毕业设计（论文）-茶花440ml保鲜盒注塑模具设计

第一章引言中国工业这些年发展迅速，市场活跃度提高，经济稳定增长。在各行各业中，塑料、金属产品的种类、数量的增加最为明显，于此相符的质量也有非常明显的提高。随之发展的模具行业发展迅速，各种技术创新不断涌出；各种高精度加工工具一一问世。模具的发展也想着高精度、长寿命、特种材料成形的方向发展。在中国沿海地带的工业型城市，如广东、宁波等地区模具行业格外兴盛，注塑、压铸、冲压产品的产量、销量都非常的大。特别是随着生活质量的提高，塑料产品的需求量与日俱增，带动注塑模具的发展，使注塑模具成为模具行业中最为活跃的一部分。

茶花440ml保鲜盒及其成型工艺的分析2.1塑件分析图1-1塑料上图1-1所示是塑料参考图。2.1.1结构分析如下该塑件为茶花440ml保鲜盒，表面光滑，在模具设计和制造上要有良好的加工工艺，确保成型零件具有一定的光洁度；根据客户要求，表面质量要求较高，故要注意进料口位置的选择。2.1.2成型工艺分析采用一般精度等级5级，大量生产。该塑件壁厚最小处为0.9mm左右，最厚处为2.2mm，壁厚大小差别较大。2.2塑料的选材及性能分析该产品用于起实物保鲜的作用，需要抗拉强度、硬度、耐磨性要突出，综合机械性能要好。具备这些条件的塑料首选：PP。2.2.1PP使用特点1、综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好。2、与372有机玻璃的熔接性良好，制成双色塑件，且可表面镀铬，喷漆处理。3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。2.2.2PP成型特性1、无定形料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时。2、宜取高料温，高模温，但料温过高易分解(分解温度为>270度)，对精度较高的塑件，模温宜取50-304度，对高光泽，耐热塑件，模温宜取304-80度。3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。4、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。2.2.3PP的主要性能指标表1-1PP的技术指标密度1.02～1.16比体积0.86～0.98吸水率0.2～0.4收缩率s0.4～0.7熔点130～1304硬度HB9.7R121抗拉屈服强度50拉伸弹性模量体积电阻率弯曲强度80热变形温度t/c0.46MP90～108冲击韧度无缺口2610.185MP83～103缺口112.3PP塑料的注射过程及工艺2.3.1注射成型过程1、成型前准备，对PP进行干燥。PP是吸水的塑料，于室温下，24小时可吸收0.2%-0.35%水分，虽然这种水分不至于对机械性能构成重大影响，但注塑时若湿度超过0.2%，塑料表面会受大的影响，所以对PP进行成型加工时，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量应小于0.2%。PP的干燥方法:常压热风干燥80-85℃2-4小时；真空热风干燥80℃1-2小时。2、注射过程.塑料在注射机内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，起过程可分为充模、压实、保压、倒流、和冷却5个阶段。2.3.2PP的注射工艺参数1、螺杆类别：标准螺杆（直通式喷嘴）2、回料转速(rpm)：303、注射机料筒温度:前段180～200℃中段165～180℃后段150～170℃4、喷嘴：170～180℃。5、模具：50～80℃，玻纤增强制品取75℃。6、注射压力:304～100℃。7、注射速度、注射压力:一般PP制品采用高速及多级注射，但是对于阻燃品级，要慢速注射，可以避免注射料的分解，耐热PP也要快速注射(可减少内部应力)，注射压力在75MPa左右，保压时可低些。8、熔胶温度:190℃9、成型时间():注射时间:20～90高压时间:0～5冷却时间:20～120总周期:50～220在265℃温度下，物料在机筒内停留时间最多不能超过5-6分钟，若温度为280℃，则物料在机筒内停留时间就不能超过2-3分钟。10、后处理:把塑件放在红外线或者烘箱下，温度设为70度烘干2～4小时。2.4PP的主要缺陷及消除措施2.4.1残余应力引起的龟裂残余应力主要由于以下三种情况，即充填过剩、脱模推出和金属镶嵌件造成的。作为在充填过剩的情况下产生的龟裂，其解决方法主要可在以下几方面入手。1、由于直浇口压力损失最小，所以，如果龟裂最主要产生在直浇口附近，则可考虑改用多点分布点浇口、点浇口及柄形浇口方式。

