果篮注塑模设计1.docx
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果篮注塑模设计1
果篮注塑模设计
第一章
塑件成型工艺分析
1.1、拟定制品成型工艺该制品是一个果篮外壳，如图1所示。
外壳属于薄壁塑件，生产批量大。
材料为绝缘性能较好的低密度聚乙烯，成型工艺性能好，可以注射成型。
.
工艺性与结构分析：
精度等级：
采用一般精度5级
脱模斜度：
型腔25-40´，型芯20-40´
（塑件内孔以型芯小端为准；塑件外形以型腔大端为准）
一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。
当要求开模后塑件留在型腔内时，
塑件内表面的脱模斜度应不大于塑件外表面的脱模斜度。
1.2，热塑性塑料低密度聚乙烯的注射成型工艺
1.21.注射成型工艺过程
（1）预烘干—→装入料斗——→预塑化——→注射装置准备注射——→注射——→保压——→冷却——→脱模——→塑件送下工序
（2）预热、清理模具——→涂脱模剂——→合模——→注射
1.22低密度聚乙烯的注射成型工艺参数
（1）注射机：
螺杆式
（2）螺杆转速（r/min）：
14——200
（3）预热和干燥：
温度（°C）90——100时间（h）2.5——3.5
（4）料筒温度（°C）后段90——110
中段125——140
前段110——125
（5）喷嘴温度（°C）110——120；喷嘴形式自锁式
（6）模具温度（°C）40——70
（7）注射压力（MPa）125——170
（8）成型时间（s）注射0——5保压20——50
成型周期50——100冷却20——40
（9）后处理：
方法水或油
温度（°C）90——100时间（h）4——10
1.2.3，低压聚乙烯材料综合性能分析
（1）低压聚乙烯属于热塑性材料，耐腐蚀性和电绝缘性良好。
（2）结晶料，吸湿性小，流动性极好，。
对压力敏感，成型是需高压注射，不宜采用直接浇口，以防止收缩不均，内应力增大。
（3）收缩范围和收缩值大，方向性明显，易变形翘曲。
冷却速度宜慢，模具设有冷料穴，并有冷却系统。
（4）加热时间不宜过长，否则会发生分解、烧伤。
（5）软质塑件有较浅的侧凹槽可强制脱模
（6）可能发生熔体破裂，不宜与有机溶剂接触，以防开裂。
表1
密度g/cm³
0.95
弹性模量MPa
0.84—0.95
比容cm³/g
0.91
弯曲强度MPa
25
吸水率%（24h）
＜0.01
硬度HB
邵D41--46
收缩率%
1.5—3.6
体积电阻率Ω.cm
熔点°C
105--125
击穿电压Kv/mm
18.1—27.5
热变形温度°C
1.86MPa48
0.46MPa60--82
冲击强度kJ/m²
无缺口不断
缺口48
抗拉屈服强度MPa
7--19
介电系数60Hz
10
Hz2.3—2.4
表2-1
第2章拟定模具结构形式
2.1分型面位置的确定
分型面即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面，分型面的位置影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。
分型面的选择应注意以下几点：
Ø不影响塑件外观，尤其是对外观有明确要求的制品；
Ø有利于保证塑件的精度要求；
Ø有利于模具加工，特别是型腔的加工；
Ø有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设计；
Ø便于制件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。
（1）多型腔单分型面模具：
塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。
（2）多型腔多分型面模具：
塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。
该塑件外观质量要求较高，并可以看出：
分型面的位置、塑件推出机构的痕迹、浇口为潜伏式浇口。
可初步拟定二型腔单分型面的结构。
根据塑件的结构形式，分型面选在外壳下面的面为分型面，如图2所示。
图3-1
2.2，确定型腔数量及排列方式
一般来说，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件（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
外壳塑件属于小型塑件，大批量生产。
该塑件精度要求不高，又是大批大量生产，可以采用一模多腔的形式。
考虑到模具制造费用低一点，设备运转费用小一点，初定为一模两腔的模具型式。
根据塑件的形状，以及塑件材料低压聚乙烯的综合性能，本设计采用一模两腔腔的形式。
型腔的排列如图3所示。
图3-2
第3章注塑机型号的确定
注射机规格的确定主要是根据塑件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，注射机型号的确定
通过solidwork建模分析，可得出塑件质量为124.4克，塑件体积m1为13.67
，曲面表面积为192.7
。
流道凝料m2还是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来计算。
从上述分析中确定型腔为一模四腔，所以注射量为：
按体积算：
Q=
=1.6×2×13.67
=43.744
按质量算：
M=1.6nm1
=1.6×2×12.44
=39.808g
曲面面积S=19272.7
3.2朔件和流道凝料在分型面上的投影及所需锁模力的计算
流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大概是每个塑件在分型面上的投影的0.2-0.5倍。
