【《PP塑料碗的注射模具设计》9700字】

PP塑料碗的注射模具设计摘要 41绪论 11.1模具行业现状 11.2解读任务说明书 12塑件成型工艺性分析 32.1PP塑料的基本特点 32.2PP的成型条件: 32.2.1颗粒状态 32.3制件的体积与质量 42.4分型面与成型腔数 52.4.1分型面的选择 52.4.2型腔数目的确定 52.4.3分型面分型距离的选择 63浇注系统设计 63.1设计浇注系统基本原则 73.2主流道与浇口的设计 74模具型腔与型芯的设计 94.1型芯与型腔的结构设计 94.2脱模推出机构 94.3模具成型零件的工作尺寸计算 94.3.1模具的型腔径向的主要尺寸 94.3.2模具型芯径向主要尺寸 104.3.3模具的推出力计算 105注射模具温度调节系统设计 125.1冷却系统的设计与确定 126注射机型号的选择与确定 136.1注射成型机的选择 136.2注射机的校核 136.3开模行程的确定 147模具装配图及工作过程 157.1装配图 158对模具行业的未来展望 18结论 19参考文献 20摘要随着社会的进步，塑料制品在工业、农业、国防和日常生活都得到广泛的应用，特别是在日常生活中很多的用品都逐步被塑料所替代，因为塑料件质量轻，生产简便，价格便宜所以这是它得到广泛应用的主要原因之一。该塑件使用的材料属于聚丙烯塑料，根据塑件的使用环境，确定塑件的材料由PP（Polypropylene）材料制成，根据产品的形式结构，产品质量、各项技术标准以及商家的具体要求对该塑料进行有序的设计和加工。注射模是塑料制件中最常用的成型方式，其快速性、经济性、可复制性、是其他方式所不能比拟的。注射模主要由定模机构，动模机构，浇注系统，导向装置，顶出机构冷却和加热装置等组成。在此次模具设计过程中，可以直观的了解模具的一些基本常识、产品设计过程中遇到的一些小细节，并对此做一个简单的维修。也可以了解产品模具工作的基本原理，加深对零部件的了解和认知。关键词：PP塑料;注射模;1绪论在当今的社会大环境之中一个国家的总体制造水平往往体现着国家的总体力量，它也是现在划分发达国家与中等国家的一个评量标准，在一个国家如果它的制造水平和制造产量大的话就越能体现国家的实力[1]。如今的的制造行业体系里面分类非常的复杂，但大致分为以下几个类型，如采购所需的材料，进行产品的射进和制造，进行加工设备的组装，产品储存以及进行销售。伴随着中国国内经济形势向好的方向转变，我国在伟大复兴的的道路上越走越远，中国的制造行业也开始奋发向上。在现有的工业制造中，每一种加工方式都占据着不可撼动的位置。塑料制件在现在的社会里还是用模具来加工比较多，此类制造的能力大小也关系到国家行业的基本能力。模具行业随着当代社会大环境进行逐步的升级，并己取代了大部分塑料制造的其它加工方法，成为了塑料成型的行业的牵头羊[10]。1.1模具行业现状模具是就是大批的制造同一种制件，是如今工业生产的主要方式之一，在这上面是被大多数人认同的。在现在的生产体系中生产制件非常有效率，它可以避免不必要的损失，对材料的再用率也很可观的。模具制件所拥有的一系列良好性能，不是现在社会上一些加工方法所能够相比的，模具制造还具备着“经济利益释放器”的用处——经过制造产品进行售卖，最后获得利润大于模具本身的价值。现在的经济领域中，制造业在如今的发展路程上，主要依靠模具设计来进行运作，模具行业一步一个脚印逐渐走向精密化、高质量，高节能，在我们国家制造业的前进方向是这个样子，在其它国家也基本上是这样，大差不差。注射模加工制件的原理是先将塑料进行细加工，然后倒入模具料斗中，并使它在管道中保持液体流动状态，然后在适当的压力值下倒入封闭的模具中，再经过各种定形，冷却加工得到我们最初想要的产品。注射模制造之所以得到广泛的应用是因为它成型周期很短、生产效率很高、容易实现自动化

