畢業(yè)設計——塑料水杯模具設計.doc

塑料水杯模具設計【摘要】本論文以一個家用水料水杯的注塑模具設計為核心，介紹了模具行業(yè)的現(xiàn)狀及未來發(fā)展和模具的設計過程。首先對塑件做工藝性分析，根據(jù)塑件的用途和要求確定材料、壁厚以及脫模斜度等，然后確定模具的分型面位置和型腔的數(shù)目以及流道的設計，接著進行排氣潮和冷卻系統(tǒng)，最后對模具的動作過程進行說明，并畫出裝配圖?！娟P鍵詞】:塑料水杯 、注塑模具、注塑成型目錄一、 緒 論1（一）引言1（二）塑料模具的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.塑料模具的現(xiàn)狀1（三）本課題研究意義2二、 塑件注塑工藝分析2（一）塑料原材料的選擇2（二）脫模斜度3（三）塑件壁厚3（四）塑件的幾何形狀及其尺寸3（五）其他參數(shù)的設計4（六） 模具設計步驟和方案4三、 注射模具設計5（一）塑件成型位置及分型面選擇5（二）型腔數(shù)目及布局的確定5（三）澆注系統(tǒng)的設計61.主流道的設計62.分流道的設計83.澆口的設計8(四)型芯、型腔結構設計及計算9（五)排氣及冷卻系統(tǒng)設計121.排氣槽布置122.冷卻系統(tǒng)設計12（六） 脫模機構設計13四、 模具動作過程說明17（一）.模具裝配圖17（二）模具工作原理18總 結19謝辭20參考文獻21一、 緒 論（一）引言 模具是制造業(yè)的一種重要工藝裝備，她通過壓力或其他的方式使材料變成我們需要的形狀和尺寸，它具有諸多優(yōu)點，如產(chǎn)品質量穩(wěn)定和成本低廉等。作為制造業(yè)中的一種重要裝備，模具一經(jīng)已經(jīng)深入各行各業(yè)，成為國民經(jīng)濟中工業(yè)的重要基礎之一，被稱為工業(yè)之母。模具的種類有很多包括沖壓模具，注塑模具，壓鑄模具等，可謂種類繁雜。其中沖壓模具是利用壓力加工是的材料成型，常見的有沖裁件，拉伸件等。壓鑄模具是對金屬液體或者其他金屬、非金屬粉末進行成型加工。塑料模具則分為熱流道模具和冷流道模具，利用塑料熔體的流動性使其成型，其中冷流道模具結構簡單，操作方便。本次論文所設計的模具便是冷流道模具。（二）塑料模具的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.塑料模具的現(xiàn)狀 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，為了實現(xiàn)批量化生產(chǎn)模具成為了重要工具，它生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質量好且質量穩(wěn)定?，F(xiàn)在，由于塑料工業(yè)的蓬勃發(fā)展以及塑料在人們日常生活中的需求，塑料模具的發(fā)展異常迅速，注塑模具以其注射精確，成型質量好更是迅猛發(fā)展。相對于國外來說國內的整體模具工藝較為的落后，一些精密模具只能依靠進口，這主要是因為我國模具工業(yè)起步較晚，雖然在進幾十年發(fā)展迅速，但是在結構設計，加工工藝以及模具材料房名的不足。很多廠商依然在使用一些落后的生產(chǎn)模式，不善于創(chuàng)新學習，這些因素都在一定程度上阻礙著行業(yè)發(fā)展。2.塑料模具的發(fā)展趨勢近幾年由于塑料工業(yè)的急速發(fā)展以及不斷變大的市場需求，塑料模具的設計與制造工藝都發(fā)生了巨大的改變，注塑模具模具開始向超小型，超大型，高精度等方向發(fā)展。而做為批量化生產(chǎn)，一次可成型數(shù)個工件的注塑模具開始大放光彩，因為其產(chǎn)品精度高，易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，在塑料模具中所占比例已超過一半。