塑料盒模具設計

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1、西安航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計論文 塑料盒注射模設計 本畢業(yè)設計為異形塑料蓋，如圖(1)所示，整體結構比較簡單。塑件要求是不允許有裂 紋，變形缺陷，脫模斜度為30?1。。材料為HIPS,生產批量為大批量，塑件公差為 MT5 級。 D30 圓形底座(HIPS, MT5級) 1塑件成型工藝性分析 1.1塑件的分析 (1)外形尺寸。該塑件壁厚為1.5mni塑件外形尺寸不大(總高度為 6mm最大長度 58.5mm),塑件熔體流程不長，塑件材料為HIP&是熱塑性材料，具有較高的流動性，適合于 注射成型。 (2)精度等級。塑件每個尺寸公差不一樣，未標注公差的尺寸取公差等級為

2、MT5級。 (3)脫模斜度。HIPS的成型性能良好，成型收縮率較小。選擇塑件上型芯和凹模的統(tǒng) 一脫模斜度為1。。 (4)表面分析。該零件表面除要求沒有毛刺外，沒有其他的要求，故比較容易實現。 1.2 HIPS塑料的性能分析 高沖擊性聚苯乙烯是通過在聚苯乙烯中添加聚丁基橡膠顆粒的辦法生產的一種抗沖擊 的聚苯乙烯產品。這種聚苯乙烯產品會添加微米級橡膠顆粒并通過枝接的辦法把聚苯乙烯和 橡膠顆粒連接在一起。當受到沖擊時，裂紋擴展的尖端應力會被相對柔軟的橡膠顆粒釋放掉。 因此裂紋的擴展受到阻礙，抗沖擊性得到了提高。 使用性能：乳白色不透明顆粒.密度為1.05g/cm3.熔融溫度150~180c

3、 .熱分解溫度300c. 溶于芳香姓,氯化姓,酮類(除爾酮外)和酯類.能耐許多礦物油，有機酸，堿，鹽,低級醇及其水 溶液，不耐沸水.HIPS是最便宜的工程塑料之一,和ABS,PC/ABS,PCf比,材料的光澤性比較差, 綜合性能也相對差一些.HIPS是由PS加丁二烯改性而成的，因為PS的沖擊強度很低，做出的 產品很脆，而丁二烯的韌性很好，加入丁二烯后可使PS的沖擊性能提高2~3倍.盡管HIPS的沖 擊強度比PS的沖擊強度高出很多，但其綜合性能還是不如ABS,PC/AB鄰。 成型特點：聚苯乙烯性脆易裂，易出現裂紋，因此脫模斜度不宜過小，頂出要均勻；流 動性優(yōu)良，應注意模具間隙，防止飛邊。宜采用

4、高料溫，高模溫、低注射壓力成型并延長注 射時間，防止縮孔及變形，降低內應力；但料溫高容易出現銀絲；料溫低，使塑件透明性差。 其性能指標參數見表1. 表1 HIPS的性能指標 密度 p /kg.dm3 0.98 ?1.10 抗拉屈服強度crb/MPa 14 ?48 比體積 v / (d6kg -1) 0.94 ?0.96 抗拉彈性模量E/MPa 3 (1.4 ?3.1 ) X10 吸水率24h/% 0.1 ?0.3 抗彎強度(rw/MPa 35 ?70 收縮率s/% 0.3 ?0.6 沖擊韌性(缺口)ak/(kJ.m 2) 1.1 ?23.6 熱變形溫度t/

5、 C 64 ?92.5 硬度(HB) M23 80 熔點t/ c 131?165 體積電阻系數p v/( Q .cm A八16 >10 1.3 HIPS的注射成型過程及工藝參數 1.3.1 注射成型過程 (1)成型前準備。對HDP由勺色澤，粒度和均勻度等進行檢驗。HIPS成型前須進行干燥， 處理溫度為60c?80c干燥，時間為2h。 (2)注射過程。塑料在注射機料筒內經過加熱，塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系 統(tǒng)進入模具型腔成型。其過程可分為塑化、注射、保壓、補縮、倒流、冷卻六個階段。 (3)塑件后處理。塑件后處理為退貨，退火方法為紅外線烘箱，處理溫度為 70C

