盒盖注塑模具设计

毕业设计（论文）课题：盒盖注塑模具设计

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指导老师：＿＿＿＿＿＿＿

2012-4-1

塑料模具在当今社会越来越广泛的应用，从电脑、手机、饮料、台灯、水笔、水盆等方面应用极其广泛，可以说从我们的吃穿住行都离不开它。注射成形是成形热塑件的主要方法，因此应用范围很广。注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。

本次的毕业设计是盒盖注塑模的设计，该模具结构简单，成型分型都非常简单。依据产品的数量和塑料的工艺性能确定了以单分型面注塑模的方式进行设计。模具的型腔采用一模一腔，浇注系统采用直浇口成形，推出形式为推杆推出机构完成塑件的推出。由于塑件的工艺性能要求注塑模中有冷却系统，因此在模具设计中也进行了设计。本次的设计中参考了大量的文献，还在互联网上查找资料，设计过程比较完整。

关键词：单分型面注射模具；ABS;塑料模具。

摘要 (2)

Abstract........................................................... 错误！未定义书签。绪论.. (4)

1 国际国内塑料成型模具发展概况 (4)

2 我国模具设计技术今后发展方向 (5)

1塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计 (7)

1.1成型塑料制件结构工艺性分析 (7)

1.2 塑件材料的分析 (8)

2.塑件成型的基本过程 (9)

2.1塑化过程 (10)

2.2充模过程 (10)

2.3冷却凝固过程 (10)

2.4脱模过程 (11)

3 注塑设备的选择 (11)

3.1估算塑件体积质量 (11)

3.2 选择注塑机 (12)

4 塑料件的工艺尺寸的计算 (12)

5 分型面的设计 (16)

6 注塑机有关参数的校核 (17)

7脱模机构的设计与合模导向结构设计 (18)

7.1脱模结构设计 (18)

7.2合模导向机构的设计 (19)

8浇注系统的设计 (19)

9 排气系统和温度调节系统的设计 (20)

9.1 排气系统 (20)

9.2 温度调节系统的设计 (21)

10 绘制装配图 (22)

总结 (25)

参考文献 (26)

绪论

1 国际国内塑料成型模具发展概况

80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速为13%，2003年我国模具工业产值为375亿，至2007年我国模具总产值约为525亿元，其中塑料模约35%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。

我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5Kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表盘等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星模具有限公司制造多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10～30万次，淬火钢模达50～1000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距，具体数据见表1-1。

表1-1 国内外塑料模具技术比较表

项目国外国内

注塑模型腔精度0.005～0.01mm 0.02～0.05mm

型腔表面粗糙度Ra0.01～0.05μm Ra0.20μm

非淬火钢模具寿命10～60万次10～30万次

淬火钢模具寿命160～300万次50～100万次

热流道模具使用率80%以上总体不足10%

标准化程度70～80% 小于30%

在模具行业占有量30～40% 25～30% 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29～34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式

热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的50%～80%相比，差距较大。

在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGⅡ、美国Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。

近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：P20，3Gr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度的商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%～80%相比，仍有差距。

2 我国模具设计技术今后发展方向

（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。

（2）在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。

（3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。

（4）开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。

（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。

（6）应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。

（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。

1塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计

1.1成型塑料制件结构工艺性分析

塑料制件主要根据使用要求进行设计,除考虑充分发挥所用塑料的性能特点外,还应考虑塑件的结构工艺性,塑件结构工艺性的主要内容包括塑件的尺寸和精度,表面粗糙度,形状,壁厚,斜度,加强筋,支撑面,圆角,孔,螺纹,嵌件,铰链,标记,符号和文字。据所给零件的结构,本设计从以下几方面对其分析：

结构分析 从零件图分析，该零件总体结构为抽壳体，从塑件厚来看，总的来讲塑件壁厚变化比较均匀，有利于零件成型。

塑件壁厚分析 塑件壁厚的设计与塑件原料的性能、塑件结构、成型条件、塑件的质量及其使用要求都有密切的联系。壁厚过小，会造成充填阻力增大，特别对于大型件、复杂制件将难于成型。塑件的厚度的最小尺寸应满足以下要求：满足塑件结构和使用性能要求下取小壁厚 能承受推出机构等的冲击和振动 制品连接紧固处、嵌件埋入处等具有足够的厚度 保证贮存、搬运过程中强度所需的壁厚 满足成型时熔体充模所需的壁厚。塑料制件规定有最小壁厚值，表2-1为热塑性塑件最小壁厚及常用壁厚推荐值。 表2-1热塑性塑件最小壁厚及常用壁厚推荐值