注塑模具為了實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，也為了便于維修保養(yǎng)目前的一個發(fā)展趨勢是標準化，這在國外已經(jīng)發(fā)展的很好，這對于模具工業(yè)的發(fā)展是極為有力的。我國的模具行業(yè)展速度之快，市場之廣闊是前所未有的，但由于工藝和理念上上網(wǎng)差異依然又很多的不足。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，為了實現(xiàn)批量化生產(chǎn)模具成為了重要工具，它生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品質量好且質量穩(wěn)定?，F(xiàn)在，由于塑料工業(yè)的蓬勃發(fā)展以及塑料在人們日常生活中的需求，塑料模具的發(fā)展異常迅速，注塑模具以其注射精確，成型質量好更是迅猛發(fā)展。相對于國外來說國內的整體模具工藝較為的落后，一些精密模具只能依靠進口，這主要是因為我國模具工業(yè)起步較晚，雖然在進幾十年發(fā)展迅速，但是在結構設計，加工工藝以及模具材料房名的不足。很多廠商依然在使用一些落后的生產(chǎn)模式，不善于創(chuàng)新學習，這些因素都在一定程度上阻礙著行業(yè)發(fā)展。2.塑料模具的發(fā)展趨勢近幾年由于塑料工業(yè)的急速發(fā)展以及不斷變大的市場需求，塑料模具的設計與制造工藝都發(fā)生了巨大的改變，注塑模具模具開始向超小型，超大型，高精度等方向發(fā)展。而做為批量化生產(chǎn)，一次可成型數(shù)個工件的注塑模具開始大放光彩，因為其產(chǎn)品精度高，易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，在塑料模具中所占比例已超過一半。注塑模具為了實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，也為了便于維修保養(yǎng)目前的一個發(fā)展趨勢是標準化，這在國外已經(jīng)發(fā)展的很好，這對于模具工業(yè)的發(fā)展是極為有力的。我國的模具行業(yè)展速度之快，市場之廣闊是前所未有的，但由于工藝和理念上上網(wǎng)差異依然又很多的不足。在未來的發(fā)展中，模具的制造技術與成型工藝將不斷改變，總體有以下幾個趨勢：1)CAD/CAE/CAM技術將在模具設計與制造中有著廣泛的用途，2)高速銑削加工將擁有不可替代的位置以及愈來愈廣泛的應用，3)高壓注射成型技術和熱流道技術將在模具工業(yè)中占有主導地位，4)模具標準化水平將會不斷提高，5)虛擬技術將得到發(fā)展。由于應用日益廣泛的CAD/CAE/CAM技術，模具工業(yè)必將走向標準化與集成化。（三）本課題研究意義本課題主要一水杯模具設計為主題，以美觀實用為目的，討論模具的設計工藝，產(chǎn)品是日常用品，市場需求大，對于材料又一定的要求，主要有以下幾個特點：(1）外形更新?lián)Q代很快。(2）市場需求大。(3）消費者對于杯子的要求是美觀，大方實用。迎合市場需求，才能擁有消費者，贏得利潤。所以，本論文將就如何經(jīng)濟快捷的生產(chǎn)出符合消費者要求的水杯探討一下模具的結構設計。二、 塑件注塑工藝分析（一）塑料原材料的選擇聚乙烯是是一直高分子聚合物，由乙烯經(jīng)聚合而得，高溫下會分解，它是一種熱塑性樹脂，英文名為POLYETHYLENE，簡稱PE。聚乙烯無毒無臭，可做容器使用，它對于酸和堿都有較好的化學穩(wěn)定性，對于低溫也有較好的耐受性，吸水性小，絕緣。