塑料水杯模具设计

塑料水杯模具设计1 绪论随着社会生产力的发展，人们意识的提高，使我们国家模具技术的发展进入了一个新的阶段。

模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。

用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。

模具是一种重要的国工工艺装备，是国民经济各工业部门发展的重要基础之一。

模具是压力加工或其它成形加工工艺中，使材料变形制成产品的一种重要工艺装备，应用广泛。

它在锻造、塑料加工、压铸等行业中起着重要作用。

模锻件、冲压件、挤压和拉拔件等，都是使金属材料在模具中发生塑性变形而获得的；压铸零件、粉末冶金零件也在模具中充填加工成形的；而塑料、陶瓷、玻璃制品等非金属材料的成形加工也多是依靠模具。

少无切削加工是机械制造业发展的一个方向，而模具是利用压力加工实现无切削工艺的关键。

模具成形有优质、高产、低消耗和低成本等特点，因此得到了广泛应用。

据初步统计：依靠模具加工的产品和零件，电行业占80%，机电行业占70%以上。

轻工、军工、冶金及建材等行业大部分产品和生产都离不开模具。

2 塑料制件分析2.1 水杯外形设计根据日常生活中刷牙杯的外形及其耐用、耐摔、耐腐蚀等特点，确定制件如图2-1所示，选用材料为ABS，密度为1.05g/cm3，收缩率0.4%-0.7%，取0.5%，由Pro/e计算可得，单个制件的体积为107.41cm3。

ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。

每种单体都具有不同特性，丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。

ABS具有如下特性[1]： (1)综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好； (2)与372有机玻璃的熔接性良好，制成双色塑件，且可表面镀铬，喷漆处理； (3)有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别； (4)流动性比HIPS 差一点，比PMMA、PC 等好，柔韧性好，适于制作一般机械零件，减磨耐磨零件。

图2-1 水杯外形尺寸观2.2 模具设计步骤和方案2.2.1设计思路步骤一般来说，现在国际上比较经典的塑料模具设计步骤如下： 1) 首先了解塑料制品所用塑料的品种、塑料的特性、收缩率及塑料流动特性。

2) 然后对塑料制品进行工艺分析，着重分析塑料制品的结构合理性及成型条件等。

3) 再根据塑料制品的重量和塑料制品投影面积及模具结构类型等，选择合适的注射成型机。

4) 进行模具结构设计①选择塑料制品成型位置和模具分型面；②确定型腔数目和排列方式；③浇注系统设计；④成型零件结构设计；⑤抽芯机结构设计和推出机构设计；⑥加热系统设计和冷却系统设计；⑦绘制模具结构图。

在设计塑料模具的过程中可以大部分参照其步骤，但是有些地方可能也会略有不同。

2.2.2方案选择该塑件的大批量生产使模具寿命要长，使用寿命不少于50万次，塑件为一般性生活用品，精度要求不是很高。

模具设计要合理，脱模要方便可靠，还要经济实用。

根据塑件成型工艺分析，拟定方案如下：方案一：采用一模一腔；方案二：使用一模四腔。

方案一由于只采用一腔，就会使塑件在生产过程中一模只能生产一个产品，虽然模具机构相对简单，加工难度较小，但增加制造成本，降低生产效率。

不符合刷牙杯生产的快速、物美价廉等特点，成本的增加也会提高产品的售价，从而降低了产品的市场竞争力，不符合公司利润最大化的要求。

方案二使用一模四腔，模具结构相对复杂，但在实际生产过程中，极大地提高了生产效率，降低了生产成本，产品的成本降低，也降低了产品售价，对消费者也是非常有利的。

综合上述两种方案，最终选取方案二为本模具的设计依据。

3 注射模具设计注射模具设计根据塑件形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计时按下面的步骤进行。

3.1 制件成型位置及分型面选择根据塑件制品分型面的设计与选择原则，分型面应该设计在零件截面最大的部位，且不影响零件的外观。

若采用如图3-1（a）所示的分型方法A-A水平分型，箭头朝向代表动模的位置；由于塑件凹槽包紧力的存在，塑件可能留在定模，为了使塑件脱模，必须设计定模退出机构，这使得不本来看上去很简单的模具结构变得复杂起来，模具的设计成本也相应提高；若采用图3-1（b）所示的分型方法，A-A水平分型塑件，塑件就包紧在动模型芯一侧，因而留在动模侧，这使模具的结构变得简单，因而选择该方法为模具设计的分型方案。

