口杯盖设计.docx
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口杯盖设计
1制品的工艺分析
1.1制品（某型口杯盖）分析
1.1.1见其零件图
1.1.2塑料名称:
聚乙烯（PE）
1.1.3色调淡绿色不透明
1.1.4生产纲领大批大量
1.1.5制品的工艺性及结构分析
1.1.5.1结构分析该制品为一口杯盖,表面有一阶梯,
小阶梯的外圆面有突起,这就增大了成型的难度,两
外圆面分别在两个型腔成型,必须保证同轴度,所
以在模具设计和制造上要有精密的定位措施和良
好的加工工艺，以保证传动精度。
1.1.5.2成型工艺分析
1.1.5.2.1精度等级采用一般精度6级
1.1.5.2.2脱模斜度因本设计中采用的是瓣合模，
所以不需要考虑脱模，也就是说脱模斜度为零度
1.2材料的性能分析
聚乙烯（PE）是由乙烯聚合而成的，聚乙烯的原料来
源充足，而且聚乙烯具有优良的电绝缘性能，耐化学腐
蚀性能，耐低温性能和良好的加工流动性，因此PE及其
制品生产非常迅速.
1.2.1注射成形过程
对PE的色泽、细度和均匀度等进行检验。
塑料在注射机料筒内经过加热、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，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。
1.2.2PE的注射工艺参数
注射机：
注塞式
喷嘴形式:
直通式
喷嘴温度:
230~240
料筒温度（
）：
前段250~280
中段-----
后段240~260
模具温度（
）：
80~100
注射压力（
）：
80~130
保压力（
）：
40~50
成形时间（s）：
注射0~5
保压时间20~50
冷却时间20~50
成形周期50~140
1.2.3PE的使用性能
耐腐蚀性,电绝缘性（尤其高频绝缘性）优良,可以氯化,辐照改性.可用玻璃纤维增强其熔点,刚性,硬度和强度较高,吸水性小,有突出的电气性能和良好的耐辐射性.高压聚乙烯柔软性,伸长率,冲击强度和透明性较好,超高分子量聚乙烯冲击强度高,耐疲劳,耐磨,用冷压烧结成型.
1.2.4PE的主要性能指标
PE的主要性能指标
密度g/cm³
0.95
弹性模量MPa
0.84~0.95×10³
比容cm³/g
1.03~1.06
弯曲强度MPa
208~400
吸水率%（24h）
小于0.01
抗拉屈服强度MPa
220~390
收缩率%
1.5~3.0
熔点°C
105~137
2拟订模具的结构形式
2.1确定型腔数量及排列方式
当塑料制件的设计已经完成，并选定所用塑料后，就需要考虑是采用单型腔模还是多型
腔模。
与多型腔模相比，单型腔模具有以下优点：
2.1.1塑料制件的形状与尺寸精度始终一致；
2.1.2工艺参数易于控制；
2.1.3模具结构简单、紧凑，设计制造、维修大为简化。
一般来说，精度要求高的小型制品和中大型制品优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型制品（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产
效率大为提高。
由以上分析初步定为一模两腔,见图。
2.2模具结构形式的确定
2.2.1多型腔单分型面模具：
制品外观质
量要求不高，尺寸精度要求一般的小型制品，
可采用此结构。
2.2.2多型腔多分型面模具：
制品外观质量
要求高，尺寸精度要求一般的小型制品，可
采用此结构。
该制品外观质量要求较高，分析该制品样品
所采用的浇口位置、分型面位置、推出机构的
痕迹，可知浇口为一般侧浇口，并可初步拟定
采用两型腔双分型面的模具结构形式，其中双
分型面为：
水平、垂直分型面。
3注塑机型号的确定
注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模是应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合求的模具。
注射机规格的确定主要是根据制品的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构型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、最小模具厚度、推出型式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。
根据这些参数选择一台和模具相匹配的注塑机，倘若用户已提供了注射机的型号和规格，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。
3.1注射机的选用原则：
3.1.1计算塑件及浇道凝料的总容量（体积或重量）应小于注射机额定容量（体积或容量）
的0.8倍；
3.1.2模具成型时需用的注射压力应小于所选用注射机的最大注射压力；
3.1.3模具型腔注射时所产生的压力必须要小于注射机的锁模力；
