聚合物成型及工艺设备课程设计)

高分子材料成型工艺
设计说明书
塑料成型洗脸盆
起止日期：2012 年 6 月 1 日至2012年6月10 日
学生姓名
班级
学号
成绩
指导教师(签字)
包装与材料工程学院
2012年6 月10 日
目录
Ⅰ、塑料脸盆设计前分析准备 (3)
一、制件分析....................................3~4
二、材质性能分析................................5~7
三、成型设备分析 (8)
Ⅱ、模具、螺杆等关键部件设计 (9)
一、分型面位置的分析和确定...................9~10
二、塑件型腔数量及排列方式的确定 (11)
三、浇注系统的形式选择和截面尺寸的计算.....12~15
四、成型零件结构设计.....................16~18 Ⅲ、温度调节系统的设计........................19~20 Ⅳ、锁模力的校核. (21)
Ⅴ、模具总体结构...............................22~23 Ⅵ、制作工艺.. (24)
Ⅶ、产品成本预算 (25)
Ⅷ、参考文献 (25)
内容及任务
Ⅰ、脸盆设计前分析准备
一、制件分析
1、制件尺寸分析
技术要求:1、塑件表面光洁；2、大批量生产；3、未注圆角R1-R2。

（单位：mm）图号材料
尺寸序号
A B C D E
03 PP 178 162 120 12 1.5
A、外顶圆半径
B、内顶圆半径
C、底圆半径
D、塑件高度
E、塑件厚度
塑料洗脸盆二维图
2、制件材料分析
该塑件为脸盆盘，材料为共聚PP（聚丙烯），进行大批量生产。

其各尺寸如图所示：主体部分是厚度为1.5mm的薄壳，圆锥侧面与底面的过渡圆角为R=20,结构简单,易于成型。

塑料洗脸盆三维图
参考配方：
共聚PP（牌号PX0020）100份；
EVA（增韧剂） 15份；
碳酸钙（降低成本，提高制品尺寸稳定性、耐磨性） 17份；
偶联剂：钛酸酯/铝酸（增强树脂与填料的界面作用） 1份；
DLTP 0.5份、抗氧剂1010 0.5份、UV-327 0.5份（抗老化）；
群青 0.00015份、酞菁蓝 0.00005份（天蓝色）。

工艺：滑石粉烘干（80~100℃）再加入偶联剂混合后，将混合物同共聚PP、EVA抗老化剂、着色剂一起高速捏合。

先将混合后的物料进行挤出造粒，再注射成型得到制品。

Ⅱ、模具、螺杆等关键部件设计
一、分型面位置的分析和确定
1、分型面的选择原则
在塑件设计阶段,首先应该考虑成型时分型面的形状数量,否则就无法用模具成型。

在模具设计阶段,应首先确定分型面的位置,然后才选择模具的结构。

分型面选择是否合理,对塑件质量工艺,操作难易程度和模具设计制造有很大影响。

因此分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。

选择分型面总的原则是保证塑件质量,且便于制品脱模和简化模具结构:由参考文献[1]可知
①.分型面的选择应便于塑件脱模和简化模具结构,选择分型面应尽量使塑件开模时留在动模;
②.分型面应尽可能选择在不影响外观的部位,并使其产生的溢料边易于消除和修整;
③.分型面的选择应保证塑件尺寸精度;
④.分型面选择应有利于排气;
⑤.分型面选择应便于模具零件的加工;
⑥.分型面选择应考虑注射机的规格。

2 、分型面选择方案
根据该塑件的形状,分型面选择的方案有如下几种,分析比较如下:
①分型面选择方案1.如图所示：
（图1-1）1、定模板 2、动模板 3、型芯
分型面与开模方向平行,置于最大截面处,塑件包紧在动模型芯上。

利用推出机构易于推出,开模行程合理,模具结构简单,制造方便,塑件成型精度高,能够满足要求。

②分型面选择方案2图所示
（图1-2）1、定模板 2、动模板 3、型芯
与方案1很类似,但是此方案比方案1多了一块型腔底板，加大了模具的制造复杂性和成本，所以此方案不如方案1好。

综上所述,分型面采用方案一,模具结构简单。

塑件成型精度可靠。

浇口套与定模板的配合采用H7/m6，浇口套与定位环的配合采用H9/f9。

f、由于主流道要与高温的塑料溶体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，浇口套选材为T8制造，热处理强度为52~56HRC。

g、浇口套的选择
根据以上计算可知：浇口套大端直径D=7mm；小端直径d=3mm；球面凹坑半径R=18mm；长度L=40mm。

主流道衬套及定位环的固定形式如下图
2、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，起分流和转向的作用。

多型腔模具必定设置分流道，单型腔塑件在使用多个点浇口时也需要设置分流道。

A、分流道的截面形状：通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U型和六角形。

为为了减少交流道内压力损失和传热损失，希望流道截面积大、表面积小。

圆形和正方形分流道截面积虽然效率高,但其是以分型面为界分成两半进行加工才利于凝料脱出,因而其加工工艺性不佳,不予采用。

为了便于机械加工及凝料脱模，许多模具设计采用设置在动模一侧的梯形截面,加工工艺性好,且塑料熔体的热量散失,流动阻力均不大。

B、分流道的布置形式：分流道是主流道与浇口之间的通道，分流道在分型面上
的布置与前面所述型腔排列密切相关,有多种不同的形式,但应遵循两个方面的原则:一是排列紧凑,缩小模板尺寸,二是流程尽量短,锁模力均匀。