塑料类型 制件流程50mm 的最小壁厚/mm 一般制件的壁厚/mm 大型制件的壁厚

/mm

聚丙烯（pp ） 0.85 2.45-2.75 >2.4-3.2

脱模斜度分析 当塑件成型后因塑料收缩而包紧型芯，若塑件外形较复杂时，塑件的多个面与型芯紧贴，从而脱模阻力较大。为防止脱模时塑件的表面被檫伤和推顶变形，需设脱模斜度。

一般来说，塑件高度在25mm以下者可不考虑脱模斜度。但是，如果塑件结构复杂，即使脱模高度仅几毫米，也必须认真设计脱模斜度。

①斜度作用：便于塑件脱模，防止脱模时擦伤塑件，须在塑件内外表面脱模方向上留有足够的斜度 ，在模具上称为脱模斜度。

②脱模斜度选取:取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率，一般取30′～1°30′。

塑件脱模斜度的选取应遵循以下原则：

1 塑料的收缩率大，壁厚，斜度应取偏大值，反之取偏小值。

2 塑件结构比较复杂，脱模阻力就比较大，应选用较大的脱模斜度。

3 当塑件高度不大（一般小于2mm）时，可以不设斜度；对型芯长或深型腔的塑件，斜度取偏小值。但通常为了便于脱模，在满足制件的使用和尺寸公差要求的前提下可将斜度值取大些。

4 一般情况下，塑件外表面的斜度取值可比内表面的小些，有时也根据塑件的预留位置（留于凹模或凸模上）来确定制件内外表面的斜度。

5 热固性塑料的收缩率一般较热塑性塑料的小一些，故脱模斜度也相应取小一些。

6 一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。综合以上的原则，由于塑件高度不是很大，收缩率一般，本设计中采用30′的脱模斜度。

表面粗糙度分析塑料制件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等痴点外，主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。一般模具的表面粗糙度值要比塑件的低1~2级，塑料制件的表面粗糙度Ra值一般为1.6~0.2um，在模具使用中，由于型腔磨损而使表面粗糙度值不断加大，应随时给以抛光复原。非配合表面和隐蔽面可取较大的表面粗糙度值，除塑件外表面有特殊要求以外，一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的。此外，塑件的表面粗糙度与塑料的品种有关。一般，型腔表面粗糙度要求达到0.2~0.4mm。

1.2 塑件材料的分析

PE，是聚乙烯的简写，是由乙烯聚合而成的的聚合物，作为塑料使用时，其平均相对分子质量要在1万以上。根据聚合物条件不同，实际平均相对分子质量可从1万到几百万不等。生成的PE乙烯单体大部分是由石油裂解得到

聚乙烯是树脂中分子结构最简单的一种，它原料来源丰富，价格较低，具有优异的电绝缘性和化学稳定性，易于成型加工，并且品种较多，可满足不同性能要求，因此它从问世以来发展很快，是目前产量最大的树脂品种，用途极广泛

1.2.1 PE塑料主要的性能指标：

PE材料的性能特点:质软,机械性能差,表面硬度低,化学稳定性好,但不耐强氧化剂,耐水性好

PE的成型特点:成型前不可预热,收缩大,易变形,冷却时间长,成型效率不高,塑件有浅侧凹可强制脱模

PE材料在模具设计时应注意的事项:浇注系统应尽快保证充型,须设冷却系统,使用温度一般为<800C

PE材料的品种多，根据塑件的要求及特点，我们选用低密度聚乙烯来作为注塑材料

PE材料的品种很多，在此低密度聚乙烯（LDPE）作为塑件的注塑材料。LDPE是在高温和特别高的压力下通过典型的自由基聚合过程得到的。早在20世纪40年代初，LDPE已用于电线包覆，是PE家族中最早出现的产品。LDPE综合了许多优良的性能，如透明性、封合性、易于加工，是当今聚合物工业中应用最广泛的材料之一。

LDPE通常可采用管式和釜式反应器两种生产工艺制备，聚合时压力为（150～350）Mpa，聚合温度在150～260℃之间，并加入适量的引发剂。

与其他工艺过程得到的线性PE不同，高压自由基聚合历程易发生链转移，得到的聚合物存在大量的支链结构，这种结构使LDPE具有透明、柔顺，易于挤出等特定性能。通过控制平均相对分子质量（MW）、结晶度和相对分子质量分布（MWD），可以是LDPE树脂获得多种应用。

