洗发液瓶盖注塑模设计 毕业论文.doc

i 摘 要 本设计课题是洗发水瓶盖注塑模具的辅助设计与制造，分为注塑模具三维设计和 二维装配图及零件图三部分。塑料瓶盖的材料选用聚丙烯。首先用 pro/e 进行洗发水 瓶盖的三维造型，利用 cad/cae 作出辅助分析，通过查阅各种资料，完成包括形状 及尺寸方面的数据运算，然后根据洗发水瓶盖的结构特点设计了模具的型芯、型腔、 脱模及整体结构。此模具的结构较为复杂，动模和定模都采用了镶拼结构。由于生产 批量较大，采用一模两腔、对排的布置方式。由于聚丙烯对热较敏感，且此塑件的壁 厚较薄，经过计算此设计可以不必加设冷却水道。此外，为了缩短模具的生产周期， 提高生产率，本设计在很多地方采用标准件，例如模架，导柱导套。在此基础上，应 用 cad 软件画出整个注塑模具的装配图以及零件图，并标注完全。最后完成整套模 具的设计，可以对实际生产起到指导作用。 关键词：洗发水瓶盖；注塑模；聚丙烯；型芯；型腔 ii abstract this issue is the assisted design and manufacturing of the injection mold of cap of shampoo bottle, which is including three-dimensional design of injection mold and two- dimensional map of assembly and parts drawings. shampoo bottle is made of polypropylene. first pro/e is used to form three-dimensional shape of the cap of shampoo bottle, cad/cae makes an assisted analysis. after reading a variety of available information, the data computation of the shape and size could be completed. and then the cap of shampoo bottle in accordance with the structural characteristics of the design of the mold the core, cavity, and the overall structure of molding. the structure of this mold is rather complex, the dynamic and determined mold are both adopted composite structure. due to the larger quantities of production, a two-mode cavity is used, the arrangement of row. as the polypropylene is more sensitive to heat, and the thinner wall thickness of plastic parts, in this design can be calculated do not need additional cooling water. in addition, in order to shorten the production cycle of mold, and improve productivity, the design adopts standard in many places , such as mold, lead guide sets of columns. based on that, the application of cad software to draw the entire injection mold assembly, as well as parts of the map, and marked completely. finally, a complete set of mold is designed, which can play a guiding role in the actual production. keywords: cap of shampoo bottle；injection mold；polypropylene；core；cavity 目 录 摘要 .i abstract .ii 第 1 章 绪论 1 1.1 概述 1 1.2 设计目的及意义 1 1.3 我国塑料模具在工业中现状及展方向 1 1.3.1 塑料模具市场情况 .2 1.3.2 塑料模具水平及发展趋向 .2 1.4 存在的问题 3 1.5 发展展望 4 1.6 设计的研究设想及研究方法 5 1.7 设计的结果及意义 5 第 2 章 分型面位置以及型腔数量和排列方式的确定 .6 2.1 塑件的分析 6 2.2 塑件材料的选择 6 2.2.1 丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物(abs) 6 2.2.2 聚苯乙烯(ps) 7 2.1.3 聚丙烯(pp) 7 2.3 注射工艺选择 9 2.3.1 温度 .9 2.3.2 压力 .9 2.4 聚丙烯的用途 10 2.5 分型面位置的确定 11 2.5.1 分型面的基本形式 .11 2.5.2 选择分型面的基本原则 .12 2.6 确定行腔数目和排列方式 12 2.6.1 行腔数量的确定 .12 2.6.2 型腔排列方式的确定 .12 2.7 本章小结 13 第 3 章 注射机的选定 .14 3.1 注射量的计算 14 3.2 初选注射机的型号和规格 14 3.3 注射机有关工艺参数的校核 14 3.3.1 注射量的校核 .14 3.3.2 注射压力的校核 .16 3.3.3 模具闭合厚度的校核 .16 3.3.4 注射机最大开模行程与模无关时的校核 .16 3.3.5 脱模距与模板行程的校核 .17 3.4 本章小结 17 第 4 章 浇注系统的设计 .18 4.1 浇注系统设计的基本要点 18 4.2 主流道的设计 18 4.2.1 主流道的作用 .18 4.2.2 主流道的设计要点 .19 4.2.3 浇口套结构形式 .19 4.3 浇口的设计 20 4.3.1 浇口的作用 .20 4.3.2 浇口的类型 .20 4.3.3 浇口设计基本要点 .20 4.4 冷料穴 21 4.5 排气槽 21 4.6 本章小结 21 第 5 章 成型零件的设计及模架的选择 .22 5.1 成型零件的结构设计 22 5.1.1 凹模结构设计 .22 5.1.2 凸模(型芯)设计 .22 5.2 型腔型芯工作尺寸计算 23 5.2.1 工作尺寸的分类和规定 .23 5.2.2 塑件尺寸精度的影响因素 .23 5.2.3 成型零部件工作尺寸的计算 .23 5.3 模架的选择 25 5.4 本章小结 25 第 6 章 注射模的导向及脱模推出机构设计 .26 6.1 导向机构的设计 26 6.1.1 导柱导向机构 .26 6.1.2 导柱的数量和布置 .27 6.2 脱模推出机构设计 27 6.2.1 脱模机构的分类及设计原则 .27 6.2.2 脱模机构的设计原则 .27 6.2.3 脱模力的计算 .28 6.3 脱模机构设计 29 6.3.1 顶杆的设计 .29 6.3.2 复位杆的设计 .30 6.4 本章小结 30 第 7 章 温度调节系统的设计 .31 7.1 温度调节的必要性 31 7.1.1 温度调节对塑件质量的影响 .31 7.1.2 温度对生产效率的影响 .32 7.2 模具冷却系统设计 32 7.2.1 影响模具冷却的因素 .32 7.2.2 冷却装置设计应考虑 .32 7.3 冷却系统的形式 32 7.4 冷却装置设计 32 7.4.1 冷却装置的形式 .32 7.4.2 冷却的计算 .33 7.5 本章小结 33 结论 34 参考文献 .35 致谢 36 附录 .37 1 第 1 章 绪 论 1.1 概述 本题目为洗发液瓶盖模具设计，采用注射模具加工成型，注射成型周期短，加工 效率高，利于洗发液瓶盖这类小制件的大批量生产。利用注塑模具生产洗发液瓶盖是 此次设计的主要内容，同时通过查阅各种资料，完成包括形状及尺寸方面的数据运算， 利用 pro/e 三维作图软件作图，cad/cae 做出辅助分析，完成洗发液瓶盖所需注塑 模具的装配图和零件图，以及详细的说明。通过此次设计熟悉注塑模具的发展现状， 把大学里所学的知识系统的应用到实际。 1.2 设计目的及意义 随着人们水平的不断提高，使用洗发液的人也越来越多，洗发液瓶盖也随之推广 使用，因此洗发液瓶盖的发展前景越来越广阔。如何经济、技术的设计洗发液瓶盖模 具成为一个重要的研究课题。在实际生产中，洗发液瓶盖采用的原料为 pp。加工时， 一般采用注塑模具加工。塑料件具有比重小、耐水、耐化学腐蚀、外型美观等优异性 能。 在现代制造业中，塑料已成为成型加工的主要材料，注塑制品广泛用作装饰件、 结构件、功能件及其他的用途等工业领域。由于注塑件的质量很大程度上取决于模具 的设计与制造，而注塑件千变万化，注塑模结构复杂多变，所以注塑模设计是一项非 常复杂的知识密集型产业，同时激烈的市场竞争带来越来越快的更新换代，对注塑模 的设计和制造提出了更高的要求。 预计今后随着微型计算机的普及和汽车的轻型化，塑料制件的适用范围将会越来 越大，塑料工业的生产量也将会迅速增长。塑料的应用将会覆盖国民经济所有部门， 尤其在尖端科学技术领域中占有越来越重要的位置。 1.3 我国塑料模具在工业中现状及展方向 塑料模具的发展是随着工业的发展而发展的。近年来，人们对各种设备和用品 轻量化要求越来越高，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。塑料制品要发展，必 然要求塑料模具也随着发展。汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料、电子通 信等塑料制品主要用户行业近年来都高位运行，发展迅速。塑料模具也快速发展。 2 2000年。我国(未包括港澳台统计)塑料模具产值约100亿元。2004年，以发展到220亿 元，4年平均增长率为21%，高于模具行业总体发展速度近4个百分点。 80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导 下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿， 至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%左右。