旅行餐碗注塑模设计(有PROE)-模具毕业论文

盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 1 目 录 0 引言 1 1 制件的结构工艺 3 1.1 塑件的壁厚 3 1.2 脱模斜度 4 1.3 圆角 4 1.4 塑件的尺寸精度 5 1.5 注塑过程的特点 5 2 确定型腔数目 7 3 注射机的选择 8 3.1 额定注射量 8 3.2 额定锁模力 8 3.3 额定注射压力 9 3.4 注射机的形式和模具的关系 9 3.5 注射机与 安装模具的关系 10 4 模具结构设计 12 4.1 注射工艺原理 12 4.2 总体设计方案论证 12 4.3 浇注系统的设计 13 4.4 型芯及型腔的结构形式及尺寸计算 15 4 . 5 确定 顶出方式及顶杆位置 17 4 . 6 冷却水道的设计 18 4 . 7 模板尺寸的确定 19 4.8 导柱的设计 19 4.9 限位板和定位环的设计 19 4 . 10 脱浇口机构的设计 20 4.11 冷料井和排气槽的设计 20 5 模具用钢 22 6 使用说明 23 6 . 1 试模与修正 23 6 . 2 操作过程 23 7 模具的保养 24 旅行餐碗注塑模设计 2 8 结论 25 9 小结 26 10 参考文献 27 11 附件清单 28 盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 3 摘 要 在塑料工业中，注塑模是一种应用广泛，实用性强的塑料成形技术。 本文作者主要研究了旅行餐碗的注塑模的设计。本文结合大量资料研究了塑料的成形工艺，模具的制造。 对制品进行了工艺分析、收缩率的计算等。根据制品的重量等因素确定了注塑机的型号。在模具结构设计时，结合现有的资料，对模具结构进行了综合考虑。 对模具的各模板及各零部件进行了设计与计算。 在本文中使用了三板式单型腔模具，对模具的各部分零件进行了设计与计算，以及对水道的设计与安放位置等。对于脱浇口本文提出了一种方案，既应用钢球与弹簧， 并对模具的保养与维护提出了几点要求。本文在结合了大量的资料进行分析与研究的基础上，对本设计提出了多种设计方案，并对它们进行了分析与比较，确定了最佳的方案。在设计时，结合大量的数据，并通过计算，确定各重要的尺寸。使设计方案得到进一步的完善。 关键词 旅行餐碗 注塑模 三板式 单型腔 水道 旅行餐碗注塑模设计 4 Abstract Among plastics industry, the note moulding to be one extensive application, practibility strong plastics take shape technology. Author of this text main research travel meal design that note moulded of bowl. This text combines the craft o f taking shape of studying plastics of a large amount of materials, the manufacture of the mould . Have carried on calculation of craft analysing, shrinking rate,etc. to the products. Factor confirmed the type of the moulding plastics machine according to weight of products,etc. In the structure design of mould , combine the existing materials, has considered the structure of the mould synthetically. Every template and all spare part in mould designed and calculates. In use three modes in Chinese operatic music form s of mould in the article originally, all part of part in mould designed and calculates, And the design and laying position,etc. of the water course . For take off runner this text get a kind of scheme out of, already used steel ball and spring, And the maintenance and maintaining some requests of proposition to the mould . This text is on the basis of analysedding and study after combining a large amount of materials, To originally designed and put forward many kinds of plans of designing, and