塑料盒盖模具设计项目说明书

塑料盒盖模具设计项目说明书
塑料盒盖注射模具设计
一、设计任务书
塑件名称：盒盖 材 料：PS 生产批量：大批量
D1=Φ60 D2=Φ24 H=22 δ=1.5 RA=6 RB=7 技术要求：
1、D1为配合尺寸，公差按3
.001+D ；
2、配合尺寸要求深度大于10mm 。

二、塑料成型工艺性分析
1、塑件的分析
（1）外形尺寸 该塑件的外形基本上为回转体，外圆圆角较大，利于脱模，厚度为1.5mm ，高度为22mm ，外圆直径为60mm ，外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，适合注射成型。

（2）精度等级 此塑件表面没有特殊要求，表面粗糙度0.8um ，除了3
.001+D 外，
其他尺寸均未标注公差，为自由尺寸，可按MT5公差等级计算。

（3）脱模斜度 PS 收缩率比较小（0.5%～0.8%），成型收缩率比较小，参考表2-10选择该塑件型芯和型腔的统一脱模斜度为1º。

2、PS 的性能分析
（1）使用性能 化学性能好，透明性好，电性能好，抗拉、抗弯强度高，但耐磨性差，质脆，抗冲击强度差，适合制造装饰制品、仪表壳、灯罩、绝缘零件、容器、泡沫塑料、日用品等。

（2）成型性能 成型性能好，可用于注射、挤出及吹塑等成型工艺加工。

吸湿性不大，不必加热干燥，但预备干燥较为安全，70～85℃为宜。

为消除内应
力，成型塑件加以退火为宜，80℃温度，2～4h为宜。

（3）PS主要性能指标其性能指标见表
项目性能参数项目性能参数
密度/(g/cm3)
1.04～1.06 屈服强度/Mpa35～63
拉伸强度/MPa 35～63 吸水率（%）0.03～0.05
拉伸弹性模量/MPa 2.8～3.5熔点/℃131～165
拉弯强度/MPa 2.8~3.5计算收缩率(%)0.5～0.6
比热容/J.（kg..℃）1340 比体积/cm .g 0.03～0.05
PS主要性能指标
3、PS注射成型过程及工艺参数
（1）注射成型过程
①成型准备对PS的色泽、均匀度等进行检验。

原则上PS的吸水性很小，成型前可不必干燥，为了保险起见，成型前最好进行干燥。

②注射过程塑件在注射机料筒内加热塑化后达到流动状态，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，过程为充模，压实，保压，倒流，冷却五个阶段。

③塑料的后处理成型后的塑料产生应力，应加以退火为宜，80℃，2～4h为宜（2）注射工艺参数查表3-1可得到
项目参数项目参数
干燥处理温度/℃70～80
注射
压力/Mpa 80～150 时间/h 1～2 时间/s 1～3
料筒温度后部/℃140～160
保压压力/Mpa 30～40
前部/℃170～190 时间/s 15～40 喷嘴结构直通式降温固化时间/s 15～30
喷嘴温度/℃160～170 成型周期/s 40～90
模具温度/℃40～70 注射机类型柱塞式/螺杆式
PS注射工艺参数
三、拟定模具的结构形式
1、分型面位置的确定
该盒盖的表面质量要求自由，比较低，在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件外观质量，便于消除毛刺飞边，有利于排除模具型腔的气体，分模后塑件留在动模一侧，便于取出塑件。

分型面应该选择在外形尺寸最大处，如下图所示。

2、型腔数量的排列方式的确定
（1）型腔数量的确定该塑件为大批量生产，可采取一模多腔的结构形式。

同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及模具制造费用和各种成本等因素，初步选定一模两腔的结构形式。

