水杯模具設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)生姓名：學(xué)號：學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)：高分子材料與工程題目：塑料水杯注射模的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師：職稱:2011年12月1日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2011~2012學(xué)年第一學(xué)期學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)：高分子材料與工程學(xué)生姓名：學(xué)號：課程設(shè)計(jì)題目：塑料水杯注射模的設(shè)計(jì)起迄日期：課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：指導(dǎo)教師：系主任：下達(dá)任務(wù)書日期:2011年12月3日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1.塑件設(shè)計(jì)1.1塑件圖我所設(shè)計(jì)的塑件為塑料水杯，該塑件的平面圖見圖1.1圖1.1（a）塑件主視圖圖1.1（b）塑件府視圖1.2塑件分析本次設(shè)計(jì)的制件為塑料水杯，所選材料為聚丙烯（PP），無填料填充，塑件壁厚均勻，為2毫米，未注倒角半徑為R0.3，塑件本身的斜度為0.80，尺寸見塑件圖1.1。1.3塑料材料的成型特性與工藝參數(shù)聚丙烯的主要性能參數(shù)見表1.1。表1.1聚丙烯（PP）的性能指標(biāo)塑件性能PP玻纖增強(qiáng)PP屈服強(qiáng)度/MPa3778~90拉伸強(qiáng)度/MPa30~3979~90斷裂伸長率/%＞200拉伸彈性模量/GPa1.65彎曲強(qiáng)度/MPa67132彎曲彈性模量/GPa1.454.5布氏硬度HBS8.569.1密度/（g/cm2）0.90~0.91比體積/(cm2/g)1.10~1.11透明度或透光率半透明玻璃化溫度/°C-18~-10熔點(diǎn)（粘流溫度）/°C170~176170~180線膨脹系數(shù)/（10-5/°C）9.84.9比熱容/[J/（kg·K）]1930熱導(dǎo)率/[W/（m·K）]0.118燃燒性/（cm/min）慢體積電阻/Ω·cm＞106聚丙烯的主要注射工藝參數(shù)見表1.2表1.2PP的主要注射工藝參數(shù)工藝參數(shù)PP料筒溫度/℃后部180~200中部210~230前部200~210噴嘴溫度/℃180~190模具溫度/℃50~70注射壓力/MPa70~90螺桿轉(zhuǎn)速/(r·min-1)30~602.設(shè)備的選擇與校核2.1注射機(jī)的選擇由Proe畫圖工具生成制件體積V1=55。澆注系統(tǒng)的凝料體積一般可按制件體積的0.2~1倍計(jì)算。則注射機(jī)實(shí)際注射容積為：V=V1（1+0.2）=55*1.2=66cm3注射機(jī)實(shí)際注射容積V與理論最大注射容積V2有V=aV2取a=0.8則V2=V/a=66/0.8=82.5cm3所以選擇SZ-100/60型塑料注射成型機(jī)。表2.1注射機(jī)的主要參數(shù)項(xiàng)目單位數(shù)值理論注射量cm3100注射壓力Mpa150鎖模力KN600移模行程mm260最大模具厚度mm340最小模具厚度mm10噴嘴球半徑mm12噴嘴口孔徑mm4

2.2注射壓力的校核PP的注射壓力一般為70~140Mpa，取P0=100Mpa注塑安全系數(shù)K=1.25~1.4，取K=1.4則P=K*P0=1.4*100=140Mpa<150Mpa所以注射壓力符合要求。2.3鎖模力的校核經(jīng)計(jì)算制件及流道系統(tǒng)凝料在分型面上的投影面積為：型腔壓力為20-40Mpa，取壓力P1=40MpaA=π*R2+16*21=3.14*402+336=5360mm2由F=K*P1*A0得A0=600*1000/0.5*40=300000>A所以鎖模力符合要求。2.4開模行程的校核已知制品脫模距離H1=100-5=95mm制品高度H2=100mm注射機(jī)最大開模行程S=260mmH1+H2+(5~10)=95+100+(5~10)<S=260mm由于該模具有側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，開模行程還應(yīng)按下式校核：S≥Hc+(5~10)mm又因?yàn)镠c<H1+H2所以開模行程滿足要求。