脸盆注塑模具设计.docx
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脸盆注塑模具设计
摘要
本文介绍了注射模具的特点及发展趋势，叙述了塑料塑料盆注射模具设计与计算的详细过程，介绍了该塑件的成型工艺、注射模具的结构特点与工作过程,阐述了在注射模设计中应注意的事项。
在对塑料塑料盆的模具设计过程中，本设计主要设计要点如下：
塑件的设计比较的合理；分型面的选择有利于塑件成型；脱模机构的设计不但结构简单，而且脱模动作稳定可靠；进浇口的选择不影响塑件外观，而且保证塑件充填均匀；冷却水道的设计使模具效率达到最高，保证塑件质量要求；在设计的过程中借用分析软件如CAD等使设计更合理、更有效；大量使用标准件，使模具制作成本大大降低；本模具设计最关键的一点就是设计已达到实际生产的要求。
关键词：
塑料塑料盆，注射模，分型面，侧抽芯，脱模机构。
abstract
Thecharacteristicsanddevelopmentsofinjectionmouldwereintroducedinthispaper.Thedesigningandcalculatingofinjectionmouldforthebackofelectronicclockwerestatedindetail.Theformingprocessoftheproductandthestructurecharacteristicsaswellasworkingprocessoftheinjectionmouldwereintroduced.Thepointsmustbepaidattentiontointhedesignoftheinjectionmouldforthepartwithlifterswerestated.Intheprocessofthedesigningoftheinjectionmouldforelectronicclockreceiver,peopleshouldpayattentiontoseveralsuggestions:
theplasticshouldbedesignedasreasonableaspossible.Theselectionofthesub-typepartsarebeneficial tomoldthepartsofplastic.Thedesignofthe structureofdrawingofpatternisnotonlysimplebutalsothemovementshouldbestableandreliable.TheselectionofJinrunnershouldensuretofilltheplasticequallyundertheprerequisiteofnotinfluencingtheappearanceoftheplastic.Thedesignofcoolingpenstockshouldmaketherateofproductionreachtothetopmost,andensureanyinfluencetodonothingtotheequalityoftheplastic.Meanwhile,intheprocessofdesigning,wecanuseanalysissoft,suchasCAM,tomakethedesignbeenmorereasonable andefficient.Makingfulluseof largeamountsofstandardpieceswillreducethecostofmoldplasticfacture.Thekeypointofthedesignofmoldplastichavereachedtherequestoftherealproduction.
Keywords:
Plastic injectionmould, plasticbasin, thepartingsurface, thesidecorepulling, demouldingmechanism.
全套CAD图纸+197216396
前言
随着社会的发展，人们对生活产品的要求也越来越广。
其中包括种类丰富的塑料产品，例如：
一些电器材料、厨房用具、生活用品。
不但种类多而且小形状多样。
注塑模具设计可以根据人们的具体要求进行产品的尺寸设计，最大程度的满足了用户的需求。
因此注塑模具设计成了当今社会发展必不可缺少的行业。
目前世界上塑料的体积产量已经赶上和超过了钢铁，成为当前人类使用的第一大类材料。
我国的塑料工业正在飞速发展，塑料制品的应用已经深入到国民经济的各个部门，塑料制品与模具设计是塑料工程中的重要组成部分，是塑料工业中不可缺少的环节。
塑料成型模具是成型塑料制品的工具。
从2003年我国模具进口的海关统计资料可知,塑料模具占据了模具进口总量的57%,而注塑成型模具在整个塑料模具中占有很大的比例.注塑成型模具设计的好坏,决定着注塑成型制件的质量优劣及成品率高低,也就是说,是否能加工出优质价廉的塑料制件,在很大程度上要靠注塑成型模具设计的合理性和先进性来保证.
