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塑料盒注塑模设计


河南科技大学毕业设计(论文)

目录
前言 ................................................... 1 第一章设计任务书和零件图 ............................... 2 第二章塑料盒成型工艺性分析和方案的确定 ................. 4 §2.1 塑料盒工艺性分析

.............................. 4 §2.1.1 塑料 PP 的结构与工艺特性 .................. 4 §2.1.2 塑料盒结构工艺性分析 .................... 4 §2.1.3 塑料盒的体积和质量 ...................... 5 §2.1.4 注塑机的选择 ............................ 5 §2.2 型腔数目的选择 ................................ 6 §2.3 分型面的选择 .................................. 6 第三章浇注系统的设计 ................................... 8 §3.1 浇注系统的组成 ................................ 8 §3.2 主流道的设计 .................................. 8 §3.3 分流道设计 .................................... 9 §3.4 浇口的设计 ................................... 10 §3.5 冷料穴的设计 ................................. 11 §3.6 排气槽的设计 ................................. 11 第四章成型零部件的结构设计 ............................ 12 §4.1 凹模的结构设计 .............................. 12 §4.2 型芯结构的设计 ............................... 12 §4.3 成型零部件的尺寸计算 ......................... 13 §4.3.1 型芯尺寸计算 ........................... 14 §4.3.2 型腔深度尺寸计算 ....................... 14 §4.3.3 型芯高度尺寸计算 ....................... 15 §4.3.4 型芯中心距尺寸计算 ..................... 15 §4.3.5 型腔侧壁及其底板厚度的确定 ............. 16 第五章结构零部件的设计 ................................ 16 §5.1 注射模架的选择 ............................... 17 §5.2 合模导向机构的设计 ........................... 17
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§5.2.1 导柱结构的设计 .......................... 17 §5.2.2 导套结构的设计 ......................... 18 第六章脱模机构的设计 .................................. 19 §6.1 脱模机构的选择 ............................... 19 §6.1.1 推杆的设计 ............................. 19 §6.1.2 推出力的计算 ........................... 19 §6.1.3 推杆尺寸的计算 ......................... 20 §6.2 脱模机构的工作原理图 ......................... 21 第七章主要尺寸的校核 .................................. 22 §7.1 温度调节系统 ................................. 22 §7.1.1 冷却系统的设计 ......................... 22 §7.1.2 加热系统的设计 ......................... 22 第八章主要尺寸的校核 .................................. 24 §8.1 模具厚度的校核 ............................... 24 §8.2 开模行程的校核 ............................... 24 第九章模具装配总图 .................................... 25 结论 .................................................. 26 参考文献 .............................. 错误!未定义书签。 致谢 .................................. 错误!未定义书签。

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前言
塑料盒在我们生活中的应用非常广泛,设计到生活的方方面面 。我国的 塑料注塑模相对其他国家起步较晚,但发展迅速,体现在模具规模越来越大 型,精度越来越高,生产周期缩短,但与国外技术相比仍有一定的差距。 国内注塑模具的现状是工厂设备、工艺落后先进设备依赖进口,加工用 到的模具钢材质量一般,类型少,模具寿命相当于国外模具低。国内汽车塑 料模具企业大多愿意选择德国、日本、瑞典三大系列的模具钢,这严重影响 了国内模具的竞争力。 为了振兴我国的模具制造行业,让我国的模具在国际有足够的竞争力 , 国内大部分高校和职校都有开展模具相关的学科。此次毕业设计从产品结构 和工艺上分析,对模具的浇注系统、顶出系统、冷却系统、成型零件的设计 和关键零件的校核以及注塑机的选择都作出了详细的设计,设计涉及到机械 设计、机械原理、材料学、几何精度学的方方面面,涉及内容致多,设计领 域致广,充分考验了学生四年来的基础知识的掌握牢固程度,既让学生认识 到设计的严谨又为学生即将毕业工作打下了坚实的基础。 本次设计的步骤为: 1. 根据工件结构工艺查询筛选相关资料,根据资料 拟定模具结构,计算成型零件的尺寸并校核,设计模具的顶出系统、冷却系 统、选择注塑机规格 2. 用 CAD 将模具结构绘制出,并且不断修改确定最终 图纸 3. 通过整理设计资料撰写说明书,与老师和同学交流心得和体会。

