托盘注塑成形工艺与模具设计.docx
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托盘注塑成形工艺与模具设计
设计任务书……………………………………………………………………29
摘要……………………………………………………………………………30
Abstract………………………………………………………………………31
第一章塑件的结构工艺性分析……………………………………………32
1。
1塑件原材料的成型性分析……………………………………………32
1。
1。
1基本特性……………………………………………………………32
1.1.2主要用途……………………………………………………………32
1。
1。
3成型特性……………………………………………………………33
1。
2塑件的结构工艺性分析…………………………………………………33
1.2.1塑件的表面质量分析………………………………………………33
1.2。
2塑件的结构工艺性分析……………………………………………33
第二章分型面及浇注系统的设计……………………………………………37
2。
1分型面的选择……………………………………………………………37
2.2浇注系统的设计……………………………………………………………37
2.3加热道的设计………………………………………………………………38
2。
3.1加热道的设计……………………………………………………………38
2。
3.2浇口的设计………………………………………………………………39
2。
4热流道板的设计……………………………………………………………40
2.4.1热流道板加热功率的计算………………………………………………41
第三章模具设计方案的论证……………………………………………………42
3。
1型腔的布置………………………………………………………………42
3。
2成型零件的结构确定……………………………………………………42
3。
2。
1凹模（型腔）的设计……………………………………………………42
3.2。
2凸模（型芯）的设计……………………………………………………42
3。
3导向定位机构的设计……………………………………………………42
3.4推出机构设计…………………………………………………………………43
3。
5冷却系统………………………………………………………………………44
3.6模具的加热系统………………………………………………………………44
第四章主要部件的设计计算………………………………………………………45
4.1成型零件的成型计算…………………………………………………………45
4。
1.1型腔的计算……………………………………………………………45
4。
1.2型芯高度尺寸的计算……………………………………………………45
4。
2模具型腔壁厚的计算…………………………………………………………46
4。
2。
1型腔侧壁厚度S的计算………………………………………………46
4。
2。
2型腔底板厚度T的计算………………………………………………47
4。
3支承零部件的设计…………………………………………………………48
4.4推出机构的设计…………………………………………………………49
4.5模具合模导向机构的选用………………………………………………50
4。
5.1导柱导向机构的设计……………………………………………………50
4.5。
2导向孔的设计…………………………………………………………51
第五章成型设备的校核计算……………………………………………………52
5.1型腔数目的确定和校核……………………………………………………52
5。
2最大注射量的校核………………………………………………………52
5.3锁模力的校核……………………………………………………………53
5。
4模具与注射机安装部分相关尺寸的校核………………………………53
5.4。
1喷嘴尺寸……………………………………………………………54
5.4。
2定位圈尺寸…………………………………………………………54
5.4。
3最小最大模厚………………………………………………………55
5。
4.4安装螺孔尺寸………………………………………………………55
5.5开模行程的校核…………………………………………………………55
5。
6推出装置的校核…………………………………………………………56
第六章工艺卡的制定…………………………………………………………56
第七章热流道…………………………………………………………………58
7。
1热流道的发展过程………………………………………………………58
7。
2现代热流道的基本形式…………………………………………………58
总结………………………………………………………………………………60
致谢………………………………………………………………………………61
参考资料…………………………………………………………………………62
外文原文和外文翻译……………………………………………………………63
材料科学与工程系届模具专业
毕业设计（论文）任务书
毕业设计（论文）题目：
托盘注塑成形工艺与模具设计
设计者：
班级:
学号:
指导老师：
材料:
PP
批量：
大批量
二维塑件图
三维塑件图
摘要
针对制品结构面积大而浅和生产批量大的特点，模具采用了两层型腔成型,从而使制品生产效率提高近一倍，生产成本显著下降。
该模具的设计特点是：
为了满足薄壁大型件的成型要求，采用了热流道浇注系统，并采用注射料筒与开和模方向垂直的角式注塑机成型，解决了用卧式机时设置浇注系统的难题、对两层型腔模控制一致、用安装在模外的一对齿轮齿条传动机构来实现两层型腔开、合模动作同步、利用弹簧的推力使两层型腔推出机构同时推出制品，从而保证制品成型时的均匀性。
关键词：
模具；两层型腔；注塑
Abstract
Areaproductsforlargeandshallowstructureandthecharacteristicsoftheproductionvolume，usetwolayersofmoldcavitymolding,therebyenablingmoreefficientproductionandproductsnearlydoubled,productioncostsdroppedsignificantly。
Themolddesignfeatures：
Inordertomeetlarge-scalethin-wallmoldingseetherequestbythepouringhotrunnersystems,andinjectingLiaodonganddiewithaverticalangleofthedirectionofinjectionmoldingmachines，resolvedtosetuphorizontalplaneGatingsystemproblems,thetwocavitymodecontrolconsistentwiththeinstallationofthemoduleinadrivegearandrackbodycavitytoachieveatwo—tier，amovesynchronousmode,thethrustofthespringintroducedatwo—tiercavityagencieslaunchedproducts，thusensuringthattheproductsforminguniformity.