analyse and compare them, Have confirmed the best scheme. In the design, combine a large amount of data, and pass and calculate, Confirm the each important size. Make the plan of design get further perfection. Keywords: Traveling meal bowl The note moulding three modes Single type Water course 盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 5 0 引言 随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度方面的不断提高，塑料制品的应用范围不断地扩大，如 :家用电器、仪器仪表、建筑材料、汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅速猛增加。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法，该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的。由于注塑成型加工不仅产量多，而且运用于多种原料，能够成批，连续 的生产，并且具有固定的尺寸，可以实现生产自动化，高速化，因此，具有得极高的经济效益。 旅行餐碗注塑模设计 6 盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 7 旅行餐碗注塑模设计 8 模具是 指 一种专用工具，用于装在各种压力机上，通过压力把金属或非金属材料制出所需另件的形状制品，这种专用工具即统称模具。 模具 已经成为 当今工业生产中使用的极为广泛的主要工艺装备，是最重要的工业生产手段及工艺发展方向 .一个国家工业水平的高低 ,在很大生活方式上取决于模具工业的发展水平，模具工业的发展水平，是 衡量 一个国家工业水平的重要标志之一。 作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型 过程中的生产效率等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。 与其它机械行业相比，模具制造业主要有以下三个特点： 第一，模具不能像其它机械那样可作为基本定型的商品随时都可以在机电市场上买到。这是因为每副模具都是针对特定塑料制品的规格而生产的，由于塑料制品的形状、尺寸各异，差距甚大，其模具结构也是大相径庭，所以模具制造不可能形成批量生产。换句话说，模具是单件生产的，其寿命越长，重复加工的可能性越小。因此，模具的制造成本较高。 第二，因为注塑模 具是为产品中的塑料制品而订制的，作为产品，除质量、价格等因素之外，很重要的一点就是需尽快地投放市场，所以对于为塑料制品而特殊盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 9 订制的模具来说，其制造周期一定要短。 第三，模具制造是一项技术性很强的工作，其加工过程集中了机械制造中先进技术的部分精华与钳工技术的手工技巧，因此要求模具工人具有较高的文化技术水平，特别是对于企业来说要求培养“全能工人”（既多面手），使其适应多工种的要求，这种技术工人对模具单件生产方式组织均衡生产是非常重要的。 综上所述 ,模具制造业存在成本高 ,要求制造周期短 ,技术性强等特点 ,目前 ,随着 科学技术的不断发展和计算机的应用 ,这些问题得到了很大的改善。由于有了计算机辅助设计和计算机辅助加工，从根本上改变了模具生产的面貌，可靠地保证了模具所需要的精度与质量。预硬、易切削以及高光亮等，新型模具材料的应用，大大的方便了加工及热处理。另外，模具标准件和以标准件为基体的特殊定制零件的普及，明显的缩短了模具制造周期。 我国模具工业发展的历史和现状可分为： 1. 八十年代以前的模具工业发展：在大中型国有企业，模具车间或称工具车间，作为配套部门 ,专业化生产模具的厂家少，模具的种类是冲压模，锻造模。 2. 八十年代随着我国工业生产的发展，特别是工程塑料的推广及应用，推动模具工业的快速发展，主要表现在塑料模的快速发展。 1987 年在全国工科院校试点开设模具专业，模具工业的国际行标的制订与完善，压铸模，钻合金挤压模，铜墙铁壁型材模的开发和生产。 3. 九十年代后期，模具的生产向专业化，精密化发展，模具设计与制造的科技含量与技术含量越来越高。特别是 CAD/CAM 的高新软件的出现，象 AutoCAD、pro/g,MasterCAM、 UG、 Cimatron 等，用于产品设计和模具设计和模具设计，加快了模开发的速度，又 保证了模具的质量、而数控加工技术的出现使复杂模具的加工成为可能 ,实现设计与制造的体化流程，加快了模具开发的建设，提高了模具制造的质量。 本次毕业设计 ,我的设计课题为旅行餐碗的模具设计。在这次设计中，我选择了注射模具的设计。我首先搜集了大量和资料，并对其进行了分析 研究，而且吸取了国内外的有关资料，在此基础上我还到模具厂参观实习，获取了一定的感性认识，为我的模具设计打下了基础。 