茄化是什么意思一模一腔直浇口顶板顶出塑料碗模具设计

2021年1月16日发(作者：宁小娟)
武汉工程大学材料学院模具设计课程设计说明书

摘要


本次设计的是塑料碗
,
主要介绍了碗的设计思路、加工过程和碗的注射模的设
计。这种聚丙烯水杯无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度、耐热性都较好，
是人们日常生活中的必 不可少的生活用品。




本次设计采用的是注射成型。
在设计过程中，
首先对进行原材料分析，
比
较不同塑料的物理和化学性质从而选定碗的 最佳原料为聚丙烯。
然后计算碗的体
积，
初步选定注射机和标准模架，
再进一 步设计模具各个结构，
最后对注射机进
行校核。




关键词：注塑成型

注射机

模具

















I
武汉工程大学材料学院模具设计课程设计说明书


Abstract



This design is about bow. It mainly introduces the design ideas 0f
bow, the processes, and the injection mold. bow have many advantages,
such
as
it's
non- poisonous,
unpalatable,
low
density,
what's
more,
it's
strength, stiffness, rigidity and heat-resistance are also good. It's essential
to daily life.



The design adopt the injection molding. During the design process,
first, we analyse raw materials, and select PP as the best material of bowl
by comparing the different physical and chemical properties of plastics.
Then
calculating
the
volume
of
a
bowl.
Following
initially
selected
injection machine and the standard mold, design further structural of each
mold. Finally, check on the injection machine.
Key words : injection molding



injection machine


the mould








II
武汉工程大学材料学院模具设计课程设计说明书



目录

摘要
............................ .................................................. .................................................. ...................
I

Abstract
... .................................................. .................................................. ..................................... II
第一章

制品成型工艺分析

.
............ .................................................. ......................................... - 1 -
1.1
材料的选用

.
................... .................................................. ............................................ - 1 -
1.2
注塑模工艺条件

.
.................. .................................................. ...................................... - 1 -
1.3
塑件的尺寸选择

.
.................. .................................................. ...................................... - 2 -
1.3.1
塑件的尺寸

.
................. .................................................. .................................. - 2 -
1.3.2
塑件的表面质量

.
......................... .................................................. .................. - 3 -
第二章

型腔布局与分型面设计

.
...................... .................................................. ....................... - 4 -
2.1
型腔数目

.
......................................... .................................................. .......................... - 4 -
2.2
分型面的设计

.
.......................... .................................................. ................................. - 4 -
第三章

注射成型机的选型

.
............ .................................................. ......................................... - 5 -
3.1
注塑机的选用

.
................... .................................................. ......................................... - 5 -
第四章

浇注系统部件的设计

.
........... .................................................. ...................................... - 6 -
4.1
主流道设计

.
................... .................................................. ............................................ - 6 -
4.2
主流道尺寸计算

.
................. .................................................. ...................................... - 7 -
4.3
定位圈

.
..................... .................................................. .................................................. - 7 -
4.4
浇口的设计

.
............. .................................................. .................................................. - 8 -
4.5
浇口套的设计

.
............ .................................................. ............................................... - 9 -
第五章

模具成型零件的设计

.
....... .................................................. ........................................ - 10 -
5.1
影响工作尺寸的因素

.
............... .................................................. .............................. - 10 -
5.2
型腔的径向尺寸计算

.
....................... .................................................. ...................... - 10 -
5.3
型芯的径向尺寸计算

.
................ .................................................. .............................. - 10 -
5.4
型腔深度尺寸计算

.
................. .................................................. ................................. - 11 -
5.5
型芯深度尺寸计算

.
................. .................................................. ................................. - 11 -
第六章

合模导向机构的设计

.
........... .................................................. .................................... - 12 -
6.1
导柱导向机构设计要点

.
.............. .................................................. ........................... - 12 -
6.2
带头导柱

.
............................ .................................................. ..................................... - 12 -
6.3
带头导套

.
.................... .................................................. ............................................. - 13 -
第七章

脱模机构的设计

.
........... .................................................. ............................................ - 15 -
7.1
脱模机构设计的总体原则

.
........... .................................................. .......................... - 15 -
7.2
推件力的计算

.
.......................... .................................................. ............................... - 15 -
7.3
复位杆

.
............................. .................................................. ........................................ - 15 -
7.4
推件板

.
..................... .................................................. ................................................ - 16 -
7.5
浇注系统凝料脱模机构

.
......... .................................................. ................................ - 16 -
第八章

