【塑料模设计】 国外创意水杯设计

塑料成型工艺与模具设计

课程设计

课题设计—

说 明 书

系 部——机械工程系

专 业——材料成型与控制技术 班 级——材料3141 学生姓名——梅丽敏 指导教师——俞蓓

2016年 6 月 23 日

一、塑件成型工艺分析

1.塑件成型特性

PA塑料(尼龙)(聚酰胺)英文名称:Polyamide，比重:PA6-1.14克/立方厘米，PA66-1.15克/立方厘米，PA1010-1.05克/立方厘米，成型收缩率:PA6-0.8-2.5% PA66-1.5-2.2%，成型温度：220-300℃，干燥条件：100-110℃，12小时。物料性能：坚韧,耐磨,耐油,耐水,抗酶菌,但吸水大. 尼龙6弹性好,冲击强度高,吸水较大尼龙66性能优于尼龙6,强度高,耐磨性好尼龙610与尼龙66相似,但吸水小,刚度低尼龙1010半透明,吸水小,耐寒性较好，适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件,以及化工,电器,仪表等零件。 尼龙1010的成型特性为：

（1）.结晶料,熔点较高熔融温度范围窄,热稳定性差,料温超过300度、滞留时间超过30min即分解。较易吸湿,需干燥,含水量不得超过0.3%. （2）.流动性好,易溢料。宜用自锁时喷嘴,并应加热。

（3）.成型收缩范围及收缩率大,方向性明显,易发生缩孔、变形等。 （4）.模温按塑件壁厚在20-90度范围内选取,注射压力按注射机类型、料温、塑件形状尺寸、模具浇注系统选定，成型周期按塑件壁厚选定。树脂粘度小时，注射、冷却时间应取长，并用白油作脱模剂。

（5）.模具浇注系统的形式和尺寸，增大流道和浇口尺寸可减少缩水。 2.塑件的结构工艺性：

（1）塑件的尺寸精度分析

该塑件的尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按MT6级精度查取公差。

（2）该塑件要求外表面光洁，表面粗糙度Ra值为1.6，塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。

（3）塑件的结构工艺性分析

从图纸上分析，该塑件是端盖，要求表面无斑点，无裂痕，塑件内部没有较高的凸出体，壁厚相对均匀，且符合最小壁厚的要求。

综合来看，该塑件结构简单，无特殊的结构要求和精度要求。在注射成型生产时，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的。

3.塑件的生产批量

该塑件的生产类型是大批量生产，因此在模具设计中要提高塑件的生产率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动脱模模具，以便降低生产成产成本。 4.关于注射机 （1）注射机的选用

用户提出用XS-ZY-125型注射机生产，该注射机为螺杆式。尼龙1010可以采用此类注射机成型，查有关资料可得出该注射机的主要技术参数，见表一。

表一 XS-ZY-125型注射机的主要技术参数

（2）计算塑件的体积和质量

✍塑件的体积计算：该塑件由经计算（计算过程略）得到塑件的体积为V=908521.32mm³

✍塑件的质量计算：查有关手册，取尼龙1010的密度为1.05g\cm³，所以塑件的质量为 W=pV=83.58g （3）确定型腔数量

根据塑件生产批量及经济性，通过注射量以及锁模力的计算，可确定尽可能多的型腔数，以提高生产率，本次设计对经济性要求不多，我们只通过小型模具要求选出大概的腔数，最终确定为一模两件，即两腔，这样有利于浇注系统的排

列和模具的平衡。

（4）确定注射成型的工艺参数

根据所选用塑料（PA）的特性和本设计中塑件自身的成型特点，查阅有关资料，确定注射成型工艺参数，见表二

表二 塑件的注射成型工艺参数

（5）确定冷却方案

虽然塑件体积、壁厚不大，但该塑件生产类型为大批量，加上PA塑料冷却速度慢，成型时必须充分冷却，模具设计时要求有冷却系统，所以该模具应采用冷却水强制冷却，以缩短成型周期，提高生产率。

