最新塑料饭盒盒盖模具设计设计.docx

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最新塑料饭盒盒盖模具设计设计

塑料饭盒盒盖模具设计设计

重庆三峡学院

毕业设计（论文）

题目塑料饭盒盒盖模具设计

院系机械工程学院

专业机械设计制造及其自动化（数控）

年级2011级

学生姓名周建鑫

学生学号************

指导教师张卫职称助教

完成毕业设计（论文）时间2015年5月

摘要

本课题即将饭盒盖上壳作为设计模型，利用注射模具的相关知识为依据，阐述塑料注射模具的设计与制造过程。

本设计对饭盒盖上壳进行的注塑模设计，利用软件对塑件进行实体造型，对塑件结构进行工艺分析。

明确了设计思路，确定了注射成型的工艺过程还有对各个具体部分细节进行了仔细的计算。

本着简约而不简单的设计原则，采用斜滑块的瓣合模的结构成型。

如此设计出的结构即可确保模具工作运用可靠，同时也保证了与其他部件的配合。

本课题通过对饭盒盖上壳的注射模具设计，巩固和加深了对所学知识的掌握，取得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图！

关键词：

塑料模具，注射成型，模具设计，饭盒盖

Introduction

Thetopicofsocketshellasadesignmodel,theinjectionmold-relatedknowledgeasabasistoexplaintheprocessofplasticinjectionmolddesign.Thedesignofthegamecontrollerfortheinjectionmolddesign,plasticpartsusingUGsoftwarewassolidmodeling,thestructureoftheplasticpartsoftheprocessanalysis.Cleardesignideas,determinetheinjectionmoldingprocessandthevariousspecificpartsofadetailedcalculationandverification.Inthesimplebutnotsimpledesignprinciples,theuseofinclinedslidervalvestructureofthemoldshape.Thestructureofsuchadesigndieisusedtoensurereliability,ensurecoordinationwithothercomponents.Finally,simulationMoldflowinjectionprocess.Thetopicofthegamecontrollerbyinjectionmolddesign,toconsolidateanddeepentheknowledge,andachievedsatisfactoryresults,toachievethedesireddesignintent

Keywords:

Plasticmold，Injectionmolding，Molddesign，gamecontroller

第一章前言

第一节模具在制造加工工业中的地位与发展趋势

模具是利用物体个体形状去成型从而具有一定实体效益制品的工具。

各种加工业都运用此技术，例如砂型或压铸模具、锻压模具、冷压模具等各种模具。

Proe网ugpr对模具的总体要求就是能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的物品。

模具是制造业的重要工艺装备，工业产品的批量生产和加工都离不开模具，用模具生产物体能够达到高精度，高复杂程度，高一致性，高生产率和低耗能、低耗材，这使得模具工业的市场地位越来越重要。

模具的品种很多，其中包括冲压、塑料、橡胶、铸造、锻压等，用于大部分制造产品的生产，所以模具在生活中的作用很明显，这也使得他已成为衡量一个国家产品制造是否发达的重要标志之一。

　　随着市场产品换代速度加快，新产品不断涌现。

技术变化加快，模具的使用范围已越来越广，对模具的要求也越来越高了。

模具网ugproe.c近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的特性也就越显突出。

从模具设计与制造方面来看，模具的发展趋势可重点分为几个方面：

（1）加深理论研究

在模具设计中，对工艺要求和理解越来越深入，模具设计已经由实验设计阶段逐渐向实际生产与用处等各方面发展，使得产品的用途和质量都得到很大的提高。

（2）高效率、自动化

大量采用机械加工模具结构。

高速自动化的成型机械配以先进的模具，对提高产品质量还有生产率、降低成本起了很大的作用。

（3）大型、超小型及高精度

由于产品用途的扩大，衍生出各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了达到这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。

