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1、 小水桶注射模具設計 目 錄 一 課題任務要求……………………………………………………………3 二 塑件分析及設計方案確定 2.1 塑件分析…………………………………………………………3 2.2 塑料的選材及性能分析…………………………………………4 三 小水桶注射模的詳細設計 3.1 塑料注射成型機的選擇…………………………………………6 3.2 注射模具分型面的選擇 ………………………………………10 3.3 確定型腔數 ……………………………………………………

2、10 3.4 確定澆注系統 …………………………………………………10 3.5 成型零件設計 …………………………………………………11 3.6 標準模架的選擇 ………………………………………………13 3.7 導向與定位機構設計 …………………………………………13 3.8 脫模推出機構的設計 …………………………………………18 3.9 溫度調節(jié)系統的設計 …………………………………………19 四 模具裝配 4.1 模具的裝配 ……………………………………………………20 4.2 模具的安裝及加工要點 ………………………………………21

3、 五 總裝圖 …………………………………………………………………22 一 課題任務要求 本課題是小水桶注射模設計與應用。主要利用SolidWorks三維設計軟件實現模具的設計。完成該注射模具裝配圖設計，全部零件圖紙設計，模具成型零件SolidWorks三維造型設計。 二 塑件分析及設計方案確定 2.1 塑件分析 下圖所示為小水桶零件。 筆筒零件圖 2.1.1 結構分析如下 從零件圖上分析，該零件為斜圓柱筒形，塑件成型壁厚為3mm，壁厚的選擇對注塑成型有利。該零件高度為245mm,注塑深度適中。外沿有圓弧狀翹起，在各處轉角處均有圓角。本零件有足夠的脫模斜度，對模具

4、設計有利。綜上所述，本零件的模具設計為簡單難度。 2.1.2 表面質量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷、毛刺，內部不得有導電雜質外，還要求零件滿足實際使用要求。 綜上分析可以看出，注射時在工藝參數控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。 2.2 塑料的選材及性能分析 本塑件屬于一種家庭日用產品，對質量和外觀都要求比較嚴格，如下圖所示。其材料采用的是共聚物型的PP材料，其材質為：PP。 小水桶實體零件圖 2.2.1 塑件材料的使用性能 PP是一種半結晶性材料。它比PE要更堅硬并且有更高的熔點。由于均聚物型的PP溫度高于0℃以上時非常脆，因此考慮使用的PP材料是加入了

5、1~4%乙烯的無規(guī)則共聚物或更高比率乙烯含量的鉗段式共聚物。共聚物型的PP材料有較低的熱扭曲溫度（100℃）、低透明度、低光澤度、低剛性，但是有有更強的抗沖擊強度。PP的維卡軟化溫度為150℃。由于結晶度較高，這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好，PP不存在環(huán)境應力開裂問題；低MFR的PP材料抗沖擊特性較好但延展強度較低，PP也不像PE那樣在高溫下仍具有抗氧化性。聚丙烯（PP）是常見塑料中較輕的一種，其電性能優(yōu)異，可作為耐濕熱高頻絕緣材料應用。密度為0.90~0.91。. 2.2.2 塑件材料的加工特性 （1）結晶性塑料，吸濕性小，可能發(fā)生熔體破裂，長期余熱金屬接觸已發(fā)生分解； （2）流

6、動性極好，溢邊值0.03mm左右； （3）冷卻速度快，澆注系統及冷卻系統的散熱應適度； （4）成型收縮范圍大，收縮率大，已發(fā)生縮孔、凹痕、變形，取向性強； （5）注意控制成型溫度，料溫低時取向性明顯，尤其低溫高壓時更明顯，模具溫度低于50℃以下塑件無光澤，已產生熔接痕、流痕；90℃以上時易發(fā)生翹曲、變形； （6） 塑件應壁厚均勻，避免缺口、尖角，以防止應力集中。 塑件材料的物理性能、熱性能 密度 g/cm3 0.90～0.91 質量體積 cm3/g 1.10～1.11 吸水率 24h 0.01～0.03 熔點 ℃ 170～

