模具课程设计—水杯

目录摘要………………………………………………………………………………………………11前言……………………………………………………………………………………………22塑件的工艺分析…………………………………………………………………………………32.1塑件原材料分析………………………………………………………………………………32.2初选注塑成型机的型号和规格………………………………………………………………63模具结构设计……………………………………………………………………………………73.1分型面的选择…………………………………………………………………………………73.2浇注系统的设计………………………………………………………………………………83.2.1浇口设计………………………………………………………………………………………83.2.2.分流道设计……………………………………………………………………………………93.2.3.冷料穴及拉料………………………………………………………………………………103.2.4.进料口及位置的确定………………………………………………………………………113.2.5.排气系统的设计……………………………………………………………………………123.2.6.冷却装置的设计……………………………………………………………………………124主要零部件的设计与计算………………………………………………………………………134.1成型零件的成型尺寸计算……………………………………………………………………134.2型腔侧壁厚度计算……………………………………………………………………………144.3斜导柱设计……………………………………………………………………………………144.4标准模架的确定………………………………………………………………………………145.校核计算…………………………………………………………………………………………146.凹凸模材料的确定………………………………………………………………………………167.设计小结…………………………………………………………………………………………17-1-塑料水杯注塑模设计摘要大学四年已经接近尾声了，我们真正学到了什么在这次的课程设计中也就能看出个大概了。本次课程设计我们小组设计的课题是塑料水杯的注塑模具设计。塑料水杯在生活是非常常见的，也是必要的。据以往经验来看，最常见的也都是技术含量很高的。水杯虽然外观看似简单，但是从注塑模具来分析它并不简单。需要通过对塑件进行工艺的分析和比较、对材料的分析，最终才设计出注塑模。模具的设计需要考虑到产品结构工艺性从而具体确定注塑机的选择、相关数据的的校核以及更合理的设计模具结构、模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、排气系统等。通过这个课程设计达到对一般注塑模具设计的大概流程的掌握，对模具开发有一个更具体、深刻的认识，并对以后的事业打下基础。关键词:注塑模，塑料水杯-2-1.前言模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又被称为原料及设备的“效益放大器”。从生产实践可知，通过模具加工的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具工业是国民经济的基础工业。模具是一种高附加值产品和技术密集型产品，其生产技术的高低已经成为衡量一个国家产品制作业水平高低的重要标志。注塑成型工艺及模具设计是一门不断发展的综合学科，不仅随着高分子材料合成技术的提高、注塑成型设备的革新、成型工艺的成熟而改进，而且随着计算机技术、快速造型技术、树枝模拟技术、数字化应用技术等在注塑成型加工领域的渗透而发展。本次课程设计我们组的设计课题是水杯注塑模具设计，这个水杯注塑模具设计课题来源于生活，应用广泛，虽成型难度有点大，模具结构较复杂，但对我们专业人士来说是一个很好的锻炼机会，它能加强塑料成型模具原理的理解，同时对塑料成型模具的设计和制造能力。本次设计以注塑模具设计为主线，综合了注塑机的选择，塑件成型材料分析、成型工艺分析，模具结构设计，模具参数的校核，最后到模具零件的加工方法，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程，不仅能够把学过的《工业设计材料与加工工艺》、《机械设计基础》《产品模型制作基础》、《实用注塑成型及模具设计》等专业基础知识综合应用到本次设计，将它们学以致用，还能学到新的设计理念和设计方法，一举两得。本次设计还必须具备一定的计算机应用的能力，在设计过程中都应结合设计课题利用计算机编制相应的工程计算、分析和优化的程序，同时还具备必要的计算机绘图能力，如AutoCAD、Pro/E、Office等相关软件。在本次设计过程中，我们查阅大量资料、手册、标准等，结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。-3-2塑件的工艺分析2.1塑件原材料分析塑料水杯通常分一次性的和可以重复使用的两大类。由于塑料水杯的使用方便，使用材料少，一半价格都很便宜。而对于一次性的塑料水杯一半都是采用的PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）。该塑料不能装热水。耐热至70℃。而对于可以重复使用的水杯一半采用耐高温无毒的高性能塑料如一般市场上常卖的都PP塑料杯，这种树脂本身来讲是不含有害物质，使用起来比较安全。在市场上也有很好的销售。所以，我们小组也是选用PP。（1）.选择聚丙烯（PP）的原因聚丙烯（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/㎝³~0.91g/㎝³，收缩率为1.0%~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。