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第一章设计任务书和零件图

塑料盒零件图。产品二位图如图 1-1 所示,三维图如图 1-2 所示。

图 1-1 二维图

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图 1-2 三维图

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第二章塑料盒成型工艺性分析和方案的确定

§2.1 塑料盒工艺性分析

§2.1.1 塑料 PP 的结构与工艺特性 PP 塑料参数见表 2-1 :

表 2-1

密度 0.91 3

成型收缩率 1% ~ 3%

熔点 189 ℃

成型时间 50s ~ 160s

成型温度 160 ℃~ 220 ℃

模温 20 ℃~ 60 ℃

成型特性: 1. 化学稳定性较好、机械性能就好、冲击韧性强、表面刚度和抗 划性能好。 2. 成型时收缩大,成型性能好,尺寸稳定性好。 3. 因 PP 材料有“铰链”特性, 因此浇口位置应选在塑料盒非重要 平面 4. 模具浇注系统应粗短,浇口截面应大,不得有死角滞料,模具 应冷却,其表面应镀铬。 §2.1.2 塑料盒结构工艺性分析 由于塑件用作工业控制盒,精度要求较低,结构较简单,选用一般等级 5 级。 塑件工艺参数见表 2-1 :

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河南科技大学毕业设计(论文) 表 2-1 塑件工艺参数

工艺参数 后段 料筒温度 中段 前段 喷嘴 注射温度

内容 150~210 ℃ 170~230 ℃ 190~250 ℃ 240~250 ℃

工艺参数

内容 注射时间 20~60 0~3 20~90 50~160 40~130MPa

成型时间 /s

高压时间 冷却时间 总周期 注射压力

250~270 ℃

§2.1.3 塑料盒的体积和质量 通过 SolidWorks 软件分析: 塑件的体积 V ≈ 58.6 ㎝ 塑件的质量 m=53.3g §2.1.4 注塑机的选择 1) 注射量的计算: 一次注射成型过程中所用塑料量为:
3

M=1.6nm=1.6×1× 53.3=85.28g 式中: n- 型腔的数量; m- 单个塑件的质量 (g) ; M- 完成一次注射成型所用的塑料量 (g) 。
2)

塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算 :

A = 1.35n1 = 1.35 × 1 × 11323 = 3963.052 式中: A - 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积 , 经 UG 分析 A = 11323mm2 ;
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n - 型腔数量; 1 - 一个塑件在分型面上的投影面积 2 。 因此锁模力 F = A型 = 3963.05 × 25 = 99076.25 式中型腔压力 型 = 25 3) 选择注射机 根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值,可选用 XS-ZY-250 卧式 螺杆式注射机(上海塑料机械厂)详细参数见表 2-2

表 2-2 注射机主要技术参数

§ 2.2 型腔数目的选择

单型腔模具有加工方便,注塑制件质量好,成型周期短的优点。考虑到 上述因素和生产批量不大以及塑件尺寸精度要求较高的问题,因此采用一模 一腔的形式。

§ 2.3 分型面的选择

无论塑件的机构如何都首先得先确定分型面,因为模具结构很大程度上 取决于分型面的选择,分型面的选择因遵循以下原则: ( 1 ) 分型面应选在塑件脱模方向的最大投影边缘部位。 ( 2 ) 分型面的选择应不能对塑件外观质量造成影响,尤其是对外观有 明确要求的塑件,更应考虑分型面的选择。 ( 3 ) 有利于保证塑件的精度要求。 ( 4 ) 有利于模具加工。 ( 5 ) 有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设置。

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( 6 ) 便于塑件的脱模,尽量使得塑件开模时留在动模一侧。

图 2-1

如图 2-1 所示。方案 A :塑件开模后留在动模一侧,容易取出且保证了 塑件的外观质量, 毛刺飞边也容易清除;方案 B :塑件开模后留在定模一侧, 不易取出且顶出机构设计复杂。因此选择 A 所示的分型面

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第三章浇注系统的设计

§ 3.1 浇注系统的组成

浇注系统由分流道、 浇口、 冷料穴组成。 由于本次选择一模一腔的形式, 主流道采用直接口式, 浇口采用点浇口并直接与主流道连通, 其结构如图 3-1 所示:

图 3-1

§3.2 主流道的设计

主流道是塑料熔体先进入模具的部分,具体是指从注塑机喷嘴跟模具接 触的位置开始到分流道为止的通道。主流道的设计塑料流动的阻力和速度有 很大的影响。主流道结构如图 3-2 所示:

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图 3-2

主流道设计成锥形形状,方便塑料熔体顺利进入模具, 过大过小都会影 响制件的质量,锥角度数的范围为 2 ?~ 6 ?,注射机喷嘴应与浇口套球面紧密 贴合, 防止两球面出现间隙而溢料, 影响脱模, 因此凹坑深度范围为 3 ~ 5mm , 主流道小端直径应该比注射机喷嘴出口直径大 0.5 ~ 1mm 。 根据表 2-2 可知: 喷嘴球半径: 0 = 18 喷嘴孔直接: 0 = 4 浇口套球面半径 R = 20 主流道小端直径 d = 5 锥角为 2 ?~ 6 ?, 取其值为 3 ?, 经过制图得到主流道大端的直接为 6.84mm

§ 3.3 分流道设计

分流道是指连接主流道与浇口之间的熔体流动通道,其作用是从主流道
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流出的塑料熔体顺利分流与转向,并且平稳均匀的通过各个浇口进入型腔。 分流道截面设计成圆形可以减少压力损失和传热损失,提高注射效率, 因此选用圆形分流道,如图 3-3 所示

图 3 -3

流道的直接选择应适宜,流道直径过大不仅会浪费材料而且会增加冷却 时间,延长生产周期,流道直径过小会增大塑料熔体流动阻力,而且由于阻 力过大会使得流道里面的压强增大,导致塑件发生烧焦碳化。 流道长度一般取在 8 ~ 30mm 之间。

§ 3.4 浇口的设计
浇口的选用应遵循一下几个原则: 1. 考虑取向问题。 2. 避免产生喷射流。 3. 应缩短流动距离。 4. 应有利于流动和补缩。 5. 应有利于排气。 6. 应减少熔痕对塑件强度的影响。 7. 应减少浇口对塑件外观的影响。 8. 不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口 。

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由于本次选用一模一腔,综合考虑选用直接点浇口,浇口直接与主流道 连通。浇口结构如图 3-1 所示。

§ 3.5 冷料穴的设计

由于采用一模一腔设计,浇口直接与主流道相连通,因此不需要设置冷 料穴。

§ 3.6 排气槽的设计

因为该模具为小型模具,且分型面适宜,可以利用分型面排气,所以无 需设计排气槽。

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第四章成型零部件的结构设计

§ 4.1 凹模的结构设计

凹模是成型塑件外表面的凹状零件。凹模有两种形式,整体式凹模和组 合式凹模,两种凹模各有优缺点。整体式凹模:加工简单、可靠牢固、不易 变 形 ,不 会 使 制 件 表 面 出 现拼 缝 的 溢 料痕 迹 。 本 次 设 计 选 用整 体 凹模 , 以 H7/m6 过渡配合嵌入定模板,然后用定模座将其固定。凹模材料选 40Cr ,其 结构如图 4-1 所示:

图 4-1

§ 4.2 型芯结构的设计

主型芯结构也有两种形式,整体式和组合式。本次主型芯选用整体式结 构,加工比较简单。型芯材料选 40Cr ,其结构如图 4-2 所示:
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图 4-2

§ 4.3 成型零部件的尺寸计算
由公式可得: = [ 1 + S ? 0.5 △]0
+

式中,“△”是尺寸公差值,△可由标准《 HB5800-1999 》查出。 §4.3.1 型腔尺寸计算 由于塑件尺寸较小,精度较高, 可取 △ 3。根据公式: = [ 1 + S ? 3 + △] 4 0

表 4-1

基本尺寸 /mm

公差 /mm
13

计算

河南科技大学毕业设计(论文) 174.2 170.2 65 61 1 1.2 0.3 0.3

= [ 1 + S ? 4 △]0
3 3

3

+

= 176.93+0.25 0 = 172.70+0.4 0 = 62.0+0.074 0 = 66.08+0.074 0

= [ 1 + S ? 4 △]0 = [ 1 + S ? 4 △]0
3

+

+

= [ 1 + S ? 4 △]0

+

§4.3. 1 型芯尺寸计算 根据公式: = [(1 + ) ]0 ? 其中 = △ 3

表 4-2

基本尺寸 /mm 164.2

公差 /mm 1.20

计算 = [ 1 + + 3 0 △] = 168.380 ?0.4 4 ?