因此可以采用0.35nA1来进行估算。
所以
A=nA1+0.35nA1
=1.35nA1
=9273.15
（其中A1≈3435
）
F=AP
=9273.15×30
=278190N
=278.9KN
式中，型腔压力P取30Mpa
3.3，选择注射机
塑件成型所需要的注射量应小于所选注射机的注射容量。
可按注射容量、锁模力、模具闭合时的厚度等来确定注射机的型号。
根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，确定选用SZ -60/450卧式注射机（上海塑机厂）。
其参数如表1所示：
理论注射容量/cm3
78
缩模力/KN
450
螺杆直径/mm
30
拉杆内间距/mm
280*250
注射压力MPa
170
移模行程/mm
220
注射速率（g/s）
60
最大模厚/mm
300
塑化能力（g/s）
5.6
最小模厚/mm
100
螺杆转速（r/min）
14~200
定位孔直径/mm
55
喷嘴球直径
SR20
喷嘴孔直径/mm
3.5
锁模方式
双曲肘
表4-1
4.4,注射机及型腔数量的校核
4.4.1型腔数量的校核
（1）由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数n
n=
=
=9.6＞2
所以，所设定的型腔数符合要求，合格。
上式中，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，取5.6g/s
t-------成型周期，取30s
其它的安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定之后方可进行。
（2）按注射机的最大注射量校核型腔数量n：
=2.7
上式右边=2.7
2（符合要求）
式中Mn——注射机允许的最大注射量（g或cm³）
（3）按注射机的额定锁模力校核型腔数量n：
上式右边=2.43
4（符合要求）
式中F——注射机的额定锁模力（N）
A1——单个塑件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——塑料熔体对型腔的成型压力（MPa）一般是注射压力的80%
4.4.2注射机的校核
（1）注射压力的校核：
该注射机的注射压力为170MPa，低压聚乙烯的注射压力为70～110，所以能够满足要求。
（2）注射量以及锁模力在上面已经校核，符合要求。
（3）模具厚度的校核：
模具厚度H必须满足：
Hmin≤Ｈ≤Ｈmax
该模具厚度为H=25+63+40+80+25+10
=233mm（符合要求）
式中Hmin——注射机允许的最小模厚，即动、定模板之间的最小开距
Hmax——注射机允许的最大模厚
（4）开模行程的校核：
Smax
S=H1+H2+5～10
上式右边S=20+100+10=130mm（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塑件高度（mm）
第4章浇注系统形式和浇口的设计
浇注系统是塑料熔体从注射机喷嘴射出后达到型腔之前在模具内流经的通道。
它分为普通流道浇注系统和无流道凝料（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、冷料井、浇口。
4.1，浇注系统的设计
浇注系统是指从注射机的喷嘴到模具型腔的浇口这一段塑料流动的信道称为浇注系统。
浇注系统由主浇道、分流道、冷料穴、浇口等组成。
4.1.1、浇注系统设计原则
1.重点考虑型腔布局。
2.热量及压力损失要小，为此浇注系统流程应尽可能短，截面尺寸应尽可能大，弯折尽
量少，表面粗糙度要低。
3.均衡进料，即分流道尽可能采用平衡式布置。
4.塑料耗量要少，满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料耗量。
5.消除冷料，浇注系统应能收集温度较低的“冷料”。
6.排气良好。
7.防止塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力。
8.保证塑件外观质量。
9.较高的生产效率。
10.塑料熔体流动特性（充分利用热塑性塑料熔体的假塑性行为）。
4.1.2，主流道设计
主流道是喷嘴熔融状态的塑料进入模具型腔时的首段信道，它的形状和尺寸直接影响塑料的流动速度及填充时间。
主流道一般呈圆锥形，锥度一般为2~4度，其小端直径应大于喷嘴直径0.5~1mm，以便补偿与喷嘴对中的误差。
主流道的最佳长度一般为20~40mm。
根据所选注射机，小端尺寸直径应为：
d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）
=3.5+（0.5~1）
=4~4.5mm
主流道球面半径应为：
R=喷嘴球面半径+（1~2）
=20+2
=22mm
球面配合高度h=3～5取h=5（mm）
1，主流道衬套的设计
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，一般采用碳素工具钢，如：
T8A、T10A等，热处理硬度为53～57HRC。
主流道衬套和定位圈设计成整体式，用于小型模具。
中大型模具设计成分体式。
但由于该模具主流道较长，设计成分体式较宜。
为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈设计成分体式。
主流道90。
图5-1主流道衬套
主流道衬套材料采用T10A钢，热处理淬火或表面硬度为53~57HRC。
本设计中，主流道与定模座板采用H7/k6过度配合，与定位圈的配合采用H9/f9的间隙配合。
图5-2定位圈.
