塑料碗注射模具设计

天津大学
（高等教育自学考试）
本科生毕业设计（论文）任务书
机械工程学院办学点模具设计与制造专业10丁班
设计（论文）题目：塑料碗注射模具设计
完成期限：三个月
自2012年11月20日至2013年3月10日止
指导教师史清卫
办学单位负责人刘伯伟
批准日期2012、11、20 学生杨阳
接受任务日期2012、11、20
注：1. 本任务书一式两份，一份院或系留存，一份发给学生，任务完成后附在说明书内。

2.“检查人签名”一栏和“指导教师批准日期”由教师用笔填写，其余各项均要求打印。

一、设计（论文）原始依据（资料）
1.设计题目：
塑料碗注射模具设计
2.原始数据：
1）塑料制品材质：ABS
2）生产批量：10 万件
3）塑件的收缩率：0.5%
4) 塑件表面光洁平整、无飞边毛刺及明显的熔接痕和其它斑痕
5）零件图如下：
二、设计（论文）内容和要求：（说明书、专题、绘图、试验结果等）
1.设计内容：
塑件工艺分析：
1）塑件名称：塑料碗注射模具设计
2）塑件材质：ABS
3）塑件精度要求：
该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征，故选一般精度等级：5级2.模具结构及成型零件的设计：
1）分型面的选择：
分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。

2）成型零件设计：
本设计本应该按照一模一件的传统做法，但考虑到有内该产品带有简易的面结构，于是采用了顶出结构法，所以要用到顶出机构和块件。

而块件的选择用材和结构上要严密和精准，考虑了针对模架需要具高弹性有回复能力和耐磨性选用了45#钢为材料，配合顶出结构和动模固定板的运动、导柱导套的导向功能、复位杆及弹簧的回复功能进行开模脱模。

3）型腔数目的确定和浇注系统设计
该塑件结构较简单，体积适中，所以采用一模一件结构。

浇注系统由主流道、分流道、进料浇口和冷料穴组成。

4）脱模结构的设计及导向、定位结构的确定
采用推杆推出结构
导向机构采用导柱、导套
定位机构主要采用定位板、复位杆等
5)冷却系统的设计
6）注射机的选择
7）绘制注射模具的装配图、成型零件图和其他标准需要补充加工的零件图：3.设计说明书
1）制品如上图所示
2）相关计算
a.成型尺寸的计算
b.制品体积重量计算
c.注射机注射容量计算
附：
设计进度计划表
天津大学高等教育自学考试本科生毕业设计（论文）开题报告
模具的发展越来越多的被人们所重视，它凝聚了各类高新技术，能快速精密的直接把材料成型、焊接、装配成零部件、组件或产品，其效率、精度、流线、超微型化、节能、环保，以及产品的性能、外观等，都是传统工艺方法所望尘莫及的。

其发展是随着工业的发展而发展起来的，近几年人们对各种时常用品轻量化和设备越来越高，这就为塑料制品提供了广阔的市场。

塑料制品要发展就一定离不开模具的发展。

汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料、电子通信等塑料制品主要用户行业近年来都高位运行，发展迅速，塑料模具也得到了迅速发展，如今模具已经成为现代制造技术的重要装备，是一个国家或企业的制造水平和生产能力的标志。

我国的塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大的发展，但与国民经济发展需求和世界先进水平相比，差距乃很大，一些大型、精密、复杂长寿命的中高档模具每年仍大量进口。

在总量供不应求的同时。

一些低挡模具已供过与求，市场竞争激烈，一些技术含量不太高的中挡塑料模具也有一些趋向供过于求。

先进制造技术基础的灵魂在于创新，在开发新产品的过程中，着眼于产品开发的最前沿过程，研究并开发能够准确捕捉和正确理解市场需求的需求获取、评估和分析系统，建立起快速响应市场的信息通信，及各种大型数据库的建立，对产品同类产品设计方法和技术，对产品技术的发展都具有重大的影响意义。

总而言之，为适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要，智能化设计是发展的必能趋势。

本课题研究的目标是制作塑料碗成型模具。

使注射成型模具更多的应用到生产中去。

研究内容是剖析注塑模具的结构，进行分析，掌握其主要特点。

研究方法主要是根据已有的塑料制品绘制出一套完整的模具图。

再根据模具拆分出的零件图来分析其注射结构以及主要成型零件的结构。

使用 PRO/E 软件将设计完成的零件图调入到标准模架图中，进行装配和型腔排布，再进行注射塑料模具，型腔，型芯滑块等成型零件的设计，最后完成零件的二维工程图。

在设计中我们使用的软件是 PRO/E，AUTOCAD 等绘图工具。

摘要
这里面较详细地介绍了一个塑料制品成型模具的设计，分析了塑料碗塑件工艺特点，介绍了塑料碗注射成型模结构及模具的工作过程。

从制品的成型要求和工艺性分析、注射材料的成型性能和成型工艺参数、分型面的选择和浇注系统的确定、注射机的选择和校核以及成型零件工作尺寸的计算等方面进行了说明，为了方便说明，还插入了一部分图。

