水杯盖注塑工艺分析与模具设计

紫琅职业技术学院毕业设计题 目：水杯盖注塑工艺分析与模具设计副 标 题：学 生 姓 名：殷林煜所在系、专业：机电系、模具设计与制造班 级：模具101指 导 教 师：程洋日 期：2013年5月22日II摘要摘 要本文是关于注塑模设计，设计的制品是水杯盖。首先对制品进行尺寸的选择和性能形状的分析，然后根据分析选择注塑材料和注射机。进行模具设计，也就是对模具型腔、型芯和浇注系统进行设计，再利用AutoCAD画出整个模具的装配图。关键词：注塑机 ，型腔， 型芯， 浇注系统I水杯盖注塑工艺分析与模具设计引 言(1)模具制造中数控技术的重要性数控技术是以数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成机电一体化产品，其技术范围覆盖很多领域：(1)模具制造技术； (2)信息处理、加工、传输技术；(3) 伺服驱动技术；(4) 自动控制技术；(5) 软件技术；(6) 传感器技术软件技术等。(2) 塑料模具工业的发展现状这几年来，在国家产业政策和与之配套一系列国家经济政策的支持和引导下，模具工业发展迅速，年均增速均为12%，1998年我国模具工业产值为245亿，至2005年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30%。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。（3）在塑料模设计制造中全面推广应用CAD技术CAD技术已发展成为一项比较成熟的共性技术。塑料制件及模具的3D设计与成型过程3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用；开发新的成型工艺和快速经济模具；以适应多品种、少批量的生产方式。（4） 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平由于塑料模成型制品日渐大型化、复杂化和高精度要求，以及高生产率要求，必须提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计和制造水平。5目录目录摘 要I引 言II1、零件材料选择及性能21.1、零件结构分析21.1.121.1.221.2、塑料性能21.2121.2.222.222、注射机的选择32.1.制品的几何属性32.2.注射机的选用32.21 注射量的计算32.25 注射压力42.3. 模具闭合厚度的较核43、成型零件设计53.1. 动模结构设计53.1.153.2. 定模结构设计63.3. 型腔分型面设计63.4. 成型零件工作尺寸计算73.4.1型腔内径尺寸的计算73.42 型芯径向尺寸的计算73.43 型腔深度尺寸的计算73.44 型芯高度尺寸的计算83.5. 型腔壁厚与底板厚度的计算84、浇注系统的设计84.1主流道设计84.11主流道尺寸84.12主流道衬套的形式84.13主流道衬套的固定84.2 分流道设计94.2194.2294.3.冷料井设计94.4.浇口的设计94.4.194.5排气孔道的设计105、顶出机构设计105.1顶出机构115.11115.12115.13115.14115.15115.2复位机构135.3导向机构设计136、塑料模温控系统146.1型腔上的冷却147、模具的试模与修模167.1. 粘着模腔167.2. 粘着模芯167.3. 粘着主流道167.4. 成型缺陷17致 谢19参考文献20水杯盖注塑工艺分析模具设计1、零件材料选择及性能1.1、零件结构分析图1制品零件图1.1.1 技术参数：无塌陷，划痕，变形。表面光滑。1.1.2 注塑制品大口杯盖其特点如下：（1） 要求材料强度不大，刚度一般。（2）如图（1）分析得，该制品精度不高，表面粗糙度要求一般。在注塑制品中，杯盖采用聚丙烯注塑而成。1.2、塑料性能查中国模具设计大典表8.3-7得材料PP特如下：1.21、 使用性能：乳白色、无臭、无味、无毒热塑性塑料。密度为0.91g/cm3,熔点165C,燃点5900C,弹性模量3500Mpa,不吸水,导热性低,耐酸碱盐腐蚀,有良好的绝缘性能,化学稳定性和良好的物理机械性能及加工性能.1.2.2加工性能：1 磨擦系数低。2 耐强酸或氧化性酸。3 流动性好。4 结晶度高。5不吸水。一般可不用干燥处理。6 模具浇注系统以料流阻力小，进料口小。7 宜用螺杆式注塑机成型。1.23物理热性能如下表-3：表3物理热性能表参数密度（g/cm3）熔点（）收缩率数值0.911650.6%-2%表-32、注射机的选择2.1.制品的几何属性利用AutoCAD按图纸的尺寸要求画出零件实体图形，接着利用软件“分析-模具分析模型质量属性”可以查到该制品的几何属性为：体积 = 3.6110586e+04 毫米3曲面面积 = 1.6286860e+04 毫米2密度 = 9.1000000e-10 公吨 毫米3质量 = 3.2860634e-05 公吨 2.2.