在未来的模具市场 中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。 1.3.1 塑料模具市场情况 我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方向都有了很大的 发展，但与国民经济发展需要和世界先进水平相比，差距仍然很大。一些大型、精密、 复杂、长寿命的中高档塑料模具，每年仍然大量进口。在总量供不应求的同时，一些 低档的塑料模具已经供过于求，市场竞争激烈，一些技术含量不太高的中档塑料模具 业有一些趋向于供过于求。 1.3.2 塑料模具水平及发展趋向 近年来，我国塑料模具水平已有较大的提高。大型塑料模具已能生产单套重量达 50t以上的注塑模，精密注塑模的精度已经可以达到 3um,制件精度为0.5um的小模数齿 轮模具，已达到高光学要求的车灯模具等已能生产，多腔塑料模已能生产一模7800腔 的塑料膜，高速模具方面已能生产4m/min以上挤出速度的告诉塑料异型材挤出模及 主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤，后共挤、再生料共挤出和低发泡钢共挤等各 种模具。在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高。cad/cae/cam技术 的应用面已大为扩大，高速加工及rp/rt 等先进技术的采用已越来越多，模具标准件 使用覆盖率及模具商品化率都已有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大的提 高，三资企业蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高。 经过几年的发展，在塑料模具的开发，结构和企业管理等方面已显示出了一些新 的趋向，先综合如下： 1.模具的质量、周期、价格、服务四要素中，已有越来越多的用户将周期放在首 位，要求模具尽快交货，这已成为一种趋势，为满足用户的这一需求，各方面的工作 必须跟上。 2.大力提高开发能力，将开发工作尽量往前推，直至介入到模具用户的产品开发 中去，甚至在尚无明确的用户对象之前进行开发(这需要在有较大的把握和敢冒一定 的风险的情况下进行的)，变被动为主动。目前，电视机和显示器外壳、空调器外壳、 摩托车塑件等已经采用这种方法，手机和电话机模具开发也已开始尝试。这种做法打 破了长期以来模具厂只能等有了合同，才能根据用户要求进行模具设计的被动局面。 3 事实证明，这种做法不仅是模具厂变被动为主动，而且对开发业务和缩短模具生产周 期也十分有利，受到用户的欢迎。青岛海尔模具公司等企业的“你给我一个概念，我 还你一个产品”的一站式服务模式及太仓求精模塑公司和浙江陶氏模具集团有限公司 等企业主动开发的办法已经被越来越多的企业所接受，这可能也是今后发展的一种趋 向。 3.随着模具企业设计和加工水平的提高，过去以钳工为核心，大量依靠技艺的现 象已有了很大变化。在某种意义上说：“模具是一种工艺品”的概念已逐渐被“模具 是一种高新技术工业产品”所替代，模具“上下模单配成套”的概念正在被“只装不 配”的概念所替代。模具正从长期以来主要依靠技艺而变为今后主要依靠技术。这不 但是一种生产手段的改变，也是一种生产方式的改变，更是一种观念的改变。这一趋 向使得模具标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例 越来越低，最终促使整个模具工业水平不断提高，正在被社会所接受。我国模具行业， 目前已有4个国家级高新技术企业，近百个省市级高新技术企业。与此趋向相适应， 生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐变为技术型人才是十分必要的。当然，目 前及相当长的一段时间内，技艺型人才仍是十分重要的，因为模具毕竟难以完全摆脱 对技艺的依靠。 4.模具企业及模具生产正在向信息化方面迅速发展，这也是一种趋向。21世纪， 信息越来越多，信息技术越来越先进发达，信息已与人们的生产和生活休戚相关。在 目前的信息社会中，高水平的模具，现代模具企业，单单只是cad/cam的应用已远 远不够。目前许多企业已经采用的cae,pdm,capp ,kbe,kbs,re,cims,erp等技 术及其他许多先进制造技术和虚拟网络技术等都是信息化的表现，向信息化方向发展 这一趋向已被行业所公认。 5.随着人类社会的不断进步，模具必然会向着更广泛的领域和更高水平发展。现 在能把握机遇，开拓市场，不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具 的企业日子普遍好过，使自己生产的模具向高水平发展，不断提高自己的综合素质和 整体实力及进入国际市场的竞争力。 6.世界上工业发达国家的模具工业正加速向我国转移，其表现形式：一是迁厂， 二是投资，三是采购，这一趋向虽然并非这几年才有，但近几年更加明显。我们应该 抓住机遇，加快发展步伐。 1.4 存在的问题 我国塑料模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，主要存在 6 个方面的问题。 4 1.