塑料盆注射模具设计 正文

摘要：本课题主要是针对塑料盆的模具设计,通过对塑件进行工艺的分析和比较,

最终设计出一副注塑模。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。根据题目设计的主要任务是盒盖注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产塑料盆塑件产品，以实现自动化提高产量。针对塑料盆的具体结构，该模具是点浇口的双分型面注射模具。由于塑件内侧有四个小凸台，无法设置斜导柱，固采用活动镶件的结构形式。其优点在于简化机构，使模具外形缩小，大大降低了模具的制造成本。通过模具设计表明该模具能达到塑料盆的质量和加工工艺要求。

关键词：塑料件成型 材料性能 注塑机 模具的结构

一、塑料的选材及性能分析

这个塑料制品是日常生活所需，对外观要求较为严格。主要尺寸如图一 所示。其材料选用聚丙烯（PP），其材质为PP。

图一 塑料件 图二 塑料盆的尺寸要求

1.塑件材料的性能分析

聚丙烯密度小，强度、刚性、硬度、耐热行均优于HDPE,可在

1

100℃左右使用。具有优良的耐腐蚀性，良好的高频绝缘性，不受湿度影响，但低温变脆，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。

2.塑件材料的加工特性

（1）结晶性塑料，吸湿性小，可能发生熔体破裂，长期余热金属接触已发生分解；

（2）流动性极好，溢边值0.03mm左右；

（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统的散热应适度；

（4）成型收缩范围大，收缩率大，已发生缩孔、凹痕、变形，取向性强；

（5）注意控制成型温度，料温低时取向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50℃以下塑件无光泽，已产生熔接痕、流痕；90℃以上时易发生翘曲、变形；

（6）塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以防止应力集中。

表一 塑件材料PP的物理性能、热性能

密度 g/cm3 质量体积 cm3/g 吸水率 24h 熔点 ℃ 熔融指数 g/10min 维卡针入度 ℃ 热变形温度 ℃ 线膨胀系数 10-5℃ 比热容 J/(kg·K) 热导率 W/(m·K)

表二 塑件材料PP的成形条件

注塑成型机类型 螺杆式 0.90～0.91 1.10～1.11 0.01～0.03 170～176 230℃ 140～150 102～115 9.8 1930 0.126 2

密度 （g/cm3） 计算收缩率 % 预热 温度 （℃） 时间 （h） 后段 料筒温度 （℃） 中段 前段 模具温度 （℃） 注塑压力 （MPa） 注塑时间 成形时间 （s） 高压时间 冷却时间 总周期 螺杆转速 （r/min） 方法 后处理 温度（℃） 时间（h） 0.90～0.91 1.0～2.5 80～100 1～2 160～170 220～220 180～200 80～90 70～140 20～60 0～3 20～90 50～160 48 -- -- --

二、模具详细设计 1.注射机的选取

注射机的选取是至关重要的，因为注射机的众多参数需要和模具的相互匹配，否则无法正常使用，这也是我们选择注射机的重要依据。需要计算的参数很多，有注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离。下面通过对一些参数的计算来选取注射机的型号。

（1）注射量的计算

注射量是指注射机在对空注射的条件下，一次注射聚苯乙烯时所能达到的最大注射体积（或质量）

螺杆式注射机注射其他塑料时的注射量计算

nVs+Vj0.8Vg

——浇注系统和飞边所需要塑件的容积（cm）

3Vg ——注射机额定注射量（cm）

3

VjVs ——单个塑件的容积（cm3）

3n——模具型腔数

对于规则的图形可以通过相关的体积公式来实现，而对于一些复杂或不规则的实体图形我们可以通过相关软件（如UG、PRO/E）来实现体积计算。对于该制品来说属于不规则实体，因此，不能通过体积公式来计算体积，必须要借助相关软件来实现体积计算。这里，借助了PRO/E来实现体积计算。

33经软件计算得：Vs＝686.41cm 暂取型腔数为1. Vj=26cm

3所以Vg=（ 686.41+26）/0.8= 0.5cm （2）最大注射压力与模腔压力的计算

最大注射压力是指注射过程中位于柱塞或螺杆前端的熔融塑料的压力，用P表示 。由于注射机类型、喷嘴形式、塑料流动特性、浇注系统结构和型腔的流动阻力等影响因素，熔料进入模腔时的压力远小于最大注射压力。

有效注射压力 ：PAKP

K：压力损失系数。一般取值范围为 （1/4-1/2）。 选注射机——注射机的最大注射压力为:

PPM/K

PM（模腔压力）——熔融型料在型腔内的压力（20MP～40MP）在此取30MP。

PPM/K30/(1/3)90MP

（3）锁模力的计算

锁模力是指注射过程中注射机能够提供的防止模具打开的最大锁紧力，用F表示

注射模从分型面涨开的力应小于注射机的额定锁模力即 FPm(nAsAj)

式中 F——注射机的额定锁模力（N）

As、Aj——塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积

2 （mm）

Pm——塑料熔体在模腔中的平均压力（Mpa）在此取 30Mpa。

n——模具型腔数 为1。

AsAjAs(569/2)2•3.142152mm2

FPm(nAsAj)30•21527624.6(KN)

4

（4）确定注射剂型号

根据以上的参数选取注射机型号为：SZ-3200/8000

表三 注射机参数 型号 理论注射容积/cm 螺杆直径/mm 注射压力/MPa 螺杆转速/（r/min） 锁模力/KN 注射质量/g 喷嘴球头半径/mm 定位孔直径/mm 注射速率g/s 3SZ-3200/8000 3200 105 165 16—74 8000 2855 SR18 250 600 拉杆内间距/mm 最大模具厚度/mm 最小模具厚度/mm 注射方式 模板最大开距/mm 最大成型面积/cm 塑化能力 g/s 模具定位孔直径mm 定位孔深度/mm 模板行程mm 2970×970 1050 450 螺杆式 2025 3800 75 Ф200H7 50 1000 （5）注射机有关工艺参数的校核 由于选取注射机型号是根据注射量，最大注射压力和锁模力三个参数来选取的。它们均满足要求。下面分别对其他参数进行校核。

① 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核

模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸的拉杆间距相适应： 模具长×宽＜拉杆面积即 700×900＜970×970 故满足要求。

② 模具闭合厚度校核

本模具的闭合高度为H=708mm，SZ-3200/8000型注射机所允许模具的最小闭合厚度为450mm，最大厚度为1050mm， 即模具满足

HminHHmax 的安装条件。

③ 开模行程校核

注射机的开模行程应满足分开模具取出塑件的需要。所选注塑机为XS-ZY-1000型，其最大行程与模具厚度无关，故注塑机的开模行程应满足下式:

SH1H2（5～10）mm

式中 S——注塑机最大开模行程，mm。

H1——推出距离，mm；由模架可知，大小为185mm H2——包括浇注系统在内的塑件高度，大小为470mm；

5

因为S＝1100mm

H1＋H2＋（5～10）＝185＋470＋10＝665mm分型面的选择关乎到整个模具的设计，所以需要慎重，由于此产品结构简单，只需要选择一个分型面。在此选择塑料盆最大的切面为分型面。

