塑料水杯注塑模具设计说明书.docx

目录1塑件的成型工艺分析31.1塑件的原材料分析31.2塑料件的尺寸分析31.3塑件表面质量分析31.4塑件结构工艺性分析41.5成形工艺参数、工艺卡 41.5.1塑件的体积及质量41.5.2选用注射机41.5.3塑件注射成型工艺参数 52模具结构方案的确定 62.1型腔数目的确定 62.2分型面的选择 72.3浇注系统的设计 82.3.1主流道的设计 82.3.2浇口的设计 92.4侧向抽芯系统设计102.4.1侧向分型抽芯距的确定 102.4.2侧向分型抽芯力的计算102.4.3斜导柱的设计112.4.4斜导柱的材料及安装配合 112.5推出机构设计 122.5.1设计原则122.5.2推杆材料122.5.3推杆的形式. 122.5.4推杆的导向132.5.5推杆的复位. 132.6标准模架的选择132.7排气温控系统设计 143成型零件工作尺寸的计算 1 43.1成型零部件的磨损 153.2成型零部件的制造误差153.3塑件的基本尺寸计算 153.3.2型腔深度15333型芯高度15334壁厚163.3.5 圆角163.3.6 柄长164注射机有关工艺参数的校核174.1注射量的校核174.2注射压力的校核174.3锁模力的校核174.4装模部分有关尺寸的校核184.4.1模具闭合高度的校核184.4.2模具安装部分的校核184-4-3 模具开模行程的校核 184.4.4顶出部分的校核 181、塑件的成型工艺分析1.1塑件的原材料分析塑件原材料为PP中文名：聚丙烯表1.1塑件的原材料分析品种结构特点使用温度性能特点成型特点PP热塑性 塑料线型结构半结晶型10 C 120 C化学稳定性较好，耐热性较 差，光、氧作用下容易降 解，机械性能比聚乙烯好。成型是收缩大，成型性能好，易 变形翘曲，尺寸稳定性好，柔软 性好，有铰链”特性。结论：干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。熔化温度：220275C，注意不要超过275C。模具温度：4080C，建议使用50C。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47mm。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 11.5mm，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。1.2塑料件的尺寸分析塑件零件图图1.2所示，根据零件图，该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自 由尺寸，可按MT5查取公差（参见课程附录一模塑件尺寸公差表”）其主要尺寸公差标 注如下（单位均为mm）:高度尺寸：80-0.8678+0.86外形尺寸：? 38-0.56? 60-0.74内形尺寸：? 36+0.56? 56+0.741.3塑件表面质量分析塑件是日常使用的水杯，要求外表美观、无斑点、无熔接痕，表面质量一般要求较1.4塑件结构工艺性分析聚丙烯(PP )水杯的收缩率按照前人经验取20/10000塑件水杯是薄壁回转体，为利于脱模，塑件的夕卜壁有2。的脱模斜度，此斜度在常 用的脱模斜度范围内，能保证顺利脱模，故无需另行设计。热塑性塑料的壁厚应该控制在1mm 4mm之间。此塑料件最大壁厚为4.0mm，最小壁厚为1.2mm，壁厚均匀，在推荐值之间。易于成型。1.5成形工艺参数、工艺卡1.5.1塑件的体积及质量根据图样尺寸，利用画图软件建立塑件三维模型，经分析得：塑件体积：V塑26880mm3塑件质量：M塑=pV塑=1.04cm/g X2688cm=27.96g塑件与浇注系统的总质量：M = M 塑 + M 凝 54 (g)1.5.2选用注射机根据塑件的形状，取一模一件的模具结构，初步选取螺杆式注射成型机：G54- S200/400,表1.2为该注射机的技术参数。表1.2注射机G54-S200/400的技术参数额定注射量/cm3200400螺杆直径/mm注射压力/Mpa 模具最大厚度/mm模具最小厚度/mm 拉杆空间/mm注射行程/mm注射方式锁模力/KN最大成型面积/cm2模板最大仃程/mm55109406165290X368160螺杆式2540645260顶出形式合模方式液压泵流量/ ( L/min)动、定模固定板尺寸/mm液压泵压力/Mpa弧半径/mm喷嘴 孔半径/mm机器外形尺寸/mm1.5.3塑件注射成型工艺参数动模板设有顶板，开模是通过动模板与顶板相碰，机械顶出塑件液压-机械170、 12532X634651_844700X 1400X1800PP塑件注射成型工艺参数如表1.2 作适当调整；模塑成型工艺卡如表所示，(参见附录H)，试模时，可根据实际情况1.3所示。