水壶内盖注塑模具设计毕业设计论文 精品.docx
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毕业设计（论文）
题目：
水壶内盖注塑模具设计
大连工业大学本科毕业设计（论文）
水壶内盖注塑模具设计
TheInjectionMouldDesignofwaterbottlelid
设计（论文）完成日期2013年6月5日
学院：
机械工程与自动化学院
专业：
材料成型及控制工程
学生姓名：
张扬
班级学号：
材料成控091-08
指导教师：
王明伟
评阅教师：
2013年6月
摘要
随着中国近代工业的飞速发展，模具行业已经成为了我国高度发展的支柱性行业之一。
而注塑模具加工方法正是模具行业重要的组成部分。
注塑模具成型加工方法可实现对结构复杂、高精度、高质量的塑料制品进行大批量的加工，对我国工业发展起着无可替代的作用。
所以，我选用注塑模具进行本次毕业设计。
本次设计的塑件为水壶内盖，塑件材料选为PP。
为保证塑件的外观及产品质量，采用一模两腔布局、三板模结构、点浇口浇注系统、推板顶出机构。
并设置冷却水路，定模侧为环形水路，动模侧采用水井冷却。
在本次设计过程中，模具采用了两次分型。
根据以上要求，为了降低成本，并提高生产效率，模架选择三板式细水口DDI-4040-A80-B50-C120模架，并选用大量的PUNCH标准件。
关键词：
注射模具；点浇口；三板模
Abstract
WiththerapiddevelopmentofChina'smodernindustry,mouldindustryhasbecomeoneofthepillarsofthehighdevelopmentofourcountry'sindustry.Andtheinjectionmoldprocessingmethodsistheimportantpartofmoldindustry.Injectionmoldingprocessingmethodcanrealizetheprocessingofcomplexstructure,plasticproductswithhighqualityandhighprecision,largevolume,playsanirreplaceableroleinChina'sindustrialdevelopment.So,Ichoosetheinjectionmoldforthegraduationdesign.
Thedesignoftheplasticpartsforthekettlecover,plasticmaterialischosenasPP.Inordertoensuretheappearanceofplasticpartsandthequalityoftheproducts,usingamoldtwocavitylayout,three-platemoldstructure,pointgate,pushplatemechanism.Andsetthecoolingwaterway,fixedmoldsideisanannularwater,usingwatercoolingmoldsidemovement.Inthisdesignprocess,thediewiththetwotype.Accordingtotheaboverequirements,inordertoreducecosts,andimproveproductionefficiency,moldselectthree-platepin-pointgateDDI-4040-A80-B50-C120frame,andtheamountofPUNCHstandard.
KeyWords：