（2）型腔排列形式的确定多型腔模具最好采用平衡式分布，且要求紧凑，并且与浇口开设的部位对称。

由于该设计选择的是一模两腔，则可以采用直线对称排列的方式，如下图。

型腔数量排列
（3）模具结构形式的确定从以上的分析，此模具设计是一模两腔，对称直线排列，根据塑件的结构，推出机构可以采用脱模板推出塑件。

浇注系统设计时，流到也要采用对称平衡式，浇口采用侧浇口。

浇口位置如上图所示。

由此，可以确定，次模具要采用两板模，利用脱模板脱出塑件和凝料。

3、注射机型号的确定
（1）注射量的计算通过三维软件分析，得到塑件的体积约为
V
塑
≈10620mm³=10.62cm³
塑件的质量根据m
塑
=ρV，查相关资料得到PS的密度ρ=（1.04～1.06g）/cm³,现取ρ=1.05g/cm³,代入数据计算得到:
m
塑
=1.05×103 ×10620=11.15g
(2)浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统的凝料在模具结构没有确定之前是无法确定的，但是可以根据经验按塑件体积0.2～1倍来估算，取0.6倍计算。

因此，一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为：
V
总=V
塑
(1+0.6)×2=33.99 cm³
（3）选择注射机根据V
公= V
总
/0.8,，V
公
为注射机公称注射量，V
总
为模具
型腔内熔体体积。

由此可得注射机公称注射量：
V
公
=33.99÷0.8=42.49 cm³
由此数据，初步选定公称注射量为60 cm³,注射机型号为XS-ZY-104注射机。

其主要技术要求参数见下表。

理论注射容量/cm³104 最大模具厚度/mm 300 螺杆直径/mm 30 最小模具厚度/mm 200
注射压力/Npa 150 锁模形式液压-机
械
锁模力/KN 900 模具定位孔直径mm 100
拉杆内间距/ 260×360 喷嘴球半径/mm 12
移模行程/mm 300 喷嘴口孔径/mm 4
注射机主要技术参数
（4）注射机的相关参数的校核
①注射压力校核查表4-1，PS中等壁厚注射所需要的压力为100～120MPa，
取P
0=110Mpa,要求注射机的公称压力大于PS所需的注射压力，即P
公
﹥P
由于P
公=150Mpa＞P
=110Mp,所以所选注射机符合注射压力要求。

②锁模力校核
a 塑件在分型面上的投影面积A
塑
，则
A
塑=π×（
2
D
1+δ）2=3.142×(60÷2+1.5) 2=3118mm2
b 浇注系统在分型面的投影A
浇，也就是流道在分型面上的投影面积A
浇
数值，
A
浇是每个塑件在分型面上的投影面积A
塑
的0.2～0.5倍。

由于本塑件不大，分
流道比较短，投影面积可以适当取小些。

取A
浇=0.2 A
塑。

c 塑件和浇注系统在分型面的总投影面积A
总
，则
A
总=n(A
塑
+ A
浇
)=n(A
塑
+0.2A
浇
)=2×1.2 A
塑
=2×1.2×3118=7483.2 mm2
d 模具型腔内的胀型力F
胀
，则
F
胀= A
总
P
模
，式中P
模
是型腔内塑料熔体平均压力值，一般为注射压力的0.3～
0.65倍，现取0.5倍，由于注射压力取P
=110Mpa，则
P
模=0.5 P
=0.5×110=55MPa，
F
胀= A
总
P
模
=7483.2×55=411.56KN
上表所示注射机公称锁模力F 锁=900KN ， 由于F 胀＜F 锁，所以注射机锁模力符合要求。

