毕业设计——塑料水杯模具设计.doc

塑料水杯模具设计【摘要】本论文以一个家用水料水杯的注塑模具设计为核心，介绍了模具行业的现状及未来发展和模具的设计过程。首先对塑件做工艺性分析，根据塑件的用途和要求确定材料、壁厚以及脱模斜度等，然后确定模具的分型面位置和型腔的数目以及流道的设计，接着进行排气潮和冷却系统，最后对模具的动作过程进行说明，并画出装配图。【关键词】:塑料水杯 、注塑模具、注塑成型目录一、 绪 论1（一）引言1（二）塑料模具的现状及发展趋势11.塑料模具的现状1（三）本课题研究意义2二、 塑件注塑工艺分析2（一）塑料原材料的选择2（二）脱模斜度3（三）塑件壁厚3（四）塑件的几何形状及其尺寸3（五）其他参数的设计4（六） 模具设计步骤和方案4三、 注射模具设计5（一）塑件成型位置及分型面选择5（二）型腔数目及布局的确定5（三）浇注系统的设计61.主流道的设计62.分流道的设计83.浇口的设计8(四)型芯、型腔结构设计及计算9（五)排气及冷却系统设计121.排气槽布置122.冷却系统设计12（六） 脱模机构设计13四、 模具动作过程说明17（一）.模具装配图17（二）模具工作原理18总 结19谢辞20参考文献21一、 绪 论（一）引言 模具是制造业的一种重要工艺装备，她通过压力或其他的方式使材料变成我们需要的形状和尺寸，它具有诸多优点，如产品质量稳定和成本低廉等。作为制造业中的一种重要装备，模具一经已经深入各行各业，成为国民经济中工业的重要基础之一，被称为工业之母。模具的种类有很多包括冲压模具，注塑模具，压铸模具等，可谓种类繁杂。其中冲压模具是利用压力加工是的材料成型，常见的有冲裁件，拉伸件等。压铸模具是对金属液体或者其他金属、非金属粉末进行成型加工。塑料模具则分为热流道模具和冷流道模具，利用塑料熔体的流动性使其成型，其中冷流道模具结构简单，操作方便。本次论文所设计的模具便是冷流道模具。（二）塑料模具的现状及发展趋势1.塑料模具的现状 在现代工业生产中，为了实现批量化生产模具成为了重要工具，它生产成本低，产品质量好且质量稳定。现在，由于塑料工业的蓬勃发展以及塑料在人们日常生活中的需求，塑料模具的发展异常迅速，注塑模具以其注射精确，成型质量好更是迅猛发展。相对于国外来说国内的整体模具工艺较为的落后，一些精密模具只能依靠进口，这主要是因为我国模具工业起步较晚，虽然在进几十年发展迅速，但是在结构设计，加工工艺以及模具材料房名的不足。很多厂商依然在使用一些落后的生产模式，不善于创新学习，这些因素都在一定程度上阻碍着行业发展。2.塑料模具的发展趋势近几年由于塑料工业的急速发展以及不断变大的市场需求，塑料模具的设计与制造工艺都发生了巨大的改变，注塑模具模具开始向超小型，超大型，高精度等方向发展。而做为批量化生产，一次可成型数个工件的注塑模具开始大放光彩，因为其产品精度高，易于实现自动化等优点，在塑料模具中所占比例已超过一半。注塑模具为了实现批量化生产，也为了便于维修保养目前的一个发展趋势是标准化，这在国外已经发展的很好，这对于模具工业的发展是极为有力的。我国的模具行业展速度之快，市场之广阔是前所未有的，但由于工艺和理念上上网差异依然又很多的不足。在现代工业生产中，为了实现批量化生产模具成为了重要工具，它生产成本低，产品质量好且质量稳定。现在，由于塑料工业的蓬勃发展以及塑料在人们日常生活中的需求，塑料模具的发展异常迅速，注塑模具以其注射精确，成型质量好更是迅猛发展。相对于国外来说国内的整体模具工艺较为的落后，一些精密模具只能依靠进口，这主要是因为我国模具工业起步较晚，虽然在进几十年发展迅速，但是在结构设计，加工工艺以及模具材料房名的不足。