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设计题目：家用塑料盆注射模具设计

系别：机电工程系

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摘要

此设计为家用塑料盆的注塑模具设计，塑件材料选为聚丙烯。本设计包括注射模具模架、成型零部件、浇注系统和脱模系统等注塑模具主要的设计过程，并对模具强度和刚度要求进行了计算，选取了注射机并对相关参数进行了验证，包括模具闭合厚度、模具安装尺寸、模具开模行程、注射机的锁模力等。

此模采用一模一腔，一次分型脱出塑件。在确定模具结构方案后，绘制出了模具装配图以及部分零件图，从而完成了整个设计过程。

关键词：注塑模具聚丙烯家用塑料盆一模一腔

The design of injection moulds for the

household plastic pots

Abstract

This design is talking about the design of injection moulds for the household plastic pots．The plastic material are selected for polypropylence．the design includes injection mold，molded parts，gating system and mold release systems，The main injection mold design process．Mold strength and stiffness requirements were calculated．Outward injection machine design for the relevant selection and validation of parameters，including the thickness of the mold is closed，the mold mounting dimensions，mold opening stroke，injection molding machine clamping force and so on．

This mold uses a mold cavity，a minute leaves models．After in determining the structure scheme of mold，he mold assembly drawing and some parts diagram drawn，to arrive at a plete theoretical design results．

Key words: injection mold；polypropylene；household plastic pots；a model of a cavity

目录

1 引言

随着各种性能优越的工程塑料不断开发，注塑工艺越来越多地被各个制造领域用以成型各种性能要求的制品。要高质量、经济地生产出注塑制品，必须综合考虑成型材料、注塑模具及注塑机的问题，注塑模具的设计质量直接影响成型制品的生产效率、质量及成本。

注塑模具在注射制品成型中起着极其重要的作用，除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具左右，所以如何高质量、简明、快捷、规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺的优越性，扩大注塑制品的首要问题。

传统的注塑模具设计，主要是依赖设计人员的经验，设计的速度、质量及可靠性的程度，因设计人员的经验而异。又因模具是单品或极少批量的产品，采用传统设计方法，每一张图纸都需要手工绘制，设计人员的工作强度大，设计工作难以达到规范化、标准化。目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计，其主要是采用计算机辅助设计即CAD及计算机辅助工程CAE。

我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。模具质量、模具寿命明显提高；模具交货期较前缩短。模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具CAD/CAE 软件。塑料模是应用最广泛的一类模具。近年来，我国塑料模有长足的进步。在制造技术方面，首先是采用CAD/CAM技术，用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段，CAE软件也得到应用。

2 塑件的选材及性能分析

2.1 塑件材料的性能分析

该塑料制品是日常生活用品，对外观有一定的要求，且要求有一定的强度和低温韧度，抗氧化和抗老化性，主要尺寸参数如图2-1所示，基于上述的要求其材料拟选用聚丙烯（PP）。

图2-1 家用塑料盆的尺寸要求

聚丙烯无色、无味、无毒。光泽好，易着色，不吸水；有很好的屈服强度、抗拉强度、抗压强度和硬度及弹性，有特别高的抗弯曲强度、耐热性好、耐腐蚀性强，但是，在氧、热、光的作用下极易解聚、老化，所以必须加入防老化剂。

2.2 塑件材料的成形特性

(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2-1 塑件材料PP的物理性能、热性能、力学性能

密度

3

/cm

g0.90～0.91

质量体积

g

cm/3 1.10～1.11

吸水率 24h 0.01～0.03 熔点℃170～176 熔融指数g/10min 230℃

维卡针入度℃ 140～150 热变形温度℃102～115 线膨胀系数10-5℃9.8

比热容J/(kg·K)1930

热导率W/(m·K)0.126

屈服强度MPa37

拉伸强度MPa—

断裂伸长率% ＞200

弯曲强度MPa67

弯曲弹性模量GPa 1.45

表2-2 pp成形条件

注射成型机类型螺杆式计算收缩率（％） 1.0～2.5

预热温度（℃）

时间（h）

80～100

1～2

料筒温度（℃）

后段

中段

前段

160～180

180～200

200～220 模具温度80～90 注射压力70～100

成形时间（s）

注射时间

高压时间

冷却时间

总周期

20～60

0～3

20~90

50~160

螺杆转速（r∕min）48 适用注射机类型螺杆、柱塞均可

3 模具的结构形式

3.1 注射机的选取

注塑机的主要参数有公称注射量，注射压力，注射速度，塑化能力，锁模力，合模装置的基本尺寸，开合模速度，空循环时间等。这些参数是设计，制造，购买和使用注塑机的主要依据。