聚乙烯耐熱老化性差。聚乙烯的性質和品種由決定。不同的生產(chǎn)方法生產(chǎn)出的聚乙烯會擁有補營養(yǎng)的密度和分子結構，它們本身的性質也不同。聚乙烯用途廣泛，可應用來制作各種物品，比如容器，管道等。隨著石油工業(yè)的發(fā)展，聚乙烯的產(chǎn)量也日益增加，應用的方面也越來越廣，現(xiàn)在聚乙烯產(chǎn)量約占世界塑料總產(chǎn)量的1/4.聚乙烯的成型特性：（1）結晶料，吸濕小無須干燥，料溫均勻且流動性極好，填充速度快，屬于壓力敏感型，使用高壓注射可提高效率和質量。為防止產(chǎn)生縮孔和變形因注意選擇澆口位置。（2）高溫下易分解，不宜過度加熱。（3）塑件側壁有淺槽時可強制脫模。（4）由于聚乙烯材料收縮的方向性，并且數(shù)值較大，為防止塑件變形，嫩卻要慢。（二）脫模斜度模具工作成型時，塑料有液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，由于熱脹冷縮以及材料本身的收縮等因素，會有一定的尺寸收縮，是的塑件包裹在型芯上，為將塑件順利脫下必須考慮設有一定的脫模斜度。塑件的最小脫模斜度由塑料的特性和塑件的幾何形狀及精度，脫模方式等決定，本設計中脫模斜度設為3（三）塑件壁厚杯形塑件壁厚為2mm，而聚乙烯的流動性較好，可以制得最小壁厚為0.20.4mm的塑件，所以本設計的壁厚滿足設計要求。（四）塑件的幾何形狀及其尺寸為了簡化模具結構，避免采用側向抽芯機構，塑件的整體結構上主要是要避免有內、外側孔與側凹。塑件的壁厚應該適當，在保證塑件有足夠的強度和剛度的同時塑件應力求壁厚均勻，且應平緩過渡。本塑件的壁厚與分布滿足設計要求。圖2-1 塑件尺寸與三維立體示意圖（五）其他參數(shù)的設計塑件所有表面應避免立角存在，應該使用圓角，避免因應力集中導致翹曲，內角半徑都應大于0.5mm。（六） 模具設計步驟和方案(1) 設計思路步驟一般來說，塑料模具設計步驟如下：1) 了解塑料制品的用途與使用要求，從而確定塑件的材料，在分析材料的特性，包括收縮率和流動特性等。2) 對塑料進行工藝分析，主要是對塑料制品的結構合理性及成型條件等的分析。3) 進行模具結構設計選擇塑料制品成型位置和模具分型面； 確定型腔數(shù)目和排列方式； 澆注系統(tǒng)設計； 成型零件結構設計； 抽芯機結構和推出機構設計； 溫度控制系統(tǒng)的設計； 繪制模具結構圖。4) 根據(jù)塑件的重量和塑件投影及模具結構類型等，選擇合適的塑機。 21三、 注射模具設計根據(jù)塑件外形、尺寸、精度要求、工藝要求和預計生產(chǎn)數(shù)量，進行模具設計。按下面的步驟進行。（一）塑件成型位置及分型面選擇根據(jù)塑件分型面的選擇原則，一般選塑件截面最大且不影響零件的外觀的位置。如圖3-1所示的兩種分型方法，其中A-A水平分型，箭頭指向動模的位置，若（a）所示，由于包緊力的存在塑件抱緊在定模，需要另外設計脫模機構，才能順利脫模，使得模具結構復雜。若如圖（b）所示則可保證塑件留在動模上，模具結構簡單，因此選擇圖（b）所示的方案。 (C)圖3-1 分型面的選擇以及效果圖 （二）型腔數(shù)目及布局的確定 該塑件為一般性生活用品，生產(chǎn)批量大，模具壽命長，精度要求不高。模具設計要合理，經(jīng)濟使用，準確可靠。根據(jù)塑件成型工藝分析，擬定如下方案：使用一四腔模具，模具單腔模具結構較為復雜，但在實際生產(chǎn)過程中可以大大提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，消費者也非常有益。 采用一模多件，生產(chǎn)效率高，資源的利用率也高，這里選用的是一模四腔圓形分布，模具尺寸適中，適合大批量生產(chǎn)，這樣也有利于澆注系統(tǒng)的排列和模具的平衡。