很多厂商依然在使用一些落后的生产模式，不善于创新学习，这些因素都在一定程度上阻碍着行业发展。2.塑料模具的发展趋势近几年由于塑料工业的急速发展以及不断变大的市场需求，塑料模具的设计与制造工艺都发生了巨大的改变，注塑模具模具开始向超小型，超大型，高精度等方向发展。而做为批量化生产，一次可成型数个工件的注塑模具开始大放光彩，因为其产品精度高，易于实现自动化等优点，在塑料模具中所占比例已超过一半。注塑模具为了实现批量化生产，也为了便于维修保养目前的一个发展趋势是标准化，这在国外已经发展的很好，这对于模具工业的发展是极为有力的。我国的模具行业展速度之快，市场之广阔是前所未有的，但由于工艺和理念上上网差异依然又很多的不足。在未来的发展中，模具的制造技术与成型工艺将不断改变，总体有以下几个趋势：1)CAD/CAE/CAM技术将在模具设计与制造中有着广泛的用途，2)高速铣削加工将拥有不可替代的位置以及愈来愈广泛的应用，3)高压注射成型技术和热流道技术将在模具工业中占有主导地位，4)模具标准化水平将会不断提高，5)虚拟技术将得到发展。由于应用日益广泛的CAD/CAE/CAM技术，模具工业必将走向标准化与集成化。（三）本课题研究意义本课题主要一水杯模具设计为主题，以美观实用为目的，讨论模具的设计工艺，产品是日常用品，市场需求大，对于材料又一定的要求，主要有以下几个特点：(1）外形更新换代很快。(2）市场需求大。(3）消费者对于杯子的要求是美观，大方实用。迎合市场需求，才能拥有消费者，赢得利润。所以，本论文将就如何经济快捷的生产出符合消费者要求的水杯探讨一下模具的结构设计。二、 塑件注塑工艺分析（一）塑料原材料的选择聚乙烯是是一直高分子聚合物，由乙烯经聚合而得，高温下会分解，它是一种热塑性树脂，英文名为POLYETHYLENE，简称PE。聚乙烯无毒无臭，可做容器使用，它对于酸和碱都有较好的化学稳定性，对于低温也有较好的耐受性，吸水性小，绝缘。聚乙烯耐热老化性差。聚乙烯的性质和品种由决定。不同的生产方法生产出的聚乙烯会拥有补营养的密度和分子结构，它们本身的性质也不同。聚乙烯用途广泛，可应用来制作各种物品，比如容器，管道等。随着石油工业的发展，聚乙烯的产量也日益增加，应用的方面也越来越广，现在聚乙烯产量约占世界塑料总产量的1/4.聚乙烯的成型特性：（1）结晶料，吸湿小无须干燥，料温均匀且流动性极好，填充速度快，属于压力敏感型，使用高压注射可提高效率和质量。为防止产生缩孔和变形因注意选择浇口位置。（2）高温下易分解，不宜过度加热。（3）塑件侧壁有浅槽时可强制脱模。（4）由于聚乙烯材料收缩的方向性，并且数值较大，为防止塑件变形，嫩却要慢。（二）脱模斜度模具工作成型时，塑料有液态变为固态，由于热胀冷缩以及材料本身的收缩等因素，会有一定的尺寸收缩，是的塑件包裹在型芯上，为将塑件顺利脱下必须考虑设有一定的脱模斜度。塑件的最小脱模斜度由塑料的特性和塑件的几何形状及精度，脱模方式等决定，本设计中脱模斜度设为3（三）塑件壁厚杯形塑件壁厚为2mm，而聚乙烯的流动性较好，可以制得最小壁厚为0.20.4mm的塑件，所以本设计的壁厚满足设计要求。（四）塑件的几何形状及其尺寸为了简化模具结构，避免采用侧向抽芯机构，塑件的整体结构上主要是要避免有内、外侧孔与侧凹。塑件的壁厚应该适当，在保证塑件有足够的强度和刚度的同时塑件应力求壁厚均匀，且应平缓过渡。本塑件的壁厚与分布满足设计要求。图2-1 塑件尺寸与三维立体示意图（五）其他参数的设计塑件所有表面应避免立角存在，应该使用圆角，避免因应力集中导致翘曲，内角半径都应大于0.5mm。