现代塑料制件生产中,合理的注塑成型工艺,先进的注塑成型模具及高精度,高效率的注塑设备是当代塑料成型加工中必不可少的三个重要因素,缺一将一事无成.本文以塑料塑料盆为例，介绍了注塑模具设计流程，该流程包括工艺分析，选择注塑机，确定成型方案，最后对该注塑机进行必要的工艺参数校核。
下面就对该实例进行详细论述。
1.塑料模具的现状及展望
我国在过去几十年里，由于模具行业一直为引起重视，模具的发展收到了一定的阻碍。
导致发展缓慢。
自从改革开放以来，塑料成型、冲压模具等先进的生产技术在大批量的生产中具有显著的优势。
模具行业得到迅速的发展。
随着现代工业技术进步，塑料成型产品在工业、农业和日常生活等各个领域的应用越来越广泛，显著提高了我们的生活质量。
原有的生产技术已经不能满足人们对新产品的需要。
很多产品必须采用模具生产。
在现阶段，模具行业，进一步推进改革，调整结构，开拓市场，苦练内功，提升水平，使我国模具工业在整体上再上一个新台阶。
不断提升模具制造水平，振兴我国装备制造业，为实现把我国建设成为制造业强国的宏伟目标而奋斗。
1.1模具工业在国民生产中的作用
模具制造在工业生产中的地位越来越重要。
模具生产的突出优势：
高复杂程度、高一致性、高精度、高生产率和低耗能、低耗材。
符合国家节能减排的给、要求。
现代模具业已成为资金密集型和技术密集型的产业，它与高新技术已成为相互依托的关系，一方面模具直接为高新技术产业化服务的不可缺少的装备，另一方面模具本身又大量采用高新技术，因此模具制造已成为高新技术产业的重要组成部分。
通过模具成形零件的快速、优质、低耗、环保体现了国家可持续发展的战略和科学发展观。
因此，模具产业的发展对国民经济的贡献是巨大的。
1.2塑料模具工业的现状
在长达半个世纪，我国塑料模具行业从起步到现在成熟的技术，有了突飞猛进的发展，生产水平取得显著的提高。
在大型的电视机模具方面、精密塑料模具方面以及多型腔小模数齿轮模具及塑封模具都取得了显著的成果。
在尺寸精度、同轴度、跳动等方面的要求都达到了国外同类产品的水平。
但是很多方面和国外相比仍有较大差距。
1.3塑料模具工业的发展趋势
塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔。
在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。
开发新的成型工艺和快速经济模具。
以适应多品种、少批量的生产方式。
提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。
应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。
采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。
研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。
塑料盆产品的性能及用途
塑料盆是目前我们日常生活中常用的塑料容器。
塑料盆的原料为通用塑料，塑料盆的性能满足制造成本低、耐用、抗腐蚀能力强不与酸、碱反应、良好的绝缘体。
塑料盆常用于生活用品。
高质量的塑料产品也用于餐饮、医疗器械等。
耐腐蚀的塑料盆也用于化工容器。
2.塑件的成型工艺分析
2.2塑料盆材料的选用
市面上普通塑料盆的原料为通用塑料，一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。
即聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）及丙烯青─丁二烯─苯乙烯共聚合物（ABS），它们都是热塑性塑料。
本课题选用聚丙烯（PP）。
2.3产品的结构分析
塑件的3d图，如图2-1所示，制件外表面要求美观。
图2-1塑料塑料盆
1.结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解.
2.流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形.
3.冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温低方向方向性明显.低温高压时尤其明显,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,留痕,90度以上易发生翘曲变形
4.塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中.特定条件下容易分解常见制品：