发展不平衡，产品总体水平较低，虽然个别企业的产品已达到相当高的水平， 个别企业的部分产品已达到或接近国际水平，但总体来看，模具的精度，型腔表面的 粗糙度，生产周期，寿命等指标与国外先进水平相比上有较大的差距。包括生产方式 和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有 10 年以上的差距。 2.工艺装备落后，组织协调能力差。虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺 装备水平已比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外，但大部分企业的 工艺装备仍比较落后，更主要的是我们的企业组织协调能力差，难以整合或调动社会 资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。 3.大多数企业开发能力弱，一方面是技术人员比例低，水平不够高，另一方面是 科研开发投入少，更重要的是观念落后对开发不够重视。模具企业不但要重视模具开 发，而且要重视产品开发。 4.管理落后更甚于技术落后。技术落后往往容易看到，管理落后有时却难以意识 到。国内外模具企业管理上的差距十分明显，管理的差距所带来的问题往往比技术上 的差距更为严重。同一个企业，设备不变，人员不变，管理一变立竿见影，这样的例 子并不少见。 5.供需矛盾一时还难以解决。2004 年，国产塑料模具国内市场满足率不足 74%， 其中大型，精密，长寿命模具满足率还要低，估计不足 60%。同时，工业发达国家的 模具正在加速向我国转移，国家采购越来越多，国际市场前景很好。市场需求旺盛， 生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。 6.体制和人才问题的解决尚待时日。在社会主义市场经济中，竞争性行业，特别 是像模具这样依赖于特殊用户，需单件生产的行业，国有和集体所有制原来的体制和 经营机制已越来越显得不适应。人才的数量和素质水平也跟不上行业的快速发展。虽 然各地都在努力解决这两个问题，但要得到较好解决尚待时日。 展望未来，由于国际、国内宏观环境良好，国内塑料模具各主要用户行业仍将以 较快速度发展，塑料模具也必将持续高速发展。目前存在的问题通过国内外交流与合 作。全行业的共同努力和各方面的支持，不久的将来，定会得到较好的解决。 1.5 发展展望 在信息化带动工业化发展的今天，我们既要看到成绩，又要重视落后，要抓住机 遇，采取措施，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，尽快提高塑料模具的水平，把 自己带入到国际市场中去，促进我国整个模具行业的快速发展。 随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模 具的要求也一定会越来越高。为了满足市场的需要，未来的塑料模具无论是品种、结 5 构、性能还是加工技术都比将会有较快的发展，而且这种必须跟上时代发展步伐。展 望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广。当然，这是需要 开拓、创新和做出艰苦努力的。 1.超大型、超精密，长寿命模具将得到发展。 2.多样材质、多种颜色，多层多腔，多种成型方法一体化的模具得到发展。 3.各种快速经济模具，特别是与快速成型相结合的 rp/rt 技术得到较快的发展。 4.模具设计、加工机各种管理奖项数字化，信息化方向发展， cad/cam/cae/capp 及 pdm 等等向智能化，集成化和网络化方向发展。 5.更加高速，更加高精度，更加智能化的各种模具加工设备将进一步得到发展与 推广应用。 6.更高性能及满足特殊用途的各种模具新材料将会不断发展，随之而来的也会产 生一种特殊的和更为先进的加工方法。 7.各种模具型腔表面处理技术，涂覆，修补，研磨和抛光的新工艺也会不断得到 发展。 8.逆向工程，并行工程，复合加工乃至虚拟技术将得到发展。 9.热流道技术将会迅速发展，气辅和其他注射成型工艺及模具业将会有所发展。 10.模具标准化程度将不断提高。 “十一五”期间，在科学发展观的指导下，广大 模具企业将进一步深化改革，下功夫搞好科技进步与创新，坚持走新型工业化道路， 将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型的轨道上来，模具工业必将获 得更好的发展。 1.6 设计的研究设想及研究方法 本设计已洗发液瓶盖为研究对象，通过对制件外型尺寸进行分析，材料选为聚丙 烯，确定模具设计方案。制件的三维实体由 pro/e 做出，根据原始塑料零件定义参 照模型，定义模具坯料，在参照模型上进行拔模检测，设置模具模型的收缩率，定义 分型面，定义体积块，以将模具分割成单独的元件，抽取模具体积块，以生成模具特 征。增加浇口，流道作为模具特征，填充模具型腔，以创建制模。创建浇铸件，定义 开模步骤，使用 cae 功能模块执行模流分析，估计模具的初步尺寸并选取合适模座， 最后完成模具工程图的制作。 1.7 设计的结果及意义 本次设计的目的是：通过测量实际制件的尺寸，利用三维制图软件得到之间的 三维模型，选择合适的注射机，浇注系统，标准模架，推出机构等等，最后利用 proe 6 画出模具的三维图纸，并在此基础上画出模具的装配图和零件图，完成设计说明书。 通过这次系统的设计，可以将大学的知识串联起来，完整的复习，并将其应用到实际。 