（六） 模具设计步骤和方案(1) 设计思路步骤一般来说，塑料模具设计步骤如下：1) 了解塑料制品的用途与使用要求，从而确定塑件的材料，在分析材料的特性，包括收缩率和流动特性等。2) 对塑料进行工艺分析，主要是对塑料制品的结构合理性及成型条件等的分析。3) 进行模具结构设计选择塑料制品成型位置和模具分型面； 确定型腔数目和排列方式； 浇注系统设计； 成型零件结构设计； 抽芯机结构和推出机构设计； 温度控制系统的设计； 绘制模具结构图。4) 根据塑件的重量和塑件投影及模具结构类型等，选择合适的塑机。 21三、 注射模具设计根据塑件外形、尺寸、精度要求、工艺要求和预计生产数量，进行模具设计。按下面的步骤进行。（一）塑件成型位置及分型面选择根据塑件分型面的选择原则，一般选塑件截面最大且不影响零件的外观的位置。如图3-1所示的两种分型方法，其中A-A水平分型，箭头指向动模的位置，若（a）所示，由于包紧力的存在塑件抱紧在定模，需要另外设计脱模机构，才能顺利脱模，使得模具结构复杂。若如图（b）所示则可保证塑件留在动模上，模具结构简单，因此选择图（b）所示的方案。 (C)图3-1 分型面的选择以及效果图 （二）型腔数目及布局的确定 该塑件为一般性生活用品，生产批量大，模具寿命长，精度要求不高。模具设计要合理，经济使用，准确可靠。根据塑件成型工艺分析，拟定如下方案：使用一四腔模具，模具单腔模具结构较为复杂，但在实际生产过程中可以大大提高生产效率，降低生产成本，消费者也非常有益。 采用一模多件，生产效率高，资源的利用率也高，这里选用的是一模四腔圆形分布，模具尺寸适中，适合大批量生产，这样也有利于浇注系统的排列和模具的平衡。型腔分布如图3-2所示： 图3-2（三）浇注系统的设计浇注系统一般分为四部分，主流道、分流道、冷料穴和浇口。浇注系统是为了使注塑机中的塑料熔体顺利的进入型腔，并保证各型腔充填速度一致，将注射压力传递至各个角落，以保证塑件的完整成型。浇注系统的设计是否合理，直接影响产品的质量和整体结构。本设计的浇注系统较为简单，主要由四部分组成：主流道，分流道，冷料穴和点浇口。1.主流道的设计主流道的一端与注射机喷嘴链接，另一端与分流道相连。连接的一段带有锥度以减小压力损失。如图3-3所示。1) 塑件材料为流动性好的HE，故选择主流道圆锥角为4，流道内壁粗糙度要求为Ra0.63m。2) 浇口套要求与喷嘴球面接触吻合，因为注射机喷嘴半径SR是由所选取的注射机决定，是股定值，根据所选注射机，SR=20mm，取sr=SR+1，为sr=21mm。球面与主流道孔不应有倒拔痕迹，应以清角连接，以保证开模时主流道凝料能够顺利脱落。3) 定位装置的定位环是注射机和模具之间是确保浇口套与注塑机喷嘴定位，定位环直径应与定位孔间隙配合注塑机，定位环规格已标准化，可根据需要选择。4) 浇口套长度L取为50mm。 图3-3 主流道1 注射机喷嘴； 2-定位环； 3-浇口套；4-定模 2.分流道的设计分流道连接主流道与浇口，它是浇注系统中熔融状态的塑料的过渡通道。1）采用梯形截面分流道，如图3-4，Ra=0.63.2)截面尺寸D=0.265mL h=2/3bD 梯形大底 m 塑件质量 L分流道长度 h梯形高度b=5mmh=2/3b=3.3mm，斜度=5，底面半径r=1mm。 3-4 分流道截面3)分流道布置为保证各型腔同时均匀进料保证塑件质量的一致性，要求从主流道到各型腔的分流道在长度，截面形状及尺寸一致，故而采用平衡式布置。为减小塑料熔体的动能损失，让塑件熔体的流动及充填更好，分流道与浇口的连接处应加工成斜面或圆弧。