分型面如下图所示，红色粗线部分为分型面。

图三 分型面示意图

3.确定型腔数

考虑到塑件的体积和注射机的锁模力范围，在这里选择一模一腔结构。

4.确定浇注系统

注射模的浇注系统是指塑料从注射机喷嘴进入模具开始到型腔入口为止(不包括型腔)的塑料流动通道。

鉴于产品外观的要求，我们选择主流道浇口形式。从塑料盆底进料，虽然可能会产生痕迹，但是在盆底不影响正常使用。

① 主浇道的形状 一般为圆锥形，并取锥角 α=2°～5°。这个斜度比一般的脱模斜度大，主要是为了减少主浇道凝料的脱模阻力。这里取α=4°。

② 主浇道入口直径d1应比喷咀孔径d大些 。

为了避免喷嘴与浇口套之间造成死角而积存冷料 ，影响浇注系统凝料脱出。在这里取d1=5mm，d2=6mm。

d2d1(0.5~1)③ 在主浇道出口处设置圆角，有利于熔料的平稳转向，同时还

r1(可减小料流阻力。其取值范围为： 0.5~3)mm在这里取r1=2mm 。

④ 为了保证注射机喷嘴头部与浇注系统进料处的良好吻合避免

6

Rr(1~2)由于积存冷料而影响脱模，一般，要求浇口套凹球面半径R比喷咀球面半径r大1～2mm，即

通过注射机的参数可知r=18mm，取R=20mm。

⑤ 为了减少浇注系统的凝料消耗，减小熔料的压力损失，同时结构上没有特别需要，主浇道长度应尽可能短些，一般H60mm，这里取 H=50mm。定位环尺寸由上面的注射机可知 ：定位孔直径为250mm,定位孔深度为50mm，尺寸如下图。

图四 定位圈尺寸图 5.成型零件设计

（1）注射模具型腔的结构设计 型腔大体有以下几种结构形式： ① 整体式

整体式型腔由整块材料加工而成的型腔。它的优点是：强度和刚度都相对较高，且不易变形，塑件上不会产生拼模缝痕迹。适用于形状较为简单的中、小型模具。

② 整体组合式

型腔由整块材料制成，用台肩或螺栓固定在模板上。它的主要优点是便于加工。

③ 局部组合式

型腔由整块材料制成，但局部镶有成型嵌件的局部组合式型腔。局部组合式型腔多用于型腔较深或形状较为复杂，整体加工比较困难或局部需要淬硬的模具。

④ 完全组合式

完全组合式是由多个螺栓拼块组合而成的型腔。它的特点是，便于机加工便于抛光研磨和局部热处理。节约优质钢材。这种形式多用于不容易加工的型腔或成型大面积塑件的大型型腔上。

（1）由于本模具结构简单，总体考虑选用整体式结构。 型腔的成型尺寸计算

7

计算公式如下：

‘Dd（1k平）x最大

参数确定

K平——成形尺寸计算中所用的材料为PP，查参考文献得PP的收缩率为S＝1.0～2.0％，故平均收缩率Scp＝（1.0＋2.0）％/2＝1.5％，即K平=0.015；x——由参考文献查得修正系数为x=1/2～3/4，取x=0.5；

——由参考文献查得模具的制造公差=（1/6～1/4）（㎜），取=0.2；

‘d最大——塑件外形基本尺寸 型腔的工作尺寸按公式得：

D396[396(10.015)0.54]0.24399.9400.8;

H138[138(10.015)0.51.7]0.21.7139.2200.34;

（2）注射模具型芯的结构设计

型芯是用来形成制品的内表面。结合制品内部结构，采用整体式型芯结构。

型芯尺寸计算

计算公式如下：

‘Dd（1k平）x最大

参数确定

K平——成形尺寸计算中所用的材料为PP，查参考文献得PP的收缩率为S＝1.0～2.0％，故平均收缩率Scp＝（1.0＋2.0）％/2＝1.5％，即K平=0.015；x——由参考文献查得修正系数为x=1/2～3/4，取x=0.5；

——由参考文献查得模具的制造公差=（1/6～1/4）（㎜），取=0.2；

‘d最大——塑件外形基本尺寸 型芯的工作尺寸按公式得：

D392[392(10.015)0.54]0.24399.880.8;

H150[150(10.015)0.51.7]0.21.7153.10.34;

6.导向与定位机构设计

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

8

运动导向。定位机构分模外定位和模内定位。模内定位是通过定位圈使模具易于在注射机上安装以及模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位。而模内定位则通过锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。

（1）导向机构的设计

导柱导向机构是利用导柱和导套之间的配合来保证模具的对合精度。

导向机构的作用：1）导向； 2）定位 ；3）承受一定的侧向压力；4）承载作用；5）保持机构运动平稳；

（2）导柱设计

导柱是与安装在另一半上的导套相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精确的圆柱形零件。导柱有两种形式，一种是带头导柱，另一种是带肩导柱。带肩导柱用于采用导套的大批量生产并高精度导向的模具。装在模具另一边的导套安装孔，可以和导柱安装孔以同一个尺寸一次加工而成，易于保证同轴度。导柱可以通过标准模架进行选取。

