水杯塑料模具设计方法

1水杯塑料模具设计[摘要]：水杯是一种很平常的民用生活物品，种类繁多，形状各异，大家每天都接触的到，所以说是十分熟悉的。对于看得见的每一种塑料产品，人们通常是评论外观、工艺是否精细，使用寿命是否长久，作为学模具的学生，不光只有这些见解，还会去想，这个产品的分型面在那里，采用什么方式脱模，用什么方式的模架，这是一个模具设计人员的专业素质。把平常的东西拿来设计，首先是专业设计满足于生产，服务于生活的体现，有一句话叫“劳动创造美好生活”，来源于生活为生活考虑的设计才是人性化的设计，服务于生活的设计；其次毕业设计应最大限度的贴近真实的设计，浙江的民用塑料工业十分发达，大量的小商品销往各地，塑料生活用品占了很大比重，很适合拿来做毕业设计实践。这次毕业设计使用UGNX4.0作为三维软件，带来了很大的方便。[关键词]：型芯型腔推杆1.塑料制件分析1.1制件的形状及质量要求该制件为塑料水杯（详见下页效果图及零件图），制件对尺寸精度要求不高，但对表面的质量要求较高，无熔接痕，表面平整光滑，不能有冷疤、云纹等缺陷，该制件特征列表如下：1.2制件材料的性质材料性质：PS的透明度高，可达88%～92%，并具有光泽，它能自由着色，无臭、无味、无毒，不使菌类生长，吸湿性小，能在潮湿情况下保持强度和尺寸。PS的热变形温度为70℃～98℃，最高连续使用温度为60℃～80℃，温度达330℃～380℃则会剧烈降解。耐日光性差、易燃，燃烧时产生大量黑烟，且有特殊臭味。PS具有良好的电性能，特别是高频绝缘性能较好，耐电弧性好。另外，它能耐有机酸、碱、盐和水溶液，而又能被许多烃、酮等溶剂侵蚀。1.3制件材料的加工特点材料质量密度体积水平投影面积聚苯乙烯（PS）44.964g1.054g/cm342.66cm³34.33cm²2（1）、吸水率：因吸水率低，在成型前一般不进行干燥。如需要，可在70℃～80℃温度下干燥2～4h。（2）、收缩率：成型时线收缩率为0.1%～0.6%，制品脱模后尺寸变化极小。（3）、成型温度：聚苯乙烯加热到180℃就成为极粘稠的流体，到300℃以后开始分解，熔融温度和分解温度的范围很宽，加工时的热稳定性好。（4）、耐冲击强度：聚苯乙烯性脆、机械强度差、耐冲击强度差、耐热性能较低，加工时制品易产生内应力，有开裂现象。制品不宜带有金属嵌件，否则也会开裂。1.4制件对注塑机和模具的要求柱塞式注塑机和螺杆式注塑机都可使用，选用螺杆式注塑机时，螺杆压缩比1:3为宜，转速不宜太快，并尽可能减少背压。对模具的要求，应加工精度高，粗糙度好。为使制品顺利脱模，模壁斜度应增大1°～2°。1.5PS塑料成型工艺要求和工艺参数干燥和染色：当聚苯乙烯长期受潮或成型制品要求表面粗糙度好时，也应干燥，烘箱温度70℃～80℃，料层厚度≤25mm，干燥时间2～4h，聚苯乙烯易染色，一般只需浮染法就可得到色泽鲜艳、光泽好的制品。工艺参数：温度注射压力/MPa注射机料筒温度喷嘴温度/℃模具温度/℃后/℃中/℃前/℃60~100柱塞式160~17020~60140~160165~180170~190时间螺杆转数/（r/min）20～30注射时间/s保压时间/s冷却时间/s总周期/s0~315~4015～3040~901.6制件成型初步分析（1）、分型面：分开模具取出塑件的面通称为分型面，分型面是否得当，对制件质量、操作难易、模具制造都有很大影响，主要应考虑以下几点：塑料在型腔中的方位，分型面形状，分型面位置。综合以上几点考虑以通过水杯中心线和把手中心线的面为主分型面。3（2）、浇口形式：点浇口（3）、制件脱模形式：顶杆（4）、模具结构类型：侧分型三板式模2.注射机的选择2.1初步选择注射机制件体积：由三维软件造型直接得到单个制件体积＝42.66cm³V1=42.66×2=85.32cm2模具采用一模两腔，材料为PS。材料密度为1.054g/cm³。因此制件质量为：M=42.66×1.054×2=89.927g初步估计浇注系统凝料体积为：V2=8cm³确定合适的型腔数，可以适当的提高劳动生产率，但必须综合考虑成本问题。以注射机的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%，按下式技术要求：1.未注圆角R12.表面光洁无毛刺3.