3.浇口的设计 浇口处于分流道与型腔之间，是塑料熔体进入型腔的最后一站，它有控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料的作用，如图3-5。 由于点浇口适用于成形各种塑料的壳、盒类塑件，且可以实现自动脱料头，自动化程度较高，可以降低生产成本。但对成形流动性差及热敏性塑料、平薄易变形及复杂形状的塑件不利。点浇口的浇口尺寸小，去流道后残留痕迹小，可减小熔接不良现象。 查表得，对于PE材料，壁厚在1.53之间时，选择点浇口的尺寸为d=1.8mm。c=0.5mm，l=0.50.75mm。 图3-5 浇口图3-6 型芯(四)型芯、型腔结构设计及计算型芯和型腔的结构主要有两种，即整体式和组合式。单片腔是直接在型腔板的加工，结构牢固，强度高，但由于大部分的尺寸使更难处理和热处理，且贵重模具钢消耗较大，故而一般用于形状简单的中小型模具。组合式型腔由多块零件配合镶拼，便于热处理和机械加工，对于型芯型腔的冷却和排气也是十分有利的，同时可以节约昂贵的模具钢。故而对于大型模具多采用组合式结构。由于该塑件形状简单且尺寸较小，采用拼块组合式型腔较为复杂，所以型腔采用整体式结构，考虑到加工和热处理，采用拼块式结构型芯。 模具中成型零件决定了塑件几何尺寸和几何形状，包括型芯（图3-6）、型腔、滑块等。 成型零部件直接与塑件接触，所以成型零部件的设计加工是否合理直接影响到了藏品的质量。成型零部件在工作时要承受塑料熔体的冲刷，温度变化加大，故而要求较好的强度刚度和警告的表面粗糙度要求。成型零部件是一套模具最为核心的部分，一般在确定脱模方向后，再根据苏建伟新选择分型面和焦阔位置。最后计算工作尺寸，并根据设计负载以及零件的机械加工和热处理，进行强度校核。成型零部件的工作尺寸是最终据顶塑件几何参数的的，一般 有两种方法计算成型零部件的尺寸，一种是极限法，这种方法精确度高，但复杂，适用于精明的塑件。一种是平均法，按照收缩率，磨损量和制造公差的平均值计算，简单一些，但精度较低，主要用于精度要求不高的模具。本书建问家庭日常用品，精度要求不高，使用平均值法。(1) 型芯尺寸的计算及结构设计型芯是成型制件内形的，如图3-6，在使用过程中型芯的尺寸由于磨损会变小。因此为了模具修模以及装配的需要，在设计模具时，尺寸尽量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差，如下。 式中：s为制件收缩率，取0.5%，为制件尺寸公差，制造公差，取 (2) 型腔尺寸的计算及结构设计成型塑件外形的模具零件是型腔，如图3-7，在使用过程中型腔的磨损，会使尺寸逐渐变大。为了模具修模以及装配的需要，在设计模具时尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差，如下。 式中：s为制件收缩率，取0.5%；，制件尺寸公差；制造公差，取 图3-7 型腔 （五)排气及冷却系统设计1.排气槽布置(1) 选择排气槽的开设位置一般按一下要求：1）为防熔料喷出伤人，排气口不能设在模具工作侧。2）为了产生飞边易随塑件脱出，排气口最好开设在分型面上。3为便于加工和清理，最好设在凹模上。4）为保证排气通畅，开设在塑料熔体最后填充处。5）当分型面不能排气时，型腔有无其他可供排气除，可将需要排气的地方改为镶拼式结构，利用配合间隙进行排气。2.冷却系统设计为了保证塑件的成型质量和生产效率，需要使模具在不同的时间段有正确的温度，这就需要温度调节系统，对他进行加热或冷却。