(1)公称注塑量：指在对空注射的情况下，注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量，反映了注塑机的加工能力。

(2)注射压力：为了克服熔料流经喷嘴，浇道和型腔时的流动阻力，螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力，我们将这种压力称为注射压力。

(3)注射速率：为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外，熔料还必须有一定的流动速率，描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。

(4)塑化能力：单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调，若塑化能力高而机器的空循环时间长，则不能发挥塑化装置的能力，反之则会加长成型周期。

(5) 锁模力：注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力，在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开。

(6) 合模装置的基本尺寸：包括模板尺寸，拉杆空间，模板间最大开距，动模板的行程，模具最大厚度与最小厚度等。这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围。

(7) 开合模速度：为使模具闭合时平稳，以及开模，推出制件时不使塑料制件损坏，要求模板在整个行程中的速度要合理，即合模时从快到慢，开模时由慢到快在到停。

(8) 空循环时间：在没有塑化，注射保压，冷却，取出制件等动作的情况下，完成一次循环所需的时间。

下面通过对相关参数的计算来选取注射机的型号。

3.1.1 射量的计算

注射量是指注射机在对空注射的条件下，一次注射聚丙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采用下式计算：

NV s+V j≤0.8Vg（3-1）

cm）。

Vs——单个塑件的容积（3

cm）。

V j——浇注系统和飞边所需要塑件的容积（3

V g —— 注射机额定注射量（3cm ） 。 N ——模具型腔数

该制品属于不规则实体，不能通过体积公式来计算体积。可以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：

图3-1 家用塑料盆的体积分析

经软件计算得：

V s ＝455cm 3

浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2～1倍来估算。由于本设计塑件体积较大流道简单，用0.2倍来估算。 代入：

()35.6828.02.01455cm V g =÷+?=

塑件质量：

g V m 5.4099.0455=?==塑塑ρ

3.1.2 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 采用下式计算：

P A =K ·P （3-2） 式中：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

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

P ≧P M =30/(1/3)=90MP

3.1.3 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。注射模从分型面张开的力应小于注射机的额定锁模力即：

)(j s m A nA P F +≥ （3-3） 式中： F ——注射机的额定锁模力（N ）。

A s 、A j ——塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积，mm 2。

P m ——塑料熔体在模腔中的平均压力，在此取30MPa 。 n ——模具型腔数，本设计取1。

2225236914.3)2/567(mm A A A s j z =?=≈+ )(1.757125236930)(KN A nA P F j s m =?=+≥

3.1.4 确定注射机型号

根据上述的计算结果，拟选择的注射机参数如下：

表3-1 注射机参数

型号

HTF1300W2 A 型 拉杆内间距/mm 1350×1350 理论注射容积/cm

3

5227 模具最大厚度/mm 1300 螺杆直径/mm 110 模具最小厚度/mm

600 注射压力/

a MP

200 注射方式 螺杆式 螺杆转速/（r/min ）

0—98 顶出行程/mm 350 锁模力/KN 13000 顶出力/KN 215 注射质量（PS ）/g 4757 塑化能力/（g/s ） 104 喷嘴球头半径/mm SR20 喷嘴孔孔径/mm 6 定位孔直径/mm 250 螺杆长径比/mm 26.2 注射速率/（g/s ）

806

模板行程mm

1400

3.2 确定分型面

分型面是模具上用于取出塑件和浇注系统冷凝料的可分离的接触表面。分型面决定着塑料制品在成型模具中的位置。

按形状分类分型面可分为：平面分型面，曲面分型面，阶梯分型面，斜面分型面。按其位置与注射机开模运动方向的关系可分为：分型面垂直于注射机开模运动方向，平行与开模方向，倾斜与开模方向。

分型面的选择设计，主要是根据塑件的结构、精度要求、浇注系统形式、排气方式、脱模形式及模具的制造工艺等各种因素，进行全面考虑，做出合理选择。

分型面选择设计的基本原则是，选择在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺利脱模。同时还要考虑以下因素：

（1）分型面的选择应便于脱模并简化模具结构。因此尽可能使塑件在动模分离后留在动模一侧。如塑件有侧孔或侧凹，选择分型面应尽可能将侧型心置于动模，以避免定模抽心，并使抽拔距离尽量短。

（2）分型面的选择应考虑技术要求。当塑件的表面有同轴度、平行度等要求时，应尽可能将其置于同于半模内，否则，将会由于合模误差影响塑件精度。

（3）分型面应尽量选择不在影响塑件外观的位置，并使其产生的飞边易于清理和修整，由于分型面处不可避免地要在塑件上留有飞边和拼合缝的痕迹，因此分型面最好不要设在塑件光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处，以免影响塑件外观。

（4）分型面的选择应有利于排气。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）分型面的选择应便于模具零件加工。

