塑料盒模具設(shè)計(jì)

1、 西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文塑料盒注射模設(shè)計(jì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)為異形塑料蓋，如圖（1）所示，整體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。塑件要求是不允許有裂紋，變形缺陷，脫模斜度為301°。材料為HIPS，生產(chǎn)批量為大批量，塑件公差為MT5級(jí)。 圓形底座（HIPS，MT5級(jí))1塑件成型工藝性分析1.1 塑件的分析（1）外形尺寸。該塑件壁厚為1.5mm，塑件外形尺寸不大（總高度為6mm，最大長(zhǎng)度58.5mm），塑件熔體流程不長(zhǎng),塑件材料為HIPS。是熱塑性材料，具有較高的流動(dòng)性，適合于注射成型。（2）精度等級(jí)。塑件每個(gè)尺寸公差不一樣，未標(biāo)注公差的尺寸取公差等級(jí)為MT5級(jí)。（3）脫模斜度。HIPS的成型性能良好，

2、成型收縮率較小。選擇塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為1°。 (4)表面分析。該零件表面除要求沒(méi)有毛刺外，沒(méi)有其他的要求，故比較容易實(shí)現(xiàn)。1.2 HIPS塑料的性能分析 高沖擊性聚苯乙烯是通過(guò)在聚苯乙烯中添加聚丁基橡膠顆粒的辦法生產(chǎn)的一種抗沖擊的聚苯乙烯產(chǎn)品。這種聚苯乙烯產(chǎn)品會(huì)添加微米級(jí)橡膠顆粒并通過(guò)枝接的辦法把聚苯乙烯和橡膠顆粒連接在一起。當(dāng)受到?jīng)_擊時(shí)，裂紋擴(kuò)展的尖端應(yīng)力會(huì)被相對(duì)柔軟的橡膠顆粒釋放掉。因此裂紋的擴(kuò)展受到阻礙，抗沖擊性得到了提高。 使用性能：乳白色不透明顆粒.密度為1.05g/cm3.熔融溫度150180.熱分解溫度300.溶于芳香烴,氯化烴,酮類(除爾酮外)和酯類.能

3、耐許多礦物油,有機(jī)酸,堿,鹽,低級(jí)醇及其水溶液,不耐沸水.HIPS是最便宜的工程塑料之一,和ABS,PC/ABS,PC相比,材料的光澤性比較差,綜合性能也相對(duì)差一些. HIPS是由PS加丁二烯改性而成的,因?yàn)镻S的沖擊強(qiáng)度很低,做出的產(chǎn)品很脆,而丁二烯的韌性很好,加入丁二烯后可使PS的沖擊性能提高23倍.盡管HIPS的沖擊強(qiáng)度比PS的沖擊強(qiáng)度高出很多,但其綜合性能還是不如ABS,PC/ABS等。 成型特點(diǎn)：聚苯乙烯性脆易裂，易出現(xiàn)裂紋，因此脫模斜度不宜過(guò)小，頂出要均勻；流動(dòng)性優(yōu)良，應(yīng)注意模具間隙，防止飛邊。宜采用高料溫，高模溫、低注射壓力成型并延長(zhǎng)注射時(shí)間，防止縮孔及變形，降低內(nèi)應(yīng)力；但料溫高

4、容易出現(xiàn)銀絲；料溫低，使塑件透明性差。其性能指標(biāo)參數(shù)見表1. 表1 HIPS的性能指標(biāo)密度/kg.dm30.981.10抗拉屈服強(qiáng)度b/MPa1448比體積/（dm3.kg-1）0.940.96抗拉彈性模量E/MPa(1.43.1）X103吸水率24h/%0.10.3抗彎強(qiáng)度w/MPa3570收縮率s/%0.30.6沖擊韌性（缺口)ak/(kJ.m-2）1.123.6熱變形溫度t/6492.5硬度（HB)M2080熔點(diǎn)t/131165體積電阻系數(shù)v/(.cm10161.3 HIPS的注射成型過(guò)程及工藝參數(shù)1.3.1 注射成型過(guò)程(1) 成型前準(zhǔn)備。對(duì)HDPE的色澤，粒度和均勻度等進(jìn)行檢驗(yàn)。HI

