畢業(yè)設計（論文）-塑料大口杯模具設計

1、緒 論此次的設計任務既大口水杯注射模具設計,模具模型擺在面前,如何才能以最快的速度設計出模具來,并降低本錢,首先應考慮CAD/CAM/CAE技術(shù)如何才能在設計中發(fā)揮其最主要優(yōu)勢,從最初的零件3D建模到最后的模具各局部零件的裝配，都完全依靠PRO/ENGINEER的各個模塊，因此設計的關(guān)鍵就是PRO/ENGINEER設計軟件在注射設計中的應用問題，并且由于該零件的尺寸及復雜程度，使得分模與型腔及型芯的設計工作變的尤為關(guān)鍵，為完成這次設計任務，我對該軟件的幾個常用模塊，特別是零件、曲面、工程圖及模具模塊進行了比擬深入的學習，借助PRO/ENGINEER，使設計工作到達 事半功倍的效果。根據(jù)當前注射

2、模具的開展要求，設計工作應廣泛運用CAD/CAM/CAE技術(shù)，提高模具精度、延長模具壽命、降低本錢，提高模具標準化水平和模具標準的使用率。為到達這一設計目標，次設計完成了以下工作：有產(chǎn)品的3D建模，借助PRO/ENGINEER設計軟件創(chuàng)立型腔、活塊以及其他零件，并自動生成所需要的零件工程圖；使用草圖和厚度檢測，評估零件；直接參照產(chǎn)品三維模型，創(chuàng)立分模曲面及滑快，再生成模具型腔組件動模、定摩；還利用PRO/ENGINEER的分析功能，進行拔模檢測，仿真模具開模順序，計算填充內(nèi)容、型腔曲面面積等，從標準模架選擇到產(chǎn)品輸入，全部采用2D化設計，可大大縮短模具設計周期。我在大口杯模具設計過程中，從零件

3、建模到型腔、型芯的設計、模架設計，根本做到了無圖紙化設計，這樣不但提高了模具的知道精度，而且能縮短設計時間，以確保我皚皚較短的時間內(nèi)完成設計。在設計過程中，本人遇到了不少的困難，但通過查閱相關(guān)資料、虛心請教以及和同學相互討論，尤其是指導老師的悉心指導，都一一把困難克服了。相信本設計能符合設計要求，順利完成畢業(yè)設計任務。由于文人知識水平不高，設計中肯定還會有不完善的地方，懇求老師們批評指正。第1章 零件材料的選擇及材料性能1.1 塑料制品的選材枯燥處理：如果儲存適當那么不需要枯燥處理。熔化溫度：160200，注意不要超過200。模具溫度：4080，建議使用50。結(jié)晶程度主要由模具溫度決定。注射壓

4、力：可大到80Mpa。注射速度：通常，使用高速注塑可以使內(nèi)部壓力減小到最小。如果制品外表出現(xiàn)了缺陷，那么應使用較高溫度下的低速注塑。流道和澆口：對于冷流道，典型的流道直徑范圍是47mm。建議使用通體為圓形的注入口和流道。所有類型的澆口都可以使用。典型的澆口直徑范圍是11.5mm，但也可以使用小到0.7mm的澆口。對于邊緣澆口，最小的澆口深度應為壁厚的一半；最小的澆口寬度應至少為壁厚的兩倍。PP材料完全可以使用熱流道系統(tǒng)。1.2 PP材料的注射工藝參數(shù)注射時間 05s 高壓時間 2060s 冷卻時間 1550s 成型周期 40120s1.3 化學和性能聚丙烯PP作為熱塑塑料聚合物于1957年開始

5、商品化生產(chǎn)，是有規(guī)立構(gòu)聚合物中的第一個。一直是增長最快的主要熱塑性塑料。在熱塑性塑料領(lǐng)域內(nèi)有十分廣泛的應用，特別是在纖維和長絲、薄膜擠壓、注塑加工等方面。 PP是以金屬有機有規(guī)立構(gòu)催化劑ZieglerNatta型，使丙烯單體在控制的溫度和壓力條件下合成的。因所用催化劑和聚合工藝不同，所得聚合物的分子結(jié)構(gòu)有三種不同類型的立體化學結(jié)構(gòu)，數(shù)量也不一樣。這三種結(jié)構(gòu)是指等規(guī)聚合物、間規(guī)聚合物和無規(guī)聚合物。在等規(guī)聚丙烯中，甲基原子團都處在聚合物骨架的同一側(cè)，這一結(jié)構(gòu)很容易形成結(jié)晶態(tài)。等規(guī)形式的結(jié)晶性賦予它良好的抗溶劑和抗熱性能。在前十年期間所用的催化劑技術(shù)使非等規(guī)異構(gòu)體的生成到達最少程度，消除了對無價值的

