塑料水杯注塑模具设计说明书.docx
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塑料水杯注塑模具设计说明书
1塑件的成型工艺分析……………………………………………………3
1.2塑料件的尺寸分析………………………………………………………3
1.3塑件表面质量分析………………………………………………………3
1.4塑件结构工艺性分析……………………………………………………4
1.5成形工艺参数、工艺卡…………………………………………………4
1.5.1塑件的体积及质量…………………………………………………4
1.5.2选用注射机…………………………………………………………4
1.5.3塑件注射成型工艺参数……………………………………………5
2.1型腔数目的确定…………………………………………………………6
2.2分型面的选择……………………………………………………………7
2.3浇注系统的设计…………………………………………………………8
2.3.1主流道的设计………………………………………………………8
2.3.2浇口的设计…………………………………………………………9
2.4侧向抽芯系统设计………………………………………………………10
2.4.1侧向分型抽芯距的确定……………………………………………10
2.4.2侧向分型抽芯力的计算……………………………………………10
2.4.3斜导柱的设计………………………………………………………11
2.4.4斜导柱的材料及安装配合…………………………………………11
2.5推出机构设计……………………………………………………………12
2.5.1设计原则……………………………………………………………12
2.5.2推杆材料……………………………………………………………12
2.5.3推杆的形式…………………………………………………………12
2.5.4推杆的导向…………………………………………………………13
2.5.5推杆的复位…………………………………………………………13
2.6标准模架的选择…………………………………………………………13
2.7排气温控系统设计………………………………………………………14
3成型零件工作尺寸的计算……………………………………………14
3.1成型零部件的磨损………………………………………………………15
3.2成型零部件的制造误差…………………………………………………15
3.3塑件的基本尺寸计算……………………………………………………15
3.3.2型腔深度……………………………………………………………15
3.3.3型芯高度……………………………………………………………15
3.3.4壁厚…………………………………………………………………16
3.3.5圆角…………………………………………………………………16
3.3.6柄长…………………………………………………………………16
4注射机有关工艺参数的校核…………………………………………17
4.1注射量的校核……………………………………………………………17
4.2注射压力的校核…………………………………………………………17
4.3锁模力的校核……………………………………………………………17
4.4装模部分有关尺寸的校核………………………………………………18
4.4.1模具闭合高度的校核………………………………………………18
4.4.2模具安装部分的校核………………………………………………18
4.4.3模具开模行程的校核………………………………………………18
4.4.4顶出部分的校核……………………………………………………18
1、塑件的成型工艺分析
1.1塑件的原材料分析
塑件原材料为PP中文名:
聚丙烯
表1.1塑件的原材料分析
品种
结构特点
使用温度
性能特点
成型特点
PP
热塑性
塑料
线型结构
半结晶型
10℃~
120℃
化学稳定性较好，耐热性较差，光、氧作用下容易降解，机械性能比聚乙烯好。
成型是收缩大，成型性能好，易变形翘曲，尺寸稳定性好，柔软性好，有“铰链”特性。
结论：
干燥处理：
如果储存适当则不需要干燥处理。
熔化温度：
220~275C，注意不要超过275C。
模具温度：
40~80C，建议使用50C。
结晶程度主要由模具温度决定。
注射压力：
可大到1800bar。
注射速度：
通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。
如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。
流道和浇口：