（4）标准化

开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了成本。

第二节国内模具技术的现状

20世纪80年代开始，发达工业国家的模具发展越发壮大，逐渐独立成为工业部门，其产值已超过机床工业的产值。

近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。

许多模具企业加大了用于技术进步的投入成本，将技术进步作为企业发展的新方向。

此外，许多科研机构和大专院校也组织模具技术的研究与开发运用。

中国塑模工业历经半个多世纪，在模具水平有了较大提高。

在大型模具方面已能生产48"（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步。

但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。

但为了缩小与国际先进水平的距离，我国也确立了今后发展方向，大体可体现在以下几个方面：

（1）注重开发大型，精密，复杂模具；在轿车和家电等工业有快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。

（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。

因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。

（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。

实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。

（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。

第三节毕业设计的目的

毕业设计的目的是通过设计将所学即用，培养学生专业知识和基本技能进行分析与解决实际问题的能力，培养学生的创新精神。

通过这次毕业设计，让学生综合运用大学了所学的知识，掌握大多数材料在模具加工中的应用，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。

在模具制造方面，突出掌握多数机械加工的知识，金属材料的选择还有加工工艺的方法，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。

毕业设计更是对学生大学期间所学的知识的综合检验。

第二章饭盒盖上壳上壳塑料产品设计

第一节市场调研

电器的飞速发展，各种各样的饭盒盖上壳层出不穷。

然而全球的需求量是在不断加大，饭盒盖上壳的销量也在以大约8%的速度在增加。

这一切都预示着饭盒盖上壳会发展越来越来快，应用的领域越来越宽广。

从全球第一款饭盒盖的出现，到后来各种各样的手机壳，电视壳等，它们在不同的年代各领风骚，今天让我们从技术、品牌与产品、应用市场及目标消费者三个方面，回顾喷墨饭盒盖上壳的光辉历史，同时对其未来的发展趋势作简单分析。

所以怎么样提高产品亮点和实用性以及良好的性价比来吸引更多的消费者是至关重要的。

本设计的产品饭盒盖上壳架综合考虑了使用环境，功能，外观，性能强大等要求，以达到经济实惠的效果，满足市场需求。

第二节饭盒盖上壳产品设计概述

产品设计是创造与实际的结合，通过线条、符号等把产品示人。

它将现实生活目的或需要转换为物理形式或工具的过程，把一种规划设想、问题解决的方法，通过具体的媒介，以美好的形式表达出来。

产品设计反映着一个时代的制造业文化。

产品设计的重要性对于产品设计阶段要全面确定整个产品策略、外观、结构、功能，从而确定整个生产系统的布局，因而，产品设计的意义重大，具有“牵一发而动全局”的重要意义。

如果一个产品的设计缺乏加工实际匹配，那么生产时就将耗费大量费用来调整和更换，加大了成本运用，相反，好的产品设计，不仅表现在功能上的优越性，而且便于制造，生产成本低，从而使产品的综合竞争力得以增强。