3.1.4模具的闭模高度应在注射机最大，最小闭合高度之间；
3.1.5模具脱模取出朔件所需的距离应小于所选注射机的开模行程；
3.1.6模具的外形尺寸及安装尺寸必须与所选注射机模板适应，既模具最大外形尺寸安装时应不受拉杆间距的影响，模具安装用的定位环尺寸应与机床定位孔直径相配合；模具的模板各安装孔应与注射机固定模板的安装孔相对应、机床喷嘴孔径和球面半径应与模具进料孔相对应，注射机的开模行程应满足脱件条件。
3.2有关制品的计算
根据零件图提供的样品，便可以根据样品测绘得出制品体积，同时也可以借助计算机辅助软件（如：
Pro/E软件等）建立制品模型（对于没有提供样品的设计，也可以由所提供的制品图样建立模型），这样既便于较精确的计算制品的各个参数，又更为直观、形象。
因条件所限,本设计是由测绘所的体积
3.2.1制品的体积为：
V1=36.99（cm³）
质量为：
m=0.95g/cm³
36.99cm³=35.15g
3.2.2初步估计浇注系统的体积约为塑件的0.7倍：
V2=36.99
0.7=24.605（cm³）
本设计中取V2=25（cm³）
3.2.3该模具一次注射共需塑料的体积约为：
V0=2V1+V2=98.98（cm³）
3.3注射机型号的确定
根据以上的计算初步选定型号为XS—ZY—125的注射机。
近年来我国引进注射机的机型很多，国内注射机生产厂的新机型也日益增多。
掌握使用设备的技术参数是注射模设计和生产所必需的技术准备。
在设计模具时，最好查阅注射机生产厂家提供的“注射机使用说明书”上标明的技术参数。
根据以上的计算初步选定型号为XS—ZY—125的注射机，其主要技术参数如下表：
XS—ZY—125注射机主要技术参数
额定注射量（cm³）
125
螺杆（柱塞）直径（mm）
42
注射压力（MPa）
150
注射行程（mm）
115
注射时间（s）
1.6
锁模力（kN）
900
最大成型面积（cm²）
320
最大开合模行程（mm）
300
模具最大厚度（mm）
300
模具最小厚度（mm）
200
合模方式
液压—机械
喷嘴球头半径（mm）
SR12
顶杆中心距（mm）
230
喷嘴孔径（mm）
4
3.4注射机及型腔数量的校核
3.4.1注射压力的校核：
该注射机的注射压力为150MPa，PE的注射压力为80～
130MPa，所以能够满足要求。
3.4.2由注射机料筒塑化速率校核型腔数量n：
上式右边=3.65
2（符和要求）
式中K——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8
M——注射机的额定塑化量（g/h或cm³/h）
T——成形周期
M2——浇注系统所需塑料质量和体积（g或cm³）
M1——单个制品的质量和体积（g或cm³）
3.4.3按注射机的最大注射量校核型腔数量n：
=2.063
2.0637.3
2（符合要求）
式中Mn——注射机允许的最大注射量（g或cm³）
3.4.4按注射机的锁模（合模）力的校核
注射模从分型胀开的力（锁模力）应小于注射机的额定锁模力，既
F
P（nA1+A2）
式子的右面为429932.8（符合要求）
式中F——注射机的额定锁模力（N）
A1——单个制品在模具分型面上的投影面积（mm²）
A2——浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm²）
p——塑料熔体在模腔内的平均压力（MPa），通常模腔内的压力为20~40Mpa；成型一般制品为24~34Mpa；精密制品为39~44Mpa。
本设计中取模腔内的平均压力为40Mpa
n——型腔个数
3.4.5开模行程的校核：
Smax
S=H1+H2+5～10
上式右边S=32+34+46+5=117mm（符合要求）
式中Smax——注射机最大开模行程（mm）
H1——推出距离（脱模距离）（mm）
H2——包括浇注系统在内的制品高度（mm）
4分型面位置确定
模具上用以取出制品和（或）浇注系统凝料的，可分离的接触表面称之为分型面。
分型面的选择不紧关系到塑件的正常成型和脱模具,而且涉及模具结构与制造成本.在制品设计阶段，就应考虑成形时分型面的形状和位置，否则无法用模具成形。
在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。
分型面设计是否合理，对制品质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。
因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。
分型面的选择应遵守如下原则：
4.1分型面应选择在制品的最大截面处,无论塑件以何方位布置型腔,都应将此作为首要原则；
4.2有利于保证制品的外观质量,分型面上型腔壁面稍有间隙,熔体就会在塑件上产生飞边；
4.3尽可能使制品留在动模一侧,因为在动模一侧设置和制造脱模机构简便易行；
4.4有利于保证制品的尺寸精度；
