塑料水杯模具设计的毕业课程

塑料水杯模具毕业课程设计

L摘要：伴随社会生产力的发展，模具设计的发展进入了一种新的阶段。过去在我国工业

中，模具长期未受到重视，改革开放以来，塑料成型、家用电器、仪表等行业进入大批量生

产，模具工业有•定发展，但高小多工位模压设备以及供应高效冲压用的卷料设备仍然落后

于需求，由于历史原因遗留下来的工厂大而全，专业化程度落后，这些局限性的现象需要我

们有足够日勺认识，更需要我们从构造调整上下功夫。塑料模具技术B勺发展日新月异，在现

代工业、餐具、玩具等行业中的应用很广泛，模具是生产多种产品的重要工艺装备。

本次毕业设计的题目是塑料成型模具的设计。塑粒模具的分类诸多，按照塑料制件U勺

不一样可分为：注射模、压缩模、压注模、挤出模、气动成型模等。注塑模具又称注塑成型，

是热塑性塑料制品生产的一种重要II勺措施。除少数塑料制品外，几乎所有的热塑性塑料都可

以用注射成型措施生产塑料制品。注塑模具不仅用于热翅性塑料的成型，并且成功用于热固

性塑料的成型。模具以其特定的形状通过一定U勺方式使原料成型。模具的制造精度越高，制

导致本越高，因此应延长模具II勺使用寿命，尽量缩短模具的制造周期，来减少生产成本。

塑料制品以其密度小、质量轻的长处在工业中U勺应用R益普遍，大有“以塑代钢”11勺趋

势。塑料模具可以满足塑料的加工工艺规定和使用规定，可以很好的减少塑料制品的生产成

本。塑料U勺质量要靠模具内对11勺构造和模具成型零件II勺对的形状，精确尺寸几较低的表面粗

糙度来保证。本次设计的模具用于有机玻璃制品"勺生产制造。聚甲基丙烯酸甲酯（PMYA）,

俗称有机玻璃，属于热塑性刚性硬质无色的透明材料，具有良好的综合力学性能及电绝缘性,

制品尺寸稳定，轻易成型，有一定的耐热性、耐寒性和耐气候性，表面硬度不够，轻易擦伤,

易溶于有机溶剂，又可以软化熔融，可再次成型为一定形状的制品，如此可反复多次。因此

选用该塑料有助于废料和旧弃塑件的二次回收，循环运用。有一定的环境保护效应，减少了

现实中日勺“白色污染”。

在这次塑料模具设计的过程中，我们对塑料有了一种整体的认识与理解，并在设计过程中，

对塑料模的性能，塑料U勺工艺性以及注塑模设计，塑料模制造工艺装配有了系统的理解。此

外，由于近一二十年来电子技术和计算机科学II勺迅猛发展，促使模具制造业发生着深刻U勺变

化。H前，数控机床已经成为模具加工的重要设备，继而CAD/CAM技术在模具领域也向

带应用。

在这次设计中，我们只是设计一种简朴的塑料模具，也是对我们所学知识的巩固。作为工

业生产基础装备的模具，在我国国民经济中占有重要地位，模具技术也成为衡量一种国家产

品制造水平的重要标志之一。

设计过程是一种复杂的过程，在查询资料的基础上，结合所学知识，确定浇口形式，计

算绘图尺寸。

在设计过程中，运用了大量的计算机辅助设计，提高了效率。通过本次课程设计，是我

加深了对模具方面的认识，培养了我独立思索、处理问题的能力。

本次课程设计我的设计课题为塑料水杯注塑模具设计，这个水杯注塑模具设计课题来源

于生活，应用广泛。本次设计系统的简介了塑料水杯材料的选用，模具中的各个零件的加工

工艺过程及整套模具的设计过程。其中，波及到注射机多种参数I内选用，零部件的加工措施、

注射模的构造及有关的计算，从而确定聚丙烯水杯注塑模具设计思绪及方案，再设计过程中

运用UG软件设计模具的凸模和凹模。木设计在保证加工质量H勺前提下，尽量做到在提高生

产效率的同步把生产成本降到最低。

2.设计任务书：设计题目为设计一种较简朴的注塑模具，塑件构造不规定复杂，应完毕

如下工作量：

①用CAD完毕注塑模具装配图及除原则间之外的所有零件图。

②编写设计计算阐明书

③编写型腔、型芯两零件日勺数控加工程序，并在仿真软件上演示。如有不合理处应予以修

改。

④估算该模具的常规价格

⑤将装配图打印在A3图纸上，零件图打印在A4图纸上。

3.塑件材料的分析

根据上述产品阐明，本次设计所选用塑件材料为聚丙烯(PP)。如下是对该材料的详细

分析。

聚丙烯，简称PP,是通用塑料中综合性能非常优秀的一种材料。近几年，PP工程塑料

化的研究和开发获得很大进展，使PP在平常生活用品、汽车、家电等行业获得广泛的应用。

根据聚丙烯的立体构型，PP可分为等规PP和间规PP,目前工业上广泛应用II勺是等规

PP,等规PP结晶度高，力学强度高；间规PP结晶度底，具有柔性，抗冲击性和透明性。

3.1性能与特点

聚丙烯(PP)为无色、无味、无毒，结晶型的线型分子构造的热塑性塑料，密度为

0.9g/cmA3-0.91g/cmA3,收缩率为1%~2.5%,具有优良的电绝缘性能和耐化学腐蚀性能，机

械强度、硬度高，具有尤其高的抗弯疲劳强度，使用温度较高，在120c下的可长期使用。

不吸水，绝缘性能不受湿度影响，其最大缺陷是耐老化性能差，因此聚丙烯一般需添加抗氧

化剂和紫外线吸取剂，在低温下，耐冲击的性能也较差。

聚丙烯的成型特性为:

材

料丙烯庸一丁

名聚乙烯聚丙烯聚氯乙烯聚苯乙烯聚碳酸酯尼龙二烯一苯乙聚甲醛

称烯共聚物

简PEPPPVCPSPCPAABSP0M

写

收

缩1.0~2.5

率

3.4塑件形状、尺寸大小确实定

塑料制件的形状在满足使用规定R勺前提下，应使其有助于成型，尤其是应尽量不使用侧

向抽芯机构，因此塑件设计时应尽量防止侧向凹凸形状侧孔。由于，侧向分型与抽芯机构H勺

模具不仅提高了模具设计的制导致本，并且还会在分型面上留下K边,增长后加工的I工作量。

某些制件只要合适变化其形状，既能防止使用侧向抽芯机构，是模具构造简化。

此设计中的塑料水杯，为圆台型，高度为102.2mm,水杯外表面为平滑的I曲面。上底面

与下底面有一定时脱模斜度。

（1）壁厚是塑料制件构造设计的基本要素。壁厚设计要考虑两方面的问题，一是壁厚尺寸

确实定，二是遵照壁厚均一的I设计原则。壁厚均一口勺原则重要从工艺角度以及由工艺导致口勺

质量方面的问题而提出来丛J，均匀的壁厚可使制件在成型过程中，熔体流动性均衡，冷却均

衡。厚度部位在冷却收缩上的差异，会产生一定的收缩应力，内应力会导致制件在短期内或

通过较长的时期之后发生翘曲变形。

厚度不均时常采用的三种处置措施:①壁厚交界处的平稳过渡②将尖角改为圆角处理③

厚壁部位减薄

改产品图反应出，次塑料件壁厚为4mm,壁厚均匀，易于成型。

（2）水杯直径确实定

水杯的最小直径为22.2mm,最大直径为44.59mm。

3.5塑料尺寸精度和表面粗糙度

塑件日勺尺寸精度是指成型后所获得的塑件产品尺寸和图纸中尺寸日勺符合程度。一般而

言，塑件尺寸精度是取决于塑料因材质和工艺条件引起的塑料收缩率范围大小，模具制造精

度、型腔型芯的磨损程度以及工艺控制原因。而模具的某些构造特点又在相称大程度上影响

塑件的尺寸精度。故而，塑件的精度应尽量选择的低些。对于本产品，图纸未注明尺寸精度,

查表后，我们去IT7级精度。

表面质量一般规定较高，在KaO.Sum以上。

表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。其两波峰或两波谷之间

的距离（波距）很小（在1mm如下），用肉眼是难以区别的，因此它属于微观几何形状误差。

表面粗糙度越小，则表面越光滑。表面粗糙度II勺大小，对巩械零件的使用性能有很大的影响,

重要表H前如下几种方面：①表面粗糙度影响零件的耐磨性。表面越粗糙，配合表面间U勺有

效接触接触面积越小，压强越大，磨损就越快。②表面粗糙度影响配合性质的稳定性。对间

隙配合来说，表面越粗糙：就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由

于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，减少了联结强度。

提议采用的等级

类别塑料品种高精度一般精度低精度

PS

ABS

聚甲苯丙烯酸甲酯

PC345

1PSU聚碉

PF

氨基塑料

3端玻璃纤维增强塑料

聚酰胺

2氯化聚乙醛456

PVC硬

P0M

3PP567

PE低密度

PVC

4PE高密度678

3.6脱模斜度

由于制品在冷却后产生收缩，会紧紧包住型芯或型腔突出的j部分，为了使制件可以顺利从模

具中取出或者脱模，必须对塑件口勺设计提出脱模斜度口勺规定，规定在塑件设计时或在模具设

