毕业设计电热水壶塑料下盖注射成型模具设计

太原工业学院毕业设计11前言在我们的日常生活中注塑制品约占塑料制品的20%～30%，然而用于注塑成型的塑料模具的产量约占世界模具产量的50%。与此同时制造业已经成为衡量一个国家经济基础以及科技实力的重要依据，而模具技术则代表一个国家制造业水平高低的主要标准。它是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、攻关器械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工艺装备，同时60%～80%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。人们越来越认识到模具在制造业中的重要基础地位。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本把模具誉为“进入富裕社会的原动力”，德国则冠之为“加工工业中的帝王”，在欧洲其他一些发达国家模具被认为“磁力工业”。由此可见模具技术在各国国民经济中的重要地位。可以从下面四个方面看出模具工业在国民经济中的重要地位与作用。第一，模具工业是高新技术产业的一个组成部分。第二，模具工业又是高新技术产业化的重要领域。第三，模具工业是装备工业的一个组成部分。第四，模具工业地位之重要，还在于国民经济的五大支柱产业——机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。我国的塑料制品已经位居世界第二，虽然塑料模具无论是在数量，还是在质量、技术和能力方面都了很大进步，但是与世界先进水平相比仍在很大差距。这是一次让自己全面运用大学四年所学习的基础知识、专业技能来充分发挥并展现本专业的各种技能风采！同时也是对模具设计进一步全面深化学习，希望自己将来能为祖国的模具行业贡献一份微薄的力量！设计者：黄思铮2012年6月18于太原太原工业学院毕业设计22塑件设计一个完美的塑料制件，要根据制品的使用要求和外观要求从力学性能、美术造型和成型工艺、塑料模具设计和制造等多方面进行考虑。塑件的物理力学性能，如刚度、强度、韧性、弹性、吸水性、以及对应力的敏感性。设计塑件时尽量发挥其优点，避免和补偿其缺点。塑料的成型工艺，如流动性、成型收缩率及收缩率的各项差异等。塑件的形状应有益于脱模、排气、补缩，同时能使热塑性塑料制品达到高效、均匀冷却。塑件结构应是模具结构尽可能简单，特别是避免侧向分型抽芯机构和简化脱模机构。使得模具机构符合制造工艺要求。2.1塑料材料的选择注射塑料制品的选材要求主要取决于使用要求，为达到均衡选材还需考虑材料的注射工艺性和模具的结构工艺性。2.1.1选材依据（1）塑件使用要求使用要求是一个综合性的问题。电热水壶下盖的使用是在我们日常生活中用的烧水用的电热水壶上，属于日常使用的塑料种类。对刚度、强度、表面粗糙度有一定的要求，最重要的是要选用环保型的同时要在高温下能长期正常工作的材料。（2）几种塑料材料性能的比较见表2.1。（3）几种塑料材料性能的排序见表2.2太原工业学院毕业设计3表2.1几种塑料材料的性能表2.2几种常用塑料的使用性能排序序号性能说明塑料代号排序1强度刚度高低PAPOMPSUPETEPABSPSPVCPMMAPPPE2耐磨减磨好差PAPARPPPBTPCFEPPOMABSPVCPS3耐化学性好差PEEKPPSPENTONPTFEPPSUPPOABSHDPE4耐热性高低PTFEEPPSUPCPPPEPOMPMMAABSPS5尺寸稳定性精粗PVCPSFPSPMMAABSPCPAPSUPPOPPPE6抗老化性强弱PTFEUEMWPEPEEKPMMAPARPBTPCPOM7阻燃性好差PTFEPVCPIPPOPCPVFPECEPPMMAPEPP8电性能低高PTFEPEPVCPETPMMAPIPBTPPSPATTE9透明性好劣PMMAPSPCPCTFEF3PAPA-101010耐折叠性好差PPPEPVCPPCPSABS材料名称密度（g/cm3）强度极限σb（kg/mm2）比强度σb/ρ弹性模量E(kg/mm2)比刚度（E/ρ）价格元/吨PE0.9639.541.21078.71123.76600PP0.9032.335.91274.81416.47450PS1.0648.645.93137.92905.87850ABS1.0548.045.12059.31961.210100POM1.4160.442.82745.71947.315000PA-61.1381.071.72745.72418.3116900PA-661.1478.368.61274.81118.218900PC1.2061.851.52353.41961.120100太原工业学院毕业设计42.1.2材料的选择聚丙烯（PP）综合性能良好，强度、刚度高，抗冲击、疲劳性能均能满足电热水壶上的使用要求，耐折叠性好，吸水性小，最主要的是聚丙烯是许多常见材料中相对比较环保的日常用料。聚丙烯的性能：无臭、无味、无毒：其熔融温度约为164～170℃，长期使用温度可达100～120℃，无负载时使用温度可高达150℃，是通用塑料中唯一能在水中煮沸并能承受135℃消毒温度的品种。其吸湿性很低，在水中浸泡一天，吸水率仅为0.01%～0.03%，成型加工前一般不需要进行干燥。其熔体黏度较小，流动性较好，不需要很高的成型压力，易成型出薄壁长流程制品。2.1.3聚丙烯（PP）的性质表2.3聚丙烯（PP）的性质性质聚丙烯（PP）密度（g/cm³）0.90～0.95拉伸强度（MPa）25～40伸长率（%）900弹性模量（MPa）1.06*10³弯曲强度（MPa）48～75缺口冲击强度（kj/m²）3.5～4.8无缺口冲击强度（kj/m²）78熔点（℃）160～175热变形温度（℃）150分解温度（℃）350耐寒温度（℃）-20连续工作温度（℃）100～120成型收缩率（%）1～2.5太原工业学院毕业设计5吸水率（%）0.01～0.03结晶度（%）63成型温度范围（℃）205～315注塑压力（MPa）70～110体积电阻率（Ω·cm）100*10¹⁴2.2塑件结构设计2.2.1塑件尺寸精度塑料制品的尺寸精度与塑料制品用途有关，根据各种塑料收缩率不同，可将各种塑料的公差等级分为高精度、一般精度和低精度。对于尺寸精度较低的塑料制品采用低精度，电热水壶采用一般精度MT4即可，未注公差尺寸为MT6。2.2.2塑件表面质量塑件表面质量包括表面粗糙度、表面光泽性、色彩均匀性、云纹、冷疤、表面缺陷程度、熔结痕、毛刺、拼接缝以及推杆痕迹等等。如果冷疤、表面缺陷程度、熔结痕、毛刺、拼接缝以及推杆痕迹等不影响塑件使用和美观，则制品的表面质量主要取决于表面粗糙度。一般情况下，原材料的质量、工人操作水平及模具型腔的表面粗糙度等因素均对制品的表面粗糙度有影响，其中模腔的表面粗糙度影响最大。制品要求的表面粗糙度数值越小，模腔表面越光滑，加工模具时的研磨抛光要求也就越高，模具制造的难度也就越大。因此，制品表面的粗糙度应视情况而定，除了考虑使用要求外，还须考虑美观。模塑制品的表面粗糙度通常为Ra0.02～1.28m，制品外表面Ra=0.8，内表面Ra=1.6。太原工业学院毕业设计62.2.3塑件结构塑件结构图如图2.1，图2.2，图2.3图2.1主视图图2.2左视图太原工业学院毕业设计7图2.3俯视图电热水壶下盖一般是用在圆形的容器上，从使用和美学方面考虑塑件的设计，所以把它设计成圆的；另外下盖是要和上盖接触并且要闭合的所以必须在下盖上设计一些小凸起和小凹槽来使得上下盖能合在一起；塑件一般是在常温和沸水温度下工作的，因为所选材料是聚丙烯，同时又是圆形片状，所以上面的一些小凸起和小凹槽、还有最外边的圆环都能起到加强的作用。塑件形状设计时，沿料流方向，设计成流线形，并对内外表面的转角都进行了倒圆角，避免流动死角以便于模塑。太原工业学院毕业设计83设计方案的确定电热水壶下盖塑料注射成型模具的设计重点是由于塑件比较复杂，所以对模具分型面的选择及顶出机构进行分析研究，还有复杂型芯的设计。