課程設計（論文）S曲線杯注塑模具設計

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1、 攀枝花學院 本科課程設計 S曲線杯注塑模具設計 學生姓名： 學生學號： 院（系）： 機電工程學院 年級專業(yè)： 2008級工業(yè)設計 指導教師： 助理指導教師： 二〇一一年十二月 攀枝花學院課程設計（論文） 摘要 摘 要 當今時代是追求美的時代，縱使是一個小小的杯子也應該讓人心曠神怡；也是一個商務時代，酒店賓館如雨后春筍般遍布神州

2、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；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)品結構工藝性，具體模具結構出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結構、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關參數(shù)的校核、都有詳細的設計，同時并簡單的編制了模具的加工工藝。通過整個設計過程表明該模具能夠達到此塑件所要求的加工工藝。 關鍵詞 塑料杯，模具，聚丙烯（pp） I 攀枝花學院課程設計（

3、論文） 前言 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 模具結構設計 - 8 - 2.1 確定型腔布置及數(shù)目 - 8 - 2.2 分型面的選擇 - 8 - 2.

4、3 澆注系統(tǒng)的設計 - 9 - 2.3.1 主流道設計 - 9 - 2.3.2 分流道 - 10 - 2.3.3 冷料穴 - 11 - 2.3.4 澆口設計 - 12 - 2.3.5 澆道 - 13 - 2.4 排氣系統(tǒng)設計 - 13 - 2.5 冷卻系統(tǒng)設計 - 14 - 2.6 脫模機構的設計 - 14 - 3 模具成型零件的設計與計算 - 16 - 3.1 凹模、凸模、設計與計算 - 16 - 3.1.1 凹模有關的尺寸計算 - 16 - 3.1.2凸模有關尺寸計算 - 16 - 3.2 型腔壁厚計算 - 17 - 4 校核計算 - 19 - 4.1 最大

5、澆注量的校核 - 19 - 4.2 注塑力的校核 - 19 - 4.3 點狀進料口模具與機床開模行程關系的校核 - 19 - 4.4 脫模厚度的校核 - 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 預期效果 - 23 - 8 設計小結 - 25 - 參考文獻 - 26 - XXII 攀枝花學院課程設計（論文） 前言 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

6、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)能力復雜化。因此塑料模具中的標準件,如標準模具架、頂出機構、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)化特征造型設計方法進行設計或建立標準件庫以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,使模具的設計分析快速、準確、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)，

7、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計是一門不斷發(fā)展的綜合學科，不僅隨著高分子材料合成技術的提高、注塑成型設備的革新、成型工藝的成熟而改進，而且隨著計算機技術、快速造型技術、樹枝模擬技術、數(shù)字化應用技術等在注塑成型加工領域的滲透而發(fā)展。 本次課程設計我們組的設計課題是水杯注塑模具設計，這個水杯注塑模具設計課題來源于生活，應用廣泛，雖成型難度有點大，模具結構較復雜，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計和制造能力。 本次設計以注塑模具設計為主

8、線，綜合了注塑機的選擇，塑件成型材料分析、成型工藝分析，模具結構設計，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，不僅能夠把學過的《工業(yè)設計材料與加工工藝》、《機械設計基礎》、《產(chǎn)品模型制作基礎》、《實用注塑成型及模具設計》等專業(yè)基礎知識綜合應用到本次設計，將它們學以致用，還能學到新的設計理念和設計方法，一舉兩得。 - 1 - 攀枝花學院課程設計（論文） 1 塑件的工藝分析 1 塑件的工藝分析 1.1 塑件原材料分析 1.1.1 原料選取 因高安全等級及特

9、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以上的溫度下進行消毒滅菌，熔點為164～170C，其最高使用溫度達150C，最低使用溫度達-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.結晶料,吸濕性小,易發(fā)生融體破裂,長期與

10、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,以防應力集中。 熔化溫度：220~275℃，注意不要超過275℃。 模具溫度：40~80℃，建議使用50℃。結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，那么應使用較高溫度下的低速