盆、桶、家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杠等。
聚丙烯也包括丙烯与少量乙烯的共聚物在内。
PP粒料为本色、圆柱状颗粒，颗粒光洁，粒子的尺寸在任意方向上为2mm～5mm，无臭无毒，无机械杂质。
本品以高纯度丙烯为主要原料，乙烯为共聚单体，采用高活性催化剂在62℃～80℃及低于4.0MPa的压力下经气相反应生产聚丙烯粉料，再经干燥、混炼、挤压、造粒、筛分、均化成聚丙烯颗粒。
密度为0.90g/cm3～0.91g/cm3，是通用塑料中最轻的一种。
聚丙烯树脂具有优良的机械性能和耐热性能，使用温度范围-30℃～140℃。
同时具有优良的电绝缘性能和化学稳定性，几乎不吸水，与绝大多数化学品接触不发生作用。
本品耐腐蚀，抗张强度30MPa，强度、刚性和透明性都比聚乙烯好；缺点是耐低温冲击性差，较易老化，但可分别通过改性和添加抗氧剂予以克服。
与发烟硫酸、发烟硝酸、铬酸溶液、卤素、苯、四氯化碳、氯仿等接触有腐蚀作用。
可用作工程塑料，适用于制电视机、收音机塑料盆、电器绝缘材料、防腐管道、板材、贮槽等，也用于生产扁丝、纤维、包装薄膜等。
因此，对于本产品，PP料是用来做塑料塑料盆的最佳原料。
2.4塑件的成型工艺参数
（1）塑件的尺寸精度分析
此零件尺寸精度按照MT5计算。
（2）塑件的表面质量分析
该塑件表面要求较高，用推板推出
（3）脱模角度分析
该注塑零件壁厚约为2mm，其脱模斜度查参考文献中的有塑件内表面35′~1°，塑件外表面40′~1°20′。
由于该塑件结构采用哈夫结构，脱模方向为水平方向，并且所用塑料为PP，流动性较好，而且，主要部分有较好的弧度，可顺势脱模，所以塑件外表面没有放脱模斜度。
（4）塑件的生产批量
塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要的影响。
在大批量生产中，由于注射模具价格在整个生产费用中所占的比例较小，提高生产率注射模具寿命问题比较突出，所以可以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具。
如果是小批量生产，则应尽量采用结构简单、制造容易的注射模具，以降低注射模具的成本。
该塑件产量达10万件，生产类型属于大批量生产，可以考虑采用一模1腔、快速脱模以及成型周期不宜太长的模具，同时模具造价适当控制。
3.成型设备的选用
计算塑件体积和重量通过估算可获得产品质量约为225g。
根据塑件本身的几何尺寸形状及生产批量确定型腔数目由于该塑件尺寸有一般精度要求，不宜采用太多型腔数目，所以考虑采用一模1腔，型腔平衡布置在型腔板侧，以方便浇口排列和模具的平衡。
如图
3.1确定注射成型的工艺参数
根据该塑件的结构特点和PP的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数，见表2-3。
工艺参数
内容
工艺参数
内容
预热和干燥
温度80～90℃
成型时间/s
注射时间
20～90
时间2h
保压时间
0～5
料筒温度/℃
后段
150～170
冷却时间
20～120
中段
165～180
总周期
50～220
前段
180～200
螺杆转速/（r/min）
30r/min
喷嘴温度/℃
170～180
后处理
方法
红外线灯烘箱
模具温度/℃
50～80
温度/℃
70
注射压力/MPa
600～1000
时间/h
2～4
表2-3
3.2确定模具温度及冷却方式
PP为非结晶型塑料，流动性中等，壁厚一般，因此在保证顺利脱模的前提下应尽可能降低模温，以缩短冷却时间，从而提高生产率。
所以模具应考虑采用适当的循环水冷却，成型模具温度控制在60-80℃.
确定成型设备
由于塑件采用注射成型加工，使用一模1腔，因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为：
W=2ω+ω
=230g.
根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑料品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考塑料模具设计与制造P69表2-8，初选XS-ZY-125型柱塞式注射机。
记录下XS-ZY-125型螺杆式注射机的主要参数，见表2-4.
序号
主要技术参数项目
参数数值
1
额定注射量/cm
1250
2
注射压力/MPa
1200
3
锁模力/KN
900
4
动、定模模板最大安装尺寸/（mm×mm）