分模处无明显接痕材料数量比例审核制图4计算：80%×V注V塑件=V1＋V2V注（V1＋V2）/80%=74.656cm³其中V注-----------注射机理论注射量（cm³）V1--------------制件体积（cm³）V2--------------浇注系统凝料体积（cm³）查《塑料成型工艺及模具简明手册》第72页表3—17取注射机型号为G54-S200/400注射机技术参数如下：公称注射量螺杆直径注射压力注射行程注射时间螺杆转数(r/min)注射方式200～400cm³55mm109MPa160mm1.6s16、28、48螺杆式合模力最大成型面积模板最大行程模具最大厚度模具最小厚度模板尺寸（mm²）拉杆空间（mm）2540KN645cm²260mm406mm165mm532×634290×368合模方式模板定位孔尺寸喷嘴球半径（mm）喷嘴口孔径（mm）螺杆驱动功率顶出方式孔径孔距液压-机械7100HSR10φ44KW两侧顶出mm22mm2302.2最大注射量的校核注塑模一次成型的塑料重量（塑件与流道凝料之和）应在注塑机理论注射量的10～80%之间；既能保证制品质量，又能充分发挥设备的能力。对于螺杆式注射机，其最大注射能力通常以螺杆在料筒内最大推进容积M（厘米³）表示，因此最大注射量就是该体积的塑料熔体在料筒内的温度及压力下的重量。最大注射量为：Gmax=M×Dg=200×1.054=210.8g210.8g×80%=168.64g5M制件＋M流道=（89.927＋8）×1.054=103.22g168.64g其中式中：M-----注射机规定注射容积（厘米³）Dg----在料筒温度及压力下熔融塑料的比重，（克/厘米³）因此所选注射机满足使用要求2.3锁模力的校核锁模力是注射机锁模装置用于夹紧模具的力。所选注射机的锁模力必须大于高压熔体注入模腔而产生的胀模力，此胀模力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积之和与型腔内塑料压力的乘积。F锁=P腔×A/1000由上表查得F锁=2540KN,查《冷冲压与塑料成型—工艺及模具设计》第143页表6－2选取P腔=24.5MPa24.5×7500/1000=183.75KNF锁=2540KNF锁---------锁模力（KN）P腔--------型腔压力（MPa）A-------塑件及流道系统在分型面上的投影面积（mm²）因此锁模力符合使用要求。2.4开模行程和顶出距离的校核开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程，开模行程的校核有三种情况：（1）最大开模行程与模具厚度无关，对液压机械式锁模机构注射机，其中最大开模行程由注射机曲轴机构的最大行程决定，与模具厚度无关。（2）注射机最大开模行程与模具厚度有关，对于全液压机械式锁模机构的注射机，最大开模行程要受模具厚度的影响。此时最大开模行程等于注射机固定移动模板台面间的最大距离Sk减去模具厚度Hm。（3）需利用开模行程完成侧向抽芯，开模行程的校核还应考虑为完成抽拔距离而需要的开模行程Hc。注射机的开模行程是有限的，所取制件的开模距离必须小于注射机的最大开模行程。对于双分型面注射模开模行程可按下式校核:SH1＋H2＋a＋（5～10）(mm)6＝75＋5＋60＋5＝145mm其中式中:H1----塑件脱出距离（mm）；H2---包括流道凝料在内的塑件高度（mm）；S-----注射机最大开模行程（mm）；a-----脱出主流道凝料的距离（mm）；S＝145＜260符合使用要求2.5模具安装尺寸的校核(1)喷嘴尺寸：注塑机喷嘴口孔径d由上表查得d=Φ4，主流道小端直径应该大于注塑机喷嘴直径。注塑模主流道衬套始端凹坑的球面半径R应大于注射机喷嘴球头半径r，以保持同心和紧密接触，R=r＋(1～2)mm因此取R=r＋2=10＋2=12mm(标准浇口套的数值)主流道小端孔直径D应大于注射机喷嘴直径d；取D=d＋1=5mm(2)定位圈尺寸：注塑模安装用定位圈外径与定位孔成间隙配合，由表查得注塑机定位孔内径为mm054.0100，间隙配合为H11/c11,所以定位圈尺寸为02.005.0100。(3)模具外形尺寸：模具长宽尺寸应与注射机的拉杆间距相适应,以保证模具至少能从一个方向穿过拉杆间的空间安装在注塑机上。