计时予以充足的考虑，设计出脱模斜度。脱模斜度的设计，材料的性质、制品成型措施、制

件的］几何形状与尺寸、精度规定、磨具的构造等原因有关。

一般脱模斜度日勺取值范围是30'~1。30'。

如下是确定脱模斜度的某些要点：

①制品收缩率达，形状复杂且很不规则欧I，其脱模斜度宜取较大值。

②材料性脆、刚性大、玻璃纤维增强的制品，脱模斜度要尽量大

③尺寸较大或者尺寸精度规定高德制品，脱模斜度宜取小值

④塑件上带有表面花纹时，每蚀刻深度增长0.02mm,脱模斜度应不不小于1°

⑤制件内表面的脱模斜度应不小于其外表面H勺脱模斜度

卜表为常用的脱模斜度

聚酰胺聚酰胺聚甲基丙烯

制品斜度通用增强聚乙烯酸甲酯聚苯乙烯聚碳聚丙烯

酸酯

脱型

模腔20-4020-5020-4520-1°30'35-1°30735-4025-45

斜型

度芯25-4020-4020-4530-4030-4030-5020-45

本次设计口勺塑料水杯，内外表面均是光滑的，根据塑件材料H勺成型收缩率和塑件的高度

综合考虑，选用H勺脱模斜度为：型芯(30')型腔(301)

此构造自身就在常用的脱模斜度范围内，自身就有助于制品脱模，且此塑料制品论材料

为PP,此产品可以脱模，故无需另行设计。

4.注塑机的选用

注塑模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模时应当详细理解注射机口勺技

术规范，才能设计出符合规定口勺模具。

注射机规格确实定重要是根据制品的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具构造形

式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需口勺注射量、锁模力、注射压力、拉

杆间距、最大、最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。根

据这些参数选择一台和模具相匹配曰勺注射机，倘若顾客已提供了注射机日勺型号和规格，设计

人员必须对其进行校核，若不能满足规定，则必须自己调整或与顾客获得商议调整。

注射机发展很快，类型不停增长，注射机的分类措施诸多，根据注射装置和合模装置的I

排列方式不一样，可分为卧式注射成型机、立式注射成型机、角式注射成型机和多模注射机

等。

(1)卧式注射机卧式注射机是使用最广泛日勺注射成型设备，它H勺注射装置和合模

装置的轴线呈一线并水平排列。卧式注射机H勺长处是便于操纵和维修，机器重心低，比较稳

定，成型后的塑件推出后可运用其重力自动落下，轻易实现全自动化操作。缺陷是模具安装

比较困难。

(2)立式注射及它的注射装置和合模装置的轴线呈线并与水平方向垂直排列。

立式注射及日勺长处是占地面积小、模具拆装以便、安放嵌件便利。缺陷是塑件顶出后常需要

用手或其他日勺措施取出，不易实现全自动化操作，机身重心较高。机器日勺稳定性差。

（3）角式注射机它的注射装置和合模装置日勺轴线互相垂直排列，其长处介于卧、

立两种注射机之间。

（4）多模注射机是一种多工位操作H勺特殊注射机

注射机型号原则表达法要有注射量、合模力、注射量与合模力同步表达等三种措施,

本制品采用卧式注射机。

注射机的选用原则：

①计算塑件及浇道凝科的总容量（体积或重量）应不不小于注射机额定容量（体积或容

量）的0.8倍;

