課程設(shè)計（論文）S曲線杯注塑模具設(shè)計

1、攀枝花學(xué)院 本科課程設(shè)計s曲線杯注塑模具設(shè)計學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 院（系）： 機電工程學(xué)院 年級專業(yè)： 2008級工業(yè)設(shè)計 指導(dǎo)教師： 助理指導(dǎo)教師： 二一一年十二月摘 要當(dāng)今時代是追求美的時代，縱使是一個小小的杯子也應(yīng)該讓人心曠神怡；也是一個商務(wù)時代，酒店賓館如雨后春筍般遍布神州大地，價廉物美安全的杯子自然得到親睞，同時亦有廣告效應(yīng)；同時也是一個商品高需求時代，商家活動對小禮品需求也大，美麗安全的廣告杯可以抓住商家的需求，大打廣告而不令顧客厭倦。為滿足時代的要求，s曲線杯橫空出世。該課題從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選

2、擇及有關(guān)參數(shù)的校核、都有詳細(xì)的設(shè)計，同時并簡單的編制了模具的加工工藝。通過整個設(shè)計過程表明該模具能夠達(dá)到此塑件所要求的加工工藝。關(guān)鍵詞 塑料杯，模具，聚丙烯（pp）目 錄摘 要i前 言- 1 -1 塑件的工藝分析- 2 -1.1 塑件原材料分析- 2 -1.1.1 原料選取- 2 -1.2 測量- 3 -1.2.1 壁厚檢測- 3 -1.2.2 脫模檢測- 3 -1.2.3 塑件的外形尺寸及體積重量檢測- 4 -1.3 初選注塑成型機的型號和規(guī)格- 6 -2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計- 8 -2.1 確定型腔布置及數(shù)目- 8 -2.2 分型面的選擇- 8 -2.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計- 9 -2.3.1 主流

3、道設(shè)計- 9 -2.3.2 分流道- 10 -2.3.3 冷料穴- 11 -2.3.4 澆口設(shè)計- 12 -2.3.5 澆道- 13 -2.4 排氣系統(tǒng)設(shè)計- 13 -2.5 冷卻系統(tǒng)設(shè)計- 14 -2.6 脫模機構(gòu)的設(shè)計- 14 -3 模具成型零件的設(shè)計與計算- 16 -3.1 凹模、凸模、設(shè)計與計算- 16 -3.1.1 凹模有關(guān)的尺寸計算- 16 -3.1.2凸模有關(guān)尺寸計算- 16 -3.2 型腔壁厚計算- 17 -4 校核計算- 19 -4.1 最大澆注量的校核- 19 -4.2 注塑力的校核- 19 -4.3 點狀進(jìn)料口模具與機床開模行程關(guān)系的校核- 19 -4.4 脫模厚度的校核

4、- 20 -4.5 鎖模力校核- 20 -5 凹凸模材料的確定- 21 -6 裝配圖- 22 -7 預(yù)期效果- 23 -8 設(shè)計小結(jié)- 25 -參考文獻(xiàn)- 26 -前 言隨著我國制造業(yè)的國際地位的不斷提高,模具工業(yè)獲得了飛速的發(fā)展,模具的需求量也成倍增加,其生產(chǎn)周期愈來愈短，高效率、自動化、大型、長壽命、精密模具在模具產(chǎn)量中所占比例越來越大。而模具生產(chǎn)是多品種小批量生產(chǎn),乃至單件生產(chǎn)。其特點為：品種多樣化；生產(chǎn)過程多樣化；生產(chǎn)能力復(fù)雜化。因此塑料模具中的標(biāo)準(zhǔn)件,如標(biāo)準(zhǔn)模具架、頂出機構(gòu)、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等都采用基于數(shù)據(jù)庫管理的參數(shù)化特征造型設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計或建立標(biāo)準(zhǔn)件庫以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,使模具的

5、設(shè)計分析快速、準(zhǔn)確、高效。參數(shù)化特征造型不僅可以完整地描述產(chǎn)品的幾何圖形信息,而且可以獲得產(chǎn)品的精度、材料及裝配等信息,其所建立的產(chǎn)品模型是一種易于處理、能反映設(shè)計意圖和加工特征的模型。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔化后，在注塑機的螺桿或活塞的推動下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔內(nèi)，塑料在其中固化成型。塑成型工藝及模具設(shè)計是一門不斷發(fā)展的綜合學(xué)科，不僅隨著高分子材料合成技術(shù)的提高、注塑成型設(shè)備的革新、成型工藝的成熟而改進(jìn)，而且隨著計算機技術(shù)、快速造型技術(shù)、樹枝模擬技術(shù)、數(shù)字化應(yīng)用技術(shù)等在注塑成型加工領(lǐng)域的滲透而發(fā)展。本次課程設(shè)計我們組的設(shè)計課題是水杯注塑模具

