62水杯模具设计说明书

本设计实例为一塑料水杯，如图（1）所示。材料为PP，塑件为倾斜壁不需脱模斜度；塑件的质量要求是不允许有裂纹和变形缺陷，大批量生产。图（1）塑料水杯1、塑件的分析（1）外形的尺寸该塑件为圆形，壁厚为3mm，无孔，结构较简单，适合于注射成型。（2）精度等级零件图中重要的尺寸有φ80±0.5、Φ74±0.5、125±1、110±1、12±0.2、φ60±0.5、φ54±0.5、5±0.2、R100、R103，对照附表C、附表B（GB/T14486—1993），知道这些尺寸的公差等级在2级以上，为高精度等级，圆角R1、R2属一般精度等级。2、PP的性能分析（1）使用性能密度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆,不耐磨易老化.适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件、盆、桶、家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杠等。（2）成型性能1）结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解。2）流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形。3）冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温低方向方向性明显.低温高压时尤其明显,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,留痕,90度以上易发生翘曲变形。4）塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中。3、初步选定注射机（1）注射量的计算通过计算得塑件体积：V塑=81.125cm3（2）本模采用一模四腔结构，如图（2）所示。为了保证四个型腔同时进料，考虑采用平衡式的浇注系统，浇注系统的凝料可根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算，这里取0.2倍，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和塑件体积之和）为V总=V塑（1+0.2）×4=81.125×1.2×4cm3=389.4cm3图（2）型腔布置形式(3)选择注射机每一次注入模具型腔的塑料总体积V总=389.4cm3,注射机V机=V总/0.8=389.4/0.8=486.75cm3，查表2.24初选定注射机型号为XS—ZY—1000，其主要技术参数见表1.1.表1.1注射机主要技术参数理论注射量/cm31000最大模具厚度/mm700螺杆直径/mm85最小模具厚度/mm300注射压力/MPa121模具定位孔直径/mm150锁模力/KN4500喷嘴球半径/mm18拉杆内间距/mm650×550喷嘴口孔径/mm7.5最大开模行程/mm700（4）注射机的相关参数校核1）注射压力校核一般塑件的成型压力在70~150MPa范围内，该注射机的公称注射压力P公=121MPa，所以注射压力合格。2）锁模力校核如图（3）所示，分型面选择在端盖截面积最大且有利于开模取出塑件的顶平面上。图（3）分型面选择塑件在分型面上的投影面积A塑为：A塑=π/4×802mm2=5024mm2该浇注系统在分型面上的投影面积A浇，包括流道凝料和浇口在分型面上的投影面积，通常A浇取每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍，这里取A浇=0.2塑，则塑件和浇注系统在分型面上总的面积A总为：A总=n（A塑+A浇）=n（A塑+0.2A塑）=4×1.2A塑=4×1.2×5024mm2=24115.2mm2模具型腔内的胀型力F胀为：F胀=A总P模=12057.6×30N=723.456kNP模通常取25~40MPa。对于粘度较大的塑件取较大值，PP属于较小粘度，故P模取30MPa。因为F胀F锁，所以注射机锁模力合格。4、浇注系统设计（1）主流道设计根据XS—ZY—250注射机的主要技术参数，得：主流道小端直径D=d+0.5mm=7.5+0.5=8mm；主流道球面半径SR=r+1mm=18+1=19mm；球面的配合高度h=3mm；主流道长度一般尽量小于60mm，本次设计中初取33mm。为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥度取4°，经换算得主流道大端直径D≈10mm；为了使熔融塑料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r=3mm的圆弧过渡。主流道浇口套的结构如图（4）所示。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触易磨损，为了便于拆卸更换，将主流道浇口套与定位圈分开来设计。设计中采用碳素工具钢（T8A)或（T10A），热处理淬火表面硬度为50~55HRC。图（4）主流道浇口套（2）分流道设计分流道长度因为制品的形状不算太复杂，熔融塑料填充型腔比较容易，为了减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，减小分流道的容积，分流道长度尽量短，现单边长度取155mm，如图（2）所示。1）分流道当量直径塑件的质量m塑=ρV塑=0.905×81.125cm3=73.418g200g，根据经验公式D分=0.2654m1/2L1/4得分流道的当量直径D分=0.2654×73.4181/2×1551/4mm=8.02mm。2）分流道截面形状分流道截面形状采用梯形截面，其加工工艺性好，便于凝料的脱模，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。3）设梯形的下底宽度为x，底面圆角的半径R=1mm，并根据表2.5设置梯形的高H=5mm，分流道的斜度取8°，则该梯形的截面积为A分=（x+x+2×5tan8°)h/2=(x+5tan8°)×5再根据该面积与当量直径为8.02mm的圆面积相等，可得（x+5an8°)×5=πD²分=3.14×8.02²/4得，x≈7.58，则上底约为8mm，根据表2.5采用标准分流道截面尺寸上底B=8mm，高H=5mm如图（5）所示。图（5）分流道截面形状（3）浇口设计根据制品的成型要求及型腔的布置方式，选用点浇口。点浇口的直径根据点浇口的直径d的计算公式2.2得d=n（t²A)1/4=（0.14~0.20）×(3²×5356.3951)1/4mm=2.07~2.96mm，取d=2.5mm.。