圓形塑料飯盒注塑模具設計【含CAD圖紙、說明書】

目 錄 摘要 2 1前 言 3 2塑件的工藝分析 3 2.1塑件原材料分析 3 2.2塑件結構、尺寸精度及表面質(zhì)量分析 4 2.3塑件的體積與重量 5 2.4塑件注塑工藝參數(shù)的確定 5 3擬定成型方案 6 3.1分型面的選擇 6 3.2確定型腔布置 7 3.3澆注系統(tǒng)的設計 8 3.3.1主流道的設計 8 3.3.2澆口設計 8 4.模具成型零件的設計與計算 9 4.1凸模、凹模、型芯設計與計算 9 4.2型腔側壁厚度和底板的計算 10 5.脫模機構的設計與計算 12 5.1脫模機構的設計原則 12 5.2脫模力的計算 12 6.合模導向機構設計 13 7.注塑機的選定與相關參數(shù)的校核 14 7.1注塑機初步的選定 14 7.2注塑機相關參數(shù)的校核 14 8.設計小結 15 參考文獻 15 塑料飯盒注塑模設計 學 生： 指導老師： 摘要：本課題主要是針對塑料飯盒的注塑模具設計,該塑料飯盒材料為無毒PP材料，是日常生活中常見的一種塑件產(chǎn)品。通過對塑件進行工藝的分析和比較,最終設計出一副注塑模。該課題從產(chǎn)品結構工藝性，具體模具結構出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結構、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關參數(shù)的校核、都有詳細的設計，同時并簡單的編制了模具的加工工藝。通過整個設計過程表明該模具能夠達到此塑件所要求的加工工藝。根據(jù)題目設計的主要任務是飯盒注塑模具的設計，也就是設計一副注塑模具來生產(chǎn)塑件產(chǎn)品，以實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)量。針對塑件的具體結構，該模具是點澆口的雙分型面注射模具。 關鍵詞:注塑模，塑料飯盒 Potted molded plastic lunch box's mold design Student: Tutor: Abstract: This topic mainly aims at potted molded plastic lunch box's mold design, this plastic lunch box material for the non-toxic PP material, is in the daily life the common one kind models a product. Through to models to carry on the craft the analysis and the comparison, designs a note mold finally. This topic from the product mix technology capability, the concrete mold structure embarks, to mold's gating system, the mold formation part's structure, goes against the system, the cooling system, injection molding machine's choice and the related parameter examination, has the detailed design, simultaneously and simple establishment mold's processing craft. Through the entire design process indicated that this mold can achieve this to model the processing craft which an institute requests. According to the topic design's primary mission is the lunch box injection mold's design, is also designs an injection mold to produce models a product, realizes the automation to raise the output. In view of models a concrete structure, this mold is the runner duplex profile injection mold.. Key word: note mold , plastic lunch box 1 前 言 隨著中國當前的經(jīng)濟形勢的日趨好轉，在“實現(xiàn)中華民族的偉大復興”口號的倡引下，中國的制造業(yè)也日趨蓬勃發(fā)展；而模具技術已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一，模具工業(yè)能促進工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展和質(zhì)量提高，并能獲得極大的經(jīng)濟效益，因而引起了各國的高度重視和贊賞。