Keywords：
mold;twolayersofmoldcavitymolding;horizontal
第一章塑件的结构工艺性分析
熟读塑件的图样在头脑中建立清晰的塑件三维形状，复杂的塑件可通过计算机三维建立模型或橡皮泥制作模型等手段帮助理解其几何形状，该塑件的三维图如1。
1所示:
图1。
1托盘
1.1塑件的原材料的成型特性分析
1。
1。
1基本特性
聚丙烯（PP）无味，无色，无毒，外观似聚乙烯，但比PP更透明,更轻，密度仅为0.90～0.91/，它不吸水，光泽好，易着色，PP的屈服强度，抗压强度及弹性比聚乙烯好,定向拉伸后的PP可制作铰链，其具有特别高的抗弯曲疲劳强度，如用PP注射成型的一体铰链,经过次开闭弯折进行未产生损害和断裂现象，PP的熔点为164～170℃,其耐热性好，能在100以上的温度下进行消毒灭菌。
PP耐低温的使用温度可达—15，在低于-35时会脆裂，PP的高频绝缘性能好。
而且由于其不吸水绝缘性能不受温度的影响。
PP在氧、热、光的作用下极易解聚，老化，所以必须加入防老化剂。
1.1。
2主要用途
PP可用于制作各种机械零件；可做水蒸汽各种酸碱等的输送管道，化工容器和其他设备的衬里表面图层;可制造盖和本体合一的箱盖，各种绝缘零件.并用于医学工业中。
1。
1.3成型特性
1.结晶性料。
吸温性小，可能发生熔融破裂，长期与热金属接触易发生分解;
2。
流动性极好，溢边值0。
03mm左右；
3。
冷却速度快，浇注系统及冷取系统应散热缓慢；
4.成型收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔，凹痕,变形，方向性强；
5.注意控制成型温度,料温方向性明显，在其低温高压时，更明显，模具低于50以下时，塑件不光泽，易产生熔接不良。
流痕，90以上时易发生翘曲,变形;
6.塑件应壁后均匀，避免取口，尖角，以避免应力集中。
1。
2塑件的结构工艺性分析
1.2.1塑件的表面质量分析
该塑件要求内外观光洁，色彩艳不允许有成型斑点和熔接痕，
1。
2.2塑件的结构工艺性分析
1.从图纸上看，该塑件外行为四方壳罩，圆角过度.且无尖角存在，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。
2。
塑件型腔较大；
3.为使塑件顺利脱模，可在塑件内部及加强肋处增设～的拔模斜度；
4。
塑件的生产批量:
该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，提高生产率和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，生产类型属于中批量生产,可以适合考虑采用一模多腔，快速脱模，以及成型周期不宜过长的模具,同时,模具造价要适当控制。
5.初选注塑机
（1）计算塑件的体积或质量：
通过三维造型可获得矩形上壳罩的体积
PP的密度为
所以，塑件的质量
（2）根据塑件本身的几何形状及生产批量确定型腔数目。
由于塑件尺寸有一般精度要求,外表面和内表面有高光洁要求,不易采用太多型腔数目，所以考虑采用一模两腔，型腔平衡分布在型腔板两侧，以方便浇口排列和模具平衡。
（3）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：
表1。
1塑件的注射成型工艺参数
塑料
项目
PP
注射机类型
螺杆式
密度
0。
9～0。
91
计算收缩率%
1.0～2。
5
预热
温度
80~100
时间/h
1~2
喷嘴
形式
直通式
温度
170~190
料筒温度
前段
180～200
