一模一腔直浇口顶板顶出塑料碗模具设计Word格式.docx
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5注射压力：
PP成型收缩率大，尺寸不稳定，塑件易变形收缩，可采用提高注射压力及注射速度，减少层间剪切力使成型收缩率降低，但PP流动性很好，注射压力大时易出现飞边且有方向性强的缺陷，注射压力一般为：
50~80MPa，保压压力取注射压力的80%左右，宜取较长的保压时间补缩及较长的冷却时间保证塑件尺寸，变形程度。
6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。
如果制品表面出现了缺陷，也可使用较高温度下的低速注塑。
注意：
高结晶的PP高分子在熔点附近，其容积会发生很大变化，冷却时收缩及结晶化导致塑件内部产生气泡甚至局部空心，所以调节注塑工艺参数要有利于补缩。
1.3塑件的尺寸选择
1.3.1塑件的尺寸
塑件尺寸的大小受制于以下因素：
1取决于用户的使用要求；
2受制于塑件的流动性；
3受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力；
4在此不考虑塑件的公差问题。
根据日常需要，此次设计选择的是塑料碗外径D1=100mm，塑料碗内径D2=96mm，碗底直径D3=60mm，碗高H=60mm，壁厚和底厚S=2mm，底部凸起h0=10mm。
制品的尺寸图如图1.1，三视图如图1.2：
图1.1塑料模具碗的尺寸图
图1.2塑料模具碗的三视图
1.3.2塑件的表面质量
塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。
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低1-2级。
本设计要求制造的碗，表面应该光滑，由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加深，应该随时抛光复原。
第二章型腔布局与分型面设计
2.1型腔数目
根据所接任务书和题目，模腔数为一模一腔，型腔布局如图2.1
图2.1型腔布局
2.2分型面的设计
选择设计分型面的基本原则是：
分型面应选择在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺利脱模。
同时还应考虑以下因素：
（1）应便于塑件脱模并简化模具结构
尽可能使塑件在动定模分离后留在动模一侧。
（2）应考虑塑件的技术要求
（3）尽量选择在不影响塑件外观的位置，并使其产生的飞边易于清理和修整。
（4）应有利于排气
为此应尽量使分型面与充模时型腔料流末端重合，以利于排气。
（5）应便于模具零件加工
（6）应考虑注射机的技术参数图2.2浇注系统示意图
（7）应尽量选择塑件在垂直合模方向上投影面积较小的表面，以减少锁模力。
综合以上因素，该制品的分型面可确定为与右图类似：
第三章注射成型机的选型
3.1注塑机的选用
图3.1制品的尺寸图
制品碗底圆柱体积V1=S0h0=（D3/2）2πh0=（6/2）2×
3.141×
1cm3=28.27cm3；
制品除中间圆锥四周壁的体积V2=1/3×
{2/3×
π×
（R3-r3）}=10.06cm3；
制品碗底体积V3=V1-V球面=V1-π×
ra3×
67.11/180—1/3×
ha×
ra2}
所以V3=V1-V球面=43.17cm3；
整个制品的体积V=V2+V3=10.06cm3+43.17cm3=53.23cm3；
额定注射量V*=53.23/0.8cm3=66.54cm3；
所需熔体PP塑料质量M=Vρ=53.23cm3×
0.91g/cm3=48.44g；
注射机选型为SZ—60/40塑料注塑成型机。
有关技术参数如下：
表3.1注塑机的技术参数
项目
参数
理论注射容积
100cm³
注射压力
170MPa
最大开模行程
305mm
模具最大厚度
300mm
模具最小厚度
170mm
模具定位孔直径
100mm
喷嘴球半径
10mm
锁模力
800KN
螺杆直径
35mm
注射速率
95g/s
第四章浇注系统部件的设计
该模具采用的是直浇口，一模一腔，只需设计主流道，即可。
4.1主流道设计
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看作是喷嘴的通道在模具中的延续，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。
形状结构如图4.1：
图4.1主流道示意图
其设计要点：
a）主流道设计成圆锥形，其锥角可取2°
~6°
，流道壁表面粗糙度取Ra=0.8μm，且加工时应沿道轴向抛光；
b）主流道如端凹坑球面半径R2比注射机的、喷嘴球半径R1大1~2mm；
球面凹坑深度3~5mm；
主流道始端入口直径d比注射机的喷嘴孔直径大0.5~1mm；
一般d=2.5~5mm；
c）主流道末端呈圆无须过渡，圆角半径r=1~3mm；
d）主流道长度L以小于60mm为佳，最长不宜超过95mm；
e）主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；
其材料常用T8A，热处理淬火后硬度53~57HRC。
4.2主流道尺寸计算
（1）主流道通常设计成圆锥形，PP的流动性较好，可取锥角a=3°
，内壁表面粗糙度一般为Ra=0.8um。
（2）根据所选注射机,则主流道小端直径为
d=注射机喷嘴直径d0+（0.5~1）mm=4+1=5mm.