此支架注射模设计的结构特点是:点浇口形式的单型面的注射模,大大提高了生产效率。

该模具结构设计巧妙、操作方便、使用寿命长，塑件达到技术要求。

关键词：塑料；注射模具；设计
ABSTRACT
Inside this introduced in detail a plastic products formation mold's design, analyzed the plastic bowl to model the craft characteristic, introduced the plastic bowl injected the mold structure and mold's work process. From the product formation request and the technological analysis, the injection material's formation performance and the formation technological parameter, was divided the profile the choice and gating system's determination, the injection machine choice and the examination as well as formation components work size aspects and so on computation has carried on showing, to facilitate explained that but also has inserted part of charts. This support injection mold design's unique feature is: Selects the runner form the single profile injection mold, raised the production efficiency greatly. This mold structural design is ingenious, the ease of operation, the service life are long, model to achieve the specification.
Key word: Plastic; Injects the mold; Design
绪论
一模具在加工工业中的地位
模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。

在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。

例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。

对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。

以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。

模具影响着制品的质量。

首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。

其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。

在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。

另外模具对制品的成本也有影响。

当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。

现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。

高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产
和更新都是以模具的制造和更新为前提的。

由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。

因此促进模具的不断向前发展。

二模具的发展趋势
近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。

从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：
加深理论研究在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经有经
验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的高。

高效率、自动化：
大量采用各种高效率、自动化的模具结构。

高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。

大型、超小型及高精度：
由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。

目录
绪论 (1)
第一章塑件结构及成形的工艺性分析 (1)
1.1分析塑件使用材料的种类及工艺特征 (1)
1.2分析塑件的结构工艺性 (3)
1.3工艺性分析 (3)
1.4初步确定型腔数目 (4)
第二章塑件基本参数的计算及注射机选用 (5)
2.1塑件体积的计算 (5)
2.2计算塑件的质量 (5)
2.3按注射机的最大注射量确定型腔数目 (5)
2.4计算浇注系统的体积 (6)
2.5注塑机的选择 (7)
第三章模具结构及主要零部件的设计 (8)
3.1浇注系统的设计 (8)
3.2主流道的设计 (8)
3.3分流道的设计 (9)
3.4分型面的选择设计原则 (9)
3.5浇口的设计 (10)
3.6导向机构的设计 (11)
3.6.1导柱的设计 (11)
3.6.2导套的结构设计 (11)
3.7推出机构的设计 (11)
3.7.1推件力的计算 (12)
3.7.2推杆的设计 (13)
3.8冷却系统的设计 (13)
3.8.1冷却系统设计原则 (13)
3.8.2确定冷却水道直径 (14)
3.9模具排气槽的设计 (15)
3.10 标准模架的选择 (15)
第四章主要零件结构尺寸计算与成型零部件的设计 (17)
4.1型腔、型芯工作尺寸计算 (17)
第五章模具尺寸和成型机械关系的校核 (19)
5.1注射机有关工艺参数的校核 (19)
5.2模具厚度H与注射机闭和高度 (19)
参考文献 (20)
致谢 (21)
第一章塑件结构及成形工艺性分析
1.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征
该塑件材料选用PP
PP 聚丙烯典型应用范围:
汽车工业（主要使用含金属添加剂的PP：挡泥板、通风管、风扇等），器械（洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等），日用消费品（草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等）。

化学和物理特性:
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1~4%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1~40。