5、PS成型前須進(jìn)行干燥，處理溫度為6080干燥，時(shí)間為2h。（2） 注射過(guò)程。塑料在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱，塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型。其過(guò)程可分為塑化、注射、保壓、補(bǔ)縮、倒流、冷卻六個(gè)階段。（3） 塑件后處理。塑件后處理為退貨，退火方法為紅外線烘箱，處理溫度為70，處理時(shí)間為2h4h。1.3.2 注射工藝參數(shù) (1)注射機(jī)：螺桿式螺桿轉(zhuǎn)速為48r/min (2）料筒溫度t/:前段170190 中段170190 后段140160（3） 模具溫度t/:2050（4） 注射壓力（p/MPa):60110（5） 成型時(shí)間（s):41s(注射時(shí)間1s，保壓時(shí)間15s，冷卻時(shí)間20

6、s,輔助時(shí)間5s)2 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式和選擇注射機(jī)2.1 分型面位置的確定 通過(guò)對(duì)塑件結(jié)構(gòu)形式的分析，因?yàn)橛缮纤隹芍舜卧O(shè)計(jì)采用單分型面結(jié)構(gòu)，所以分型面應(yīng)選在端蓋面積最大而且有利于開模取出塑件的底平面與敞口兩個(gè)平面上。其位置如圖（2）所示。 分型面圖（2）2.2 型腔數(shù)量和排位方式的確定（1） 型腔數(shù)量的確定。由于該塑件的精度要求高，塑件尺寸較小，且為大批量生產(chǎn)，可用一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。同時(shí)考慮到塑件尺寸，模具結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，以及制造費(fèi)用等等因素。定為一模四腔。（2） 型腔排列形式的確定。由于模具設(shè)計(jì)選擇的是一模四腔，其型腔中心距的確定見圖（3）所示，故流道采用對(duì)稱排列形式，能使型腔進(jìn)料保

7、持平衡。圖（3）型腔的排列形式（3） 模具結(jié)構(gòu)形式的初步確定。由以上分析，本模具設(shè)計(jì)為一模四腔，對(duì)稱H型直線排列。根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀，推出機(jī)構(gòu)初選推件板推出或者推桿推出方式。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)流道采用對(duì)稱平衡式，澆口采用點(diǎn)澆口，開在型腔底部。因此用拉料桿取出澆注系統(tǒng)凝料，型腔與推件板處的分型面出用來(lái)推出塑件。動(dòng)模部分需要添加型芯固定板，支撐板。由上綜合分析，可確定采用帶推件板的單分型面注射模。2.3注射機(jī)型號(hào)的確定 2.3.1注射量的計(jì)算。 通過(guò)Pro/E建模分析得塑件質(zhì)量屬性如圖（4）所示。 塑件體積：V塑=36.2cm3塑件質(zhì)量：m塑=V塑=1.05×36.2=38g根據(jù)表（1）得式中

8、取1.05g/cm3。2.3.2澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算。 由于澆注系統(tǒng)凝料在設(shè)計(jì)之前準(zhǔn)確數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.21倍來(lái)計(jì)算。由于本次設(shè)計(jì)采用的流道簡(jiǎn)單且較短，因此澆筑系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.3倍來(lái)估算。故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（澆注系統(tǒng)凝料體積和4個(gè)塑件體積只和）為： V總=1.3n V塑=1.5×4×2.28=188cm3 2.3.3選擇注射機(jī)。 根據(jù)以上計(jì)算得出在一次注射過(guò)程中注入模具型腔的塑料的總體積為V總=188cm3。V公=V總/0.8=188/0.8=235cm3。根據(jù)以上的計(jì)算初步選擇公稱注射量為250cm3 ，注射型號(hào)為XS

9、-ZY-250,其主要技術(shù)參數(shù)見下表：表2 注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 理論注射量/cm3250拉桿內(nèi)向距/mm355×385螺桿直徑/mm50移模行程/mm500注射壓力/MPa130最大模具厚度/mm350注射速率/g.s-1120最小模具厚度/mm200塑化能力/g.s18.9鎖模形式液壓-機(jī)械螺桿轉(zhuǎn)速/r.min-10220模具定位孔直徑/mm125鎖模力/kN1800噴嘴球半徑/mm18噴嘴孔直徑/mm42.3.4注射劑的相關(guān)參數(shù)校核。（1）注射壓力校核。由1.3.2內(nèi)容可知，HIPS所需的注射壓力80110Mpa，這里取P=100Mpa,該注射機(jī)的公稱注射壓力P公=130Mpa。