对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。
建议使用通体为圆形的注入口和流道。
所有类型的浇口都可以使用。
典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。
对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。
PP材料完全可以使用热流道系统。
1.2塑料件的尺寸分析
塑件零件图图1.2所示，根据零件图，该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按MT5查取公差（参见课程“附录—模塑件尺寸公差表”）。
其主要尺寸公差标注如下（单位均为mm）：
高度尺寸：
80-0.8678+0.86
外形尺寸：
ø38-0.56ø60-0.74
内形尺寸：
ø36+0.56ø56+0.74
1.3塑件表面质量分析
塑件是日常使用的水杯，要求外表美观、无斑点、无熔接痕，表面质量一般要求较高，在Ra0.8
以上。
1.4塑件结构工艺性分析
聚丙烯（PP）水杯的收缩率按照前人经验取20/1000。
塑件水杯是薄壁回转体，为利于脱模，塑件的外壁有2°的脱模斜度，此斜度在常用的脱模斜度范围内，能保证顺利脱模，故无需另行设计。
热塑性塑料的壁厚应该控制在1mm—4mm之间。
此塑料件最大壁厚为4.0mm，最小壁厚为1.2mm，壁厚均匀，在推荐值之间。
易于成型。
1.5成形工艺参数、工艺卡
1.5.1塑件的体积及质量
根据图样尺寸，利用画图软件建立塑件三维模型，经分析得：
塑件体积：
V塑≈26880mm3
塑件质量：
M塑＝ρV塑
＝1.04cm/g×26.88cm
＝27.96g
塑件与浇注系统的总质量：
M=M塑+M凝≈54（g）
1.5.2选用注射机
根据塑件的形状，取一模一件的模具结构，初步选取螺杆式注射成型机：
G54-S200/400,表1.2为该注射机的技术参数。
表1.2注射机G54-S200/400的技术参数
额定注射量/cm3
200~400
螺杆直径/mm
55
注射压力/Mpa
109
模具最大厚度/mm
406
模具最小厚度/mm
165
拉杆空间/mm
290×368
注射行程/mm
160
注射方式
螺杆式
锁模力/KN
2540
最大成型面积/cm2
645
模板最大行程/mm
260
顶出形式
动模板设有顶板，开模是通过动模板与顶板相碰，机械顶出塑件
合模方式
液压-机械
液压泵流量/（L/min）
170、12
动、定模固定板尺寸/mm
532×634
液压泵压力/Mpa
6.5
喷嘴
弧半径/mm
18
孔半径/mm
4
机器外形尺寸/mm
4700×1400×1800
1.5.3塑件注射成型工艺参数
PP塑件注射成型工艺参数如表1.2所示，（参见附录H），试模时，可根据实际情况作适当调整；模塑成型工艺卡如表1.3所示。
表1.2ABS塑料的注射成型工艺参数
工艺参数
规格
工艺参数
规格
预热和干燥
温度：
80~1000C
成型时间S
注射时间：
20~60
保压时间：
0~3
冷却时间：
20~90
总周期：
50~160
时间：
4~6h
料筒温度0C
后段：
160~180
中段：
180~200
前段：
200~220
螺杆转速r/min
48
喷嘴温度0C
直通式：
170~190
注射压力Mpa
70~100
模具温度0C
80~90
保压压力Mpa
50~60
中山火炬职业技术学院
水杯注射工艺卡片
资料编号
车间
模具教研室
共页
第页
零件名称
水杯
材料牌号
PP
设备型号
G54-S200/400
装配图号
材料定额
每模件数
1
零件图号
单件质量
28g
工装号
材
料
干
燥
设备
G54-S200/400
温度0C
80~1000C
时间h
4~6h
料
筒
温
度
后段0C
160~180
中段0C
180~200
前段0C
200~220
喷嘴0C
170~190
模具温度0C
80~90
时
间
注射S
20~60
保压S
0~3
冷却S
20~90
压
力
注射
70~100
背压
后处理
温度0C
时间定额
辅助min
时间h
单件min
检验
控制
校对
审核
组长
车间主任
检验组长
主管工程师
2.1型腔数目的确定
对于一个塑件的模具设计的第一步骤就是型腔数目的确定。
单型腔模具的优点是：
塑件精度高；工艺参数易于控制；模具结构简单；模具制造成本低，周期短。
缺点是：
塑件成型的生产率低、成本高。
单型腔模具适用于塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产。
多型腔模具的优点是：