Injectionmold；pinpointgate；threeplantmold；
第一章绪论
1.1我国塑料模具工业发展现状
自从20世纪90年代起，随着我国工业技术的迅猛发展，越来越多的塑料制品进入市场，成为工业生产和人民日常生活必不可少的组成部分。
在办公用品、照明器材、车辆、仪表器材、机械加工制造、交通、通信、建筑业以及家用电器等等的各大领域中，塑料产品均被广泛使用。
因为塑料具有密度小、质量轻的优点，所以十分符合汽车领域向大幅度的减轻车身质量，进而提高车速、降低耗能的方向迈进；对于备受人们喜爱和青睐的电子产品，塑料更是以其自身巨大的优势使电子设备迅速向短、小、轻、薄、精等方向发展；随着市场对医疗材料需求量的大幅度提高，医用塑料的应用已经大幅度提高，从药剂品、点滴瓶、针剂品包装等一次性设备向外科仪器等非一次性设备延伸，医用塑料的开发、应用与研制也得到大幅度的提升。
目前，我国的模具制造业已从过去只能制造单一模具发展到可以制造大型、精密、复杂的模具。
例如在塑料模具方面,能设计制造车辆整体仪表盘及保险杠大型注射模,大型彩色电冰箱、洗衣机和电视机等复杂、大型注射模具.例如北京交通广播公司模具厂制造和设计的汽车保险杠模具重达14余吨、模具尺寸精度可达15μm,型腔表面粗糙度Ra=3.2μm,模具寿命达40万次以上，达到国际同类模具产品的技术水平。
1.2塑料模具工业的发展趋势
从模具的设计制造技术上看，随着大型塑料制品的不断开发，CAM/CAD/CAE技术得到广泛应用，此项技术应用为优化模拟注塑过程，注塑工艺条件，提高模具设计与塑件品质，缩短模具设计周期，降低生产成本提供了有效方法。
数据表明，应用计算机技术后，模具的设计时间缩短了45%，制造时间缩短30%，成本下降15%，塑料原料节省9%。
采用热流道技术有降低制品成本、节约原料、提高产品质量、周期缩短、适用塑料范围广，成型设备条件方便、多种浇口方式，进料平衡等诸多优点，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大革命。
设计热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的标准件，是发展热流道模具的重点。
快速成型技术是20世纪末发展起来的一项先进制造技术,是在现代CAD/CAM、CNC、激光、精密伺服驱动以及新材料等技术的基础上集成发展起来的。
快速成型根据计算机上构造的三维模型,能在很短时间内直接制造出产品样品,是制造业企业新产品开发服务的一项重要技术。
逆向工程技术有着广泛的应用前景，给现代工业带来三大变化：
精确加工制造出复杂的零件；大大缩短产品的研制周期；有效地将各种现代化工具和理论应用到具体问题，解决从前难以解决的问题。
其已经用到旧零件的还原、新产品的开发以及产品的检测中，它不仅能消化和吸收实物原型，并且能修改再设计以制造出新的产品。
从模具产需情况看，我国中低档模具已供过于求，而以大型、精密、复杂、长寿命模具为主要代表的高技术含量模具自给率只有60%左右，还较低，很大一部分仍需进口。
有关数据表明，目前模具总销售额中塑料模具占比最大，约45%；冲压模具约占37%；铸造模具约占9%；其他各类模具共约9%。
（3）从我国人均模具塑料消费情况看，人均为46公斤，仅为发达国家的1/3，这预示着我国塑料制行业人会保持高速发展。
工程塑料制品在“以塑代钢”、“以塑代木”的必然趋势下，还会稳步增长；由此可见，在模具总量中占比最高的塑料模具，也将会以较高的增长速度发展。
（4）从模具生产成本上看，我国模具使用寿命相对美国、日本较低，生成周期较长。
只有走“专、精、特”的道路才能缩短模具生产周期、提高模具寿命，用模具制造的精细化来提高模具的可靠性和稳定性。
1.3选题的意义