型腔分布如圖3-2所示： 圖3-2（三）澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)一般分為四部分，主流道、分流道、冷料穴和澆口。澆注系統(tǒng)是為了使注塑機中的塑料熔體順利的進入型腔，并保證各型腔充填速度一致，將注射壓力傳遞至各個角落，以保證塑件的完整成型。澆注系統(tǒng)的設計是否合理，直接影響產(chǎn)品的質量和整體結構。本設計的澆注系統(tǒng)較為簡單，主要由四部分組成：主流道，分流道，冷料穴和點澆口。1.主流道的設計主流道的一端與注射機噴嘴鏈接，另一端與分流道相連。連接的一段帶有錐度以減小壓力損失。如圖3-3所示。1) 塑件材料為流動性好的HE，故選擇主流道圓錐角為4，流道內壁粗糙度要求為Ra0.63m。2) 澆口套要求與噴嘴球面接觸吻合，因為注射機噴嘴半徑SR是由所選取的注射機決定，是股定值，根據(jù)所選注射機，SR=20mm，取sr=SR+1，為sr=21mm。球面與主流道孔不應有倒拔痕跡，應以清角連接，以保證開模時主流道凝料能夠順利脫落。3) 定位裝置的定位環(huán)是注射機和模具之間是確保澆口套與注塑機噴嘴定位，定位環(huán)直徑應與定位孔間隙配合注塑機，定位環(huán)規(guī)格已標準化，可根據(jù)需要選擇。4) 澆口套長度L取為50mm。 圖3-3 主流道1 注射機噴嘴； 2-定位環(huán)； 3-澆口套；4-定模 2.分流道的設計分流道連接主流道與澆口，它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料的過渡通道。1）采用梯形截面分流道，如圖3-4，Ra=0.63.2)截面尺寸D=0.265mL h=2/3bD 梯形大底 m 塑件質量 L分流道長度 h梯形高度b=5mmh=2/3b=3.3mm，斜度=5，底面半徑r=1mm。 3-4 分流道截面3)分流道布置為保證各型腔同時均勻進料保證塑件質量的一致性，要求從主流道到各型腔的分流道在長度，截面形狀及尺寸一致，故而采用平衡式布置。為減小塑料熔體的動能損失，讓塑件熔體的流動及充填更好，分流道與澆口的連接處應加工成斜面或圓弧。3.澆口的設計 澆口處于分流道與型腔之間，是塑料熔體進入型腔的最后一站，它有控制塑料進入型腔的流速并封閉裝填在型腔內的塑料的作用，如圖3-5。 由于點澆口適用于成形各種塑料的殼、盒類塑件，且可以實現(xiàn)自動脫料頭，自動化程度較高，可以降低生產(chǎn)成本。但對成形流動性差及熱敏性塑料、平薄易變形及復雜形狀的塑件不利。點澆口的澆口尺寸小，去流道后殘留痕跡小，可減小熔接不良現(xiàn)象。 查表得，對于PE材料，壁厚在1.53之間時，選擇點澆口的尺寸為d=1.8mm。c=0.5mm，l=0.50.75mm。 圖3-5 澆口圖3-6 型芯(四)型芯、型腔結構設計及計算型芯和型腔的結構主要有兩種，即整體式和組合式。單片腔是直接在型腔板的加工，結構牢固，強度高，但由于大部分的尺寸使更難處理和熱處理，且貴重模具鋼消耗較大，故而一般用于形狀簡單的中小型模具。組合式型腔由多塊零件配合鑲拼，便于熱處理和機械加工，對于型芯型腔的冷卻和排氣也是十分有利的，同時可以節(jié)約昂貴的模具鋼。故而對于大型模具多采用組合式結構。由于該塑件形狀簡單且尺寸較小，采用拼塊組合式型腔較為復雜，所以型腔采用整體式結構，考慮到加工和熱處理，采用拼塊式結構型芯。 模具中成型零件決定了塑件幾何尺寸和幾何形狀，包括型芯（圖3-6）、型腔、滑塊等。 成型零部件直接與塑件接觸，所以成型零部件的設計加工是否合理直接影響到了藏品的質量。成型零部件在工作時要承受塑料熔體的沖刷，溫度變化加大，故而要求較好的強度剛度和警告的表面粗糙度要求。