小杯模具设计Word文档下载推荐.docx
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目录
1塑件成型工艺分析1
1.1小杯塑件模型1
1.2塑件材料分析2
1.3结构分析和壁厚分析3
1.4塑件的表面质量分析3
2塑件分型面位置、型腔数及排列方式、设计确定选用的模架3
2.1模具分型面的选择3
2.2模具型腔数及排列方式4
2.3确定模架类型5
3选择注射机及校核6
3.1注射机的选择6
3.2注射机的工艺参数的校核7
4浇注系统的设计9
4.1注射模浇注系统及要求9
4.2主流道的设计9
4.3分流道的设计10
4.4浇口设计11
4.5冷料穴的设计12
5模具辅助结构的设计12
5.1脱模机构设计12
5.1合模导向机构13
5.1排气机构设计14
5.1温控系统的设计15
6成型零件的设计及力学计算16
6.1凹凸磨的结构设计16
6.2凹凸模的精度16
6.3凹凸模的尺寸计算16
7模具成型时开合模的动作过程18
8设计小结19
参考文献19
1塑件成型工艺分析
1.1小杯塑件模型
小杯的三维图和零件图如图1-1、1-2所示。
塑件只作为小杯用，所以其表面精度和粗糙度要求不高，查《塑料成型模具》表2-2-2，选取模塑件的公差等级为MT3，其尺寸公差可从表2-2-1中查得。
查《塑料模具标准件及设计应用手册》表5-9，选取模塑件的表面粗糙度为
=0.8。
图1-1塑件三维图
图1-2塑件零件图
表1产品设计要求
产品名称
产品材料
精度要求
生产批量
生产方式
小杯
ABS
MT3
大批量
注射成型
1.2塑件材料分析
ABS树脂是五大合成树脂之一，密度是1.10g/cm3，收缩率在0.4%～0.8%范围内，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。
（1）力学性能。
ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；
ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。
ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。
ABS的力学性能受温度的影响较大。
（2）热学性能。
ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。
ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度范围内使用。
ABS塑料模具设计的注意事项：
分流道及浇口截面要大，注意浇口的位置，防止熔接纹，在成型时的脱模斜度大于2度，收缩率大于0.5%。
成型工艺参数如下表所示：
表2成型工艺参数
收缩率（%）
0.55
密度（g/
）
1.03
注射机
螺杆式
螺杆转速（r/min）
30～60
料筒一区（°
C）
150～170
料筒二区（°
170～180
料筒三区（°
200～210
喷嘴（°
180～190
模具（°
50～70
注塑（MPa）
60～100
保压（MPa）
40～60
冷却时间（s）
5～15
保压时间（s）
5～10
注塑时间（s）
2～5
周期（s）
15～30
1.3结构分析和壁厚分析
本产品属于薄壁塑件，壁厚均匀且大部分壁厚为1mm，总体形状为回转体，最大直径为46mm，高度为36.6mm。
杯脚是由一直径分别为φ33和φ34，高度为0.6的圆环柱体组成，杯底有一个由圆环和三角形组成的产品logo，图案呈凸起状，由型芯成形。
圆角大小适合、表面粗糙度及尺寸精度要求不高。
1.4塑件的表面质量分析
塑件为回转体，在使用上只要求一般的配合精度，没有特别和表面质量要求，故比较容易实现。
由以上分析可见，该零件结构属于简单构件,结构工艺性合理,不需要对制件的结构进行修改。
塑件的尺寸精度要求不高,对应的模具零件的尺寸加工容易保证。
注射时,在工艺参数控制得较好的情况下,制件的成型要求可以得到保证。
2塑件分型面位置、型腔数及排列方式、设计确定选用的模架类型
2.1塑件分型面的选择
分型面的选择原则是：
应选择在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺利脱模，同时还应考虑一下因素：