②模具成型时需用的注射压力应不不小于所选用注射机的最大注射压力：

③模具型腔注射时所产生II勺压力必须要不不小于注射机的锁模力；

④模具II勺闭模高度应在注射机最大、最小闭合高度之间：

⑤模具脱模取出塑件所需口勺距离应不不小于所选注射机的开模行程：

⑥模具的外形尺寸及安装尺寸必须与所选注射机模板适应，既模具最大外形尺寸安装时

应不受拉杆间距的影响，模具安装用的定位环尺寸应与机床定位孔直径相配合；模具佐模板

各安装孔应与注射机固定模板II勺安装孔相对应、机床喷嘴孔径和球面半径应与模具进料孔相

对应，注射机的开模行程应满足脱件条件。

4.1计算塑件的体积和质量

该产品为聚丙烯，其密度为O.9g/cmA3~O.91g/cnP3,收缩率为1%〜2.5%,计算其平均密

度为O.9O5g/cmA3.。平均收缩率为1.75%

通过UG软件测出塑件体积:

V=109cmA3

M=0.905*109=98.645g

由于选用一模两腔构造，因此

塑件总体枳为2V=218cnP3,塑件总质量为197.3g,浇注系统H勺凝料在设计之前是不能

确定精确的I数值，不过可以根据经验按照塑件体枳的0.2-1倍。由于本次采用中心浇口流道

短，因此浇注系统的凝料按塑件体枳的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔溶料的I总体积为

丫总=丫(1+0.2)=218X1.2=26L6cmA3

由于浇注系统体积与质量都不是很大，因此可先初优注塑机型号。

4.2确定注塑机型号

根据计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积V总=261.6cn「3,并结合式V公二V总

/0.8,则有：V总/0.8=261,6/0.8=327cnP3。根据以上的计算，考虑到模具的闭合高度因此选

定公称注射量为500口W3.注射机型号为XS-ZY-500卧式注射机，其重要参数见下表，

注塑机重要参数

理论注射容积(cn『)500螺杆直径(mm)55

注射压力(MPa)146注射速率(g/s)38

塑化能力(kg/h)16.8螺杆转速(r/min)10—140

锁模力(kN)3500拉杆空间(mm)500X440

移模行程(mm)500模具最大厚度(mm)450

模具最小厚度(nun)300锁模形式液压-机械

模具定位孔直径(mm)C150喷嘴球半径(mm)SR018

喷嘴口孔径(mm)03

4.3确定注塑成型的工艺参数

注塑成型工艺参数表

名称聚丙烯

代号PP

材料收缩率/%1~2.5

密度/(g/cmS)0.90-0.91

类型螺杆式

设备螺杆转速/(r/min)30〜80

喷嘴形式直通式

料筒一区/℃150~170

料筒二区/℃180~190

温度料筒三区/℃190-205

喷嘴/C170~190

模具/℃40-60

注塑/MPa60-100

压力保压/MPa50-60

注塑/S1~5

保压/S5~10

时间冷却610-20

周期/S15-35

4.4注塑机的有关参数的校核

(1)注射压力校核根据PP的工艺参数知所需的注射压力为60-100MPa,这里取P0=100

MPa,该注塑机的公称注射压力P公=146Pa,注射压力完全系数Kl=1.25-1.4,这里取Kl=1.3,

则:

K1PO=1.3X1OO=13OvP公，因此，注塑机注射压力合格

(2)锁模力校核

1)