大多数企业注重细节，设计别具一格，以便设计出造价低而又具有独特功能的产品。

许多发达国家的公司都把设计看作市场引领风向，认为好的设计是赢得顾客的关键。

本设计主要针对家庭用品，所以这在功能外观性能方面有着一定的要求，外型设计不要求夸张，主要是结构要合理实用，强度要高一点，手感舒适。

初始设计图如下：

图2.1产品外观1

图2.2产品外观2

第三节塑料制品设计的基本原则

2.3.1壁厚设计的原则

（1）壁厚的大小取决於产品需要承受的外力、是否作为其他配件的支撑与配合以及选用的塑胶材料而定。

一般的热塑性塑料壁厚设计应以4mm为限。

从经济角度来看，过厚的产品不但增加材料成本，延长生产周期冷却时间。

从产品设计角度来看，过厚的产品增加引致产生空穴、气孔的可能性，大大削弱产品的刚性及强度。

（2）最理想的壁厚分布无疑是切面在任何一个地方都是均一的厚度，但为满足功能需求与互相配合以致壁厚有所改变总是无可避免的。

在此情形，由厚胶料的地方过渡到薄胶料的地方应尽可能顺滑。

壁厚是产品设计最先被考虑，一般用于注塑成型的会在1.5mm（0.06in）至4.5mm（0.18in）。

壁厚比这范围小的用于塑料流程短和细小部件。

典型的壁厚约在2.5mm（0.1in）左右。

壁厚在3.8mm（0.15in）至6.4mm（0.25in）范围是可使用结构性发泡。

本设计采用的壁厚平均为3mm，壁厚变化不超过1mm。

2.3.2圆角的设计

建议的最小圆角半径是胶料厚度的25%，最适当的半径胶料厚比例在60%。

轻微的增加半径就能明显的减低应力。

2.3.3加强筋设计的原则

加强筋有效地增加产品的刚性和强度而不需要增加产品切面面积，对一些经常受到压力、扭力、弯曲的塑胶产品尤其适用。

此外，加强筋更可充当内部流道，有助模腔充填，对帮助塑料流入部件的支节部份很大的作用。

加强筋的两边必须加上拔模角以减低脱模顶出时的摩擦力，底部相接产品的位置必须加上圆角以消除应力过分集中的现象，加强筋的形状一般是细而长，加强筋一般的设计图说明设计加强筋的基本原则。

2.3.4拔模角的设计原则

塑胶产品在设计上通常会在边缘的内侧和外侧各设有一个倾斜角即拔模角。

如果产品有垂直外壁并且与开模方向相同的话，则模具在塑料成型需要很大的开模力才能打开，因此，拔模角的考虑在产品设计的过程是不可或缺的。

因为注塑件冷却收缩多附于凸模上，为了使产品壁厚平均及防止产品在开模附于较热的凹模上，拔模角对应於凹模及凸模是应该相等的。

不过，在特殊情况下若然要求产品开模附在凹模的话，可将相接凹模部份的拔模角尽量减少，或刻意在凹模加上适量的倒扣位。

第四节产品材料的选择

迄今为止，工业树脂种类繁多，实现工业化生产的也不下千余种。

塑料材料的选用就是在众多的树脂品种中选择一个合适的品种。

针对此次设计材料的选用，主要考虑以下几个方面：

塑料材料的适应性

（1）各种材料的工艺比较；

（2）适宜加工处理的条件；（3）选用塑料的适宜条件

塑料制品的使用性能

（1）塑料制品的使用条件，包括塑料制品的受力情况，热涨性能，尺寸精度要求，渗透性要求，外观要求等。

（2）塑料制品的使用环境，包括环境温度，环境湿度，接触介质，

塑料的加工性能

（1）塑料的可加工性；

（2）塑料的成本控制；（3）塑料加工的废料处理。

塑料制品的成本

（1）原料价格；

（2）塑料制品的使用寿命；（3）塑料制品的食用安全

综合以上情况对材料进行筛选分析，决定选用PC作为饭盒盖上壳的材料。

第三章饭盒盖上壳的模具设计

第一节塑料的工艺性设计

3.1.1塑料制品成型工艺分析

1、制品材料PC的性能：

（1）聚碳酸酯是一种无味、无臭、无毒、透明的无定形热塑型材料，是分子链中含有碳酸酯的一类高分子化合物的总称，简称PC。

一般结构式可表示，由于R基团的不同，它可分为脂肪族类和芳香族类两种。

但因制品性能、加工性能及经济因素等的制约，目前仅有双酚A型的芳香族聚碳酸酯投入工业化规模生产和应用。

双酚A型聚碳酸酯是目前产量最大、用途最广的一种聚碳酸酯，也是发展最快的工程塑料之一。

双酚A型聚碳酸酯（BisphenolAtypePolycarbonate，简称PC）的结构式

因其具有优良的冲击强度、耐蠕变性、耐热耐寒性、耐老化性、电绝缘性及透光性等，广泛应用于电气电子零部件、机械纺织工业零部件、建筑结构件、航空透明材料及零部件、泡沫结构材料等。