7 第 2 章 分型面位置以及型腔数量和排列方式的确定 2.1 塑件的分析 塑件的分析：该塑件是一个洗发水瓶盖，属于小型复杂零件。材料选择为聚丙 烯，它柔韧性能好，伸缩率较高，塑件分上下盖两部分；可以开合。外观要求光滑。 如图所示，塑件壁厚为 0.8mm。属于塑料制件，生产批量大。其中部分尺寸在实件体 零件图里有标注。该零件分为两部分，图 2.1 是用 pro/e 创建的零件。 图 2.1 制件的三维立体图 2.2 塑件材料的选择 选择材料的合适与否关系着这个设计的成败与否，所以应慎重选择：几种典型的 材料进行比较选取。 2.2.1 丙烯腈一丁二烯一苯乙烯三元共聚物(abs) abs 外观是淡黄色非晶态树脂，不透明，密度与聚苯乙烯基本相同。abs 具有 良好的综合物理力学性能，耐热，耐磨，耐油，尺寸稳定，加工性能优良，具有三种 单体所赋予的优点，其中丙烯腈赋予材料良好的刚性，硬度，耐油性耐寒性：苯乙烯 赋予材料刚性 硬度，光泽性和良好的加工流动性，改变三组分比例可以调节材料性 能。 abs 为无定型聚合物，无明显熔点，融融流动温度不太高随所含三种单体比例 不同，在 160c-190c 度具有充分的流动性，且热稳定性好在高于 285时才出现分 解现象，因此加工温度范围较宽。abs 熔体具有明显的非牛顿性，提高成型压力可 以使熔体粘度明显减小。粘度随温度升高也会明显下降。abs 吸湿性稍大于聚苯乙 8 烯，吸水率在 0.2%0.45%之间，但由于熔体粘度不高，对于要求不高的制品，可以 不经干燥，但干燥可使制品具有良好的表面光泽并可改善内在质量，在 80-90一下 干燥 2-3 个小时，可以满足各种成型要求。abs 具有较小的成型收缩率，收缩率变化 最大范围约为 0.3%-0.8%。在多数情况下，其变化不小于该范围。注塑是 abs 塑料 最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑机，但更常用螺杆式注塑机，后者更适于形 状复杂制品，大型制品成型。 2.2.2 聚苯乙烯(ps) 聚苯乙烯是无色无味的透明刚硬固体，制品郑地时有金属般鸣响，聚苯乙烯透 光率不低于 80%，雾度约为 3%,折射率较大，在 1.5%-1.6%之间，具有特殊光亮，但 储存容易泛黄，泛黄的原因之一是单体纯度不够，特别是在含微量元素时，二是聚合 物在空气中缓慢老化引起发黄，聚苯乙烯较轻，密度在 1.04-1.05 之间。 1.力学性能 聚苯乙烯在热塑性塑料中属于典型的硬而脆材料，拉伸，弯曲等常 规力学性能高于聚苯烃，拉伸时无明显屈服现象 2.热学性能 聚苯乙烯分子链虽是刚性链，但由于是无定型结构 超过玻璃花温 度即开始软化，软化点为 95左右，许多力学性能都受到温度升高的明显影响。最 高连续实用温度仅 60-80。120时开始成为熔体。180时开始具有流动性，其热 稳定性较好，超过 300才开始分解，因此聚苯乙烯具有较高的成型加工区间 3.电性能 聚苯乙烯是非极性聚合物，具有优异的介电，电绝缘性能，由于吸 湿性很小，电性能也不变环境温度改变的影响 4.加工工艺性：吸湿性很小，加工前一般不需要与专门的干燥工序，成型温度范 围较宽。收缩率及其变化范围都很小 一般在 0.2%0.8%，有利于成型尺寸精度较高 和尺寸稳定性的制品。聚苯乙烯制品容易产生内应力 并且在空气中缓慢老化引起发 黄，很明显不适合选用。 2.2.3 聚丙烯(pp) 聚丙烯，俗称百折胶，是继尼龙之后发展到的又一种树脂品种，它是一种高密度， 无侧链，高结晶体的聚合物。是一种半透明，半晶体的热塑性塑料，聚丙烯按其结晶 度可以分为等规聚丙烯和无归聚丙烯。常用的聚丙烯原料是等规聚丙烯，聚丙烯具有 优良的综合性能，具有高强度，绝缘性能好，吸水率低，热变形温度高，密度小，结 晶度高等特点。有着良好的硬度和刚性，具有高抗蠕变和应力松弛能力，优良的耐磨 性，自润滑性，耐疲劳性，是其它工程材料不能相比的。 1.聚丙烯的特性 (1) 物理性能：纯聚丙烯是透明的象牙白色，蜡状，无毒，无味的乳白色高结晶 9 聚合物，密度为 0.9-0.91g/cm，是通用塑料中最轻的一种。成型收缩率：1.0-2.5%， 对水特别稳定，24 小时在水中的吸水率为 0.01%，成形性好，但收缩率大，制品壁厚 制品容易凹陷。制品表面光泽度好，容易着色。 (2) 力学性能 聚丙烯的结晶度高，结构规则，具有良好的力学性能。其强度和硬度，弹性都较 好，但在室温和低温下冲击强度较差，分子量增加的时候冲击强度也增大，但成型加 工性能变差，聚丙烯突出的性能是抗弯曲疲劳性，干燥系数与尼龙相似，在润滑油下 不如尼龙 (3) 热性能 聚丙烯的燃烧热很高，很难支撑阻燃产品，聚丙烯具有良好的耐热性，熔点在 164-170之间，制品在 100以上惊醒消毒灭菌，在不变外力的情况下 150也不变 形，但低温时便脆，不耐磨，易老化，脆化温度为-35。可在 100左右长时间使用， 聚丙烯不适合 0以下使用。由于均聚物的聚丙烯在 0以下时非常脆，因此需对商 业的聚丙烯材料是加入 1-4%乙烯的无规则共聚物或者更高比例乙烯含量的钳段式共 聚物。共聚物型的聚丙烯材料有较高的热扭曲温度，低透明度，低光泽度，低刚性， 但是有更强的抗冲击强度。聚丙烯的强度随着乙烯含量的增加而增大。聚丙烯的维卡 软化温度为 150，由于结晶度较高，这种材料的表面刚性和抗划痕特性比较好，聚 丙烯不存在环境应力开裂问题，聚丙烯也不像聚乙烯那样在高温下具有抗氧化性。 (4) 化学性能 聚丙烯化学稳定性好，除了强氧化剂和非极性溶剂能使聚丙烯降解，聚丙烯对化 学侵蚀有很强的抵抗力。农地较低的溶液则对聚丙烯无害。但低分子量的脂肪烃，汽 油，二甲苯，氯化烃等能使聚丙烯软化和溶胀。共聚物溶胀程度比均聚物高，聚丙烯 从这类溶剂中取出后，其尺寸恢复原状。由于表面惰性极大，如果不采用火焰处理或 类似技术，很难在聚丙烯进行印刷，喷漆及粘合。 (5) 电性能 聚丙烯的高频绝缘性能优良，由于它几乎不吸水，故绝缘性能不变温度的影响。 pp 具有较高的介电系数，随着温度的上升，可以用来制作变热的电气绝缘制品。它 的击穿电压很高。聚丙烯的抗压性，耐电弧好，但静电度高，遇铜易老化，能制造高 纯度的聚丙烯，用于半导体工业。 (6) 耐老化性 聚丙烯对紫外线很敏感，耐紫外线性能，抗其它穿透性能很差，加入氧化锌，硫 化丙酸二月桂酯，炭黑或类似的乳白填料比可以改善其耐老化性能。 10 2.成型性能 (1) 吸湿性小，易发生熔体破裂，长期与金属接触容易容易分解； (2) 结晶性好，但收缩范围及收缩值大发生缩孔，凹痕，变形； (3) 冷却速度快，浇注系统及冷却系统应缓慢散热，并注意控制成型温度，材料 方向性明显，低温高压时尤其明显。磨具温度低于 50c 塑件不光滑，易产生熔接不 良，留痕。90c 以上易发生翘曲变形； (4) 塑料壁厚均匀，避免缺胶，夹角，以防应力集中。 2.3 注射工艺选择 影响注塑件质量的因素有很多，当成型材料，成型设备选定后，注塑成型过程中 工艺条件的选择与控制就成为最大的关键因素，概括的讲，注塑成型工艺条件主要包 括四个方面， 即温度，压力，速度和时间。 2.3.1 温度 注塑成型过程中需要控制的温度主要包括料筒温度，喷嘴温度和磨具温度。 1.料筒温度 确定料筒温度时，应保证塑料塑化均匀，能顺利的进行充模，同时又不制造成型 塑料降解。料筒温度应在考虑到成型材料的热稳定性，流动性能等基础上含模选择， 并在成型过程中保持稳定。料筒温度的分布通常是从料斗向喷嘴，方向逐步升高，以 保证塑料温度平稳上升，达到均匀塑化的目的。聚丙烯塑料制品适用的料筒温度为后 端 150-210c，中段 170-230c，前段 190-250c。 2.喷嘴温度 通常低于料筒最高温度，主要是防止直通式喷嘴，可能产生的留延现象。喷嘴温 度的降低可通过塑料熔体在此剪切作用产生的热量得到部分补偿，由参考资料 18(3-5)表 查得：聚丙烯塑料制品的喷嘴温度范围为 240-250c。 (1) 模具温度； (2) 模具温度是指与塑料直接接触的磨壁温度，她直接影响塑料的冲模流动性， 制品的冷却速率，成型周期以及制品的结晶，取向，收缩率等的结果，是关系制品质 量的重要特性，由参考资料 18表(3-7) 查得：聚丙烯塑件的热变形温度， 1.82mpa 时为 56-76c，0.45mpa 时为 102-115c，查表 18 (3-8)得注塑成型可选用的模温范围 55- 65c。 2.3.2 压力 注塑成型过程中需要选择和控制的压力包括塑化压力，注射压力和保压压力： 11 1.塑化压力及螺杆转速 (1)塑化压力是指螺杆塑化物料时，推向其前端的融融物料对螺杆压力，背压对 注塑成型的影响主要体现在物料塑化效果塑化能力两个方面。在保证塑化质量和熔体 密度的情况下尽量适用背压。 (2)螺杆转速也是影响塑化能力和塑化效果的重要参数，对每种物料都有一定含 量的转速范围，需要根据世纪情况而定。聚丙烯背压 3.4-6.9mpa，螺杆转速在 50- 150r/min 之间 9。 2.注射压力 注射压力是指注塑时螺杆施加与料筒内熔融塑料单位面积上的力，其作用是使料 筒中的容料克服注塑机喷嘴及模具浇注系统的阻力，以一定速度，一定压力充满模腔， 并将模具中的物料压实，注射压力对熔体的流动，冲模及制品的质量有很大的影响。 2.4 聚丙烯的用途 用于汽车工业(主要实用含金属添加剂的 pp，挡风板，通风管，风扇)，器械衬 垫，干燥机，洗衣机框架及机盖，冰箱门衬底，日用消费品。可用于工程材料，多用 于制造电视机收音机外壳，电气绝缘材料，防腐管道，板材，也用于生产扁丝，纤维， 包装薄膜，盆，编织袋，瓶盖，汽车保险杆等它也抗细菌生产，适合做一次性注射器 和医疗设备。 纤维是聚丙烯的一个主要市场，通过拉伸或定向，可使器抗张强度提高 15 倍。 抽丝产品包括衣物，尿布，非制品。家具，皮革，农用袋，铺地物，地毯。聚丙烯还 可以铸造或定向拉伸成为薄膜。定向薄膜可作为香烟，糖果及许多视频的包装材料， 非定向薄膜用于电容器活包装材料。 聚丙烯材料用于炙热成型容器，这连同防潮和传气传味性能必须符合 fda 规定。 新型极低模量产品可以用压延机压延，并与软质乙烯基树脂争夺市场。通过主色吹塑 法挤压吹塑法或拉伸吹塑法，可以把聚丙烯加工成中空制品。为了提高吹塑和热成型 性能，已开放处高熔体强度聚丙烯。 市场上有快速加工挤压贴胶级聚丙烯，聚丙烯卓越的电性能使其适合于电话线和 数据线及传输电缆的绝缘材料。许多不同类型的注塑部件是由聚丙烯或聚乙烯的抗冲 击共聚物制成的。在汽车市场，共聚物被用作内部装潢和面板，外部组件和蓄电池等， 均聚物和填充及用于发动机箱活作仪表板。玻璃填料及聚丙烯用作装饰品或器具的部 件。所有无填充料的聚丙烯树脂可作家具用品，医疗器具，包括一次性放射性杀菌用 品。主要实用低成本的均聚物和无规共聚物。薄壁模塑容器扩大了聚丙烯传统包装市 场的范围，如防窜改的窗钉器和配料器。 