毕业设计（论文）塑料饭盒注塑模具的设计.doc

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1、1 前言 本次课程设计的主要任务是塑料饭盒注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产塑料盒塑件产品，以实现自动化提高产量。针对盒盖的具体结构，通过此次设计，使我对点浇口双分型面模具的设计有了较深的认识。同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，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。1.1模具在加工工业中的地位模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂

2、型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先

3、进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前发展1.2模具的发展趋势近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：（1） 加深理论研究在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。（2） 高效率、自动化大量采用各种高效率、自动化的模具结构。

4、高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。（3） 大型、超小型及高精度由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。（4） 革新模具制造工艺 在模具制造工艺上，为缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。（5） 标准化 开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了成本。2 塑件的工艺分

5、析2.1 塑件原材料分析 本塑件及塑料饭盒为日常生活中所常见的塑料制品，主要用于盛装食品。根据其使用的特殊性，综合分析各种塑料的性能，聚丙烯（pp）为最佳材料。聚丙烯密度低，无色，无味，无毒，透明度较聚乙烯高，透气性低。此外，聚丙烯的屈服强度、弹性、硬度及抗拉、抗压强度等都高于聚乙烯，其拉伸强度甚至高于聚苯乙烯和ABS。聚丙烯吸水率低，绝缘性能好，能耐弱酸、弱碱。聚丙烯在100C以上的温度下进行消毒灭菌，熔点为164170C，其最高使用温度达150C，最低使用温度达-15C。聚丙烯在氧、热、光的作用下极易降解老化，所以必须加入防老化剂。定向拉伸后的聚丙烯可制作铰链，抗弯曲疲劳强度特别高。聚丙烯

6、成型加工时收缩率较大，易导致成型加工出来的制件出现变形、缩孔等缺陷。2.2 塑件结构、尺寸精度及表面质量分析（1）塑件结构分析：塑件整体高度为74.5mm，厚度为3mm，盒体底部有一个截面半径为1.5mm的半圆环的凸台。饭盒的内径为150mm，外径为156mm，盒口有厚度为3mm、宽4mm、半径82mm的方形截面的圆环型凸边。另外，盒口对分布有一对凸台，长度为34mm，两凸台外缘距离为174mm。（具体尺寸见塑件三视图）（2）塑件尺寸精度分析：因塑件材料为PP,此塑件上有两个尺寸有精度要求，分别是和，均为MT3级塑料精度，属于中等精度等级，在模具设计和制造过程中要严格保证这些尺寸的精度要求。其

7、余尺寸均无精度要求为自由尺寸，可按MT5级精度查取公差值。（3）塑件表面质量分析：饭盒表面精度要求不高，采用点浇口流道的双分型面型腔注射模可以保证其表面精度。2.3 塑件的体积与重量塑件主要尺寸及结构由见图2.3，近似计算的塑件体积，查手册聚丙烯密度，故塑件质量。图2.3产品设计图2.4 塑件注塑工艺参数的确定根据情况，PP的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。注射温度包括料筒温度和喷嘴温度。料筒温度：前段温度为 中断温度为 后段温度为喷 嘴：喷嘴选用直通式，喷嘴温度为注射压力：选用注射时间：选用保压时间：选用 保压压力：选用冷却时间：选用成型周期：3 拟定成型方案3

8、.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

9、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： 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。 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。 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3.3.1-1。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，

10、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3.3.1-2的分型面a位置，塑件割除毛边后，在塑件光滑表面留下痕迹；图3.3.1-2的分型面b处于截面变化的位置上，虽然割除毛边后仍有痕迹，但看起来不明显，故应选择后者.（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、定模配合面的平行度在公差范围内。因此，分型面应是

11、平面且与脱模方向垂直，从而使加工精度得到保证。如选择分型面是斜面或曲面，加工的难度增大，并且精度得不到保证，易造成溢料飞边现象。（6）使侧向抽芯尽量短 抽芯越短，斜抽移动的距离越短，一方面能减少动、定模的厚度，减少塑件尺寸误差；另一方面有利于脱模，保证塑件制品精度 。（7）有利于排气 对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可借助分型面的缝隙排气。因此，选择分型面时应有利于排气。按此原则，分型面应设在注射时熔融塑料最后到达的位置，而且不把型腔封闭 综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针

12、对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。对于本塑件，盒口凸边的下缘面为最佳第一分型面。3.2 确定型腔布置确定型腔的方法有：根据锁模力确定；根据最大注射量确定；根据塑件精度确定和经济性确定等。根据设计说明书的设计要求、塑件的几何结构特点及尺寸精度要求，本制品采用一模一腔。3.3 浇注系统的设计3.3.1 主流道的设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。主流道通常设计在浇口套中，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出