选择水壶内盖作为塑料模具设计的选题，首先运用了工程材料、工程力学所学的知识，通过塑料制品的性能特点对力学性能参数、成型材料的特性进行选择；其次对各个工艺参数进行调整，给下一步的设计提供参照，依据对制品，应用moldflow进行优化分析，；最后进行最核心的步骤——模具的设计，不仅要培养我们的设计能力，也是对大学四年所学知识的综合考察，塑料成型技术、注塑模具设计、传热学、公差与互换性等学科都得到了运用；并且贯穿于绘图的整个过程当中。
此选题对我们知识的运用和能力的培养都有重要的现实意义。
第二章塑件的分析及材料选择
2.1塑件结构工艺性分析
图2.1和图2.2分别为水壶内盖的3D立体图和2D工程图。
图2.1水壶内盖立体图
图2.2水壶内盖二维图
由图2.1和图2.2可知，在设计水壶内盖时应注意以下几点：
（1）塑件作为水壶内盖，要求不能有熔接痕和斑点，外观光洁。
（2）塑件为回转体，为提高制品的刚度和强度，一侧有加强筋，且壁厚均匀，符合最小壁厚要求。
（3）不必考虑侧向抽芯装置，因为该塑件无侧向凹凸结构。
（4）为了降低了应力集中，提高塑件制品的结构强度，塑件的所有转角均设计为圆角，也可以使塑件材料成型时有流线型流路，同时易于塑件顶出。
（5）为了保证塑件的顺利脱模，塑件内部有1°拔模斜度。
（6）塑件为深腔结构，在冷却系统的设计上，要力求均匀冷却，保证塑件的形状，将收缩、变形的程度降到最低。
2.2塑料材料的选择
2.2.1PP的物理化学性能
PP是聚丙烯的缩写，是一种高纯晶度材料，是常用材料中最轻的，密度仅为0.91g/cm3,产品质轻、韧性好、耐化学性好。
PP耐磨性好，由于HIPS，高温冲击性好。
硬度低于ABS，但优于PE。
并且有较高的熔点。
由于均聚物型的聚丙烯温度高于0°C以上时非常脆，因此许多商业的聚丙烯材料是加入1%~4%乙烯的无规则共聚物，或更高比例乙烯含量的嵌段式共聚物。
共聚物型的聚丙烯材料有较低的热扭曲温度、低透明度、第光泽度、低刚性，但是具有更强的抗冲击强度。
聚丙烯软化温度为150°C。
由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。
PP料流动性好，成型性能好，适合扁平大型胶件。
PP料是通用塑料中耐热性最好的，其热变形温度我80~100°C，能在沸水中煮。
2.2.2材料的注塑工艺
干燥处理：
如果储存适当，则不需要干燥处理。
PP染色性较差，色粉在塑料中扩散不够均匀，大型件尤为明显。
PP制品表面若需要喷油等装饰，需先用PP擦拭。
注射压力：
70~80MPa。
注射速度：
PP冷却速度快，宜快速注射，适当加深排气槽来改善排气不良。
熔化温度：
PP结晶温度高，加工温度需要较高。
2.2.3PP的应用范围
机械工业：
洗碗机门衬垫、干燥剂通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫。
汽车工业：
挡泥板、通风管、风扇等。
电子工业：
草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等。
第三章Moldflow分析
3.1划分网格
首先采用三维软件solidworks进行建模，再将文件导入到Moldflow软件中，用MPI模块对模型进行网格划分，将最大纵横比降低为6，同时要保证匹配率达到90%以上，以保证接下来翘曲分析的精准性。
网格统计的结果为：
壶盖上的三角形区域为11243个，节点数为5612个，网格体积为18.6032cm³，网格面积为309.533cm2，公共边为15327个，无自由边、交叉边，无配向不正确单元。
最大纵横比为6.677，匹配率为91.5%。
符合要求。
网格划分如图3.1
图3.1水壶内盖的网格划分
3.2最佳浇口位置的确定
