塑料碗模具设计.pdf

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1、 塑料模具 设计说明书 项目名称：塑料碗注射模具设计 系 别：机电系 专 业：机械设计制造及其自动化 组 长：学 号：组 员：学 号：学 号：学 号：学 号：学 号：指导教师：二OO九年四月 目录 一、塑料碗的零件图.错误!未定义书签。1.塑料碗的 3D 模型（SolidWorks 造型）.错误!未定义书签。二、塑料碗制品的结构特点.错误!未定义书签。三、选择的塑料及其性能、成型条件.错误!未定义书签。1.选择的塑料.错误!未定义书签。塑料的性能.错误!未定义书签。的成型条件.错误!未定义书签。四、确定型腔数、排列方式和分型面.错误!未定义书签。1、型腔数目的确定.错误!未定义书签。2、型腔的

2、排列方式.错误!未定义书签。3、分型面的设计.错误!未定义书签。五、选择注射机和注射机参数.错误!未定义书签。1、注射机的组成.错误!未定义书签。2.锁模力的校核.错误!未定义书签。3.注射量的校核.错误!未定义书签。4.核膜机构的尺寸的校核.错误!未定义书签。六、模具型腔和型芯尺寸计算.错误!未定义书签。1、型腔的内形尺寸计算.错误!未定义书签。2、型腔的深度尺寸计算.错误!未定义书签。3、型芯的外形（外径）尺寸.错误!未定义书签。4、型芯的高度尺寸计算.错误!未定义书签。六、确定模架尺寸.错误!未定义书签。1、导柱的结构.错误!未定义书签。2、导套的结构.错误!未定义书签。七、参考资料.错

3、误!未定义书签。一、塑料碗的零件图 1.塑料碗的 3D 模型（SolidWorks 造型）2.塑料碗的尺寸图 二、塑料碗制品的结构特点 1.餐具外观酷似瓷器或象牙，不易脆裂又适宜机械洗涤。2.刚性和强度比传统的塑料制品好，制品不易变形。3.耐高温性能较好，可以能用作微波炉餐具但低温脆性高。4.在室温下不固化，一般在 130150热固化，加少量酸催化可提高固化速度。5.塑料碗采用凹模结构设计，凹模是成型产品外形的主要部件。其结构特点：随产品的结构和模具的加工方法而变化。镶拼的组合方式的优点：对于形状复杂的型腔，若采用整体式结构，比较难加工。所以采用组合式的凹模结构。同时可以使凹模边缘的材料的性能

4、低于凹模的材料，避免了整体式凹模采用一样的材料不经济，由于凹模的镶拼结构可以通过间隙利于排气，减少母模热变形。对于母模中易磨损的部位采用镶拼式，可以方便模具的维修，避免整体的凹模报废。组合式凹模简化了复杂凹模的机加工工艺，有利于模具成型零件的热处理和模具的修复，有利于采用镶拼间隙来排气，可节省贵重模具材料。三、选择的塑料及其性能、成型条件 1.选择的塑料：PP（聚丙烯）塑料的性能：PP 是一种半结晶性材料。它比 PE 要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的 PP 温度高于 0以上时非常脆，因此许多商业的 PP 材料是加入 14%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。共聚物型的

5、PP 材料有较低的热扭曲温度（100）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度。PP 的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP 的维卡软化温度为 150。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP 不存在环境应力开裂问题。通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对 PP 进行改性。PP的流动率MFR范围在140。低 MFR的 PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同 MFR 的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。由于结晶，PP 的收缩率相当高，一般为%。并且收缩率的方向均匀性比 PE-HD 等材料要好得多。加入 30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到%。均聚

6、物型和共聚物型的 PP 材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP 也不象 PE 那样在高温下仍具有抗氧化性。的成型条件：塑料碗在注射成型时，要经过三个阶段的转换：一是塑料未进入料筒时的颗粒状态；二是塑料在料筒中的塑化流动而达到的熔融状态；三是塑料通过注射模浇注系统的冲模流动及冷却定型。在每个阶段中，都要有特定的工艺成型条件。颗粒状态（1）预热干燥 原料应先进行预热干燥处理，预热时间为，料温升至 80C-100C。原因是原料中往往水分含量太高，如果直接放入料筒，会导致制品表面暗淡，色泽不均匀以及表面气泡等故障。但是预