7、176 熔融指數 g/10min 230℃ 維卡針入度 ℃ 140～150 熱變形溫度 ℃ 102～115 線膨脹系數 10-5℃ 9.8 比熱容 J/(kgK) 1930 熱導率 W/(mK) 0.126 塑件材料的成形條件 注塑成型機類型 螺桿式 密度 g/cm3 0.90～0.91 計算收縮率 % 1.0～2.5 預熱 溫度 ℃ 80～100 時間 h 1～2 料筒溫度 ℃ 后段 160～180 中段 180～200

8、 前段 200～220 模具溫度 ℃ 80～90 注塑壓力 MPa 70～140 成形時間 s 注塑時間 20～60 高壓時間 0～3 冷卻時間 20～90 總周期 50～160 螺桿轉速 r/min 48 后處理 方法 -- 溫度 ℃ -- 時間 h -- 三 小水桶注射模的詳細設計 3.1 塑料注射成型機的選擇 注射機的選取是至關重要的，因為注射機的眾多參數需要和模具的相互匹配，否則無法正常使用，這也是我們選擇注射機的重要依據。需要計算的參數很多，有注射量、鎖模力、注射壓力

9、、拉桿間距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離。下面通過對一些參數的計算來選取注射機的型號。 3.1.1 注射量的計算 注塑機的最大注射量是指柱塞或螺桿在作一次最大注射行程時，注射裝置所能達到的最大注出量。為了保證正常的注射成型，選擇注射機時，注塑機的最大注塑量應大于制品的質量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊），通常注塑機的實際注塑量最好在最大注塑量的80﹪。 螺桿式注射機注射其他塑料時的注射量計算 nV+V ——單個塑件的容積（cm） ——澆注系統和飛邊所需要塑件的容積（cm） ——注射機額定注射量（cm） ——模具型腔數 本

10、制品屬于不規(guī)則實體，因此，不能通過體積公式來計算體積，必須要借助相關軟件來實現體積計算。這里這里，借助了SolidWorks來實現體積的計算。 體積大小為：V=514887.97 ㎜=514.89cm，對于一模多件的注射模具則要乘上制品的個數，這里是一腔一模，則總體積為514.89cm。對于一次注射體積還要加上澆注系統中凝料的體積，=26cm。 所以V=（514.89+26）/0.8=676.11cm 3.1.2最大注射壓力與模腔壓力的計算 最大注射壓力是指注射過程中位于柱塞或螺桿前端的熔融塑料的壓力，用P表示 。由于注射機類型、噴嘴形式、塑料流動特性、澆注系統結構和型腔的流動阻力等影

11、響因素，熔料進入模腔時的壓力遠小于最大注射壓力。 有效注射壓力 ： K：壓力損失系數。一般取值范圍為 （1/4-1/2）,在此取為1/3。 選注射機——注射機的最大注射壓力為: P（模腔壓力）——熔融型料在型腔內的壓力（20MP～40MP），在此取=30MP。 P/K=30/（1/3）=90MP 3.1.3鎖模力的計算 鎖模力是指注射過程中注射機能夠提供的防止模具打開的最大鎖緊力，用F表示 ，注射模從分型面漲開的力應小于注射機的額定鎖模力即： 式中F——注射機的額定鎖模力（N） A、A——塑件和澆注系統在分型面上的垂直投影面積 （mm）。 P——塑料

12、熔體在模腔中的平均壓力（Mpa），在此取30Mpa。 ——模具型腔數，為1。 經過SolidWorks計算 3.1.4 注射機型號的選定 根據以上的計算，以及塑件結構及外形尺寸、注射時所需壓力等情況，選用注射機為JPH250-B型， 基本參數 型號 JPH250-B 拉桿內間距/mm 結構形式 臥式 模板行程/mm 830 理論注射容量/g 740 最大模具厚度/mm 1050 螺桿直徑/mm 67 最小模具厚度/mm 220 注射壓力/ 164 鎖模形式 液壓 注射速率/（g/s） 164 模具定位孔直徑/mm