3.澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)的噴嘴起到型腔入口為止的制件熔體的流道通道。它的作用是將制件熔體順利的充滿各個部位，并在填充及保壓過程中，將注射壓力傳遞到型腔的各個部位，以獲得外形清晰、內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的制件。它向型腔中的傳質(zhì)、傳熱、傳壓情況決定著制件的內(nèi)在和外在質(zhì)量，它的布置和安排影響著制件成型的難易程度和模具的復(fù)雜程度。3.1澆口的選擇澆口是連接流道與型腔的一段較短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的形狀、數(shù)量、尺寸和位置對制件的質(zhì)量影響很大。澆口的作用有兩個：一是制件熔體流經(jīng)的通道；二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。由于設(shè)計(jì)的是塑料杯子，屬于直徑較大的管狀體，故澆口選擇直接澆口，這種澆口具有良好的成型性。圖3.13.2主流道的設(shè)計(jì)為便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)以及熔體的膨脹，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形。內(nèi)粗糙度為0.8um，噴嘴球半徑為12mm，噴嘴口孔徑為4mm。主流道長度，小型模具應(yīng)盡量小于60mm，本設(shè)計(jì)采用30mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。主流道小端直徑d=注塑機(jī)噴嘴口孔徑+（0.5~1）=5mm主流道大端直徑D=d+2L*tanα/2=6.8mm圖3.2主流道3.3定位環(huán)的設(shè)計(jì)圖3.3定位環(huán)3.4分型面和排氣槽的設(shè)計(jì)分型面設(shè)計(jì)的是否得當(dāng)對制件質(zhì)量、操作難易、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜性有很大影響，而排氣槽的設(shè)置則可以將澆注系統(tǒng)和模腔內(nèi)的空氣及聚丙烯熔體分解放出的少量氣體和低分子揮發(fā)物及時排除。3.5流動比的校核澆口位置選擇是否合適，利用流動比公式來計(jì)算，公式如下：式中B—流動比；Li—流路各段長度，mm；δi—流路各段厚度，mm；n—段數(shù)。PP的流動比在壓力120MPa下為280，選擇這個澆口位置的流動比為104.2小于280，符合設(shè)計(jì)要求。4.成型零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算成型零部件是構(gòu)成模具型腔的零件，通常有型腔、型芯、成型環(huán)等，由于工作尺寸的計(jì)算受制件尺寸精度的制約，影響尺寸精度的因素甚多，且是十分復(fù)雜，因此制件尺寸難以達(dá)到高精度，為簡便起見，規(guī)定凡是孔類尺寸均以最小尺寸作為公稱尺寸，即公差為正；凡是軸類尺寸均以最大尺寸作為公稱尺寸，即公差為負(fù)。4.1型腔與型芯的尺寸計(jì)算4.1.1主型腔徑向尺寸的計(jì)算LM=[(1+Smin)LS-(δC-δZ)]+δz式中：LM---主型腔的徑向尺寸，mmSmin---最小成性收縮率LS---制品外徑尺寸，mmδC---最大磨損量mm；取為0.04mmδZ---模具制造誤差mm；一般為Δ/3四級精度塑件尺寸為80mm時,公差值Δ=0.72增強(qiáng)pp的收縮率查表可知為0.4﹪~0.8﹪。則LM=((1+0.4﹪)*80-0.04+0.72/3)+0.24=80.52+0.24mm按極限尺寸計(jì)算LM=[（1+Smax）LS-Δ]+δz=[(1+0.8﹪)*80-0.72]+0.24=79.92+0.24mm校核塑件可能出現(xiàn)的最大尺寸，設(shè)模具最大磨損量為0.04mm。LS`=LM+δC+δZ–SminLS=79.92+0.04+0.24-0.4﹪*80=79.88mm<80mm所以滿足要求。型腔直徑為79.92+0.24mm，比按平均收縮率計(jì)算的結(jié)果偏小，有更大的修模余量。