在日本，模具被譽為“進入富裕的原動力”，德國則冠之為“金屬加工業(yè)的帝王”，在羅馬尼亞則更為直接：“模具就是黃金”。可見模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中重要地位。我國對模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視，早在1989年3月頒布的《關于當前國家產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，就把模具技術的發(fā)展作為機械行業(yè)的首要任務。 ? 近年來，塑料模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動化、大型、長壽命、精密模具在模具產(chǎn)量中所戰(zhàn)比例越來越大。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔化后，在注塑機的螺桿或活塞的推動下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔內(nèi)，塑料在其中固化成型。 ? 本次課程設計的主要任務是塑料飯盒注塑模具的設計。也就是設計一副注塑模具來生產(chǎn)塑料盒塑件產(chǎn)品，以實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)量。針對盒蓋的具體結構，通過此次設計，使我對點澆口雙分型面模具的設計有了較深的認識。同時，在設計過程中，通過查閱大量資料、手冊、標準、期刊等，結合教材上的知識也對注塑模具的組成結構（成型零部件、澆注系統(tǒng)、導向部分、推出機構、排氣系統(tǒng)、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認識，拓寬了視野，豐富了知識，為將來獨立完成模具設計積累了一定的經(jīng)驗。 2 塑件的工藝分析 2.1 塑件原材料分析 本塑件及塑料飯盒為日常生活中所常見的塑料制品，主要用于盛裝食品。根據(jù)其使用的特殊性，綜合分析各種塑料的性能，聚丙烯（pp）為最佳材料。 聚丙烯密度低，無色，無味，無毒，透明度較聚乙烯高，透氣性低。此外，聚丙烯的屈服強度、彈性、硬度及抗拉、抗壓強度等都高于聚乙烯，其拉伸強度甚至高于聚苯乙烯和ABS。聚丙烯吸水率低，絕緣性能好，能耐弱酸、弱堿。聚丙烯在100oC以上的溫度下進行消毒滅菌，熔點為164～170oC，其最高使用溫度達150oC，最低使用溫度達-15oC。聚丙烯在氧、熱、光的作用下極易降解老化，所以必須加入防老化劑。定向拉伸后的聚丙烯可制作鉸鏈，抗彎曲疲勞強度特別高。聚丙烯成型加工時收縮率較大，易導致成型加工出來的制件出現(xiàn)變形、縮孔等缺陷。 2.2 塑件結構、尺寸精度及表面質(zhì)量分析 （1）塑件結構分析：如圖，圖1、圖2分別為塑件的3D俯視圖和仰視圖。塑件整體高度為74.5mm，厚度為3mm，盒體底部有一個截面半徑為1.5mm的半圓環(huán)的凸臺。飯盒的內(nèi)徑為150mm，外徑為156mm，盒口有厚度為3mm、寬4mm、半徑82mm的方形截面的圓環(huán)型凸邊。另外，盒口對分布有一對凸臺，長度為34mm，兩凸臺外緣距離為174mm。（具體尺寸見塑件三視圖） （2）塑件尺寸精度分析：因塑件材料為PP,此塑件上有兩個尺寸有精度要求，分別是和，均為MT3級塑料精度，屬于中等精度等級，在模具設計和制造過程中要嚴格保證這些尺寸的精度要求。其余尺寸均無精度要求為自由尺寸，可按MT5級精度查取公差值。 （3）塑件表面質(zhì)量分析：飯盒表面精度要求不高，采用點澆口流道的雙分型面型腔注射模可以保證其表面精度。 圖1 塑件俯視圖 圖2 塑件仰視圖 2.3 塑件的體積與重量 塑件主要尺寸及結構由見圖3，近似計算的塑件體積，查手冊聚丙烯密度，故塑件質(zhì)量。 