注射机的选用2.21 注射量的计算G nG1+G2n为型腔中的型腔数,这里n=1。G1每个制品的体积量。G2浇注系统的体积量，初步设浇注系统的体积量为30 cm3Gmax为注塑机的最大浇注体积量 =（3.6110586+30）/0.8 = 42.01382325 cm32.22 由PP加工性能得，注塑机选螺杆式。2.23 由PP加工性能，查模具设计与制造表8-2得，其成型压力为Pc=25MPa2.24 锁模力确定，模具的额定锁模力为: F K*Pc*AA为塑料制品和浇注系统在分型面上总投影面积。（mm2）利用AutoCAD，“分析-测量-面积”可以查到该制品的投影面积是：制品投影面积=2304.91 mm2浇注系统=300 mm2塑料在分型面投影面积A=2304.91+300=2604.91Pc是熔融塑料在型腔内的平均压力，查模具设计与制造表8-2得Pc=25MPa K为安全系数，常取K=1.11.2，这里取1.1F=1.1*25*2604.91=71.64(KN)2.25 注射压力注射压力是成型柱塞或螺杆施于料筒内熔融塑料上的压力。常取70150 MPa。由塑料加工性能得注塑压力为80130 MPa.注射机的最大注射压力要大于成型制品所需的注射压力。根据以上的数据，查模具设计与制造表8-3，选用SX-ZY-125注塑机，参数如表-5表-5 注塑机参数表为螺杆直径mm42理论注射容积cm3125注射压力MPa119锁模力KN900模板最大行程mm300模具最大厚度mm300模具最小厚度mm200拉杆内间距(宽*高)mm538520喷嘴球头半径mmSR18顶出形式mm中心距230模具定位孔直径mm100表-52.3. 模具闭合厚度的较核模具闭合时厚度在注射机动、定模板的最大闭合高度与最小闭合高度之间，其关系按下式较核：Hmin Hm Hmax式中 Hmin注射机允许的最小模具厚度（mm）Hm模具闭合厚度（mm）Hmax注射机允许最大模具厚度（mm）Hmax=最大模具厚度+模板最大行程其中=600mmHmin=200mm, Hmax =550mm, Hm=235mm .故满足要求。3、成型零件设计3.1. 动模结构设计 动模可以直接推出脱模。3.1.1模具做成镶件形式，因为顶杆加工简单、更换方便、脱模效果好，因此用顶杆脱模机构。结构图-2 图 2 动模装配结构图3.2. 定模结构设计定模的结构设计。如图3图-3定模的装配结构3.3. 型腔分型面设计 如何确定分型面，需要考虑的条件比较多。由于分型面受到塑件在模具中成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状和推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素影响，因此在选择分型面时综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理方案。选择分型面时应遵循以下几项原则：1 分型面应该选塑件外形最大轮廓处。2 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一侧。3 保证塑件精度要求。4 满足塑件外观质量要求。5 便于模具加工制造。6 对成型面积影响。7 对排气效果的影响。8 对侧向抽芯的影响。根据第1、2、5、6选择以下的分型面，如图-4 图-4 分型面示意图图-43.4. 成型零件工作尺寸计算根据制品尺寸及其公差，查SJ1372标准（中国模具设计大典），得制品的精度为5级。由于模具制造允差和制品尺寸公差间存在对应的关系。查中国模具设计大典表8.5-64，得模具的制造精度为IT9。3.4.1型腔内径尺寸的计算模具型腔内径计算公式：Dm=（D+DQ-3/4）式中 ： Dm -型腔的内径尺寸（mm），z-模具制造公差，取z=（1/61/3），塑件精度等级为5级，型腔尺寸精度为IT6，取1/3D- 制品最大尺寸(mm)；Q- 塑料平均收缩率1.3%，按经验取1.2%；-制品公差；3/4-系数，可随制品精度变化，一般取0.50.8之间，若制品偏差小则取大值，若制品偏差大则取小值。D顶=（D+DQ-3/4） = （91+91*0.015-3/4*0.22）+00。22=91.15+00.073 mmD基=（D+DQ-3/4） = （72+72*0.015-3/4*0.2）+01/3*0.2=72.42+00.067 mm3.42 型芯径向尺寸的计算 模具型芯径向尺寸是由制品的内径尺寸所决定，与型腔径向尺寸的原理是一样的，则分为两个部分来计算：dm=（D1+DQ+3/4）式中： dm -型芯的外径尺寸（mm）；D1 - 制品内径最小尺寸(mm)；其余符号含义同型腔的计算公式。