4.1.2主型芯的徑向尺寸計(jì)算LS---型芯徑向尺寸為76mm，相應(yīng)公差值Δ=0.64LM=[(1+Smax)LS+δC+δZ]-Δz=[(1+0.8%)*76+0.04+0.64/3]-0.64/3=76.858-0.21mm按公差帶計(jì)算LM=[(1+Smin)LS+Δ]-Δz=[(1+0.4%)*76+0.64]-0.21=76.944-0.21mm校核塑件可能出現(xiàn)的最大尺寸，設(shè)模具最大磨損量為0.04mm.LS`=LM-δC-δZ–SmaxLS=76.944-0.04-0.21-0.8﹪*76=76.086mm>76mm所以滿足要求,型芯直徑為76.944-0.21mm，比按平均收縮率計(jì)算的結(jié)果偏小，便于修模。4.1.3型腔深度按平均收縮率計(jì)算HS---型腔高度為100mm,相應(yīng)公差值Δ=0.72HM=(HS+HS*SCP-2Δ/3)+Δz=[100+100*(0.4%+0.8%)/2-2*0.72/3]0.24=100.12+0.24mm按公差計(jì)算型腔深度尺寸：HM=[(1+Smin)HS-δZ]+Δz=[(1+0.4%)*100-0.24]+0.24=100.16+0.24mm校核塑件最小高度：HM-HS*Smax+Δ=100.16-100*0.8%+0.72=100.08mm>100mm所以滿足要求，型腔深度為100.16+0.24mm。4.1.4型芯高度按平均收縮率計(jì)算HS---型芯高度為95mm,相應(yīng)公差值Δ=0.72SCP---平均收縮率為（0.4%+0.8%）/2=0.6%HM=(HS+HS*SCP+2Δ/3)-Δz=（95+95*0.6%+2*0.72/3）-0.24=96.05-0.24mm按公差帶計(jì)算型芯高度尺寸：HM=[(1+Smax)HS+δZ]-Δz=[(1+0.8%)*95+0.24]-0.24=96-0.24mm校核塑件最大高度：HM-Smin*HS-Δ=96-0.4%*95-0.72=94.9mm<95mm所以滿足要求，型芯高度為96-0.24mm4.1.5按平均收縮率計(jì)算型芯或成型孔中心距尺寸LS=51mm，相應(yīng)公差值Δ=0.56δZ=Δ/4=0.14LM=(LS+LS*SCP)±δZ/2=（51+51*0.6%）±0.14/2=51.306±0.07mm按公差帶計(jì)算型芯或成型孔中心距尺寸LM=(LS+LS*SCP)±δZ/2=51.306±0.07mm校核最大中心距當(dāng)型芯或成型桿為緊配合時或求成型孔孔間距時Sj=0LM+δZ/2+Sj-Smin*LS-Δ/2=51.306+0.07+0-0.4%*51-0.56/2=50.892mm<51mm最小中心距LM-δZ/2-Sj-Smin*LS+Δ/2=51.306-0.14/2-0-0.8%*51+0.56/2=51.108mm>51mm4.2型腔壁厚剛度和強(qiáng)度的計(jì)算在注射過程中，模具的型腔將受到高壓的作用，因此模具型腔應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度和剛度，強(qiáng)度不足將導(dǎo)致塑性變形，剛度不足將導(dǎo)致彈性變形，致使型腔向外膨脹，產(chǎn)生溢料間隙，故二者都應(yīng)進(jìn)行校核。型腔設(shè)計(jì)為圓形型腔，材料為碳鋼按第三強(qiáng)度理論推算得出計(jì)算公式：P為型腔壓力,取P=50Mpa；[σ]為許用應(yīng)力，取[σ]=160MpaS=r*{[[σ]/([σ]-2P)]1/2-1}=40*{[160/(160-2*50)]1/2-1}=23.25mm底板厚度的計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算：h=(1.22P*r2/[σ])1/2=(1.22*50*402/160)1/2=24.70mm5.合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)注塑模具的動定模開和模運(yùn)動的導(dǎo)向，主要依靠裝在模架上的導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，嵌入導(dǎo)套來保護(hù)其不受到嚴(yán)重的磨損、拉傷，延長使用壽命。除此之外，為保證成型高精密度的塑件，注射模具的其它零部件還需要通過自身的結(jié)構(gòu)來保證其在模具開合模運(yùn)動中的精確定位和導(dǎo)向。5.1導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)柱一般安裝在動模的一側(cè)，也可以安裝的定模一側(cè)，因?yàn)樽鳛槌尚土慵闹餍托径嘌b在動模一側(cè)，導(dǎo)柱與主型芯安裝在同一側(cè)，合模時可以保證主型芯不碰撞。