由于我对注塑 模也是刚刚接触，缺乏经验，所设计的模具难免存在很多问题与不足，在此希望老师能给予指正。 旅行餐碗注塑模设计 10 1 制件的结构工艺 要想获得良好的塑件 ,必须仔细而又慎重地设计塑件结构 (如壁厚的均匀度 ,圆角的大小 ,支承位置的选择等 )。倘若稍有疏忽，就会给制件带来难以弥补的缺陷，如气泡、缩孔、开裂等不良现象。在设计塑件结构的同时还要考虑塑件的结构是否符合模具分型面的要求，开模顶出的要求，模具制造的要求。总之，在充分分析研究塑件结构的同时，还必须考虑到模具的要求，使两者经济的合理性互相协调和统一。 塑料制件主要是根据要求进行设计，由于塑料有其特殊的物理机械性能，因此设计塑件是必须充分发挥其性能上的优点，避免和补偿其缺点， 在满足使用要求的前提下，塑件应尽可能地做到简化模具结构，符合成型工艺特点。在设计塑件是必须考虑以下几个方面的因素： 1 塑件的物理机械性能，如强度、刚性、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感性。 2 塑件的成型工艺性，如流动性。 3 塑件形状应有利于充模流动，排气，补孔，同时能适应高效冷却硬化（热塑性制品）或快速受热固化（热固性塑料制品）。 4 塑件在成型后收缩情况及各向收缩率差异。 5 模具的总体结构，特别是抽芯与脱出塑件的复杂程度。 6 模具零件的形状及其制造工艺。 以上前四条主要是指塑料性能特点，后两条 主要是考虑模具结构特点，塑件设计的主要内容包括塑件的形状、尺寸、精度、表面粗糙度、壁厚、斜度以及塑件上加强筋支承面、孔、圆角、螺纹、镶件等的设置。 1.1 塑件的壁厚 根据使用条件，各种塑件都应有一定的厚度，以保证其应有的机械强度。壁太厚，则浪费原料，增加塑件的成本，更重要的是延长塑件在模内冷却或固化的时间，也容易产生凹陷、缩孔、夹心等质量上的缺陷；塑件的壁厚也不能太薄，特别是在注盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 11 射成型中，因为壁越薄，熔融塑料在模腔内的流动阻力就越大，在大型塑件的情况下，有时会造成成型困难。另外，还必须指出壁厚与流程有密切关 系。所谓流程是指塑料从进料口起向型腔各处的距离。经试验证明各种塑料在其常规工艺参数下，流程大小与壁厚成比例关系（ S =（ L/100+0.5） 0.6）。 因此，对于塑件壁厚的设计应尽量是均匀的，壁与壁连接处的厚薄应相差不大，并且应尽量用圆弧过度；否则在连接处会由于冷却收缩的不均，产生内应力而使塑件开裂。在本次设计中，由于其为热塑性材料（聚乙烯），根据资料及国家标准，取其壁厚为 L=3mm。 1.2 脱模斜度 由于塑料冷却时的收缩，会使塑件紧包在成型芯上，为了使制品在成 型过程中能够顺利地从型芯中被顶出，与脱模方向平行的塑件表面必须设有脱模斜度。其脱模斜度的大小随制品表面粗糙度、形状以及尺寸精度的不同而不同，但通常最小不能低于0.5 ，在具体选择脱模斜度时还应注意以下几点： 1 凡塑件精度要求高的，应采用较小的脱模斜度。 2 凡较高、较大的尺寸，应选用较小的脱模斜度。 3 塑件形状复杂的，不易脱模的应选用较大的脱模斜度。 4 塑件的收缩率大的应选用较大的脱模斜度值。 5 塑件壁厚较厚时，会成型收缩增大，脱模斜度应采用较大的数值。 6 如果要求脱模后塑件保持在型芯的一，那么塑 件的内表面的脱模斜度可选的比外表面的小；反之，要求脱模后塑件留在型腔内，则塑件表面的脱模斜度应小于内表面。但是，当内外表面要求脱模斜度不一致时，往往不能保证壁厚的均匀。 7 增强塑料宜取大，含自润滑剂等易脱模塑料可取小。 8 取斜度的方向，一般内孔以小端为准，符合图纸，斜度有扩大方向取得，外形一大端为准，符合图纸，斜度由缩小方向取得。一般情况下，脱模斜度又不包括在塑件公差范围内。 1.3 圆角 塑料制件除了使用上要求采用尖角之处外 ,其于所有转角处均应尽可能采用圆弧过度 .因制件尖角处易产生应力集中 ,在受力或受 冲击振动时会发生破裂 ,甚至在脱模过程中既由于模塑内应力而开裂 ,特别是制件的内圆角 .一般 ,即使采用 R0.5mm的圆角就能使塑件的强度大为增加。理想的内圆角半径应有壁厚的 1/4 以上。同时，圆角可大大地改善塑料的充模特性。 塑件设计成圆角，使模具型腔对应部分亦成圆角，这样增加了模具的坚固性，塑件的外圆对应着型腔的内圆角，它使模具在淬火或使用时不致赢应力集中而开裂。同旅行餐碗注塑模设计 12 时，圆角也增加了制件的美观。但是，在塑件某些部位如分型面，型芯与型腔配合处等不便作为圆角而只能采用尖角，如图示。 图 1-1 1.4 塑件的尺寸精度 塑件成型与其它产品制造一样，也有尺寸精度要求。由于塑件生产的特殊条件，影响塑件尺寸精度的因素很多： 1 模具制造的精度和模具磨损。 2 塑料收缩的波动和成型条件引起的收缩变化。 3 受制模和成型工艺影响的成型条件。 4 塑件的修整工艺操作。 但是，从模具设计和制造的角度看，应着重考虑下列五项影响塑件尺寸精度的因素： 1 模具成型部件的制造公差。 2 模具成型部件的表面磨损。 3 由于塑料收缩率波动所引起的塑件尺寸误差。 4 模具活动成型部件的配合间隙。 5 模具成型部件的组装误差。 对于某一塑件来说，塑件的成型误差应为各个因素所引起的尺寸误差的总和。但，并不是上述五项因素都产生影响，而是不同部位尺寸的影响因素各不相同，塑件尺寸误差的计算包括下列三项内容： 1 塑件内外表面尺寸误差的计算。 