6、,處理 時間為2h?4h。 1.3.2注射工藝參數 (1)注射機：螺桿式螺桿轉速為 48r/min (2 )料筒溫度t/ C:前段170?190 中段170?190 后段140?160 （3）模具溫度t/ C:20?50 （4）注射壓力（p/MPa）:60 ?110 （5）成型時間（s）:41s（注射時間1s,保壓時間15s,冷卻時間20s,輔助時間5s） 2擬定模具的結構形式和選擇注射機 2. 1分型面位置的確定 通過對塑件結構形式的分析，因為由上所述可之此次設計采用單分型面結構，所以分型面 應選在端蓋面積最大而且有利于開模取出塑件的底平面與敞口兩個平面上。其位置如圖

7、（ 2）所 示。 ^3 分型面 圖（2） 2. 2型腔數量和排位方式的確定 （1）型腔數量的確定。由于該塑件的精度要求高，塑件尺寸較小，且為大批量生產，可用一 模多腔的結構形式。同時考慮到塑件尺寸，模具結構尺寸的關系，以及制造費用等等因素。定 為一模四腔。 （2）型腔排列形式的確定。由于模具設計選擇的是一模四腔，其型腔中心距的確定見圖（ 3） 所示，故流道采用對稱排列形式，能使型腔進料保持平衡。 西安航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計論文 圖（3）型腔的排列形式 （3）模具結構形式的初步確定。由以上分析，本模具設計為一模四腔，對稱 H型直線排 歹上根據塑件結構形狀，

8、推出機構初選推件板推出或者推桿推出方式。澆注系統(tǒng)設計時流道 采用對稱平衡式，澆口采用點澆口，開在型腔底部。因此用拉料桿取出澆注系統(tǒng)凝料，型腔 與推件板處的分型面出用來推出塑件。動模部分需要添加型芯固定板，支撐板。由上綜合分 析，可確定采用帶推件板的單分型面注射模。 2.3注射機型號的確定 2.3.1 注射量的計算。 通過Pro/E建模分析得塑件質量屬性如圖（4）所示。 lfST構在 X 3.63Z4352e-03 虹 3 -5.3W6nOfiH)3 1W*Z 1. OSOOWOe-00 公噸 / 33 3.aiW57DeH33 公癰 相對于一碼拓飛西^不坐標系邊框二慣性.

9、公噸* *外 *胖羿^湍您望唯重“而兩田■ 塑件體積：V塑=36.2cm3 塑件質量：m塑=p V塑=1.05 >^6.2=38g 根據表（1）得式中p取1.05g/cm3。 2. 3.2澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算。 由于澆注系統(tǒng)凝料在設計之前準確數值，但是可以根據經驗按照塑件體積的 0.2?1倍來計 算。由于本次設計采用的流道簡單且較短，因此澆筑系統(tǒng)的凝料按塑件體積的 0.3倍來估算。故一 次注入模具型腔塑料熔體的總體積（澆注系統(tǒng)凝料體積和 4個塑件體積只和）為： 一一 一_ _ _ _ _ _ _ 3 V 總=1.3n V 塑=1.5 X4X2.28=188cm 2

10、.3.3 選擇注射機。 根據以上計算得出在一次注射過程中注入模具型腔的塑料的總體積為 V總= 188cn3i。V公 =V ^/0.8=188/0.8=235cm 3。根據以上的計算初步選擇公稱注射量為 250cM ,注射型號為 XS-ZY-250,其主要技術參數見下表： 表2 注射機主要技術參數 理論注射星/cm 250 拉桿內向距/mm 355X385 螺桿直徑/mm 50 移模行程/mm 500 注射壓力/MPa 130 最大模具厚度/mm 350 注射速率/g.s 120 最小模具厚度/mm 200 塑化能力/g.s 18.9 鎖模形式