13、 塑化能力/（g/s） 95 噴嘴球半徑/mm R15 螺桿轉速/（r/min） 0～140 噴嘴口半徑/mm R16 鎖模力/KN 2500 生產廠家 3.1.5 注射機有關工藝參數的校核 （1）注射量的校核 0.8M≥M＋M 即 式中： ——注塑機的最大注塑量，； ——塑件的體積，，該零件＝514.89cm ——澆注系統體積，g，該零件＝26。 故 即 此處選定的注塑機注塑量為740g,所以滿足要求。 （2）鎖模力的校核。 在上面已經計算出 此處選定的注塑機為2500KN，滿足要求。 （3）模

14、具與注塑機安裝部分相關尺寸校核。 模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸的拉桿間距相適應： 模具長寬＜拉桿面積 即 450500＜560510故滿足要求。 模具閉合高度校核 本模具的閉合高度為 ，JPH250-B型注射機所允許模具的最小閉合厚度為，最大厚度為， 即模具滿足： 的安裝條件。 （4）開模行程校核 注射機的開模行程應滿足分開模具取出塑件的需要。所選注塑機為JPH250-B型，其最大行程與模具厚度無關，故注塑機的開模行程應滿足下式： （5～10） 式中 ——注塑機最大開模行程，。 H——推出距離，這里為30； H——包括澆注系

15、統在內的塑件高度，這里為295； 因為 S＝830 H＋H＋（5～10）＝30＋295＋10＝335 故開模行程滿足要求。 3.2 注射模具分型面的選擇 3.2.1 分型面的基本形式 分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、綜合式分型面。 3.2.2 分型面的設計 根據分型面的設計原則，結合相關零件的特點，選擇零件的最大端為分型面，這樣，在開模時容易取出零件。具體的形式如圖所示： 分型面的選擇 3.3確定型腔數 考慮到塑件的體積和注射機的鎖模力范圍，在這里選擇一模一腔

16、結構。 3.4確定澆注系統 注射模的澆注系統是指塑料從注射機噴嘴進入模具開始到型腔入口為止(不包括型腔)的塑料流動通道。 鑒于產品外觀的要求，我們選擇直流道澆口形式。從塑料筒底部進料，所產生的痕跡在筒底不影響正常使用。 ① 主澆道的形狀 一般為圓錐形，并取錐角 α=2～5。這個斜度比一般的脫模斜度大，主要是為了減少主澆道凝料的脫模阻力。 ②主澆道入口直徑d1應比噴咀孔徑d大些 。避免噴嘴與澆口套之間造成死角而積存冷料 ，影響澆注系統凝料脫出。 這里d=4mm，d1=6mm。 ③ 在主澆道出口處設置圓角，有利于熔料的平穩(wěn)轉向，同時還可減小料流阻力。 這里取r1=2mm

17、。 ④ 為了保證注射機噴嘴頭部與澆注系統進料處的良好吻合避免由于積存冷料而影響脫模，一般，要求澆口套凹球面半徑R比噴咀球面半徑r大1～2mm，即 這里r=15mm，R=16mm。 ⑤為了減少澆注系統的凝料消耗，減小熔料的壓力損失，同時如果結構上沒有特別需要，主澆道長度應盡可能短些，一般 在這里取H=60mm。 定位環(huán)尺寸由上面的注射機可知 定位孔直徑為150mm，定位孔深度為40mm。 3.5成型零件設計 3.5.1注射模具型腔的結構設計 型腔大體有以下幾種結構形式： a）整體式 整體式型腔由整塊材料加工而成的型腔。它的優(yōu)點是：強度和剛度都相對較高，且不易變形，塑

18、件上不會產生拼?？p痕跡。適用于形狀較為簡單的中、小型模具。 b）整體組合式 型腔由整塊材料制成，用臺肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點是便于加工。 c）局部組合式 型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多用于型腔較深或形狀較為復雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。 d）完全組合式 完全組合式是由多個螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點是，便于機加工便于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成型大面積塑件的大型型腔上。 由于本模具結構簡單，所以考慮選用整體式結構。 型腔的成型尺寸計算 計算公式如下： 參