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1.8~2.5%。

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0.7%。

均聚物型和共聚物型的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。

聚丙烯（PP）是常见塑料中较轻的一种，其电性能优异，可作为耐湿热高频绝缘材料应用。

PP属结晶性聚合物，熔体冷凝时因比容积变化大、分子取向程度高而呈现较大收缩率(1.0％-1.5％)。

PP在熔融状态下，用升温来降低其粘度的作用不大。

因此在成型加工过程中，应以提高注塑压力和剪切速率为主，以提高制品的成型质量。

PP成型各阶段所需压力及熔体流动过程：PP成型主要包括充模阶段、增密阶段、保压阶段和冷却阶段，每个阶段所需压力各有不同，熔体流动情况也有所不同。

（1）充模阶段
PP在注塑机机筒内经预塑受热熔融。

注塑开始，螺杆头部产生注塑压力到熔体充满模腔这一阶段是在动压作用下的高压高速充模过程。

此时高温熔体在模腔内的流动情况很大程度上决定着制品表面质量和物理性能，而熔体流动情况是受注塑压力和熔体自身影响的。

当注塑压力过低时，熔体进入模腔缓慢，紧贴在模腔内壁表面的那一层熔体会因温度急速下降而使粘度增高凝固，并很快向中心波及，使熔体的流动通道在很短时间内变得十分狭窄，大大削弱了进入模腔的熔体流量，结果使制品表面出现波纹、缺料、气泡。

当注塑压力过高时，熔体充模过快，在浇口附近以湍流形式进入模腔，且发生自由喷射，模腔内气体来不及排出，于是制品表面呈现云雾斑等缺陷，制品脱模残余应力大，易产生飞边使脱模困难。

虽然高的注塑压力在注塑过程中能提高注射速率而获得大的剪切作用。

从而降低熔体粘度，但从物理意义上说，过高的压力会使熔体粘度增大，这是因为随着压力的增大，分子链之间的距离被压缩，分子链间的错动更加困难，熔体流动困难，粘度也就增大了。

因此，在充模阶段应注意把握高速注塑，即高剪切速率的作用，而不应一味地提高注塑压力。

对一些高档的壁厚变化大、有较厚突缘和筋的制品，应采用多级注塑来控制剪切速率。

在实际生产中，一般先调成低速低压，使熔体平稳进入模具；再用两级不同的高速高压使熔体接近充满模腔，并防止发生涡流；最后用一级低速中压，避免溢边产生，以便顺利完成充模过程。

（2）增密阶段
充模结束后，PP熔体的快速流动停止，模腔压力开始增加，与此同时注塑压力也迅速增加。

当注塑压力达到最大值时，模腔压力并没有达到最大值，模腔压力的极值要滞后于最大注塑压力一段时间，此间熔体的流动过程为增密过程。

在这段很短的时间内，熔体要充满模腔的各部分缝隙，本身要受到压缩，熔体流速很小，温度变化也不明显，这时注塑压力也被熔体传递到模腔表面，产生模腔压力(传递的难易程度取决于熔体的流动性)。

可以说注塑压力的最大值在注塑增密过程中决定了模腔压力所能达到的最大值。

随着注塑压力迅速提高，模腔压力也达到最大值，模腔内产生很大的动能冲击，使注塑机合模机构及模具系统发生变形，并微胀开模具。

在正常变形条件下，模具微动胀开有放气作用，因此要以偏高的压力注塑，这样既能压紧熔体，又能使从不同方向先后充满模腔的粘流态熔体熔成一个整体。

但注塑压力也不能过大，否则会造成制品粘模，出模后制品有溢边、尺寸胀大，影响成型质量。

（3）保压阶段
保压阶段PP熔体在模腔内的压力和比容积不断变化(PP的比容积变化为16％)，并
一直维持到浇口封闭为止。

影响保压过程的主要因素是压力。

保压压力能使模腔内熔体在完全凝固前始终获得充分的压力和补料，从而出现熔体的流动，特点是流速慢，原因是熔体因降温而收缩。

因为PP熔体从注塑温度降低到模具温度时，熔体中大分子会松弛、结晶，体积收缩较大，所以必须以足够大的保压压力来克服浇口阻力以进行补料。

保压压力的增大还会令制品的密度增加，出模后的制品表面自由变化程度减小，获得接近模面的表面租糙度，减少成型收缩，增进熔体各部分之间的熔合，提高制品的力学性能。

一般保压压力可取最高注塑压力值的60-70％，为改善制品成型质量，也可采用分段保压进行压力控制。

（4）冷却阶段
保压结束后，保压压力解除，流道内的压力随之急剧下降，大大低于模腔内的压力。

这时浇口虽然封闭，但尚未完全凝固，在模腔压力的反作用下，模腔内熔体将向浇注系统回流，模腔内压力迅速下降，直至模腔与流道之间的通道被逐渐凝固的熔体阻断(阻断时模腔内的压力和温度称为封口压力和封口温度)，回流方停止。