其他安装尺寸的校核要等到模架选定之后才可以进行。

四、浇注系统的设计
1、主流道的设计
主流道一般情况下位于模具中心塑料熔体入口处，将熔体导入分流道中，形状为圆锥形，以便凝料的拔出和熔体的流动。

主流道的尺寸直接影响熔体的流动速度和充模时间。

由于其与高温塑料熔体及注射机的喷嘴反复接触，所以设计中将其设计成可拆换的浇口套，如下图。

浇口套参数
1、浇口套
2、定模座板
3、注射机喷嘴
（1）主流道尺寸
①主流道的长度 此模具初步选L 主=67mm 进行设计。

②主流道小端直径 d=d 0+（0.5～1），取1，d 0为注射机喷嘴口孔直径为4mm 。

则
d=d 0+1=4+1=5mm
③主流道大直径 D=d+2Ltan α≈12.02mm, 式中α为主流道的角度，一般取 2º～4º，现取3º，为了方便计算，主流道直径取D =12mm
④主流道球面半径 SR= SR0+（1～2），取1， SR0为注射机喷嘴球半径12mm ，则
SR= SR0+1=12+1=13mm
⑤球面的配合高度：h 取3mm
⑥主流道大端圆角：主流道大端设计成圆角过渡可以减小熔体流动阻力，半径 r=1～3mm ，取r=2mm （2）主流道的凝料体积
V 主=3
π L 主（R 2主+r 2
主+R 主r 主）=3142.3×50×6²+2.5²+6×2.5)=40148.8mm
³
(3)主流道当量半径 R 当=2
5
.26+=4.25mm
（3）主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件，可选购，不必加工，减少成本。

主流道小端入口处跟注射机的喷嘴反复接触，容易磨损。

所以对材料的要求比较严格。

为方便更换浇口套，定位圈和浇口套不整体加工，分开选标准件。

常用碳素工具钢T8A 或T10A ，热处理淬火表面硬度50～55HRC 2、分流道的设计
（1）分流道的布置形式 分流道的设计应该尽量减少熔体在流道上的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此，根据模具结构已经型腔的分布，采用平衡式分流道。

（2）分流道的长度 根据两个型腔的结构设计，取单边分流道长度L 分=35mm 。

（3）分流道的界面形状 常用分流道界面形状有圆形，半圆形，梯形，U 形等。

为了便于加工，本设计采用半圆形分流道。

（4）分流道截面尺寸 初步选取截面半径r=2.5mm ，根据面积相等原则求
出当量半径，πR 2当
=2
πr 2 ，得3.14×R 2
当=（3.14×2.5²）÷2
所以，R 当=1.77mm
（5）分流道的凝料体积 V 分= L 分A 分，式中L 分为分流道的长度，A 分为分流道的横截面积
V 分=35×3.14×2.5²÷2=340mm ²=0.34 cm ²
(6)校核剪切速率
①确定注射时间 查表4-8，取注射时间t=1.8s
②计算体积流量 q 分=t
V V 塑分+=(0.34+10.62) ÷1.8=6.09cm
³／s
③剪切速率 分γ=
3
R q 3.3当分
π=3.3×6.09×10³÷（3.14×1.77³）=1153.9s 1-
该分流道的剪切速率处于主流道与分流道的最佳剪切速率5×10²～ 5×10³s 1-，所以分流道内的熔体的剪切速率合格。

3、浇口的设计 根据型腔的分布排列形式以及模具结构特点，本设计采用矩形侧浇口。

（1）浇口尺寸的确定
①浇口的高度 查表4-9取浇口高度h=0.8mm
②浇口的宽度 查表4-9浇口的宽度b=(3～10)h=2.4～8mm ，取b=2.4mm ③浇口的长度 查表4-9浇口的长度l=0.7～2mm ，取l=1mm ，
④计算当量半径 根据面积相等计算当量半径πR 2
当= bh
得R 当=
14
.34
.28.0⨯=0.78mm （2）侧浇口剪切速率的校核
①确定注射时间 查表4-8取t=1.8s
②计算浇口的体积流量 q 分=t V 塑=8
.162
.10=5.9cm
³/s ③计算浇口剪切速率 浇γ=
3
R q 3.3当分
π=3.3×5.9×10³÷（3.14×0.78³）=13066.2 s 1-
该矩形浇口的剪切速率处于浇口最佳剪切速率104～105s 1-之间，所以，浇口的剪切速率合格。