主流道的固定见装配图
2，主流道凝料体积为：
q=
d²L
=
（
）²×50
=1123.4mm³
=1.123cm³
3，主流道剪切速率校核
由经验公式:
=
=2342
在500
--5000
之间
式中，
+
=1.1+43.745
=44.845
R=
=2.72mm
生产实践表明，当注射模具主流道的剪切速率在500
--5000
之间，所成型的塑件的质量较好。
所以本设计的主流道剪切速率符合要求。
4.1.3．分流道的设计
1，分流道布置形式
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。
本设计属于多型腔模具，必须设置分流道。
分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，本设计采用平衡式分流道。
如图5所示：
图5-3
分流道尺寸及各级分流道的尺寸如图5所示
（1），分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积
形状及截面尺寸
为了便于机械加工及凝料脱模，本设计的分流道设置在分型面上，截面形状采用加工工艺比较好的梯形截面。
梯形截面对塑料熔体流动阻力不大，一般采用下面经验公式来确定截面尺寸：
B=0.2654
=0.2654
=2.4
查资料取B=6，
H=
B=
6=4，取标准值H=5mm
查资料3，取标准值，其中深度H=5mm，
宽度L=6mm,底部宽度取4.5mm，
流道截面形状及尺寸如图6所示
图5-4
从理论上第二级分流道的截面尺寸可比第一级分流道截面尺寸小10%，所以二级分流道的尺寸取宽为4，底部宽为3高为3的梯形。
分流道凝料体积
分流道长度l=51.4mmL=14.54
4=58.16mm
分流道截面积A=
=26.25
B=
=10.5
分流道凝料体积q=51.4
26.25+58.16
10.5=1960
=1.96
（2）分流道剪切速率校核
根据经验公式：
=757.2
在500
--5000
，剪切速率校核合理
其中，q=13.67
2=27.34
R=
=15.59mm=1.56cm
其中F为锁模力，F=278.19KN
c为梯形截面周长（1.3cm）
分流道的表面粗糙度
分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取0.8um~1.6um即可，因此，本设计取1.5um。
分流道的布置形式
分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则：
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，采用定模部分与瓣合模上均开有分流道，如图5。
4.2，浇口的设计
浇口，又称进料口，是分流道与型腔之间的狭窄部分，也是浇注系统中最小部分。
它使塑料熔体的流速产生加速度，以利于迅速充满型腔，同时还起封闭型腔防止熔体倒流的作用，并在成型后使浇口凝料与塑件易于分离。
4.2.1，浇口位置的选择，应遵循如下原则：
（1）避免制件上产生喷射等缺陷（避免喷射有两种方法：
a加大浇口截面尺寸，降低熔体流速；b采用冲击型浇口，改善塑料熔体流动状况。
）该模具采用方法a；
（2）浇口应开设在塑件截面最厚处；
（3）有利于塑件熔体流动；
（4）有利于型腔排气；
（5）考虑塑件使用时的载荷状况；
（6）减少或避免塑件的熔接痕；
（7）考虑分子取向对塑件性能的影响；
（8）考虑浇口位置和数目对塑件成型尺寸的影响；
（9）防止将型芯或嵌件挤歪变形。
5.2.2，浇口设计的基本要点：
1）尽量缩短流动距离浇口位置的安排应保证塑料熔体迅速和均匀地充填模具型腔，尽量缩短熔体的流动距离，减少压力损失，有利于排除模具型腔中的气体，这对大型塑件更为重要。
2）浇口应设在塑件制品断面较厚的部位当塑件的壁厚相差较大时，若将浇口开设在塑件的薄壁处，这时塑料熔体进入型腔后，不但流动阻力大，而且还易冷却，以致影响了熔体的流动距离，难以保证其充满整个型腔。