、精度达到预期值、产品质量非常稳定，当然注射模具制造也有一些缺点这是不可避免的，首先注塑设备价格比较贵；

注塑模具本身的构造相比其它加工机器复杂很多，生产产品的本金较大和时间比较长，还不适合做小批的产品生产。1.2解读任务说明书本次课程设计的主要任务是pp塑料碗注射模具设计，该课题由教学内容和对社会日常用品的观察研究所得，随着社会的进步，注射模具在各个领域中应用的更加广泛了,塑料模具制品已经成为人们生活中不可或缺的物件。在这次的设计过程中让我对自己本身的能力和对模具知识的认识优良一定的认知。这个过程中不仅可以强化自己的专业知识和绘图能力,，同时也可以提高自己的实际操作能力，为未来就业做好准备。（1）塑料制品名称：pp塑料碗模具设计。（2）设备：某注射机注射模加工。（3）材料：聚丙烯（PP）。（4）收缩率：1.05%（5）生产批量：一模二件。（6）塑件图：本次设计的塑件形状如下；图1-1产品二维解析图2塑件成型工艺性分析2.1PP塑料的基本特点PP原料，化学名称：聚丙烯，所含有的一些特性是材料本身密度很小，自身的强度比较高硬度和耐热性也有很大的优越性。pp材料本身是一种不具备毒性和刺激性臭味的高凝聚物品。是现在认识的最轻材料。他在水中不会发生结构上的紊乱，可以基本保持原有的形状，因为它基本上不吸取水。PP塑料在结构上对于物品成型有着非常好的性能，但是它本身的收缩性相对其他材料来说有点大这也就会导致它成型的制品精度不稳定，对于一些商家要求制作高精度的制件就难以达到要求，他也有着其它的优点，比如说很容易进行染色，产品可以有多种类型的颜色和样式。聚丙烯作为一种综合性能比较优秀的材料，它和其它材料进行对比的话他有着更高的硬度和熔点。PP塑料也是有缺点的，如果它在温度高于零度时它本身会变得非常脆，导致在加工时会产生断裂或裂痕等现象，因此，很多商家在使用塑料材料制造产品时会加入1~4%的乙烯，这样在生产中产生化学作用从而解决自身的脆性低和强度问题，PP材料的强度会在加工过程中随着乙烯量的增加而增加。[13]聚丙烯的化学稳定性很好，除了少数几种化学试剂会对材料本身产生腐蚀作用，其他的任何化学物质都不能对它产生危害，因此它的这个优良性能也是得到广泛使用的原因之一，它主要用来生产各种管道和配件[13]。2.2PP的成型条件:PP材料加工有下面几个阶段：一是再倒入料筒前要加工成颗粒的形态。二是进入管道后要让塑料熔体一直保持液体状态。三是液体通过加工流通通道后进行降温稳固形状。每一个环节中的加工条件和方法都是固定，不可随意更改。2.2.1颗粒状态PP原料在制作前必须拿来先进行风干处理和加热，持续时间大概是一两分钟让温度达到90℃左右。时间不能太长，如果原材料的温度高于预定的温度，可能生产的制件会出现色差的现象，所以预热的时间也要控制好[4]。所处的环境如果温度太高了可能会让产品表面产生斑痕，因此要控制好加热的时间。加料时要准确放入料量，太多了可能会有飞边产生，清理的时候会很麻烦，材料放的少了可能会让腔内压力不够，得不到好的制件[12]。2.2.2熔融状态

(1)控制成型温度和压力

依照PP塑料在成型时的标准和要求，模具成型温度控制在150−220℃之间，初始压力控制在70Mpa−90Mpa之间，加压时间为1-5s。材料在加工时第一次注射压力的大小不能过大要适当的控制时间，这样得到的产品才不会有瑕疵情况产生，也可以有好的强度[3]。如果加工时加注的压力不合适，会造成液体流动缓慢甚至残留在管道里，这会让得到的制件成型不充分。