11、注塑。 流道和澆口：對于冷流道，典型的流道直徑范圍是4~7mm。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1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的澆口。對于邊緣澆口，最小的澆口深度應為壁厚的一半；最小的澆口寬度應至少為壁厚的兩倍。PP材料完全可以使用熱流道系統(tǒng)。 物理和化學特性：PP是一種半結晶性材料。它比PE要更堅硬并且有更高的熔點。 - 26 - 攀枝花學院課程設計（論文） 1塑件的工藝分析 由于均聚物型的PP溫度高于0℃以上時非常脆，因此許多商

12、業(yè)的PP材料是加入1~4%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。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進行改性。PP的流動率MFR范圍在1~40。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。由于結晶，PP的收縮率相當高，一般為1.8~2.5%。并且

13、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）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

14、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，模具設計初定為一模四腔。為了保證塑件質(zhì)量，充分發(fā)揮設備的能力，公稱注塑量在20%-80%，初步選定用XS-Z-60（臥式）型注塑機。 SZ-200/120（臥式）型注塑機的主要技術規(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

15、(g/s) 120 塑化能力(g/s) 70 螺桿轉速(r/min) 0—220 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 1.41.9 攀枝花學院課程設計（論文） 2 模具結構設計 2 模具結構設計 2.1 確定型腔

16、布置及數(shù)目 根據(jù)注塑機的選擇，采用一模四腔結構，四腔緊密對稱布置。單個腔體如圖3-1 2.2 分型面的選擇 如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、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）盡量避免側向抽芯 （5）使分型面容易加工 （6） 使側向抽芯盡量短 （7）有利于排氣 根據(jù)設計原則，分型面選擇如圖2-1

17、 圖2-1 分型面及型腔 2.3 澆注系統(tǒng)的設計 2.3.1 主流道設計 設計如圖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，應用在脫模板脫模無冷料穴時的情況。 冷料穴設計如圖2-5 圖2-5冷流道

18、 2.3.4 澆口設計 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、護耳澆口、直澆口等。模具設計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴格，初步試模后還需進一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設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結構?？傊顾芗哂辛己玫男阅芘c外表，一定要認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）澆口應開設在塑件壁厚最大處。 (3）必須盡量減少熔接痕。 (4）應有利于型腔中氣體排出。 (5）考慮分子定

19、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)轉換流向，注入型腔澆道的形狀尺寸應滿足在相等截面積時其周長為最小的要求，從而可減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、AS 4.8-

20、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)設計 排氣系統(tǒng)的作用是將型腔中原有的空氣及成型

21、過程中產(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，越是遠離澆口的部位，排氣槽的開設就顯得尤為重要。另外對于小型件或精密零件也要重視排氣槽的開設，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，就可以認為模腔內(nèi)的排氣是充分的。 適當?shù)亻_設排氣槽；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

22、變?yōu)槿菀?，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，降低機器的能量消耗。其設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。 排氣槽的設計原則： 1）排氣槽盡量開設在分型面； 2）排氣槽應在型腔最后充滿的地方； 3）排氣槽一般應開設在分型面動模一方； 4）排氣槽的槽深按表3-3選用為0.02mm； 5）排氣槽的式要預防溢料濺出傷人，最好不要面對操作者； 2.5 冷卻系統(tǒng)設計 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，注塑模一般都應設計冷卻系統(tǒng)裝置

23、，以控制模溫。 冷卻水孔開設原則： （1）孔邊離型腔的距離一般保持在15—25mm，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）孔管路應暢通無阻； （3）水管接頭的位置應盡可能放置在不影響操作的一側； （4）冷卻水管最好不開設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 脫模機構的設計 脫模機構的設計原則： （1）推出機構應盡量設置在動模一側

24、 （2）保證塑件不因推出而變形損壞 為 （3）機構簡單動作可靠 （4）良好的塑件外觀 （5）合模時的正確復位 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 - 攀枝花學院課程設計（論文） 2模具結構設計 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 攀枝花學院課程設計（論文）