D动=（D1+DQ+3/4） =(15+15*0.015+3/4*0.2)-01/3*0.2 =15.38-00.067 mmD定=（D1+DQ+3/4） =(13.5+13.5*0.015+3/4*0.18)-01/3*0.18 =13.84-00.067 mm3.43 型腔深度尺寸的计算模具型腔深度尺寸是由制品高度尺寸所决定的，设制品高度名义尺寸为最大尺寸，其公差为负偏差-，型腔深度名义尺寸是最小尺寸，其公差为正偏差+z。由于型腔底部或型芯端面的磨损很小，可以省去磨损量c，在计算中取z=/3，加上制造偏差是：7HM =（h1+h1Q-2/3） 式中 HM -型芯的外径尺寸（mm）； h1 -制品高度最大尺寸（mm）。 制品高度最大尺寸是h1=24mm, =0.64 , z=/4=0.16HM1 =（h1+h1Q-2/3） =(24+24*0.015-2/3*0.36)+01/3*0.36=24.3+00.12mmHM2 =（h2+h2Q-2/3） =(10.68+10.68*0.015-2/3*0.36)+01/3*0.36=10.6+00.12mm3.44 型芯高度尺寸计算模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸所决定的，假设制品深度尺寸H1是最小尺寸，其公差为正偏差+。型芯高度尺寸是最大尺寸，其公差为正偏差-z。根据有关经验公式：hM =（H1+H1Q+2/3）式中 ： hM -型芯高度尺寸（mm）； H1 -制品深度最小尺寸（mm）。HM定 =（H1+H1Q+2/3）=(10.38+10.38*0.015+2/3*0.36)=10.78-00.12 3.5. 型腔壁厚与底板厚度计算 要确定型腔壁厚的方法有计算法和经验法。计算法有按强度、按刚度计算两种。经验有查图法和查表法。目前经验法应用比较多，直接凭生产经验确定模具结构尺寸。 查中国模具设计大典表8.5-78得知，镶件壁厚取8mm，模套取15mm。4、浇注系统的设计4.1主流道设计4.11主流道尺寸主流道是一端与注射机喷嘴相接触的，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道，主流道出口端尺寸为12mm。4.12主流道衬套的形式主流道入口处与注射机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即是浇口套，便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。其尺寸如图5：4.13主流道衬套的固定主流道衬套与定位环设计成整体式，主流道衬套见图-584.2 分流道设计4.21分流道是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化和流向变换以获得平稳流态的过渡段。所以分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地充到型腔中。 图-5主流道衬套图图5在本设计中应选择半圆形截面的分流道口。尺寸如图-64.22分流道的表面粗糙度因为分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra ，并不要求很低，一般取1.6m 左右既可，这样表面稍不光滑，并有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。4.3.冷料井设计冷料井设置在主流道的末端，直径应稍大于主流道直径，冷料井可防止冷料进入型腔而影响制品的质量均匀性和外观完美性。采用倒锥形头拉料冷料井结构。冷料井直径取d3= 5mm。4.4.浇口的设计 浇口称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小部分，却是浇注系统的关键部分，浇口位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。本设计采用点浇口。4.4.1浇口的位置和尺寸要求比较严格，初步试模后需进一步修改浇口尺寸，不论采用哪种浇口，开设位置对塑件成型性能及质量影响比较大，所以合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同并影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能和外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：1 浇口应开设在塑件壁厚最大处。2 输管尽量缩短流动距离。3 必须尽量减少熔接痕。9图-6分流道截面图图-6图-7 浇口尺寸图图-74 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。5 注意对外观质量的影响。6 应有利于型腔中气体排出。7 考虑分子定向影响。8 避免产生喷射和蠕动。浇口的尺寸设计。