塑件成型的生产率高，成本低。
缺点是：
塑件精度低；工艺参数难以控制。
模具结构复杂；模具制造成本高，周期长。
多型腔模具适用于大批量、长期生产的小塑件。
根据塑件的精度：
根据经验，在模具中每增加一个型腔，塑件的尺寸精度就要降低4%。
确定型腔数目的方法：
考虑到塑件的技术要求，本设计采用根据注射量方法确定型腔数目。
即：
n=（0.8G-m2）/m1
式中：
G—注塑机的最大注射量（g），取200g
m1—单个塑件的重量（g）取200g
m2—浇注系统的重量（g）取14.9g
但根据产品结构和尺寸形状来看不起，由于该塑件尺寸形状很大，只能为一模一腔。
根据需要和后续加工的要求我们确定为平行于塑件的最大尺寸方向，中心分布。
2.2分型面的选择
分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。
一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜，我们在这里选用与合模方向平行和垂直。
模具分型面的选择原则：
1、分型面应选在塑件最大截面处。
2、不影响塑件外观质量，尤其是对外观质量有明确要求的塑件更应注意。
3、有利于保证塑件的精度要求。
4、有利于模具的加工，特别是型腔的加工。
（尽可能使模具结构简便）
5、有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置。
6、便于塑件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一侧。
7、尽量减小塑件在合模平面上的投影面积，以减小所需锁模力。
8、便于嵌件的安装。
9、长型芯应置于开模方向。
分型面的开设如下图:
2.3浇注系统的设计
流道设计包括主流道、浇口的设计。
2.3.1主流道的设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或是型腔。
由于主流道要与高温塑料熔体及注塑机喷嘴反复接触，所以在注塑模中主流道部分常设计成可以拆卸更换的主流道衬套。
在卧式或立式注塑机上使用的注塑模中，主流道垂直于模具分型面。
为了使塑料熔体按顺序的向前流动，开模时塑料凝料能从主流道中顺利的拔出，需将主流道设计成圆锥形，具有2°～4°的锥角，内壁有Ra0.8
以下的表面粗糙度，抛光时应沿轴向进行。
若沿圆周进行抛光，产生侧向凹凸面，使主流道凝料难以拔出。
同时浇图2.2浇口套与注塑机喷嘴关系
口套与注塑机喷嘴接触平凡，为防止撞伤，应采取淬火处理使其具有较高的硬度（48HRC～52HRC）。
热塑性塑料的主流道衬套与注塑机喷嘴的尺寸：
主流道始端直径φB=φA+（0.5～1）mm，球面凹坑半径R=X+（2~5）mm，半锥角a为20~40，尽可能缩短长度L（小于60mm为佳）。
如图2.2所示。
本套模具主流道设计要点是：
为便于凝料从主流道中拉出，主流道设计成圆锥形，其锥角
=3°，内壁粗糙度为Ra=0.63μm，整个主流道都在衬套中，并未采取分段组合形式。
主流道大端处是根据注塑机的喷嘴头来设计的，呈圆角，其半径R=21mm，以减小料流在转向时过渡的阻力。
为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道和注塑机的喷嘴紧密接触，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径R=X+（2~5）mm，X=18mm，取R=21mm。
其主浇道小端直径d1=d2+（0.5~1）mm,取d1=4mm。
流道应保持光滑的表面，避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺等。
本套产品浇口套如图2.3。
图2.3浇口套
2.3.2浇口的设计
浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键组成部分。
浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。
浇口的截面积通常为分流道的截面面积的0.03%～0.09%。
浇口截面积通常有矩形和圆形两种。
浇口长度约为0.5～2mm左右。
浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。
在注塑模具中常用的浇口形式有直接浇口、点浇口、潜伏式浇口、侧浇口、重叠式浇口、圆环形浇口、护耳浇口等，浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口的位置时应注意以下几点：
1.浇口应设在能使型腔各个角落都可以同时填满的位置。