如图3.2，最佳浇口位置为于图中的蓝色位置，共有两处，一处位于球型弧面处，另一处位于壶盖顶端的中心处，由于球型弧面为曲面，且要求外观质量较高，所以不能将浇口选在此处。
所以将浇口位置选在水壶盖顶端中心处，采用点浇口浇注形式，其浇口位置痕迹小，对壶盖的外观基本无影响。
图3.2最佳浇口位置
3.3PP的选用及材料属性
材料选用PP材料，选用此材料的推荐工艺为：
模具温度范围在40℃-80℃之间，建议使用50℃左右，模温太低，塑件表面光泽差，甚至无光泽；模温太高，已发生收缩凹陷、翘曲变形等。
熔体温度范围在160℃-190℃之间，绝对最大熔体温度为275℃，为减少收缩、飞边等缺陷，往往取偏下限的料温。
最大注射压力为140Mpa，保压时间应较长以保证塑件尺寸。
熔体温度的设置要在推荐范围内，以免温度过高使材料发生降解。
3.4充填分析
3.4.1填充时间
塑件的填充时间为0.6027s。
两个件同时填充，没有时间差。
填充时间如
图3.3。
图3.3填充时间
3.4.2V/P转换时的压力
V/P转换时的压力为122.6Mpa，该壶盖为薄壳制品，壁厚为2mm，注射时要以很高的注射压力，才能把流动性较好、料温较高的PP材料以较高的注射速度压入型腔。
V/P转换时的压力如图3.4。
图3.4V/P转换时的压力
3.4.3流动前沿处的温度
图3.5显示了流动前沿的温度分布状况，温度相差为9℃，处于合理范围，此方案可以实行。
图3.5流动前沿处的温度
3.4.4气穴产生位置
因为在模具中除了原有的空气，还有塑料因局部过热分解而生成的低分子气体，所以在注射过程中，气体若不及时排出型腔，就会导致大量气穴产生。
气穴可能导致制品表面有缺陷，甚至可能由于气体压缩产生热量而出现裂痕。
气穴产生在壶盖凸缘的底端处，此处为分型面处，可以排气，方案合理。
图3.6中红色圈为气穴产生的位置。
图3.6气穴位置
3.4.5缩痕指数
缩痕是指制品表面产生陷窝、收缩痕迹、凹坑等现象，缩痕深度一般比较小，并不影响制品的使用性能和强度，但由于它使光线朝不同方向反射，使产品的外观达不到要求。
影响缩痕指数的参数主要有保压压力、熔体温度、保压时间。
延长保压时间可以缩小缩痕深度，但在浇口冻结之前有效；增加保压压力可以降低缩痕深度；适当的提高熔体温度也可以有效的降低缩痕深度。
如图3.7
（1）为熔体温度为模温50℃，熔体温度为220℃，保压压力为122.6Mpa时缩痕指数图，其缩痕指数为0。
图3.7
（1）缩痕指数
如图3.7
（2）为模温50℃，熔体温度为230℃，保压压力为99.69Mpa时缩痕指数图，其缩痕指数为1.364%，主要集中在盖的凸缘和下端处，适当的提高保压压力可以减小缩痕程度。
图3.7
（2）缩痕指数
3.4.6锁模力XY曲线图
图3.8为锁模力XY图，显示了随时间变化的锁模力情况，提供了锁模力的近似值，在2.5秒左右达到最大，约为84.5t。
图3.8锁模力XY图
3.4.7熔接痕分析
熔接痕产生的位置会出现色差、凹陷等质量缺陷，不仅影响塑件的力学强度，而且影响塑件的外观。
熔接痕产生的原因：
熔体分流汇合时因制品局部太薄，或因料温下降，导致汇合处熔接不良，强度降低或有痕迹。
图3.9为熔接痕产生的数量和位置。
可以看出熔接痕的数量一共为两条，且位于制品上较不敏感的区域，不影响制品的表面精度和外观。
图3.9熔接痕
3.5冷却分析
冷却系统的模拟设置为定模侧为环形水路
如图3.10中可知，在定模侧设置环形水路，制品在塑件中心达到最高温度，且最高温度达到59.8℃；
图3.10
在塑件内部加入冷却水井，改进冷却水路。
如图3.11可知在动模侧加入水井，最高温度由59.8℃降为54.1℃，并且最深腔处的温度将为40℃左右。
相比于第一种冷却方法，第二种方案的冷却效果明显更好，所以采用第二种冷却方案。
图3.11
第四章注射机的选用与参数