一般来说，模具都有两大部分组成：动模和定模(或者公模和母模)，分型面是指两者在闭和状态时能接触的部分，也是将工件或模具零件分割成模具体积块的分割面，具有更广泛的意义。分型面的设计直接影响着产品质量、模具结构和操作的难易程度，是模具设计成败的关键因素之一。确定分型面时应遵循以下原则：1.应使模具结构尽量简单。如避免或减少侧向分型，采用异型分型面减少动、定模的修配以降低加工难度等。2.有利于塑件的顺利脱模。如开模后尽量使塑件留在动模边以利用注塑机上的顶出机构，避免侧向长距离抽芯以减小模具尺寸等。3.保证产品的尺寸精度。如尽量把有尺寸精度要求的部分设在同一模块上以减小制造和装配误差等。4.不影响产品的外观质量。在分型面处不可避免地出现飞边，因此应避免在外观光滑面上设计分型面。5.保证型腔的顺利排气。如分型面尽可能与最后充填满的型腔表壁重合，以利于型腔排气。本设计中由于电热水壶下盖的外表面比内表面光滑的多得多，同时电热水壶下盖的内部还有许多约5mm的小凸起，相反其外表面非常光滑且没有任何的其他凸起结构。另外由于电热水壶下盖内部的凸起较多，所以需要的定出杆也会随之增多，结合小凸起及经验经过初步分析顶杆的直径约在5～6mm之间，且顶杆的数量在9根左右。因此模具的分型面确定在塑件内表面（也就是塑件表面粗糙度相对较低的那个面），这样不仅保证了塑件外表面的粗糙度要求而且也满足了定出干的布局位置。对于复杂的型芯本应该设计为组合式的，但是基于目前的电火花加工技术所以把型芯的设计成整体的，这样特别有助于整套模具的装配。太原工业学院毕业设计94注射机的选择4.1注射机的选择模具是生产产品的工具，只有模具安装在与其相适应的注射机上才能进行产品生产，因此，在模具设计时应该提前了解注射机的各项参数和技术规范，以便设计出符合要求的模具。注塑机类型和规格很多，分卧式、立式、角式、柱塞式和螺杆式等等。卧式注塑机是使用最广泛的注塑成型机，螺杆注塑机塑化效果较好同时注射压力也较大，避免了塑件出现缺陷或者缺料。卧式螺杆注塑机的优点是机床重心较低安装稳定，机体较低，容易操纵和加料，制件推出模具后可自动坠落，实现全自动化操作，节约成本，提高效力。所以选择卧式螺杆注塑机是最佳选择。模具设计时应详细了解，才能设计出合乎要求的模具。设计是应该了解的注射机技术的规范有：最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程、模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸，注塑机喷嘴孔直径和喷嘴球头半径值。由于同一规格的注射机，生产厂家不同，技术规格也有所不同，所以设计时最好查阅注射机生产厂家提供的注射机使用说明书上标明的技术规格。选择的注塑机为HTF250J/TJ，其各项技术规范如表4.1表4.1TF250J/TJ的技术规范注射装置INJECTIONABC螺杆直径ScrewDiametermm505560螺杆长径比ScrewL/DRatioL/D222018.3理论容量ShotSize(Theoretical)cm3442535636注射重量InjectionWeight(PS)g402487579注射压力InjectionPressureMpa205169142螺杆转速ScrewSpeedrpm0～180合模装置CLAMPINGUNIT合模力ClampTonnageKN2500移模行程ToggleStrokemm540拉杆内距SpaceBetweenTieBarsmm570x570最大模厚Max.MoldHeightmm570最小模厚Min.MoldHeightmm220顶出行程EjectorStrokemm130顶出力EjectorTonnageKN62太原工业学院毕业设计10顶出杆根数EjectorNumberPiece9其它SOTHERS最大油泵压力Max.PumpPressureMPa17.5油泵马达PumpMotorPowerkw22电热功率HeaterPow