(2)排气

对于结构复杂的制品，在加工过程中会有缩合水及挥发性气体等不良现象产生，因此就要设计排气管道，用来清理这个过程中不必要的气体存留在加工过程中，可以很好的来预防制件表面质量不良问题。排气这个过程要有经验的工作者来运行，因为要求动作要很快的完成，不是经验深得人无法完成。放出一些多余的压力再恢复到预定压力，这样算完成了此工序。此次设计的结构非常简单，不考虑排气也是可以的。2.2.3冲模流动及冷却定型

(1)固化阶段

在制品制作过程中实施排气法后立刻合模升压至70-90Mpa2。持续时间大约70s。处于这个时间段时要停留足够的时间，要不然最后我们得到的可能会是一个表面亮度不均匀，也不光滑的制件。

(2)出模

如果完成产品的加工，也已经固定形状后，要用风冷作品，最后推出产品

(3)出模后的加工

因为要注意我们的健康问题，所以在制作完成的后面要把它放在高温环境中来消除基本的毒素，以保证安全健康。在高温环境里最好要在四十分钟左右，使制品进一步的固化。再次打磨后完成制作。在这次毕业设计中制件所采用的最大尺寸是110mm，它归类于小型零部件一类，采使用一模四腔的制作模具比较合适，在考虑产品外观不受影响的前提下，本次设计浇口设计在碗的底部。2.3制件的体积与质量由开始提到，塑件的形状是一个碗件，根据平时使用的状况，它的基础特性是圆形薄壁，经计算得：塑件体积：V塑件质量：M塑=V式中ρ为材料的密度，经查表ρ=0.9-0.91g/cm3；则M塑故本次设计零件的单个体积为20.9cm3，零件的单个质量为18.81g。2.4分型面与成型腔数2.4.1分型面的选择分型面是用来区分动模和定模的面，如果一开始就可以选择一个好的分型面，那么对后面的制件加工和产品成型提供优越的条件，在这其中它不仅仅设计制件的脱模，并且影响模具的制造成本，所以说选择了合适的分型面，模具设计就可以简单一点，降低所需要的成本，因此选择分型面时，要遵循以下原则：最好在制件尺寸最大的地方选取分型面，这样不会给产品脱离模具带来困难，以保证制件可以顺利离开型腔。这是加工时很重要的一个原则。最好将制件出口位置放在公模侧，这样的模具设计结构比较简便易行。产品被安置在型腔的中间时，要防止与侧抽芯机构产生接触，这样可以让模具的结构不是那么复杂，因为太复杂会让得到的制件质量、尺寸等产生不好影响。由上面的内容我们可以知道，在选择分型面的时候会有很多的潜在因素影响着制件加工，但是不管怎样我们的最基本要求就是保证制件可以从型腔中顺利取出，然后尽可能的保证结构简单容易。每当我们确定后方案之后，后面总会出现一些问题，这时就需要我们一点一点的去克服了，得到我们需要的分型面[14]。2.4.2型腔数目的确定在我们选择型腔数目时，要从实际考量，如制件的外观和形状等因素来考虑，最后确定数目。依据锁模力F确定型腔数目n：n式中F——注射机额定锁模力（N）P——腔内熔体平均压力（Mpa）A1、A2在很多情况下对于小型零件都是使用多型腔的注射模，就算面对一些高精度的产品一般也不能超过四个，经计算知，此次设计用一模两腔结构。图2-3一模两件图2.4.3分型面分型距离的选择在加工过程中分型面会有两次的分离，所以考虑制件的生产要认真确定好两面之间的距离，一般确定A-A分型面。根据公式：s=s`+s`——浇筑系统凝料在合模方向的长度；s`取值为20mm时，根据公式，计算出A-A分型面距离为24mm[8]。3浇注系统设计浇注系统就是物料进入的第一条通道，也可以说是最重要的通道，一般是叽嘴这里的这部分。次要的通道是两模之间的横向岔路口，进料口是用来让物料进入的地方。在工作的全部过程中它让压力在每个地方都保持一样，让工作平稳的进行，最后获得好的产品。3.1设计浇注系统基本原则在进行设计时，要从产品本身出发，考虑各种会影响制件的因素：对塑件的成型有清晰的理解，选用塑料时也要从液体流动速率，温度变化和粘度等因素考虑，不管做什么选择我们最后得到的一定是质量优良的产品。