聚合物的平均相对分子质量是用组成聚合物的所有分子链的平均尺寸来表达的，为方便起见，在塑料工业中采用熔体流动速率（MFR）作为平均相对分子质量的量度，MFR的单位为g/10min，MFR的值与平均相对分子质量的大小成反比。

LDPE的结晶度与树脂中的短支链的含量有关，结晶度通常为30%～40%，结晶度的提高是LDPE的刚性、耐化学药品性、阻隔性、拉伸强度和耐热性增加。而冲击强度、撕裂强度和耐应力开裂性能降低。

1.2.2 PE的注射成型工艺参数:

密度（g/cm3）：0.910`~0.925

计算收缩率（%）：0.3~0.8

预热温度（℃）：70~80

预热时间（h）：1~2

料筒温度（℃）

前段170~200

后段140~160

模具温度（℃）：35~55

注射压力（MPa）：60~100

成型时间（s）：

注射时间15~60

高压时间0~3

冷却时间20~90

总周期50~160

适应注射机类型：柱塞式

2.塑件成型的基本过程

注塑成型是把塑料原料（一般经过造粒、染色、添加剂等处理之后的颗粒）放入料间当中，经过加热溶化使之成为高粘度的流体-----熔体用柱塞或螺杆作为加压工具，使得熔体通过喷嘴以较高的压力（约20~85mpa），溶入模具的型腔中经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。

2.1塑化过程

现代式的注射机基本上采取螺杆式的塑化设备，塑料原粒（称为物料）自从送料斗以定容方式送入料筒，通过料筒外的点加热装置和料筒内的螺杆旋转所产生的摩擦热，使物理熔化达到一定的温度后即可注射，注射动作是由螺杆的推进来完成的。

2.2充模过程

熔体自注射机的喷嘴喷出来后，进入模具的型腔内，将型腔内的空气排出，并充满型腔，然后升到一定压力，使溶体的密度增加，充实型腔的每一个角落。

充模过程是注射成型的最主要的过程，由于塑料溶体的流动是非牛顿流动，而且粘度很大，所以在压力损耗，粘度变化，多般汇流等现象左右塑件的质量，因此充模过程的关键问题------浇注系统的设计就成为注射模具设计过程的重点，现代的设计方法已经运用了计算机辅助设计以解决浇注系统设计中疑难问题。

2.3冷却凝固过程

热塑性塑料的注射成型过程是热交换过程，即：

塑化——注射充模——固化成型

加热——理论上绝热——散热

热交换效果的好坏决定了塑件的质量，模具设计时，散热交换也

要充分考虑，在现代设计方法中也采用了计算机辅助设计来解决问题。

2.4脱模过程

塑件在型腔内固化后，必须采取机械的方式把它从型腔内取出，这个动作由脱模机构来完成。不合理的脱模机构对塑件的质量影响很大，但塑件的几何形状是千变万化的，必须采用最有效和最好的脱模方式。因此，脱模机构的设计也是注射模具设计的一个主要环节，由于标准化的推广，许多标准化的脱模机构零部件也有商品供应。