注塑模温度控制系统设计

.
......... .................................................. .............................. - 17 -
8.1
冷却、加温控制设计

.
....................... .................................................. ...................... - 17 -
第九章

注塑模排气系统设计

.
....................... .................................................. ........................ - 18 -
9.1
排气槽的设计

.
.......................... .................................................. ............................... - 18 -
第十章

注塑机工艺参数的校核

.
...................... .................................................. ..................... - 19 -

III
武汉工程大学材料学院模具设计课程设计说明书

10.1
注射压力的校核

.
................. .................................................. ................................... - 19 -
10.2
锁模力校核

.
................... .................................................. ......................................... - 19 -
10.3
开模行程的校核

.
................. .................................................. ................................... - 19 -
10.4
安装部分的尺寸校核

.
............... .................................................. ............................. - 19 -
10.4.1
喷嘴尺寸

.
............................ .................................................. ..................... - 19 -
10.4.2
定位环

.
............................. .................................................. .......................... - 20 -
10.5
强制脱模的校核

.
................. .................................................. ................................... - 20 -
第十一章

工艺卡片

.
............... .................................................. ................................................ - 21 -
11.1
塑料模具碗注射成型的工艺参数

.
.... .................................................. ................... - 21 -
参考资料
........... .................................................. .................................................. ..................... - 21 -
附图一

课程设计塑料模具碗总装图

.
.................... .................................................. ............... - 22 -
附表一

课程设计塑料模具碗总装图的零部件情况

................... ........................................... - 23 -

IV
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第一章

制品成型工艺分析

1.1
材料的选用

塑料碗的使用性能要求：无毒、一定的刚性、耐热性等。

塑件的材料可选用
PP
，
属热塑性塑料，
可以采用注射成型。
无色、
无味、
无 毒，对人体健康没有威胁，并有良好的表面光泽。密度为
0.90~0.91 g/cm3
，
质轻。

PP
高的结晶性赋予它良好的耐溶剂性和耐热 性能。
PP
具有较好的力学
性能，其拉伸屈服强度和拉伸强度都超过
PE，其拉伸强度还超过
PS
和
ABS
。
PP
的力学性能受 温度的影响比较小，即使温度为
100
℃时，其拉伸强度仍能
保持一半。
PP
的冲击强度强烈依赖温度的大小，在室温以上，
PP
的冲击性
能较好；但在低 温时，其冲击性能迅速变差。

从使用性能看，该塑料刚度好，耐水、耐油、耐热性强，可耐< br>100
℃热
水煮沸，所得制品是唯一可放入微波炉加热的塑料碗。

从成型性能上看，该塑料吸水性小，加工前不必干燥处理。熔体接近非
牛顿流体，黏度对温度敏 感小，其取决于剪切速率，熔料的流动性较好，成
型容易，但收缩率较大。

另外，该 塑料成型时易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷；成型温度低时，
方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力 。因此，在成型时应注意控制成
型温度，浇注系统应较缓慢散热，冷却速度不宜过快。

PP
的透明性差，可制的半透明制品。

以
PP
为原材料，成本低，是较理想的材料。

1.2
注塑模工艺条件

①

干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。

②
PP
染色性较差 ，
色粉在塑料中扩散不够均匀，
大塑件尤为明显。
PP
制品
表面若需 喷油或移印等装饰，须先用
PP
底漆擦拭。

③

熔化温度 ：因
PP
高结晶，所以加工温度需要较高。前料筒
200~240
℃，
中料筒
170~220
℃，后料筒
160~190
℃，注意不要超过
275
℃。实际上为减少飞
边，收缩等缺陷，往往取偏下限料温。


- 1 -
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④

模具温度：
40~80
℃，建议使用
50
℃左右。结晶程度主要由模 具温度决
定。模温太低，塑件表面光泽差，甚至无光泽；模温太高，则易发生翘曲变形，
收缩凹 陷等。

⑤

注射压力：
PP
成型收缩率大，尺寸不稳定， 塑件易变形收缩，可采用提
高注射压力及注射速度，
减少层间剪切力使成型收缩率降低，
但
PP
流动性很好，
注射压力大时易出现飞边且有方向性强的缺陷，
注射压 力一般为：
50~80MPa
，
保
压压力取注射压力的
80%
左右，
宜取较长的保压时间补缩及较长的冷却时间保证
塑件尺寸，变形程度。