表1.2 ABS塑料的注射成型工艺参数工艺参数规格工艺参数规格预热和干燥温度：80100 0C成型时间S注射时间：2060保压时间：03冷却时间：2090总周期：50160时间：46h料筒温度°C后段：160180中段：180200前段：200220螺杆转速r/mi n48喷嘴温度。C直通式：170190注射压力Mpa70100模具温度。C8090保压压力Mpa5060中山火炬职业技术学院水杯注射工乙卡片资料编号车 间模具教研室共 页第页零件名称水杯材料牌号PP设备型号G54-S200/400装配图号材料定额每模件数1零件图号单件质量28g工装号材料干燥设备G54-S200/400温度。C80100 °C1 顺r时间h46h.飞料筒温度后段。C16°18°0中段。C18°2°°1Uf 即B前段。C2°°22°h喷嘴。C1701907模具温度。C8°9°时间注射S2°6°保压S°3冷却S2°9°压力注射7°1°°背压后处理温度对时间定额辅助min时间h单件min检验控制校对审核组长车间主任检验组长主管工程师2.1型腔数目的确定对于一个塑件的模具设计的第一步骤就是型腔数目的确定。单型腔模具的优点是： 塑件精度高；工艺参数易于控制；模具结构简单；模具制造成本低，周期短。缺点是：塑 件成型的生产率低、成本高。单型腔模具适用于塑件较大，精度要求较高或者小批量及试 生产。多型腔模具的优点是：塑件成型的生产率高，成本低。缺点是：塑件精度低；工艺参 数难以控制。模具结构复杂；模具制造成本高，周期长。多型腔模具适用于大批量、长期 生产的小塑件。根据塑件的精度：根据经验，在模具中每增加一个型腔，塑件的尺寸精度就要降低 4%。确定型腔数目的方法：考虑到塑件的技术要求，本设计采用根据注射量方法确定型腔数目。即：n = （0.8G-m 2）/m式中：G 一注塑机的最大注射量（g），取200g mj一单个塑件的重量（g）取 200g m2 一浇注系统的重量（g）取14.9g但根据产品结构和尺寸形状来看不起，由于该塑件尺寸形状很大，只能为一模一 腔。根据需要和后续加工的要求我们确定为平行于塑件的最大尺寸方向，中心分布。2.2分型面的选择分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据 需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方 向平行或倾斜，我们在这里选用与合模方向平行和垂直。模具分型面的选择原则：1、分型面应选在塑件最大截面处。2、不影响塑件外观质量，尤其是对外观质量有明确要求的塑件更应注意。3、有利于保证塑件的精度要求。4、有利于模具的加工，特别是型腔的加工。（尽可能使模具结构简便）5、有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置。6、便于塑件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一侧。7、尽量减小塑件在合模平面上的投影面积，以减小所需锁模力。8、便于嵌件的安装。9、长型芯应置于开模方向。分型面的开设如下图：2.3浇注系统的设计流道设计包括主流道、浇口的设计2.3.1主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分 流道或是型腔。由于主流道要与高温塑料熔体及注塑机喷嘴反复接触，所以在注塑模中主流道部分常设计成可以拆卸更换的主流道衬套。在卧式或立式注塑 机上使用的注塑模中，主流道垂直于模具分型面为了使塑料熔体按顺序的向前流动，开模时塑料凝料能从主流道中顺利的拔出，需将主流道设计成圆锥浇口套抒:”形，具有2° 4°的锥角，内壁有Ra0.8叩以下的表面粗 糙度，抛光时应沿轴向 进行。若沿圆周进行抛光，产 生侧向凹凸面，使主流 道凝料难以拔出。同时 浇图注塑机喷咀拓一空中兽止应采取淬火处理使其具有 较高的硬度(48HRC2.2浇口套与注塑机喷嘴关系口套与注塑机喷嘴 接触平凡，为防止撞伤，52HRC )。热塑性塑料的主流道衬套与注塑机喷嘴的尺寸：主流 道始端直径 B= A+( 0.5 1) mm,球面凹坑半径R=X+(25)mm，半锥角a为2。40,尽可能缩短长度L (小于60mm为佳)。如图2.2所示。本套模具主流道设计要点是：为便于凝料从主流道中拉出，主流道设计成圆锥形，其锥角a=3°，内壁粗糙度为Ra=0.63ym，整个主流道都在衬套中，并未采取分段组合形式。