19、數確定 K平——成形尺寸計算中所用的材料為PP，查參考文獻得PP的收縮率為S＝1.0～2.0％，故平均收縮率S＝（1.0＋2.0）％/2＝1.5％，即K平=0.015； x——由參考文獻查得修正系數為x=1/2～3/4，取x=0.5； ——由參考文獻查得模具的制造公差=（1/6～1/4）（㎜），取=0.2； ——塑件外形基本尺寸 型腔的工作尺寸按公式得： 3.5.2注射模具型芯的結構設計 型芯是用來形成制品的內表面。結合制品內部結構，采用整體組合式結構。 型芯尺寸計算 計算公式如下： 參數確定 K平——成形尺寸計算中所用的材料為PP，查參考文獻得PP的收

20、縮率為S＝1.0～2.0％，故平均收縮率S＝（1.0＋2.0）％/2＝1.5％，即K平=0.015； x——由參考文獻查得修正系數為x=1/2～3/4，取x=0.5； ——由參考文獻查得模具的制造公差=（1/6～1/4）（㎜），取=0.2； ——塑件外形基本尺寸 型芯的工作尺寸按公式得： 3.5.3成型零件的力學分析 在塑料模過程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力。在塑料熔體的壓力作用下，型腔將產生內應力及應變。如果型壁厚和底版厚度不夠，當型腔中產生的內應力超過材料的許用應力時，型腔即發(fā)生強度破壞。與此同時，剛度不足則發(fā)生過大的彈性變形，從而產生溢料和影響塑件尺寸及成型精度

21、，也可能導致脫模困難等。因此，有必要建立型腔強度和剛度的科學的計算方法。由于塑件結構簡單，根據經驗得到壁厚，在此不再校核。 3.6 標準模架的選擇 標準模架分為中小型和大型兩大類，由于本塑件采用中小型模架，所以只介紹中小型模架。中小型模架分為A1、A2、A3、A4四種基本型。派生模架有P1--P9九種。本結構選用A1型模架，大小型號為450ⅹ500，導柱,正裝的結構。 3.7 導向與定位機構設計 注射模的導向機構用于動定模之間的開合模導向和脫模機構的運動導向。定位機構分模外定位和模內定位。模外定位是通過定位圈使模具易于在注射機上安裝以及模具的澆口套能與注射機噴嘴精確定位。而

22、模內定位則通過錐面定位機構以及導桿導向機構使動、定模之間實現精密對中定位。 3.7.1 導向機構的設計 導柱導向機構是利用導柱和導套之間的配合來保證模具的對合精度。導向結構的設計內容包括：導柱和導套的機構設計；導柱和導套的配合；導柱和導套的數量和布置等。 導向機構的作用： 1）導向 定模和動模合模時，首先是導向零件相接觸，引導兩模準確合模，避免凸模和型芯進與型腔接觸，以保證不損壞成型零件。 2）定位 避免模具接觸時錯位而損壞模具，并且在模具閉合后使型腔保持正確的形狀，不至于由于位置的偏移而引起零件壁厚不均勻。 3）承受一定的側向壓力 塑料注入型腔過程中會產生單向側面壓力

23、，或由于成型設備精度的限制，使導柱在工作中承受一定的側壓力。 4）承載作用 導柱有承受推件板和型腔板重量的作用。 5）保持機構運動平穩(wěn)。 3.7.2 導柱設計 導柱是與安裝在另一半上的導套相配合，用以確定動、定模的相對位置，保證模具運動導向精確的圓柱形零件。導柱有兩種形式，一種是帶頭導柱，另一種是帶肩導柱。帶肩導柱用于采用導套的大批量生產并高精度導向的模具。裝在模具另一邊的導套安裝孔，可以和導柱安裝孔以同一個尺寸一次加工而成，易于保證同軸度。導柱可以通過標準模架進行選取。設計要求大致如圖所示： 由于選取的標準模架，所以導柱直徑為40，根據GB4169.5--84，可得具