導(dǎo)柱的基本機(jī)構(gòu)有兩種，一種是帶頭導(dǎo)柱，另一種是有肩導(dǎo)柱。導(dǎo)柱材料采用優(yōu)質(zhì)鋼材T8A，其具有硬而難磨的表面，堅(jiān)韌而不易斷的型芯，材料經(jīng)過淬火硬度達(dá)到HRC55～60。導(dǎo)柱如圖5.1。圖5.1導(dǎo)柱5.2導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)套的常用結(jié)構(gòu)有兩種，一種不帶安裝凸肩，另一種帶安裝凸肩，相應(yīng)的稱為直導(dǎo)套和帶肩導(dǎo)套，導(dǎo)套的主要作用是方便模板的加工和模具的維修。材料采用耐磨的優(yōu)質(zhì)鋼材T8A，經(jīng)過淬火表面硬度達(dá)到HRC50～55，比導(dǎo)柱的硬度低5度左右，這樣工作時間久后磨損的是導(dǎo)套而不是導(dǎo)柱，導(dǎo)柱的更換比導(dǎo)套容易。導(dǎo)套如圖5.2。圖5.2導(dǎo)套6.塑件脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)注射成型的每一循環(huán)中，制件必須從模具的型芯上脫出，這就需要脫模機(jī)構(gòu)，制件脫模阻力通常按薄壁和厚壁兩種類型考慮，每種類型制件再根據(jù)斷面幾何形狀進(jìn)行計(jì)算。6.1脫模阻力的計(jì)算因塑件厚度/內(nèi)孔直徑=2/76=1/38<1/20,因此屬于薄壁殼體形塑件。6.1.1正壓力的計(jì)算P=E*ε*t*cosα/(1-u)*r式中：E---塑料拉伸彈性模量，取E=1.7*103Mpaε---塑件收縮率,取ε=1.5%t---制件平均厚度，t=2mmα---塑件的斜度，α=0.80u---塑料泊松比，取u=0.43r---型芯半徑，r=38mm所以P=1.7*103*1.5%*2*cos0.80/(1-0.43)*38=2.354Mpa6.1.2總壓力的計(jì)算FP=2*π*E*ε*t*L/(1-u)式中：L---薄避制品型芯總長，L=100mm所以FP=2*3.14*1.7*103*1.5%*2*100/(1-0.43)=56.19KN6.1.3脫模力的計(jì)算對薄避塑件有：Fd=[FP*cosα*(f-tanα)/(1+f*sinα*cosα)]+10A式中：f---摩擦因數(shù)，取f=0.5A---垂直于抽芯方向型芯的投影面積所以Fd=[56.19*cos0.80*(0.5-tan0.80)/(1+0.5*sin0.80*cos0.80)]+10*3.14*382=27.116+45.3=72.416KN6.2推桿推板的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用推板脫模，所以推桿的直徑可不用計(jì)算，可以根據(jù)塑件形狀選擇推桿的直徑，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6.1。圖6.1（a）推桿圖6.1（b）推板7.側(cè)向分型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)7.1抽拔力的計(jì)算l=4mmt=5mm=0oFd===3.37103N7.2斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)取斜銷角度為200，側(cè)抽芯4mm。斜孔長度L1>4/sin200=14mm斜導(dǎo)柱長度計(jì)算公式：L=tan+++(10~15)=tan200+++(10~15)46mm圖7.1斜導(dǎo)柱8.強(qiáng)度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8.1冷卻時間的計(jì)算T0=S2㏑[8（TC-TM）/π2(T1-TM)]/π2*a式中：S---塑件厚度，S=2mma---塑料熱擴(kuò)散率，取a=0.067mm2/sTC---塑料注射溫度，取TC=190℃TM---模具溫度，取TM=50℃T1---塑料的熱變形溫度，取T1=65℃所以T0=22*㏑[8*(190-50)/3.142*(65-50)]/3.142*0.067=12.275s冷卻時間T0通常占成型周期t的75%，所以t=T0/75%=12.275/0.75=16.37s8.2單位時間注射量的計(jì)算每秒注射次數(shù)大約為N0=1/t=1/16.37每次注射塑料的質(zhì)量M=ρ*v=0.9*66=59.4g每秒注入塑料的質(zhì)量M0=N0*M=59.4*1/16.37=3.63g單位時間內(nèi)注入模具的熔體質(zhì)量G(kg/h)=M0*3600=13.063kg8.3冷卻介質(zhì)體積流量的計(jì)算單位時間內(nèi)塑件在凝固時所放出的熱量（J/h）Q=N*M*g式中：N---每小時注射次數(shù)，N=3600*N0=3600*1/16.37=219次/hM---每次注射塑料的質(zhì)量，M=59.4gg---單位塑料熔體的熱容量，取g=5.9*105J/kg所以Q=219*59.4*10-3*5.9*105=7.675*106J/h冷卻介質(zhì)的體積流量（m3/min）QV=Q/ρC1(Q1-Q0)式中：ρ---冷卻介質(zhì)的密度，冷卻介質(zhì)為水，取ρ=1000kg/m3C1---冷卻介質(zhì)的比熱容，取C1=4.2*103J/kg*℃Q1、Q0---冷卻介質(zhì)進(jìn)出口溫度，取Q0=20℃Q1=25℃所以QV=7.675*106/1000*4.2*103*(25-20)=6.09*10-3m3/min8.4冷卻介質(zhì)在冷卻管中的流速當(dāng)QV=6.09*10-3m3/min時，為了使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取模具冷卻水孔的直徑d=10mm。V=4QV/π*d2=4*6.09*10-3/3.14*60*(10*10-3)2=1.293m/s8.5冷卻水孔總傳熱面積A=Q2/K(TW-Tθ)式中：K---管壁與冷卻水之間的傳熱膜系數(shù)K=4187*f*(V*P)0.8/3600*d0.2式中：f---冷卻介質(zhì)溫度有關(guān)的物理常數(shù)，經(jīng)查表f在水溫20℃時，取f=3.0*10-3。所以K=4187*3*10-3*(1.293*592)0.8/3600*(10*10-3)0.2=1.778kw/m2*h*℃所以A=7.675*106*10-3/1.778*15*3600=0.08m29.標(biāo)準(zhǔn)零件的選擇模具設(shè)計(jì)中選用了一些標(biāo)準(zhǔn)零件，選用的標(biāo)準(zhǔn)零件見表9.1。標(biāo)準(zhǔn)零件數(shù)量螺釘M16×2104螺釘M10×404螺釘M6×2012螺釘M10×384螺釘M10×304表9.1標(biāo)準(zhǔn)零件10.動作原理圖10.1（a）主視圖圖10.1(b)左視圖1.動模座板2.墊塊3.推板4.推桿固定板5、12、16、21、23.螺釘6.支撐板7.型芯固定板8.推件板9.滑塊10.鎖緊塊11.定模板13.斜導(dǎo)柱14.定位環(huán)15.主流道襯套17.導(dǎo)套18.導(dǎo)柱19.型芯20.推桿22.垃圾釘24.滑塊壓板25.限位螺釘28.彈簧模具開模過程：開模時，在彈簧28作用下，首先由A分型面打開，此時滑塊向下和兩側(cè)移動，同時通過斜導(dǎo)柱的作用完成側(cè)抽芯，在限位螺釘25的作用下，滑塊運(yùn)動一定距離后停止，此時推桿20推動推件板8使塑件從型芯上脫下來。11.模具裝配與試模11.1模具裝配模具裝配包括預(yù)檢、裝模、緊固、校正頂出距離、調(diào)節(jié)閉模松緊度和模溫控制系統(tǒng)。預(yù)檢在模具裝上注射機(jī)以前，應(yīng)根據(jù)圖紙對其進(jìn)行全面仔細(xì)的檢查，以便及時發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行修模，以免安裝上機(jī)后又拆下來，當(dāng)動定模分開檢查時，要注意方向記號，以免合攏時搞錯。裝模模具吊裝時要注意安全，在可能的情況下盡量整體安裝。型芯的裝配：將型芯壓入固定板，在壓入過程中，應(yīng)注意校正型芯的垂直度和防范型芯切壞孔以及使固定板變形。壓入平磨床登高墊鐵支撐磨平平面。型腔采用拼塊式，拼塊的拼合面在熱處理后要進(jìn)行磨削加工，保證拼合后無縫隙，拼塊兩端留余量，裝配后同模板一起在平面磨床上磨平。側(cè)型芯在滑塊和滑槽、型腔和固定板裝配后再裝配，以型腔側(cè)向孔為基準(zhǔn)，利用壓印工具對滑塊端面壓印，然后，以壓印為基準(zhǔn)加工型芯配合孔后再裝入型芯，保證型芯和側(cè)向孔的配合精度。對于斜導(dǎo)柱則是在滑塊型芯和型腔裝配合格后用導(dǎo)柱、導(dǎo)套進(jìn)行定位，將動定模板、滑塊合裝后按所要求的角度進(jìn)行加工斜導(dǎo)柱孔，然后在壓入斜導(dǎo)柱。裝配動模時，將型芯固定板、支撐板、墊塊和動模固定板按其工作位置合攏找正并用平行夾頭夾緊。以型芯固定板上的螺孔、頂桿孔定位，在支撐板上出螺孔、頂桿孔的錐窩。然后拆下型芯固定板，以錐窩為定位基準(zhǔn)鉆出螺釘過孔、頂桿過孔最