（2）材料的性能参数：

PC作为一种熔融粘度较高并且成型加工却比较困难的良好实用性的工程塑料。

其制品质量对含湿量比较敏感。

物料在加工之前必须严格干燥，使其含混量在0.02％以下。

PC可以注射成型，料筒温度在250～320℃之间，注射压力在49.03～78.45MPa．模具温度在85～120℃。

另外PC制件如带有嵌件，嵌件必须加热到200℃以上，否则嵌件周围易产生冷却不均现象而有内应力。

注射完毕后应对制件进行退火处理。

PC也可以挤出成型，其产品一般是板、片、膜、棒、管材等。

挤出用的分子量可高一些，挤出温度在230～350℃，后处理温度要严格掌握。

除上述两种成型外，PC还可进行吹塑成型。

近几年市场上使用的盛装纯净水的塑料桶大多是以PC材料制造的。

吹塑的模具温度为100～120℃，吹塑空气压力可视瓶壁的厚薄而定。

（2）成形条件

表3.1PC的成型工艺参数

干燥温度（℃）

70～80

干燥时间约（hr）

1.5

模具温度（℃）

45～80

残料量（mm）

2～8

熔胶温度（℃）

190～235

背压（MPa）

9～18

注射压力（MPa）

90～140

锁模力约（ton/in2）

2～2.5

注塑速度

中等

回料转速（rpm）

70～100

螺杆类别

标准螺杆（直通式喷嘴）

停机处理

关料闸啤清即可

碎料翻用（%）

20～30

3.1.3塑件的尺寸与公差

（1）塑件的尺寸

塑件尺寸的大小受制于以下因素：

取决于用户的使用要求。

受制于塑件的流动性。

受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。

（2）塑件尺寸公差标准

影响塑件尺寸精度的因素主要有：

塑料材料的收缩率及其波动。

塑件结构的复杂程度。

模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）。

成型设备的控制精度等。

其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。

（3）塑件的表面质量

表面质量影响的因素有很多，比如微观几何等方面，而不是单纯的表面粗糙度问题。

塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。

模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的要求比较高，查表得PC抛光后顺纹路方向的表面粗糙度为0.02m，垂直纹路方向的表面粗糙度为0.26m。

模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要高1~2级。

此塑件表面粗糙度R=1.6.

第二节注射成型机的选择

3.2.1注塑机基本参数

注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.

（1）公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.

（2）注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆（或柱塞）对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力.

（3）注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.

常用的注射速率如表3.3所示。

表3.3注射量与注射时间的关系

注射量/CM

125

250

500

1000

2000

4000

6000

10000

注射速率/CM/S

125

200

333

570

890

1330

1600

2000

注射时间/S

1

1.25

1.5

1.75

2.25

3

3.75

5

（4）塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期.

（5）锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.

（6）合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.

（7）开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停.

（8）空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间.

利用UG软件进行三维实体建模，并可直接通过软件进行分析，查询到塑件的体积为：

V单=37.8cm3，

计算塑件的质量，根据中国模具设计大典查得：

ρ=1.2g/cm3，根据塑件形状及尺寸，采用一模两腔，即一模出两个塑件的模具结构,

估算浇注系统凝料体积为：

V凝=V单=9cm3。

塑件和浇注系统的质量:

W总=ρ（V总+V凝）=1.2×（37.8*2+9）=101.5g（3.1）

从实际注射量应在额定注射量的20%-80%之间考虑，初选卧式注射机型号：

XS-ZY-250

表3.4XS-ZY-250注射机参数

螺杆直径mm

Φ50

模具厚度最大mm

最小mm

350

理论注射容积cm3

250

250

注射压力MPa

130

喷嘴球半径mm

孔直径mm

18

锁模力KN

1800

φ4

模板行程mm

350

定位孔直径mm

125

3.2.2模具与注射机有关参数的校核

（1）注射量的校核

为确保塑件质量，一次成型的塑件质量应在公称注塑量的35%~75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。