11、 液壓-機械 螺桿轉速/r.min 1 0 ?220 模具定位孔直徑/mm 125 鎖模力/kN 1800 噴嘴球半徑/mm 18 噴嘴孔直徑/mm 4 2.3.4 注射劑的相關參數校核。 （1）注射壓力校核。由1.3.2內容可知，HIPS所需的注射壓力80?110Mpa這里取P=100Mpa, 該注射機的公稱注射壓力 P公=130Mpa注射壓力安全系數ki=1.25?1.4,這里去ki=1.25。則： kiR=1.25X 100

12、n （58.5-2） —12?！? —8=2170mm ②澆注系統(tǒng)在分形面上的投影面積 A澆，即澆道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積 A澆 可以按照多分型面型腔模具的統(tǒng)計分析來確定。 A澆是每個塑件在分型面上的投影面積 A塑的 0.2?0.5倍。由于本次設計的流道較為簡單，分流道較長。因此流道凝料投影面積可以取較大 些，這里取 A澆=0.2A塑。 ③塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積，則： 2 A總=n（A 塑 +A澆）=n （A塑+0.3A 塑）=4X1.2 A 塑=10416mm ④模具型腔的脹型力F脹，則： F 脹=A總P模=10416X 30=312.48KN （

13、注：P模是型腔的平均計算壓力值，通常取注射壓力的20%-40%大致范圍為26MPa-52MPa 對于粘度較大精度較高的塑件制品應取較大值， HDPES于中等粘度塑料，且塑件有精度要求， 故P模取30MPa 由表（2）可知，該注射機的公稱鎖模力 F鎖=900kN鎖模力系數為k2=1.1?1.2,這里取 k2=1.2,則： k2 F 脹=1.2 F 脹=1.2 X312.5=375kN〈F鎖 所以注射機的鎖模力滿足要求，對于其它安裝尺寸的校核要等到模架選定，結構尺寸確定 后方可進行。 3澆注系統(tǒng)的設計 3.1 主流道設計 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴注射出的

14、熔體導入分流道或 型腔中。主流道形狀為圓錐形，以便熔體的流動和開模是主流道凝料的順利取出。主流道的尺 寸直接影響得到熔體的流動速度和充模時間。另外，由于主流道與高溫塑料熔體及注射機噴嘴 反復接觸，因此設計中設計為可拆卸更換的澆口套。 3.1.1 主流道尺寸 (1)主流道長度。一般由模具結構確定，對于小型模具主流道長度應盡量小于 60mm,^次設計 中初取50mn行計算。 (2)主流道小端直徑，d=tt射機噴嘴直徑+ (0.5-1) =4+0.5=4.5 ot (3)主流道大端直徑，D=d+Ltan：- =8mm( ：- =4 (4)主流道球面半徑，SR=4射機噴嘴球面半徑+ (1

15、-2) mm=18+2=20mm (5)球面配合高度，h=3mm 3. 1.2主流道凝料體積 V 主=1主(R主+r2主+R主r主)冗/3 =50 X42+2.252+4X 22.25) 乂 3.14 -3=1573.3mrn 3.1.3主流道當量半徑 2.25 4 R= 2 =3.125 mm 3.1 . 4主流道澆口套形式 主流道襯套為標準可選件，主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，易磨損。對材料的 要求較嚴格，因而盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯酪r套與定位圈設計成一個整體。但考慮到上述 因素，任然將其分開來設計，以便于拆卸更換。同時也便于選用優(yōu)質鋼材進行單獨加工和熱

16、處 理。本次設計中澆口套采用碳素工具鋼 T10A,熱處理淬火表面硬度為50HRC-55HRC如圖(5) 所示。定位圈的結構形式由總裝圖來確定。 圖(5)主流道澆口套形式 3.2 分流道的設計 (1)分流道的布置形式 為了盡量減少在流道內的壓力損失和尺寸可能避免熔體溫度降低，同時還要考慮減少分 流道的容積和壓力平衡，因此采用平衡式分流道。如圖（ 6）所示 120 圖（6）分流道布置形式 （2）分流道長度 根據四個型腔的結構設計，分流道長度適中，如圖（6）所示。 （3）分流道當量直徑 流過一級分流道塑料的質量 m=p V塑=1.05X36.2 X2=76.02〈200g