注射成型离不开注射机，注射成型工艺又离不开注射机的各种技术参数。
注射机的作用是使塑料均匀地塑化和达到流动状态，并在很高的压力和较快的速度下注入模腔中。
4.1注射机的选用
PP材料的密度取ρ=0.91g/cm³，通过三维软件绘制出塑件和流道凝料，即可得出其体积和质量。
如图4.1.1和4.1.2。
图4.1.1流道凝料质量属性
图4.1.1塑件质量属性
得出塑件制品和流道凝料的总质量为M=2*26.48+4.79=57.75g，
总体积V塑=2*29.1+5.27=63.47cm³
流道凝料和塑料制品的注射量应小于选用注射机的额定注射量的80%，即V塑≤80%V，由此注射机额定注射量V≥79.33cm³。
经查表，选用XS-Z-100注射机，其额定注射量为100cm³。
4.2XS-Z-100型注射机参数
根据对塑件的分析和塑件的质量，预选注塑机为型号为：
XS-Z-100的注塑机，其主要技术参数如表4.1：
表4.1注射机参数
内容
参数
合模方式
液压-机械
注射方式
柱塞式
理论注射量cm3
75-105
螺杆直径mm
30
注射压力Mpa
164-224
锁模力KN
630
模具厚mmmax
min
400
150
拉杆间距
370*320
模板行程mm
270
注射速率g/s
60-80
第五章分型面的选择
分型面为选在能够取出制品或流道凝料的可分离的接触面。
分型面如图5.1，分型面的选择要有利于脱模，应选在开模方向的最大投影轮廓上，即壶盖的最大凸缘处。
塑件成型均在定模侧，型芯设置在动模侧，塑件冷却后包紧在型芯上，使塑件留在动模，再又推板带动型芯将塑件推出，此分型面的选择有利于脱模。
此塑件为水壶内盖，对外观的光洁度要求较高，分型面选在壶盖的最大凸缘处对其外观无影响，而且便于清除毛刺和飞边，有利于排除模具型腔内的气体。
图5.1分型面的选择
第六章成型零件设计
6.1型腔的设计
型腔是成型塑件外表面的成型零件，是制品结构、外表面形状的复制。
按照其组成方式不同，可以分为：
组合式凹模和整体式凹模。
组合式凹模又可以分为：
整体嵌入式凹模、底部镶拼式凹模、局部镶嵌式凹模和四壁拼合式凹模。
以上几种凹模方式相比较而言，整体式凹模是不宜变形、牢固、不会在塑件上产生接线痕迹。
所以本次设计采用整体镶嵌式型腔，其优点是制品表面质量好，成型制品表面无拼接线，适合外观件的要求。
型腔具体形状结构如图6.1中所示，具体尺寸如图6.2中所示。
图6.1型腔示意图
图6.2型腔二维图
6.2型芯的设计
凸模即成型塑件的内表面的大型芯。
凸模分为：
镶拼组合结构的凸模、整体结构的凸模和整体镶入结构的凸模。
就以上几种凸模结构来说，整体结构的凸模多使用于形状很简单的小模具或试制性制品的小模具，偶有使用整体结构的凸模，是将模板与凸模成为一整体来加工。
由于材料浪费太大，所以一般情况下不宜采用。
整体镶入结构的凸模，其结构采用优质钢材，便于制造加工。
镶拼组合结构的凸模，多应用于复杂制品模具，其特点是便于加工，质量容易得到保证。
本模具选用整体镶入式结构，型芯的三维结构如图6.3所示，二维尺寸如图6.4中所示。
图6.3型芯示意图
图6.4型芯二维图
第七章浇注系统的设计
普通流道浇注系统分为点浇口浇注系统和侧浇口浇注系统，它们都由浇口、冷料穴、主流道和分流道组成。
7.1浇注系统的设计原则
设计浇注系统时应遵循以下设计原则：
1.保证制品的外观质量。
任何浇口都会在制品表面留下痕迹，从而影响外观质量，浇口的痕迹是不可避免的，为将痕迹的影响降到最低，应将浇口设置在制品的隐蔽位置。
2.浇注系统设计时应防止制品出现翘曲变形、飞边、缩痕、填充不足、收缩不均、熔接痕位置不理想等缺陷。
3.浇注系统应能顺利的引导熔融塑料填充到型腔的各个角落，可避免产生气穴，使型腔内的气体顺利排出。