二、分型面的选择及浇注系统的设计

1.分型面的选择

该塑件为端盖，外表面质量要求较高。在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处。

若使用点浇口，塑件分别由两个模板成型，由于合模误差的存在，会使塑件产生一定的同轴度误差，且飞边不易清除，不适合使用。若使用直接浇口则塑件整体由一个模板成型，消除了由于合模误差的存在而使塑件产生同轴度误差的可能。

另外，为了提高自动化程度和生产率，减少尼龙1010的取向变形以及保证塑件表面质量，决定采用直接浇口，模具采用单分型面结构。如图

所示

2.浇注系统的设计 （1）主流道设计：

由表可知，XS-ZY-125型注射机喷嘴的有关尺寸 喷嘴孔直径d0=4mm 喷嘴前端球面半径SR0=10mm 根据模具主流道与喷嘴的关系得到：

主流道进口端球面半径SR=SR0+(1—2)=11—12mm,取SR=12mm 主流道进口端孔直径d=d0+0.5=4.5mm，取d=4.5mm

为了便于将凝料从主流道拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为1--3.经换算得主流道大端直径为10mm。同时，为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计R=1mm的圆弧过渡。主流道衬套最好采用可拆卸更换的浇口套，浇口套的形状及尺寸设计尽量采用推荐尺寸的常用浇口套。

（2）分流道的设计

该塑件的尺寸较小，形状比较简单，壁厚均匀，且塑料的流动性好，可以采用单点进料的方式。为便于加工，采用最常用的圆形截面分流道，分流道与浇口的连接采用斜面和圆弧过渡，有利于熔体的流动，降低流料的阻力。其中圆角设为0.5°~3°

（3）浇口的设计

塑料流程短，流动阻力小，进料速度快，高粘度。也应尽量使模具结构更简单。根据对该塑件结构的分析，可采用直接浇口。

三、模具设计方案的论证 1.型腔的布局

塑件结构简单，型腔的排列方式可以为上下对称分布在模板上下，如图所示

2.成型零件的结构 （1）模具的型腔采用整体式

整体式型腔是直接加工在型腔板上的，由较高的强度和刚度，不会使塑件产生拼接线痕迹。由于该塑件尺寸较小，且形状简单，型腔加工容易实现，故适合采用整体式结构。

（2）模具的型芯采用组合式

组合式型芯可节省贵重模具钢，便于机械加工和热处理，修理及更换方便，同时也有利于型芯冷却和排气。

（3）推出机构的确定

根据塑件的形状特点，确定模具型腔在定模部分，模具型芯在动模部分。成型开模后，塑件与型芯一起留在动模一侧。由于成型该塑件的塑料尼龙1010有很好的弹性，可以采用强制脱模的方法，但需要较大的脱模力，故采用推件板推出机构。

（4）冷却系统的设计论证

该塑件采用大批量生产，应尽量缩短成型周期，提高生产率；且PA为结晶性塑料，成型时需要充分、均匀冷却。因此，该模具的凹模冷却是在定模板上开出冷却水道，采用冷却水进行循环冷却的。

四、主要零部件的设计计算 1.成型零件的成型尺寸计算

该塑件的材料是一种收缩范围较大的塑料，因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。前面已经查得PA的收缩率为 0.5%--0.7%，故其平均收缩率为 Scp=(0.5+0.7)\2=0.6%=0.0060 2.模具型腔壁厚的确定

采用经验数据法，直接查阅设计手册，确定模具型腔壁厚的尺寸，在据此选用标准模架。型腔壁厚为1.6mm.

3.模具型腔模板总体尺寸的确定

该模具型腔直径为9mm，型腔壁厚尺寸确定为1.6mm，综合以上数据，查阅表，确定型腔模板的总体尺寸为W x L x H，其中W=47mm ,L=83.7mm,H=27mm .