2 塑件高度误差的计算。 3 塑件中的孔、中心距或突起部分中心距误差的计算。 塑件的尺寸精度一般是根据使用要求确定的，同时还必须考虑塑料本身的性能及盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 13 成型加工的特点，过高的精度要求是不适合。 1.5 注塑过程的特点 注塑过程具有以下几个特点。对这些特点的认识和正确运用对合理设计 塑件和取的良好的塑件质量有直接的关系。 (1) 注塑是在封闭的摸腔中进行的 塑件是在封闭的摸腔中成型的 ,成型时是将一受热熔化的塑料的熔体在压力作用下，通过细小的浇道注入已经闭合的模具腔体。在封闭模腔中成型塑件。为减小从模腔中脱出时的阻力，要求塑件带有适当的脱模斜度，也要求模具两部分的接触面 (即分型面 )应相对与所成型的塑件 ,安排在适当的位置 .在封闭的型腔中成型塑件 ,要求在模具总体结构中带有合理的 ,可保证塑件顺利脱出的脱模机构或抽芯机构等 ,也要求设计出可以充分排除型腔内原有的空气和塑件中低分子挥发物的排气系统 . (2) 注塑过程受多种工艺参数的影响 从注塑机方面看 ,有对料桶温度、注射压力、注射时间和保压时间等参数的控制。螺杆式注塑机又有对螺杆转速和塑化压力的控制，螺杆结构形式的选用等。无论螺杆式注塑机或柱塞式注塑机都有对注塑量的控制，注塑机合模机构一端又有对锁模力的控制等。 从模具方面看，有模具温度及其分布，浇注系统的参数，如：浇口的类型，浇口的位置，浇口面积的大小，分流道断面形状和大小，排气槽的开设情况等，对塑件质量都有重大的影响。脱模机构和抽芯机构的合理性和可靠性也与塑件质量密切相关。 另外，塑件本身的机构也 对塑件质量有影响。 （ 3）成型过程有热交换作用并伴随着相变和聚集态变化 塑料注塑过程中，塑料在注入模腔前，必须先由颗粒状或粉末状的固体态加热到熔融的粘流态，而注入模具后，则是从粘流态冷却凝固为具有能保持住模腔形状的固体态，因此在进入模腔前后都存在着热交换作用。熔体冷却凝固变为固体状态过程中，聚合物从粘流态变为高弹态再变为玻璃态，结晶型塑件从熔融态结晶为晶态。熔体高速进入型腔时受到剪切作用，分子链沿流动方向取向。剪切作用停止后，未冷却凝固的取向分子链亦可由于热运动解取向（松弛）。因此，熔体与模具的热交换情况， 即熔体的冷却速率，冷却速率的分布情况对上述聚集态变化具有决定性影响。冷却速率缓慢可造成结晶型塑料充分结晶，可获得结晶速度高、晶粒粗大的塑件或取向度较低的塑件。冷却速率增快则可获得结晶度低、晶粒细小的塑件或保留较高取向度的塑件。两种情况下所得到的塑件力学性能、光学性能、收缩率大小等都会有明显差别。塑件各不同部位冷却速率的分布情况对于收缩率的均匀性内应力的形成和大小，塑件的尺寸和形状稳定性等则有重要的影响。 旅行餐碗注塑模设计 14 2 确定型腔数目 模具中的型腔数目的确定是一项综合项目，首先应考虑注射机的各项规格几工作性能，以及 考虑制品的精度要求，模具制造的费用等。 以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机的 80%，按公式（ 2-1）计算 件浇W WSN 8.0 5 (2-1) 式中 : N 型腔数 S 注射机的注射量 (g) 浇W 浇注系统的重量 (g) 件W 塑件重量 (g) N=(0.8*125-56)/44=1 所以 ,根据以上计算 ,确定本次设计的型腔数目为 1 个。 盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 15 3 注射机的选择 为了保证正常生产和获得良好的塑件，在模具设计时应选择合适的注射机，为此必须了解注射机的性能和安装模具的关系。一般应考虑下，下列几个问题。 3.1 额定注射量 国产标准的注塑机均用塑料的容量（ 2cm ）表示一次注射量。因聚乙烯比重是 1.05近似于 1，因此以聚乙烯为基准来确定注射机的额定注射量。但是 目前由于过去的习惯，对注射机的注射量也还是采用克量来表示。所以选择注射机的注射量是可以用公式（ 3-1）来计算。 GC8.0 5 (3-1) 式中 : 式中 : C 注射机最大注射克量 (克 ) G 成形塑件及浇注系统所需塑料的克量 , rvG件 R 成形塑料的比重 (克 / 2厘米 ) 0.8 为系数 ,一般要求成形塑件的容量不得超过注射机容量的 80% 又 G=56 克 ,所以 , 克708.056 C 3.2 额定锁模力 选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力 ,不然模具分型面要分开而产生溢料 .注射时产生的型腔压力对柱塞式注射机因注射压力损失较大 ,所以型腔压力约为注射压力的 70% 40%；而有预塑装置的注射机及镙杆式注射机压力损失较小所以型腔压力较大 .另外对不同流动性的塑料 ,喷嘴和模具结构形式 ,其压力损失也不一样 .一般熔料经喷嘴时其注射压力达 600 800 公斤 / 2厘米 ,经浇注系统入型腔时则型腔压力一般约为 250 500 公斤 / 2厘米 。 锁模力和成形面积的关系由下式（ 3-2）确定： 旅行餐碗注塑模设计 16 1000/APP 腔锁 5 （ 3-2） 式中 : 锁P 锁模力（吨） 腔P 型腔压力，一般取 400 500 公斤 / 2厘米 A 浇道、进料口和塑件的投影面积（ 2厘米 ） 即 TP 5.821 0 0 0/1 8 54 5 0 锁 3.3 额定注射压力 如果只考虑注射机的最大注射量，最大成形面积和锁模力来确定注射机这还是不够的。