25、 3模具成型零件的設計與計算 3 模具成型零件的設計與計算 3.1 凹模、凸模、設計與計算 塑件的平均收縮率為2% 3.1.1 凹模有關的尺寸計算 徑向尺寸 深度尺寸 3.1.2凸模有關尺寸計算 徑向尺寸 高度尺寸 攀枝花學院課程設計（論文） 3模具成型零件的設計與計算 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，應有足夠的強度和剛度。該模具型腔的大徑為Φ60.60mm

26、，小徑為Φ50.40mm，（查書Ⅰ-P121 -公式（6-14 6-15） 剛度： 強度： S——型腔壁厚mm [σ] ——模具材料的許用壓力MPa P——塑料在型腔中的壓力MPa r——型腔半徑mm δ——剛度條件下允許形變量mm E——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： 模具設計與制造技術教育叢書編委會編.模具結構設計.機械工業(yè)出版社，2003.10），取p=50MPa許用壓力[σ]=160MPa，允許變形量δ=0.05 ，聚丙烯（PP） 攀枝花學院課程設計（論文）

27、 3模具成型零件的設計與計算 δ=0.025-0.04（查書Ⅰ-P120 -表6-7），r=60.60mm 代入數(shù)據(jù)求得： S=14mm和S=28mm 取S=14mm 攀枝花學院課程設計（論文） 4 校核計算 4 校核計算 4.1 最大澆注量的校核（以克量計算） 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

28、； 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

29、.3 點狀進料口模具與機床開模行程關系的校核 S++a+（5-10） 式中 S----開模行程（mm）； ---脫模距離（mm）； ---塑件高度（mm）； 5-10為保證取出塑件而增設的余量（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+

30、（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 =A

31、MPa， A----塑件及澆注系統(tǒng)在分型面的總投影（）； F----注塑機的額定鎖模力（N）； 其中 =A=187.3N

32、用，相對較低的能量消耗，這些使得鋁這種材料在模具加工中廣泛應用。第三代鋁合金的特性一點也不遜于塑料模具鋼：其有較低密度，足夠強度，良好的機加工性能，良好的熱傳導性，良好的耐腐性，易于得到，合理的價格體積比。 攀枝花學院課程設計（論文） 6裝配圖 6 裝配圖 攀枝花學院課程設計（論文） 7 預期效果 7 預期效果

33、 攀枝花學院課程設計（論文） 8 設計小結 8 設計小結 通過本次設計任務充分檢驗了模具設計課程學習的情況，同時也為以后模具的設計打下了堅實的基礎（查閱大量資料、手冊、標準、期刊等，結合教材上的知識也對注塑模具的組成結構有了系統(tǒng)的認識，拓寬了視野，豐富了知識。）另外，本次設計還必須具很強的計算機應用的能力，在此方面深感不足，在以后的日子要努力彌補。一人的力量終究微薄，只能是熟悉下整個模具制作的流程，在考慮問題上也不可能面面俱到。 本次課程設

34、計的主要任務是S曲線杯注塑模具的設計，設計出一副優(yōu)良的注塑模具來生產(chǎn)該塑件制品，提高工作質(zhì)量和效率是擺在面前的重要任務。 攀枝花學院課程設計（論文） 參考文獻 參 考 文 獻 [1] 桂元龍.徐向榮編著.工業(yè)設計材料與加工工藝[M].北京：北京理工大學出版社，2007 [2] 史鐵梁.模具設計指導[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2003 [3] 全國模具編輯委員會.模具設計[M].北京.模具鉗工工藝機械工業(yè)出版社， 2003 [4] 屈華昌.塑料成型工藝與模具設計[M].高等教育出版社，2005 [5] 洪慎章.實用注塑成型及模具設計[M].機械工業(yè)出版社， 2005 [6] 楊關全編.模具設計與制造基礎[M].北京：北京師范大學出版社，2005