该流道布置采用平衡式,其布置形式图示即为最佳:
C、分流道的尺寸：因为各种塑料的流动性差异，所以可根据塑料品种来粗略地估计分流道的直径。

D=0.2654m1／2L1／4
式中，m—流经分流道的塑料量（g）；
L—分流道长度（mm）；
D—分流道直径（mm）。

得D值为12mm。

分流道截面积为πD2／4=113mm2
D、分流道表面粗糙度
分流道表面不要求太光洁,表面粗糙度常取Ra = 1.25-2.5um,这可增加对外层塑料熔体流动阻力,使外层塑料冷却塑料皮层固定形成绝热层,有利于保温。

但表壁不得凹凸不平，以免对分型和脱模不利。

3、浇口设计
浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道,是浇注系统的关键部分,起着调
查得压力损耗系数K=0.6,所以型腔压力为
P
型=P
注
×K=75Mpa×0.6=45Mpa
浇注系统压力降
浇注系统的压力降为P
降=P
注
—P
型
=75Mpa-45Mpa=30Mpa
2、成型零件工作尺寸计算
成型零件工作尺寸计算：主要有凹模和型芯径向尺寸、高度尺寸。

为计算方便，凡孔类尺寸均用其最小尺寸作为公称尺寸，凡轴类尺寸均用最大尺寸作为公称尺寸；进行工作尺寸计算时应考虑塑料的收缩率和模具寿命等因素。

根据制品的外形体积，模具的型腔选用圆形组合型腔：
1、定模板
2、动模板
3、型芯
①、凹模尺寸的计算
A．凹模径向尺寸的计
Lm =［Ls（1+s）—xΔ］zδ+
式中：
Lm—型腔的最小基本尺寸（mm）
Ls —塑件的最大基本尺寸（mm）
Δ—塑件公差
S —塑件平均收缩率（%）
x —综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨损等
因素），塑件精度较高，批量大，取x=3/4。

δz —模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取1/3Δ。

查资料共聚PP塑料的收缩率是1.2%~1.4%。

平均收缩率S=（1.2%+1.4%）/2=1.3%
因此 Lm=［372（1+1.3）+2.6*3/4］
0+0.35 =857.55
+0.35
B．凹模高度尺寸的计算
Hm =［Hs（1+s）—xΔ］zδ+
式中 Hm—型腔的高度最小基本尺寸（mm）
式中 F——锁模力，KN；
P——注射压力，MPa；
A——与施压方向垂直的制品投影面积，m2；
K——压力损耗系数，一般在0.3~0.6之间；
X——安全系数，一般在1~1.3之间，对于浇口不在中心部分的模具，由于锁模系统受力不均，X必须选更大值。

注射压力为70～100 MPa，用于加工塑料黏度较低，形状、精度要求一般的制件，注射压力选75MPa，浇口在中心位置，X取1.0；K取0.35；A=πr2=3.14×（186×103）2=0.1086m2
由以上数据得F≥2850KN
使用moldflow软件进行模拟测试结果如下：
查[3]附录E得注射机XS-ZY-500的额定锁模力为=3500KN≥2850KN
综上所述锁模力的校核满足要求。

Ⅴ、模具总体结构
由以上设计步骤，综合得设计的模具机构如下：
三维模具如下
CAD平面示意图
1，7、6、10、20—内六角螺钉2—定模座3—冷却水管4—型芯
5—球头拉料杆8—限位螺钉9—动模固定板11—顶板12—顶板固定板13—垫块14—推杆15—动模垫板16—动模板17—推板18—导柱19—导套21—定模固定板22—主流道衬套23、23—圆锥销25—水嘴Ⅵ、制作工艺
1 工艺：滑石粉烘干（80~100℃）再加入偶联剂混合后，将混合物同共聚PP、EVA抗老化剂、着色剂一起高速捏合。

先将混合后的物料进行挤出造粒，再注射成型得到制品。

2工艺参数的选择
1）温度。

料筒温度：前段200—220℃，中段180—200℃，后段160—180℃；热喷嘴温度：160—180℃；模具温度：80—90℃。

热流道温度控制是热流道关键技术之一。

由于不同塑料和不同制品成型工艺参数不同，因此对热流道的温度控制精度也不同。

可采用的温度控制方法有通过变压器人工控制、动圈式温度指示调节仪、可控硅自动控温仪、热流道的温度微机控制等。

本工艺对热喷嘴温度采用变压器人工控制。

热喷嘴和料筒同时升温。

变压器电压由低到高逐步升高，直到将喷嘴温度加热到设定温度为止。

在正常的注射成型过程中，再对电压进行调节，已达到持续稳定操作的目的。

热喷嘴的温度有热电偶测定。

2）注射压力。

通过moldflow模拟可以得出约50MP左右
3）注射周期。

填充时间为2s,保压：27s；冷却：28s；成型周期57s。

Ⅶ、产品成本预算
指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日。