其吸水量为0.05%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成型收缩范围大，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。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（50℃）⑦塑件无光泽，易产生熔接痕，模温太高（90℃），易产生翘曲变形。⑧尺寸稳定性好。（百度百科）（2）结构工艺性塑件的尺寸精度分析根据塑件原料为聚丙烯（PP）（查书-P29-表2-4）（注：桂元龙徐向荣《工业设计材料与加工工艺》北京理工大学出版社2009.1）表2-1热塑性塑料的最小壁厚和常用壁厚推荐值塑料制品材料最小壁厚小型塑料件壁厚中型塑料件壁厚大型塑料件壁厚聚乙烯0.61.251.62.4～3.2有机玻璃0.81.52.24.0～6.5聚丙烯0.851.451.752.4～3.2聚甲醛0.81.41.63.2～5.4单位：mm由上表可知：PP材料的塑件最小壁厚和常见壁厚值，水杯属于小型塑件，由常用值可得壁厚为1.45mm，但是考虑到此塑件为水杯，不会有加强筋之类的增加强度的结构，再结合聚丙烯的成型特点综合考虑，此次水杯的壁厚值为2.0mm。（3）塑件的外形尺寸及尺寸精度分析-4-图1三维草图图2二维工程图根据塑件原来是聚丙烯（PP）确定塑件公差等级MT4,（查百度文库）(注：中华人民共和国国家标准工程塑料模塑塑料件尺寸公差GB/T1448693)，其主要尺寸的公差要求见表1-2：表2-2塑件尺寸公差外形尺寸塑件标志尺寸塑件尺寸公差Ф860-0.72Ф660-0.64-5-1000-0.82内形尺寸Ф82+0.720Ф62+0.56097+0.720要求塑件内外表面光洁，故取内外表面粗糙度Ra均为0.4um。塑件的结构工艺性分析a从图上看，该塑件外形为圆锥形，圆角过渡小且少有尖角存在，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。b塑件型腔较大，圆角过渡为R0.5。c塑件内底部为圆角过渡，可增强塑件强度且有利于塑料流动充满型腔。d在塑件的两侧为两个对称凹模，侧向分型。e塑件底部抽芯，采用推件板顶出。f为使塑件顺利脱模，塑件底部支撑面高度为1mm，满足强制脱模条件。综合来看，该塑件结构较简单，无特殊结构要求，采用注塑成型，只要工艺参数控制得当，该塑件还比较容易成型的。2.2初选注塑成型机的型号和规格（1）计算塑件的体积和质量该产品为聚丙烯（PP）其密度为0.9g/㎝³~0.91g/㎝³，收缩率为1.0%~2.5%，计算其平均密度为0.905g/㎝³，平均收缩率为1.75%。通过PRO/E软件测出塑件体积：V=57136.44mm³=57.14cm³M=PV=0.905X57.14=51.71g该产品为大批量生产，因此在模具设计上要求提高塑件的生产效率，所以采用一模两腔结构，浇口形式采用点浇口。所以：塑件总体积=2V=114cm³塑件总质量=2M=104g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。（2）确定注塑机型号从实际注塑量应在额定注塑量的20%-80%之间考虑，选定注塑机型号为：JPH330A（查Ι书-P69-表4-2～4-5）（注：书Ι洪慎章《实用注塑成型及模具设计》机械工业出版社2008.7下同）注塑机参数如表2-3所示：螺杆直径(mm)65螺杆转速(r/min)21-140理论注塑容积(cm³）926注射速率(g/s)240注射压力(MPa)195塑化能力(g/s)124锁模力(kN)3300锁模形式全液压式拉杆间距(H×V)(mm×mm)710×510最小模厚(mm)280最大开距(mm)1200模板行程(mm)920-6-定位孔直径(mm)150定位孔深度(mm)40喷嘴伸出量(mm)40喷嘴球半径(mm)15油压顶出力(KN)54定出行程(mm)120液压泵电动机功率(KW)37.5加热功率(KW)20油箱容量(L)600机器质量(t)14.03模具结构设计3.1分型面的选择如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：（1）保证塑料制品能够脱模这是一个首要原则，因为我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。（2）使型腔深度最浅模具型腔深度的大小对模具结构与制造有如下三方面的影响：①目前模具型腔的加工多采用电火花成型加工，型腔越深加工时间越长，影响模具生产周期，同时增加生产成本。②模具型腔深度影响着模具的厚度。型腔越深，动、定模越厚。一方面加工比较困难；另一方面各种注射机对模具的最大厚度都有一定的限制，故型腔深度不宜过大。③型腔深度越深，在相同起模斜度时，同一尺寸上下两端实际尺寸差值越大，如图2。若要控制规定的尺寸公差，就要减小脱模斜度，而导致塑件脱模困难。因此在选择分型面时应尽可能使型腔深度最浅。（3）使塑件外形美观，容易清理尽管塑料模具配合非常精密，但塑件脱模后，在分型面的位置都会留有一圈毛边，我们称之为飞边。即使这些毛边脱模后立即割除，但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故分型面应避免设在塑件光滑表面上，如图3（4）尽量避免侧向抽芯塑料注射模具，应尽可能避免采用侧向抽芯，因为侧向抽芯模具结构复杂，并且直接影响塑件尺寸、配合的精度，且耗时耗财，制造成本显著增加，故在万不得己的情况下才能使用.（5）使分型面容易加工分型面精度是整个模具精度的重要部分，力求平面度和动、定模配合面的