主流道球面半径为R=喷嘴球面半径R0+（1~2）mm=10+1=11mm
主流道与喷嘴对接处凹坑深度h=3~5mm,可取4mm。
（3）为减小料流转向过渡时的阻力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径r=1~3mm，这里取2mm.
（4）通常主流道长度由模板厚度确定，本模具取L=40mm。
4.3定位圈
因为采用的无托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。
定位圈也是标准件，外径为Φ100mm，内径Φ70mm。
根据GB/T4169.18-2006塑料注射模具零件第21部分，定位圈示意图如下：
图4.2定位圈
根据标准模架和CAD的标注尺寸选择如下几何尺寸：
D0=100mmD1=70mmh=15mm；
材料：
45钢
定位圈φ60GB/T4169.18-2006
4.4浇口的设计
浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。
a）浇口的选用
它是流道系统和型腔之间的通道,这里我们采用直浇口：
✧浇口在成形自动切数断，故有利于自动成形；
✧浇口的痕迹不明显，通常不必后加工；
✧浇口之压力损失大，必须高之射出压力；
✧浇口部份易被固化之残锱树脂堵隹。
它常用于成型中、小型塑料件的一模多腔的模具中，也可用于单型腔模具或表面不允许有较大痕迹的塑件。
b）浇口位置的选用
模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。
总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择。
通常要考虑以下几项原则：
✧尽量缩短流动距离；
✧浇口应开设在塑件壁厚最大处；
✧必须尽量减少熔接痕；
✧应有利于型腔中气体排出；
✧考虑分子定向影响；
✧避免产生喷射和蠕动；
✧浇口处避免弯曲和受冲击载荷；
✧注意对外观质量的影响。
c）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。
显然，我们设计的模具是平衡式的，即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。
4.5浇口套的设计
根据GB/T4169.19-2006塑料注射模模零件第19部分，浇口套示意图如下：
图4.4浇口套
D=20mmD1=50mmD2=4.0mmL=50mm；
45钢
浇口套φ20
50GB/T4169.19-2006。
第五章模具成型零件的设计
5.1影响工作尺寸的因素
（1）塑件收缩率的影响：
聚丙烯收缩率为1.0～2.5%；
（2）凹、凸模工作尺寸的制造公差：
通常凹、凸模的制造公差取塑件公差的1/3～1/6，表面粗糙度取Ra值为0.8～0.4μm。
5.2型腔的径向尺寸计算
已知：
塑件尺寸Ls模具磨损量δc=Δ/6
平均收缩率Scp模具制造公差δz=Δ/3
PP的收缩率为（1-2.5）%,则Scp=（1+2.5）%/2=1.75%，
碗的精度要求不高，可采用PP的一般精度，为6级精度，根据塑件基本尺寸查表，得其尺寸公差为Δ=1.1mm，则δz=Δ/3=0.37mm。
最外端直径：
LM=LS+LSScp-3/4Δ=100+100*0.0175-3/4*1.1=100.925mm
最内端直径：
LM=LS+LSScp-3/4Δ=60+60*0.0175-3/4*1.1=60.225mm
其图形如下：
图5.2.1型腔图形状
5.3型芯的径向尺寸计算
径向尺寸：
lM=lS+lSScp-3/4Δ=98+98*0.0175+3/4*1.1=100.54mm
图5.2.2型芯图形状
5.4型腔深度尺寸计算
已知：
塑件尺寸Hs-Δ平均收缩率Scp模具制造公差δz=Δ/3
碗边厚度为2mm，查表得，Δ=0.24mm，δz=0.24/3=0.08.