设计要求大致如下图所示：

图五 导柱尺寸图

0.030尺寸为：d=630.060mm d1=80D9000.2mm

S1000.1mm

（3）导柱的校核

由参考资料得校核公式如下所示：

WL3d1.6Enp1/40.0210.0020.060d8020.090mm mm

9

式中 d—导柱导向段直径（mm）；大小为63mm

W—型腔板重力（N）；

L—导柱导向段长度（mm）；大小为310mm

n—导柱数目；大小为3

E—钢材的弹性模量，E=2.1105MPa；

P—导柱允许的变形量，其值应不影响顺利合模为准，建议用f7

的公差（mm）。大小为0.09

已知型腔模板的材料为45钢，它的密度为7.8g/cm3,它的 BL=700900为40mm，则它的重力为

W=700900407.89.810-6=1926N，由式得：

19264031/4d1.6()10.9mm63mm52.11030.09

故可以满足条件。

（4）导套设计

导套用于安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。导套分为两种，一种是不带轴向定位台阶的导套，称为直导套，另一种是有轴向定位台阶的导套，称为带头导套。直导套多用于较薄的模板，比较厚的模板采用带头导套。导套的壁厚在3～10mm，视内孔大小而定。

因为大型模架较多使用直导套。其尺寸如下图所示。

图六 导套尺寸图

它的基本尺寸为L为20080

0.0390.0201.02.0mm，d为63

0.0300mm，d1为

mmmm，d1与模板的孔是采用过盈配合，d与模板的孔采用的

是间隙配合，该导套与导柱之间采用的是间隙配合。

10

7.脱模推出机构得设计

脱模机构主要由推出零件、推出零件固定板和推板、脱模机构的导向和复位部件等组成。

其设计原则包括：保证制件不因顶出而变形损坏及影响外观；脱模机构应尽量设置在动模一侧；机构简单动作可靠；合模时能正确复位。

脱模机构通常包括四种：推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、推块推出机构、联合推出机构及其他特殊推出机构。本制品为薄壁的容器塑件，故采用推杆推出机构。其中推杆推出机构具有脱模力大而均匀，运动平稳，无明显的推出痕迹等特点，且本制品为薄壁容器器件，故采用推杆推出机构，其推出效果如下图所示。

图七 开模效果图

8.确定冷却和排气系统

由于PP塑料成型时的模具温度为80～90度，故模具不需要专门设置加热装置，只要设置冷却冷却系统即可，但注塑前要对模具进行预热，使模具温度达到80度左右再注塑。因聚丙烯（PP）料对温度较敏感，该产品成型在动模部分又较少，所以模具定模部分将不考虑设冷却系统；定模冷却系统设计为串联冷却方式，利用铜管镶入模具冷却孔内串联冷却（如下图水线分布图所示）。

11

图八 水线分布图

排气主要是通过分型面间隙排出，而不必再开设专门的排气。 模具温度是否合适、均匀与稳定，对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状、外观和尺寸精度都有重要的影响。 同时本塑件本身壁厚较薄，利用模具本身也有一定的冷却作用。

图九 注塑模结构图

参考文献：

[1] 魁葵 黄丽.模具实用技术设计综合手册. 广州：华南理工业大学出版,2002

12

[2] 史铁梁.模具设计指导.北京：机械工业出版社， 2003 [3] 全国模具编辑委员会.模具钳工工艺. 机械工业出版社， 2003

[4] 全国模具编辑委员会.模具制造工艺装备及应用. 机械工业出版社，2000 [5] 于华 .注射模具设计技术及实例. 机械工业出版社， 1997 [6] 王树勋.模具实用技术设计综合手册. 机械工业出版社，1995 [7] 王旭.塑料模具结构图册. 机械工业出版社，1994

[8] 冯丙先.模具设计与制造简明手册.上海：上海科技出版社，1991 [9] 许发樾.模具标准应用手册.机械工业出版社，1997

[10] 申开智.塑料成型模具（第二版）.中国轻工业出版社，2002 [11]全国制图委员会.机械制图（第三版）.高等教育出版社，1995 [12] 章飞、陈国平.型腔模具设计与制造.化学工业出版社，2001 [13] 全国模具编辑委员会.塑料模具设计及制造.机械工业出版社，2001

13