2.浇口应设置在制品壁厚较厚的部位，使熔体从厚断面流向薄断面，以利于补料。
3.浇口的部位应选在易于排除型腔内空气的位置。
4.浇口的位置应选在能避免制品表面产生熔合纹的部位。
当无法避免产生熔合纹的产生时，浇口位置的选择应考虑到熔合纹产生的部位是否合适。
5.浇口的设置应避免引起熔体断裂的现象。
6.浇口应设置在不影响制品外观的部位。
7.不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口，一般制品浇口附近的强度较差。
由于设计零件是表面要求较高的塑件，又因为该模具因其结构复杂为3板模机构，故选择点浇口为佳。
并且表面网格的孔上。
2.4侧向抽芯系统设计
抽芯形式其结构如图2.5所示，此侧向抽芯机构是由（15）斜导柱等构成。
侧向抽芯的实现是在开模时定模底座带动斜导柱运动，而斜导柱又带动
（2）定模板运动分开，从而实现侧抽芯。
图2.4抽芯形式其结构
2.4.1侧向分型抽芯距的确定
一般情况下，侧向抽芯距通常比塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧凹凸台的高度大2～3mm。
塑件上侧凹深38mm，定抽芯距最少为（38＋2）mm即40mm。
2.4.2侧向分型抽芯力的计算
其中:
Fc—抽芯力（N）
c—侧型芯成形部分的截面平均周长。
h—侧型芯成形部分的高度。
p—塑件对侧抽芯的收缩力（包紧力），模内冷却的塑件，
p＝（0.8～1.2）×107Pa。
取◎p＝1.0×107Pa。
—塑件在热关态时对钢的摩擦系数，一般0.15～0.2，取0.18。
α—侧抽芯的脱模斜度或倾余角，取20°。
代入上式得:
2.4.3斜导柱的设计
2.4.3.1斜导柱形状
采用圆形截面的斜导柱，其图如2.5。
图2.5斜导柱形状
2.4.3.2.斜导柱倾角
一般在设计时α不大于25°，最常用为12°≤α≤22°，通常抽芯距短时α取小些，抽芯距长时α取大些;抽芯力大时α可取小些，抽芯力小时可取大些。
另外，斜导柱在对称布置时，抽芯力可相互抵消，α可取大些，而斜导柱非对称布置时，抽芯力无法抵消，α要取小些。
综上所述，因模具的斜导柱为对称布置，且抽芯距较小，抽芯力也不大，取α＝200。
2.4.3.3斜导柱的直径计算
由抽芯力Fc，倾角α＝20°，查表得最大弯曲力Fw、Hw，根据Fw和Hw以及α，查表得斜导柱直径为25mm。
2.4.3.4斜导柱的长度计算
粗略计算：
L3=S％sinａ，取L为118mm。
2.4.4斜导柱的材料及安装配合
斜导柱的材料多为T8,T10等碳素工具钢，也可以用45钢渗碳处理。
此斜导柱的材料选45钢。
由于斜导柱经常滑动摩擦，热处理要求硬度HRC≥55。
表面粗糙度Ra≤0.8µm。
斜导柱与其固定的模板之间采用过度配合H7/m6。
为了运动的灵活，滑块上斜导孔与斜导柱之间可以采用较松的间隙配合H11/b11，或在两者之间保留0.5～1mm的间距。
其斜导柱压板图如2.6示。
图2.6斜导柱压板
2.5推出机构设计
推出机构由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件组成。
即推件板、推件板紧固螺钉、推板固定板、推杆垫板、顶板导柱、顶板导套以及推板紧固螺钉。
2.5.1设计原则
1．推出机构应尽量设在动模一侧；
2．保证塑件不因推出而变形损坏；
3．机构简单动作可靠；
4．合模时的正确复位。
2.5.2推杆材料
推杆的材料多为45钢、T8或T10碳素工具钢，推杆头部需淬火处理，硬度大于50HRC，表面粗糙度在Ra1.6μm以下，较好的表面质量可防止推杆与孔咬死，并延长使用寿命。
在存放推杆时，为防止有害气体及介质的侵蚀，应涂上二硫化钼。
2.5.3推杆的形式
推杆是注塑模中使用最多的一种推出零件。
推杆的形式很多，最常用的是圆形截面推杆。
对于此塑料制品，是采用14根圆形截面的推杆。
如图2.7所示。
图2.7推杆
2.5.4推杆的导向
对于含有数量较多并且顶出较细小的顶管顶出机构，以及大面积的推板顶出机构来讲，防止顶出机构的歪斜和扭曲是非常重要的，不然会造成细小顶管的变形甚至折断，推板与型芯间的磨损擦伤，为了避免以上现象的发生，要求在脱模机构导向的同时还起到支撑中间垫板的作用，防止中间垫板的弯曲。
由于本模具中的顶出杆比较多，必须设计导向系统，即有导柱和导套。
2.5.5推杆的复位
使用推杆作为推出零件的脱模机构，在完成一次脱模动作，开始下一次注射工作循环时，与制品接触的推杆必须回复到初始位置。
因此，必须设有复位装置。
本模具设置复位杆，复位杆用45钢，HRC45～50。
图2.8所示。
图2.8复位杆
2.6标准模架的选择