156.2

1.1

3 = [ 1 + + △]0 = 160.160 ?0.25 4 ? 3 = [ 1 + + △]0 = 56.510 ?0.12 4 ?

55

0.55

注:小型芯直径直接取塑件上的尺寸

§4.3. 2 型腔深度尺寸计算 根据公式: 2 + = [ 1 + ? △]0 3 式中 : 是凹模深度尺寸最小值,为名义尺寸; 是塑件制品高度尺寸最大值,为名义尺寸; = △ 3。 计算结果如表 4-3 所示:

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河南科技大学毕业设计(论文) 表 4-3

基本尺寸 /mm 21

公差 /mm 0.41

计算 2 + = [ 1 + ? △]0 = 21.15+0.13 0 3

§4.3. 3 型芯高度尺寸计算 根据公式: h = [ 1 + ? + 3 △]0 ? 式中: ? 是型芯高度尺寸最小值,为名义尺寸; ? 是塑件制品孔深度尺寸最大值,为名义尺寸。 计算结果如表 4-4 所示:
2

表 4-4

基本尺寸 /mm 18

公差 /mm 0.37

计算 h = [ 1 + ? + 2 0 △] = 18.850 ?0.11 3 ?

§4.3. 4 型芯中心距尺寸计算 根据公式: = ( 1 + S) ± Z 2 式中: 是模具的中心距的基本尺寸; 是塑件的中心距的基本尺寸; = △ 4。 计算结果如表 4-5 所示

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河南科技大学毕业设计(论文) 表 4-5

基本尺寸 /mm 140 31

公差 /mm 0.15 0.15

计算 = ( 1 + S) ± Z 2=142.8 ± 0.0125 = ( 1 + S) ± Z 2=31.62 ± 0.0165

§4.3. 5 型腔侧壁及其底板厚度的确定 由于凹模壁厚计算比较麻烦,所以从参考文献里提供的经验数据可知, 凹模型腔内壁短板 b=66mm ,所以壁厚范围为 35 ~ 42mm ,底板的最大应力 出现在短边与侧壁交界处,按强度条件底板厚度为: ?= 式中: , ≈ 0.5 ; 型 是塑件注射时对型腔的平均压力; b 是凹模型腔内壁短板; []是塑料的许用应力。 此次选用型腔侧壁厚度为 35mm ,底板厚度 h 取 13mm 以满足要求。 , 型 2 [] = 0.5 × 25 × 662 = 12.8 331

第五章 结构零部件的设计
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§5.1 注射模架的选择

此次选用的模架周界尺寸为 210mm × 400mm, 如图 5-1 所示:

图 5-1

§5.2 合模导向机构的设计

§5.2.1 导柱结构的设计 长度:导柱导向部分的长度应该高出型芯端面 6 ~ 12mm 。 导柱结构如图 5-2 所示:

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图 5-2

§5.2.2 导套结构的设计 材料:与导柱采用相同的材料,这样可以减少其磨损。 形状:导向孔做成通孔,便于排气。 导套结构如图 5-3

图 5-3

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第六章脱模机构的设计

脱模机构的分类很多,我们首先对脱模机构进行选择。

§6.1 脱模机构的选择

§6.1.1 推杆的设计 采用推杆推出,其结构简单,放置位置自由,损坏后便于磨损,截面为 圆形。 推杆的位置选择脱模阻力最大的位置,放置在脱模力最大处,数量初步 设置为 4 根,推杆其端面应该高出型芯端面 0.05 ~ 0.1mm ,同时推杆与推杆 孔一般采用 H8/f8 配合。推杆结构如 6-1 所示:

图 6-1

§6.1.2 推出力的计算 推出力按下式计算,并确定脱模力( ) = 式中: - 塑件脱模力 (N) ; t 2 - 矩形制品的平均厚度( mm ); E- 塑件的弹性模量( MPa );
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8t 2 (? ) (1? )2

+ 0.1(式 6-1 )

