塑料碗注塑模具设计.docx
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塑料碗注塑模具设计
塑料碗注塑模具设计
姓名汪裕杰
学号**********
指导老师黄晓华
名称：
碗材料PP
一、塑料的工艺性设计
（1）、注塑模工艺
干燥处理：
如果储存适当则不需要干燥处理。
熔化温度：
220~275℃，注意不要超过275℃。
模具温度：
40~80℃，建议使用50℃。
结晶程度主要由模具温度决定。
注射压力：
可大到1800bar。
注射速度：
通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。
如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。
流道和浇口：
对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。
建议使用通体为圆形的注入口和流道。
所有类型的浇口都可以使用。
典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。
对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。
PP材料完全可以使用热流道系统。
成型时间：
注射时间20s~60s
高压时间0s~3s
冷却时间20s~90s
总周期50s~160s
（2）、化学和物理特性
PP是一种半结晶性材料。
它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。
由于均聚物型的PP温度高于0℃以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。
共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度。
PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。
PP的维卡软化温度为150℃。
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不存在环境应力开裂问题。
通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。
PP的流动率MFR范围在1~40。
低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。
对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。
由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。
并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。
加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。
均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。
然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。
PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。
（3）、塑件的尺寸与公差
1、塑件的尺寸
塑件尺寸的大小受制于以下因素：
a）取决于用户的使用要求。
b）受制于塑件的流动性。
c）受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。
2、塑件尺寸公差标准
a）影响塑件尺寸精度的因素主要有：
塑料材料的收缩率及其波动。
b）塑件结构的复杂程度。
c）模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）。
d）成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等）。
e）成型设备的控制精度等。
其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。
题中没有公差值，则我们按未注公差的尺寸许偏差计算，查表取MT5。
3、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。
二、注射成型机的选择
估算V塑=58.5g
制品的正面投影面积S=103.81cm2
V公=82cm3
注射机为上海橡塑机厂的XS-ZY-500卧试注塑机。
查表注射压力为104MPa，合模力为350×104N，注射方式为螺杆式，喷嘴球半径R为18mm，喷嘴口直径为7.5mm（一般工厂的塑胶部都拥有从小到大各种型号的注射机。
中等型号的占大部分，小型和大型的只占一小部分。
所以我们不必过多的考虑注射机型号。
具体到这套模具）。
三、型腔布局与分型面设计
（1）、型腔数目的确定
型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、交货长短、注射能力、模具成本等要求来综合考虑。
根据注射机的额定锁模力F的要求来确定型腔数目n，即
n
式中F——注射机额定锁模力（N）
P——型腔内塑料熔体的平均压力（MPa）
A1、A2——分别为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积（mm2）
大多数小型件常用多型腔注射模，面高精度塑件的型腔数原则上不超过4个，生产中如果交货允许，我们根据上述公式估算，采用一模一腔。
（2）、分型面的设计
分型面位置选择的总体原则，是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构，分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较具体可以从以下方面进行选择。
a）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
b）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。
c）保证塑件的精度要求。
d）满足塑件的外观质量要求。
e）便于模具加工制造。
f）对成型面积的影响。
g）对排气效果的影响。
h）对侧向抽芯的影响。
四、浇注系统设计
注射模的浇注系统是指塑料从注射机喷嘴进入模具开始到型腔入口为止（不包括型腔）的塑料流动通道。
鉴于产品外观的要求，我们选择主流道浇口形式。
从塑料盆底进料，虽然可能会产生痕迹，但是在盆底不影响正常使用。
①主浇道的形状一般为圆锥形，并取锥角α=2°～5°。
这个斜度比一般的脱模斜度大，主要是为了减少主浇道凝料的脱模阻力。
这里取α=4°。
②主浇道入口直径d1应比喷咀孔径d大些。
为了避免喷嘴与浇口套之间造成死角而积存冷料，影响浇注系统凝料脱出。
在这里取d1=5mm，d2=6mm。
③在主浇道出口处设置圆角，有利于熔料的平稳转向，同时还可减小料流阻力。
其取值范围为：
在这里取r1=2mm。
④为了保证注射机喷嘴头部与浇注系统进料处的良好吻合避免由于积存冷料而影响脱模，一般，要求浇口套凹球面半径R比喷咀球面半径r大1～2mm，即
通过注射机的参数可知r=18mm，取R=20mm。
⑤为了减少浇注系统的凝料消耗，减小熔料的压力损失，同时结构上没有特别需要，主浇道长度应尽可能短些，一般
mm，这里取H=50mm。
定位环尺寸由上面的注射机可知：
定位孔直径为250mm,定位孔深度为50mm，尺寸如下图。
（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,这里我们采用点浇口：
✧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，如图（6）所示。