24、體尺寸為： 3.7.3 導柱的校核 由參考資料得校核公式如下所示： 式中 —導柱導向段直徑（mm）；大小為40mm —型腔板重力（N）； —導柱導向段長度（mm）；大小為315-63=252mm —導柱數目；大小為3 —鋼材的彈性模量，E=2.1105； —導柱允許的變形量，其值應不影響順利合模為準，建議用f7的公差（mm）。大小為0.09 已知型腔模板的材料為45鋼，它的密度為7.8g/cm3,它的體積約，則它的重力為,由式得： 故可以滿足條件。 3

25、.7.4 導套設計 導套用于安裝在另一半模上的導柱相配合，用以確定動、定模相對位置，保證模具運動導向精度的圓套形零件。導套分為兩種，一種是不帶軸向定位臺階的導套，稱為直導套，另一種是有軸向定位臺階的導套，稱為帶頭導套。直導套多用于較薄的模板，比較厚的模板采用帶頭導套。導套的壁厚在3～10mm，視內孔大小而定。 在這里采用帶頭導套A型。技術要求大致如下圖： 它的基本尺寸為： 。 d1與模板的孔是采用過盈配合，d2與模板的孔采用的是間隙配合，該導套與導柱之間采用的是間隙配合。 導柱與導套實物圖如下所示： 3.7.5 定位機構設計 為了便于模具在注射機上安裝以

26、及模具澆口套與注射機的噴嘴孔精確定位，應在模具上安裝定位圈，用于與注射機定位孔匹配。定位圈除完成澆口套與噴嘴孔的精確定位外，還可以防止?jié)部谔讖哪然觥ＴO計時要根據所選用的注射機的定位孔直徑、澆口套直徑和采用何種卸料（澆注系統的凝料）來設計。在這里采用A型定位圈與B型澆口套配合。具體尺寸為： 圖3-6 定位圈 在這里采用A型定位圈與B型澆口套配合。具體尺寸為： d1=14 d2=9 t=10 h=5 設計這種定位圈是用與澆口套相配合的臺肩壓住澆口套，防止?jié)部谔自谧⑸鋾r滑出定位圈；無論是采用標準的定位圈還是采用特殊定位圈，其外徑都應比注射機上的定位孔徑小0.2m

27、m～0.3mm，以便順利安裝。 定位圈常用的材料為50、55中碳鋼或T8碳素鋼，經正火處理，硬度為183～235HBS。 定位圈與澆口套實物圖如下： 3.8 脫模推出機構的設計 注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構，也常稱為推出機構。 這里采用單桿中心推出的推桿脫出結構。 3.8.1 脫模推出機構的設計原則 塑件推出（頂出）是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質量的好壞將最后決定塑件的質量，因此，塑件的推出是不可忽視的，應遵循以下原則。 (1）推出機構應近盡量設置在動模一側。 (2）保證塑件不因推出而變形

28、損壞。 (3）機構簡單，動作可靠。 (4）良好的塑件外觀。 (5）合模時的準確復位。 3.8.2 脫模機構的確定 常用得推出機構形式有：推桿推出機構、推管推出機構、推件板推出機構、推塊推出機構、聯合推出機構及其他特殊推出機構。本制品為薄壁的容器塑件，故采用推桿推出機構。這種推出機構的特點是：脫模力大而均勻，運動平穩(wěn)，無明顯的推出痕跡，且不必另設復位機構，在合模過程中推桿依靠彈簧力的作用回到初始位置。 3.9 溫度調節(jié)系統的設計 在塑料注射成形中，注射模具不僅是塑料熔體的成形設備，還起到熱交換器的作用。模具溫度調節(jié)系統直接影響到制品的質量和生產效率。 由于PP塑料成型時的模