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S- 塑件的平均收缩率( % ); ?制品对型芯的包容长度( mm ); ? 模具型芯的脱模斜度(?); - 制件与型芯之间的摩擦因数; - 塑料的泊松比;
A- 不通孔制品型芯在脱模方向上的投影面积( mm2 );

2 - 无因次系数 , 2 = 1 + sin 。 因此: = 8 × 4 × 1420 × 1.75% × 164 × 1? (0.3 ? 1? ) + 0.1 × 90 = 63793.5 (1 ? 0.42) × 1.01

§6.1.3 推杆尺寸的计算 ( 1 ) 推杆的强度计算,按下式公式:
1 1 64 × 2 × 2 64 × 0.72 × 102 4 = ( × ) × 63793.5)4 = 0.527cm 3 2 7 × × 4 × × 2.1 × 10

d=(

式中 :

Q- 脱模力 由式 6-1 可知 Q=63793.5N 。

取 d=10mm
(2) 推杆压力校核 可由下式进行校核

σ= 取 275N/ mm2

4 ≤ nπ 2

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4×63793 .5 4× π ×10 2

所以 σ =

= 203.2N/ mm2 < 275N/ mm2

所以推杆设计合格,推杆热处理硬度为 50 ~ 65HRC 。

§6.2 脱模机构的工作原理图

脱模机构原理如图 6-2 所示:

图 6-2

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第七章冷却、加热系统的设计

§7.1 温度调节系统

无论进行何种塑料的注射成型,都需要一个合适的成型温度范围,注射 模的温度在很大程度上对塑料熔体的流动充模、固化定型以及塑件的形状和 尺寸有巨大的影响,适宜的温度范围能让塑件脱模后收缩和翘曲变小,形状 和尺寸温度,表面质量提高。所以要在模具中设置温度调节系统来对模具的 温度进行控制,以保证注塑成型的顺利进行,获得质量好的塑件。 §7.1.1 冷却系统的设计 则模具冷却时所需要的冷却水的体积的计算公式为:

V ?
式中V
G

Gq 3600cp ? t1 ?t 2 ?

— 冷却水的体积流量( m 3 );

— 单位时间内注入模具中的塑料熔体的质量( kg/h ); q — 塑件成型时单位质量塑料熔体在模具中释放的热量( J/kg ); c — 冷却水的比热容 ?J ?kg ? ℃??; ? — 冷却水的密度( kg/m3 ); t1 — 冷却水的出口温度(℃)取 30 ℃; t 2 — 冷却水的进口温度(℃)取 20 ℃。
带入数据得:

V ?

Gq 5.118 ? 2.17 ? 10 6 -5 m 3 ? ? 5 . 46 ? 10 s 3600cp ? t1 ?t 2 ? 3600 ? 4.187 ? 10 3 ? 1.35 ? 10 3 ? ?30 - 20 ?

由体积流量查表可得所需的冷却水管直径非常小,综上所述, 模具可以不设 置冷却系统,采用空冷的方式即可。 §7.1.2 加热系统的设计 因为塑件使用的材料是 PP 材料,具有较好的流动性,且注射过程中要 求模温超过 80 ℃才设置加热系统,而 PP 材料加工时的模具温度为 20 ℃~
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60 ℃。因此模具中不再加设加热系统,可利用熔料的余温是模具升温,同时 也防止在有加热装置的情况下造成的冷却时间的延长,进而导致的塑件脱模 后的变形

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第八章主要尺寸的校核

§ 8.1 模具厚度的校核

§ 8.2 开模行程的校核

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第九章模具装配总图

模具装配总图如图 9-1 所示:

图 9-1

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结论
在设计过程中充分利用了各种资源, 同时巩固了课堂上学到的基础知识, 设计过程中用到了 UG 注塑模板块模拟注塑过程,更加了解了 UG 软件,接合 软件强大的功能, 大大提高了工作效率。图纸设计过程中涉及到了 CAXA 软件 的很多功能,对这个软件的掌握程度又进一步加深。 通过此次设计,不仅认识到从拿到零件图到一副模具的成型应该有对专 业知识严谨的态度, 还意识到再模具可行性的前提下应该尽量降低制造成本。 希望此次的设计能为即将跨出校门进行实际工作提供很好的经验借鉴。

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