4.5尽可能满足制品的使用要求；
4.6尽量减少制品在合模方向上的投影面积,以减小所需锁模力；
4.7长型芯应置于开模方向,当塑件在相互垂直方向都需设置型心时,将较短的型心设置在4侧抽芯方向,有利于减小抽拔距离；
4.8有利于排气；
4.9有利于简化模具结构,应尽量避免侧向分型或抽芯；
4.10在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。
对于该设计，在进行制品设计时已经充分考虑了上述原则，从所提供样品采用的分型面可知：
第一分型面与开模方向垂直；进行模具设计时，在充分考虑上述原则的基础上，可得出：
第二分型面与制品推出方向平行。
5浇注系统的设计
浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对制品质量影响很大。
他的作用是将塑料熔体顺利地充满到模具行腔深处,以获得外形轮廓清晰,内在质量优良的塑料制件.
它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。
该模具采用普通流道浇注系统，其包括：
主流道、分流道、冷料穴、浇口。
5.1浇注系统设计原则
5.1.1浇注系统与塑件一起在分型面上,应有压降,流量和温度的分布的均衡布置；
5.1.2结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置；
5.1.3尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；
5.1.4浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡
流、喷射和蛇形流动，有利于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位，以使熔料从后断面移入薄断面，以利于补料；
5.1.5避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生；
5.1.6浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修；
5.1.7熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔
接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响；
5.1.8尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量；
5.1.9浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有
IT8以上的精度要求；
5.1.10设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施；
5.1.11尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小。
5.2主流道的设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷射出的熔体导入分流道或型腔中。
主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。
5.2.1主流道尺寸
5.2.1.1主流道小端直径d=注射机喷嘴直径+0.5～1
=4+0.5～1取d=5（mm）
这样便于喷嘴和主流道能同轴对准,也能使的主流道凝料能顺利脱出
5.2.1.2主流道球面半径
主流道入口的凹坑球面半径R,应该大于注射机喷嘴球头半径的2～3mm.反之,两者不能很好的贴合,会让塑件熔体反喷,出现溢边致使脱模困难.
SR=注射机喷嘴球头半径+2～3
取SR=12+2=14（mm）
5.2.1.3主流道长度L，一般按模板厚度确定，但为了减小充模时压力降和减少物料损耗，以短为好，小模具控制在50之内在出现过长流道时，可以将主流道衬套挖出深凹坑，让喷嘴伸入模具。
本设计中结合该模具的结构
取L=35（mm）
5.2.1.4主流道大端直径D=d+2Ltgα（半锥角α为1°～2°，取α=2°）
≈8
取D=8（mm）
5.2.2主流道衬套的形式
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53～57HRC。
由于该模
具主流道较长，设计成分体式较宜。
其定位圈的结构尺寸
插图
5.2.3主流道衬套的固定主流道衬套的固定
插图，
5.3冷料穴的设计
在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10～25mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。
位于这一区域内的塑料的流动性能及成形性能不佳，如果这里相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。