⑥

注射速度：
PP
冷却速度快，宜快速注射，适当加深排气槽来改 善排气不
良。如果制品表面出现了缺陷，也可使用较高温度下的低速注塑。

注意：高 结晶的
PP
高分子在熔点附近，其容积会发生很大变化，冷却时收
缩及结晶化导致塑件 内部产生气泡甚至局部空心，
所以调节注塑工艺参数要有利
于补缩。

1.3
塑件的尺寸选择

1.3.1
塑件的尺寸

塑件尺寸的大小受制于以下因素：

①

取决于用户的使用要求；

②

受制于塑件的流动性；

③

受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力；

④

在此不考虑塑件的公差问题。

根据日常需要，此次设计选择的 是塑料碗外径
D
1
=100mm
，塑料碗内径
D
2
=96mm
，
碗底直径
D
3
=60mm
，
碗高H=60mm
，
壁厚和底厚
S=2mm
，
底部凸起
h< br>0
=10mm
。

制品的尺寸图如图
1.1
，三视图如图
1.2
：



- 2 -
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图
1.1
塑料模具碗的尺寸图


图
1.2
塑料模具碗的三视图

1.3.2
塑件的表面质量

塑件 的表面质量包括塑件缺陷、
表面光泽性与表面粗糙度，
其与模塑成型工
艺、塑料的品种 、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。

模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件 对应部位的表面粗糙度在数值上要低
1-2
级。本设计要求制造的碗，表面应该光滑，由于型腔 磨损而使表面粗糙度不
断加深，应该随时抛光复原。





- 3 -
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第二章

型腔布局与分型面设计

2.1
型腔数目

根据所接任务书和题目，模腔数为一模一腔，型腔布局如图
2.1
图
2.1
型腔布局

2.2
分型面的设计


选择设计分型面的基本原则是：
分型面应选择在塑件断面轮廓最大的位置，
以便顺利脱模。同时还应考虑以下因素：


（
1
）应便于塑件脱模并简化模具结构


尽可能使塑件在动定模分离后留在动模一侧。


（
2
）应考虑塑件的技术要求


（
3< br>）尽量选择在不影响塑件外观的位置，并使
其产生的飞边易于清理和修整。


（
4
）应有利于排气


为此应尽量使分型面与充模时型腔料流末
端重合，以利于排气。


（
5
）应便于模具零件加工

（
6
）
应考虑注射机的技术参数

图
2.2
浇注系统示意图

（
7
）
应尽量选择塑件在垂直合模方向上投影面积较小的表面，
以减少锁模
力。


综合以上因素，该制品的分型面可确定为与右图类似：






- 4 -
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第三章

注射成型机的选型

3.1
注塑机的选用


图
3.1
制品的尺寸图

制品碗底圆柱体积
V
1
=S
0
h
0
=(D
3
/2)
2
π
h
0
=(6/2)
2
×
3.141
×
1c m
3
=28.27cm
3
；

制品除中间圆锥四周壁的体积
V
2
=1/3
×
{2/3
×
π
×
（
R
3
-r
3
）
}=10.06cm
3
；

制品碗底体积
V
3
=V
1
-V
球面
= V
1
-
π
×
{2/3
×
r
a
3×
67.11/180
—
1/3
×
ha
×
r< br>a
2
}
所以
V
3
=V
1
-V球面
=43.17cm
3
；

整个制品的体积
V=V< br>2
+V
3
=10.06cm
3
+43.17cm
3< br>=53.23cm
3
；

额定注射量
V
*
=53.23/0.8 cm
3
=66.54cm
3
；

所需熔体
PP塑料质量
M=V
ρ
=53.23cm
3
×
0.91g/ cm
3
=48.44g
；

注射机选型为
SZ
—< br>60/40
塑料注塑成型机。有关技术参数如下：

表
3.1
注塑机的技术参数

项目

参数

项目

理论注射容积

100
cm?