比如为了住宿钱要对模具预热，模具升温或注射，完成注射后冷却，提高生产质量和效率。温控系统有很多种介质，根基不同的温度范围采用不同的介质，因为水比热容大，成本低，导热快，所以作为冷却介质被普遍使用。冷却系统的设计要符合以下几点： 1） 维持模具热平衡，保证塑件收缩均匀， 2） 水路的数量越多，对塑件冷却也就越均匀，月均匀， 3） 型腔形状匹配尽可能多的水道，是与型腔表面距离水孔周围应尽可能相等为了保证导热均匀。 4） 熔融塑料填充型腔时，浇口附近温度最高，要加强冷却，距浇口越远温度越低浇口处，设计冷却系统时应考虑到这一点。 5） 降低入水与出水的温度差，最大温差不能超过5，不同的水路会有不同的效果。 6）结合塑件的结构和塑料的特性，考虑冷却水通道的排列形式，如塑件的外形等。 7） 冷却水通道应保证密封，通道尽量不接近塑件的融接痕位置。因为塑件小所以注射量也小，单位时间内需要散发的热量也少，所需冷却水量也比较小，所以水道也小。但对模具来说一条冷却水道是不可取的，这样会导致冷却不均，为了保证冷却均匀，加快冷却，采取多种措施调节冷却系统。本模具水路分为两层，型腔采用简单流道式，如图3-8，即通过在模具上直接打孔并通以冷却水而进行冷却，型芯采用水井式水路，避免干涉，是一种常见的形式。为使冷却水处于湍流状态，型腔水路取d=8mm。 图3-8. 冷却水道的布置形式（六） 脱模机构设计注射完成后脱模机构取出塑件及浇注系统领料，分为两个步骤，先将塑件和领料与磨具分离，再将其取出。(1) 设计原则脱模机构一般有以下特点：1）为了借助开模力完成脱模，开模后塑件应留在动模一侧。2）塑件脱模时包紧型芯，脱模力作用点应尽量靠近型芯且塑件强度较大的地方，以防止因脱模力导致塑件变形。3）结构合理，动作可靠，不与其他机构干涉，有做狗的强度，刚度，以满足使用要求。4）保证塑件不会因为脱模力变形或损坏，不能在塑件外观上留下明显痕迹。 本模具脱模机构是脱模机构和成型零件结合的的，如图3-7所示。因为该塑件的结构简单，采用简单的脱模机构可以满足要求，结构简单，便于制造和维修。在设计脱模机构前，需要简单的计算出脱模力。 图3-9 脱模机构(2) 脱模力计算由公式： ( 式中： 因制件收缩对型芯产生的正应力；f：摩擦系数，取f=0.2；：脱模斜度，取（A为型芯端面面积） 因制件上有一圈侧耳可设置推板，因此选用脱模板和推杆形式脱模。(3) 脱模板尺寸计算推件版是一种常见的推出脱模形式，它推出面积大，没有明显痕迹，塑件不易变形结构简单。本模具中推件版还作为工作零件，作用与水杯的外耳成型所以材料应为T8A。如图3-10所示。图3-10 脱模板制件为矩形截面，则由公式：1 (3-5) L：脱模板长度，450mm； B：宽度，450mm E：弹性模量，207Mpa； 计算得，H18.9mm综合考虑模具整体受力情况，取H=30mm。(4) 流道推板工作原理如图3-11，限位拉杆2与流道推板4作用，利用开模时定模和动模的相对运动，从模具中将浇注系统凝料取出，完成浇注系统凝料的取出。如图所示，开模时，限位钉6带动流道推板4，将浇注系统凝料7拉出。 3-11 流道推板工作原理1.型腔 2.限位拉杆 3.弹簧 4.剥料板 5.模座 6.限位螺钉 7.料头四、 模具动作过程说明（一）.模具装配图 图4-1装配图 1 模座 2 模脚 3 顶杆 4 承板 5型芯固定板 6 型芯 7 顶针 8 限位杆9 弹簧 10 模座 11 限位螺钉 12 浇口套 13 剥料版 14 限位杆 15 导柱16 型腔板 17 推件板 18 上顶针版 19 下顶