（1）分型面的选择应便于塑件脱模并简化模具结构。
（2）分型面的选择应考虑塑件的技术要求。
（3）分型面应尽量在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）分型面的选择应有利于排气。
（5）分型面的选择应便于模具零件的加工。
（6）分型面的选择应考虑注塑机的参数。
该塑件为回转体小杯,表面质量无特殊要求。
此外,该塑件高度为36.6mm,且周边的截面形状为比较简单和规范。
根据分型选择的一般原则,选择如下图2-1所示的水平分型面方式。
即可降低模具的复杂程度,减少模具加难度,又便于成型后脱模。
图2-1分型面的选择
2.2模具型腔数及排列方式
1、计算塑件的体积。
由三维软件SolidWorks进行建模后，直接运用SolidWorks的计算功能计算塑件的体积，单个塑件的体积为V=5886.40mm3。
2、计算塑件的质量。
由三维软件SolidWorks进行建模后，直接运用SolidWorks的计算功能计算塑件的质量，单个塑件的体积为m=6.06g。
3、型腔数的确定。
确定模具型腔的方法有：
根据锁模力确定；
根据最大和最小注射量确定；
根据塑料件精度确定和经济性确定。
本零件主要从经济性和最小注射量确定。
试制或小批量时，宜取单型腔或少型腔，大批量时采用多型腔。
每一次注塑的质量要求50g左右，而且为了大批量的生产，根据材料的尺寸及成型性能要求，所以确定型腔的个数为8个。
本模具采用一模8腔，即一次注射成型8个塑料制件。
4、型腔排列方式的选择。
当所有的型腔不在同一个时间注满时，是得不到尺寸正确和无力性能良好的塑料件的。
为此，必须对浇注系统进行平衡，采用如下图2-2所示的型腔分布，使所有的型腔在同一时刻充满。
该平衡浇注系统的特点是：
从分流道到浇口及型腔，其形状、长度尺寸、圆角、模壁的冷却条件都完全相同。
各塑件的型腔做成整体式，对称分别在定模板上，如下图2-2示：
图2-2型腔排列方式
2.3确定模架类型
1、选用的模架标准。
中小型模架全部采用GB/T4169.1-4169.11《塑料注射模零件》组合而成。
A2型模架动模、定模均采用两块模版，设置推杆推出机构。
适用于单分型面注射成型模具。
这个可以适用本零件，于是我就采用了这一模架类型。
图2-3标准模架
2、选用模架的有关计算。
根据塑件在分型面上的投影面积或周边尺寸，以塑件布置在推杆推出范围之内及复位杆与型腔保持一定距离为原则来确定模架大小。
宽度计算：
（B’为塑件投影宽度）
查阅[1]表7-1，得
，因此B=250mm，d=16mm（复位杆直径）。
长度计算：
（L’为塑件投影长度）
，因此L=400mm。
故所选择模架为B×
L=250×
400，A2模架。
模架的各个尺寸查[1]表7-1得到。
表3模架参数尺寸
序号
系列BXL
导柱
间距（b×
模版A
模版B
垫块c
复位杆直径间距（b×
螺钉数量×
规格间距（b×
6
250×
400
25；
194×
360
50
25
80
16;
108×
344
8×
M16;
200×
278
B1
B2
B3
H1
H2
H3
H4
H5
315
148
40
20
16
3选择注塑机及校核
3.1注射机的选择
确定注射机大小，不仅需要关注塑料制品的质量以及制品在模板垂直方向的体积，而且还要考虑模具的大概尺寸。
务必使注射机的一次最大注射量、锁模力、拉杆间净距、模具最小厚度以及模板最大开档等满足注射制品及其模具要求。
塑件的质量为m1=6.06g，投影面积
采用一模八腔的生产方式，有以下公式可算出注塑机的额定注射量G和额定锁模力F：
式中，n取8，根据ABS结晶型塑料取
根据常用塑料注射成型时型腔平均压力表选
。
可算得
，
查[1]表8-4可选型号为SZ-160/100,其主要参数见表4：
表4SZ-160/100型号注塑机参数
螺杆直径/mm
最大理论注射容积/
160
注射压力/MPa
150
锁模力/KN
1000
最大模具厚度H/mm
300
最小模具厚度
200
模板行程
325
喷嘴孔径d/mm
4
喷嘴圆弧半径R/mm
15
3.2注射机工艺参数的校核
3.2.1最大注塑量校核
注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好为最大注塑量的80%，所以，选用的注塑机最大注塑量应0.8