10、注射壓力安全系數(shù)k1=1.251.4，這里去k1=1.25。則：k1P0=1.25×100P公所以注射機(jī)注射壓力校核合格。（2）鎖模力校核。塑件在分形面上的投影面積。A塑=澆注系統(tǒng)在分形面上的投影面積A澆，即澆道凝料（包括澆口)在分型面上的投影面積A澆可以按照多分型面型腔模具的統(tǒng)計(jì)分析來(lái)確定。A澆是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積A塑的0.20.5倍。由于本次設(shè)計(jì)的流道較為簡(jiǎn)單，分流道較長(zhǎng)。因此流道凝料投影面積可以取較大些，這里取A澆=0.2A塑。塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積，則：A總=n(A塑+A澆)=n（A塑+0.3A塑）=4×1.2 A塑=10416mm2模具型腔

11、的脹型力F脹，則：F脹=A總P模=10416×30=312.48KN(注：P模是型腔的平均計(jì)算壓力值，通常取注射壓力的20%40%，大致范圍為26MPa52MPa。對(duì)于粘度較大精度較高的塑件制品應(yīng)取較大值，HDPE屬于中等粘度塑料，且塑件有精度要求,故P模取30MPa。由表（2）可知，該注射機(jī)的公稱鎖模力F鎖=900kN，鎖模力系數(shù)為k2=1.11.2，這里取k2=1.2，則：k2 F脹=1.2 F脹=1.2×312.5=375kNF鎖所以注射機(jī)的鎖模力滿足要求，對(duì)于其它安裝尺寸的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進(jìn)行。3澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1主流道設(shè)計(jì)主流道通常位于模具

12、中心塑料熔體的入口處，它將注射機(jī)噴嘴注射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主流道形狀為圓錐形，以便熔體的流動(dòng)和開模是主流道凝料的順利取出。主流道的尺寸直接影響得到熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間。另外，由于主流道與高溫塑料熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，因此設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)為可拆卸更換的澆口套。3.1.1 主流道尺寸（1）主流道長(zhǎng)度。一般由模具結(jié)構(gòu)確定，對(duì)于小型模具主流道長(zhǎng)度應(yīng)盡量小于60mm,本次設(shè)計(jì)中初取50mm進(jìn)行計(jì)算。（2）主流道小端直徑，d=注射機(jī)噴嘴直徑+（0.51）=4+0.5=4.5（3）主流道大端直徑，D=d+Ltan=8mm,取 =4°（4）主流道球面半徑，SR=注射機(jī)噴嘴球面半徑+（12

13、）mm=18+2=20mm(5) 球面配合高度，h=3mm3.1.2 主流道凝料體積 V主=L主（R2主+r2主+R主r主）/3 =50×42+2.252+4×22.25）×3.14÷3=1573.3mm33.1.3 主流道當(dāng)量半徑Rn=mm3.1.4主流道澆口套形式主流道襯套為標(biāo)準(zhǔn)可選件，主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，易磨損。對(duì)材料的要求較嚴(yán)格，因而盡管小型注射模可以將主流道襯套與定位圈設(shè)計(jì)成一個(gè)整體。但考慮到上述因素，任然將其分開來(lái)設(shè)計(jì)，以便于拆卸更換。同時(shí)也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進(jìn)行單獨(dú)加工和熱處理。本次設(shè)計(jì)中澆口套采用碳素工具鋼T10A，熱處理

14、淬火表面硬度為50HRC55HRC.如圖（5）所示。定位圈的結(jié)構(gòu)形式由總裝圖來(lái)確定。 圖（5）主流道澆口套形式3.2分流道的設(shè)計(jì)（1）分流道的布置形式為了盡量減少在流道內(nèi)的壓力損失和尺寸可能避免熔體溫度降低，同時(shí)還要考慮減少分流道的容積和壓力平衡，因此采用平衡式分流道。如圖（6）所示。 圖（6） 分流道布置形式（2）分流道長(zhǎng)度根據(jù)四個(gè)型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分流道長(zhǎng)度適中，如圖（6）所示。（3）分流道當(dāng)量直徑流過(guò)一級(jí)分流道塑料的質(zhì)量m=V塑=1.05×36.2×2=76.02200g 對(duì)于壁厚小于3mm，質(zhì)量小于200g的塑件，由參考文獻(xiàn)1公式（2-20）得：D=0.2354 所以