参照模具设计与制造具体尺寸如图74.5排气孔道的设计排气孔道的作用是把型腔与型芯周围空间的气体及熔料所产生的气体排到模具之外。该注射模属于中小型模具，在推杆的间隙和分型面上都具有排气效果，已能满足。5、 顶出机构设计制品推出是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定制品的质量，因此，制品的推出是不可忽视。在设计推出脱模机构时应遵循下列原则：105.1顶出机构5.11 推出机构应尽量设置在动模一侧 由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。5.12 保证塑件不因推出而变形损坏 为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应该仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理选择推出方式及推出位置。推力点应作用在制品刚性好的部位，如筋部、壳体形制品的壁缘处，尽量避免推力点作用在制品的薄平面，防止制件破裂、穿孔，如壳体形制件及筒形制件多采用推板推出。 从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。5.13 机构简单动作可靠 推出机构应使推出动作灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件能够顺利脱模。5.14 良好的塑件外观 推出塑件的位置应该尽量设在塑件内部，或隐蔽面与非装饰面，对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。5.15合模时的正确复位 设计推出机构时，必须考虑合模时机构的正确复位并保证不与其他模具零件相干扰。 分析：根据以上的原则，由于顶杆加工简单、更换方便、脱模效果好，因此选用顶杆脱模机构。 脱模力的计算当脱模开始时，阻力最大，推杆刚度及强度应按此时的受力计算。对于厚壁圆形件 其中：Q脱模力（N）E塑料的弹性模量，E=3.5*103MPa；u泊桑比，PP取0.42；塑料的平均收缩率，选用=1.2%；11L塑料对型芯的包容长度（cm）；r塑料型芯的平均半径cm；k系数，随和变化，查表取k=3.18； f制品与型芯之间的静摩擦系数，常取f=0.10.2,取f=0.2 =15170N脱模机构的设计(1)推杆的长度 顶出行程S顶=h凸+e 式中 e顶出行程余量 h凸型芯成型高度已知h凸=52mm,e=5mmS顶=57mm顶杆选择标准长度为125mm(2) 顶杆直径根据压杆稳定公式计算出顶杆直径： （m）式中 d顶杆直径； 安全系数,常取=1.5； L顶杆长度； n顶杆数目； =3.88mm取标准尺寸d=6mm顶杆直径强度较核：12 （MPa）其中， ：顶杆所受应力(Mpa); ：顶杆的材料的许用应力(Mpa);满足条件。查模具设计简明手册有D=12-0.2 ,L=90+2.0,S=5-0.05设计的顶出机构如图-85.2复位机构脱模机构完成塑料制件顶出后，为了进行下一次循环必须回复到初始位置。采用弹簧复位，弹簧在顶出板和动模板之间，顶出塑料件时，弹簧被压缩下去。合模时，只要注塑机的顶杆离开模具顶板，弹簧的回复力将顶出机构复位。选用4根复位弹簧。分别套在两根顶杆和两根定位杆上。弹簧定位杆和顶杆安装在同一固定定板上，顶杆工作端面与分型面齐平，低于动模表面不大于0.05mm。 图-8 顶出杆机构图 图-85.3导向机构设计A. 采用导柱导向 因导柱起导向作用，不用考虑受压力的作用，所以只需要保证导向就行了。选取：直通型（A型）导柱，采用T8淬硬到HRC5055。B.导套与导柱配合使用。13图-96、塑料模温控系统在注射工艺过程中，模具温度将直接影响制品质量和注射周期。对于任何塑料制品，模温波动大都是不利的。过高的模温会使制品在脱模后发生变形。延长冷却时间，使生产率降低。过低的模温会使降低塑料的流动性，很难充满型腔，增加制品的内应力和明显的溶接痕等缺陷。由中国模具设计大典查得PP在注射成型时所需的模温是100-150度 。PP是要求较高的模温，由于模具不断的被注入熔融塑料加热，模温升高，单靠模具自然散热不能使其保持较低的温度，所以必须加冷却系统。6.1型腔上的冷却设计冷却装置的目的是为了防止塑件在脱模时发生变形，缩短成型周期和提高塑件质量。模具冷却剂用水。水冷，是在模具型腔周围和型芯内开设冷却水通道，使水在其中循环，带走热量，维持所需的模温。水的热容量大，成本低。采用外连结直通式，是最简单的，用塑料管和水管接头从外部连接，就可以连接成单路循环或多路循环的方式。冷却装置开设原则如下：1 尽量保证塑件收缩均匀，维持模具热平衡。2 冷却水孔的数量越多，孔径越大，将对塑件冷却就越均匀。