式中：
—注塑机的最大注塑量
—塑件与浇注系统的总体积，该产品
约为90g
所以：
0.8
=128g
即所选注塑机注塑量满足要求。
3.2.2锁模力的校核
注射成型中，高压塑料熔体充满型腔时，会产生使模具沿分型面分开的胀模力，此胀模力等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积与型腔压力之积，即：
—熔融塑料在型腔内的压力，20～40MPa；
A—塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；
—注塑机的锁模力，KN
A=
因此：
=
此注塑机的锁模力为1000kN，所以满足要求。
3.2.3开模行程校核
注塑机开模行程直接影响模具所能成型的塑件高度。
若开模行程过小，则塑件无法从动模中取出。
因此，模具设计时，必须校核所需的开模距离是否与注射机的开模行程适应。
注射机最大开模行程由连杆机构的行程或其他机构的行程所决定，与模具厚度无关。
当模具厚度变化时，可由调节装置进行调整。
故校核时只需使注射机最大开模行程大于模具所需开模距离即可，开模距离参数如图3-1所示：
图3-1开模距离参数
—注射机最大开模行程，
=300mm
—塑件脱模所需推出的距离，
=36.6mm
—塑件高度（包括浇注系统凝料），
=60mm
则：
300>
36.6+60+10=106.6
故满足要求。
到此，注塑机的校核完成。
4浇注系统的设计
4.1注射模浇注系统及要求
浇注系统是指模具中塑料熔体由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。
其作用是将熔体充满型腔并将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得组织细密，轮廓清晰，表面光洁，尺寸精确的塑件。
浇注系统设计合理与否直接影响注塑件质量、成型工艺调整难易。
浇注系统可以分为普通浇注系统和无流道凝料浇注系统。
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。
1、主流道：
是连接注射机喷嘴与分流道或型腔的进料通道，其作用是将塑料熔体引入模具，其形状、大小会直接塑料熔体的流速和填充时间。
2、分流道：
指连接主流道和浇口的进料通道，其作用是通过流道截面及方向的变化使塑料熔体平稳的转换流向，并均衡的分配给各个型腔。
3、浇口：
指连接分流道与型腔之间的一段的短小的进料通道，它是浇注系统的关键部分，起着调节熔体流速，控制保压时间，防止熔体倒流的作用。
4、冷料穴：
在模具中直接对着主流道的孔或槽，用以存储注射时熔体料流前锋的冷料头，防止冷料进入型腔而影响塑件的质量，或由于冷料堵塞浇口，或降低流动性而造成填充不满。
浇注系统设计的要求如下：
1、应考虑成型塑件的工艺特性。
2、浇口位置、数量的设计要有利于熔体的流动，避免产生湍流，涡流，喷射等现象。
3、应尽量缩短熔体到型腔的流程，以减少压力损失。
4、避免高压熔体对型芯和嵌件的冲击，以防止型心的变形或嵌件的位移。
5、尽量减少浇注系统冷凝料的产生，减少原材料的损耗。
6、浇口的位置要便于冷凝料的去除，不影响塑件的外观。
4.2主流道的设计
1、根据设计手册查的得SZ-160/100型注射机喷嘴的有关尺寸为：
喷嘴前端孔径d1=4mm，喷嘴后端球面半径R1=15mm。
根据模具主流道球面半径R=R1+（1～2）mm及小端直径d=d1+（0.5～1）mm，并结合浇口套的标准，
故取主流道球面半径R=20mm，小端面直径d=5mm。
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为：
3°
2、浇口套的选择。
查阅[1]表7-9，可得浇口套基本尺寸，如表5所示。
表5浇口套基本尺寸
材料
T10A
热处理
50HRC-55HRC
d（k6）
d
（f8）
h
R
L
基本尺寸
极限偏差
35.5
45
5
图4-1浇口套和主流道基本尺寸
4.3分流道的设计
分流道的形状及尺寸，应根据制件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率、分流道长度、成型工艺条件等因素来确定。
在设计分流道时主要考虑的是尽量减少熔体流动时的压力损失和温度降低，同时尽量减少分流道的容积。
