水杯盖注塑工艺分析与模具设计毕业论文.doc

毕业设计

题 目：
水杯盖注塑工艺分析与模具设计

副 标 题：

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 II
1、零件材料选择及性能 2
1.1、零件结构分析 2
1.1.1 2
1.1.2 2
1.2、塑料性能 2
1.2．1 2
1.2.2 2
2.2． 2
2、注射机的选择 3
2.1.制品的几何属性 3
2.2.注射机的选用 3
2.2．1 注射量的计算 3
2.2．5 注射压力 4
2.3. 模具闭合厚度的较核 4
3、成型零件设计 5
3.1. 动模结构设计 5
3.1.1 5
3.2. 定模结构设计 6
3.3. 型腔分型面设计 6
3.4. 成型零件工作尺寸计算 7
3.4.1型腔内径尺寸的计算 7
3.4．2 型芯径向尺寸的计算 7
3.4．3 型腔深度尺寸的计算 7
3.4．4 型芯高度尺寸的计算 8
3.5. 型腔壁厚与底板厚度的计算 8
4、浇注系统的设计 8
4.1．主流道设计 8
4.1．1主流道尺寸 8
4.1．2主流道衬套的形式 8
4.1．3主流道衬套的固定 8
4.2． 分流道设计 9
4.2．1 9
4.2．2 9
4.3.冷料井设计 9
4.4.浇口的设计 9
4.4.1 9
4.5．排气孔道的设计 10
5、顶出机构设计 10
5.1．顶出机构 11
5.1．1 11
5.1．2 11
5.1．3 11
5.1．4 11
5.1．5 11
5.2复位机构 13
5.3．导向机构设计 13
6、塑料模温控系统 14
6.1．型腔上的冷却 14
7、模具的试模与修模 16
7.1. 粘着模腔 16
7.2. 粘着模芯 16
7.3. 粘着主流道 16
7.4. 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：
1.2．1、 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。
1.2．3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
0.91
165
0.6%-2%
表-3

2、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
2.2．1 注射量的计算

G≤ nG1+G2
n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 cm3
Gmax为注塑机的最大浇注体积量

=（3.6110586+30）/0.8
= 42.01382325 cm3
2.2．2 由PP加工性能得，注塑机选螺杆式。
2.2．3 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=25MPa
2.2．4 锁模力确定，
模具的额定锁模力为: F≥ K*Pc*A

A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
=2604.91
Pc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=1.1—1.2，这里取1.1
F=1.1*25*2604.91
=71.64(KN)
2.2．5 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70～150 MPa。由塑料加工性能得注塑压力为80—130 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
mm
42
理论注射容积
cm3
125
注射压力
MPa
119
锁模力
KN
900
模板最大行程
mm
300
模具最大厚度
mm
300
模具最小厚度
mm
200
拉杆内间距(宽*高)
mm
538×520
喷嘴球头半径
mm
SR18
顶出形式
mm
中心距230
模具定位孔直径
mm
Ø100
表-5

2.3. 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
=600mm
Hmin=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-4

3.4. 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

L—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=0.1～0.2,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=5mm
∴S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-8
5.2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-8
5.3．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HRC50～55。
B.导套
与导柱配合使用。
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　图-9

6、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12~15mm。
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。
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7． 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8~12mm。

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.

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M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/）.

=10.6mm
L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0.5～1 ㎜.
（3） 主流道拉料杆不能正常工作。
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（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。尽量采用整圆形等相似的形状，避免采用半圆形、球缺形料道。熔料前锋冷凝所致。塑料流动性能不佳，制品壁厚过薄。
b. 型腔排气不良
这是极易被忽视的现象，是一个十分重要的问题。模具加工精度超高，排气显得越为重要。尤其在模腔的转角处、深凹处等，必须合理的安排顶杆、镶块，利用缝隙充分排气，否则不仅充模困难，而且易产生烧焦现象。
c. 锁模力不足
因注射时动模稍后退，制品产生飞边，壁厚加大，使制件料量增加而引起的缺料，应调大锁模力，保证正常制件料量。
（2） 溢边（毛刺、飞边、批锋）
和第一项相反，物料不仅充满型腔，而且出现毛刺，尤其是在分型面处毛刺更大，甚至在型腔镶块缝隙处也有毛刺的存在，其主要原因有：
a. 模具局部配合不佳
b. 模板翘曲变形
c. 注射过量
d. 锁模力不足
e. 流动性过好
（3） 制件尺寸不准确
初次试模时，经常出现制件尺寸和设计要求尺寸相差较大。这时不要轻易修改型腔，应行从注射工艺上找原因。
a. 尺寸变大
注射压力过高，保压时间过长。此条件下产生了过量充模，收缩率趋向小值，使制件的实际尺寸偏大；模温较低，事实上熔料在较低温度的情况下成型，收缩率趋于小
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值。这时要继续注射，提高模具温度，降低注射压力，缩短保压时间，制件尺寸可得到改善。
b. 尺寸变小
注射压力偏低、保压时间不足，制在冷却后收缩率偏大，会使制件尺寸变小；模温过高，制件从模腔取出时，体积收缩量大，尺寸偏小，此时调整工艺条件即可。通过调整工艺条件，通常只能在极小范围内使尺寸变化，可以改变制件相互配合的松紧程度，但很难改变公称尺寸。

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致谢

致 谢

首先，我要感谢在我完成毕业设计的过程中，给予我提供帮助的同学，谢谢他们给我正确的理论知识。
最后，我要感谢在我完成毕业设计的过程中，给我指导的程洋老师，谢谢她耐心的指导以及不厌其烦的纠正。还要感谢所有教导过我的老师，是他们为我能够完成毕业设计打下了坚实的基础。
衷心感谢他们对我的关怀和指导

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参考文献

1. 洪钟德.简明机械设计手册.上海：同济大学出版社，2004.
2. 党根茂.骆志斌等.模具设计与制造. 西安：西安电子科技大学出版社，2004。
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5. 曾志新，吕明机械制造技术基础. 武汉：武汉理工大学出版社,2003.
6. 马晓均，主编.画发几何及机械制图.广州：华南理工大学出版社,2002.
7.吴祖育，主编.数控机床.上海:科学技术出版社，2003.
8.毛谦德，主编，《袖珍机械设计师手册》，机械工业出版社.2001.

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