2、在保证树脂不分解、不劣化的前提下，适当提高树脂温度可以降低熔融粘度，提高流动性，同时也可以降低注射压力，以减小应力。

3、一般情况下，模温较低时容易产生应力，应适当提高温度。但当注射速度较高时，即使模温低一些，也可减低应力的产生。

4、注射和保压时间过长也会产生应力，将其适当缩短或进行Th次保压切换效果较好。2.4.2熔接痕熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却、在结合处未能完全融合而产生的。一般情况下，主要影响外观，对涂装、电镀产生影响。严重时，对制品强度产生影响（特别是在纤维增强树脂时，尤为严重）。可参考以下几项予以改善：1、调整成型条件，提高流动性。如，提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等。2、增设排气槽，在熔接痕的产生处设置推出杆也有利于排气。3、尽量减少脱模剂的使用。4、设置工艺溢料并作为熔接痕的产生处，成型后再予以切断去除。5）若仅影响外观，则可改变烧四位置，以改变熔接痕的位置。或者将熔接痕产生的部位处理为暗光泽面等，予以修饰。

第三章模具设计方案3.1分型面方案的优化确定分型面是模具上用来取出塑件和浇注系统料可分离的接触面称为分型面,分型面的选择对模具设计方式影响最大,分型面设计是否合理对塑件质量和模具复杂程度具有很大的影响。基本上是一种分型面对应着一种模具设计方案，所以分型面的选择决定着模具总体的设计方案。3.1.1分型面的选择原则1、保证塑料制品能够脱模。2、使分型面容易加工。3、尽量避免侧向抽芯。4、使侧向抽芯尽量短。5、有利于排气。6、有利于保证塑件的外观质量。7、尽可能使塑件留在动模一侧。8、尽可能满足塑件的使用要求。9、尽量减少塑件在合模方向的投影面积。10、长型芯应置于开模方向。11、有利于简化模具结构。综上所述，由于该塑件曲面多，分型面不可能在一个平面上，为了顺利脱模，分型面采用如下图2-1所示，只需要斜顶出模，加工成本经济，塑件成型精度可靠。图2-1分型面形式与位置3.2型腔数量以及排列方式确定考虑到生产的要求，我们采用一模两腔，布局如下：图2-2型腔排列方式从该产品机构考虑，该产品两侧需要设计侧抽芯，所以该产品不能横向并排放置，又考虑到进浇点位置和设生产要求，所以此排位方案最为妥当。

