塑料水杯模具设计分析.

塑料水杯模具设计分析

1.摘要：塑料模具的分类很多，按照塑料制件的不同可分为：注射模、压缩模、压注模、挤出模、气动成型模等。注塑模具又称注塑成型，是热塑性塑料制品生产的一种重要的方法。除少数塑料制品外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型方法生产塑料制品。注塑模具不仅用于热塑性塑料的成型，而且成功用于热固性塑料的成型。模具以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。模具的制造精度越高，制造成本越高，因此应延长模具的使用寿命，尽量缩短模具的制造周期，来降低生产成本。

塑料制品以其密度小、质量轻的优点在工业中的应用日益普遍，大有“以塑代钢”的趋势。塑料模具可以满足塑料的加工工艺要求和使用要求，可以很好的降低塑料制品的生产成本。塑料的质量要靠模具的正确结构和模具成型零件的正确形状，精确尺寸几较低的表面粗糙度来保证。

本次设计所选用塑件材料为聚丙烯（PP）。以下是对该材料的具体分析。

聚丙烯，简称PP，是通用塑料中综合性能非常优异的一种材料。近几年，PP工程塑料化的研究和开发取得很大进展，使PP在日常生活用品、汽车、家电等行业获得广泛的应用。

根据聚丙烯的立体构型，PP可分为等规PP和间规PP，目前工业上广泛应用的是等规PP，等规PP结晶度高，力学强度高；间规PP结晶度底，具有柔性，抗冲击性和透明性。

2.性能与特点

聚丙烯（PP）为无色、无味、无毒，结晶型的线型分子结构的热塑性塑料，密度为0.9g/cm^3~0.91g/cm^3，收缩率为1%~2.5%，具有优良的电绝缘性能

和耐化学腐蚀性能，机械强度、硬度高，具有特别高的抗弯疲劳强度，使用温度较高，在120℃下的可长期使用。不吸水，绝缘性能不受湿度影响，其最大缺点是耐老化性能差，所以聚丙烯通常需添加抗氧化剂和紫外线吸收剂，在低温下，耐冲击的性能也较差。

聚丙烯的成型特性为：

①成型性好，可采用注塑、挤出及吹塑等成型加工方法

②吸湿性小，不吸水，成型前可不干燥

③熔体粘度小，流动性好，溢边值为0.03mm，流动性对压力敏感，宜采

用较高的压力注射。

④成性收缩范围大，易发生缩孔、凹痕及变形等缺陷

⑤容易发生弯曲变形，塑件应避免尖角、缺口

⑥热容量大，注射成型模具须设计能充分冷却的冷却系统。

⑦模具温度对收缩率影响大，冷却时间长，应注意控制模具温度，模温太

低，塑件无光泽，易产生熔接痕，模温太高，易产生翘曲变形

⑧尺寸稳定性好

3.1 设计注意

①耐日光性差，易发生热氧老化，用于室外需添加抗氧剂和光稳定剂。

②低温耐冲压性差，抗蠕变性和耐磨性也不佳。氧化性酸能促使PP降解，对脂肪烃、芳烃又不同程度的溶胀，而卤代烃对PP 也有破坏作用。

③避免与铜接触铜盐溶液对其有特殊的破坏作用，因此制品不宜有铜嵌件。

④PP成性收缩率高，热膨胀系数也比较大，制品在热环境下受应力作用，要防止热应力脆化的发生。

⑤与PE有相似之处，由于非极性的缘故，制品涂饰和粘结需要表面处理。

3.2材料收缩率

表常用塑料的收缩率

3.3塑件形状、尺寸大小的确定

塑料制件的形状在满足使用要求的前提下，应使其有利于成型，特别是应尽量不使用侧向抽芯机构，因此塑件设计时应尽量避免侧向凹凸形状侧孔。因为，侧向分型与抽芯机构的模具不但提高了模具设计的制造成本，而且还会在分型面上留下飞边，增加后加工的工作量。某些制件只要适当改变其形状，既能避免使用侧向抽芯机构，是模具结构简化。

此设计中的塑料水杯，为圆台型，高度为80mm ，水杯外表面为平滑的曲面。上底面与下底面有一定的脱模斜度。

（1）壁厚是塑料制件结构设计的基本要素。壁厚设计要考虑两方面的问题，一是壁厚尺寸的确定，二是遵循壁厚均一的设计原则。壁厚均一的原则主要从工艺角度以及由工艺导致的质量方面的问题而提出来的，均匀的壁厚可使制件在成型过程中，熔体流动性均衡，冷却均衡。厚度部位在冷却收缩上的差异，会产生一定的收缩应力，内应力会导致制件在短期内或

经过较长的时期之后发生翘曲变形。

厚度不均时常采用的三种处置办法：①壁厚交界处的平稳过渡②将尖角改为圆角处理③厚壁部位减薄

改产品图反映出，次塑料件壁厚为7mm，壁厚均匀，易于成型。

3.4料尺寸精度和表面粗糙度

塑件的尺寸精度是指成型后所获得的塑件产品尺寸和图纸中尺寸的符合程度。一般而言，塑件尺寸精度是取决于塑料因材质和工艺条件引起的塑料收缩率范围大小，模具制造精度、型腔型芯的磨损程度以及工艺控制因素。而模具的某些结构特点又在相当大程度上影响塑件的尺寸精度。故而，塑件的精度应尽量选择的低些。对于本产品，图纸未注明尺寸精度，查表后，我们取IT7级精度。

表面质量一般要求较高，在Ra0.8um以上。

表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），用肉眼是难以区别的，因此它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小，则表面越光滑。表面粗糙度的大小，对机械零件的使用性能有很大的影响，主要表现在以下几个方面：①表面粗糙度影响零件的耐磨性。表面越粗糙，配合表面间的有效接触接触面积越小，压强越大，磨损就越快。②表面粗糙度影响配合性质的稳定性。对间隙配合来说，表面

越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了联结强度。

3.5模斜度

由于制品在冷却后产生收缩，会紧紧包住型芯或型腔突出的部分，为了使制件能够顺利从模具中取出或者脱模，必须对塑件的设计提出脱模斜度的要求，要求在塑件设计时或在模具设计时给予充分的考虑，设计出脱模斜度。脱模斜度的设计与材料的性质、制品成型方法、制件的几何形状与尺寸、精度要求、磨具的结构等因素有关。

一般脱模斜度的取值范围是30′~1°30′。

以下是确定脱模斜度的一些要点：

①制品收缩率达，形状复杂且很不规则的，其脱模斜度宜取较大值。

②材料性脆、刚性大、玻璃纤维增强的制品，脱模斜度要尽可能大

③尺寸较大或者尺寸精度要求高德制品，脱模斜度宜取小值

④塑件上带有表面花纹时，每蚀刻深度增加0.02mm，脱模斜度应小于1°

⑤制件内表面的脱模斜度应大于其外表面的脱模斜度

下表为常用的脱模斜度