塑件的形状简单，溶料填充型腔比较容易。
根据型腔的排列方式可知，分流道的长度较长，为了便于加工，选用截面为梯形的分流道，有以下公式可得：
B=9mm，H=7mm。
4.4浇口设计
浇口是浇注系统的关键部分，它起着调节控制料流速度，补料时间，防止倒流及在多型腔中起着平衡进料的作用。
浇口位置的选择应注意以下问题：
1、应避免熔体破裂
2、浇口应设置在塑件最大壁厚处。
3、应有利于排气
4、应有利于减少熔接痕和提高熔接痕强度，浇口数量越多，熔接痕也越多。
5、防止型芯变形
6、考虑塑件的收缩变形及分子取向与考虑塑件的外观。
根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为理想，设计时考虑从塑件侧向底部单边进料，而且模具结构采用镶拼式型芯，有利于填充排气。
由于侧浇口的形状简单，加工方便，通过改变浇口尺寸能有效调整冲模时的剪切速率和浇口冷凝时间，所以这种浇口的应用非常广泛，特别是一模多腔的浇注系统，使用这种浇口非常方便，同时去除浇注系统冷凝料比较方便，其缺点是在塑件外表面留有浇口痕迹。
初选尺寸为：
2mm×
1.5mm×
1.5mm（b×
l×
h）,试模时修正。
（a）（b）
图4-2分流道及浇口
4.5冷料穴的设计
冷料穴是根据浇注系统的需要来设置的，即可设置在主流道末端，还可设置在型腔料流的末端，但必须设置在熔体流向的转折处，并迎着上游料流的方向。
冷料穴有两种;
一种是专门用于收聚存储冷料的，另一种是既有存储冷料兼有拉出主道冷凝料的功能。
常用兼有拉料作用的冷料穴有以下几种：
带钩形头拉料杆的冷料穴、倒锥形和圆环形冷料穴、带球头拉料杆冷料穴、带尖锥头拉料杆和无拉料杆的冷料穴。
因此根据塑件的要求，冷料穴设置在主流道的末端，采用Z字头拉料杆冷料穴。
熔料进入冷料穴后，紧包在拉料杆的Z字头上，拉料杆固定在推杆固定板上。
开模时将主流道冷凝料拉出定模，然后再推出塑件时将冷凝料从拉料杆上刮下。
冷料穴和拉料杆如图4-3所示。
图4-3冷料穴和拉料杆
5模具辅助结构的设计
5.1脱模机构设计
从模具中推出塑件及其浇注系统凝料的机构称为脱模机构或推出机构。
推出机构的设计原则：
1、脱模机构运动的动力一般来自于注射机的推出机构，故脱模机构一般设置在注射模的动模内。
2、脱模机构应使塑件在推出过程中不会变形损坏。
3、脱模机构应保证塑件在开模过程中留在设置有顶出机构的动模内。
4、脱模机构应尽量简单可靠，有适合的推出距离。
5、若塑件需留在定模内，脱模机构应设置在定模内。
观察塑件可知，由于塑件属于小型零件，可以采用推杆推出，推出位置尽量靠近塑件内壁，使得推出容易克服脱模力，进行推出。
因此，根据塑件的形状尺寸、模腔的数量和受力均匀等特点，推杆直径为4mm。
每个型腔各一根推杆。
如图5-1所示。
图5-1推件板和推杆
5.2合模导向机构
注射模导向与定位机构，主要用来保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确配合和可靠的分开，以避免模内各零件发生碰撞和干涉，并确保塑件的形状和尺寸精度。
导柱机构的主要形式有导柱导向和锥面定位两种。
为了保证模具的闭合精度，模具的定模部分与动模部分之间采用导柱和导套定位，初定采用正装式带头导柱，导套采用带头的形式。
导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。
导柱和导套的相关尺寸查阅[1]表7-6标准带头导套和表7-7标准带头导柱。
图5-2导柱和导套
在设计此机构的同时还应注意以下几点：
1、导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度,并且有等直径导柱不对称布置和不等直径导柱对称布置两种布置形式。
2、导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出6～8mm（图十），以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏。
3、导柱和导套应有足够的耐磨度和强度。
4、为了使导柱能顺利地进入导套、导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应该倒角。
5、导柱的设置应根据需要而决定装配方式。