第四章模具设计与对比创新4.1注塑机选型注射机是安装在注射机上使用的设备，因此设计注射模应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是根据塑件的的大小及型腔的模具和排列方式，在确定模具结构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的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机，倘若用户自己提供型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。4.1.1注射量计算该产品为PP，查书《设计与制造实训》得知其密度为1.08~1.10g.cm-3收缩率为0.4%~0.7%，计算其平均密度为0.92，平均收缩率为0.55%，通过计算得：塑件体积为：V塑=68.2m3塑件的质量：M塑=62.7g浇注系统体积：V浇=7.8cm3浇注系统质量：M浇=7.2g故得总体积和总质量为：V总=68.2×2+7.8=144.3cm3；M总=132.6g4.1.2注射机型号的选定根据注射机注射成塑件所用的塑料起量，选择最少不小于17.5g的最小量注射机。故此选择注射机为HTF200X，其工艺参数如下：表3-1注塑机工艺参数4.2模具浇注系统设计和浇口的设计浇注系统是引导凝料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能。4.2.1主流道的设计主流道是连接注射机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，具有一顶的锥度，以便熔体的流动和开模时主流到凝料的顺利拔除。1、主流道尺寸和浇口的设计（1）主流道的小端直径：D=注射机喷嘴直径+（0.5~1）=3+（0.5~1），取D=3.5mm主流道的球面半径：SR=注射机喷嘴球头半径+（1~2）=15+（1~2），取SR=16mm。球面的配合高度：，取h=3mm。主流道的长度：取L=85.5mm。主流道大端直径：（半锥角），。浇口套总长：2、浇口套的设计主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求比较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为50HRC~55HRC，如图3-1所示。图3-1主流道衬套3、定位圈的设计与固定由于该模具主流道比较长，定位圈和衬套设计成分体式，注射机定位孔尺寸为，定位圈尺寸取，两者之间呈较松的间隙配合。定位圈结构尺寸如图3-2所示；定位圈和衬套的固定形式。图3-2定位圈4.2.2浇口和流道的设计优化选择侧面进胶，如图3-3，塑料熔体直接流入型腔，因而压力损失小，进料速度快，成型比较容易。另外传递压力好，保压补缩作用强.图3-3点浇口4.3成型零件工作尺寸的设计和计算模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等。PP的成型收缩率为0.4%--0.7%所以平均收缩率取s=0.55%。塑件尺寸公差按SJ1372--78标准中的5级精度成型。4.3.1型芯与型腔型芯（见图3-4）图3-4型芯（1）采用螺钉固定的形式，下底面用模珂与动模压紧。（2）塑件的尺寸公差源自《塑料成型工艺与模具设计》的塑件公差数值表。式中L——为塑件外形最大尺寸mm；K——为塑件的平均收缩率0.005；——为塑件的尺寸公差mm；——为模具制造公差,取塑件尺寸公差的1/3-1/4；H——为塑件高度方向的最大尺寸mm。型腔（见图3-5）图3-5型腔（1）模仁为镶入式，通过沉头螺钉固定在动模板上。（2）尺寸计算。塑件的尺寸公差源自《塑料成型工艺与模具设计》的塑件公差数值表3.1。式中L——为塑件外形最大尺寸mm；K——为塑件的平均收缩率0.005；——为塑件的尺寸公差mm；——为模具制造公差,取塑件尺寸公差的1/3-1/4；H——为塑件高度方向的最大尺寸mm。4.3.2型腔零件刚度和强度校核由于塑件成型部分采用模仁，再从模板上开框把模仁镶入，用螺丝吃紧。成型部分离模仁有满足条件的规定距离（20~25mm），而模仁离模板四周也有满足条件的规定距离，所以成型时型腔零件完全满足强度和刚度的要求。4.4模架的确定和标准件的选用根据前面型腔的布局以及互相位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为DCI-3545-A70-B100-C100-L300。即采用数量为1的工字标准模架。1、定模座板（400mmx450mm，厚为25mm）定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为45钢。通过4个M12的内六角圆柱螺钉与定模固定板连接；定位圈通过2个M8的内六角圆柱螺钉与其连接；定模座板与浇口套为H8/f8配合。2、定模板（350mmx450mm，厚65mm)用于固定型芯、导套。固定板应有一定的厚度，并有足够强度，一般用45号钢，调质到230HB~270HB。其上的导柱和导套一端采用H7/k6配合，另外一段采用H7/f7配合；定模板与浇口套采用H7/m6配合。3、动模座板（400mmx450mm，厚为25mm）材料为45钢，其上的注射机顶孔为直径40mm。4、动模板（350mmx450mm，厚65mm）行位滑块通过矩形导滑槽在模套中滑动，以完成侧向分型和合模复位，材料为45钢。其上的导柱和导柱孔为H7/k6配合。5、推板（220mmx450mm，厚度20mm）材料为45钢，其上的推板导套孔与推板导套采用H7/k6配合。用M6的内六角圆柱螺钉与推板固定板固定。6、推板固定板（220mmx450mm，厚度25mm）钢材为45钢,其上的推板导套孔与推板导套采用H7/f9配合。模架如图（3-6）所示：图3-6模架4.5合模导向机构和定位机构采用标准模架，模架本身带有导向装置，按模架规格选取即可。4.5.1导向机构的总体设计1、导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部分，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的精度，防止压入导柱和导套后变形。2、该导套采用4根导柱，其布置为等直径导柱不对称布置。3、导柱安装在支承板和模套上，导套安装在定模固定板上。4、为了保证分型面很好的接触，导柱和导套在分型面处应只有承屑槽，在导柱孔口倒角。5、在合模时，保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致模具损坏。6、动定模板采用合并加工时，可确保同轴度要求。4.5.2导柱设计1、采用带头导柱，加油槽。如图3-7。2、导柱长度必须比凸模端面高度高出6mm～8mm。3、为了使导柱能顺利地进入导向孔，导柱端部常做成圆锥形的先导部分。4、导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证有足够的抗弯强度。5、导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/k6配合，导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7间隙配合[7]。6、导柱工作部分的表面粗糙度为0.2um。7、导柱应具有坚硬耐磨的表面、不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为50HRC以上或45钢经调质、表面淬火、低温回火、硬度为50HRC以上。图3-7导柱与导套4.5.3导套设计导套与安装在另外一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，以保证模具运动导向精度的圆套形零件。导套常用的结构形式有两种：直导套、带头导套。1、采用带头导套，如图3-7所示。2、导套的端面应倒圆角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩余空气。3、导套孔的的滑动部分按H8/f7，H7/f7的间隙配合，表面粗糙度为0.4um。导套外径与模板一端采用H7/k6配合；另外一端采用H7/e7配合镶入模板。4、导套材料可用淬火钢或铜等耐磨材料制造，该模具中采用T8A。4.6脱模推出机构的设计注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。4.6.1脱模推出机构的设计原则塑件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不可忽视的，应遵循以下原则。1、推出机构应近尽量设置在动模一侧。2、保证塑件不因推出而变形损坏。3、机构简单，动作可靠。4、良好的塑件外观。5、合模时的准确复位。4.6.2塑件的推出机构该套模具的塑件采用推板推出，推板的形式为圆形。推板如图所示，共一块推板（动模板就是推板）。图3-8推板位置图2、推板应设置在脱模阻力大的地方。3、推板应布置均匀。4、推板应设在塑件强度、刚度较大的地方。5、推板直接与模板上的推板空采用H8/f8间隙配合。6、通常推板装入模具后，其端面应与型腔地面平齐或高出型腔底面0.05mm~0.10mm。7、推板与推板固定板，通常采用单边0.5mm的间隙，这样可以降低加工要求，又能在多推板的情况下，不因各板上的推板孔加工误差引起轴线不一致而发生卡死现象。8、推板的材料常用T8、T10碳素工具钢，热处理要求硬度50HRC以上，工作端配合部分的表面粗糙度为u=0.8um。4.7侧向分型与抽芯机构设计当在注射成型的塑件上与开合模方向不同的内侧或外侧有孔、凹穴或凸台时，塑件就不能直接由推板等推出机构推出脱模，此时，模具上成型该处的零件必须制成可侧向移动的活动型芯，以便在塑件脱模推出之前，先将侧向成型零件抽出，然后在把塑件从模内推出，否则就无法脱模。4.7.1斜导柱及滑块设计根据产品结构，模具需要设计侧向抽芯机构，根据资料可得到斜导柱斜度为18度。其余尺寸如下图：图3-9斜导柱的尺寸模板分型面上设置1mm的缝隙可用于排气，而且在成型壳体内腔的型芯上设置了6根推板，排气条件足够。4.8冷却系统的优化设计4.8.1加热系统该套模具的模温要求在70以下，又是小型模具，所以无需设置加热装置。4.8.2冷却系统PP塑料注射到模具内的塑料温度为180—190左右，而塑料固化后从模具型腔中取出时其温度在304以下，热塑性塑料在注射成型后，须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。PP的成型温度和模具温度分别为180~190、50~70，用常温水对模具进行冷却。1、冷却介质冷却介质有冷却水和压缩空气，但用冷却水比较多，因为冷却水热容量大、传热系数大，成本低。用水冷却，即使在模具型腔周围或者内部开设冷却水道。2、冷却系统的简略计算如果忽略模具因空气对流、热辐射以及与注射机接触所散发的热量，不考虑模具金属材料的热阻，可对模具冷却系统进行初步的简略计算。（1）求塑料固化时每分钟释放的热量查表得PP单位质量放出的热量，故式中W—单位时间内注入模具中的塑料质量（kj/min），模具每分钟注射1次。（2）冷却水的体积流量式中——冷却水的密度，为;——冷却水出口温度，取25；——冷却水进口温度，取20；C——冷却水的比热容，为4.187；（3）冷却管道的直径为使冷却水处于湍流状态，查资料取d=6mm。（4）冷却水在管道内的流速(5)冷却水管道水孔壁与冷却水之间的传热膜系数查参考文献中的表取f=7.22，水温为25时，因此(6)冷却管道的总传热面积(7)模具上应开设的冷却水孔数（孔）式中l—模具长度，为150mm.4.8.3冷却装置布置方案的确定我们在上下模仁上各开设两条水道，用于冷却塑件的两侧面，这样才能使塑件各个方面都能得到冷却，防止了受热不均匀导致的翘首。从装配图上可查看“冷却水路示意图”。图3-10冷却水路示意图4.9模具材料例表表3-7该模具的选材及热处理见表零件名称材料牌号热处理硬度说明模仁718H预硬化36HRC-38HRC保证加工后获得较高的形状和尺寸精度，易于抛光圆柱型芯Cr12MoV淬火58HRC-62HRC淬透性好，热处理变形小、耐磨性好斜导柱T7A淬火52HRC-55HRC动模型芯718H淬火42HRC-54HRC保证加工后获得较高的形状和尺寸精度，沿脱模方向抛光动定模座板45调质230HB-270HB垫块Q235调质230HB-270HB支撑柱S50C调质225HB-240HB推板固定板45调质230HB-270HB主流道衬套T10A淬火50HRC-55HRC导柱导套T10A淬火54HRC-58HRC定位圈45调质230HB-270HB复位杆45淬火43HRC-48HRC