13、，主流道设计成圆锥形，其锥角为，流道表面粗糙度，小端直径比注射机喷嘴直径大。现取锥角，小端直径比喷嘴直径大。浇口套一般采用碳素工具钢材料制造，热处理淬火硬度。由于小端的前面是球面，其深度为(现取为)，注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大。浇口套与模板间配合采用的过渡配合。本塑件所用浇口套形式及其固定形式见图3.3.1-1和图3.3.1-2。 图3.3.1-1 浇口套形式 图3.3.1-2 浇口套固定形式3.3.2 浇口设计浇口的形式众多，通常都有边缘浇口、扇形浇口、平缝浇口、圆环浇口、轮辐浇口、点浇口、潜伏式浇口、护耳浇口、直浇口等。模具设计时，浇

14、口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：(1）尽量缩短流动距离。(2）浇口应开设在塑件壁厚最大处。(3）必须尽量减少熔接痕。(4）应有利于型腔中气体排出。(5）考虑分子定向影响。(6）避免产生喷射和蠕动。(7）浇口处避免弯曲和受冲击载荷。(8）注意对外观质量的影响根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，联系产品实际使用要求，本产品选用点浇口较为合适。具

15、体形式见图3.3.2-1。图3.3.2-1浇口形式由于采用点浇口，所以不设冷料井。4 模具成型零件的设计与计算成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形和异行零件的长和宽），型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸等。任何塑件制件都有一定的几何形状和尺寸的要求，如在使用中有配合要求的尺寸，则精度要求较高。在模具设计时，应根据塑件的尺寸及精度等级确定模具成型零件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的因素相当复杂，这些影响因素应作为确定成型零件工作尺寸的依据。4.1凸模、凹模、型芯设计与计算凸模亦称型芯，是成型塑件内表面的零件，成型

16、其主体部分内表面的零件称为主型芯或凸模，而成型其他小孔的型芯称为小型芯或成型杆，成型塑件塑件上内螺纹的称为螺纹型芯。凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件，其中成型塑件上外螺纹的称螺纹型环。凹、凸模按结构不同可分为整体式和组合式。本产品模具凹模、凹模的结构均采用整体嵌入式，其形式如图4.1-1、图4.1-2所示。本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算，查表取PP的成型收缩率为0.02，模具制造公差取z=/3。考虑到实际的模具制造条件和工件的实际要求，成型零件是公差等级取级。 由图4.1-3可知塑件只有两处有精度要求：和，故只需计算型腔工作尺寸

17、和型芯，其余尺寸均无精度要求，可按塑件尺寸近似取得。 图4.1-1凹模形式 图4.1-2 凸模形式根据塑件尺寸可得出以下尺寸：;；;；4.2 型腔侧壁厚度和底板的计算 该塑件模具型腔壁结构为组合式圆形侧壁，其结构及受力情况如图4.1-3所示。（1）型腔壁厚计算 组合式圆形腔侧壁可视为两端开口、仅受均匀内压力的厚壁圆筒。当型腔受到熔体的高压作用时，其内半径增大，在侧壁与底板之间产生纵向间隙，间隙过大会导致溢料。侧壁和型腔底配合处间隙值为式中型腔单位面积熔体压力，MPa； 型腔材料泊松比，碳钢取0.25； 型腔材料拉伸弹性模量，钢弹性模量取； 型腔外壁半径； 型腔内壁半径；应使，则壁厚，由前面的计

18、算与分析可知，型腔内壁半径，取，经计算整理并查表得：型腔壁厚，模套壁厚（2）型腔底板厚度计算 式中为模具材料许用应力，碳钢材料图4.1-3型腔结构及受力状况5 脱模机构的设计与计算5.1 脱模机构的设计原则（1）推出机构应尽量设置在动模一侧 由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。（2）保证塑件不因推出而变形损坏 为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置。推力点应作用在制品刚性好的部位，如筋部、凸

19、缘、壳体形制品的壁缘处，尽量避免推力点作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如壳体形制件及筒形制件多采用推板推出。 从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。（3）机构简单动作可靠 推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利脱模。（4）良好的塑件外观 推出塑件的位置应尽量设在塑件内部，或隐蔽面和非装饰面，对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。（5）合模时的正确复位 设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。推出机构的种类按动力来源可分为手动

20、推出，机动推出，液压气动推出机构。本塑件模具采用推件板推出机构。5.2 脱模力的计算图5.2 型芯受力分析塑件注射成型后在模内冷却定形，由于体积收缩，对型芯产生包紧力，塑件从模具中推出时，就必须克服因包紧力而产生的摩擦力。对底部无孔的筒、壳类的塑料制件，脱模推出时还要克服大气压力。型芯的成型端部，一般均要设计脱模斜度。另外，塑件刚开始脱模时所需的脱模力最大，其后，推出力的作用仅仅克服了推出机构的移动摩擦力。 图5.2所示为塑件脱模时型芯的受力分析。由于推出力的作用，使塑件对型芯总压力降低了，因此，推出时摩擦力式中脱模时型芯受到的摩擦阻力； 塑件对型芯的包紧力； 脱模力； 脱模斜度； 塑件对钢的