成型零部件是一套模具最為核心的部分，一般在確定脫模方向后，再根據(jù)蘇建偉新選擇分型面和焦闊位置。最后計算工作尺寸，并根據(jù)設計負載以及零件的機械加工和熱處理，進行強度校核。成型零部件的工作尺寸是最終據(jù)頂塑件幾何參數(shù)的的，一般 有兩種方法計算成型零部件的尺寸，一種是極限法，這種方法精確度高，但復雜，適用于精明的塑件。一種是平均法，按照收縮率，磨損量和制造公差的平均值計算，簡單一些，但精度較低，主要用于精度要求不高的模具。本書建問家庭日常用品，精度要求不高，使用平均值法。(1) 型芯尺寸的計算及結構設計型芯是成型制件內形的，如圖3-6，在使用過程中型芯的尺寸由于磨損會變小。因此為了模具修模以及裝配的需要，在設計模具時，尺寸盡量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差，如下。 式中：s為制件收縮率，取0.5%，為制件尺寸公差，制造公差，取 (2) 型腔尺寸的計算及結構設計成型塑件外形的模具零件是型腔，如圖3-7，在使用過程中型腔的磨損，會使尺寸逐漸變大。為了模具修模以及裝配的需要，在設計模具時尺寸盡量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差，如下。 式中：s為制件收縮率，取0.5%；，制件尺寸公差；制造公差，取 圖3-7 型腔 （五)排氣及冷卻系統(tǒng)設計1.排氣槽布置(1) 選擇排氣槽的開設位置一般按一下要求：1）為防熔料噴出傷人，排氣口不能設在模具工作側。2）為了產(chǎn)生飛邊易隨塑件脫出，排氣口最好開設在分型面上。3為便于加工和清理，最好設在凹模上。4）為保證排氣通暢，開設在塑料熔體最后填充處。5）當分型面不能排氣時，型腔有無其他可供排氣除，可將需要排氣的地方改為鑲拼式結構，利用配合間隙進行排氣。2.冷卻系統(tǒng)設計為了保證塑件的成型質量和生產(chǎn)效率，需要使模具在不同的時間段有正確的溫度，這就需要溫度調節(jié)系統(tǒng)，對他進行加熱或冷卻。比如為了住宿錢要對模具預熱，模具升溫或注射，完成注射后冷卻，提高生產(chǎn)質量和效率。溫控系統(tǒng)有很多種介質，根基不同的溫度范圍采用不同的介質，因為水比熱容大，成本低，導熱快，所以作為冷卻介質被普遍使用。冷卻系統(tǒng)的設計要符合以下幾點： 1） 維持模具熱平衡，保證塑件收縮均勻， 2） 水路的數(shù)量越多，對塑件冷卻也就越均勻，月均勻， 3） 型腔形狀匹配盡可能多的水道，是與型腔表面距離水孔周圍應盡可能相等為了保證導熱均勻。 4） 熔融塑料填充型腔時，澆口附近溫度最高，要加強冷卻，距澆口越遠溫度越低澆口處，設計冷卻系統(tǒng)時應考慮到這一點。 5） 降低入水與出水的溫度差，最大溫差不能超過5，不同的水路會有不同的效果。 6）結合塑件的結構和塑料的特性，考慮冷卻水通道的排列形式，如塑件的外形等。 7） 冷卻水通道應保證密封，通道盡量不接近塑件的融接痕位置。因為塑件小所以注射量也小，單位時間內需要散發(fā)的熱量也少，所需冷卻水量也比較小，所以水道也小。但對模具來說一條冷卻水道是不可取的，這樣會導致冷卻不均，為了保證冷卻均勻，加快冷卻，采取多種措施調節(jié)冷卻系統(tǒng)。本模具水路分為兩層，型腔采用簡單流道式，如圖3-8，即通過在模具上直接打孔并通以冷卻水而進行冷卻，型芯采用水井式水路，避免干涉，是一種常見的形式。為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，型腔水路取d=8mm。 圖3-8. 冷卻水道的布置形式（六） 脫模機構設計注射完成后脫模機構取出塑件及澆注系統(tǒng)領料，分為兩個步驟，先將塑件和領料與磨具分離，再將其取出。(1) 設計原則脫模機構一般有以下特點：1）為了借助開模力完成脫模，開模后塑件應留在動模一側。