塑料水杯模具毕业课程设计

塑料水杯模具毕业课程设计

1.摘要：随着社会生产力的发展，模具设计的发展进入了一个新的阶段。过去在我国工业中，模具长期未受到重视，改革开放以来，塑料成型、家用电器、仪表等行业进入大批量生产，模具工业有一定发展，但高小多工位模压设备以及供应高效冲压用的卷料设备仍然落后于需求，由于历史原因遗留下来的工厂大而全，专业化程度落后，这些不足的现象需要我们有足够的认识，更需要我们从结构调整上下功夫。塑料模具技术的发展日新月异，在现代工业、餐具、玩具等行业中的应用很广泛，模具是生产各种产品的重要工艺装备。

此次毕业设计的题目是塑料成型模具的设计。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。本次设计的模具用于有机玻璃制品的生产制造。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,俗称有机玻璃，属于热塑性刚性硬质无色的透明材料，具有良好的综合力学性能及电绝缘性，制品尺寸稳定，容易成型，有一定的耐热性、耐寒性和耐气候性，表面硬度不够，容易擦伤，易溶于有机溶剂，又可以软化熔融，可再次成型为一定形状的制品，如此可反复多次。因此选用该塑料有助于废料和旧弃塑件的二次回收，循环利用。有一定的环保效应，减少了现实中的“白色污染”。

在这次塑料模具设计的过程中，我们对塑料有了一个整体的认识与理解，并在设计过程中，对塑料模的性能，塑料的工艺性以及注塑模设计，塑料模制造工艺装配有了系统的了解。此外，由于近一二十年来电子技术和计算机科学的迅猛发展，促使模具制造业发生着深刻的变化。目前，数控机床已经成为模具加工的主要设备，继而CAD/CAM技术在模具领域也的带应用。

在这次设计中，我们只是设计一个简单的塑料模具，也是对我们所学知识的巩固。作为工业生产基础装备的模具，在我国国民经济中占有重要地位，模具技术也成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

设计过程是一个复杂的过程，在查询资料的基础上，结合所学知识，确定浇口形式，计算绘图尺寸。

在设计过程中，运用了大量的计算机辅助设计，提高了效率。通过本次课程设计，是我加深了对模具方面的认识，培养了我独立思考、解决问题的能力。

本次课程设计我的设计课题为塑料水杯注塑模具设计，这个水杯注塑模具设计课题来源于生活，应用广泛。本次设计系统的介绍了塑料水杯材料的选取，模具中的各个零件的加工工艺过程及整套模具的设计过程。其中，涉及到注射机各种参数的选取，零部件的加工方法、注射模的结构及相关的计算，从而确定聚丙烯水杯注塑模具设计思路及方案，再设计过程中运用UG软件设计模具的凸模和凹模。本设计在保证加工质量的前提下，尽量做到在提高生产效率的同时把生产成本降到最低。

2.设计任务书：设计题目为设计一个较简单的注塑模具，塑件结构不要求复杂，应完成

以下工作量：

①用CAD完成注塑模具装配图及除标准间之外的所有零件图。

②编写设计计算说明书

③编写型腔、型芯两零件的数控加工程序，并在仿真软件上演示。如有不合理处应予以修

改。

④估算该模具的常规价格

⑤将装配图打印在A3图纸上，零件图打印在A4图纸上。

3. 塑件材料的分析

根据上述产品说明，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。

3.1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

3.2 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。

3.3 材料收缩率

表1-1 常用塑料的收缩率

3.4 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102.2mm ，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4mm，壁厚均匀，易于成型。

（2）水杯直径的确定

水杯的最小直径为22.2mm,最大直径为44.59mm。

3.5塑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，我们去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。

3.6脱模斜度

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

本次设计的塑料水杯，内外表面均是光滑的，根据塑件材料的成型收缩率和塑件的高度综合考虑，选取的脱模斜度为：型芯（30′）型腔（30′）

此结构本身就在常用的脱模斜度范围内，本身就有利于制品脱模，且此塑料制品的材料为PP，此产品能够脱模，故无需另行设计。

4.注塑机的选用

注塑模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模时应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。

注射机规格的确定主要是根据制品的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大、最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机，倘若用户已提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。

注射机发展很快，类型不断增加，注射机的分类方法很多，根据注射装置和合模装置的排列方式不同，可分为卧式注射成型机、立式注射成型机、角式注射成型机和多模注射机等。

（1）卧式注射机卧式注射机是使用最广泛的注射成型设备，它的注射装置和合模装置的轴线呈一线并水平排列。卧式注射机的优点是便于操纵和维修，机器重心低，比较稳定，成型后的塑件推出后可利用其重力自动落下，容易实现全自动化操作。缺点是模具安装比较困难。

（2）立式注射及它的注射装置和合模装置的轴线呈一线并与水平方向垂直排列。立式注射及的优点是占地面积小、模具拆装方便、安放嵌件便利。缺点是塑件顶出后常需要用手或其他的方法取出，不易实现全自动化操作，机身重心较高。机器的稳定性差。

（3）角式注射机它的注射装置和合模装置的轴线相互垂直排列，其优点介于卧、立两种注射机之间。

（4）多模注射机是一种多工位操作的特殊注射机

注射机型号标准表示法要有注射量、合模力、注射量与合模力同时表示等三种方法，本制品采用卧式注射机。

注射机的选用原则：

①计算塑件及浇道凝料的总容量（体积或重量）应小于注射机额定容量（体积或容量）的0.8倍；

②模具成型时需用的注射压力应小于所选用注射机的最大注射压力；

③模具型腔注射时所产生的压力必须要小于注射机的锁模力；

④模具的闭模高度应在注射机最大、最小闭合高度之间；

⑤模具脱模取出塑件所需的距离应小于所选注射机的开模行程；

⑥模具的外形尺寸及安装尺寸必须与所选注射机模板适应，既模具最大外形尺寸安装时应不受拉杆间距的影响，模具安装用的定位环尺寸应与机床定位孔直径相配合；模具的模板各安装孔应与注射机固定模板的安装孔相对应、机床喷嘴孔径和球面半径应与模具进料孔相对应，注射机的开模行程应满足脱件条件。

4.1计算塑件的体积和质量

该产品为聚丙烯，其密度为0.9g/cm^3~0.91g/cm^3，收缩率为1%~2.5%，计算其平均密度为0.905g/cm^3.。平均收缩率为1.75%

通过UG软件测出塑件体积：

V=109cm^3

M=0.905*109=98.645g

因为选用一模两腔结构，所以

塑件总体积为2V=218cm^3，塑件总质量为197.3g，浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2-1倍。由于本次采用中心浇口流道短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔溶料的总体积为V总=V（1+0.2）=218X1.2=261.6cm^3

由于浇注系统体积与质量都不是很大，所以可先初选注塑机型号。

4.2确定注塑机型号

根据计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积V总=261.6cm^3, 并结合式V公=V总/0.8，则有：V总/0.8=261.6/0.8=327cm^3。根据以上的计算，考虑到模具的闭合高度所以选定公称注射量为500cm^3,注射机型号为XS-ZY-500卧式注射机，其主要参数见下表，

注塑机主要参数

4.3确定注塑成型的工艺参数

4.4注塑机的相关参数的校核