第五章注射机有关工艺参数的校核5.1型腔数量的校核5.11由注射机料筒塑化速率校核型腔数量t取304s,符合要求。式中K——注射机最大注射量的利用系数，非结晶型塑料一般取0.8；M——注射机的额定塑化量，改注射机为7.5g/s；T——成型周期，因塑件还比较大，壁厚，取30s;m1——单个塑件的质量，取62.7g;m2——浇注系统的质量，取7.2g;5.12按注射机的最大注射量校核型腔数量（3.2）符合要求。式中——注射机允许的最大注射量，该注射机为304g。其他符号意义与取值同前。5.13按注射机的额定锁模力校核型腔数量壳体正反两面产生的胀模力由内模壳抵消；左右两行位压力由导柱和前模板的斜面抵消，取这两处力的一半为正压力：分型面合模处的作用面积：塑料熔体对型腔的成型压力是，一般是注射压力的30%-65%，取平均压力为：（3.2）（3.3）符合要求。5.2注射机工艺参数的校核5.21注射量的校核注射量以容积表示最大注射容积为：而符合要求。5.22锁模力的校核前面计算过，符合要求。5.23最大注射压力的校核注射机的额定注射压力即为该机器的最高压力应该大于注射成型所需调用的注射压力的即式中；为70—90；代入数据计算，符合要求。5.3安装尺寸的校核最大与最小模具厚度模具厚度H应满足式中该套模具厚度H=486mm。很明显，选择该注射机能满足模具设计的要求。5.4开模行程校核——注射机动模板的开模行程，取470mm，见表4.2；——塑件推出行程取19.5mm；——为包括流道凝料在内的塑件高度；代值计算发现开模行程能满足。