由3.1至3.4形成了一个循环，就完成了一次成型乃至很多塑件

3 注塑设备的选择

3.1估算塑件体积质量

建模，三维零件设计

利用UG软件。进行三维实体建模，并可直接通过软件进行测量

所以v=14cm3因为PE的密度为0.925g /cm3该产品m=0.925×14=13g。

3.2 选择注塑机

根据《模具设计与制造简明手册》表2-40选择注射机XS-ZY-125螺杆式注射机，其参数如下：

额定注射量：1253

c m

螺杆直径：Φ42mm

注射压力：150Mpa

锁模力：900KN

模板行程：300mm

模具最大厚度：300mm

模具最小厚度：200mm

模板尺寸：450×420mm

拉杆空间：260×290mm

定位孔直径：Φ100mm

合模方式：液压—机械

4 塑料件的工艺尺寸的计算

1.型芯设计

1）、型芯的尺寸计算

a)、型芯的尺寸按以下公式计算

D

1=〈〔1+s〕d

1

+xΔ〉0　

δ

-

式中D

1

—型芯外径尺寸

d

1

—塑件内形尺寸

Δ—塑件公差

s—塑料平均收缩率

δ—成形零件制造公差,取Δ/2。

2.型腔设计

1）、型腔径向尺寸按以下公式计算

D 2=〈〔1+s 〕d 2－x Δ〉δ+0

式中D 2—型腔的内形尺寸

d 2—塑件外形基本尺寸

Δ— 塑件公差

s —塑料平均收缩率

δ—成形零件制造公差,取Δ/2。

2)、型腔深度尺寸按以下公式计算

M H =δ+?++0)(x s H H

式中M H —型腔深度

H —塑件外形高度尺寸

Δ— 塑件公差

s —塑料平均收缩率

δ—成形零件制造公差,取/3?

3.由于该产品不是透明的，所以型芯的表面粗糙度要求不需那么高。一般取Ra1.6,在机床上加工就可以直接投入使用，不需要经过其它的特殊加工。考虑模具的修模以及型芯的磨损，在精度范围内，型芯尺寸尽量取大值。而型腔则取大值，型腔的表面粗糟将决定产品的外观，因此型腔的表面粗糙度则要求较高，一般取Ra0.8～0.4。在本次设计中，型腔取Ra0.8。

4.X ——综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨损等因素），塑件精度低、批量较小时，X 取1/2；塑件精度高、批量比较大，X 取3/4，根据设计要求取X 为0.5。

9、型腔、型芯工作尺寸的计算

要计算型芯、型腔的工作尺寸，必先确定塑件的公差及模具的制造公差。根据要求塑件精度取五级精度。根据塑

料制件公差数值表（SJ1372—78）塑件在五级精度下，基本尺寸对应的尺寸公差如下： 基本尺寸㎜

公差㎜ 基本尺寸㎜ 公差㎜ ＜3

0.16 3~6 0.18 6~10

0.20 10~14 0.22 14~18

0.24 18~24 0.28 24~30

0.32 30~40 0.36 40~50

0.40 50~65 0.46 65~80

0.52 80~100 0.60 100~120

0.68

1、型腔：宽度方向d 2=65；取s =0.8-0.3%/2=0.25%（以下收缩率都取0.25%）

D 2=[（1+0.0025）×65－0.5×0.60]11.00+=64.8611.00+ 长度方向 d 2’=88;

D 2’=[（1+0.0025）×88－0.5×0.68]11.00+=87.8811.00+

2、型腔深度：H=13 ; X=0.4

H M =[(1+0.0025) ×13+0.4×0.18]=13.104506.00+

3、型芯：

1）宽度方向d 1

1=65

D 11=[（1+0.0025）×65+0.5×0.60]=64.86011.0-

2）长度方向d 21=88

D 21=[（1+0.0025）×88+0.5×0.68]=87.88006.0-

10、型腔壁厚计算

1.型腔的强度及刚度要求

塑料模具型腔的侧壁和底壁厚度计算是模具设计中经常遇到的问题，尤其对大型模具更为突出。目前常用的计算方法有按强度条件计算和按刚度条件计算两类，但塑料模具要求既不许因强度不足而发生明显变形，甚至破坏，也不许刚度不足而变形过大的情况，因此要求对强度和刚度加以考虑。对于型腔主要受到的力是塑料熔体的压力，在塑料熔体的压力作用下，型腔将产生内应力及变形。如果型腔侧壁和底壁厚度不够。当型腔中产生的内应力超过材料的许用应力时，型腔发生强度破坏，与此同时，刚度不足则发生弹性变形，从而产生溢料现象，将影响塑件成型质量，所以模具对强度和刚度都有要求。

但是，实践证明，模具对强度和刚度的要求并非同时兼顾，对大型腔，按刚度条件，对小型腔则按强度条件计算即可。（在本设计中按强度条件来计算）

1） 对长方形型腔壁厚和底板厚度的计算

a 、型腔底板厚度：

2

3bL 4p S B σ=［］

式中p ——型腔内塑料熔体的压力（MPa ），一般取25~45MPa

L ——型腔侧壁边长（mm ）

b ——型腔宽度（mm ）

B ——凹模宽度（mm ）

[σ]——材料的许用应力，一般取100Mpa

L ——型腔侧壁长边尺寸（mm ）

S =58.65mm

由于根据标准模架查得定模板的厚度为60mm ，综合各方面考虑，现确定定模板厚为60mm ，可以满足型腔的强度要求。