因为注塑机的拉杆间距为290×368，因此模具至少有一个尺寸小于368mm。(4)模具的厚度：模具的厚度必须在所选注射机的最大模具厚度和最小模具厚度之间，由于受注射机的限制，模具厚度为165mmt406mm。(5)模具固定形式：采用压板固定。3.浇注系统的设计注射模的浇注系统是指熔体从注射机的喷嘴到型腔为止流动的通道。其作用是：将熔体7平稳地引入型腔，使之按要求填充型腔的每个角落；使型腔内的气体顺利地排出；在熔体填充型腔和凝固的过程中，能充分地把压力传到型腔的各部位，以获得组织致密、外形清晰、尺寸稳定的塑料制品。3.1定位圈浇注系统定位圈由以上的分析可知，定位圈尺寸为7100H，采用四个M8螺钉定位，均布分布在定位圈四周。定位圈材料为45号钢，热处理经过淬火处理HRC40～45。3.2浇口套浇口套直接与喷嘴接触，需要较高的硬度和较好的耐磨性，因此采用T8A经表面淬火。注射机喷嘴头的球面半径与其接触的模具主流道始端的球面半径必须相吻合或者前者稍小于后者。浇口套大端球面半径R=喷嘴球头半径r+2=10+2=12mm，主流道入口直径端直径d=喷嘴直径+1=4+1=5mm，主流道锥角α=4º，表面淬火HRC40~55，流道处的粗糙度Ra小于0.4µm。3.3流道及浇口的设计（1）、主流道：主流道是连接注射机的喷嘴与分流道的一段距离，通常和注射机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度。其设计要点如下：a、为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形，其锥角为2º～4º，对流动性差的塑料，也可取3º～6º，过大会造成流速减慢，易成涡流。内壁粗糙度Ra小于0.4μm。b、主流道大端有过渡圆角，其半径常取r=1～3mm，以减小料流转向过渡时的阻力。c、在保证塑件成型良好的情况下，主流道的长度尽量短，否则将会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多而影响注射成型。一般不超过60mm。d、为了使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注射机的喷嘴紧密接触，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径r2=r1+（1～2mm），其小端直径D=d+(0.5～1mm)，凹坑深度常取3～4mm。e、由于主流道要与高温的塑料熔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衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理。如其大端兼作定位环则圆盘凸出定模端面的长度H=5～10mm，也常有将模具定位环与主流道衬套分开设计的。（2）、浇口的设计：浇口是连接分流道与型腔的一段细短通道，他是浇注系统的关键部8分。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件的质量影响很大。浇口的主要作用有两个：一是塑料熔体流经的通道；二是浇口的适时凝固可控制保压时间。由于塑件要求表面光洁度、平整度较高，再加上模具采用一模两腔式、双分型面，因此采用点浇口进浇注，以便脱出流道凝料。3.4分型面、排气槽的设计（1）、打开模具取出塑件或浇注系统凝料的面叫做分型面。分型面应设在塑件断面尺寸最大的部位，由于盒底呈方形，因此将分型面设在塑件的底面。这样有利于保证塑件注塑完整，外观质量较好，而且有利于排气。（2）、当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体、蒸汽不能顺利地排出，将在制件上形成气孔、接缝、表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时还会因气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕。而且型腔内气体被压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注射周