第六章模具工作过程6.1开模过程开模时，模具架上注塑机，调整好注塑机参数，然后进行合模，开始进行注塑，塑胶进入模具内部，冷却水路冷却塑胶，注塑机保压，然后开模，小拉杆29运动，拉断料头，继续开模，达到小拉杆行程，拉料针22脱开料头，冷料自动掉落，小拉杆29拉开开闭器23，带动定模板14运动，开模之后，注塑机顶棍通过KO孔，推动顶针板3，顶针板3带动复位杆，复位杆带动推板8推动塑胶件，从而使塑件脱模掉下，然后继续合模注塑。

第七章结论本次毕业设计是我们大学所学知识做的一次总测验，是锻炼也是检验自己三年来所学并掌握运用知识的能力，是我们高等院校学生的最后的学习环节，通过这次设计，我学到了许多原来未能学到的东西，对过去没有掌握的知识得到了更进一步巩固。独立思考，综合运用所掌握理论知识的能力得到很大的提高，学会了从生产实际出发，针对实际课题解决实际问题，掌握了综合使用各种设计手册、图册、资料的方法，提高了电脑绘图水平，也是为我们即将参加工作所做的必要准备，打下基础，更是我们四年机械设计制造及其自动化专业知识的一次综合。

第八章经济分析报告原材料价格：45号钢：16元/KG；S136：96元/KG；密度为7.85g/；模架的价格：16元/KG×（78173×7.85g/）÷1000=9817.6元；型芯、型腔等的材料规（数量均为2）：Φ60×100Φ120×60Φ90×80Φ40×50Φ110×40；价格：6540×(7.85g/×96元/KG)÷1000=4924元；表6.1模板加工费用名称