为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴（冷料井）。
冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头及熔体流动的前锋冷料，以防止冷料进入型腔而影响制件质量。
5.3.1主流道冷料穴
主流道冷料穴常设在主流道的末端，开模时应将主流道中的冷凝料拉出,所以冷料穴直径宜稍大于主流道大端直径.由于该模具具有垂直分型面即侧向分型，冷料穴分别开在左右瓣合模上，开模时，将主流道中的凝料拉出来；侧向分型时，冷料穴中的凝料会制动脱落。
Z形冷料穴
其中D为主流道大端直径,该模具取d=D=8（mm）,
插图
5.3.2分流道冷料穴
当分流道较长时，可将分流道的端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料穴，以储存前
锋冷料，其长度为分流道直径的1.5～2倍。
该模具的分流道冷料穴与流道的截面形状相同，直径逐渐缩小的半圆形
插图
5.4分流道的设计
在多型腔或单型腔多浇口时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑
料熔体的流动通道，其作用是通过流道截面及方向变化，使熔料能平稳地转换流向注入型腔。
分流道最理想的设计就是把流动树脂在流道中的压降降到最小。
在多种常见截面当中，圆形截面的压降是最小的。
5.4.1分流道的形状及尺寸
为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形、梯形、U形、半圆形、矩形、六角形等。
为了减少流道内的压力损失和传热损失，希望流道的截面积大、表面积小。
因此可以用流道截面积与其周长的比值来表示流道的效率。
各种截面的效率见表
圆形
矩形
六角形
半圆形
梯形
四方形
效率见课本59面
因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径，也常用塑料的分流道直径的推荐值，对于壁厚小于3mm，质量在200克以下的塑件，可以用以下的经验公式确定分型面的直径：
式中B―分流道直径（mm）
m―流经分流道的塑料量（g）
L―分流道的长度（mm）
根据公式计算得
修改
=2.72（mm）（故不在适用范围）
插图
计算结果不在给定的推荐值内，在本设计中取12mm
部分常用塑料常用分流道断面尺寸推荐范围
塑料名称
分流道断面尺寸mm
塑料名称
分流道断面尺寸mm
ABS、AS
4.8～9.5
聚苯乙烯
3.5～10
聚乙烯
1.6～9.5
软聚氯乙烯
3.5～10
尼龙类
1.6～9.5
硬聚氯乙烯
6.5～16
聚甲醛
3.5～10
聚氨酯
6.5～8.0
聚丙烯
5～10
聚苯醚
6.5～10
丙烯酸塑料
8～10
聚砜
6.5～10
5.4.2分流道长度长度应尽量短，且少弯折
该模具分流道的长度为：
140
5.4.3分流道的表面粗糙度
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63～1.6μm，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。
避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。
此处取Ra=0.8μm。
5.4.4分流道的布置形式
分流道在分型面上的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。
分流道的布置形式分为平衡式与非平衡式两种。
不管有多少种布置形式，总的来说应遵循两方面原则：
即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。
本模具的流道布置形式采用平衡式
5.4.5分流道与浇口部分的连接
插图见课本63
5.5.5浇口结构尺寸的经验计算
根据模具的实际情况，再结合所提供经验值得
侧浇口和点浇口的推荐尺寸
制品壁厚/mm
侧浇口尺寸/mm
点浇口的直径d（mm）
浇口长度
l/mm
深度h
宽度w
<0.8
0~0.5
0~1.0
0.8~1.3
1.0
0.8~2.4
0.5~1.5
0.8~2.4
2.4~3.2
1.5~2.2
2.4~3.3
3.2~6.4
2.2~2.4
3.3~6.4
1.0~3.0
综上得此点浇口尺寸：
6.脱模推出机构的确定
注射成形每一循环中，塑料制品必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，模具中这种脱出塑件的机构，称为脱模机构，也常称为推出机构。
脱模机构的作用包括脱出、取出两个动作。
既首先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离，称为脱出，然后把其脱出物从模具内取出。