（6）分型面的选择应考虑注射机的技术参数。注射成型时所需的锁模力是与塑件在合模方向的投影面积成正比，所以选择分型面时，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。

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，粗线部分为分型面。

图3-2 为分型面示意图

3.3 确定型腔数

单型腔模具其优点是塑件精度高、工艺参数易于控制、模具结构简单、模具制造成本低、周期短，但塑件成型的生产率低、塑料成本高。其适用于塑件较大精度要求较高或者小批量生产及试生产。

多型腔模具其塑料成型的生产效率，塑件的成本底但塑料的精度低，工业参数难以控制，模具结构复杂，模具制造成本高、周期长，其适用大批量、长期生产的小型塑件。

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 浇注系统的设计

浇注系统是指塑件熔体由注射机喷嘴至型腔之间的进料通道，其作用是将塑件熔体充满型腔并将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密、轮廓清晰、表面光洁、尺寸精确的塑件。浇注系统的设计合理与否将直接影响塑件的质量、成型工艺。浇注系统可分为普通浇注系统和无流道凝料浇注系统。

浇注系统分为主流道、分流道、浇口及冷料穴。浇注系统设计是否合理,对注

射成型过程和塑件质量都有影响,因此设计浇注系统时应注意以下问题：（1）应考虑成型塑料的工艺特性。如成型塑料熔体的流动性，对压力、温度的敏感性，塑料溶体的收缩性、分子取向等性能。

（2）浇口位置、数量的设计要有利于熔体的流动，避免产生湍流、涡流、喷射等现象，有利于排气；设计时应预先分析熔接痕的位置及对塑件质量的影响。

（3）应尽量缩短溶体到型腔的流程，以减少压力损失。

（4）避免高压熔体对型芯和嵌件的冲击，以防止型芯的变形或嵌件的位移。

（5）尽量减少浇注系统冷凝料的产生，减少原材料的损耗。

（6）浇口的位置要便于冷凝料的去除，不影响塑件的外观。

4.1 主流道设计

（1）主浇道截面为圆形，整体形状为内圆锥体，锥度为2°～4°对于粘度较大的塑料熔体可以增大到6°。为了减少主浇道凝料的脱模阻力,本设计选取α=4°。

（2）主浇道小端直径d根据塑件的质量、填充要求几所选用注射机的规格而定，通常d=4～8mm。d=注射机喷嘴直径+（0.5～1）这里取d=7mm。

（3）主流道大端直径D=d+2Ltanα/2。取D=10

（4）主流道大端与分浇道连接处应有过渡圆角，以减小塑料熔体流动转向时的阻力，其圆角半径一般取r=1～3mm，这里取r=2mm。

（5）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由于积存冷料而影响脱模，一般，主流道始端球面凹坑半径R比注射机喷嘴球半径大1～2mm。通过注射机的参数可知r=20mm，取R=22mm。

（6）主流道长度L以小于60mm为佳，特殊情况下也应尽可能段，这里取L=50mm。

由于塑件尺寸较大模架模板较厚，采用延伸式主流道衬套，以达到缩短主流道的目的。

各尺寸参数见下图：

图4-1 延伸式主浇道衬套

4.2 浇口的设计

浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口、侧浇口、直接浇口、潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，本设计采用直接浇口，其有以下特性：

（1）压力传递好，进料快，保压补缩效果好，可使用任何品种的塑料，模具结构紧凑。

（2）浇口冷凝慢，浇口附近易产生残余应力与缩孔，为此通常在塑件浇口处的壁厚应适当以球冠状增厚（2/t ≤δ）；另外，浇口凝料去除困难，浇口痕迹明显。 （3）特适合大型、厚壁、深腔类塑件及黏度特高的塑料品种的成型。 直浇口的经验数据：

)0.1~5.0(1+=d d （4-1）

??=6~2α

D≤2t L ＜60为准 r=1~3

1d ——注射机喷嘴口直径

α——流动性差的取o

o 6~3

t ——塑件壁厚

通过上面对主流道的计算可得：d=7；α=4°；r=2mm ；L=50mm 。

4.3 排气方案的设计

排气是注射模设计中一个主要问题。塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气，除此以外，塑料熔体会产生微量的分解气体。这些气体必须及时排出。否则，被压缩的空气产生高温，会引起塑件局部碳化烧焦，或塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降，甚至充模不满。在注射成型过程中，熔体注入型腔时。必须将型腔中的空气和从熔体中溢出的挥发性气体顺利排出型腔，否则会影响塑件质量。排气方式通常有：利用分型面排气，利用活动零件之间的间隙排气，开设排气槽等。

选择排气槽的开设位置时，应遵循以下原则：