17、對于壁厚小于3mm質量小于200g的塑件，由參考文獻［1］公式（2-20）得: D=0.2354 Vzm兀 所以得至U： D=0.2354X &3.93父 4/239 1 4.935mm蟻 5mm） （4）分流道截面形式 本次設計采用梯形截面，具加工工藝好，且塑料熔體的熱量散失流動阻力不大。 （5）分流到截面尺寸 設梯形的上底寬B=6mm（為了便于選擇道具），底面圓角的半徑 R=1mm梯形的高度取 H=2B/3=4mm設下底寬度為b,梯形面積滿足下面關系式。 9 i D2 2 4 帶入數據計算的b=3.813mm考慮到梯形底部圓弧對面積的減小及脫模斜度等因素， 取b=4.5

18、.通過計算梯形斜度a =10.6 ,基本符合要求。如圖（7）所示 圖(7) (6)凝料體積 ①分流道長度：1分=(55+7.5+42.5 ) X 2=210mm 2 2 ②分流道截血面積: A分=n D-=3.14 X 45- =21mm 4 4 3 ③凝料體積：丫分=L分A分=210X 21=4.62cm (7)校核剪切速率 (1)確定注射時間，由1.3.2得注射時間t=2s (2)計算單邊分流道的體積流量 v分/2+2v塑 q 分= 1 4.2/2 2 36.2 2 =28.6m3.s」 (4)有參考文獻【1】式2-22可得，剪切速率為:

19、=1.937 103s」 3.3q分 3.3 28.6 = = ； 7 二口3 3.14 2.53 1 0 該分流道的的剪切速率處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率 5X 102?5X 103s之間, 所以分流道內熔體的剪切速率合格。 (8)分流道表面粗糙度和脫模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低， 一般去Ra=1.25?2.5 ^m之間即可，此處取Ra=1.6 另外其脫模斜度一般在6、10由之間，通過上述計算脫模斜度10.6,脫模斜度足夠。 3.3澆口的設計 該塑件要求不允許有裂紋和變形缺陷，表面質量要求較高。采用一模四腔且單分型面， 為充模時的剪切速率和重默時間，因此

20、采用側澆口。具截面形狀簡單，易于加工，便于試模 后修正，開設在分型面上，叢型腔的邊緣進料。 3.3.1 側澆口的尺寸的確定 (1)計算側澆口的深度。根據參考文獻【11表2-6可得，側澆口的深度計算公式為： h = nt 式中，t是塑件壁厚；n是塑件成型系數，這里取n=0.6o為了便于今后試模中發(fā)現問 西安航空職業(yè)技術學院 畢業(yè)設計論文 題并修改，本!據文獻【1】表2-6知道，側交口深度取0.5-2mm,故深度取h=1mm (2)計算側澆口寬度。根據參考文獻【2】表2-6可得，側澆口的寬度計算公式為: =0.88 ?1.0mm c n A 0.6.1914.9 B = =

21、 30 30 式中，n為成形系數，取0.6; A為凹模的內表面積(1914.9mmi) (3)計算側澆口的長度。根據參考文獻【2】表2-6可得，取側澆口的長度L澆=1.0mm 3.3.2 側澆口的剪切速率校核 (1)確定注射時間。由1.3.2得注射時間t=3s ⑵ 計算側澆口的體積流量： 一絲=12.6cm3.s」 3 3.3q 澆 二 R3 ⑶計算澆口的剪切速率：對于矩形交口可得： 攀4X104,則: 3 3 12 6 o 4 3.3 12.6 3 =1.76m103V4X 104 3.14 0.0753 … 」2A2 2父(2父1)2 式中 R=3j =3|

22、 =0.75mm = 0.075cm ，二L 3.14 (2 1) 2 因HIPE材料的點澆口形式最大剪切速率為 4X 104s1 ,所以剪切速率校核合格 3.4校核主流道的剪切速率 上面分別求出了塑件的體積，主流道體積，分流道體積(澆口的體積和大小可以忽略不計) 以及主流道的當量半徑，這樣就可以校核主流道熔體的剪切速率。 (1)計算主流道的體積流量： 1.573 4.2 4 36.2 3 _1 二 58.89cm .s (2)計算主流道剪切速率：根據參考文獻【2】式2-19得, 3.3加 r主= 3 二R主3 3.3 58.89 3」 降= 3 J = 2.1