在考虑交口位置的时候，我们要注意熔接痕的产生，物料在融化后处于液体状态流动时尽量不要让他们出现分流，因为分流的地方一般情况下都会出现熔接痕，这会对产品的强度影响很大。模具在运作过程中会出现不良气体，这会对制件有很大的危害，因此就要设法将气体导出型腔，不让它危害产品质量，气体的有效排除还能减少产品凹陷等危害[2]。型腔的空间如果非常的大，这时使用短流程来让液体进入腔内，这样很大程度上减少压力和热量的流失，如果液体可以按照最理想的状态流动，我们也可以近可能的使制件品质变得良好。在这其中我们还有注重流动距离的校准，用来保证填充充足[1]。3.2主流道与浇口的设计分流道与型腔之间让材料溶液流动的通道称之为浇口，选择好的浇口对所生产的产品可以很大程度上提高综合性能。a)  浇口的选用对于这次设计的产品，熔体流动阻力少，流动路程短等特点，结合浇注经验，并考虑模具的整体结构，浇口不影响制件的外观和质量等，我们才用点浇口的方式。这种加工方式可以在生产一个产品后自己进行剪短，遗留的浇口痕迹也不会很突兀，不要再修整。缺点是工作时浇口处的压力可能会损失很多，所以注射压力要是太高，那么的浇口位置就会常常出现渣滓。  b)  浇口位置的选用在设计模具的过程中，要在合适的位置选择浇口位置，一般情况下，在你初次确定后可能后面还要进行很多次的修改，这样才可以达到理想的位置。设计在其实不管采用什么类型的浇口，其位置都会对产品有一些瑕疵，这个是不可避免的，因此尽可能选用合适的位置，这样对产品的质量和精度以及外观等都会有很好的加成，也能满足客户的需求。所有的努力都是为了让我们加工结束后得到好的制件，为此认真选购材料是一定的。选择位置时一定要考虑以下的问题：  不要让交口处发生喷射，减少流动过程中发生波纹现象。 有对称的浇口要避免发生翘曲现象， 选取的位置要使熔体充分的流动。   要使气体充分的排出和不产生喷射现象。 流动比不够使，可以考虑多个交口。浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 尽量不要产生熔接痕，实在无法避免就让它留在不影响主要功能的地方。4模具型腔与型芯的设计在设计时，对于型芯和型腔我们采用镶嵌拼接结构，这对于模具零件的制造和组装都非常便捷，物料熔体在模具内流动的时候模具要承受液体高压力的冲击，所以选择材料时选择综合性能优良的材料，后面制作时可以减少一些不良的现象发生。在加工之前我们会对零件先做加热处理，为的是让它有足够的硬度来正常工作[9]。4.1型芯与型腔的结构设计在设计的过程中我们采用整体嵌入式的方法来设计腔体的主要尺寸，采用这种方式可以有效地提高产品的生产速度，模具安装和拆卸也非常方便，对于表面精度和尺寸也会有很好的保障，镶嵌时采用H7/m6的过渡配合方式。在设计时如果我们采用最小值决定抽芯距离，这样可以有效的减少模具内的空间，同时也可保证在抽芯时制件不会与型腔发生触碰，互不干涉，有效提升制件的品质。4.2脱模推出机构我们在选择推出机构时，按照惯例要参考以下几个要求： 结构一定要稳定具备可靠性塑件的出口留在内测，可以防止外观不被划伤，保持好的美感。塑件在完成制作后要完整的被推出。在动模一侧的位置让开模后的制件停留。选择在垂直壁厚的下面可以获得较大的顶出力。这次设计的产品对型芯的包紧力不大不小刚刚好，也有一定的脱模斜度。因此只需设计推件板推出方式即可。根据塑件的相对位置，设置两两相互对称的推杆，这种设计能够使零件被平稳的顶出，并且塑件还不易随移动而发生形变。