6、設(shè)計，這個水杯注塑模具設(shè)計課題來源于生活，應(yīng)用廣泛，雖成型難度有點大，模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但對我們專業(yè)人士來說是一個很好的鍛煉機會，它能加強塑料成型模具原理的理解，同時對塑料成型模具的設(shè)計和制造能力。本次設(shè)計以注塑模具設(shè)計為主線，綜合了注塑機的選擇，塑件成型材料分析、成型工藝分析，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，模具參數(shù)的校核，最后到模具零件的加工方法，模具總的裝配等一系列模具生產(chǎn)的所有過程，不僅能夠把學(xué)過的工業(yè)設(shè)計材料與加工工藝、機械設(shè)計基礎(chǔ)、產(chǎn)品模型制作基礎(chǔ)、實用注塑成型及模具設(shè)計等專業(yè)基礎(chǔ)知識綜合應(yīng)用到本次設(shè)計，將它們學(xué)以致用，還能學(xué)到新的設(shè)計理念和設(shè)計方法，一舉兩得。1 塑件的工藝分析1.1 塑件原材料分析

7、1.1.1 原料選取因高安全等級及特殊要求選用pp材料。聚丙烯（pp）密度低，無色，無味，無毒，透明度較聚乙烯高，透氣性低。此外，聚丙烯的屈服強度、彈性、硬度及抗拉、抗壓強度等都高于聚乙烯，其拉伸強度甚至高于聚苯乙烯和abs。聚丙烯吸水率低，絕緣性能好，能耐弱酸、弱堿。聚丙烯在100c以上的溫度下進(jìn)行消毒滅菌，熔點為164170c，其最高使用溫度達(dá)150c，最低使用溫度達(dá)-15c。聚丙烯在氧、熱、光的作用下極易降解老化，所以必須加入防老化劑。定向拉伸后的聚丙烯可制作鉸鏈，抗彎曲疲勞強度特別高。聚丙烯成型加工時收縮率較大，易導(dǎo)致成型加工出來的制件出現(xiàn)變形、縮孔等缺陷。成型性能：1.結(jié)晶料,吸濕性

8、小,易發(fā)生融體破裂,長期與熱金屬接觸易分解。 2.流動性好,但收縮范圍及收縮值大,易發(fā)生縮孔.凹痕,變形。3.冷卻速度快,澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應(yīng)緩慢散熱,并注意控制成型溫度.料溫低方向方向性明顯.低溫高壓時尤其明顯,模具溫度低于50度時,塑件不光滑,易產(chǎn)生熔接不良,留痕,90度以上易發(fā)生翹曲變形。4.塑料壁厚須均勻,避免缺膠,尖角,以防應(yīng)力集中。熔化溫度：220275，注意不要超過275。 模具溫度：4080，建議使用50。結(jié)晶程度主要由模具溫度決定。 注射壓力：可大到1800bar。 注射速度：通常，使用高速注塑可以使內(nèi)部壓力減小到最小。如果制品表面出現(xiàn)了缺陷，那么應(yīng)使用較高溫度下的低速注塑。

9、 流道和澆口：對于冷流道，典型的流道直徑范圍是47mm。建議使用通體為圓形的注入口和流道。所有類型的澆口都可以使用。典型的澆口直徑范圍是11.5mm，但也可以使用小到0.7mm的澆口。對于邊緣澆口，最小的澆口深度應(yīng)為壁厚的一半；最小的澆口寬度應(yīng)至少為壁厚的兩倍。pp材料完全可以使用熱流道系統(tǒng)。物理和化學(xué)特性：pp是一種半結(jié)晶性材料。它比pe要更堅硬并且有更高的熔點。由于均聚物型的pp溫度高于0以上時非常脆，因此許多商業(yè)的pp材料是加入14%乙烯的無規(guī)則共聚物或更高比率乙烯含量的鉗段式共聚物。共聚物型的pp材料有較低的熱扭曲溫度（100）、更高的透明度、低光澤度、低剛性，但是有有更強的抗沖擊強度