728×858
5
最大模具厚度/mm
600
6
最小模具厚度/mm
200
7
最大开合模行程/mm
300
8
喷嘴前端球面半径/mm
12
9
喷嘴孔直径/mm
4
10
定位圈直径/mm
100
表2-4
4.模具结构形式的确定
由于制品结构有侧凹结构和外观要求较严，采用推板推出，用四根导柱导套组成导向部件来确保动模与定模合模时能正确对中；进胶可以从型腔上直接进胶，因为此产品壁厚2mm，，可以用直接浇口进胶；成型部件由凹模和模板整体式，凸模与下模板镶嵌式，由于镶件比较长，避免在成型中损坏，所以在另外一端，也要进行定位，增加它的刚度和强度，合模后便组成了模具的行腔，凸模固定板用螺钉从背部固定，以便于拆装更换，提高整个模具的寿命。
总体结构如图４-１所示。
图4-1模具结构图
4.1确定型腔数目及排列方式
模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、h行排列、直线排列、及复合式排列等。
型腔的排列要基于塑件的形状和大小来确定，型腔的布置和浇口的开设要力求对称，而且是用一模1腔的设计，这样可以防止模具承受偏载而产生溢料现象，型腔排列宜紧凑，减轻模具重量，基于以上条件在这里选择1行排
4.2注射模分型面的选择
模具上用以取出塑件和凝料的可分离的接触面称为分型面。
分型的设计将影响到塑件的质量，模具的整体结构。
4.2.1分型面的形式
注射模有一个分型面，也有多个分型面，分型面的形状应尽可能简单，以便于模具的制造和塑件的脱模。
分型面的位置主要有如图4-3所示，分型面的形状如图4-4所示。
图4-3分型面的位置
图4-4分型面的形状
4.2.2分型面的选择原则
①分型面应选择在塑件的最大轮廓处，这样能使塑件顺利脱模。
②一般模具的脱模机构设置在动模一侧，模具开模后塑件在应该停留在动模一侧，以便塑件脱出。
如图4-5所示：
③分型面的选择要保证塑件的精度要求塑件光滑的一面不应该设计成分型面，以避免影响外观。
④分型面的选择还应该考虑到模具的侧向抽拔距，由于模具侧向分型是由机械式分型机构来完成的，所以抽拔距都比较小，选择分型面应将抽芯或分型距离长的方向置于开合模的方向将小抽拔距作为侧向分型或抽芯。
⑤分型面作为主要的排气渠道，应将分型面设计在熔融料的流动末端，以利与模具型腔内气体的排出。
方案1是把哈夫结构放在后模上，这样模具结构紧凑和简单，降低模具成本，模具运动平
方案2是把哈夫结构放在前模上，这样模具结构增大难度，增加模具成本，不利于浇注系统和其他结构的建立。
综上所述，方案1最好的。
5.浇注系统的设计
5.1浇注系统设计原则
浇注系统的选择是模具设计的一个重要环节。
设计前首先对塑件的采用的材何形料和几状，机床设可能产生的缺陷，以及填充料等做一全面的分析。
分型面的选择与浇注系统有密切关系。
一般浇注系统色设计根据以下几个原则
一、能顺利的引导塑件注入到行腔各个部位且在填充过程中不致产生涡流或紊乱，使型腔内气体能顺利排出
二、应选择最短流程以缩短填充时间
三、尽量避免直接撞击型芯嵌件
四、应尽量减少弯折，有较高光洁度五对于一模多腔时应尽量与模板中心对称
五、进料口位置与形状应结合塑件的形状和技术而确定
六、浇注系统的容积应取最小值还有对与一模多种产品是应考虑把误差最小的放一个模具内，对与有要求的产品要多方位的考虑交口的成行方式。
主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞，故应设计成独立可拆卸更换的浇口套，采用优质钢材制作，并经热处理提高硬度，定位圈与浇口套分开设计。
5.2主流道的设计
查资料得到XS-ZY-125型柱塞式注射机与喷嘴有关尺寸：
喷嘴前端球面半径SR
=12mm，喷嘴孔直径d
=4mm，定位圈直径为φ100毫米。
为保证模具主流道与喷嘴的紧密接触，避免溢料，主流道与喷嘴的关系为：
SR=SR
+（1-2）,d=d
+0.5。
因此，取主流道球面半径SR=14mm（取标准值），主流道的小端直径d=4.5mm。
为了便于将凝料从主流道中拔出，应将主流道设计成圆锥形，其斜度2°～4°，取2°，
计算其大端直径约为φ10mm;为避免模内的高压塑料产生过大的反压力，配合段直径D不宜过大，取D=25mm;同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计R2的圆弧过渡；为补偿在注射机喷嘴冲击力作用下浇口套的变形，将浇口套的长度设计得比模板厚度短0.02mm;浇口套外圆盘轴肩转角半径R宜大一些，取R=3mm,以免淬火开裂和应力集。
定位圈是安装在模具时做定位用的，一般定位圈高出定模座板表面5-10mm.取10mm。