6、無規(guī)組分進行別離的必要性，簡化了生產(chǎn)步驟 塑件的尺寸與公差 塑件尺寸的大小受制于以下因素：取決于用戶的使用要求。受制于塑件的流動性。受制于塑料熔體在流動充填過程中所受到的結(jié)構(gòu)阻力。 塑件尺寸公差標準影響塑件尺寸精度的因素主要有：塑料材料的收縮率及其波動。塑件結(jié)構(gòu)的復雜程度。模具因素含模具制造、模具磨損及壽命、模具的裝配、模具的合模及模具設計的不合理所可能帶來的形位誤差等。成型工藝因素模塑成型的溫度T、壓力p、時間t及取向、結(jié)晶、成型后處理等。成型設備的控制精度等。其中，塑件尺寸精度主要取決于塑料收縮率的波動及模具制造誤差。題中沒有公差值，那么我們按未注公差的尺寸許偏差計算，查表取MT5。 塑件

7、的外表質(zhì)量塑件的外表質(zhì)量包括塑件缺陷、外表光澤性與外表粗糙度，其與模塑成型工藝、塑料的品種、模具成型零件的外表粗糙度、模具的磨損程度等相關(guān)。模具型腔的外表粗糙度通常應比塑件對應部位的外表粗糙度在數(shù)值上要低1-2級。 體積估算：V塑= m2第2章 塑料注塑成型模具設計2.1 注塑機類型的選擇塑機是一種專用的塑料成型機械，它利用塑料的熱塑性，經(jīng)加熱融化后，加以高的壓力使其快速流入模腔，經(jīng)一段時間的保壓和冷卻，成為各種形狀的塑料制品。注塑機的電能消耗主要表現(xiàn)在以下幾個局部：液壓系統(tǒng)油泵的電能消耗 ，加熱器的電能消耗 循環(huán)冷卻水泵的電能消耗在注塑車間內(nèi)，一般多臺注塑機共用一臺冷卻水泵，其中液壓油泵電機

8、的用電量占整個注塑機用電量的80%以上，所以降低其耗電量是注塑機節(jié)能的關(guān)鍵。2.2 注射機有關(guān)工藝參數(shù)的校核本次選注射機為上海橡塑機廠的XS-ZY-500臥試注塑機。查表注射壓力為104MPa，合模力為350104N，注射方式為螺桿式，噴嘴球半徑R為18mm，噴嘴口直徑為7.5mm一般工廠的塑膠部都擁有從小到大各種型號的注射機。中等型號的占大局部，小型和大型的只占一小局部。所以我們不必過多的考慮注射機型號。具體到這套模具第3章 成型零件的設計分型面位置選擇的總體原那么，是能保證塑件的質(zhì)量、便于塑件脫模及簡化模具的結(jié)構(gòu)，分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件

9、位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比擬具體可以從以下方面進行選擇。a)分型面應選在塑件外形最大輪廓處。b)便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊。c)保證塑件的精度要求。d)滿足塑件的外觀質(zhì)量要求。e)便于模具加工制造。f)對成型面積的影響。g)對排氣效果的影響。h)對側(cè)向抽芯的影響。圖3-1 型腔3.2 成型零件的結(jié)構(gòu)形式模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等 凹模結(jié)構(gòu)設計凹模是成型產(chǎn)品外形的主要部件。 其結(jié)構(gòu)特點：隨產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和模具的加工方法而變化。 鑲拼的組合方式的優(yōu)點：

10、對于形狀復雜的型腔，假設采用整體式結(jié)構(gòu)，比擬難加工。所以采用組合式的凹模結(jié)構(gòu)。同時可以使凹模邊緣的材料的性能低于凹模的材料，防止了整體式凹模采用一樣的材料不經(jīng)濟，由于凹模的鑲拼結(jié)構(gòu)可以通過間隙利于排氣，減少母模熱變形。對于母模中易磨損的部位采用鑲拼式，可以方便模具的維修，防止整體的凹模報廢。組合式凹模簡化了復雜凹模的機加工工藝，有利于模具成型零件的熱處理和模具的修復，有利于采用鑲拼間隙來排氣，可節(jié)省貴重模具材料圖3-2凹模 型芯結(jié)構(gòu)設計整體嵌入式型芯，適用于小型塑件的多腔模具及大中型模具中。最常用的嵌入裝配方法是臺肩墊板式，其他裝配方法還有通孔螺釘聯(lián)接式，沉孔螺釘聯(lián)接式。圖3-3型芯3.3 成