21、摩擦系数，一般为0.10.3。根据力的平衡原理，可得：故有，因实际上摩擦系数较小，更小，也小于1，故可简化为，其中A为塑件包络型芯的面积，p为塑件对型芯单位面积上的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件，p取；模内冷却的塑件，p取。本设计中的塑件采用模内冷却，取，脱模斜度，。由于塑件为底部无孔制件，脱模时还应考虑克服大气压力，即6 合模导向机构设计在模具进行装配或成型时，合模导向机构主要用来保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确对合，确以保证塑料制件的形状和尺寸精度，并避免模内各零部件发生碰撞和干涉。合模导向机构主要有导柱导向和锥定位两种形式。本设计采用导柱导向机构，其结构如图6.1所示。

22、图6.1 导柱导向机构形式7 注塑机的选定与相关参数的校核7.1 注塑机初步的选定 前面已计算的出塑件体积，且该塑件采用单型腔制造。根据计算的制品体积及质量来确定注射机的型号和规格。为了保证注射成型的正常进行，根据生产经验，一次注射成型所需塑料的总量宜为最大注射量的80%，最大注塑量，查手册初步选定选定XS-Z-60型注塑机。该型号注塑的规格和性能见下表。项目 单位参数螺杆直径38额定注射容量60注射压力122喷嘴孔直径4锁模力500拉杆间距190最大开模行程180模具最小厚度70模具最大厚度200喷嘴球半径12液压泵电动机功率11加热功率2.7外形尺寸316085015507.2 注塑机相关

23、参数的校核 （1）注塑压力的校核 查手册可得到用热塑性塑料注射成型工艺参数注射压力（选择的注塑机实际注射压力)，合乎要求。 （2）锁模力的校核 锁模力是指当高压熔体充满模具型腔时，会在型腔内产生一个很大的力，力图使模具分型面涨开，其值等于塑件和流道系统在分型面上总的投影面积乘以型腔内塑料压力。作用在这个面上的力应小于注塑机的额定锁模力F 。 由注塑机的规格和性能表可知注射压力，由图3.3.1-2可算得塑件投影面积，因为为点浇口浇注系统，故浇注系统投影面积。 故注射时所需合模力（为塑料熔体对型腔成型的压力，其大小一般为注射压力的）。故，所以锁模力符合要求。8 设计小结 鉴于本次课程设计只是初步了

24、解模具的设计过程中，在选用课题时刻意避免了带有侧抽芯的的情况。另外，在设计过程中省略了一些相关机构的设计、计算与校核，如模具的导向机构设计、冷却系统的设计、模具开合模行程的校核等。尽管如此，通过本次课程设计还是收益匪浅。首先，我对模具基本设计步骤以及相关参数的选用、计算及校核有了初步的了解；其次，本次课程设计是对我们前面所学的知识的一次巩固与复习过程，使我们对以前所学知识有了更深一步的认识又一次锻炼我们，让我们完全清楚：充分利用CAD技术进行设计，在模具符合使要求的前提下尽量降低成本。同时在实际中不断的积累经验，以设计出价廉物美的模具。这次设计能顺利完成，还得感谢戴老师的精心指导。但错误之处在

25、所难免，望批评指正。非常感激！最后，本次课程设计为我们以后的毕业设计乃至走上工作岗位后的设计工作打下了一定的基础。参考资料1高等教育出版社朱光力主编，模具设计与制造实训2中国轻工业出版社贾润礼编，实用注塑模具设计手册。3中国轻工业出版社，孙凤琴编，模具制造工艺与设备。4机械工业出版社，塑料模具技术手册编委会。6 上海科学技术出版社冯炳荛，蒋文森等编模具设计与制造简明手册。 7机械工业出版社屈昌华主编，塑料成型工艺与模具设计。致 谢由于第一次设计如此复杂的模具，刚接触课题时确实无从下手，但理清思路后，又觉得每一处结构有很多种方法选择，经分析比较，选择最佳组合就成了我设计的这副模具。经过本次设计我觉得自己分析问题、解决问题的能力又进一步提高，能够综合运用所学理论知识和技能解决实际问题，集中培养和综合训练设计能力、科研能力(包括动手能力、查阅文献资料能力和撰写论文能力)创新能力的一次十分难得的机会。 在此非常感谢我的指导老师，感谢各位老师、同学帮助。