7、热时间要适当，温度也不能过高。温度太高会导致制品表面产生焦斑；预热温度太高或预热时间太长会导致制品表面色泽不均匀。（2）加料计量 进料量要准确。如果原料过多会造成制品飞边多，清理困难；如果原料太少，会造成成型压力不够，制品不能完全固化等弊端。熔融状态（1）控制成型温度和压力 根据 PP 塑料的最佳成型条件要求，应将模具的成型温度控制在 150-220C之间；初压控制在 70Mpa-90Mpa 之间，加压时间为 1-5s。原料温度太高，容易导致制品表面有焦斑及制品色泽不均匀；初压时间太长，会导致制品表面疏松；成型温度和压力不适当，会导致塑料流动性能太差。（2）排气 在成型时会产生缩合水及挥发性气

8、体，所以应当在成型时进行排气以防止制品表面疏松。通常放气的次数和时间长短凭经验确定，放气动作力求迅速。只要卸除一下压力，再立即恢复到原来的压力，放气动作就算完成了。我们的塑料碗结构不复杂，所以不必从模具方面考虑排气结构。冲模流动及冷却定型（1）固化阶段 排气后即刻合模升压至 70-90Mpa，时间 70s 左右。在此阶段，固化时间应当充足，否则会导致制品表面暗淡。（2）出模 完成固化之后，风冷制品，顶出机构将制品顶出。（3）出模后的加工 我们制作的是食品器具，所以制品出模后，应入 120C以上的烘箱中加热3060min，使之进一步固化。最后进行打磨飞边，完成塑料碗的制作。四、确定型腔数、排列方

9、式和分型面 1、型腔数目的确定 型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、交货长短、注射能力、模具成本等要求来综合考虑。根据注射机的最大锁模力确定型腔数目 n，即 件废锁AAFffn 式中 锁F注射机的额定锁模力（N）废A模具上浇注系统及飞边在分型面上的投影面积（m2）件A塑件在分型面的投影面积（m2）f 单位面积所需的锁模力（N/m2）大多数小型件常用多型腔注射模，面高精度塑件的型腔数原则上不超过 4个，生产中如果交货允许，我们根据上述公式估算，采用一模二腔。2、型腔的排列方式 考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示：图（1）3、分型面

10、的设计 分型面位置选择的总体原则，是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构，分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较具体可以从以下方面进行选择。a)确保塑件尺寸精度，有同轴度要求的部分全部在动模部分成型，选分型面时，还应考虑减小由脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异。b)确保塑件表面要求，分型面尽可能选择在不影响塑件外观的部位以及塑件外观的要求，而且分型面处产生的飞边应容易修整加工。c)考虑锁模力，尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。d)考虑模板间距。e)便

11、于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模部分。f)考虑侧抽芯机构，应尽量避免侧抽芯机构。g)尽量方便浇注系统的布置。h)便于排溢。i)便于嵌件的安放。j)模具整体结构简化，尽量减少分型面的数目，尽量采用平直分型面。k)考虑模具制造难易性。五、选择注射机和注射机参数 1、注射机的组成 注射机的全称应为塑料注射成型机。注射机主要由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统及机架等组成。工作时模具的动、定模分别安装于注射机的移动模板和定模固定模扳上，由合模机构合模并锁紧，由注射装置加热、塑化、注射待融料在模具内冷却定型后由合模机构开模，最后由推出机构将塑件推出。1、锁模油缸 2、锁模机构 3、移

12、动模板 4、顶出杆 5、定模固定板 6、控制台 7、料筒及加热器 8、料斗 9、定量供料装置 10、注射油缸 注塑机的选择与参数校核 根据课程设计实际要求我们选用型号为 XS-Z-60 的注射机，如图其主要技术 参数如下：最大注射容量为 60cm3；注射压力为 122Mpa；锁模力为 500kN；最大注射面积为130cm2；最大模具厚度为200cm；最小模具厚度为70mm；喷嘴圆弧半径R12mm；喷嘴孔半径 R2mm；中心顶出孔半径 R25mm；模板开模行程 180mm。根据上述所选注射机进行参数校核。2.锁模力的校核 按 FKpA 分公式校核锁模力。其中，F 为注射机的最大锁模力；p 为模内