10、。pp的沖擊強度隨著乙烯含量的增加而增大。pp的維卡軟化溫度為150。由于結(jié)晶度較高，這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好。pp不存在環(huán)境應(yīng)力開裂問題。通常，采用加入玻璃纖維、金屬添加劑或熱塑橡膠的方法對pp進(jìn)行改性。pp的流動率mfr范圍在140。低mfr的pp材料抗沖擊特性較好但延展強度較低。對于相同mfr的材料，共聚物型的沖擊強度比均聚物型的要高。由于結(jié)晶，pp的收縮率相當(dāng)高，一般為1.82.5%。并且收縮率的方向均勻性比pe-hd等材料要好得多。加入30%的玻璃添加劑可以使收縮率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的pp材料都具有優(yōu)良的抗吸濕性、抗酸堿腐蝕性、抗溶解性。然而，它對芳香烴（如苯

11、）溶劑、氯化烴（四氯化碳）溶劑等沒有抵抗力。pp也不象pe那樣在高溫下仍具有抗氧化性。1.2 測量1.2.1 壁厚檢測零件壁厚基本均勻，所有壁厚都在1.1-1.3mm之間，如圖1-1。圖1-1 壁厚檢測1.2.2 脫模檢測能順利脫模，如圖1-2圖1-2脫模檢測1.2.3 塑件的外形尺寸及體積重量檢測單個塑件外形尺寸如圖，體積約為22.63cm3，最大質(zhì)量為20.48g，如圖1-3,1-4圖1-3外形尺寸圖1-4脫模檢測1.3 初選注塑成型機的型號和規(guī)格從經(jīng)濟角度考慮，模具設(shè)計初定為一模四腔。為了保證塑件質(zhì)量，充分發(fā)揮設(shè)備的能力，公稱注塑量在20%-80%，初步選定用xs-z-60（臥式）型注塑

12、機。sz-200/120（臥式）型注塑機的主要技術(shù)規(guī)格如表2-1：表1-1注塑機的主要參數(shù)理論注射容積(cm）200螺桿直徑(mm)42注射壓力(mpa)150注射速率(g/s)120塑化能力(g/s)70螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)0220鎖模力(kn)120拉桿有較距離(mm)355385移模行程(mm)305模具最大厚度(mm)400模具最小厚度(mm)230鎖模形式雙曲肘模具定位孔直徑(mm)125噴嘴球半徑(mm)15噴嘴孔直徑（mm）4模板外形尺寸(m)4.0 1.41.92 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 確定型腔布置及數(shù)目根據(jù)注塑機的選擇，采用一模四腔結(jié)構(gòu)，四腔緊密對稱布置。單個腔體如圖3-12

13、.2 分型面的選擇 如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，選擇分型面時一般應(yīng)遵循以下幾項原則：保證塑料制品能夠脫模 （2）使型腔深度最淺 （3）使塑件外形美觀，容易清理 （4）盡量避免側(cè)向抽芯（5）使分型面容易加工 （6） 使側(cè)向抽芯盡量短 （7）有利于排氣 根據(jù)設(shè)計原則，分型面選擇如圖2-1圖2-1 分型面及型腔2.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計2.3.1 主流道設(shè)計設(shè)計如圖2-2圖2-2主流道2.3.2 分流道斷面形狀及直徑如圖2-3圖2-3分流道截面分流

14、道布置如圖2-4圖2-4分流道布置2.3.3 冷料穴用來儲藏在注射間隔時期內(nèi)由于噴嘴部文都低而形成的所謂冷料渣，以及用它拉出在澆口內(nèi)的塑料。查手冊冷料穴及拉料桿的形式，選用冷料穴為圓扣形，應(yīng)用在脫模板脫模無冷料穴時的情況。冷料穴設(shè)計如圖2-5圖2-5冷流道2.3.4 澆口設(shè)計澆口的形式眾多，通常都有邊緣澆口、扇形澆口、平縫澆口、圓環(huán)澆口、輪輻澆口、點澆口、潛伏式澆口、護(hù)耳澆口、直澆口等。模具設(shè)計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴(yán)格，初步試模后還需進(jìn)一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設(shè)位置對塑件成型性能及質(zhì)量影響很大，因此合理選擇澆口的開設(shè)位置是提高質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，同時澆口位置的不同還影響模具