主流道大端处是根据注塑机的喷嘴头来设计的，呈圆角，其半径R=21mm,以减小料流在转向时过渡的阻力。为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道和注塑机的喷嘴紧密接触，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径R= X +( 25 )mm,X=18mm,取 R=21mm。其主浇道小端直径 di= d2+( 0.51 ) mm，取 di=4mm。流道应保持光滑的表面，避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺等。本套产品浇图2.3浇口套2.3.2浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键组成部分。浇口 的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。浇口的截面积通常为分流道的截面面积的0.03% 0.09%。浇口截面积通常有矩形 和圆形两种。浇口长度约为0.5 2mm左右。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下 限值，然后在试模时逐步修正。在注塑模具中常用的浇口形式有直接浇口、点浇口、潜伏式浇口、侧浇口、重叠式 浇口、圆环形浇口、护耳浇口等，浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口的 位置时应注意以下几点：1. 浇口应设在能使型腔各个角落都可以同时填满的位置。2. 浇口应设置在制品壁厚较厚的部位，使熔体从厚断面流向薄断面，以利于补料。3. 浇口的部位应选在易于排除型腔内空气的位置。4. 浇口的位置应选在能避免制品表面产生熔合纹的部位。当无法避免产生熔合纹的 产生时，浇口位置的选择应考虑到熔合纹产生的部位是否合适。5. 浇口的设置应避免引起熔体断裂的现象。6. 浇口应设置在不影响制品外观的部位。7. 不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口，一般制品浇口附近的强 度较差。由于设计零件是表面要求较高的塑件，又因为该模具因其结构复杂为3板模机构， 故选择点浇口为佳。并且表面网格的孔上。2.4侧向抽芯系统设计抽芯形式其结构如图2.5所示，此侧向抽芯机构是由（15）斜导柱等构成。侧向抽芯的实现是在开模时定模底座带动斜导柱运动，而斜导柱又带动（2）定模板运动分开，从而实现侧抽芯。图2.4抽芯形式其结构2.4.1侧向分型抽芯距的确定一般情况下，侧向抽芯距通常比塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧凹凸台的高度大23mm。塑件上侧凹深38mm，定抽芯距最少为（38 + 2）mm即40mm2.4.2侧向分型抽芯力的计算Fc= chp （cos： sin ）其中：Fc一抽芯力（N）c一侧型芯成形部分的截面平均周长。h一侧型芯成形部分的高度。P一塑件对侧抽芯的收缩力（包紧力），模内冷却的塑件，p = （ 0.8 1.2） X107 Pa。取。p= 1.0 X|07 Pa。口一塑件在热关态时对钢的摩擦系数，一般0.15 0.2, 取 0.18。a一侧抽芯的脱模斜度或倾余角，取20°代入上式得：Fc= 238.64 10100 1.0 107 0.5 -119.32KN2.4.3斜导柱的设计2.4.3.1斜导柱形状采用圆形截面的斜导柱，其图如2.5。图2.5斜导柱开除2432斜导柱倾角一般在设计时a不大于25°最常用为12°<a< 22;通常抽芯距短时a取小些，抽芯 距长时a取大些;抽芯力大时a可取小些，抽芯力小时可取大些。另外，斜导柱在对称布 置时，抽芯力可相互抵消，。可取大些，而斜导柱非对称布置时，抽芯力无法抵消，a要 取小些。综上所述，因模具的斜导柱为对称布置，且抽芯距较小，抽芯力也不大，取a= 20 °。2.4.3.3斜导柱的直径计算由抽芯力Fc，倾角20°查表得最大弯曲"w、Hw，根据Fw和Hw以及a，查表 得斜导柱直径为25mm。2.4.3.4斜导柱的长度计算粗略计算：L 3=S % Sm a,取L为118mm。2.4.4斜导柱的材料及安装配合与斜导柱之间可以采用较松的间隙配合H11/b11，或在两者斜导柱的材料多为T8,T10等碳素工具钢，也可以用45钢渗碳处理。此斜导柱的材 料选45钢。由于斜导柱经常滑动摩擦，热处理要求硬度HRC为5。表面粗糙度Ra °.8 pm。斜导柱与其固定的模板之间采用过度配合H7/m6。