注射压力

最大开模行程

305mm
模具最大厚度

模具定位孔直
模具最小厚度

170mm
径

锁模力

喷嘴球半径

10mm
螺杆直径

35 mm
注射速率

参数

170MPa
300mm
100mm
800KN
95 g/s


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第四章

浇注系统部件的设计

该模具采用的是直浇口，一模一腔，只需设计主流道，即可。

4.1
主流道设计

主流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看作是喷嘴的通道在模具中的延续 ，
另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。形状结构如图
4.1
：


图
4.1
主流道示意图

其设计要点：

a)

主流道设计成圆锥形，
其锥角可取
2°
~6°
，
流道壁表面粗糙度取
Ra=0.8
μ
m
，
且加工时应沿 道轴向抛光；

b)

主流道如端凹坑球面半径
R
2
比注射机的、喷嘴球半径
R
1
大
1~2 mm
；
球面凹坑深度
3~5mm
；主流道始端入口直径
d
比注射机的喷嘴孔直径大< br>0.5~1mm
；
一般
d=
2.5~5mm
；

c)

主流道末端呈圆无须过渡，圆角半径
r=
1~3mm
；

d)

主流道长度
L
以小于
60mm
为佳，最长不 宜超过
95mm
；

e)

主流道常开设在可拆卸的主流道 衬套上；其材料常用
T8A
，热处理淬火后
硬度
53~57
HRC< br>。





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4.2
主流道尺寸计算

（
1
）主流道通常设计成圆锥形，
PP< br>的流动性较好，可取锥角
a=3
°，内壁
表面粗糙度一般为
Ra=0. 8um
。

（
2
）根据所选注射机
,
则主流道小端直径为

d=
注射机喷嘴直径
d
0
+
（
0.5~1
）
mm=4+1=5mm.

主流道球面半径为
R=
喷 嘴球面半径
R
0
+
（
1~2
）
mm=10+1=1 1mm

主流道与喷嘴对接处凹坑深度
h=
3~5
mm,
可取
4mm
。

（
3
）为减小料流转向过渡时的阻 力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径
r=
1~3
mm
，这里取
2 mm.
（
4
）通常主流道长度由模板厚度确定，本模具取
L=40mm。

4.3
定位圈

因为采用的无托唧咀，
所以用定 位圈配合固定在模具的面板上。
定位圈也是
标准件，外径为
Φ
100mm，内径
Φ
70mm
。

根据
GB/T
4169.18-2006
塑料注射模具零件

第
21
部分，
定位圈示意图如下：


图
4.2
定位圈

根据标准模架和
CAD
的标注尺寸选择如下几何尺寸：

D
0
=100mm D
1
=70mm h=15mm
；


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材料：
45
钢

定位圈

φ
60 GB/T 4169.18-2006
4.4
浇口的设计

浇口亦称进料 口，
是连接分流道与型腔的通道，
除直接浇口外，
它是浇注系
统中截面最小的 部分，
但却是浇注系统的关键部分，
浇口的位置、
形状及尺寸对
塑件性能和质 量的影响很大。

a)
浇口的选用

它是流道系统和型腔之间的通道
,
这里我们采用直浇口：

?

浇口在成形自动切数断，故有利于自动成形；

?

浇口的痕迹不明显，通常不必后加工；

?

浇口之压力损失大，必须高之射出压力；

?

浇口部份易被固化之残锱树脂堵隹。

它常用于成型中、小型塑料件的一模多腔的模具 中，也可用于单型腔模具或
表面不允许有较大痕迹的塑件。

b)


浇口位置的选用

模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一 步修改
浇口尺寸，
无论采用何种浇口，
其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，< br>因
此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，
同时浇口位置的不同还影响
模具结构。
总之要使塑件具有良好的性能与外表，
一定要认真考虑浇口位置的选
择。 通常要考虑以下几项原则：

?

尽量缩短流动距离；

?

浇口应开设在塑件壁厚最大处；

?

必须尽量减少熔接痕；

?

应有利于型腔中气体排出；

?

考虑分子定向影响；

?

避免产生喷射和蠕动；

?

浇口处避免弯曲和受冲击载荷；

?

注意对外观质量的影响。

c)


浇注系统的平衡

对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，
设计应尽量保证所

- 8 -
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有的型腔同时 得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况
下，
应将从主流道到各个型腔的 分流道设计成长度相等、
形状及截面尺寸相同
（型
腔布局为平衡式）
的形式，
否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型
工艺条件达到一致，
这就是浇注系 统的平衡。
显然，
我们设计的模具是平衡式的，
即从主流道到各个型腔的分流道的长度 相等，形状及截面尺寸都相同。

4.5
浇口套的设计

根据
GB/T
4169.19-2006
塑料注射模模零件

第
19
部分，
浇口套示意图如下：

图
4.4
浇口套

根据标准模架和
CAD
的标注尺寸选择如下几何尺寸：

D=20mm D
1
=50mm D
2
=4.0mm L=50mm
；

材料：
45
钢

浇口套

φ
20
?
50 GB/T 4169.19-2006
。





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