2）塑件脫模時包緊型芯，脫模力作用點應盡量靠近型芯且塑件強度較大的地方，以防止因脫模力導致塑件變形。3）結構合理，動作可靠，不與其他機構干涉，有做狗的強度，剛度，以滿足使用要求。4）保證塑件不會因為脫模力變形或損壞，不能在塑件外觀上留下明顯痕跡。 本模具脫模機構是脫模機構和成型零件結合的的，如圖3-7所示。因為該塑件的結構簡單，采用簡單的脫模機構可以滿足要求，結構簡單，便于制造和維修。在設計脫模機構前，需要簡單的計算出脫模力。 圖3-9 脫模機構(2) 脫模力計算由公式： ( 式中： 因制件收縮對型芯產(chǎn)生的正應力；f：摩擦系數(shù)，取f=0.2；：脫模斜度，?。ˋ為型芯端面面積） 因制件上有一圈側耳可設置推板，因此選用脫模板和推桿形式脫模。(3) 脫模板尺寸計算推件版是一種常見的推出脫模形式，它推出面積大，沒有明顯痕跡，塑件不易變形結構簡單。本模具中推件版還作為工作零件，作用與水杯的外耳成型所以材料應為T8A。如圖3-10所示。圖3-10 脫模板制件為矩形截面，則由公式：1 (3-5) L：脫模板長度，450mm； B：寬度，450mm E：彈性模量，207Mpa； 計算得，H18.9mm綜合考慮模具整體受力情況，取H=30mm。(4) 流道推板工作原理如圖3-11，限位拉桿2與流道推板4作用，利用開模時定模和動模的相對運動，從模具中將澆注系統(tǒng)凝料取出，完成澆注系統(tǒng)凝料的取出。如圖所示，開模時，限位釘6帶動流道推板4，將澆注系統(tǒng)凝料7拉出。 3-11 流道推板工作原理1.型腔 2.限位拉桿 3.彈簧 4.剝料板 5.模座 6.限位螺釘 7.料頭四、 模具動作過程說明（一）.模具裝配圖 圖4-1裝配圖 1 模座 2 模腳 3 頂桿 4 承板 5型芯固定板 6 型芯 7 頂針 8 限位桿9 彈簧 10 模座 11 限位螺釘 12 澆口套 13 剝料版 14 限位桿 15 導柱16 型腔板 17 推件板 18 上頂針版 19 下頂針板（二）模具工作原理 如圖4-1，模具工作的初始狀態(tài)是合模狀態(tài)，首先對模具預熱，加熱到一定溫度再開始注射，注射完成后冷卻一段時間，然后開模。因為彈簧9的作用，開模時，1-1面首先打開，澆注系統(tǒng)凝料與塑件的連接，在點澆口處被拉斷。在塞桿8和限制釘11作用，模具繼續(xù)開放一段距離的模具沿2-2打開，剝離板13將拔塞澆注系統(tǒng)領料。在在塞桿14的作用，模具繼續(xù)開放一些距離沿3-3面打開后，塑料件的包緊力因為在動模側包住。當注射機的頂桿頂?shù)巾斸槹?9時，模座繼續(xù)運動，頂針版19及推版17靜止，在推件板17和頂桿7的作用下，塑件被推出脫離型芯，完成脫模動作，至此完成了一個周期的動作?？?結本論文以注塑模具設計為核心，介紹了模具行業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，然后，圍繞著模具設計這一主題，先對產(chǎn)品進行分析，接著確定了各系統(tǒng)的方案選擇，主要是澆注系統(tǒng)，推出系統(tǒng)等，也包括一些輔助裝置，最后進行了相關工作尺寸計算，對模具的動作做出解釋，最后完成了論文。本次設計對我既有許多的收獲，也發(fā)現(xiàn)了很多自己的的不足。就水杯外形來說，為了便于使用，應該有一個手柄，但由于自己實際經(jīng)驗不足和知識面不廣，便取消了對此部分的設計。在今后的工作中我會更加認真，兢兢業(yè)業(yè)，以精益求精的態(tài)度完成自己的工作。 參考文獻1注塑模具設計.2模具材料與熱處理.3Pro/Engineer塑料模具設計 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