这时，模腔中熔体的物料量虽不再发生变化，但却产生了两个相反效应，一个是熔体的冷却收缩，一个是释压膨胀，两个效应是相互矛盾的。

如果收缩占优势，制品很快与模腔表面脱离，在残余热量作用下，制品表面出现雾霾、麻点、无光泽等缺陷；如果膨胀占优势，会造成制品粘模、开模拉伤等缺陷。

生产实践证明，当封口温度一定时，封口压力越高，制品密度越大，释压膨胀越明显；当封口压力一定时，封口温度越高，制品密度越小，冷却收缩效应越明显。

为了避免这两种效应的产生，应延长保压时间，目的在于控制封口压力，降低封口温度，以获得高质量的制品。

1.2分析塑件的结构工艺性
该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征。

除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选一般精度等级： 5级。

1.3工艺性分析
为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用点浇口。

该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口纵向开设在模具的型腔处，从塑料碗的底部进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

注塑模工艺条件:
干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。

熔化温度：220~275℃，注意不要超过275℃。

模具温度：40~80℃，建议使用50℃。

结晶程度主要由模具温度决定。

注射压力：可大到1800bar。

注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。

如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。

流道和浇口：对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。

建议使用通体为圆形的注入口和流道。

所有类型的浇口都可以使用。

典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。

对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。

PP材料完全可以使用热流道系统。

1.4初步确定型腔数目
根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。

这里拟采用第一种方式，1模2件的结构。

第二章 塑件基本参数的计算及注射机选用
2.1 塑件体积的计算
塑件：
零件塑件的体积V=83.4cm 3
浇注系统的体积：V2=5.09cm 3
塑件与浇注系统的总体积为V=83.4*2+5.09=171.89cm 3
2.2计算塑件的质量：查手册取密度ρ=0.904g/cm 3
塑件体积：V=83.4cm 3
塑件质量：根据有关手册查得：ρ=0.904g/cm 3
所以，塑件的重量为：M=V ×ρ=83.4cm 3×0.904=75.39g
2.3按注射机的最大注射量确定型腔数目
根据 1p km m n k -≤
（4-1） 得1p nm m m k
+≥ (4-2) k -注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8;
m-注射机最大注射量，cmз或g;
p
m-浇注系统凝料量，cmз或g；
1
m-单个塑件体积或质量，cmз或g；
根据塑件的结构及尺寸精度要求,该塑件在注射时采用1模2腔
2.4计算浇注系统的体积:其初步设定方案如下
浇注系统控制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件质量关系极大。

浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。

浇注系统设计的内容包括：根据塑件大小和形状进行流道布置、决定流道断面尺寸、对浇口的数量、位置、形式进行优化。

本模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成。

浇注系统示意图
根据三维模型，利用三维软件直接可查询到浇注系统的体积V2=7.09cm3
2.5注塑机的选择
注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有: （1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机；
（2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。

此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。

常用的注射速率如表3-4所示。

表: 注射量与注射时间的关系
注射量/CM3 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.253 3.75 5
查表文献4、2得选用CJ80NC3型号注射机，其参数如下：
第三章 模具结构及主要零部件的设计
3.1浇注系统的设计
浇注系统的设计原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出。

3.2主流道的设计
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止 塑料熔体 流动通道 根据选用的CJ80NC3型号注射机的相关尺寸得
喷嘴前端孔径：d0=4.0mm ；
喷嘴前端球面半径：R0=10mm ；
根据模具主流道与喷嘴的关系:
()()00120.51R R mm
d d mm =+=+
取主流道球面半径：R=11mm ；
取主流道小端直径：d=4.5mm
为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为26，此处选用6°，经换算得主流道大端直径为8.4MM 。

主流道示意图
3.3 分流道的设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。

常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。

表:流道断面尺寸推荐值
塑料名称 分流道断面直径mm 塑料名称
分流道断面直径mm 分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U 形和六角形。

要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。

在该模具上取梯形与圆锥形断面形状。

流道表面粗糙度 1.6a R m μ=
分流道示意图
3.4分型面的选择设计原则
分型面是决定模具结构形式的重要因素，
它与模具的整体结构和模具的制造艺有密
ABS ，AS 聚乙烯 尼龙类 聚甲醛 丙烯酸 抗冲击丙烯酸 醋酸纤维素 聚丙烯 异质同晶体 4.8~9.5 1.6~9.5 1.6~9.5 3.5~10 8~10 8~12.5 5~10 5~10 8~10
聚苯乙烯
软聚氯乙烯
硬聚氯乙烯
聚氨酯
热塑性聚酯
聚苯醚
聚砜
离子聚合物
聚苯硫醚 3.5~10 3.5~10 6.5~16 6.5~8.0 3.5~8.0 6.5~10 6.5~10 2.4~10 6.5~13。