另外从补缩的角度考虑，塑件截面最厚的部位经常是塑料熔体最晚固化的地方，若浇口开设在薄壁处，则厚壁处极易因液态体积收缩得不到收缩而形成表面凹陷或真空泡。
因此为保证塑料熔体的充分流动性，也为了有利于压力有效地传递和比较容易进行因液态体积收缩时所需的补料，一般浇口的位置应开设在塑件壁最厚处。
3）必须尽量减少或避免熔接痕由于成型零件或浇口位置的原因，有时塑料充填型腔时造成两股或多股熔体的汇合，汇合之处，在塑件上就形成熔接痕。
熔接痕降低塑件的强度，并有损于外观质量，这在成型玻璃纤维增强塑料的制件时尤为严重。
有时为了增加熔体的汇合，汇合之处，在塑件上就形成熔接痕。
熔接痕降低塑件的强度，并有损于外观质量，这在成型玻璃纤维增强塑料的制件时尤其严重。
一般采用直接浇口、点浇口、环形浇口等可以避免熔接痕的产生，有时为了增加熔体汇合处的溶接牢度，可以在溶接处外侧设一冷料穴，使前锋冷料引如其内，以提高熔接强度。
在选择浇口位置时，还应考虑熔接的方位对塑件质量及强度的不同影响。
4）应有利于型腔中气体的排除要避免从容易造成气体滞留的方向开设浇口。
如果这一要求不能充分满足，在塑件上不是出现缺料、气泡就是出现焦斑。
同时熔体充填时也不顺畅，虽然有时可用排气系统来解决，但在选择浇口位置时应先行加以考虑。
5）考虑分子定向影响充填模具型腔期间，热塑性塑料会在流动方向上2呈现一定的分子取向，这将影响塑件的性能。
对某一塑件而言，垂直流向和平行于流向的强度、应力开裂倾向等都是有差别的，一般在垂直于流向的方位上强度降低，容易产生应力开裂。
6）避免产生喷射和蠕动（蛇形流）塑料熔体的流动主要受塑件的形状和尺寸以及浇口的位置和尺寸的支配，良好的流动将保证模具型腔的均匀充填并防止分层。
塑料溅射进入型腔可能增加表面缺陷、流线、熔体破裂及气，如果通过一个狭窄的浇口充填一个相对较大的型腔，这种流动影响便可能出现。
特别是在使用低粘度塑料熔体时更应注意。
通过扩大尺寸或采用冲击型浇口（使料流直接流向型腔壁或粗大型芯），可以防止喷射和蠕动。
7）浇口与塑件连接得部位应成R0.5的圆角或0.5×45°的倒角；浇口和流道连接的部位一般斜度为30°～45°，并以R1～R2的圆弧和流道底面相连接
浇口，又称进料口，是分流道与型腔之间的狭窄部分，也是浇注系统中最小部分。
它使塑料熔体的流速产生加速度，以利于迅速充满型腔，同时还起封闭型腔防止熔体倒流的作用，并在成型后使浇口凝料与塑件易于分离。
根据塑件的外部特征，外观表面质量要求比较高，要求看不到浇口的痕迹，塑件的外表面是光滑的，因此本设计采用推切式潜伏式浇口，在开模时浇口自行剪断，从外面看不到浇口。
下面简单介绍一下潜伏式浇口。
潜伏式浇口的优点：
进料口设在塑件内侧塑件外表面没有点浇口切断痕迹。
脱模时推杆将流道与塑件推出的同时，推杆切断进料口，可实行注射机的全自动操作，避免了点浇口流道所需要的定模定距分型机构，模具结够简单。
潜伏浇口的缺点：
隧道斜孔的加工较困难。
为了将斜的点浇口推出，必须是柔韧性较好的塑料。
（本设计中使用的低压聚乙烯具有较好的柔韧性），并且要严格掌握塑件在模内的冷却时间，在凝道未完全凝固时推出潜伏浇口。
（1）3，潜伏式浇口尺寸的确定
由经验公式：
d=nk
=0.6
0.29
=1.33mm
其中查资料并计算得，n=0.6,k=0.29
浇口截面形状入图7所示
图5-5
在设计模具时，浇口直径先取直径d=1.5，在试模时根据实际情况再进行调整。
4．浇口剪切速率的校核：
根据点浇口的经验公式：
=
=69330s
在10000~100000s
之间，减切速率符合要求。
4.3，冷料穴的设计
当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前端的熔融塑料的温度较低，形成冷料渣，为了集存这部分冷料渣，在进料口的末端的动模板上开设一个洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这个洞穴就是冷料穴。