15、結(jié)構(gòu)?？傊顾芗哂辛己玫男阅芘c外表，一定要認(rèn)真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項原則：(1）盡量縮短流動距離。(2）澆口應(yīng)開設(shè)在塑件壁厚最大處。(3）必須盡量減少熔接痕。(4）應(yīng)有利于型腔中氣體排出。(5）考慮分子定向影響。(6）避免產(chǎn)生噴射和蠕動。(7）澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。(8）注意對外觀質(zhì)量的影響根據(jù)澆口的成型要求及型腔的排列方式，聯(lián)系產(chǎn)品實際使用要求，本產(chǎn)品選用點澆口較為合適，見圖2-6。圖2-6澆口2.3.5 澆道澆道是融料從澆口注入型腔前的過濾部位，其作用是通過流道截面及方向變化使融料平穩(wěn)轉(zhuǎn)換流向，注入型腔澆道的形狀尺寸應(yīng)滿足在相等截面積時其周長為最小的要求，從而可減

16、小融料散熱面積和摩擦阻力。為了便于加工、減小熱量損失和流動阻力，本模具澆道選為圓形。表2-1塑料名稱分流道斷面直徑塑料名稱分流道斷面直徑abs、as4.8-9.5 聚苯乙烯3.5-10聚乙烯1.6-9.5軟聚氯乙烯3.5-10尼龍類1.6-9.5硬聚氯乙烯6.5-16聚甲醛3.5-10聚氨酯6.5-8.0丙烯酸塑料8-10熱塑性聚酯3.5-8.0抗沖擊丙烯酸塑料8-12.5聚苯醚6.5-10醋酸纖維素5-10聚砜6.5-10聚丙烯5-10離子聚合物2.4-10異質(zhì)同晶體8-10聚苯硫醚6.5-13根據(jù)表及實際情況 澆道直徑5mm。2.4 排氣系統(tǒng)設(shè)計排氣系統(tǒng)的作用是將型腔中原有的空氣及成型過程

17、中產(chǎn)生的氣體順利的排出，以免塑件產(chǎn)生氣泡，疏松等缺陷而影響成型及表面質(zhì)量。排氣槽的作用主要有兩點。一是在注射熔融物料時，排除模腔內(nèi)的空氣；二是排除物料在加熱過程中產(chǎn)生的各種氣體。越是薄壁制品，越是遠(yuǎn)離澆口的部位，排氣槽的開設(shè)就顯得尤為重要。另外對于小型件或精密零件也要重視排氣槽的開設(shè)，因為它除了能避免制品表面灼傷和注射量不足外，還可以消除制品的各種缺陷，減少模具污染等。那么，模腔的排氣怎樣才算充分呢？一般來說，若以最高的注射速率注射熔料，在制品上卻未留下焦斑，就可以認(rèn)為模腔內(nèi)的排氣是充分的。適當(dāng)?shù)亻_設(shè)排氣槽；可以大大降低注射壓力、注射時間。保壓時間以及鎖模壓力，使塑件成型由困難變?yōu)槿菀?，從而?/p>

18、高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，降低機器的能量消耗。其設(shè)計往往主要靠實踐經(jīng)驗，通過試模與修模再加以完善，此模我們利用模具零部件的配合間隙及分型面自然排氣。排氣槽的設(shè)計原則：1）排氣槽盡量開設(shè)在分型面；2）排氣槽應(yīng)在型腔最后充滿的地方；3）排氣槽一般應(yīng)開設(shè)在分型面動模一方；4）排氣槽的槽深按表3-3選用為0.02mm；5）排氣槽的式要預(yù)防溢料濺出傷人，最好不要面對操作者；2.5 冷卻系統(tǒng)設(shè)計注塑模在塑料成型過程中如果橫溫過高，成型收縮率會變大、塑件變化也相應(yīng)增加，并且容易粘模，難以取出。為防止塑件脫模變形、縮短成型周期，注塑模一般都應(yīng)設(shè)計冷卻系統(tǒng)裝置，以控制模溫。冷卻水孔開設(shè)原則：（1）孔邊離型腔的距