11、型零件的強度計算圖3-4成型零件 外型尺寸根據(jù)公式 ：LM=D1M= =D2M= =根據(jù)公式 ：HM=H1M=H2M= = 內(nèi)腔尺寸根據(jù)公式 ：M=1m= = 2m=57.1553m=根據(jù)公式 ：M=1M= =102.2272M=第4章 澆注系統(tǒng)的設計4.1 澆注系統(tǒng)設計的根本要點(1).結(jié)合型腔布置考慮，盡可能采用平衡式分流道布置；(2)盡量縮短熔體的流程，以便降低壓力損失、縮短充模時間；(3)澆口尺寸、位置和數(shù)量的選擇十分關(guān)鍵，應有利于熔體流動、防止產(chǎn)生湍流、渦流、噴射和蛇形流動，并有利于排氣和補縮；(4)防止高壓熔體對模具型芯和嵌件產(chǎn)生沖擊，防止變形和位移的產(chǎn)生；(5)澆注系統(tǒng)凝料脫出應

12、方便可靠，凝料應易于和制品別離或者易于切除和整修；(6)熔接痕部位與澆口尺寸、數(shù)量及位置有直接關(guān)系，設計澆注系統(tǒng)時要預先考慮到熔接痕的部位、形態(tài)，以及對制品質(zhì)量的影響；(7)盡量減少因開設澆注系統(tǒng)而造成的塑料凝料用量；(8)澆注系統(tǒng)的模具工作外表應到達所需的硬度、精度和外表粗糙度，其中澆口應有IT8 以上的精度要求；(9)設計澆注系統(tǒng)時應考慮儲存冷料的措施；(10)盡可能使主流道中心與模板中心重合，假設無法重合應使兩者的偏離距離盡可能小。由于該模具是一模一腔，中心澆口，所以澆注系統(tǒng)主要計算主流道。 主流道的設計主流道是一端與注射機噴嘴相接觸，可看作是噴嘴的通道在模具中的延續(xù)，另一端與分流道相連

13、的一段帶有錐度的流動通道。(1)主流道(澆口套內(nèi)徑)呈圓錐形，錐度2-6。(2)主流道進口的直徑d 應比注射機噴嘴孔直徑d1 大mm。假設等于或小于注射機噴嘴直徑， 在注射成型時會造成死角，并積存塑料，注射壓力下降，塑料冷凝后，脫模困難。(3)主流道內(nèi)孔出料口處大端應設計成圓角r，一般為3mm。(4)主流道長度主流道長度應盡量短，可以減少冷料回收量，減少壓力損失和熱量損失。(5)主流道常開設在可拆卸的主流道襯套上；其材料常用T8A，熱處理淬火后硬度5357HRC。(6)主流道錐度內(nèi)壁外表粗糙度為RaRa0.8m,保證料流順利，易脫模4.3 澆口套澆口套是位于流道與成形空間的小通道：澆口的位置、

14、數(shù)量、形狀、尺寸等是否適宜，直接影響到成形品的外觀、尺寸精度、物理和成形效率。4.4 冷料穴冷卻的料在進行加工生產(chǎn)時，由于料嘴前面會有冷膠用慢速把冷膠推到冷料穴里不讓冷料跑到外殼外表上形成不良。冷料井的位置通常位于主流與分流道交叉處,因此,其作用在于使前一模留存於射嘴前端較冷的原料先進入此區(qū),而使溫度較均勻的熔融原料進入模穴內(nèi),如此,就可以使成品成型密度及品質(zhì)較為均勻。4.5 排氣系統(tǒng)的設計排出充模熔料中的前鋒冷料和模具內(nèi)的氣體等 引氣設計對于一些大型深腔殼形制品，注射成形后，整個型腔由塑料填滿，型腔內(nèi)氣體被排出，此時制品的包容面與型芯的被包容面根本上構(gòu)成真空，當制品脫模時，由于受到大氣壓的作