在注射完成后，动模组件开始动作向远离定模方向移动，动模整体部分发生位移，而顶杆在一端距离后达到极限位置，推出机构和动模一起向与定模相反方向移动，动模到达一端后，推出机构动作，靠外力（通常为液压力）将推出机构慢慢向后移动，也就会使动推料杆与拉料杆也向后面移动，一直移动到极限位置，完成手工卸料或者机器卸料4.3模具成型零件的工作尺寸计算4.3.1模具的型腔径向的主要尺寸公式：（Lm）LmLs——制件外表面径向尺寸，110mm——平均收缩率，0.05；——外表面基本尺寸公差，0.2mm。δz和δc与∆的关系由精度等级和尺寸的变化而改变，可忽略不计。式中∆前的系数x一般取x=0.5。则Lm=[(1+0.05)*110-0.5*0.2]=115.4mm4.3.2模具型芯径向主要尺寸根据公式：（4-2）式中——型芯径向基本尺寸；——塑件内表面径向基本尺寸，106mm；——收缩比例，1.02；——产品修正系数，取；——注塑成型塑胶制品尺寸公差，0.2mm；——型芯制造公差，取。则l模具型腔型芯轴向尺寸：（4-3）式中——塑胶模具型芯基本尺寸；——机械注塑成型塑胶制品内形基本尺寸；收缩比例,2%；——产品修正系数,；——机械注塑成型塑胶制品尺寸公差； ——塑胶模具型芯型芯制造公差，取。故：hm=[52+52∗0.02+23∗14.3.3模具的推出力计算根据推出力公式：Ft=Fb(μcosα−由于此次注塑件为通孔形式，不存在大气压力，且设计有拔模斜度。实际中摩擦系数μ较小，sinα更小，cosα也小于1，所以省略μ、sinα、cosα。故简化公式为：Ft=Fb上述公式里，包络型芯的面积为：A=396.5mm2故推出力Ft=396.5*10*(0.2cos1。-sin1。)=72.62N5注射模具温度调节系统设计注射模具在工作过程中本身的机体会产生温度，机体温度对液体的充分流动和制件的外观都有一定的影响，甚至造成产品的不良现象，其中受影响最严重的是产品质量和精度问题。因此设计温调系统用来控制温度的变化，让机器温度不会出现过高过低现象，让制件可以完好的被生产出来，得到想要性能产品，生产速度和生产的力度也会因为它被提高一部分[6]。在浇注过程中，一般会产生三种温度。即模具自身的温度、喷口的温度和料筒温度，模具自身的温度会影响塑件的各种尺寸，力学性能和产品表面光滑度。当模具工作时的温度没有达到预定的温度的时候，液体的流动就会收到阻碍，不能充分的流动，也就会让生产出来的产品表面不光滑、精度不够等情况[11]。如果模具温度过高，那么制件的成型可能会有较大的偏差，尺寸达不到理想的尺寸，温度差变化大时熔体容易粘在管道内或者出口处，这样制件在冷却时制件本身可能会发生翘曲，外形不一，光泽度也不一样。5.1冷却系统的设计与确定冷却装置的效果与所采用的冷去物质和冷却方式有着不可或缺的联系，现在加工过程中所采用的往往是水冷却或者冷凝水冷却，这两种方式应用最多，而水冷却在实际生产中用的次数是最多的，这也是因为水有很大的热容性，传导也快，且价格非常便宜。水冷方式也就是首先在模具内开辟出流动通道，让水在里面流动，就可以散发或者同化一部分模具的温度，以维持模具正常工作。6注射机型号的选择与确定6.1注射成型机的选择随着社会的进步注射机发展也越来越快速，形式在不断的更换，但大致主要分为几种类型;卧式，立式，角式和多模注射成型机。此次注射模具过程中我们采用卧式注射机，这种注射机本身有几点很大的优势，机器操作简单，机器重心较低，相比较其他类型的注射机维修时也比较简单，故卧式注射机适用于中小型塑料制件的注塑成型[7]。塑料碗结构简单，尺寸一致，壁厚适当，经过体积计算后，且上述计算单个该塑件的体积为20.9cm2，因成型腔数为2个。故初步决定选用606.2注射机的校核选用XS-ZY-60型注射机，该注射机对应的规格如表所示：这次设计我们使用的是中心部位使用液压定出制件。