15、得到：D=0.2354×4.935mm(取5mm)(4)分流道截面形式本次設(shè)計(jì)采用梯形截面，其加工工藝好，且塑料熔體的熱量散失流動(dòng)阻力不大。(5) 分流到截面尺寸 設(shè)梯形的上底寬B=6mm（為了便于選擇道具），底面圓角的半徑R=1mm，梯形的高度取H=2B/3=4mm，設(shè)下底寬度為b，梯形面積滿足下面關(guān)系式。 帶入數(shù)據(jù)計(jì)算的b=3.813mm，考慮到梯形底部圓弧對(duì)面積的減小及脫模斜度等因素，取b=4.5.通過(guò)計(jì)算梯形斜度，基本符合要求。如圖（7）所示。 圖（7）(6)凝料體積分流道長(zhǎng)度：L分=（55+7.5+42.5）×2=210mm分流道截面面積：A分=3.14×

16、;=21mm2凝料體積：V分= L分A分=210×21=4.62cm3(7)校核剪切速率（1）確定注射時(shí)間，由1.3.2得注射時(shí)間t=2s。（2）計(jì)算單邊分流道的體積流量 (4)有參考文獻(xiàn)【1】式2-22可得，剪切速率為：該分流道的的剪切速率處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率5×1025×103s之間，所以分流道內(nèi)熔體的剪切速率合格。（8）分流道表面粗糙度和脫模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般去Ra=1.252.5m之間即可，此處取Ra=1.6。另外其脫模斜度一般在之間，通過(guò)上述計(jì)算脫模斜度，脫模斜度足夠。3.3澆口的設(shè)計(jì)該塑件要求不允許有裂紋和變形缺陷

17、，表面質(zhì)量要求較高。采用一模四腔且單分型面，為充模時(shí)的剪切速率和重默時(shí)間，因此采用側(cè)澆口。其截面形狀簡(jiǎn)單，易于加工，便于試模后修正，開設(shè)在分型面上，叢型腔的邊緣進(jìn)料。3.3.1側(cè)澆口的尺寸的確定（1）計(jì)算側(cè)澆口的深度。根據(jù)參考文獻(xiàn)【1】表2-6可得，側(cè)澆口的深度計(jì)算公式為： 式中，t是塑件壁厚；n是塑件成型系數(shù)，這里取n=0.6。為了便于今后試模中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并修改，根據(jù)文獻(xiàn)【1】表2-6知道，側(cè)交口深度取0.5-2mm，故深度取h=1mm。（2）計(jì)算側(cè)澆口寬度。根據(jù)參考文獻(xiàn)【2】表2-6可得，側(cè)澆口的寬度計(jì)算公式為： 1.0mm 式中，n為成形系數(shù)，取0.6；A為凹模的內(nèi)表面積（1914.9mm

18、2） （3）計(jì)算側(cè)澆口的長(zhǎng)度。根據(jù)參考文獻(xiàn)【2】表2-6可得，取側(cè)澆口的長(zhǎng)度L澆=1.0mm。3.3.2側(cè)澆口的剪切速率校核(1)確定注射時(shí)間。由1.3.2得注射時(shí)間t=3s。(2)計(jì)算側(cè)澆口的體積流量： （3）計(jì)算澆口的剪切速率：對(duì)于矩形交口可得：4×104，則： 4×104 式中 因HIPE材料的點(diǎn)澆口形式最大剪切速率為4×104s-1，所以剪切速率校核合格。3.4校核主流道的剪切速率上面分別求出了塑件的體積，主流道體積，分流道體積(澆口的體積和大小可以忽略不計(jì))以及主流道的當(dāng)量半徑，這樣就可以校核主流道熔體的剪切速率。（1）計(jì)算主流道的體積流量：（2）計(jì)算主