有些塑件由于形状 及塑料品种等因素，需用很高的注射压力才能顺利成形，为此选用的注射机注射压力必须大于成形所需的注射压力，既应满足公式（ 3-3）的关系。 成注 PP 5 （ 3-3） 式中 : 注P 选用的注射机的最大注射压力（ 公斤 / 2厘米 ） 成P 成形时需用的注射压力（公斤 / 2厘米 ） 成形时需用的注射压力一般很难确定，因它与塑料品种、塑件形状尺寸、注射成形条件，注射机种类，喷嘴及模具浇注系统等有关。一般注射压力常在 700 1500公斤 / 2厘米 范围内选取，并经成形时酌情尊减。 3.4 注射机的形式和模具的关系 在模具设计时，需考虑机床动模板的行程和可调节的模具闭合高度，这直接影响到装模及脱模。 3.4.1 注射机的闭合高度与模具关系 模具厚度与注射机闭合高度，必须满足公式（ 3-4）及公式（ 3-5）的关系 。 大小 HHH 5 （ 3-4） SHH 小大 5 （ 3-5） 式中 : H 模具高度（毫米） 小H 机床最小闭合高度（ mm） 盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 17 大H 机床最大闭合高度（ mm） S 螺杆可调长度 3.4.2 卧式或立式注塑机的开模行程与模具关系 卧式或立式注塑机的开模行程与模具关系必须满足公式 (3-6)的关系。 1HS 2H 5 10 5 （ 3-6） 式中 S 开摸行程（ mm） 1H 脱模距离（ mm） 2H 塑件高度 (mm) 5 10 为保证取出塑件而增设的余量（ mm） 3.4.3 点 状进料口模具与开模行程的关系 点状进料口模具与开模行程的关系必须满足公式（ 3-7）的关系。 1HS 2H a 5 10 5 （ 3-7） 式中 S 开摸行程（ mm） 1H 脱模距离（ mm） 2H 塑件高度 (mm) 5 10 为保证取出塑件而增设的余量（ mm） a 顶模板与浇口套分离距离（取出浇口的长度）。对阶梯形塑件，不 需要全部顶出型芯，但必须考虑脱模后型芯是否防碍取出塑件（ mm） . 根据所设计的模具， 以公式 1HS 2H a 5 10 计算 584048 S +10 156 mm 3.5 注射机与安装模具的关系 了解 注射机与安装模具，必须了解如下几点： （ 1）机床拉杆间隙。考虑模具的最大外形尺寸安装时不受拉杆的影响。 （ 2）定位孔的直径。模具安装用的定位环尺寸应与机车定位孔直径相配合，小型 旅行餐碗注塑模设计 18 机床一般只在定模部分设置定位孔，大型机床则定、动模板都设置定位孔。 （ 3）顶出杆孔的位置。设计模具时，必须了解机床顶出杆的直径及位置，并应将顶出杆的行程和模具顶出装置的动作一起考虑。 （ 4）喷嘴前端的孔径和球面的半径。是决定浇口套的孔径和球面尺寸的依据。 （ 5）安装螺孔的位置及孔径 机床定、动模板上设有一系列螺孔，以供安装模具压紧所用。安装形式如下： 1）用螺钉直接固定模具 2）用压板固定模具形式 综上所述，根据额定注射量，额定锁模力以及注射机与模具的行程关系，在本次设计中，选用的注射机型号为 XS-ZY-125 型卧式注射机，且采用螺钉直接固定模具。其有关数据如下： (1) 螺杆 (柱塞 )直径 (mm) 30 (2) 注射容量 ( 或 g) 104 (3) 注射压力 (10 Pa) 1190 (4) 锁模力 (10 N) 90 (5) 最大注射面积 ( ) 320 (6) 最大模具厚度 (mm) 300 (7) 最小模具厚度 H(mm) 200 (8) 模板最大距离 L(mm) 600 (9) 模具板行程 L(mm) 300 (10) 喷嘴球半径 (mm) 12 (11) 喷嘴孔径 d(mm) 4 (12) 喷嘴移动距离（ mm） 210 以上数据参见 塑料模具设计手册 盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 19 4 模具结构设计 4.1 注射工艺原理 注射成型又名注塑成型，是热塑性塑料加工的主要方法之一。注射乘 兴过程中，粒状或粉状物经受热熔融并使之保持流动状态。这个过程经注射成型机和注射模具来实现。注射成型工艺流程见图 4-1 图 4-1 根据上述基本原理，注射机应完成下列三项任务：（ 1）使塑料均匀塑化达到流动状态；（ 2）使注射模闭合，并以一定的压力和速度将熔融的塑料注人模内，并使其冷却和固化定型；（ 3）开启注射模将塑件顶出。 4.2 总体设计方案论证 4.2.1 设计原理 注塑模具设计必须以塑料的特点性能注塑成型原理为依据，以制造简单易 行为准则，注塑成型是热塑性塑料制造生产的一种重要方法。其原理是：塑料材料在注塑机内加热融化，然后在高压作用下将熔融状态下的塑料高速注入模具型腔内，然后冷却旅行餐碗注塑模设计 20 成型。影响注塑成型工艺的因素很多，主要工艺参数有：（一）温度。包括料桶温度，喷管温度，模具温度（二）压力。包括塑化压力和注射压力（三）时间。包括充模时间，保压时间，闭模时间等等其它时间。为了设计一套结构合理，工艺简单的模具，必须处理好各种因素的影响。 4.2.2 方案选择 共设计了两套方案，一套是点浇口单型腔三板式，一套是潜伏式浇口单型腔三板式。