图4-7主浇道
5.3分流道的设计
分流道横截面形状有很多种：
圆形、梯形、六边形、圆角梯形、等。
在各种截面中，圆形截面是使用最为广泛的，本设计就采用了圆形截面这样的分流道使用效率高，在分流道中流过塑料熔体的流量相同的情况下，其分流道内的表面积最小，减小注射过程中的散热面积，减少压力损失。
对应的缺点就是加工难度较大。
不能采用加工中心端面铣刀铣削，一般采用电火花加工。
考虑到模具型腔的分布情况，为使注射压力在各个型腔较为相近，保持相同的注射压力。
5.4浇口的设计
浇口是连接分流道和型腔之间的通道。
它的位置、形状和尺寸对产品塑件的成型有较大的影响。
它的设计包括了形状、尺寸的确定和位置的选择。
优点：
（1）冷却时间短，从而缩短成型周期，提高生产效率。
（2）易去除浇注系统凝料而不影响塑件外观。
（3）可根据塑件形状特点灵活多样选择浇口位置。
（4）浇口在分型面上且形状简单故易加工，且可随时调整尺寸，使各型腔浇注平衡。
交口应按要求迅速冷却封闭，防止型腔内还未冷却的熔体回流。
浇口截面尺寸要小、长度要短，这样才能增大料流速度，快速冷却封闭。
交口采用侧浇口，由经验公式h=nt,h=1.5mm
5.5冷料穴的设计
从某种角度而言，注塑模也是一种置换装置。
即塑料熔体注入模腔同时，必须置换出型腔内空气和从物料中逸出的挥发性气体。
排气系统是注塑模具设计的重要组成部分。
由于塑件的体积较大，且属于薄壁件，型腔不深，分型面较长，顶杆和小型芯有较多，故不需另外增设排气槽，利用分型面、顶杆以及小型芯等的配合间隙排气即可，其间隙约为0.03mm，试模后若排气不顺则可另外增设排气槽。
6.成型零部件的工作尺寸的计算
6．1影响尺寸和精度的因素
1、行收缩率塑件的尺寸变化范围是
。
2、具成行零件的制造误差应在IT7-IT8之间.模具的成行零件最大磨损应取塑件公差的1/6以下。
6．2零件钢材的选用
选用钢种时，应按塑件制品生产批量、塑料品种及塑件精度与表面质量要求来确定。
对本设计来说，凹模和凸模均采用S55C，热处理到HRC44-46,型芯与镶件采用的T8钢料，其他零件用日本的SKD61钢料，热处理到HRC54-58。
6．3工件工作尺寸计算
该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查有关尺寸手册得PP的收缩率为0.3%-0.8%，故平均收缩率S
=（0.3+0.8）%/2=0.55%=0.0055，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取δ
=Δ/3,成型零件尺寸计算见表
类别
模具零件名称
塑件尺寸
计算公式
工作尺寸
型腔
计算
型腔
143
L
=[（1+S
）L
-0.75Δ]+
z
143
类别
模具零件名称
塑件尺寸
计算公式
工作尺寸
型芯
计算
型芯
129
L
=[（1+S
）L
-0.75Δ]+
z
129
6．4模架的选择
模架的选取应综合考虑型腔的大小与布置、浇口形式、凸凹模结构形式、推出机构形式、合模导向机构等方面，尽量选用标准模架。
在本次设计中，模具设计成一模1腔，用直接式浇口，利用哈夫结构。
另外，采用推板推出。
综合以上分析，查相关手册GB／T12556，初步确定选用型号为50-50系列的标准模架：
6.5型腔侧壁厚度计底板厚度的计算
型腔内壁承受熔融塑料的巨大压力,这就要求型腔有一定的强度和刚度.
因采用整体式型腔,又因塑件质量体积都比较小所以只按强度计算.
因a/l<0.41由计算公式：
=
（4-5）
材料的最大许应力a塑件侧壁所受压力度值S型腔壁厚值（mm）
是b/l=0.4查表可得w=0.13
厕有S=
（4-6）
因此凹模的最小厚度为16mm。
7.导向机构的设计
导向机构用来维持动模和定模的正确合模,合模后维持型腔的正确形式,同时导向机构可以引导动模按顺序合模,防止型芯在合模过程中损坏,并能承受一定的侧向力。
在这里采用导柱导向机构,导柱导向机构是指导柱与导套采用间隙配合使导套在导柱上滑动,配合间隙采用H7/h6级配合,主要导柱导套。
导柱的结构采用带头直通式导柱如图4-11所示。
图4-11导柱
导柱的直径可用下式计算：
（4-7）
式中：
w━一根导柱承受模板重力（Ｎ）
l━模板重心距导柱根部距离（mm）
E━材料弹性摸量；
（2）导套
①导套形状 为了使导柱进入导套比较顺利可在侧面增加通气孔式在导柱的侧壁磨出排气槽。
②材料的选择 可用淬火钢T12或铜等耐磨材料制造，但其硬度
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