6、一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。
7、一般应在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。
8、导柱的直径应根据模具大小而决定，可参考准模架数据选取。
5.3排气机构设计
注射模的排气方法有很多种，常见的排气方法有下面几种（如图15）：
1.利用分型面排气；
（a）
2.利用配合间隙排气，又有以下几种方式：
（1）利用型芯（或镶件）与模板的配合间隙排气；
（b）、（c）
（2）利用侧型芯运动间隙排气；
（e）
（3）利用推杆与孔的配合间隙排气。
（d）
3.开设排气槽。
（f）
图5-3排气机构
本次设计中，由于采用材料为ABS,属于热塑性塑料，热塑性塑料模具排除的气体量比较少，并且因为该零件是小型零件,一模八腔,所以利用分型面、推杆和型芯及型芯之间的配合间隙排气即可,不必单独考虑排气方式。
5.4温控系统的设计
1、冷却系统设计原则
①、尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡
②、冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。
③、尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。
④、浇口处加强冷却。
⑤、应降低进水与出水的温差。
⑥、合理选择冷却水道的形式。
⑦、合理确定冷却水管接头位置。
⑧、冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象。
⑨、冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。
2、冷却系统的结构形式
根据塑料制品形状及其所需的冷却效果，冷却回路可分为直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、喷射式、隔板式等，同时还可以互相配合，构成各种冷却回路。
本设计中根据塑件的形状和尺寸大小，以及模具的加工工艺便利，此处仅仅采用冷却型芯的方法进行冷却，如图5-4所示。
图5-4冷却系统
6成型零件设计及力学计算
6.1凹凸模的结构设计
凹模机构有整体式凹模、整体嵌入式凹模、四壁拼合式凹模、螺纹型环。
本设计采用整体式凹模。
凸模机构有整体式凸模、整体嵌入式凸模、四壁拼合式凸模、螺纹型环。
本设计采用嵌入式型芯。
6.2凹凸模的精度
成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。
凹凸模工作尺寸的精度直接影响到塑件的精度。
影响工作尺寸的因素如下：
1、塑件收缩率的影响。
由于塑料热胀冷缩的原因，成型冷却后的塑件尺寸小于模具型腔的尺寸。
2、凹凸模工作尺寸的制造公差。
它直接影响塑件的尺寸公差，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。
3、凹凸模使用过程中的磨损量及其他因素的影响。
通常凹、凸模的工作尺寸更具塑料的收缩率，凹、凸模零件的制造公差以及磨损量三个因素确定。
6.3凹凸模的尺寸计算
凹凸模的工作尺寸计算依据以上的三种因素来确定，依次计算凹凸模的工作尺寸。
1、凹模尺寸的计算。
凹模是成型塑件的外形的模型零件，其工作尺寸属于包容尺寸，在使用过程中会使用包容尺寸逐渐增大。
所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸。
尺寸公差取上偏差。
凹模的径向尺寸计算公式：
凹模的深度尺寸计算公式：
——塑件外形公称尺寸；
——塑件高度方向的公称尺寸；
K——塑料的平均收缩率，取0.55%；
——塑件的尺寸公差；
——模具制造公差，一般去塑件相应尺寸公差的1/3-1/6，取公差IT10级。
式中嵌入式凸模、四壁拼合式凸模、螺纹型环。
本
因此，径向尺寸的计算如下，
深度尺寸计算如下：
2、凸模尺寸的计算。
凸模是成型塑件的外形的模型零件，其工作尺寸属于包容尺寸，在使用过程中会使用包容尺寸逐渐增大。
凸模的径向尺
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