23、7 10 s 3.14 3.1253 10 因為r=(5 x 102?5X 103)之間，所以主流道剪切速率校核合格。 3.5冷料穴的設計及計算 冷料穴位于主流道正對面的動模板上，其作用主要是儲存熔體前方的冷料，防止冷料進 入模具型腔影響制品的表面質量。本設計既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。由于塑件表 面要求沒有裂痕，且采用推件板推出。開模時，利用凝料對拉料桿的包緊力從而實現自動取 下取下凝料。 4.成型零件的結構設計與計算 4. 1成型零件的結構設計 （1）凹模的設計。凹模是成型制品外表面的成型零件。 按凹模結構的不同可將其分為整 體式，整體嵌入式，組合式和鑲拼式四種。根據對

24、塑件的結構分析，本設計中采用整體式凹 模。如圖（8）所示。 圖（8）凹模嵌件結構 （2）型芯的結構設計。型芯是成型制品內表面的成型零件， 通?？梢圆捎谜w式和組合 式兩種類型。該塑件采用組合式型芯，如圖（9）所示。 圖（9）型芯 4. 2成型零件鋼材的選用 根據對塑件的綜合分析，該塑件的成型零件要有足夠的強度、剛度、耐磨性及良好的抗 疲勞性。同時考慮它的機械加工性能和拋光性能，又因為該塑件是大批量生產，所以型腔鋼 材選用P20,對于成型塑件內表面的型芯來說，由于脫模時與塑件的磨損嚴重，因此選用P20, 并進行滲氮處理。 4.3成型零件工作尺寸的計算 根據參考文獻

25、【1】式（3-15）?（3-21）相應公式中的平均尺寸法計算成型零件尺寸, 塑件公差按照塑件零件圖中給定的公差進行計算。未注公差取公差等級為 MT5 類別 塑件尺寸/mm 計算公式 型月仝或型芯工作尺寸/mm  計算尺寸 轉換尺寸 型 腔 徑向 尺寸 邛30 △ =00 56 3 - Lm ( LS * LsScp △)0 4 中 29.715o+O.14 中29.7新；5 邛27 △ =0.5 4 +0.125 中 26.75o 中26.7募55 深度 尺寸 4.5 & =0.24 2 q Hm = (Hs + HSScp-

26、：)B 4.3600.06 4 3也12 4.340.06 1.5 △ =0.20 1.373O0,05 1 3 書.123 1 .340.073 型 心 徑向 尺寸 邛9 △ =0.28 3 n lm =( % + IScd +—△)) m \ s s cp 4 / —y z 邛 9.25：.o7 用9.2或 邛24 △ =0.44 率24.4411 邛24.4梵 平27 △ =0.5 中 27.4961.125 2 27 4的096 2 7.4_0.029 深度 尺寸 1.5 △ =0.20 . 2 c hm = (hs+hsSc

27、p+L)\z 3 1 .64O0o.o5 ,…C書.04 1 .640_0.01 6 △ =0.24 6.1960o.o6 C。書.096 6.9書.09 孔 距 孔中 心距 39 △ =0.56 a Cm = (Cs + CsScp) 土/ 2 39.0675 0.04 390慧755 式中Scp是塑件的平均收縮率，查表（1）可得HIPE的收縮率為0.3%?0.6%,所以平均收縮率 &p=0.0045?！魇窍鄳芗墓?，由文獻【2】表2-8查詢。6z是塑件上的相應制造公差，對于中小 型塑件取6z =14。 4 塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的標注