圖 3 產(chǎn)品設計圖 2.4 塑件注塑工藝參數(shù)的確定 根據(jù)情況，PP的成型工藝參數(shù)可作如下選擇，在試模時可根據(jù)實際情況作適當?shù)恼{(diào)整。注射溫度包括料筒溫度和噴嘴溫度。 料筒溫度：前段溫度為 中斷溫度為 后段溫度為 噴 嘴：噴嘴選用直通式，噴嘴溫度為 注射壓力：選用 注射時間：選用 　　保壓時間：選用 　 保壓壓力：選用　　 冷卻時間：選用 成型周期： 3 擬定成型方案 3.1 分型面的選擇 如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則： （1）保證塑料制品能夠脫模 這是一個首要原則，因為我們設置分型面的目的，就是為了能夠順利從型腔中脫出制品。根據(jù)這個原則，分型面應首選在塑料制品最大的輪廓線上，最好在一個平面上，而且此平面與開模方向垂直。分型的整個廓形應呈縮小趨勢，不應有影響脫模的凹凸形狀，以免影響脫模。 （2）使型腔深度最淺 模具型腔深度的大小對模具結構與制造有如下三方面的影響： ① 目前模具型腔的加工多采用電火花成型加工，型腔越深加工時間越長，影響模具生產(chǎn)周期，同時增加生產(chǎn)成本。 ② 模具型腔深度影響著模具的厚度。型腔越深，動、定模越厚。一方面加工比較困難；另一方面各種注射機對模具的最大厚度都有一定的限制，故型腔深度不宜過大。 ③ 型腔深度越深，在相同起模斜度時，同一尺寸上下兩端實際尺寸差值越大，如圖2。若要控制規(guī)定的尺寸公差，就要減小脫模斜度，而導致塑件脫模困難。因此在選擇分型面時應盡可能使型腔深度最淺。 （3）使塑件外形美觀，容易清理 盡管塑料模具配合非常精密，但塑件脫模后，在分型面的位置都會留有一圈毛邊，我們稱之為飛邊。即使這些毛邊脫模后立即割除，但仍會在塑件上留下痕跡，影響塑件外觀，故分型面應避免設在塑件光滑表面上，如圖3的分型面a位置，塑件割除毛邊后，在塑件光滑表面留下痕跡；圖3的分型面b處于截面變化的位置上，雖然割除毛邊后仍有痕跡，但看起來不明顯，故應選擇后者. （4）盡量避免側向抽芯 塑料注射模具，應盡可能避免采用側向抽芯，因為側向抽芯模具結構復雜，并且直接影響塑件尺寸、配合的精度，且耗時耗財，制造成本顯著增加，故在萬不得己的情況下才能使用. （5）使分型面容易加工 分型面精度是整個模具精度的重要部分，力求平面度和動、定模配合面的平行度在公差范圍內(nèi)。因此，分型面應是平面且與脫模方向垂直，從而使加工精度得到保證。如選擇分型面是斜面或曲面，加工的難度增大，并且精度得不到保證，易造成溢料飛邊現(xiàn)象。 （6）使側向抽芯盡量短 抽芯越短，斜抽移動的距離越短，一方面能減少動、定模的厚度，減少塑件尺寸誤差；另一方面有利于脫模，保證塑件制品精度 。 （7）有利于排氣 對中、小型塑件因型腔較小，空氣量不多，可借助分型面的縫隙排氣。因此，選擇分型面時應有利于排氣。按此原則，分型面應設在注射時熔融塑料最后到達的位置，而且不把型腔封閉 綜上所述，選擇注射模分型面影響的因素很多，總的要求是順利脫模，保證塑件技術要求，模具結構簡單制造容易。當選定一個分型面方案后，可能會存在某些缺點，再針對存在的問題采取其他措施彌補，以選擇接近理想的分型面。對于本塑件，盒口凸邊的下緣面為最佳第一分型面。 3.2 確定型腔布置 確定型腔的方法有：根據(jù)鎖模力確定；根據(jù)最大注射量確定；根據(jù)塑件精度確定和經(jīng)濟性確定等。根據(jù)設計說明書的設計要求、塑件的幾何結構特點及尺寸精度要求，本制品采用一模一腔。 3.3 澆注系統(tǒng)的設計 3.3.1 主流道的設計 主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是熔體最先流經(jīng)模具的部分，它的形狀與尺寸對塑料熔體的流動速度和充模時間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。 主流道通常設計在澆口套中，為了讓主流道凝料能順利從澆口套中拔出，主流道設計成圓錐形，其錐角為，流道表面粗糙度，小端直徑比注射機噴嘴直徑大。現(xiàn)取錐角，小端直徑比噴嘴直徑大。澆口套一般采用碳素工具鋼材料制造，熱處理淬火硬度。由于小端的前面是球面，其深度為(現(xiàn)取為)，注射機噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大。澆口套與模板間配合采用的過渡配合。 本塑件所用澆口套形式及其固定形式見圖4和圖5 。 圖4 澆口套形式 圖5 澆口套固定形式 3.3.2 澆口設計 澆口的形式眾多，通常都有邊緣澆口、扇形澆口、平縫澆口、圓環(huán)澆口、輪輻澆口、點澆口、潛伏式澆口、護耳澆口、直澆口等。