19、離一般保持在1525mm，太近則效率低，水孔直徑一般在8mm以上，根據(jù)模具大小決定；（2）孔管路應(yīng)暢通無阻；（3）水管接頭的位置應(yīng)盡可能放置在不影響操作的一側(cè)；（4）冷卻水管最好不開設(shè)在型腔塑料熔接的地方以免影響塑件強度；因為本塑件的加熱溫度對塑件的質(zhì)量影響較大，溫度過高易于分解（分解溫度250）、成型時要控制模溫在50-80 ，具體措施是布置冷卻水管，具體要求：（1）冷卻水管直徑8mm（2）冷卻回路形式為直流循環(huán)式2.6 脫模機構(gòu)的設(shè)計脫模機構(gòu)的設(shè)計原則：（1）推出機構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動模一側(cè) （2）保證塑件不因推出而變形損壞 為（3）機構(gòu)簡單動作可靠 （4）良好的塑件外觀 （5）合模時的正確復(fù)

20、位 表2-2各種材料推薦脫模斜度材料脫模斜度聚乙烯、聚丙烯、軟聚氯乙烯- abs、尼龍、聚甲醛、聚苯醚氯化聚醚-硬氯乙烯、聚碳酸醋、聚苯乙烯、有機玻璃-熱固性塑料- 查表，本模具脫模斜度取為，因為在該模具沒有特殊要求，所以不影響塑件質(zhì)量與精度的情況下盡量選取大值3 模具成型零件的設(shè)計與計算3.1 凹模、凸模、設(shè)計與計算塑件的平均收縮率為2%3.1.1 凹模有關(guān)的尺寸計算徑向尺寸 深度尺寸 3.1.2凸模有關(guān)尺寸計算徑向尺寸高度尺寸 3.2 型腔壁厚計算塑料模具型腔在成型過程中受到熔體的高壓作用，應(yīng)有足夠的強度和剛度。該模具型腔的大徑為60.60mm，小徑為50.40mm，（查書-p121 -公

21、式（6-14 6-15）剛度： 強度：s型腔壁厚mm 模具材料的許用壓力mpap塑料在型腔中的壓力mpar型腔半徑mm剛度條件下允許形變量mme模具材料的彈性模量mpa碳鋼為mpa在型腔內(nèi)，塑料壓力p=（0.24-0.5）（查書-p106-公式4-6）（注： 模具設(shè)計與制造技術(shù)教育叢書編委會編.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計.機械工業(yè)出版社，2003.10），取p=50mpa許用壓力=160mpa，允許變形量=0.05 ，聚丙烯（pp）=0.025-0.04（查書-p120 -表6-7），r=60.60mm代入數(shù)據(jù)求得： s=14mm和s=28mm 取s=14mm4 校核計算4.1 最大澆注量的校核（以克量計算

22、） 0.8cg 式中c-注塑機最大注射容量（g）； g-成型塑件及澆注系統(tǒng)所需塑料克量； 0.8-系數(shù)，一般要求成型塑件的容量不得超過注塑機容量的80%； 由前面初選注塑機可知c=v=0.91x200=182.00g，而塑件的最大克量為20.48g， 故 0.8182.00=145.6020.484=81.92滿足要求。 4.2 注塑力的校核 式中 -選用的注塑機的最大注射壓力（mpa）；-成型需要的注射壓力（mpa）；其中=180 mpa，=80 mpa； 所以 滿足要求4.3 點狀進(jìn)料口模具與機床開模行程關(guān)系的校核 s+a+（5-10） 式中 s-開模行程（mm）； -脫模距離（mm）；

23、-塑件高度（mm）； 5-10為保證取出塑件而增設(shè)的余量（mm）； a-定模板與澆口套分離距離（取出澆口的長度），對階梯型塑件，不需要全部定出型芯，但必須考慮脫模后型芯是不妨礙取出塑件（mm） 其中，s=240mm，=42mm，=25mm，a=40mm取 ，顯然 s+a+（5-10） 滿足要求4.4 脫模厚度的校核 -注塑機所允許的最小模具厚度（mm）；-所設(shè)計模具在閉合狀態(tài)下的厚度（mm）；-注塑機所允許的最大模具厚度（mm）； 其中=12mm，=15mm，=17mm，顯然 滿足要求4.5 鎖模力校核 =af -型腔平均壓力（mpa），非精密級成型時根據(jù)塑件的復(fù)雜程度及塑料的流動性好壞，常取20-45mpa， a-塑件及澆注系統(tǒng)在分型面的總