4、校核主流道的剪切速率 （1）计算体积流量 q 主=
t
nV V V 塑
分主++,式中n 为型腔数2，t 为注射时间1.8s,则
q 主=（4.0148+2×0.34+2×10.62）÷1.8=14.4cm ³/s (2)计算流道剪切速率
主γ=
3
R q 3.3当
主
π=3.3×14.4×10³÷（3.14×4.25³）=1.97×10³s 1-
主流道的剪切速率处于主流道与分流道的最佳剪切速率5×10²～ 5×10³s 1-，所以分流道内的熔体的剪切速率合格。

5、冷料穴的设计
五、成型零件的结构设计及计算
1、成型零件的结构设计
（1）凹模的结构深凹模成型塑件外表面，根据对塑件的结构分析，外形比较简单，可采用整体式凹模。

（2）凸模型芯的结构设计
型芯的结构也比较简单，但是，由于型芯要求的材料比较严格，价格高。

为了节约成本，采用镶嵌式型芯。

2、成型零件钢材的选用
成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性能，同时也要考虑到机械加工性能和抛光性能。

本设计中的塑件为大批量生产，对于型芯来说，由于脱模时与塑件磨损严重，因此钢材选用高合金工具钢Cr12MoV。

凹模采用P20，加工性能好
3、成型零件的尺寸计算
采用表4-15的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按MT5级公差计算。

(1)型腔尺寸计算
①型腔径向尺寸的计算
塑件尺寸按MT5级公差转换后，塑件径向尺寸D3=63=630
74
.0
-
mm,塑件制造公差
Δ3=0.74mm,D2=24=240.50
+mm，塑件制造公差Δ2=0.50mm
D3=[﹙1+S
cp ﹚D3﹣xΔ3]3
z
δ+
= [ (1+0.0065)×63﹣0.6×0.74]12.0
+
=62.9712.0
+
mm
D2=
[﹙1+S cp ﹚D2﹣x Δ2]
20
z δ+= [ (1+0.0065)
×24﹣0.6×0.5]
08.00
+mm
式中S cp 是塑件的平均收缩率，查表1-2可知PS 收缩率为0.5～0.8%，所以平均收缩率S cp =
2
008
.0005.0+=0.0065，x 是系数，一般取0.5～0.8，这里取0.6
Δ3、Δ2塑件上的尺寸公差（下同），3z δ、2z δ为相应的尺寸制造公差，对于中
小型塑件，取z δ=
6
1
Δ（下同）。

② 型腔轴向尺寸的计算 塑件尺寸转换后，H=22=2200.44-mm ，相应的Δ=0.44mm ，h=1.2=1.20.2
+,相应的Δ=0.2mm
H=
[﹙1+S cp ﹚H ﹣x Δ]
z δ+0
=
[﹙1+0.0065﹚×22﹣0.6×0.44]0.0730
+
=22.4
0.0730
+mm
h=
[﹙1+S cp ﹚h ﹣x Δ]
z δ+0
=[﹙1+0.0065﹚×1.2﹣0.6×0.2]
30.00
+
=1.0930.00
+mm
此处x 系数一般取0.5～0.7，这里取0.6。

型腔尺寸
（2）型芯尺寸的计算
①型芯径向尺寸的计算
塑件尺寸转换后，D4=25.24=25.240.500+mm ，相应的Δ=0.5mm,D1=60=603
.00+,相应
的Δ=0.3mm 。