模具設計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴格，初步試模后還需進一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設位置對塑件成型性能及質(zhì)量影響很大，因此合理選擇澆口的開設位置是提高質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，同時澆口位置的不同還影響模具結構。總之要使塑件具有良好的性能與外表，一定要認真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項原則： (1）盡量縮短流動距離。 (2）澆口應開設在塑件壁厚最大處。 (3）必須盡量減少熔接痕。 (4）應有利于型腔中氣體排出。 (5）考慮分子定向影響。 (6）避免產(chǎn)生噴射和蠕動。 (7）澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。 (8）注意對外觀質(zhì)量的影響 根據(jù)澆口的成型要求及型腔的排列方式，聯(lián)系產(chǎn)品實際使用要求，本產(chǎn)品選用點澆口較為合適。具體形式見圖6。 圖6 澆口形式 由于采用點澆口，所以不設冷料井。 4 模具成型零件的設計與計算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用來構成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸（包括矩形和異行零件的長和寬），型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸等。任何塑件制件都有一定的幾何形狀和尺寸的要求，如在使用中有配合要求的尺寸，則精度要求較高。在模具設計時，應根據(jù)塑件的尺寸及精度等級確定模具成型零件的工作尺寸及精度等級。影響塑件尺寸精度的因素相當復雜，這些影響因素應作為確定成型零件工作尺寸的依據(jù)。 4.1凸模、凹模、型芯設計與計算 凸模亦稱型芯，是成型塑件內(nèi)表面的零件，成型其主體部分內(nèi)表面的零件稱為主型芯或凸模，而成型其他小孔的型芯稱為小型芯或成型桿，成型塑件塑件上內(nèi)螺紋的稱為螺紋型芯。凹模亦稱型腔，是成型塑件外表面的主要零件，其中成型塑件上外螺紋的稱螺紋型環(huán)。凹、凸模按結構不同可分為整體式和組合式。 本產(chǎn)品模具凹模、凹模的結構均采用整體嵌入式，其形式如圖7、圖8所示。本設計中零件工作尺寸的計算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算，查表取PP的成型收縮率為0.02，模具制造公差取z=Δ/3。 考慮到實際的模具制造條件和工件的實際要求，成型零件是公差等級取級。 由圖1可知塑件只有兩處有精度要求：和，故只需計算型腔工作尺寸和型芯，其余尺寸均無精度要求，可按塑件尺寸近似取得。 圖8 凹模形式 圖9 凸模形式 根據(jù)塑件尺寸可得出以下尺寸： ;； ;； 4.2 型腔側壁厚度和底板的計算 該塑件模具型腔壁結構為組合式圓形側壁，其結構及受力情況如圖9所示。 （1）型腔壁厚計算 組合式圓形腔側壁可視為兩端開口、僅受均勻內(nèi)壓力的厚壁圓筒。當型腔受到熔體的高壓作用時，其內(nèi)半徑增大，在側壁與底板之間產(chǎn)生縱向間隙，間隙過大會導致溢料。 側壁和型腔底配合處間隙值為 式中——型腔單位面積熔體壓力，MPa； ——型腔材料泊松比，碳鋼取0.25； ——型腔材料拉伸彈性模量，鋼彈性模量??； ——型腔外壁半徑； ——型腔內(nèi)壁半徑； 應使，則壁厚，由前面的計算與分析可知，型腔內(nèi)壁半徑，取，，，，經(jīng)計算整理并查表得：型腔壁厚，模套壁厚 （2）型腔底板厚度計算 式中為模具材料許用應力，碳鋼材料 圖9 型腔結構及受力狀況 5 脫模機構的設計與計算 5.1 脫模機構的設計原則 （1）推出機構應盡量設置在動模一側 由于推出機構的動作是通過裝在注射機合模機構上的頂桿來驅動的，所以一般情況下，推出機構設在動模一側。正因如此，在分型面設計時應盡量注意，開模后使塑件能留在動模一側。 （2）保證塑件不因推出而變形損壞 為了保證塑件在推出過程中不變形、不損壞，設計時應仔細分析塑件對模具的包緊力和粘附力的大小，合理的選擇推出方式及推出位置。推力點應作用在制品剛性好的部位，如筋部、凸緣、殼體形制品的壁緣處，盡量避免推力點作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如殼體形制件及筒形制件多采用推板推出。 從而使塑件受力均勻、不變形、不損壞。 （3）機構簡單動作可靠 推出機構應使推出動作可靠、靈活，制造方便，機構本身要有足夠的強度、剛度和硬度，以承受推出過程中的各種力的作用，確保塑件順利脫模。 （4）良好的塑件外觀 推出塑件的位置應盡量設在塑件內(nèi)部，或隱蔽面和非裝飾面，對于透明塑件尤其要注意頂出位置和頂出形式的選擇，以免推出痕跡影響塑件的外觀質(zhì)量。 （5）合模時的正確復位 設計推出機構時，還必須考慮合模時機構的正確復位，并保證不與其他模具零件相干涉。推出機構的種類按動力來源可分為手動推出，機動推出，液壓氣動推出機構。 本塑件模具采用推件板推出機構。 5.2 脫模力的計算 圖10 型芯受力分析 塑件注射成型后在模內(nèi)冷卻定形，由于體積收縮，對型芯產(chǎn)生包緊力，塑件從模具中推出時，就必須克服因包緊力而產(chǎn)生的摩擦力。對底部無孔的筒、殼類的塑料制件，脫模推出時還要克服大氣壓力。型芯的成型端部，一般均要設計脫模斜度。另外，塑件剛開始脫模時所需的脫模力最大，其后，推出力的作用僅僅克服了推出機構的移動摩擦力。 圖11所示為塑件脫模時型芯的受力分析。由于推出力的作用，使塑件對型芯總壓力降低了，因此，推出時摩擦力 式中——脫模時型芯受到的摩擦阻力； ——塑件對型芯的包緊力； ——脫模力； ——脫模斜度； ——塑件對鋼的摩擦系數(shù)，一般為0.1～0.3。 根據(jù)力的平衡原理，可得： 故有，因實際上摩擦系數(shù)較小，更小，也小于1，故可簡化為，其中A為塑件包絡型芯的面積，p為塑件對型芯單位面積上的包緊力，一般情況下，模外冷卻的塑件，p?。荒?nèi)冷卻的塑件，p取。本設計中的塑件采用模內(nèi)冷卻，，取，脫模斜度，。由于塑件為底部無孔制件，脫模時還應考慮克服大氣壓力，即 6 合模導向機構設計 在模具進行裝配或成型時，合模導向機構主要用來保證動模和定模兩大部分或模內(nèi)其他零件之間的準確對合，確以保證塑料制件的形狀和尺寸精度，并避免模內(nèi)各零部件發(fā)生碰撞和干涉。合模導向機構主要有導柱導向和錐定位兩種形式。本設計采用導柱導向機構，其結構如圖12所示。 圖11 導柱導向機構形式 7 注塑機的選定與相關參數(shù)的校核 7.1 注塑機初步的選定 前面已計算的出塑件體積，且該塑件采用單型腔制造。根據(jù)計算的制品體積及質(zhì)量來確定注射機的型號和規(guī)格。為了保證注射成型的正常進行，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，一次注射成型所需塑料的總量宜為最大注射量的80%，最大注塑量，查手冊初步選定選定XS-Z-60型注塑機。該型號注塑的規(guī)格和性能見下表。 項目? 單位 參數(shù) 螺桿直徑 38 額定注射容量 60 注射壓力 122 噴嘴孔直徑 4 鎖模力 500 拉桿間距 190 最大開模行程 180 模具最小厚度 70 模具最大厚度 200 噴嘴球半徑 12 液壓泵電動機功率 11 加熱功率 2.7 外形尺寸 31608501550 7.2 注塑機相關參數(shù)的校核 （1）注塑壓力的校核 查手冊可得到用熱塑性塑料注射成型工藝參數(shù)注射壓力（選擇的注塑機實際注射壓力)，合乎要求。 （2）鎖模力的校核 鎖模力是指當高壓熔體充滿模具型腔時，會在型腔內(nèi)產(chǎn)生一個很大的力，力圖使模具分型面漲開，其值等于塑件和流道系統(tǒng)在分型面上總的投影面積乘以型腔內(nèi)塑料壓力。作用在這個面上的力應小于注塑機的額定鎖模力F 。 由注塑機的規(guī)格和性能表可知注射壓力，由圖3可算得塑件投影面積，因為為點澆口澆注系統(tǒng)，故澆注系統(tǒng)投影面積。 故注射時所需合模力 （為塑料熔體對型腔成型的壓力，其大小一般為注射壓力的）。 故，所以鎖模力符合要求。 8 設計小結 鑒于本次課程設計只是初步了解模具的設計過程中，在選用課題時刻意避免了帶有側抽芯的的情況。另外，在設計過程中省略了一些相關機構的設計、計算與校核，如模具的導向機構設計、冷卻系統(tǒng)的設計、模具開合模行程的校核等。盡管如此，通過本次課程設計還是收益匪淺。首先，我對模具基本設計步驟以及相關參數(shù)的選用、計算及校核有了初步的了解；其次，本次課程設計是對我們前面所學的知識的一次鞏固與復習過程，使我們對以前所學知識有了更深一步的認識；最后，本次課程設計為我們以后的畢業(yè)設計乃至走上工作崗位后的設計工作打下了一定的基礎。 參考文獻 [1] 史鐵梁.模具設計指導.北京：機械工業(yè)出版社， 2003 [2] 全國模具編輯委員會.模具鉗工工藝. 機械工業(yè)出版社， 2003 [3] 屈華昌.塑料成型工藝與模具設計.高等教育出版社，2005 15