19、流道剪切速率：根據(jù)參考文獻(xiàn)【2】式2-19得，因?yàn)閞=(5×1025×103)之間，所以主流道剪切速率校核合格。3.5冷料穴的設(shè)計(jì)及計(jì)算冷料穴位于主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上，其作用主要是儲(chǔ)存熔體前方的冷料，防止冷料進(jìn)入模具型腔影響制品的表面質(zhì)量。本設(shè)計(jì)既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。由于塑件表面要求沒(méi)有裂痕，且采用推件板推出。開模時(shí)，利用凝料對(duì)拉料桿的包緊力從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取下取下凝料。4.成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1） 凹模的設(shè)計(jì)。凹模是成型制品外表面的成型零件。按凹模結(jié)構(gòu)的不同可將其分為整體式，整體嵌入式，組合式和鑲拼式四種。根據(jù)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析，本設(shè)

20、計(jì)中采用整體式凹模。如圖（8）所示。圖（8）凹模嵌件結(jié)構(gòu)（2） 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。型芯是成型制品內(nèi)表面的成型零件，通?？梢圆捎谜w式和組合式兩種類型。該塑件采用組合式型芯，如圖（9）所示。 圖（9）型芯4.2成型零件鋼材的選用根據(jù)對(duì)塑件的綜合分析，該塑件的成型零件要有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性及良好的抗疲勞性。同時(shí)考慮它的機(jī)械加工性能和拋光性能，又因?yàn)樵撍芗谴笈可a(chǎn)，所以型腔鋼材選用P20,對(duì)于成型塑件內(nèi)表面的型芯來(lái)說(shuō)，由于脫模時(shí)與塑件的磨損嚴(yán)重，因此選用P20，并進(jìn)行滲氮處理。4.3成型零件工作尺寸的計(jì)算根據(jù)參考文獻(xiàn)【1】式（3-15）（3-21）相應(yīng)公式中的平均尺寸法計(jì)算成型零件尺寸，塑件

21、公差按照塑件零件圖中給定的公差進(jìn)行計(jì)算。未注公差取公差等級(jí)為MT5。類別塑件尺寸/mm計(jì)算公式型腔或型芯工作尺寸/mm計(jì)算尺寸轉(zhuǎn)換尺寸型腔徑向尺寸30=0。5629.7150+0.1427=0.526.750+0.125深度尺寸4.5=0.241.5=0.20型芯徑向尺寸9=0.2824=0.4427=0.5深度尺寸1.5=0.206=0.24孔距孔中心距39 式中Scp是塑件的平均收縮率，查表（1）可得HIPE的收縮率為0.3%0.6%，所以平均收縮率Scp=0.0045。是相應(yīng)塑件的公差，由文獻(xiàn)【2】表2-8查詢。是塑件上的相應(yīng)制造公差，對(duì)于中小型塑件取。塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的標(biāo)注

22、如圖（10）所示。圖10塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的標(biāo)注5.凹模側(cè)壁厚度計(jì)算。根據(jù)參考文獻(xiàn)【2】表3-27與式3-54、3-55可得:型腔壁厚S=0.20L+17=0.28*58.5+17=28.7型腔模板長(zhǎng)度L=2S+2A+t型腔模板寬度N=2S+2B+t式中 L-型腔模板長(zhǎng)度 N-型腔模板的寬度 S-型腔至模板邊緣的壁厚 A-型腔長(zhǎng)度 B-型腔寬度 t-型腔間壁厚，一般?。?/4-1/3）S根據(jù)塑件尺寸已算得:型腔的長(zhǎng)度32mm,型腔的寬度26mm所以型腔模板的長(zhǎng)度L=300mm，因采用一模四腔且模板為方形，所以N=185mm。根據(jù)型腔的布置，初步估算模板平面尺寸選用300mm×300mm,比型腔布置尺寸大得多，所以滿足強(qiáng)度和剛度要求。6.脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)塑件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可采用推件板推出，推桿推出或推桿加推件板推出的綜合推出方式，具體退出方式根據(jù)脫模力計(jì)算來(lái)確定。6.1脫模力計(jì)算中間的體積最大為主型芯，根據(jù)參考文獻(xiàn)【1】式2-37和表2-12可得脫模力計(jì)算公式：式中k-脫模斜度系數(shù) 其中，-脫模斜度 Fc-脫模系數(shù)所以： =0.96則： 6.2 推出方式的確定（1）采用推桿推出推桿推出面積，設(shè)4mm的圓形推桿設(shè)置8根，則推出面積為：推桿推出應(yīng)力：（取為8m