6.1脱模推出机构的设计原则
制品推出（顶出）是注射成形过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定制品的质量，因此，制品的推出是不可忽视的。
在设计推出脱模机构时应遵循下列原则：
6.1.1.结构可靠：
机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度，且推出机构应尽量设置在动模一侧；
6.1.2.保证制品不因推出而变形损坏；
6.1.3.机构简单动作可靠；
6.1.4.保证良好的制品外观；
6.1.5尽量使塑件留在动模一边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。
6.2制品推出的基本方式
按模具中的推出零件分
6.2.1推杆推出：
推杆推出是一种基本的也是一种常用的制品推出方式，常用的推杆形式有圆形、矩形、“D”形。
6.2.2.塑件采用4根推杆推推板推出，推杆与推板采用螺栓连接。
推杆与推杆固定板，通常采用单边0.5mm的间隙（由于该套模具各制品的6根推杆分布比较紧凑，故采用单边0.25mm的间隙），这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因由于各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象此推杆与模板上的推杆孔采用H8/f7或H8/f8的间隙配合；推杆与推杆固定板，通常采用单边0.5mm的间隙；工作端配合部分的表面粗糙度为Ra
0.8，推杆的材料常用T8、T10碳素工具钢，热处理要求硬度HRC
50，
插图1。
445
6.3带螺纹塑件的脱模机构
件强迫脱出。
因本设计中，塑件所用的材料是聚乙烯，且精度等级要求的不高，所以比较适合强制脱模，在此其它脱模方式就不再一一介绍。
插图
6.4脱模斜度的确定
在注射模一般的设计中，为了使塑件成型后易于从模具型腔内脱模，在垂直分型面的定模与动模型腔和型心工作面上，必须设计出脱模斜度。
而本设计因为塑件的形状尺寸特殊，采用的是瓣合模成型，所以在设计的过程中就不需要再考虑脱模斜度的问题。
7侧向分型与抽芯机构的设计
当塑件上具有于开模方向不一致的孔或侧壁有凹凸形状时，除极少数情况可以强制脱模外，一般都需要将成型侧孔或侧凹的零件做成可活动的结构，在塑件脱模前，先将其抽出，然后才能将整个塑件从模具中取出，完成侧向活动型心的抽出和复位的这种机构就叫做抽芯机构。
这种模具脱出塑件的运动有两种情况：
一是开模时优先完成侧向分型和抽芯，然后推出塑件；二是侧想抽芯分型与塑件的推出同步进行。
7.1侧向抽芯机构的分类及特点
侧向抽芯机构按其动力来源可分手动、机动、气动或液压三大类。
7.1.1手动侧抽芯：
这种模具结构简单、生产效率低、劳动强度大、抽拔力有一定限制，故只在特殊场合下应用，如试制新产品或小批量生产。
7.1.2机动侧抽芯：
开模时，依靠注射机的开模动力，通过侧向抽芯机构改变运动方向，将活动零件抽出。
机动侧抽芯操作方便、生产效率高、便于实现生产制动化，但模具结构复杂。
机动侧抽芯机构形式主要有：
斜导柱侧抽芯、斜弯销侧抽芯、斜滑块侧抽芯、齿轮齿条侧抽芯以及弹簧侧抽芯。
7.1.3液压或气动抽芯：
在模具上配置专门的油缸或气缸，通过活塞的往复运动来进行侧向抽芯。
这类机构的特点是抽拔力大、抽芯距离长、动作灵活且不受开模过程限制，常在大型注射机中使用。
7.2脱模阻力的计算
脱模力是指将塑件从型心上脱出时所需克服的阻力。
它是设计脱模机构的重要依据之一。
脱模阻力的计算式与抽拔力相同，由于影响脱模力的因素很多，例如塑件的壁厚、塑件包容截面形状的大小、塑件的性能、成型的工艺参数等，如要全面考虑这些因素较困难，在生产过程中只要考虑主要因素，因此可按简化公式计算：
Q=Ahq（μcosa-sina）
=105.600（KN）
式中Q—抽拔力（N）
A—侧型心被包紧的截面周长（cm）；
h—成型部分深度（cm）；
q—单位面积积压力，一般取800~1200（N/mm²）；
μ—摩擦系数，取0.1~0.2；
a—脱模斜度。
因为本设计中采用的是瓣合模，所以脱模斜度是零度。
7.2抽拔距的确定
抽拔距：
型心从成形位置抽至不妨碍塑件脱模位置所移动的距离称为抽拔距。
当原材料确定时，抽拔力的大小与模具的结构和塑件的形状有密切的关系。
一般抽拔距等于成形侧孔或侧凹的深度加上2~3mm。
在结构比较特殊时，当成形的塑件是圆形的线圈骨架时，其抽拔距按以下公式计算：
S=
约为18
计算结果
根据计算结果和塑件的形状分析本设计中采用斜导柱侧抽芯机构
7.3斜导柱侧抽芯机构
斜导柱侧抽芯机构是最常用的一种侧抽芯机构，它具有结构简单、制造方便、安全可靠等特点，斜导柱侧抽芯结构的常见的几种形式：
斜导柱在定模，滑块在动模；斜导柱在动模，滑块在定模；斜导柱和滑块同在定模；斜导柱
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