为了保证塑件质量，选择范围通常在50%~80%。

根据以下公式：

V=nVz+Vj≤0.8Vg（3.2）

式中V：

一个成型周期内所需注射的塑料容积（cm3）

n：

型腔数目

Vz：

单个塑件的容量（cm3）

Vj：

浇注系统和飞边所需的塑料容量（cm3）

其中：

n=2；Vj=37.8cm3

V=2×37.8+9=101.5m3<0.8Vg=0.8×250＝200cm3

由此可知选用的注射机在注射量可以满足一模两件的工作需要；

（2）锁模力的校核

由F≥Pm（nAz+Aj）（3.3）

式中F：

锁模力（N）；

n：

型腔数目；

Pm：

塑料熔体在型腔内的平均压力（MPa）；

Az：

制品在分型面上的垂直投影面积（mm2）；

Aj：

浇注系统在分型面上的垂直投影面积（mm2）。

其中取Pm=80MPa

经计算得A总＝nAz+Aj＝191.7930cm2

Pm（nAz+Aj）=80×191.7930=1534.34KN<1800KN＝F

（3）开模行程的校核

模具开模行程应满足：

Sm

其中：

Sz为最大开模行程，查注射机XS-ZY-250型Sz=350mm，

Sm为模具的开模行程；

Sm=塑件的高度+浇注系统的高度+顶件的顶出高度+（5-10）mm

   =54+107+20+（5-10）=189mm 

可见Sm

（4）注射机的安装部分的尺寸校核

该模具的外形尺寸为400mm×350mm，SZ-100/800型注射机模板最大安装尺寸为500mm×500mm，故能满足模具安装要求。

（5）模具闭合高度的校核

安装模具的厚度应满足：

Hmin＜H＜Hmax（3.5）

式中Hmin——注射机所允许的最小模具厚度（mm）

H模——模具闭合厚度（mm）

Hmax——注射机所允许的最大模具厚度（mm）

设计模具厚度H总=30+80+80+100+30=320mm。

由于XS-ZY-250型注射机所允许模具的最小厚度为Hmin=250mm，最大厚度为Hmax=350mm。

所以，模具闭合高度能满足安装要求。

（6）喷嘴尺寸校核

在实际生产过程中，模具的主流道衬套始端的球面半径R2取比注射机喷嘴球面半径R1大1~2mm，主流道小端直径D取比注射机喷嘴直径d大0.5~1mm，

图3.1喷嘴与浇口套尺寸如图

图3.1所示，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模，所以，注射机喷嘴尺寸是标准，模具的制造以它为准则。

（7）定位圈尺寸校核

注塑机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔，称之为定位孔。

注塑模端面凸台径向尺寸要和定位孔成间隙配合，为了配合安装，模具端面凸台高度应小于定位孔深度。

（8）模具外形尺寸校核

注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。

模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上。

（9）模具安装尺寸校核

注塑机的动模板，定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“T”形槽，用于安装固定模具。

模具动，定模板上的螺孔及其间距，必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时，只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。

（10）确定定选用的注塑机

经过对SX-ZY-250型注塑机各项参数的校核，故选用SX-ZY-250即可满足使用。

第三节型腔布局与分型面设计

3.3.1型腔数目的确定与布局

型腔数目的确定，必须根据塑件的几何形状及尺寸、质量、注射能力、模具成本等要求来综合考虑。

根据注射机的额定锁模力F的要求来确定型腔数目n，即

由n

（3.6）

式中F——注射机额定锁模力（N）

P——型腔内塑料熔体的平均压力（MPa）

A1、A2——分别为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积（mm2）

查阅资料，还有通过市场调研，大多数小型件常用多型腔注射模，面高精度塑件的型腔数原则上不超过4个，塑件的经济精度推荐4级,这个产品是两个壳件的组合,所以初定为一模两件最合理.排列形式如图3.2所示。