12 表 2.1 三种材料材料性能参数表 abs ps pp 密度（g/cm 3） 1.05 1.04-1.06 0.90-0.91 收缩率（%） 0.3-0.8 0.2-0.8 1.0-2.5 熔点（c） 130-160 131-165 220-275 热变形温度（c ） 65-98 65-90 102 模具温度（c） 60-80 40-60 40-80 注射压力（mpa） 60-100 60-100 68.6-137.2 塑化形式 螺杆柱塞式 螺杆柱塞式 螺杆柱塞式 拉伸强度（mpa） 33-49 35-63 37 拉伸弹性模量（mpa） 1.8 2.8-3.5 弯曲强度（mpa） 80 61-98 67.5 缺口冲击强度 （kj/m 2） 11-20 0.25-0.40 78 介电常数（kv/mm） 2.4-5.0 2.7 24 喷嘴温度（c） 220-240 160-170 240-250 2.5 分型面位置的确定 设计塑料注塑模具时选择分型面是一个重要的环节，分型面选择合理模具的工艺 性强，容易加工，塑件质量也容易得到保证，否则会给造模带来麻烦 为了将塑件和浇注料从模具中取出，以及为了将活动型芯或嵌件装入莫体，必须 将模具分成两个或者几个部分。一般的模体结构大体分为定模和动模两大部分。当模 体闭合时，凹模相合的接触面叫做分型面。通常模具的分型面与成型注塑机的开模方 向垂直。开模时将注射后冷却固化的塑件及浇注凝料从模体中顶出取出，再将模腔内 的杂物清除，或将嵌件活活动型芯安放与模腔内。 2.5.1 分型面的基本形式 分型面的形式由塑件的具体情况而定，但大体上有水平分型面，斜分型面，阶梯 分型面，曲面分型面等。 材 料性 质 13 图 2.2 分型面的几种形式 2.5.2 选择分型面的基本原则 分型面是模具结构中的基准面，它直接影响着成型塑件的质量，模具加工工艺性 以及注塑成型效率等。因此确定模的分型面是模具设计中的重要环节之一 选择模具分型面时，通常应考虑如下有关问题：根据塑件的某些技术要求，确定 成型零件在动模好定模上的配置： (1) 塑件的生产批量； (2) 结合塑件的流动性确定浇注系统的形式和位置； (3) 型腔的溢流性和排气条件； (4) 模具加工的工艺性。 因此选择分型面时的基本原则如下: (1) 保持塑料件外观； (2) 分型面应有利于排气； (3) 应考虑开模时塑件留在动模一侧； (4) 应容易保证塑件的精度要求； (5) 扣分幸免应力求简单实用并易于加工； (6) 考虑侧向分型面与主分型面的协调； (7) 分型面与注射机的参数相适应； (8) 考虑脱模斜度的影响； (9) 嵌件和活动型芯应安装方便。 2.6 确定行腔数目和排列方式 2.6.1 行腔数量的确定 考虑到该塑件的精度要求不高，还是大批量生产可以采用一模多腔。根据塑料制 品的结构，初步确定采用一模两腔的模具形式。 2.6.2 型腔排列方式的确定 1.多腔时，型腔在模板上通常采用圆形排列，h 形排列，直线型排列以及复合排 列一边构成平衡式浇注系统，保证制品的质量均一和稳定； 2.型腔布置和教主口部位应力求对称，以便防止模具称便偏载而产生溢料现象； 14 3.尽可能使型腔排列紧凑，以便减小的外形尺寸； 4.多腔多腔时，型腔在模板上通常采用圆形排列，h 形排列，直线型排列以时型 腔在模板上通常采用圆形排列，h 形排列，直线型型腔的圆形排列所在的模板尺寸大， 虽有利于浇注系统的平衡，但加工困难。除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情 况下，常用直线排列和 h 形排列。 选择分型面的位置时，分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处。分型面 必须设置在产品的最大截面处，而且便于开模后塑件留在动模的一侧，以保证便于顶 出机构能够顺利脱模。选择分型面时应遵循如下原则： 1.符合塑件脱模：为使塑件能从模具内取出，分型面的位置应设在塑件断面最大 尺寸的部位； 2.分型面的数目和形状：通常只采用一个与开模运动方向相垂直的分型面。确定 分形面应以模具制造及脱模方便为原则； 3.型腔的选择：尽量防止形成侧孔和侧凹，以避免采用较复杂的模具结构； 4.确保表面质量：分型面尽量不要选择塑件光滑的外表面，避免影响塑件的外观 质量; 将塑件要求同轴度的部分放在分型面的同一侧。以确保塑件的同轴度 ;要考虑减 小造成塑件大、小端的尺寸差异要求等； 5.有利于塑件脱模：由于模具的脱模机构通常设置在动模一侧，故尽可能使开模 后塑件留在动模一侧； 6.考虑侧向轴拔距。一般机械式分型抽芯机构的侧向轴拔距都较小，因此选择分 型面的时应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上，即将短轴拔距 作为侧向分型或抽芯。并注意将侧抽芯放在动模边，避免定模抽芯； 7.锁紧模具的要求：侧向合模锁紧力较小，故对于投影面积较大的大型塑件，应 将投影面积大的方向放在动、定模的合模方向上，而将投影面积小较小的方向作为侧 向分型面； 8.有利于排气。当分型面作为主要排气渠道时，应将分型面设计在塑料的流动末 端，以利于排气； 9.模具零件易于加工。 2.7 本章小结 本章从塑件的尺寸结构分析出发，充分了解了制件的结构，通过比较几种常用的 塑料，确定了制件的材料采用聚丙烯，并初步确定了制件的分型面以及模具的基本形 式，此外，制件的排列方式采用对排式。 