料筒温度
中段
200~220
后段
160~170
模具温度
40~80
注射压力
70～120
保压压力
50～60
注射时间
0~5
保压时间
20～60
冷却时间
15~50
成型时间
100~120
（4）确定模具温度及冷却方式
PP为结晶性塑料，吸温性小，可能发生熔融破裂，长期与热金属接触易发生分解，流动性极好，溢边值为0。
03mm左右,因此，冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢。
因此,在保证顺利脱模的前提下，提高冷却时间，从而提高生产率。
所以，模具温度控制在40~80。
（5）确定成型设备
由于塑件采用注射成型加工，使用一模两腔分布,因此可计算出一次注射成型过程中所用塑料量为
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,以及注射工艺参数,注射模具尺寸大小等因素,参考设计手册。
初选XS-Z-30型注塑机，其具体参数如下表：
表1。
2XS-Z-30型注塑机的参数
型号
项目
XS-Z-30
额定注射量/
30
螺杆（柱塞）直径/mm
28
注射压力/MP
119
注射行程/mm
130
注射方式
柱塞式
锁模力/KN
250
最大成型面积/
90
最大开合模行程/mm
160
模具最大厚度/mm
60
模具最小厚度/mm
12
喷嘴圆弧半径/mm
2
喷嘴孔直径/mm
8
顶出形式
四侧设有顶杆，机械顶出
动定模固定板尺寸/mm
250*280
拉杆空间
235
合模方式
液压—机械
液泵
流量/
50
压力/MP
6.5
电动机功率/KW
5。
5
螺杆驱动/KN
—-———
加热功率/KW
2。
7
机器外行尺寸/mm
23400*850＊1460
（6）制定塑件注射成型工艺卡
综上分析,填写塑件注射成型工艺卡，如下表：
表1。
3塑件注射成型工艺卡
材料牌号：
PP
塑件名称：
托盘
设备型号：
XS—Z—30
单件质量/g
每模件数:
2件
材料干燥
温度
80～100
时间
1～2h
料筒温度
后段
160～170
中段
200～220
前段
180～200
喷嘴
170~190
模具温度
40～80
时间
注射
0～5
保压
20~60
冷却
15~50
压力
注射压力
70～120
保压压力
50～60
第二章分型面及浇注系统的设计
2.1分型面的选择
不论塑件的结构如何，可以采用何种设计方法，都必须首先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决与分型面的选择。
为保证塑件能顺利分型，主分型面应首先考虑选择在塑件外行的最大轮廓处，因此，分型面设计在如图2.1所示的位置:
在A—A与B-B面分型
图2.1分型面的选择
2。
2浇注系统的设计
浇注系统由主流道，分流道，浇口，冷料穴四个部分组成。
考虑到塑件的内外观要求较高，内外表面不允许有成型斑点和熔接痕,以及一模两腔的布置等因素.浇口采用方便加工修整,凝料去除容易,且不会在塑件内壁和外壁流下痕迹的侧浇口，模具采用双分型面结构的模板,模具制造成本比较容易控制在合理的范围内,如图2.2所示：
图2。
2浇口套
2.3加热流道的设计
加热流道是指在流道的附近设置加热器，利用加热的方法使注射机喷嘴到浇口之间，浇注系统处于高温状态，让浇注系统内的塑料在成型生产过程中一直处于熔融状态，保证注射成型的正常进行.加热流道注射模不象绝热流道那样在使用前或使用后必须清除分流道中的凝料，开车前只需要把浇注系统加热到规定的温度。
分流道中的凝料就会熔融，注射工作就开始了.