选择 第一套模具，是由于采用点浇口单型腔三板式，点浇口比潜伏式浇口容易设计，尽管使用潜伏式浇口可以不影响塑件的美观，但是在本设计中，由于设计的是塑料餐碗，使用点浇口也同样不影响其美观，同时使用点浇口还便于设计和加工，节省开模所用费用，所以选择的方案是 点浇口单型腔三板式模具。在本方案中，使用了钢球和弹簧替代了脱料板，变的更简单，不足之处是取出时还需要人工加工。 4.3 浇注系统的设计 4.3.1 浇注系统设计应注意的几个问题 1 首先塑料制品的结构分析其充填过程，以保证塑料制品的内在质量和尺寸稳定。这一点在 大型塑料制品及功能性塑料制品上尤为重要。 2 在设计浇注系统时，应当非常注意浇注系统对制品外观的影响。在设计过程中经常会遇到这样的情况，某一些塑料制品的浇口设计在某处比较合理，但由于在该处设置浇口影响制品外观，只能将浇注系统改在其它部位。若实在无法处理时，可通过改变制品结构来解上述问题，对有外观质量要求的塑料制品尤为重要。 3 在设计浇注系统时，应该考虑到模具在注射时，是否能适应全自动操作。要达到全自动操作，必须保证在开模时，制品与浇注系统能自动脱落，浇口与制品亦要尽可能自动分离。 4 浇注系 统的设计，必须考虑到塑料制品生产的后续工序。如因后续工序在加工、装配、管理上的需要，往往需设置辅助流道，将多件制品联成一体。 5 在设计浇注系统时 ,应留有一定的余地 ,这样在使用时即使有些不足之处 ,亦可以比较方便地得到解决 . 6 多观察分析各类塑料制品的浇注系统和浇口位置的选择 ,吸取其成功之处 ,提高浇注系统设计的可靠性 . 7 设计浇注系统时 ,其主流道进口处的位置应尽量与模具中心重合 . 4.3.2 浇注系统的组成及功能 浇注系统由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。 浇注 系统的功能，就是将熔融的塑料，经过注射机喷嘴，在高温、高压、高速状盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 21 态下通过浇注系统进入模具型腔。 设计浇注系统的基本原则，是在满足塑料制品质量的同时，还应有利于提高成型速度来缩短成型周期。在本次设计中，主要是对浇口的设计。 4.3.3 浇口的设计 浇口是流道和型腔之间的连接部分，也是注射模进料系统的最后部分。其基本作用是： 1） 使从流道来的熔融塑料以最快的速度进入并充满型腔； 2） 型腔充满后，浇口能迅速冷却封闭，防止型腔内还未冷却的热料回流。 浇口的设计与塑件形状、断面尺寸、模具结构、注射工艺条件（压力）及塑料性能等因素有关系。但是，根据上述两项基本作用来说，浇口的截面要小，长度要短，因为只有这样才能满足增大料流速度、快速冷却封闭、便于与塑件分离以及浇口残痕最小等要求。 塑料制品质量的缺陷，如缺料、缩孔、拼缝线、质脆、分解、白斑、翘曲等，往往都是由于浇口设计不合理而造成的。 浇口的类型很多，根据模具浇注系统在塑料制品上开设的位置、形状不同，选择不同形式的浇口，结合本质品的特征，选择点浇口。浇口设计的注意事项有很多。 （ 1）浇口应开设在塑件制品断面较厚的部位，能使熔融的塑料从塑料制品厚断面流向薄断面，保证塑料充模完全。 （ 2）浇口位置的选择，应使塑料充模时间最短，减少压力损失，有利于排除模具型腔中的气体。 （ 3）浇口不能使熔融塑料直接进入型腔，否则会产生漩流，在塑料制品上留下螺旋形痕迹，特别是点浇口、侧浇口等，更容易出现这种现象。 （ 4）浇口位置的选择，应防止在塑料制品表面上产生拼缝线，特别是圆环或筒形塑料制品，应在浇口对面的熔料结合处加开冷料穴。 （ 5）装有细长型芯的注塑模具所开设的浇口位置 ，应当离型芯较远，以防止熔融的料流的冲击而使型芯变形，错位和折短。 （ 6）大型和扁平塑料制品成型时为了防止塑料制品翘曲、变形和缺料，可采用多点形浇口。 （ 7）浇口位置应尽量开设在不影响塑料制品外观的部位，如开设在塑料制品边缘和底部等。 （ 8）浇口尺寸的大小，应取决于塑料制品的尺寸、几何形状、结构和塑料的性能。 （ 9）设计多型腔注射模具时，结合流道平衡并考虑浇口的平衡，应做到熔融塑料同时均匀充满型腔。对于同一种塑料制品的多型腔注射模具来说，可按浇口与主流道的距离，逐渐加大浇口的截面，减少 较远浇口的阻力。采取保持各浇口大小相等、改变其长度或保持浇口宽度和长度一定、改变其深度两种方法，来使浇口平衡。对于不旅行餐碗注塑模设计 22 同塑料制品的多型腔注射模具来说，常把最大塑料制品的型腔布置在最靠近主流道的部位。 （ 10）为了在开模时从浇口套内拉出主流道凝料使与注塑机喷嘴分离，一般在冷料穴的尽端设置拉料杆。 对于薄壁制件 ,由于点浇口附近的剪切速率过高 ,会造成分子的高度定向 ,增加局部应力甚至开列 .为改善这一情况 ,在不影响使用的情况下 ,可以将浇口对面壁厚增加并曾圆弧过度 ,同时圆弧还有储存冷料的作用 . 在本次设计 中，设计的是碗，根据各种浇口的特点选择点形浇口，其适合于单型腔简单的模具。浇口位置选择在碗的底部中间。在这个位置，塑料充模流程最短，压力损失较小，有利于排除型腔中的空气，而且不影响塑件外观的美观。 4.4 型芯及型腔的结构形式及尺寸计算 4.4.1 型芯及型腔的结构形式 根据所设计塑料制品的形式选择型芯及型腔的结构形式。即为碗的形状。如图示： 图 4-2 型芯的结构 采用的是拼镶式结构，用来改善工艺性能。型芯部分采用沉孔嵌入，用内六角螺钉固定。 4.4.2 型芯 及型腔的尺寸计算 型腔和型芯的工作部分尺寸与塑料制品的尺寸和公差、塑料收缩率及模具的磨损和制造公差等因素有关。 