15、用，造成脫模困難，如采用強行脫模，勢必使制品發(fā)生變形或損壞，因此必須加引氣裝置。 該套模具的排氣方式一般為0.030.05mm。 第5章導向機構(gòu)的設計 導柱導向機構(gòu)的根本要點小型模具一般只設置兩根導柱，當其元合模方位要求，采用等徑且對稱布置的方法，假設有合模方位要求時，那么應采取等徑不對稱布置，或不等徑對稱布置的形式。大中型模具常設置三個或四個導柱，采取等徑不對稱布置，或不等徑對稱布置的形式。導向零件應合理分布在模具的周圍或靠近邊緣部位；導柱中心到模板邊緣的距離一般取導柱固定端的直徑的11.5倍；其設置位置可參見標準模架系列。導柱常固定在方便脫模取件的模具局部；但針對某些特殊的要求，如塑件在動

16、模側(cè)依靠推件板脫模，為了對推件板起到導向與支承作用，而在動模側(cè)設置導柱。為了確保合模的分型面良好貼合，導柱與導套在分型面處應設置承屑槽；一般都是削去一個面，或在導套的孔口倒角，導柱工作局部的長度應比型芯端面的高度高出68mm，以確保其導向作用。應確保各導柱、導套及導向孔的軸線平行，以及同軸度要求，否那么將影響合模的準確性，甚至損壞導向零件。導柱工作局部的配合精度采用H7/f7低精度時可采用H8/f8或H9/f9；導柱固定局部的配合精度采用H7/k6或H7/m6。導套與安裝之間一般用H7/m6的過渡配合，再用側(cè)向螺釘防止其被拔出。對于生產(chǎn)批量小、精度要求不高的模具，導柱可直接與模板上加工的導向孔

17、配合。通常導向孔應做志通孔；如果型腔板特厚，導向孔做成盲孔時，那么應在盲孔側(cè)壁增設通氣孔，或在導柱柱身、導向孔開口端磨出排氣槽；導向孔導滑面的長度與外表粗糙度可根據(jù)同等規(guī)格的導套尺寸來取，長度超出局部應擴徑以導柱的選定。 導套的要求直導套常應用于簡單模具或模板較薄的模具；型帶頭導套主要應用于復雜模具或大、中型模具的動定模導向中；型帶頭導套主要應用于推出機構(gòu)的導向中。第6章 塑料脫模機構(gòu)的設計6.1 脫模機構(gòu)設計的總體原那么(1)塑件滯留于動模邊, 以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置,完成脫模動作,致使模具結(jié)構(gòu)簡單. (2)防止塑件變形或損壞,正確分析塑件對模腔的粘附力的大小及其所在部位,有針對性地選

18、擇適宜的脫模裝置,使推出重心與脫模陰力中心相重合由于塑料收縮時包緊型芯,因此推出力應施于逆件剛性和強度最大的部位,作用面積也應盡可能大一些以防塑件變形或損壞. (3)力求良好的塑件外觀,在選擇頂出位置時,應盡量設在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗庥^影響不大的部位在采用推桿脫模時,尤其要注意這個問題. (4)結(jié)構(gòu)合理可靠,脫模機構(gòu)應工作可靠,運動靈活,制造方便,更換容易,且具有足夠的強度和剛度。 整個開模過程整個開模過程分四個階段：第一次分型時，由于彈簧的作用，使得在定模推板和定模座板分開一段距離，定模推板將塑件從型芯上脫出，同時進行側(cè)抽芯動作，直到限位拉桿限位，第二次分型時，動模板和定模板分開一段距離，直到

19、固定在定模板上的擋塊被拉鉤鉤住，塑件從型腔中被拉出；第三次分型時，固定板和墊塊分開，鍥柱脫離鎖緊狀態(tài)，彈動一段距離后在拉桿帶動下，回轉(zhuǎn)型腔轉(zhuǎn)動開模，塑件從型腔脫落；之后壓塊將拉鉤壓下，脫離擋塊限制，模具得以在第二次分型處徹底翻開，完成塑件的脫模動作。6.3開模行程與推出機構(gòu)的校核對雙分型面注射模，開模行程為：S機H=H1+H2+a+(510)mm式中，H1為塑件推出距離 H2包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度 S機注射機移動板最大的行程 H所需開模行程 a中間板與定模分開距離其開模行程H應小于動模移動板與定模固定板之間的最大距離S0減去模具厚度H1，即，HS0-H1對于雙分型面注射模HS0-圖6-1裝