加热流道浇注系统的形式很多，一般采用单型腔加热流道和多型腔加热流道。
由于模具设计成一模两腔，所以采用多型腔加热流道。
2.3。
1热流道的设计
由于
式中，查相关表得：
T=220+273=493
----注射压力80MP
—--—253MP
塑件连同浇道的质量为11g
W=0.992
=0.029
t=5
Q=4.62
1。
主流道直径
式中：
——主流道的直径，mm
____主流道的速率（）
=1.67mm
2.分流道直径
式中:
——分流道的直径,mm
____分流道的速率（）
=4。
6mm
2。
3.2浇口的设计
1.直接浇口直径
式中：
——直接浇口的直径，mm
____浇口的速率（）
=1mm
2.点浇口直径
式中：
——直接浇口的直径，mm
____浇口的速率（）
=0.78mm
流速是指在浇注系统中的熔体流速，此时熔体处在高温及高压之下.其比热容较固体时为高.而且依靠熔体的温度,浇道内的静压力和塑料品种而异。
次值可用斯宾塞方程计算，即:
因此,（
式中：
—-——熔体在浇道中所受的外部压力
—-——熔体在浇道中所生的内压力
--—-熔体在该状态下的容积
-—--熔体在-273度下的比容
——-—修正的气体常数
——-——绝对温度（+273）
查表2.1状态方程中的参数
塑料种类
熔体温度
PP
220
25.3
0.992
0.229
2.4热流道板的设计
热浇道板内的浇道为分流道，外加热式分浇道可按下式计算：
mm
式中：
———--内加热器的外径
—----—热浇道板内分浇道孔径
=2。
5mm
如图2。
3热流板
2.4。
1热浇道板加热功率的计算
所谓加热功率是指把加热浇板升温,从室温（以20度计）升高到指定温度（一般为200～220度）所需的热功，升温时间是个重要因素,习惯以1h为基准。
一般计算式为:
式中：
p-——-加热功率
t--—--热流道板所需升高的温度（热浇道极限温度减去室温）
-——-—热浇道板的重量（包括紧固螺钉在内）
T——---—升温时间
———-—热效率（从实际统计约为0.2～0。
3,宁可取低值）。
假设热损失为零时，升温时间为0。
5h，热效率为0.2，则可以用下式简化计算:
P=1.34t=6.5w
第三章模具设计方案的论证
3。
1型腔的布置
对于一模多件的模具型腔布置,在保证浇注系统分流道的流程短，模具结构紧凑,模具能正常工作的前提下，尽可能使模具型腔对称。
均衡取件方便，该塑件的模具采用一模两腔,型腔平衡布置在型腔板两侧.
3.2成型零件的结构确定
成型零件直接与高温高压的塑件接触，它的质量直接影响了制件的质量，该塑件的材料为PP塑料。
对表面粗糙度和精度要求较高.因此，要求成型零件有足够的强度和刚度,硬度和耐磨性.应选用优质模具钢制作，还应进行热处理以使其具备50~55HRC的硬度。
3。
2。
1凹模（型腔）的设计
采用整体嵌入式凹模,放在定模两侧，主要从节省优质模具钢材料，方便热处理，方便日后的更换维修等方面考虑的.