3 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，既水孔的排列和型腔形状尽量相吻合，当塑件壁厚不均匀时，厚壁处水孔应该靠近型腔，距离要小，一般水孔边离型腔距离不得小于10mm，则常用1215mm。4 浇口处加强冷却。熔融塑料填充型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远，温度越低。因此浇口附近应该加强冷却，通入冷水，而在温度较低的外侧则只需要通过经热交换后的温水就可以。5 降低入水与出水的温差，如果入水和出水温差太大，会使模具的温度分布不均匀，尤其对流程很长的大型塑件，料温越流越低。为使整件的冷却速度大致相同，可以改变冷却孔排列的形式。6 将结合塑料的特性和塑件的结构，合理考虑冷却水通道的排列形式。147 缩大的塑件应该沿其收缩方向开设冷却通道。冷却流道的设计要考虑塑件的壁厚。塑件壁厚越大，则所需冷却时间越长。8 冷却水通道要以免接近塑件的熔接痕部位，以免熔接不牢，影响强度。9 保证冷却通道不泄漏，密封性能好，以免在塑件上造成斑纹。10 冷却系统的设计要考虑尽量避免与模具结构中其它部分的干涉现象，冷却水通道开设时，受到模具上各种孔（镶块接缝等）的结构限制，要按理想情况设计是困难的。11 冷却通道的进口和出口接头尽量不要高出模具外表面，既要埋入模板内，以免模具在运输过程中造成损坏。12 冷却水通道要易于加工和清理。孔径设计为812mm。具体计算设计如下，假设熔融塑料产出的热量全部传给模具，其热量为:n为每小时注射的次数,由制品的成型条件得，每个周期大概为50S-160S取120S，每小时注射次数n=60*60*60/120=1800次。m为每次注射的塑料质量（千克/次）。根据浇注系统估算 m大概为0.08千克/次。C塑料的比热容（）,查模具设计与制造表8-28得C=1759熔融塑料进入模腔的温度（）。由制品的加工性能得：=90-120，这里取110。制品脱模的温度（），根据制品塑料的特性，取为模温：=80=7598880（J/h）计算用水量（kg/s）M通过模具的冷却水的质量（kg）。为模具单位时间内积累的热量(J/h)。为导热系数()，查模具设计与制造表8-28得=829。为进水温度（），这里取100。为出水温度（。），比脱模温度要低，取50。 =183kg 根据冷却水处于湍流状态下的流速成与水管直径d的关系，则确定模具冷却水管道的直径d.15M为冷却水的质量（kg）.为管道内冷却水的流速，取(0.8-2.5m/s)这里取2.3m/s.为水的密度（kg/）. =10.6mmL圆整，d=10mm.由于型腔尺寸比较小，所以把冷却系统设在模板中。7、模具的试模与修模试模中获得的样件是对模具整体质量的一个全面反映。检验样件来修正和验收模具，是塑料模具这种特殊产品的特殊性。起初，在初次试模中我们最常遇到的问题是根本得不到完整的样件，常因塑件被粘附于模腔内，甚至因流道粘着制品被破坏。这是试模首先应当解决的问题。7.1. 粘着模腔制品粘着在模腔上，指塑件在模具开启后，与设计意图相反，离开型芯一侧，滞留于模腔内，致使脱模机构失效，制品无法取出的一种反常现象。其主要原因是：（1） 注射保压和注射高压时间过长，可以造成过量充模。（2） 注射压力过高，或注射保压压力过高。（3） 模芯温度高于模腔温度，造成反向收缩。（4） 冷却时间过短，物料未能固化。（5） 型腔内壁残留凹槽，或分型面边缘受过损伤性冲击，增加脱模阻力。7.2. 粘着模芯（1） 注射压力和保压压力过高或时间过长而造成过量充模，尤其成型芯上有加强筋槽的制品，情况更为明显。（2） 可能存在不利脱模方向的凹槽或抛光痕迹需要改进。（3） 模腔温度过高，使制件在设定温度内不能充分固化。（4） 冷却时间过长，制件在模芯上收缩量大。（5） 机筒与喷嘴温度过高，不利于在设定时间内完成固化。7.3. 粘着主流道（1） 闭模时间太短，使主流道物料来不及充分收缩。（2） 主流道衬套内孔尺寸不当，未达到比喷嘴孔大0.51 .（3） 主流道拉料杆不能正常工作。16（4） 料道径向尺寸相对制品壁厚过大，冷却时间内无法完成料道物料的固化。（5） 主流道衬套区域温度过高，无冷却控制，不允许物料充分收缩。一旦发生上述情况，先要设法将制品取出模腔，不惜破坏制件，保护模具成型部位不受损伤。仔细查找不合理粘模发生的原因，一方面对注射工艺进行合理调整；另一方面要对模具成型部位进行现场修正，直到认为达到要求，方可进行二次注射。7.4. 成型缺陷当注射成型得到了近乎完整的制件时，制件本身必然存在各种各样的缺陷，这种缺陷的形成原因是错综复杂的，很难一目了然，要综合分析，找出其主要原因来着手修正，逐个排除，逐步改进，则可得到理想的样件。下面就对度模中常见的成型制品主要缺陷及其改进的措施进行分析。（1） 注射填充不足 所谓填充不足指在足够大的压力，足够多的料量条件下注射不满型腔而得不到完整的制件。这种现象极为常见，其主要原因有： a. 熔料流动阻力过大 这主要有下列原因：主流道尺寸不合理。流道截面形状、尺寸不利于熔料流动