按平均值计算方法可得：
型腔的深度：
HM=HS+HSScp-2/3Δ=50+50*0.0175-2/3*0.24=50.715mm
5.5型芯深度尺寸计算
型芯的深度：
hM=hS+hSScp+2/3Δ=48+48*0.0175+2/3*0.24=49mm
第六章合模导向机构的设计
6.1导柱导向机构设计要点
1小型模具一般只设置两根导柱，当其元合模方位要求，采用等径且对称布置的方法，若有合模方位要求时，则应采取等径不对称布置，或不等径对称布置的形式。
2直导套常应用于简单模具或模板较薄的模具；
Ⅰ型带头导套主要应用于复杂模具或大、中型模具的动定模导向中；
Ⅱ型带头导套主要应用于推出机构的导向中。
3导向零件应合理分布在模具的周围或靠近边缘部位；
导柱中心到模板边缘的距离δ一般取导柱固定端的直径的1~1.5倍；
其设置位置可参见标准模架系列。
4导柱常固定在方便脱模取件的模具部分；
但针对某些特殊的要求，如塑件在动模侧依靠推件板脱模，为了对推件板起到导向与支承作用，而在动模侧设置导柱。
5为了确保合模的分型面良好贴合，导柱与导套在分型面处应设置承屑槽；
一般都是削去一个面，或在导套的孔口倒角，
6导柱工作部分的长度应比型芯端面的高度高出6~8mm，以确保其导向作用。
7应确保各导柱、导套及导向孔的轴线平行，以及同轴度要求，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件。
8导柱工作部分的配合精度采用H7/f7（低精度时可采用H8/f8或H9/f9）；
导柱固定部分的配合精度采用H7/k6（或H7/m6）。
导套与安装之间一般用H7/m6的过渡配合，再用侧向螺钉防止其被拔出。
9对于生产批量小、精度要求不高的模具，导柱可直接与模板上加工的导向孔配合。
通常导向孔应做志通孔；
如果型腔板特厚，导向孔做成盲孔时，则应在盲孔侧壁增设通气孔，或在导柱柱身、导向孔开口端磨出排气槽；
6.2带头导柱
采用带头导柱，可以直接与模板中的导向孔配合，结构简单。
导柱导向部分的长度应高出凸模端面6-12mm，可取10mm。
标准模架的导柱直径和数量一般都是确定的。
导柱应具有良好的韧性和抗弯强度，其工作面应有较高的硬度和耐磨性。
可采用20钢渗碳淬火，硬度取50-55HRC。
根据GBT4169.4-2006塑料注射模零件第4部分，带头导柱示意图如下：
图6.1带头导柱
D=35mmD1=40mmh=8mmL=110mmL1=100mm
T10A
带头导柱φ35
110
100GBT4169.4-2006。
6.3带头导套
采用直导套，结构简单，加工方便。
形状：
做成通孔，利于排出空内空气及残渣废料。
尺寸：
导套导向孔d与导柱相符，导套长度可由导套固定板确定，不小于其配合直径的1-1.5倍。
与导柱用相同的材料制造，其硬度低于导柱的硬度。
根据GB/T4169.3-2006塑料注射模具零件第3部分，带头导套示意图如下：
图6.2带头导套
D=35mmD1=48mmL=70mmh=10mmR=5mm
带头导套φ35
70GB/T4169.3-2006。
第七章脱模机构的设计
7.1脱模机构设计的总体原则
a）要求在开模过程中塑件留在动模一侧，以便推出机构尽量设在动模一侧，从而简化模具结构。
b）正确分析塑件对模具包紧力与粘附力的大小及分布，有针对性地选择合理的推出装置和推出位置，使脱模力的大小及分布与脱模阻力一致；
推出力作用点应靠近塑件对凸模包紧力最大的位置，同时也应是塑件刚度与强度最大的位置；
力的作用面尽可能大一些，以防止塑件在被推出过程中变形或损坏。
c）推出位置应尽可能设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位，以力求良好的塑件外观。
d）推出机构应结构简单，动作可靠（即：
推出到位、能正确复位且不与其他零件相干涉，有足够的强度与刚度），远动灵活，制造及维修方便。
7.2推件力的计算
脱模力：
Q=LhP（fcosα－sinα）；
式中：
L—凸模被包紧部分的断面周长（cm）；
h—被包紧部分的深度（cm）；
P—由塑件收缩率产生的单位面积的正压力，一般取0.8×
107～1.2×
107Pa；
f—摩擦系数，一般取0.1；
α—脱模斜度。
则：
L=3.141×
98=307.72mm；
h=48mm；
Q=307.72mm×
48mm×
10MPa（0.1×
cos0-sin0）=14770.56N。
7.3复位杆
复位杆设计：
GBT4169.13-2006塑料注射模具零件第13部分：
复位杆示意图如下：
图7.2复位杆
D=25mmh=5mmL=150mm
复位杆φ25
150GBT4169.13-2006。
7.4推件板
推件板设计：
GBT4169.7-2006塑料注射模具零件第7部分，推板示意图如下：
图7.3推件板
W=350mmL=500mmH=40mm
45钢
推件板350×
500×
40GB/T4169.7-2006。
7.5浇注系统凝料脱模机构
流道凝料的脱模方式，这里采用两板式脱模，即单分型面。
直浇口时料的浇注系统能够利用开模动作实现塑件与流道凝料的自动分离，同时利用塑件对凸模的包紧力将塑件与流道凝料拉断。