为了运动的灵活，滑块上斜导孔4-昭耳3彳/TJU2|F之间保留0.5 1mm的间距。其斜导柱压板图如2.6示。50图2.6斜导柱压板2.5推出机构设计推出机构由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件组成。即推件板、推件板紧固螺钉、推板固定板、推杆垫板、顶板导柱、顶板导套以及推板紧固 螺钉。2.5.1设计原则1 .推出机构应尽量设在动模一侧;2 .保证塑件不因推出而变形损坏;3 .机构简单动作可靠;4 .合模时的正确复位。2.5.2推杆材料推杆的材料多为45钢、T8或T10碳素工具钢，推杆头部需淬火处理，硬度大于50HRC ,表面粗糙度在Ra1.6ym以下，较好的表面质量可防止推杆与孔咬死，并延长 使用寿命。在存放推杆时，为防止有害气体及介质的侵蚀，应涂上二硫化钥。2.5.3推杆的形式推杆是注塑模中使用最多的一种推出零件。推杆的形式很多，最常用的是圆形截面推杆。对于此塑料制品，是采用14根圆形截面的推杆。如图2.7所示。图2.7推杆2.5.4推杆的导向对于含有数量较多并且顶出较细小的顶管顶出机构，以及大面积的推板顶出机构来讲，防止顶出机构的歪斜和扭曲是非常重要的，不然会造成细小顶管的变形甚至折断， 推板与型芯间的磨损擦伤，为了避免以上现象的发生，要求在脱模机构导向的同时还起到 支撑中间垫板的作用，防止中间垫板的弯曲。由于本模具中的顶出杆比较多，必须设计 导向系统，即有导柱和导套。2.5.5推杆的复位使用推杆作为推出零件的脱模机构，在完成一次脱模动作，开始下一次注射工作循 环时，与制品接触的推杆必须回复到初始位置。因此，必须设有复位装置。本模具设置 复位杆，复位杆用45钢，HRC45 50。图2.8所示。图2.8复位杆2.6标准模架的选择依据前面计算数据，确定选用2930型标准模架，拟用现在比较流行的FUTABA标准，根据上述分析，此模具是含推件板、大水口类型的，所以选用FUTABA-SB35< 35 40 45 145”其中参数的含义是：2.7排气温控系统设计当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固 产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净，一方面将 会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压， 体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦（褐色斑纹），同时积存的气体还会产生 反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。有时在注射成型过程中， 为保证型腔充填量的均匀合适及增加塑料熔体汇合处的熔接强度，还需在塑料最后充填到 的型腔部位开设溢流槽以容纳余料，也可容纳一定量的气体。当塑件熔体充填型腔时，必须排出型腔以、浇注系统内的空气及塑件受热而产生的 气体。如果气体不能被顺序的排出，塑件由于填充不足而出现气泡，接缝或表面轮廓不清 等缺陷；甚至因气体受压而产生高温，使塑件焦化。考虑该塑件尺寸，属于中小型简单型 腔模具，故可以利用推出机构与模板之间的配合间隙进行排气，间隙值为0.03mm。3.成型零件工作尺寸的计算成型零部件的设计计算主要指成型部分，与塑件接触部分的尺寸计算。而对于塑件尺寸精度的影响因素主要有以下方面:3.1成型零部件的磨损其主要是塑料熔体在成型行腔中的流动以及脱模时塑件与型腔或型心的摩擦，而一后 者为主。为简化设计计算，一般只考虑与塑件脱模方向平行的磨损量，对于垂直方向的不 于考虑，而忽略不计。中小形塑件我们取 S c=1/6 A3.2成型零部件的制造误差成型零部件的制造包括成型零部件的加工误差和安装、配合误差两个方面，设计时一般将成型零部件的制造误差控制在塑件相应公差的1/3左右，S z=1/3 A ,通常取IT6 IT9级精度。3.3塑件的基本尺寸计算3.型腔腔径尺尺寸：I型腔径向尺寸S10.6=4861.6 -1.35 = 80.25 00 mm0.68dzA 召 1.6 1.35 6 =80.25 00 6 mm-1S1呐二21 %三4mi一.100校核：1 '(校 5% -(S5%LS80)T06&0八 1.7 £1.8(等式成立)c=-(2.5% -1.5%)80 0.6 0.3 =1.7 < 1.8(等 式成立)=(1 毒 Ls-t3| 科31 111-|(1 +3-"mm0 八L S)L4-。2L2 76纫笆 i 社0.76.17 01)m2 Ll =.1(100 )汉 76| X1.8 |76.1 7mi-4 一。