20、配圖第7章冷卻系統(tǒng)的設計注射模設計溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的，就是要通過控制模具溫度，使注射成形具有良好的產(chǎn)品質(zhì)量和較高的生產(chǎn)率。7.1 冷卻系統(tǒng)(1)一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200C 左右，而制品固化后從模具型腔中取出時其溫度在60C以下。熱塑性塑料在注射成形后，必須對模具進行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡快地傳給模具，以使塑料可靠冷卻定型并可迅速脫模。(2)對于粘度低、流動性好的塑料例如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龍66 等，因為成形工藝要求模溫都不太高，所以常用常溫水對模具進行冷卻。7.2 冷卻介質(zhì)有冷卻水和壓縮空氣，但用冷卻水較多，因為水的熱容量大，傳熱系數(shù)大，本錢低。用水冷卻，即在模具

21、型腔周圍或內(nèi)部開設冷卻水道。7.3 冷卻裝置的布置(1)定模局部由于有流道的通過，故應加強冷卻，把兩條冷卻水路布置在靠近流道的位置。(2)對于動模局部的冷卻水路，由于動模局部推桿、推管布置較多且較密集，為了防止與之產(chǎn)生干預，故開設四條冷卻水路。冷卻水直徑：8mm，冷卻水的流速7.4 冷卻系統(tǒng)考核 .1 塑料傳給模具的熱量根據(jù)公式：Q=nmq式中Q單位時間內(nèi)塑料傳給模具的熱量kJ/h；n每小時的注射次數(shù)；m每次注射的塑料量，包括澆注系統(tǒng)kg；q單位時間的塑料在型腔內(nèi)散發(fā)的熱量kJ/kg，q值由下式得到：q=Cp(1-0)式中：Cp塑料的比熱容kJ/kgk其值查?實用模具技術(shù)手冊?表12-3；1塑

22、料熔體充模的溫度C; 0塑件脫模的溫度C。n=3600/40=90m=1878kgCp=1.47kJ/kgk1=200C0=60C18781.47200-60=347.843kJ/h.2 由冷卻水帶走的熱量根據(jù)公式：Qw=95%Q式中：Qw單位時間內(nèi)模具由冷卻水帶走的熱量kJ/h；Q單位時間塑料傳給模具的熱量kJ/h。那么Qw=0.95347.843=330.451KJ/h.3 熱傳導面積冷卻水道表壁的面積根據(jù)公式4:Aw= Qww式中：Aw熱傳導面積冷卻水道表壁的面積m2；hw冷卻水對其管壁的穿熱系數(shù)；模具型腔外表的平均溫度與冷卻水的平均溫度的差值C，其中冷卻水的平均溫度是指冷卻水進口與出口

23、的溫度平均值。hw=20411+0.015 Qw-V/dw式中：dw冷卻水道直徑；V冷卻水的流速m/s；Qw冷卻水的平均溫度C。Qw=330.451kJ/hhw/8=20411.61.=10C那么Aw24m2 冷卻水管總長度 Lw=Aw/dw式中:Lw冷卻水管總長度。 Lw24=0.096m工藝卡片制品名稱大口杯預熱和枯燥溫度t(C)90注射壓力PMPa70-100制品材料PP時間r(h)1注射時間t注(s)0-5制品體積3料筒溫度t(C)前段160-180保壓時間t保(s)20-60制品質(zhì)量中段180-200冷卻時間t冷(s)15-50投影面積2后段200-220生產(chǎn)周期t(s)40-120

24、成型方法注射成型噴嘴溫度t(C)后處理注射機類型螺桿式模具溫度t(C)80-90制造批量中等批量總結(jié)通過實習我綜合運用塑料模具設計、機械制圖、公差與技術(shù)測量、機械原理及零件、模具材料及熱處理、模具制造工藝等先修課程的知識，分析和解決塑料模具設計問題，進一步穩(wěn)固、加深和拓寬所學的知識；使我逐步樹立正確的設計思想，增強創(chuàng)新意識和競爭意識，根本掌握塑料模具設計的一般規(guī)律，培養(yǎng)出了分析問題和解決問題的能力；通過計算、繪圖和運用技術(shù)標準、標準、設計手冊等有關(guān)設計資料，進行塑料模具設計全面的根本枝能訓練，為畢業(yè)打下一個良好的根底。在設計過程中，本人遇到了不少的困難，但通過查閱相關(guān)資料、虛心請教以及和同學相互討論，尤其是指導老師的悉心指導，都一一把困難克服了。相信本設計能符合設計要求，順利完成畢業(yè)設計任務。由于文人知識水平不高，設計中肯定還會有不完善的地方，懇求老師們批評指正。參考文獻1李海梅,申長雨.注塑成型及