第八章注塑模温度控制系统设计
8.1冷却、加温控制设计
由于PP注射成型的模具温度为40-80℃，一般选在80℃以下成型，故模具中无需设置加热装置。
冷却机构的设计原则：
（1）冷却系统的布置应先于脱模机构；
（2）合理地确定冷却管道的直径中心距以及型腔壁的距离；
（3）降低进出水的温度差；
（4）浇口处应加强冷却；
（5）应避免将冷却水开设在塑件熔接痕处；
（6）冷却水道应便于加工和清理。
对于PP制品，可用常温水冷却。
当塑件壁厚为2-3mm时，水孔直径可取8-10mm，该设计取8mm。
水孔边至型腔表面距离应大于10mm,为冷却管道直径的1-2倍，常为12-15mm，这里取14mm。
两冷却水道中心距为3-5倍水孔直径，这里取30mm。
该设计为6个冷却水孔，合理地安置在型腔的周围。
由于冷却水道的位置，结构形式，孔径，表面状态，水的流速，模具材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水传递，精确计算比较。
实际生产中，通常都是根据模具的结构确定冷却水路，通过调节沾湿，水速来满足要求。
第九章注塑模排气系统设计
9.1排气槽的设计
排气槽的作用主要有两点：
一、是在注射熔融物料时，排除模腔内的空气；
二、是排除物料在加热过程中产生的各种气体。
越是薄壁制品，越是远离浇口的部位，排气槽的开设就显得尤为重要。
另外对于小型件或精密零件也要重视排气槽的开设，因为它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外，还可以消除制品的各种缺陷，减少模具污染等。
对于模腔的充分排气，一般来说，若以最高的注射速率注射熔料，在制品上却未留下焦斑，就可以认为模腔内的排气是充分的。
适当地开设排气槽；
可以大大降低注射压力、注射时间。
保压时间以及锁模压力，使塑件成型由困难变为容易，从而提高生产效率，降低生产成本，降低机器的能量消耗。
其设计往往主要靠实践经验，通过试模与修模再加以完善，此模我们利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气。
第十章注塑机工艺参数的校核
10.1注射压力的校核
注射机注射压力为170MPa>
PP注射成型注射压力（70-120）MPa.
则符合要求。
10.2锁模力校核
PP的保压力为50-60Mpa
制品在分型面上的投影面积为：
A=π（50/2）2=1962.5mm2
则最大的保压力F=60*A=117.75KN<
注射机的锁模力800KN
故满足要求。
10.3开模行程的校核
所选注射机SZ—60/40为带有液压和机械联合作用的注射机，则注射机最大开模行程Smax与模具厚度无关。
H1=50mm，H2=42+50=92mm
则H1+H2+（5~10）mm=（147~152）mm
而注射机Smax=305mm>
H1+H2+（5~10）mm
则满足要求。
10.4安装部分的尺寸校核
10.4.1喷嘴尺寸
图10浇口套标注示意图
PP粘度小，取的锥角a=3°
，可以。
d=注射机喷嘴直径d0+（0.5~1）mm=4+1=5mm.
主流道球面半径为
R=喷嘴球面半径R0+（1~2）mm=10+1=11mm
主流道与喷嘴对接处凹坑深度h=3~5mm,可取4mm。
都符合要求。
10.4.2定位环
定位环与注射机定模固定板上的定位孔之间按H9/h9配合。
定位环与定位孔的配合高度，取10mm。
符合要求。
10.5强制脱模的校核
根据经验判断，有2mm尺寸PP制品需强制脱模，知道PP在一定温度下，有一定的柔性，在强制脱模量之内，故可以进行强制脱模。
第十一章工艺卡片
11.1塑料模具碗注射成型的工艺参数
塑料模具碗注射成型的工艺参数如下表：
表1塑料模具碗注塑工艺参数
制品名称
塑料模具碗
预热和干燥
温度t（℃）
90
注射压力P（MPa）
50-80
制品材料
PP
时间
t（h）
1
注射时间t注（s）
20-60
制品体积
53.23cm3
料筒温度t（℃）
前段
160-180
保压时间t保（s）
0-3
制品质量
48.44g
中段
180-200
冷却时间t冷（s）
20-90
投影面积
19.625cm2
后段
200-220
生产周期t周（s）
50-160
成型方法
注射成型
喷嘴温度
t（℃）
220
后处理
注射机类型
螺杆式
模具温度t（℃）
80-90
制造批量
中等批量
参考资料
[1]李力、崔江红等.塑料成型模具设计与制造.北京：
国防工业出版社，2009
[2]王文广等.塑料注射模具设计技巧与实例.北京：
化学工业出版社，2004
[3]李海梅等.注塑成型及模具设计使用技术.北京：
[4]俞芙芳.简明塑料模具实用手册.福建：
福建科学技术出版社，2006
[5]齐晓杰.塑料成型工艺与模具设计.北京：
机械工艺出版社，2008
[6]史铁梁：
模具设计指导[M].北京：
机械工业出版社，2003.
附图一课程设计塑料模具碗总装图
附表一课程设计塑料模具碗总装图的零部件情况
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