在注射时必须防止冷料渣进入流道或模具型腔内，否则将会堵塞流道和减缓料流速度，进入模具型腔就会造成塑料制品上的冷把或冷斑。
冷料穴位于主流道正对面的动模板上,或者处于分流道的末端，其作用是收集熔体前锋的冷料,防止冷料进入模具型腔而影响制品质量。
冷料穴分两种,一种专门用于收集、贮存冷料，另外一种除贮存冷料外还兼有拉出流道凝料的作用。
根据需要，不但在主流道的末端，而且可在各分流道转向的位置，甚至在型腔的末端开设冷料穴。
冷料穴应设置在熔体流动方向的转折位置，并迎着上游的熔体流向，冷料穴的长度通常为流道直径d的1.5～2倍，如图。
有的冷料穴兼有拉料的作用，在圆管形的冷料穴底部装有一根Z形头的拉料杆，称为钩形拉料杆，这是最常用的冷料穴形式。
同类形的还有倒锥形和圆环糟形的冷料穴。
本设计采用常用与拉料杆匹配的冷料穴。
冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。
其作用就是存放料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。
冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。
4.3.1，主流道冷料穴
如图8所示，采用与拉料杆匹配冷料穴的半球形形式，采用的球形头拉料杆，使主流道凝料脱出。
图5-6
4.3.2，分流道冷料穴
在分流道端部加长流道直径d的1.5～2倍做分流道的冷料穴。
如图9所示。
图5-7
并不是所有注射模都需要开设冷料穴，有时由于塑料性能或工艺控制较好，很少产生冷料或塑件要求不高时，可不必设置冷料穴。
如果初始设计阶段对是否需要开设冷料穴尚无把握，可流适当空间，以便增设。
本设计开设冷料穴长度为2d=2×6=12mm。
4.4，拉料杆的设计
拉料杆的作用是勾着浇注系统冷料，使其随同塑件一起留在动模一侧，其分为主流道拉料杆和分流道拉料杆，本设计只设计了主流道拉料杆图如下：
图5-8
材料：
T8A热处理50～55HRC
d=6mmD=10mml=115.1mm
4.5，浇注系统的平衡
对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计时应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。
一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。
1.分流道平衡：
对于多型腔模具，为了达到各型腔同时充满的目的，可通过调整分流道的长度及截面面积，改变熔融树脂在各分流道中的流量，达到浇注平衡的目的。
计算公式如下：
式中Q1，Q2——熔融树脂分别在流道1和流道2中的流量，cm3/s；
d1,d2——分流道1和分流道2的直径，cm;
L1，L2——分流道1和分流道2的长度，cm。
2.浇口平衡：
在多型腔非平衡分流道布置时，由于主流道到各型腔的分流道长度或各型
腔所需填充流量不同，也可采用调整各浇口截面尺寸的方法，使熔融树脂同时充满各型腔。
浇口平衡简称为BGV（balancedgatevalue）,只要做到各型腔BGV值相同，基本上能达到平衡填充。
对于多型腔相同制品的模具，其浇口平衡计算公式如下：
BGV=
式中Sg——浇口的截面积，mm2;
Lg——浇口的长度，mm;
Lr——分流道的长度，mm。
该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同，显然是平衡式的。
第4章模架的确定和标准件的选用
现场设计中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号。
模架尺寸确定之后，对模具有关零件要进行必要的强度或刚度计算，以校核所选模架是否适当，尤其时对大型模具，这一点尤为重要。
以上内容确定之后，便根据所定内容设计模架。
在学校作设计
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