-1004校核校核SJL +3 + 合 maxmax /=(2 (%5%S5%5%767(0A>3O =3143661lifISsHHs-2HhM|l校核：（SSaxaxW匚兔 5%"1% 10H）00.8） 80】43. 42 1艺3 3 -H : y用1 _00100 - "00 1 1002 J 由.82.4 |= 100您 mm 汉各 4圭 100.4'： 0 mm3孑直2：应（等式成立）3型芯高度高度（*）%+言十异” 00,校核:h 二MSmiU * 帖二 2.5% 5%2(Smax 950.72=0汉 95+一项q7mm37q.7二2 2.1（等式成立）型芯高度：0_02 1，2 、2nh, =j（1+S）h/=x95+ X2.1= 98.3'mml3.衫此100j3g校核：（Snax-sm" *、： z : :!-i 2.5% -1.5%95 0.7 0.35=22.1(等式成立)3壁厚:壁厚壁厚:校核：校核：(S&X Smin)d|m，z：(Smax 代皿、二(虫%A!%A2A0A27).。 O.% dm =（1 s）d氧1硕心总0.2: : 2 0.。380.127= 2.325：mm：1270.38'圆角5：圆角RmiJiZSE烈二右吕卜 27 电打0.33=26.790°33mm14 -o ± 100 J 4 。校核:（Smax SmJRm1 c 训二 2.5% -1.5% 27 0.33 0.17 二 0.77 : 1（等式成立）（1 + S）R 2 -叩1 7 M21 +2* -3 打4 0100 J 40.33=7.410°33mmo校核：（SmaxSmin）Rm1二 2.5% -1.5%8 0.33 0.17 二 0.58 : 1（等式成立）3.3.6柄长柄长：3 S)ls2千 231-0.33一奇 ）30- 1-29.85/ mm4 21L1004“校核:(Smax Smin)ls, z, c= (2.5% -1.5%) 30 0.33 0.17 二 0.8 : 1(等式成立) 4注射机有关工艺参数的校核注射机G54-S200/400的主要参数如下表所示：表4.1G54-S200/400注射机的主要参数标称注射量400cm 2定位孔直径125mm取大开模行程S260mm喷嘴球头半径18mm最大装模高度Hmax406mm喷嘴孔直径4mm最小装模周度Hmin165mm中心顶杆直径25mm模板最大安装尺寸532X634顶出行程01304.1注射量的校核如前所述，塑件与浇注系统的总体积为V=52000 mm3 =52cm3,远远小于注射机 的标称注射量400 cm 34.2注射压力的校核P 公=109Mpa P 注=100Mpa符合要求4.3锁模力的校核注射成形时，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道系统在分型面上投影面积与型腔压力之积。为防止模具分型面被胀模力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料 现象。因此模具设计时应使注塑机的额定锁模力大于胀模力。贝FAPm（ Az+Aj）式中：F 一注塑机额定锁模力（2540KN）。AZ、Aj 一分别为制品和浇注系统在分型面上的垂直投影面积2（8000mm ）。Pm 一塑料熔体在型腔内的平均压力（查模具设计手册）（2040MPa）。左边=2540 -右边=2 107 8 10 =160KN通过上面公式计算得出-锁模力符合要求。4.4装模部分有关尺寸的校核441模具闭合高度的校核由装配图可知模具的闭合高度：H闭=400 mm ,最小装模高度Hmin = 165，最大装模高度Hmax = 406,能够满足Hmin W H闭W Hmax安装条件4.4.2模具安装部分的校核该模具的外形尺寸为：350 X 300，注射机模板最大安装尺寸为532 X 634 ,故能 满足安装要求；模具定位圈的直径为125 =注射机定位孔直径125,符合安装要求；浇口套的球面半径为R21 喷嘴球头半径R18，符合要求；浇口套小端孔径3.5 喷嘴孔直径4,符合要求。4.4.3模具开模行程的校核如图4.1所示，模具的开模行程S橙=塑件的高度+浇注系统的高度+顶件的高度+ (510) 模 =80+37+10= 127mm注射机的最大开模行程S = 260 S模=127mm4.4.4顶出部分的校核模具上顶杆孔的直径为50、注射机中心顶杆直径25注射机最大顶出距离为130 模具上所需要的最小顶出距离100mm图4.1 模具装配图结论：根据校核G54-S200/400注射机完全能够满 足该模具的使用要求