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）排气的设计
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。
那么，模腔的排气怎样才算充分呢？
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，由于PP塑料成型时的模具温度为80～90度，故模具不需要专门设置加热装置，只要设置冷却冷却系统即可，但注塑前要对模具进行预热，使模具温度达到80度左右再注塑。
因聚丙烯（PP）料对温度较敏感，该产品成型在动模部分又较少，所以模具定模部分将不考虑设冷却系统；定模冷却系统设计为串联冷却方式，利用铜管镶入模具冷却孔内串联冷却（如下图水线分布图所示）。
排气主要是通过分型面间隙排出，而不必再开设专门的排气。
模具温度是否合适、均匀与稳定，对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状、外观和尺寸精度都有重要的影响。
同时本塑件本身壁厚较薄，利用模具本身也有一定的冷却作用。
五、成型零件的设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。
成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。
因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。
设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。
（1）、成型零件的结构设计
1、凹模结构设计
凹模是成型产品外形的主要部件。
其结构特点：
随产品的结构和模具的加工方法而变化。
2、型芯结构设计
整体嵌入式型芯，适用于小型塑件的多腔模具及大中型模具中。
最常用的嵌入装配方法是台肩垫板式，其他装配方法还有通孔螺钉联接式，沉孔螺钉联接式。
（2）、成型零件工作尺寸计算
所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接构成型腔腔体的部位的尺寸，其直接对应塑件的形状与尺寸。
鉴于影响塑件尺寸精度的因素多且复杂，塑件本身精度也难以达到高精度，为了计算简便，规定：
Ø塑件的公差
塑件的公差规定按单向极限制，制品外轮廓尺寸公差取负值“
”，制品叫做腔尺寸公差取正值“
”，若制品上原有公差的标注方法与上不符，则应按以上规定进行转换。
而制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算，即取
。
Ø模具制造公差
实践证明，模具制造公差可取塑件公差的
~
，即δz=
，而且按成型加工过程中的增减趋向取“+”、“-”符号，型腔尺寸不断增大，则取“+δz”,型芯尺寸不断减小则取“-δz”，中心距尺寸取“
”。
现取
。
Ø模具的磨损量
实践证明，对于一般的中小型塑件，最大磨损量可取塑件公差的
，对于大型塑件则取
以下。
另外对于型腔底面（或型芯端面），因为脱模方向垂直，故磨损量δc=0。
Ø塑件的收缩率
塑件成型后的收缩率与多种因素有关，通常按平均收缩率计算。
=
%=2%
Ø模具在分型面上的合模间隙
由于注射压力及模具分型面平面度的影响，会导致动模、定模注射时存在着一定的间隙。
一般当模具分型的平面度较高、表面粗糙度较低时，塑件产生的飞边也小。
飞边厚度一般应小于是0.02~0.1mm。
1、外型尺寸（mm）
根据公式：
LM=
D1M=
=
=116.445
D2M=
=
=56.45
根据公式：
HM=
H1M=
=
=57.65
H2M=
=
=2.93
2、内腔尺寸（mm）
根据公式：
M=
1m=
=
=
2m=
=
=
根据公式：
M=
1M=
=
=51.43
2M=
=
=4.24
六、合模导向机构的设计
导柱导向机构设计要点：
Ø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。
大中型模具常设置三个或四个导柱，采取等径不对称布置，或不等径对称布置的形式。
Ø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。
Ø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。
Ø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。
Ø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，
Ø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。
Ø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。
Ø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。
Ø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；导向孔导滑面的长度与表面粗糙度可根据同等规格的导套尺寸来取，长度超出部分应扩径以缩短滑配面。
（1）、导柱的结构
带头导柱如图（10）所示：
图（10）
（2）、导套的结构
带头导套如图（11）所示：
图（11）
七、脱模机构的设计
（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。
（2）、推杆设计
1、推杆的形状
2、推杆的位置与布局
a）应设在脱模阻力大的部位，均匀布置。
b）应保证塑件被推出时受力均匀，推出平衡，不变形；当塑件各处脱模阻力相同时，则均匀布置；若某个部位脱模阻力特大，则该处应增加推数目。
c）推杆应尽可能设在塑件厚壁、凸缘、加强等塑件强度、刚度较大处；当结构特殊，需要推在薄壁处时，可采用盘状推杆以增大接触面积。
d）推杆的设置不应影响凸模强度与寿命。
当推在端面则距型芯侧壁δ1
0.13mm；当推杆设置在型芯内部推在塑件内部时，推杆孔距型芯侧壁δ2
3mm。
e）在模内排气困难的部位应设置推杆，以利于用配合间隙排气。
f）若塑件上不允许有推杆痕迹时，可在塑件外侧设置溢料槽，从而靠推杆推在溢料槽内的凝料上而带塑件。
（3）、推件板设计的要点
a）推件板与型芯应呈3°~10°的推面配合，以减少远动摩擦，并起辅助定位以防止推件板偏心而溢料；推件板与型芯侧壁之间应有0.20~0.25mm的间隙，以防止两者间的擦伤而或卡死，推件板与型芯间的配合间隙以不产生塑料溢料为准，塑料的最大溢料间隙可查表，推件板与型芯相配合的表面粗糙度可以取Ra0.8~0.4μm。
b）推件板可用经调质处理的45钢制造，对要求比较高的模具，也可以采用T8或T10等材料，并淬硬到53~55HRC，有时也可以在推件板上镶淬火衬套以延长寿命。
c）当用推件板脱出元通孔的大型深腔壳体类塑件时，应在型芯上增设一个进气装置，以避免塑件脱模时在型芯与塑件间形成真空。
d）推件板复位后，在推板与动模座板间应留有为保护模具的2~3mm空隙。
（4）、开模行程与推出机构的校核
对双分型面注射模，开模行程为：
S机
H=H1+H2+a+（5~10）mm
式中，H1——为塑件推出距离
H2——包括浇注系统在内的塑件高度
S机——注射机移动板最大的行程
H——所需开模行程
a——中间板与定模分开距离
其开模行程H应小于动模移动板与定模固定板之间的最大距离S0减去模具厚度H1，即，H
S0-H1
对于双分型面注射模
H
S0-
（5）、浇注系统凝料脱模机构
流道凝料的脱模方式，这里采用三板式脱模，点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。
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