28、如圖（ 10）所示 圖10塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的標注 5.凹模側壁厚度計算。 根據參考文獻【2】表3-27與式3-54、3-55可得: 型月空壁厚 S=0.20L+17=0.28*58.5+17=28.7 型腔模板長度L=2S+2A+t 型腔模板寬度N=2S+2B+t 式中 L-型腔模板長度 N- 型腔模板的寬度 S- 型腔至模板邊緣的壁厚 A- 型腔長度 B- 型腔寬度 t- 型腔間壁厚，一般取(1/4--1/3 ) S 根據塑件尺寸已算得：型腔的長度32m通腔的寬度26mm 所以型腔模板的長度 L=300mm因采用一模四腔且模板為方形，所以 N=

29、185mm根據型 腔的布置，初步估算模板平面尺寸選用 300mme 300mm比型腔布置尺寸大得多，所以滿足強 度和剛度要求。 6.脫模推由機構的設計 本次設計塑件結構簡單，可采用推件板推出，推桿推出或推桿加推件板推出的綜合推出 方式，具體退出方式根據脫模力計算來確定。 6. 1脫模力計算 中間的體積最大為主型芯，根據參考文獻【11式2-37和表2-12可得脫模力計算公式： Fc =10陋: E(Tf -Tj)th 式中k-脫模斜度系數 k = fc8s =sin [ fc(1 %sin : cos :) 其中，B-脫模斜度 F c-脫模系數 所以： Fc =10 K

30、 0.5 8 10“ 2.1 103(90-60) 1 14.5 Fc =365.40K fccos : -sin : c 0.5cos1 - sin 1 fc(1 fcsin : cos :) 0.5(1 0.5sin 1 cos1 ) =0.96 則： Ft =Ap(Lcos： -sin，) =20014.2 0.1 =2001.42 6. 2推出方式的確定 (1)采用推桿推出 ①推桿推出面積，設4mmi勺圓形推桿設置8根，則推出面積為:

31、 Ft = Ap(.Lcos： - sin 二) = 20014.2 0.1 = 2001.42 ②推桿推出應力： 仃=_L=1403.14=13.96a b ](取 k ]為 8mpa A干 100.48 (2)采用推板推出 ①推板推出面積: A反二 ；(D2 -d2) =4(332 - 272) ( (58.52 -48.52)mm = 1085.1 ②推板推出應力: F 2001.42 =——= =1.84Mpa<8Mpa 格) A板 10

32、85.1 7模架的確定 根據上述計算，成型零件的尺寸為300m由300mmfc于其要求尺寸，能滿足其強度和剛度 要求。根據參考文獻【11表7-4可得：W L=300mrH 300mmz及各板的厚度及其尺寸。 7. 1各模板尺寸的確定 (1) A板尺寸，A板是定模型腔板，塑件高度為6mm考慮到模板上還需開設分流道、澆 口以及冷卻水道，還需留出足夠的距離。故 A板厚度取40mm (2) B板尺寸，B板是型芯固定板，按模架標準確定 B板厚度為20mm. (3) C板(墊塊)尺寸 墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+ (5-10) mm=(6+20+15+510)mm=51mm6

33、6mm選定 C 為 60mm 經上計算，模架尺寸已經確定，標記為： C3030-50X 40X 80GB/T12555-2006其他尺寸按 照標準標注，如圖()所示： 圖()A模架結構尺寸 300 350 7 . 2模架各尺寸校核 根據所選注射機來校核該模架尺寸。 (1)模具平面尺寸，350mrK 300mm<355mm385mm拉桿間距)，校核合格。 (2)模具高度295, 230<245<400(模具最大厚度和模具最小厚度)，校核合格。 (3)模具的開模行 S = H1 H2一(5mm|_ 10mm) S=30+60 + (5]l0) =95mm] 100mm < 350mm,校核合格。 8 .導向與定位結構的設計 注射模的導向機構用于動、定模之間的開合模導向和脫模機狗的運動導向。按作用分為 模外定位與模內定位。模外定位是通過定位圈與注射機配合，使模具的澆口套能與注射機噴 嘴精確定位；而模內定位機構則通過導柱導套進行合模定位。錐面定位則用于動、定模之間 的精確定位。本模具所成型的塑件比較簡單，模具定位精度不是很高，因此可采用模架本身 所帶的定位機構進行定位。 整套模具裝配圖見此次設計的裝配圖。