4.标准模架的确定

本塑件采用点浇口注射成型，根据模具结构形式、型腔数量、塑件尺寸、投影面积等因素，查有关资料A4型标准模架。

五、注射机有关参数的校核

1.模具闭合高度的确定

组合模具闭合高度的模板及其他零件的尺寸有： 定模座板为H1=20mm

定模板为H2=50mm 动模板H3=60mm 推板为H4=15mm 垫铁为H5=60mm 动模座板为H6=20mm 则该模具闭合高度为： H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=225mm 2.模具开模行程的校核

开模行程也叫合模行程，是指模具开合过程中动模座板的移动距离，用符号S表示。XS-ZY-125型注射机的最大开模行程Smax=270mm。为了使塑件成型后能够顺利脱模，确定该模具的开模行程S应满足 S>h1+h2+a+(5-10)=50+42+35=127mm 式中 h1—塑件所用的脱模距离 h2—塑件高度

a— 取出浇注系统凝料所必须的长度

因Smax=270mm>102mm,故该注射机的开模行程满足要求。 3.最大注射量的校核

最大注射量是指注射机对空注射的条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大行程时注射装置所能达到的最大注射量。若最大注射量小于制品所需注射量，就会造成制品的形状不完整或内部组织疏松，制品强度下降等缺陷；而选用注射机的最大注射量过大，注射机利用率降低，浪费能源，而且可能导致塑件分解。根据生产经验，塑件和浇注系统凝料所用塑料量不能超过注射机允许的最大注射量的80%。即 mi=Nms+mj式中：N—型腔数量； Ms—单个制品的质量或体积

Mj—浇注系统和飞边所需的塑料质量或体积

已知N=2 ms=32cm³ mj=20cm³ 则mi=84cm³

XS-ZY-125型注射机的额定注射量为mI=125cm³,为使注射成型过程稳定可靠，应有 mi=(0.1—0.8)mI=12.5—100cm³

因此，该注射机的注射量满足模具要求。

4.模具安装尺寸的校核

该模具的外形最大部分尺寸为43.7mmx29mm，XS-ZY-125型注射机模板最大安装尺寸为420mmX450mm,故能满足模具安装的要求。 5.模具闭合高度的校核

由于XS-ZY-125型注射机所允许的最小模具厚度Hmin=200mm,最大模具厚度Hmax=300mm，而计算得模具闭合高度H=235mm，所以模具闭合高度满足Hmin≦H≦Hmax的安装要求。 6.锁模力的校核

锁模力Fo又称合模力，是指熔体注射时注射机的锁模装置对模具所施加的最大夹紧力。当熔体充满型腔时，注射压力在型腔内产生的作用力会使模具沿分型面涨开。为此，注射机的锁模力Fo必须大于型腔内熔体的;单位压力P与塑料制品及浇注系统在分型面上的不重合投影面积之和的乘积，以确保不发生溢料及涨模现象，即 F=（nA+Aj）p=39.2*(2*30+80)=5488KN

目录：

一．塑件成型工艺分析

1.塑件成型特性 2.塑件的结构工艺性 3.塑件的生产批量 4.关于注射机 （1）注射机的选用 （2）计算塑件的体积和质量 （3）确定型腔数量

（4）确定注射成型的工艺参数 （5）确定冷却方案

二．分型面的选择及浇注系统的设计

1.分型面的选择

2.浇注系统的设计

三．模具设计方案的论证

1.型腔的布局 2.成型零件的结构 （1）模具的型腔采用整体式 （2）模具的型芯采用组合式 （3）推出机构的确定 （4）冷却系统的设计论证

四．主要零部件的设计计算

1.成型零件的成型尺寸计算

2.模具型腔壁厚的确定

3.模具型腔模板总体尺寸的确定

4.标准模架的确定

五．注射机有关参数的校核 1.模具闭合高度的确定

2.模具开模行程的校核

3.最大注射量的校核

4.模具安装尺寸的校核

5.模具闭合高度的校核

6.锁模力的校核