1型腔径向尺寸计算 在给定条件下制品平均收缩率CPS，制件的名义尺寸SL（最大尺寸）及其允许公差 （负偏差），则塑件平均径向尺寸为： 2SL 型腔名义尺寸为 ML （最小尺寸），公差值为 Z （正偏差），则型腔的平均尺寸为ML + Z /2。考虑到收缩率和磨损值 C ，以型腔磨损量到最大磨损量的一半计，则有： 盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 23 CCPSSzM SLLL 21)2(22 对于中小型塑件，令 61C， 31Z，并将比其他各项小得多的CPS2略去，则有： 43CPSSM SLLL 9 （ 4-1） 标注上制造偏差后，得 17.0043 CPSSM SLLL 代入数据得 17.0052.043%2 8.02.0148148 ML = 17.00095.147 2.型芯径向尺寸计算 经过和上面型腔径向尺寸计算的推导 ,可得 : 43CPSSM SLLL 9 (4-2) 标注上制造偏差后，得 043ZCPSSM SLLL 代入数据得 017.052.043%2 8.02.0145145 ML = 0 17.085.145 3.型腔深度计算 在型腔深度计算过程中，规定制件高度名义尺寸SH为最大尺寸，公差以负偏差表示型腔深度名义尺寸 MH 为最小尺寸，公差以正偏差表示型腔的底面、型芯的端面都于分型面平行。在脱模过程中磨损很小，磨损量C不予考虑，则有： CPSSZM SHHH ）（ 222 令3Z并略去CPS2得 32CPSSM SHHH 9 （ 4-3） 标注上制造偏差后，得 旅行餐碗注塑模设计 24 ZCPSSM SHHH 032 代入数据得 20.0060.032%2 8.02.05858 MH = 20.0005.58 4型芯高度计算 经过和上面型腔高度尺寸计算类似的推导，可得 32SCPSM HSHH 9 （ 4-4） 标注上制造偏差后，得 032 ZCPSSM SHHH 代入数据后得 020.060.032%2 8.02.05555 MH= 020.086.54 4.5 确定 顶出方式及顶杆位置 注射模具的顶出系统即使制品脱模的装置 ,当制品在模具经过冷却固化之后 ,要由特定的方式切实可靠地从模具的一侧推顶出来 ,在这个过程中不能使制品产生变形 .而达不到成形要求 ,出现 ”白化 ”及 ”卡滞 ”现象 ,除此之外 ,该装置还必须能够在模具闭合时 ,保证不会与模具其它零部件发生干涉地回复到顶出前的初始位置 ,以便进行重复不断的成形加工。由于采用的是三板式模具，因此要经过二次顶出。 4.5.1 顶出行程 顶出行程一般规定使被顶出的制品脱离模具 510mm,另外 ,不要将顶出行程做得过长 ,因为有些模具要求顶出制品的顶杆很细 ,如果顶出行 程设计得过长 ,就容易损坏顶杆 . 图 4-3 脱模顶出距离 4.5.2 顶杆的形状与尺寸选择 在本次设计中，使用了一根顶杆及两根顶板顶杆。顶杆的尺寸，直径为 15mm，顶板顶杆的直径也为 15mm。 盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 25 图 4-4 顶杆及其尺寸 4.6 冷却水道的设计 模具设置冷却装置的目的：一是防止塑件脱模变形；二是缩短成形周期；三是使结晶性塑料冷凝形成较低的结晶度，以得到柔软性 、 挠曲性 、 伸长 率较好的塑件。冷却形式一般在型腔 、 型芯等部位合理设置通水冷却水道，并通过调节冷却水流量及流速来控制模温。 .冷却水一般为室温冷水，必要时也有采用强迫通水或低温水来加强冷却效率。冷却系统的设计对塑料件质量及成形效率直接有关，尤其在高速 、 自动化成形时，更应研究。 要达到有效的模具冷却，主要是减低模具中热量流动的内部阻力，换言之也就是提高热传递的效率。这种内部阻力取决于冷却孔道距塑件表面的距离，也取决于冷却孔道的中心距。根据经验，要保证热流内部阻力低和达到冷却孔道的恰当分布，冷却孔道的中线与塑件表面的距离应为冷却孔 道直径的 1 2 倍，冷却孔道的中心距为冷却孔道直径的 3 5 倍。冷却孔道间距较大，模具表面温度就不均匀；冷却孔道距塑件表面的距离太远，热流内部阻力就增大。此外热流内部阻力就增大也取决与制模材料的导热性能。 4.6.1 设置冷却管道考虑因素 (1) 模具结构形式，如普通模具 、 细长型芯的模具 、 复杂型芯的模具及脱模机构障碍多的或镶块的模具，对冷却系统设计直接有关； (2) 模具的大小和冷却面积； (3) 塑件熔接痕位置； 4.6.2 定模冷却水道的设计 由于碗的模具整体比较简单明了， 所以其水道设计也比较简单。对于定模板，采用的方案是直接在定模板上钻孔，采用沟道式冷却，通人冷水冷却。流向为： 旅行餐碗注塑模设计 26 . 图 4-5 水的流向 4.6.3 型芯冷却水道的设计 碗属于一种中小型塑件，因此对于其型芯冷却水道，采用的方法与定模相同，也在型芯内部开一个圆柱形的水槽，注人冷水冷却。由于在型芯的中部有顶杆，所以要考虑到顶杆与型芯的配合处不应漏水，因此顶杆与型芯过盈配合，而且要加密封圈 。 4.7 模板尺寸的确定 对于模具中各模板的厚度 (包括顶出杆固定板、垫板、动、定模固定板、垫条等 )。在满足强度要求的前提下，应尽量采用标准模架。 根据标准模架及一些尺寸要求 (型芯 、 导柱等 )。