29、具溫度為80～90度，故模具不需要專門設置加熱裝置，只要設置冷卻冷卻系統即可，但注塑前要對模具進行預熱，使模具溫度達到80度左右再注塑。因聚丙烯（PP）料對溫度較敏感，冷卻系統設計為串聯冷卻方式。排氣主要是通過分型面間隙排出，而不必再開設專門的排氣槽。 對于本模具動模，采用整體組合式，為了便于管道的加工，設計成矩形截面的環(huán)形管道，水嘴安裝在動模墊板的側面，成180度分布。 定模采用3組圓形管道，有3組水嘴，成120度分布。其中一個為進水道，另外兩個為出水道。 四 模具裝配 4.1 模具的裝配 模具裝配時要求相鄰裝配單元之間的配合與聯接均需要按裝配工藝確定的裝配

30、基準進行定位與固定，以保證其間的配合精度和位置精度，從而保證型芯與型腔間能精密均勻的配合和定位，開合運動與推出脫模機構都能夠實現運動的精確性。 具體的工藝要求： （1）通過裝配與調整，使裝配尺寸鏈的精度能夠完全滿足密封性的要求； （2）裝配完成的模具其塑料注射完全滿足規(guī)定的要求； （3）壽命期限可以達到預先規(guī)定的數值和水平等。 模具的裝配方法 1.配作法 在零件加工時需對配作及裝配有關的必要部位進行高精度加工而孔位精度需由鉗工配作來保證：在裝配時，由配作使各零件裝配后的相對位置保持正確關系，如在導套與導柱的裝配及圓柱銷的裝配等； 2.直接裝配法 零件的型孔、型面及安裝孔。單件

31、按圖樣要求加工裝配時，按圖樣要求把各零件連接在一起，如在定位環(huán)、動模板、定模板、墊塊、動模墊板之間的裝配均采用直接裝配法。 塑料注射模具使用過程： 精確合模塑料注射塑件冷卻成形第一次開模第二次開模塑件與流道凝料脫模。 同時為適應塑件注射成型條件，還必須設置有合理的塑料注射流道和冷卻系統元器件，諸如： （1）定位、導向元件與配合副。包括：圓柱銷、導柱與導套副、定位環(huán)等； （2）塑件脫模、復位元件和結構。包括：推桿、復位桿、推板等； （3）動模板裝有冷卻、注射系統中的節(jié)流水管接頭； （4）澆口套、隔板、O形圈等； （5）塑料注射模裝配

32、，一般分為組裝定模組合和組裝動模組合單元。其中，定模裝配單元又主要由動模板與型芯裝配完之后再與動模墊板一起裝配構成動模裝配單元。 4.2 模具的安裝及加工要點 （1）定模型芯較多，加工時需對鑲芯留有裝配研磨余量。 （2）動模芯頂桿通過滑孔，在加工時兩塊板需固定在一起，確保同軸度。 （3）裝配后，確保推板復位后正好停靠在限位釘上，使動模芯頂桿完全復位，不影響成型時產品的內部結構。 （4）清理模板平面定位孔及模具安裝面上的污物、毛刺。 （5）因本模具外形尺寸不大，故采用整體安裝法。先在機器下面兩根導軌上墊好木板，模具從側面進入機架間，定模如定位孔。并放正，慢速閉合模板，壓緊模具，然后

33、用壓板或螺釘壓緊定模，并初步固定動模，然后慢速開閉模具，找正動模，應保證開閉模具時平衡、靈活、無卡住現象，然后固定動模。 （6）調節(jié)鎖模機構，保證有足夠開模距及鎖模力，使模具閉合適當。 （7）慢速開啟模板直至模板停止后退為止，調節(jié)頂出裝置，保證頂出距離。開閉模具觀察頂出機構運動情況，動作是否平衡、靈活、協調。 （8）模具裝好后，等料筒及噴嘴溫度上升到距預定溫度20～30℃，即可校正噴嘴與澆口套的相對位置及弧面接觸情況，可用一紙片放在噴嘴與澆口套之間，觀察兩者接觸印痕，檢查吻合情況，須使松緊合適，校正后擰緊注射座定位螺釘，緊固定位。 （9）開空車運轉，觀察模具各部分運行是否正常，然后才可注射試模。 五 總裝圖 - 23 -