D4=
[﹙1+S cp ﹚D4+x Δ]
0-Z
δ=
[﹙1+0.0065﹚×25.24+0.6×0.5]
00.083
-
=25.70
00.083
-mm
D1=
[﹙1+S cp ﹚D1+x Δ]
0-Z
δ=[﹙1+0.0065﹚×60+0.6×0.3]
00.05
-
=60.57
00.05
-mm
以上x 系数一般在0.5～0.7，取0.6
②型芯轴向尺寸的计算
塑件尺寸转换后，h2=20.5=20.50.440
+mm ，相应的Δ=0.44mm ，
h4=1.2=1.22.00
+mm ，相应的Δ=0.2mm 。

h2=
[﹙1+S
cp
﹚h2+x Δ]
0-Z
δ =[﹙1+0.0065﹚×20.5+0.6×0.44]
00.073
-
=20.9
00.073
-mm
h4=
[﹙1+S cp ﹚h4+x Δ]
0-Z
δ =[﹙1+0.0065﹚×1.2+0.6×0.2]
00033
-
=1.3300033
-mm
型芯尺寸
4、成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算
（1）凹模侧壁厚度的计算凹模侧壁厚度与型腔的压强及凹模的深度有关，根据型腔的布置，模架初步选定180×250标准模架，根据表4-19的公式计算
S=
3
1
4
2
p3
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
P
E
h
δ
,p为型腔压力，E为材料弹性模量，h=W，h=22.4mm，
P
δ是模
具
刚度计算许用变形量，根据注射塑料品种。

P
δ=25i2=25×(0.45×22.451+0.001×22.4)=21.5um=0.021mm
S=
3
1
4
2
p3
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
P
E
h
δ
=3
1
5
4
021
.0
10
1.2
2
4.
22
55
3
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
⨯
⨯
⨯
⨯
⨯
=17.3mm，取壁厚S=20mm
根据型腔布置情况，模板180mm×50mm,它比需要布置的尺寸大得多，完
全能够满足强度要求。

（2）动模垫板厚度计算
动模垫板厚度和所选择的模架的两个垫块之间的跨度有关，根据当前型腔的布置，两个垫块之间的跨度大约为L=180﹣40﹣40=100mm。

根据公式得到垫板的厚度
T=0.54L
3
1
P
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
P
EL
A
δ
=0.54×100×3
1
5
2
021
.0
250
10
1.2
28
..
30
14
.3
2
55
⎪⎪
⎭
⎫
⎝
⎛
⨯
⨯
⨯
⨯
⨯
⨯
=34.7mm
取厚度T=35mm
式中
P
δ式动模垫板的刚度计算许用变形量，L是垫
板的长度，A是两个型芯投影
到动模垫
板上的面积。

五、模架的确定
根据型腔布局的中心距和凸模嵌件的尺寸，可以
选模架序号4，
模架结构为P6
型。

1、各模板尺寸的确定，
(1)A板尺寸A板式定模板，塑件高度为22mm,还要留足够的空间开冷却水道，所以取A板的厚度50mm
(2)B板尺寸B板是型芯固定板，取厚度25mm
(3)C板尺寸垫块的高度=推板行程+推厚度+推板固定板厚度+（5～10），根据模架中推板厚度16，推板固定板厚度，推板行程等于塑件的内腔高度20.5.。

则C板厚度H=20.5+12.5+16+（5～10）=54～59，根据模架中C板的尺寸，
取H=63mm。

(4)脱模板厚度取20mm
(5)垫板厚度算得35mm
(6)上下模座取25mm
经过计算，模架尺寸定为5号，板宽180mm×250mm，模架的结构形式为P6 型。

2、模架各尺寸的校核。

根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。

（1）模具平面尺寸180mm×250mm小于注射机拉杆尺寸间距
260mm×360mm，校核合格
（2）模具高度尺寸243mm 200mm<243mm<300mm(模具最小厚度和最大厚度)，校核合格。

（3）模具的开模行程S=凹模板长度+型腔内高度+（5～10）=50+20.5+（5～10）所以=50+20.5+（5～10）=75.5～80.5mm<300mm，校核合格。