初步确定模架的尺寸如下 (单位： mm)： 定模固定板 340 300 23 定模 250 300 67 动模板 250 300 40 顶杆 固定板 148 300 23 垫条 50 250 95 动模固定板 340 300 23 4.8 导柱的设计 塑料模具用导柱来对定模及动模合模时定向及定位。在本次设计中，共有导柱 12根，定模导柱 4根，定模导柱 4根以及顶板顶杆 4根。碗的注塑模具比较简单，因此采用最常用的导柱，它结构简单，加工方便。如图示。 图 4-6 导 柱 其尺寸设计根据模具的框架，查表，保证它 有足够的抗弯强度，定其为25X124mm，与模板滑动部分采用间隙配合，固定部分采用过盈配合。因其起定向及定位作用，因此它要有足够的耐磨性，所以采用 20 号钢，而且再经淬火处理，硬度不应低于 48 55HRC，或者采用 T8A 碳素工具钢，再经淬火处理。 盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 27 4.9 限位板和定位环的设计 4.9.1 限位板的设计 限位板是用来限制定模移动的距离，以便能够顺利取出废料。选用材料为 T8A或 45 钢，要经淬火处理，硬度不应低于 40 45HRC ， 限位板的结构示意图如下： 图 4-7 限位板 4.9.2 定位环的设计 定位环是用来固定浇口套的，连接注射机的喷嘴与浇口套，用 50 号钢，定位环的结构示意图如下： 图 4-8 定位环 4.10 脱浇口机构的设计 浇口的种类如前所述，有许多种类型，因此其脱浇口的方式也有许多种。在本次设计中，主要是对点浇口脱落机构的设计。其脱浇口方式有顶出式脱浇口、斜窝式折损脱浇口、托板式脱浇口、拉杆式脱浇口、拉钩式脱浇口、斜面式脱浇口、 手工脱浇口和锥形套式脱浇口等。在本次设计中，将脱料板换成了钢球和弹簧，开模时，首先使定模定板与定模分离，既利用钢球和弹簧使其分离，让浇口自动脱落。其设计结构见装配图。 4.11 冷料井和排气槽的设计 4.11.1 冷料井 冷料井分为主流道冷料井和分流道冷料井。冷料井的位置一般设计在主流道或分旅行餐碗注塑模设计 28 流道的末端，亦既塑料最先达到的部位。冷料井的作用是防止在注射时将冷料注入型腔，而使制品产生缺陷。冷料井的大小要适宜，一般情况下，主流道冷料井圆柱体的直径为 6 12mm，起 2 深度为 6 10mm。对于大型制品，冷料井 的具体尺寸可适当加大。分流道冷料井长度为 5 8mm。由于本次设计用的是三板式模具， 且无分流道，所以不需要设计冷料井 。 4.11.2 排气槽 模具型腔在塑料填充过程中 ,除了模具型腔内有空气外 ,还有塑料受热而产生的气体 ,尤其是在高速注射成形和热固性注射成形时 ,考虑排气是很必要的 .一般是在塑料填充的同时必须把空气排出模外 ,如果不能顺利地排出空气 ,被压缩的空气变成高温燃烧 ,使塑料焦化 ,或使溶接线处强度减低以及不能成形 ,其次是在开模时造成型腔及型芯贴紧塑件在脱模时成为真空而使塑件破裂等。 排气槽的位置设计原则为： （ 1） 根据进料口的位置考虑开设在型腔最后被充满的地方，通常是通过试模以后才能确定下来。塑料在型腔的填充情况和模具浇注系统关系很大，所以在设置浇注系统时，要考虑排气、排料是否方便。 （ 2） 对于成形一些料流速度较小的塑件时，在大多数场合下可利用模具的分型面及活动零件的配合间隙排气，这是可不必另开排气槽。 （ 3） 对较大型模具为了防止溢料，排气槽宜采用曲线形。 （ 5） 排气模应开设在型腔一面，便于制造。必要时，可多开几条排气槽来减少气阻。 找出气阻位置，便可设置排气槽。该套模具排气槽的深度可取 0.02mm.（由塑料的溢边值决定 ） 。该套模具的排气槽设置在分型面处。 盐城工学院机械工程系毕业设计说明书 29 5 模具用钢 模具的耐用性除取决于模具结构设计及其使用与维护情况外，最根本的问题是制模材料的基本性能是否和模具的加工要求与使用条件相适应。因此，根据模具的结构和使用情况，合理选用制模材料，是模具设计的重要任务之一。目前，制模材料仍以钢材为主，但根据塑料的成型工艺条件，也可采用低熔点合金、低压 铸铝合金、铍铜和其它非金属材料。 选择模具零件的材料应按其用途而定 ,对成形零件的用料应考虑以下因素 : 1 要承受在高温、高压下长期工作。因此应有足够的机械强度 、 耐疲劳性能及耐热性。 2 用于成批大量生产的模具应具有良好的热处理性能。对形状复杂的零件及易变形零件则还应要求材料在热处理时变形小。 3 对天成形零件尺寸精度要求较高的 ,应考虑使用尺寸稳定性好的材料。 4 模具钢要便于加工 ,易抛光。 根据以上要求，模具的材料分别为 :动模板、定模板等模板使用 45 钢；导柱材料为 T8A 或 20 号钢渗碳处理 ,其它零件所用材料见总装配图明 细栏。 旅行餐碗注塑模设计 30 6 使用说明 6.1 试模与修正 1 对 (旅行餐碗 )模具设计完成后 ,必须进行试模 ,通过试模 ,来检验模具是否合格以及选择最佳成型工艺。 2 经过第一次试模后 ,就合格的模具是理想的 ,实际上难以做到 ,所以 ,在试模后一般即需按照模具委托加工说明书进行修正加工 .修改委托书内容时 ,必须慎重行事。 6.2 操作过程 开模时，首先定模固定板与定模在钢球与弹簧的作用下分离，然后，成型芯带着塑件与定模固定板分离，随后，顶出系统的顶出器将塑件顶出。定模固定板移动的最大距离由 销和限位板来控制。接着，由工人手工取出制品，并用小刀切除料把。最后，合模，继续下一个循环操作。 该套模具可采用半自动