13、平均压力（型腔内熔体的平均压力）；A 分为所有制品、流道和浇口在分型面上的投影面积之和。K 为压力损耗系数，一般取。由于制品材料为 pp，属于中等粘度塑料和有精度要求的制品，查相关资料得：p 为，取 p=30MPa 进行校核。A 分是分型面上的投影面积，经计算（可利用软件的分析功能进行计算），得到单个塑件的投影面积为 4755mm2，浇注系统的投影面积约为80mm2，则两个制品、流道和浇口在分型面上的投影面积之和A 分为 9710mm2 因此：KpA 分=N=321X103N=321kN F=500kN321kN 所以锁模力足够，满足锁模要求。3.注射量的校核 经计算得到单个塑件的体积为 15

14、.86cm3，浇注系统的体积约为 2cm3，因此，模具中塑件和浇注系统的总重量 Gmax=2x15.86cm3+2cm3=33.72cm3.注射机的注射量 G=60cm3，按校核公式=60 x0.8cm3=48cm333.72cm3，满足注射成型的要求。4.核膜机构的尺寸的校核（1）模具厚度的校核 注射机允许安装的模具最高厚度为 200mm；注射机允许安装的模具最小厚度为 70mm。模具实际厚度 H=定模座厚度+型腔板厚+型芯固定板厚+垫铁厚+垫块厚+动模座板厚=20mm+30mm+30mm+32mm+35mm+20mm=167mm 显然，注射机允许安装的模具最小厚度模具实际厚度H注射机允许安

15、装的模具最大厚度，模具厚度满足要求。（2）开模行程的校核 按开模取件的最小开距进行校核。该模具的浇注系统为侧浇口形式，单分型面注射模，可按下式校核：SH1+H2（5-10）mm 其中，注射机最大开模行程 S 为 180mm；制品的推出距离 H1 为 10mm：制品的总高度 H2 为 50mm。H1+H2+（5-10）mm=10mm+50mm+10mm=70mm 显然，注射机最大开模行程 S70mm，模具的开模行程足够 六、模具型腔和型芯尺寸计算 下图为我们所设计的塑料碗的结构尺寸图，我们根据图示的尺寸大小计算出型腔和型芯的尺寸。1、型腔的内形尺寸计算 碗口部分的型腔内形尺寸：1腔D=zxQm0

16、s1cpS1S1dd=314.1014.143%)2115151=38.00 上述计算中，塑件公差s1取 1.14mm，塑料平均收缩率cpQ取 2%，综合修正系数x 取 3/4。碗底部分的型腔内形尺寸：D腔 2=zQm0s2cpS2S243dd=374.0074.043%25555=25.00 上述计算中，塑件公差s1取 0.74mm，塑料平均收缩率cpQ取 2%，综合修正系数x 取 3/4。2、型腔的深度尺寸计算 碗口部分型腔深度尺寸：1腔H=zQm0s1cps1s132hh=374.0074.032%)21(57=25.00 上述计算中，塑件公差s1取 0.74mm，塑料平均收缩率cpQ取

17、 2%，综合修正系数x 取 2/3。碗底部分型腔深度尺寸：2腔H=zQm0s2cps2s232hh=320.0020.032%233=07.00 上述计算中，塑件公差s2取 0.2mm，塑料平均收缩率cpQ取 2%，综合修正系数x 取 2/3。3、型芯的外形（外径）尺寸 碗口部分型芯的外形尺寸：凸d=0ms111xzCPSSQDD =030.10.143%2100100 =033.075.102 上述计算中，塑件公差s1取 1.0mm，塑料平均收缩率cpQ取 2%，综合修正系数x 取 3/4。碗底部分型芯的外形尺寸：凸d=0ms222xzCPSSQDD =0364.064.043%)21(47

18、 =021.058.48 上述计算中，塑件公差s2取 0.64mm，塑料平均收缩率cpQ取 2%，综合修正系数x 取 3/4。4、型芯的高度尺寸计算 碗口部分型芯的高度尺寸：1凸h=zmxQ0s1cps1s1HH=0364.064.032%25050=021.0 上述计算中，塑件公差s1取 0.64mm，塑料平均收缩率cpQ取 2%，综合修正系数x 取 2/3。碗底部分型芯的高度尺寸：2凸h=zmxQ0s2cps2s2HH=0324.024.032%)21(4=008.0 上述计算中，塑件公差s2取 0.24mm，塑料平均收缩率cpQ取 2%，综合修正系数x 取 2/3。六、确定模架尺寸 1、导柱的结构 带头导柱如图（3）所示：图（3）2、导套的结构 带头导套如图（4）所示：图（4）七、参考资料 陈万林等编著.实用塑料注射模设计与制造.北京：机械工业出版社，2006