点浇口的长度点浇口的长度L浇一般选用0.5mm~2.0mm,这里取L浇=2mm.即点浇口的尺寸：直径×长=2.5mm×2mm.(4)冷料穴的设计冷料穴结构为球头形拉料杆冷料穴，开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。5、成型零件结构设计及计算（1）成型零件结构设计该塑件的型芯有一个，成型零件底部内表面，考虑加工难易程度和材料的价值利用等因素，采用整体镶嵌式结构。如图（6）所示。图（6）凸模、凹模装配结构（2）成型零件工作尺寸的计算根据塑料平均收缩率计算凹模、型芯的工作尺寸，PP塑料平均收缩率取为2%，δz取值（1/3~1/6Δ），取δz=1/5Δ。主要成型零件工作尺寸见表1.2。表1.2型腔、型芯主要工作尺寸计算类别制件原尺寸制件转换计算公式凹模或型芯的工作尺寸凹模的计算径向尺60±0.560.5-10LM=[Ls+LsS-3/4Δ]+δz060.96+0.2080±0.580.5-1081.36+0.20寸高度尺寸125±1126-20HM=[Hs+HsS-2/3Δ]+δz0126.19+0.20型芯的计算径向尺寸74±0.573.5+10lM=[ls+lsS+3/4Δ]-δz076.47-0.4054±0.554.5+1057.09-0.40高度尺寸5±0.24.8+0.40hM=[hs+hsS+2/3Δ]-δz06.23-0.08012±0.211.8+0.4012.303-0.080110±1109+20112.513-0.40(4)成型零件图尺寸标注后的凹模及型芯如图（7）、（8）所示。图（7）凹模尺寸标注图（8）凸模尺寸标注6、成型零件侧壁厚度及动模垫板厚度计算（1）凹模侧壁厚度的计算凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，根据型腔的布置，模架初选500×500mm人标准模架，其厚度由刚度公式计算得S=(3PH4/2Eδp）1/3=[3×30×1254/（2×2.1×105×0.04）]1/3mm=50.76mm式中，p是型腔压力，取30（MPa），E是材料弹性模量，常取2.1×105（MPa），H是型腔深度，δp是模具刚度计算许用变形量，可查表得，此处取0.04。凹模是镶嵌体，为结构紧凑，单边厚度选30mm。由于型腔采用直线、对称结构布置，故两个型腔之间壁厚满足结构设计就可以了，型腔与模具周边的距离由模板的外形尺寸来确定，根据估算模模板平面尺寸选用560×560mm，它比型腔布置的尺寸大的多，所以完全满足强度和刚度要求。图(9)所示为凹模板结构图。图（9）凹模板（2）动模垫板的厚度的计算动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在560×560这个范围之内，垫块之间的跨度大约为560mm-100mm-100mm=360mm。那么，根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即H=0.54L(PA/EL1δP)1/3=0.54×360×[30×20096/(2.1×105×560×0.04)]1/3mm=45.5mm式中，L是垫块的跨度，L1是动模垫板的长度，A是四个型芯投影到动模垫板上的面积。模具如果增加2根支承柱来进行支撑，动模垫板厚度可以再小些，故动模垫板可按照标准厚度取50mm。7、模架的确定根据模具型腔布局在中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为400mm×400mm，又考虑凹模最小壁厚，导柱、导套有布置等，查表2.23可确定选用模架序号为18号（W×L=560mm×560mm）,模架结构为P9型。（1）各模板尺寸的确定1）A板尺寸A板是定模型腔板，塑件高度为125mm，，又考虑在模板上还要开设冷却管道，还需留出足够的距离，故A板厚度为160mm。2）B板尺寸B板是型芯的固定板按模架架板厚取50。3）C板（支承板）尺寸支承板=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+(5~10)mm=（110+40+25+5~10）=180~185mm，初步选定C板尺寸为180mm。经上述尺寸的计算，模架尺寸已经确定为模架序号18号，板面为560×560mm，模架结构形式为A4型的标准模架。其尺寸：宽×长×高=560mm×560mm×615mm,如图（10）所示。图（10）H9型的标准模架（2）注射机与模架各尺寸的校核根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。1）模具平面尺寸400mm×400650mm×550mm(拉杆内间距），校核合格。2）模具高度尺寸615mm，由于300mm615mm700mm（700mm是最大模具厚度,300mm是最小模具厚度），校核合格。3）模具的开的开模行程S=H1+H2+a+(5~10)mm=110mm+125mm+25mm+(5~10)=265mm~270mm700mm,开模行程校核合格。XS—ZY—1000型注射机满足使用要求，故可采用。8、排气机构的设计该塑件由于采用点浇口进料，其配合间隙可作为气体排出的方式，不会在顶部产生憋气现象，而底部的气体会沿着推杆的配合间隙、分型面和型芯与脱模板之间的间隙向外排气，不用专门设计排气槽。9、脱模推出机构的设计由于塑件壁薄，尺寸大，型腔深，故采用推管和脱模板的综合推出方式。10、导向与定位结构的设计注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。考虑本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此采用模架本身所带的导柱导套定位机构定位。11、冷却系统的设计基于时间内塑料熔体凝固时所放出的热量等于冷却水所带走的热量，进行冷却系统的设计。（1）PP的成型温度为160°C~260°C及模具温度为40°C~60°C取50°C，用常温水对模具进行冷却。1）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量W塑件的体积V=V主+V分+nV塑=（1.487+22.621+4×81.125）cm3=348.608cm3塑件的质量m=Vρ=348.608cm3×0.905/cm3=315.49g=0.31549查表2.21得，当塑件壁厚为3mm时，得t冷=25.5s。设注射时间t注=5s，脱模时间t脱=10s，则注射周期：t=t注+t冷+t脱=（5+25.5+10）s=4