4.5喷嘴尺寸确实定

注塑机喷嘴头一般为球面，其球面半径R应与模具的主流道始端口勺球面半径吻合，以免高

压熔体从缝隙处溢出，一般模具日勺主流道始端的球面半径应比喷嘴球半径大2~5mm,否则

主流道内德塑料凝料无法脱出，其对应尺寸关系见下图

其中，R=r+(2-5)mm

D=d+(0.5-l)mm

4.6定位环尺寸

注塑机定模固定板上有一规定尺寸的定位孔，注塑模定模板上对应设计有定位环。为

了使模具的主流道的中心线与注塑机喷嘴的中心线相重叠，模具定模固定板上的定位环或主

流道衬套与定位环的整体式构造U勺外径尺寸-d应与注塑机固定模板上的定位孔呈间隙配合，

便于模具安装。定位环的百度小型模具为7〜10mm,大型模具为10~15mm,定位孔深度

应不小于定位环口勺高度。

4.7模具厚度

在模具设计时应使模具日勺总厚度位于注塑机可安装模具口勺最大模厚和最小模厚之间。

同步应校核模具的外形尺寸，使得模具能从注塑机拉杆之间装入。

模具闭合后的厚度（闭合厚度）Hm应在注塑机容许的最大模具厚度Hmax和最小模具

厚度之间，即

Hmin<Hm<Hmax

式中：Hmax------最大模具厚度

Hmin------最小模具厚度

Hm模具闭合高度

4.8模具的长度与宽度

模具外形尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，校核其安装时能否穿过拉杆空间在动、定

模固定板上固定。模具在注塑机动、定模固定板上安装的方式有两种：用螺钉直接固定（大

型注塑模多用此法）和用螺钉、压板固定（中、小型模具多用此法）。采用第一种措施时，

动、定模座板上11勺螺钉孔尺寸及间距应与注塑机对应模板上所开设的螺孔相适应（注塑机动、

定模安装板上开着许多不一样间距的螺钉孔，只要保证与其中一组相适应即可）；若采用后

一种措施，灵活性大，只需在模具动、定模固定板附近有螺孔就行。

5.模具构造设计

5.1分型面的选择

模具上用以取出制品和（或）浇注系统凝料的，可分离的接触表面称之为分型面。分型

面的选择不仅关系到塑件的正常成型和脱模具，并且波及模具构造与制导致本。在制品设计

阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成形。在模具设计阶段，应首

先确定分型面H勺位置，然后才选择模具的J构造。分型面设计与否合理，对制品质量、工艺操

作难易程度和模具的I设计制造均有很大影响。因此，分型面的选择是注射模设计中口勺一种关

键原因。

分型面的选择应遵守如下原则：

①分型面应选择在制品日勺最大截面处，无论塑件以何方位布置型腔，都应将此作

为首要原则：

②有助于保证制品的外观质量，分型面上型腔壁面稍有间隙，熔体就会在塑件上

产生飞边；

③尽量使制品留在动模一侧，由于在动模一侧设置和制造脱模机构简便易行：

④有助于保证制品H勺尺寸精度；

⑤尽量满足制品日勺使用规定

⑥尽量减少制品在合模方向上的投影面积，以戒小所需锁模力；

⑦长型芯应置于开模方向，当塑件在互相垂直方向都需要设置型芯时，将较短的

型芯设置在侧抽芯方向，有助于减小抽拔距嘲；

⑧有助于排气；

⑨有助于简化模具构造，应尽量防止侧向分型或抽芯；

⑩在选择非平面分型面时，应有助于型腔加工和制品的脱模以便。

浇注系统的设计

浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的进料通道，具有

传质、传压和传热的功能，对制品质量影响很大。它的作用是将塑料熔体顺利的充斥

到模具型腔深处，以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料制件。它分为一般流道

浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用一般流道浇注系统，其包括:主流道、分流道、

冷料穴、浇口。

浇注系统设计原则：

①浇注系统与塑件•起在分型面上，应有降压，流量和温度日勺分布的均衡布置：

②结合型腔布置考虑，尽量采用平衡式分流道布置；

③尽量缩短熔体II勺流程，以便减少压力损失、缩短充模时间；

④浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有助于熔体流动、防止产生湍流、沟流、

喷射和蛇形流动，有助于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位，以使熔料从厚断

面移入薄断面，以利于补料；

⑤防止高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和唯一的产生；

@浇注系统凝料脱出应以便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修：

⑦熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔

接痕的部位、形态，以及对制品质量"勺影响；

⑧尽量减少因开设浇注系统而导致的塑料凝料用量；

⑨浇注系统的模具工作表面应到达所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8

以上的精度规定；

⑩设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施：

@尽量使主流道中心与模板中心重叠，若无法重叠应使两者口勺偏离距离尽量小。

冷料穴的设计

在完毕一次注射循环时间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射

散热而低于所规定的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10〜25mmi向深

度有个温度逐渐升高日勺区域，这时才到达正常日勺塑料熔体温度。位于这一区域内内塑

料日勺流动性能及成型性能不佳，假如这里相对较低时冷料进入型腔，便会产生次品。

为克服这一现象的影响，用一种井穴将主流道延长以接受冷料，防止冷料进入浇注系

统H勺流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴（冷料井）。

冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头及熔体流动的前锋冷料，以

防止冷料进入型腔而影响制件质量。

分流道的形状及尺寸

为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一股为

圆形、梯形、U形、半圆形、矩形、六角形等。为了减少流道内德压力损失和传热扳失，

但愿流道的截面积大、表面积小。因此可以用流道载面积与其周长的比值来表达流道

11勺效率。

分流道的表面粗糙度

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体u勺流动

状态较为理想，因此分流道"勺内表面粗糙度Ra并不规定很低，一般取0.63~L6um,这

样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。防止熔流表面滑移，使中心

层具有较高的剪切速率。此处取Ra=0.8um。

分流道的布置形式