依据前面计算数据,确定选用2930型标准模架，拟用现在比较流行的FUTABA标准，根据上述分析，此模具是含推件板、大水口类型的，所以选用“FUTABA-SB35×354045145”其中参数的含义是：
图2.9模架的结构
2.7排气温控系统设计
当塑料熔体填充型腔时,必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。
如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净,一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦（褐色斑纹），同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。
有时在注射成型过程中，为保证型腔充填量的均匀合适及增加塑料熔体汇合处的熔接强度，还需在塑料最后充填到的型腔部位开设溢流槽以容纳余料，也可容纳一定量的气体。
当塑件熔体充填型腔时，必须排出型腔以、浇注系统内的空气及塑件受热而产生的气体。
如果气体不能被顺序的排出，塑件由于填充不足而出现气泡，接缝或表面轮廓不清等缺陷；甚至因气体受压而产生高温，使塑件焦化。
考虑该塑件尺寸，属于中小型简单型腔模具，故可以利用推出机构与模板之间的配合间隙进行排气，间隙值为0.03mm。
3.成型零件工作尺寸的计算
成型零部件的设计计算主要指成型部分，与塑件接触部分的尺寸计算。
而对于塑件尺寸精度的影响因素主要有以下方面：
3.1成型零部件的磨损
其主要是塑料熔体在成型行腔中的流动以及脱模时塑件与型腔或型心的摩擦，而一后者为主。
为简化设计计算，一般只考虑与塑件脱模方向平行的磨损量，对于垂直方向的不于考虑，而忽略不计。
中小形塑件我们取δc=1/6Δ。
3.2成型零部件的制造误差
成型零部件的制造包括成型零部件的加工误差和安装、配合误差两个方面，设计时一般将成型零部件的制造误差控制在塑件相应公差的1/3左右，δz=1/3Δ,通常取IT6—IT9级精度。
3.3塑件的基本尺寸计算
3.3.1型腔径向尺寸
3.3.2型腔深度
3.3.3型芯高度
3.3.4壁厚
3.3.5圆角
3.3.6柄长
4注射机有关工艺参数的校核
注射机G54-S200/400的主要参数如下表所示：
表4.1G54-S200/400注射机的主要参数
标称注射量
400cm2
定位孔直径
125mm
最大开模行程S
260mm
喷嘴球头半径
18mm
最大装模高度Hmax
406mm
喷嘴孔直径
4mm
最小装模高度Hmin
165mm
中心顶杆直径
25mm
模板最大安装尺寸
532×634
顶出行程
0~130
4.1注射量的校核
如前所述，塑件与浇注系统的总体积为V=52000mm3=52cm3，远远小于注射机的标称注射量400cm3
4.2注射压力的校核
符合要求
4.3锁模力的校核
注射成形时，高压塑料熔体充满型腔时，会产生使模具沿分型面分开的胀模力，此胀模力等于塑件和浇道系统在分型面上投影面积与型腔压力之积。
为防止模具分型面被胀模力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料现象。
因此模具设计时应使注塑机的额定锁模力大于胀模力。
则：
式中：
F—注塑机额定锁模力（2540KN）。
AZ、Aj—分别为制品和浇注系统在分型面上的垂直投影面积（8000mm2）。
Pm—塑料熔体在型腔内的平均压力（查模具设计手册）（20~40MPa）。
左边=2540
右边=
=160KN
通过上面公式计算得出-锁模力符合要求。
4.4装模部分有关尺寸的校核
4.4.1模具闭合高度的校核
由装配图可知模具的闭合高度：
H闭=400mm，
最小装模高度Hmin=165，最大装模高度Hmax=406，能够满足
Hmin≤H闭≤Hmax安装条件
4.4.2模具安装部分的校核
该模具的外形尺寸为：
350×300，注射机模板最大安装尺寸为532×634，故能满足安装要求；
模具定位圈的直径为φ125=注射机定位孔直径φ125，符合安装要求；
浇口套的球面半径为R21＞喷嘴球头半径R18，符合要求；
浇口套小端孔径Ф4.5＞喷嘴孔直径φ4，符合要求。
4.4.3模具开模行程的校核
如图4.1所示，模具的开模行程
S模=塑件的高度+浇注系统的高度+顶件的高度+（5~10）
=80+37+10=127mm
注射机的最大开模行程S=260＞S模=127mm
4.4.4顶出部分的校核
模具上顶杆孔的直径为φ50、注射机中心顶杆直径φ25
注射机最大顶出距离为130＞模具上所需要的最小顶出距离
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