15 第 3 章 注射机的选定 注射机的主要技术参数包括注射、合模、综合性能等三个方面，如公称注射量、 螺杆直径及有效长度、注射行程、注射压力、注射速度、塑化能力、合模力、开模力、 开模合模速度、开模行程、模板尺寸、推出行程、推出力、空循环周期、机器的功率、 体积和重量等。 3.1 注射量的计算 通过计算机 pro/e 建模分析，可以得到塑件的体积： =3.8103 mm3=3.8cm3。1v 流道凝料的质量还未知，可以按塑件质量的 0.6 倍来估算。上述已经确定制件模具为 一模两腔，所以注射容量公式为 1： =1.6n (3.1) 1 式中 n 为型腔数，这里取 2 注射容量为： =1.6n =1.623.8cm3=12.16cm3。v1 3.2 初选注射机的型号和规格 从实际注射量是额定注射量的 20%-80%之间考虑，以及所选塑料聚丙烯的成型 工艺要求等方面的考虑。初选额定注射量为 60 cm3 卧式注射成型机 xs-zy-60。该设 备的技术规范见表 3.1： 3.3 注射机有关工艺参数的校核 3.3.1 注射量的校核 据式 1 v 件 0.8v 注 (3.2) 式中： v 件 塑件与浇注系统的体积(cm 3)； v 注 注射机的注射量(cm 3)； 0.8最大注射容量的利用系数。 已知：v 件 =1.6n =12.16cm3600.8=48cm 31 16 表 3.1 xs-zy-60/40 型注射成型机技术规范 螺杆直径/（mm） 30 螺杆转速/（r/min） 0200 理论注射量/（cm 3） 60 注射压力/（mpa） 150 注射速率/（g/s） 60 注 射 装 置 塑化能力/（g/s） 5.6 锁模力/（kn） 400 拉杆间距（hl）/（mmmm ） 295185 模板行程/（mm） 260，180 模具最小厚度 /（mm） 160 模具最大厚度 /（mm） 280 定位孔直径/（mm） 55 定位孔深度/（mm） 10 喷嘴孔直径/（mm） 3.5 喷嘴球半径/（mm） 15 顶出行程/（mm） 140 锁 模 装 置 顶出力/（kn） 15 油泵电动机功率/（kw） 11 其 他 加热功率/（kw） 7.25 锁模力的校核 1 f (kn) (3.3) kpa1000 式中： f注射机的额定锁模力(n)； a塑料制品与浇注系统在分型面上的总投影面积(m 2)； p熔融塑料在型腔内的平均压力(mpa)取 35mpa； k安全系数取 1.11.2，这里取 1.2。 代入数据得 17 = =143.4kn400kn (3.4) kpa1000 66.235104.2910 故满足要求。 3.3.2 注射压力的校核 塑件成形所需的注射压力应小于或等于注射机的额定注射压力，其关系按下式校 核 1 (3.5) 成p注 式中： 塑件成形所需的注射压力(mpa)；成p 所选注射机的额定注射压力(mpa)。注 已知 =30mpa； =150mpa。成 注p 所以满足 。成p注 3.3.3 模具闭合厚度的校核 模具闭合时的厚度在注射机，动、定模板的最在闭合高度和最小闭合高度之间， 其关系按下式校核 1 (3.6) minhmax 式中： min注射机允许的最小模具厚度(mm) 模具闭合厚度(mm) 注射机允许的最大模具厚度(mm)maxh 已知 in=160 mm， ax=280 mm， 初步设 m=250 mm，则满足要求。 3.3.4 注射机最大开模行程与模无关时的校核 注射机开模行程的校核 1 smax h1+h2+(5-10)mm (3.7) 式中： h1制品所用的脱模距离，为 60mm； h2包括与制品相连的浇注系统凝固后在内的制品高度，为 88mm； smax注射机最大的开模行程(mm)； smax=250 60+88+10=158 mm。 18 故满足上式。 3.3.5 脱模距与模板行程的校核 由于采用单分型面注射模，所以其开模行程公式 1： h1+h2+510mml (3.8) 式中： h1脱模距离(mm)； h2包括浇注系统在内的制品高度(mm) l注射机开模行程(即移动模板的行程) (mm) 所以： l=60+88+510mm=153mm160mm 即合格。 3.4 本章小结 本章是在查阅相关资料学习有关知识的基础之后，通过对注射量的计算，然后根 据注射机的选择原则，以及相关资料的查阅最终选择了 sz-60/40 型注射机为本次设 计对象的注射机,并对注塑机的锁模力、注射压力、模具闭合厚度、最大开模行程、 脱模距与模板行程的校核。 19 第 4 章 浇注系统的设计 4.1 浇注系统设计的基本要点 首先要对塑料制品所采用的塑料品种、制品的几何形状、尺寸、使用的机床设备、 注射事可能产生的缺陷及填充条件等作全面的分析。同时模具的分型面选择与浇注系 统的选择有密切关系。 设计浇注系统基本要点如下： 1.设计浇注系统时，浇道应尽量减少弯折，表面粗糙度为 ra1.6-ra0.8m； 2.设计浇注系统时，应考虑到模具使一模一腔还是一模多腔，浇注系统应按型腔 布局设计，尽量与模具中心线对称； 3.塑料制品投影面积较大时，在设计浇注系统时，应避免在模具的单面开设浇口， 否则会造成注射使受力不均； 4.设计浇注系统时，应考虑去除浇口方便，修正浇口时在塑料制品上不留痕迹， 以保证塑料制品的外观； 5.一模多件时，应防止将大小相差悬殊的塑料制品放在同一模具内； 6.在设计主流道时，避免熔融的塑料直接冲击小直径型芯，以免产生弯曲或折断； 7.在满足塑料成型和排气良好的前提下，要