模具的两个侧面用顶杆机械来使产品推出模具，拉杆空间是190×300mm，、注射压力是120Mpa，电动机的总功率为11kw，机器外形尺寸为3500×900=×1600mm[8]校核注射机额定锁模力确定型腔数量n根据公式：PNa+Aj≤Fn；经过计算；145∗80%∗（13.26+13∗20）≤500；因此此注射机的锁模力满足要求[13]。最大注射量的校核；根据公式：P经计算2∗20.9+10=51.8cm3由上面知可以选用XS-ZY-60型号注射机。6.3开模行程的确定在核算开模行程过程中，要将制品的顶出行程，废料的高度算入到公式里面。式中——最大开模行程，300；——模具所需开模距离；——安全距，10-30；——机械注塑成型塑胶制品脱模距离，60；——含有进胶口系统一起零件的总高，182。S经过检测核算，该零件移动的距离是对的。7模具装配图及工作过程模具装配采用CAD定型和UG三维软件建模完成，模具整体结构由标准系列化零件库中调取，依据塑件的形状和尺寸，在零件库中调取标准导柱导套、模架等一系列标准的通用件，用以避免后期开模取件时塑件与模具的相互干涉。7.1装配图注射模具装装情况如图7-1所示：图7-1模具总装图注射模具装配情况如图7-2所示：图7-2模具装配图1-动模座板2-螺钉3-推杆座板4-推杆固定板5-螺钉6-垫块7-动模板8-推件板9-衬套10-大拉杆11-定模板12-脱料板13-定模座板14-定型腔15-小拉杆16-拉斜钉17-定位环18-浇口套。7.2工作过程模具工作过程图如下：图7-3模具工作示意图事先将进行加热处理后变成液体的熔料通过腔体的管道运送到料筒口处，然后将充足的物料注入型腔内，在这个注射过程中模具不能产生移动，此行程完成后。这时动模部分开始从左向右开始运动，在力的作用下出现A-A处分型面，中间板与移动部件一起向右边移动。当动模组件一直向左移动，且到达一定距离的时候，用螺钉固定在定模底座上的螺钉到达极限位置，垫块会对塑料推件板产生一个反方向的力，这个时候中间板也就不在移动了，A-A分型面打开。动模部分会随即也向左移动，推件板也随着向左开始运动B-B分型面就呈现出来了。因为塑件是被型芯所包裹的，所以B-B分型面打开，塑件也就会完全出现了。在进行卸料的时候，由于动模向左运动到了一个极限，所有不能再继续运动，这时推件板2将会向定模开始进行移动，推件板上的力传递到推杆上面后，在力的作用下塑件被推出，这时就完成了卸料过程。合模时，推板回到动模的最左端，动模部件向定模部件方向移动，直到B-B分型面被压缩完全合上，这时动模继续向右移动，压缩A-A分型面，直到分型面合上。在此次运动过程中保证和引导两块模板精准合在一起的合模导向导柱与导套发挥了关键作用。完成一次注射后，注射装置退后，对下一次的加工提前做好准备。模具在合模系统操作下动模和定模分开，当动模行动到指定位置时脱模机构检测到后开始工作，在推顶杆的作用下，产品顺利取出，这便完成一次完整的周期加工。8对模具行业的未来展望模具行业随着现在社会的进步逐渐受到人们的重视了，模具也成为了国家生产的基础装备，在一个国家如果它的模具制造能力比较强大的话就越能体现国家的实力。模具生产让工人们不会太过劳累和一直操作机器，让行业进步加速进行。我国现在也有着各种问题，和其他国家相比我们的技术显得还很稚嫩不是很成熟，所以我们在成长的路上要认清自己本身，找准方向，根据自己的优点来发展自己的技术，好在未来的社会大环境下有一份立足之地，为祖国的振兴贡献一份力量，祝国家越来越强大[5]。在多学习理论的同时应多观察多实践。一个人如果到这个行业来工作，细心是必要的，只有细节做得好了，自己提升到才快。现在处于信息时代我们要跟进脚步，不能只看眼前，不做长远的考虑，认真学习电脑知识对个人来说是非常有用的，现在模具制造都是程序化的生产，在这个前提下就需要学会各种软件进行设计，如CAD、UG、solidworks等。结论在多学习理论的同时应多观察多实践。不管是加工还是设计产品，我们最主要的是能读懂产品，所以空间