六，排气槽设计
此模具利用分型面还有配合间隙来排气，不单独设排气槽，简化设计，减
少
加工量。

七|、脱模机构的设计
1、推出方式的确定
本塑件是圆的，采用脱模板的推出方式比较合适，不至于在塑件上产生推出痕迹，脱模板推出时为了减小脱模板与型芯的摩擦，设计中在用脱模板与型芯之间留出0.2mm的间隙，采用锥面配合，如图所示
型芯与脱模板
1—凹模 2—型芯 3—脱模板 4—型芯固定板
2、脱模力的计算
（1）因为λ=t r
=30÷1.5=20＞10，所以此塑件为薄壁塑件，
脱模力F=
A k u 1.0)1())
tan -(f tESLcos 22
+-ϑϑπ,t 为塑件厚度，L 是被包型芯长度，u 是
塑料泊松比，ϑ
是脱模斜度，f 是塑料与刚才之间的摩
擦系数，r 是型芯的平均半径，A
是塑件在开模垂直方向上的投影面积。

查表有
E=2800～3500MPa ，
取3000Mpa 计算，
S=0.2～0.8,取0.5计算，f=0.5，u=0.32, 2
k =1+fsin ϑcos ϑ
则,代入数据得到F=817N
3、校核推出机构作用在塑件上的单位压力
推出面积A=2)d -(D 422⨯π=2)60-(63414
.322⨯=579.33mm 2
推出应力σ=A F 2.1=33
.579817
2.1⨯=1.39Mpa<90～122Mpa(抗压强度)，故合格
八、冷却系统的设计
冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。

设计时忽略模具因空气对流、 辐射以及注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热 量等于冷却水所带走的热量。

1、 冷却介质，PS 属于中等粘度材料，其成型温度及模具温度分别为200℃～250 ℃，40℃～60℃，模具的温度初步选定50℃，用常温水对模具进行冷却。

2、 冷却系统的简单计算
（1） 单位时间内注入模具中的塑料总质量 ① 塑料制品体积
V=V 主+V 分+2V 塑=4.0148+0.68+2×10.62=25.93cm ³ ②塑料制品总质量
m=ρV=1.05×103-×25.93=27.23g
③塑件壁厚为1.5mm ，查表得t 冷=5.7s,注射时间t 注=1.8s ，脱模时间t 脱=8s 则注射总时间t= t 冷+t+ t 脱=5.7+8+1.8=15.5s
因此，每小时注射次数N=3600/14.7=232次 ④单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W=Nm=232×27.23=6.3kg/h
(2)确定单位质量的塑件在凝固同时释放的热量
查PS 单位热流量Q S 的值在280～850kj.kg 1-，取300kj/kg （3）计算冷却水的体积流量 q v ，设入口的水温为θ
2
=24℃，出口水温
θ
1
=25℃，
q v =
)(60W 21θθρ-c Q =)
2425(187.4100060300
3.6-⨯⨯⨯⨯=7.52×103-m 3/min
(4)确定冷却水路直径d ，当q v =7.52×103-m 3/min 时，查表取d=12mm (5)冷却水道在管内的流速
V=260q 4d v π=2
3
012.014.3601052.74⨯⨯⨯⨯-=1.1m/s
(6)求冷却水道管壁与水交界面的膜传热系数h, 因为平均水温为24.5℃，查表 4-31可得f=0.84,则有
h=2.08.0)(f 187.4d v ρ=2
.08.0012.0)1.11000(84.6187.4⨯⨯⨯=0.96⨯
104
kj/(m 2
.h. ℃)
(7)计算冷却水道的导热面积A A=
θ∆h WQ S =()
5.244910
6.93006.33
-⨯⨯⨯=8×103-m 2 (8)计算模具所需冷却水管长度L
L=d πA
=012
.014.3108-3⨯⨯=212mm (9)冷却水路的根数X ，设每条水路长度为l=180,则根数X=
l L =180
212=1.1根，取2 根，显然一条冷却水道对于模具来说显然是不合适的，因此应该根据具体情况 加以修改。

九、导向与定位结构的设计
注射模的导向机构用于动定、模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。

本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不高，因此采用模架本身所 带的定位机构就可以满足使用要求了。