3。
2。
2凸模（型芯）的设计
采用整体式凸模结构，其结构牢固。
3.3导向定位机构设计
由于塑件对称且无单向侧压力,所以采用直接导柱导向，便可满足合模导向及闭模后的定位。
如图3.1，3。
2所示：
注意：
导柱要比主型芯高出至少6~8mm。
图3.1推板导柱
图3。
2推板导套
3。
4推出机构设计
根据托盘的形状特点，其推出机构采用推件板和推杆推出，在弹簧弹力的作用下，将塑件从型芯板上推落,通过脱模螺栓对模板分型距离进行限定，同时又起复位杆的作用。
其中推件板推出结构可靠,顶出力均匀，不影响塑件的外观质量.但制造困难，成本高，推杆推出机构简单，推出平衡可靠，虽然推出时会在塑件内部型腔上留下顶出痕迹，但不影响塑件外观。
所以采用推板和推杆双重推出塑件。
3.5冷却系统
注射模具的温度变化是时间的函数，显然，不仅在模具各局部温度有明显的不同，而且也在一定的周期内变化。
为了获得良好的塑件质量,应该使模具在工作中维持适当而且均一的温度,然而由于种种客观条件所限制，如型腔的几何形状，模具的总体积以注射机周围环境的变化,要使模具整整稳定在一温度上，并非易事。
主要依靠模具测温计的反馈和随机的调节。
3.6模具的加热系统
当注射成型工艺要求模具温度在80度以上时，当对大型模具进行预热时，或者采用热流道的模具时模具中必须设置加热装置。
模具的加热方法有好几种。
对大型模具的预热除了可采用电加热方法外，还可在冷却水道中通人热水、热油、蒸汽等介质进行预热.对于模温要求高于80度的注射模或热流道注射模，一般采用电加热的方法。
电加热又可分为电阻丝加热和电热棒加热，目前，大部分采用电热棒加热的方法，电热棒有多种成品规格可供选择。
在设计模具时，要先计算加热所需的电功率，加工好安装电热棒的孔，然后将购置的电热棒插入其中接通电源即可加热。
电加热装置加热模具的总功率可采用下式计算：
=11kw
式中：
P—---—加热模具所需的总功率,KW
m—————模具的质量，Kg
—-—--模具材料的定压比热容，KJ/（Kg。
K）
—-—-——模具的初始温度
—————--模具要求加热后的温度
---—---——加热元件的效率，取0.3～0.5
t-----—--—加热时间，h
第四章主要部件的设计计算
4.1成型零件的成型尺寸
该塑件的成型零件尺寸按平均值计算，查有关手册得PP的收缩率为0。
4%~0.5％，故平均收缩率，根据塑件尺寸公差要求。
模具制造公差取，成型零件的尺寸计算如下：
4.1.1型腔的计算
在计算型腔深度时，由于型腔的底面的磨损很小,所以不考虑磨损量，由此可以推出:
型腔深度公式:
式中：
—-—-—模具成型零件的制造误差
————--平均收缩率
-—-——塑件在常温时的型腔实际深度
X-------修正系数X=2/3
——-—--塑件的规定公差值
=
4.1。
2型芯高度尺寸的计算
在计算型芯高度尺寸时，由于型芯的端面的磨损很小，所以不考虑磨损量，由此可以推出：
型芯高度尺寸的计算公式：
式中：
-—--—模具成型零件的制造误差
-——--—平均收缩率
——-—-塑件在常温时的型芯实际高度
X—-—-———修正系数X=2/3
—-—-—-塑件的规定公差值
=
4.2模具型腔壁厚的确定
塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度。
模具的凹模采用整体嵌入式，因此可用整体式矩形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁厚度S和型腔底板厚度T,如图4.1所示：
图4。
1模具壁厚
图中根据塑件的尺寸：
有
l--——型腔短边长度
b—-—-矩形型腔短边长度
h—-——-型腔深度
4.2。
1型腔侧壁厚度S的计算
1。
按刚度条件计算：
变形量为:
应使
按刚度条件计算侧壁厚度:
式中：
C-—---由h/l决定的系数，查表得c=0.93
P—---——型腔内最大熔体压力，可取注射机成型压力的25％~50％,取p=40MP.
H——--—型腔的深度
E—-—-—模具钢的弹性模量，一般中碳钢E=2.1MP，预硬化塑料模具钢E=MP。
-—-—-模具刚度计算许用变形量，查相关表得
=53.26
所以，16.67
2.按强度条件计算:
按强度条件计算侧壁厚度:
式中:
P-—--—-型腔内最大熔体压力，可取注射机成型压力的25%～50%，取p=40MP.
H—-———型腔的深度
W----—抗弯截面系数，由h/l决定，查相关表得W=0。
108
—----矩形型腔的边长比：
=b/l=23.7/40。
2=0。
3834
-—-—-模具刚度计算许用变形量，一般中碳钢=160MP,预硬化塑料模具钢=300MP
所以，27.36
4。
2.2型腔底板厚度T的
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