4.采用平衡式布置型腔，即一模两腔，使熔体平均的填充到各个型腔，以便收缩均匀。
5.流道设计要尽可能的短，以便使熔体快速的填充满型腔，减小阻力，缩短成型周期，提高模具的经济效益。
6.若模具要达到自动化生产模式，应用凝料自动脱落得形式。
7.2主流道的设计
为保证水壶内盖的外观质量，浇口的痕迹要尽量要小，故采用点浇口浇注形式。
对于点浇注系统，主流道要尽可能的缩短，主流道越短，模具流道料越少，排气负担越轻，缩短了成型周期，降低了熔体的热量损失。
为脱模方便，主流道在设计上采用圆锥形，该主流道锥度为2º。
若锥度过大，容易产生斡流，进入空气，产生气穴。
为了防止注射机喷嘴不被碰撞而损坏，浇口套采用了优质钢，硬度为37-43HRC。
锥孔内壁粗糙度Ra为0.68μm，以加强内壁的耐磨性，并降低注射中产生的阻力。
浇口套参数（MISUMI）：
SXGM13-L40-P2-A1。
图7.13D浇口套
图7.2二维浇口套
7.3分流道的设计
分流道采用平衡分布，此种布置可以使熔体进入各型腔的距离相同，在相同的工艺条件下同时填满，同时冷却，同时固化，收缩率相同，有利于保证制品的质量精度。
下图为流道布局。
图7.3流道布局
分流道截面形状可以是圆形、矩形、梯形、半圆形和U形等。
U形截面分流道热量损失仅大于圆形和正方形截面的分流道，但其加工容易，又比圆形和正方形截面流道容易脱模，所以U形截面分流道具有良好的综合性。
根据以上U形分流道的优点，本设计采用U形分流道。
如图7.4所示。
图7.4
分流道截面尺寸的计算：
式中：
——梯形大底边的宽度（mm）；
——塑件的重量（g）；本次设计的塑件质量为26.48g；
——分流道的长度（mm）为152mm。
故
=4.8（㎜）
由于塑料经过分流道后还有要经过点浇口套才能到达浇口处,所以B的值不能取太小，本次设计取B=6mm
式中：
——U形的高度。
把B=6mm代进式计算得：
=4（㎜）
7.4浇口的设计
采用点浇口浇注系统，点浇口有以下优点：
（1）位置有较大的自由度，方便多点进料。
分流道在流道推板和定模板之间，不受型芯和型腔的阻碍。
（2）浇口附近残余应力小。
（3）浇口可自行脱落，留痕小。
浇口位置的选择也是至关重要的，浇口位置的正确与否直接关系到制品的质量和注射过程能否顺利的进行。
浇口位置的选择应注意以下事项：
（1）浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程最短。
（2）避免塑料在流入型腔时直冲型芯、型腔壁或嵌件，应使塑料能尽快流入型腔的各个部位，以避免型芯或嵌件变形。
（3）浇口应设置在制品上最易清除的部位，同时尽可能不影响制品的外观。
由前文moldflow分析可知，最佳浇口位置位于塑件顶部中心处。
点浇口的设计参数见表7.1。
表7.1点浇口设计参数
序号
d
E
G
1
0.5
0.5
1.5
2
0.6
0.8
1.5
3
0.8
0.8
1.5
4
1.0
0.8
1.5
5
1.2
1.0
2.0
6
1.4
1.0
2.0
7
1.6
1.5
2.5
点浇口保证了塑件外观的光洁性，可以实现自动脱模。
浇口的设计选用了表7.1中的第4组，截面为1.0mm的圆形截面。
浇口的设计如图7.5。
图7.5点浇口的设计
为改善塑料熔体流动状况及安全起见，点浇口处要做凹坑，见图7.5。
点浇口如开得太大，开模时浇口难以拉断；其锥度开得太小，开模时浇口塑料被切断点不确定，易使制品表面（浇口处）留下一个细小的尖点，此尖点需手动切除。
第八章模具冷却系统的设计
8.1冷却的重要性及冷却不良造成的缺陷
在注射成型过程中，模具的温度直接影响熔体的成型、填充
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