3.2 型腔布局的选择采用一模多件，生产效率高，资源的利用率也高，这里选用的是一模四腔圆形分布，模具尺寸适中，适合大批量生产，这样也有利于浇注系统的排列和模具的平衡。

型腔分布如图3-2所示：图3-2 型腔分布图3-3 系统工作流程图3.3 浇注系统的设计本模具的浇注系统采用较为简单的模式，分别由主流道，分流道，冷料穴和点口组成。

(1) 主流道的设计主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道，如图3-3所示。

1) 塑件材料为ABS，流动性好，故选择主流道圆锥角为o 4，内壁粗糙度为 m 63.0Ram。

2）主流道大端呈圆角，r=2mm。

由塑件材料为ABS，塑件质量为gM12.45105.164.429=´=，选择主流道直径为d=3mm，D=6mm3) 浇口套与注射机喷嘴由的接触球面要求吻合，由于注射机喷嘴球面半径 SR是定值，由所选取的注射机决定，根据所选注射机，SR=20mm，一般取sr=SR+0.5，为sr=20.5mm。

4）断面凹球面深度L2=3mm，球面与主流道孔应以清角度连接，不应有倒拔痕迹，以保证主流道凝料顺利脱落。

5）定位环是模体与注射机的定位装置，保证浇口套与注射机喷嘴对中定位，定位环的外径D应与注射机的定位孔间隙配合，定位环厚度取L1=6mm。

6）浇口套长度L取为50mm。

(2) 分流道的设计分流道指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。

它是浇注系统中空融状态的过渡段。

1) 采用梯形截面分流道，Ra=1.6mm.2) 截面直径mmmmDD25.05%5%)9%3(=´=-=主(3-1) mm Dh17.03 2== ，斜度°=5a，底面半径r=1mm。

3) 分流道布置采用平衡式布置，要求从主流道各个型腔的分流道其长度、形状及断面尺寸对应相等，达到各个型腔同时均匀进料，保证各个型腔成型出的塑件在强度、性能及质量上的一致性。

4) 分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑件熔体的流动及充填。

3.4 浇口的设计(1) 浇口形式的选择：由于该塑件外观要求、质量要求较高，浇口的位置和大小以不影响该塑件的外观质量为前提，同时也应尽量使模具结构更简单。

根据对该塑件结构的分析，以确定分型面的位置。

综合对塑件成型性能、浇口和模具结构的分析比较，确定成型该模具采用品平衡侧浇口形式。

因为形式所得到的型腔零件加工简单，且浇口容易去除，不影响制品的使用性能和外观质量，容易保证每个型腔内塑件尺寸，塑件壁厚为1.6mm，故取浇口直径d=1.0mm，浇口长度0.1=lmm。

(2) 进料位置的选择：根据市场上注塑机的设计以及塑件外观质量的要求以及型腔的安放方式进料位置设计在侧面端部。

3.5 冷料穴设计冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出，冷料穴的尺寸稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径[1]，即：mmHL15=»，如图3-5所示。

3.6 型芯、型腔结构的确定型芯、型腔可采用整体式或组合式结构。

整体式型腔是直接在型腔板上在加工，有较高的刚度和强度。

但零件尺寸较大时加工和热处理都较困难。

整体时型芯结构牢固，成型塑件质量好，但尺寸较大，消耗贵重模具钢多，不便加工和热处理。

整体式结构适用于形状简单的中小型塑件。

组合式型腔是由许多拼块镶制而成，机械加工和热处理比较容易，能满足大型塑件的成型需要。

组合式型芯可节省贵重模具钢，便于机加工和热处理，修理更换方便。

同时也有利于型芯冷却和排气的实施。

由于该塑件尺寸较小，且形状简单。

若采用拼块组合式型腔，比较麻烦，需要至少8块拼块组成。

所以，型腔采用整体式结构。

考虑加工和热处理比较困难，型芯采用拼块组合式结构3.7 拉料杆的结构分析模具常用拉料杆冷料穴。

开模时，拉料杆头部的双Z字形钩将主流道凝料钩住，使得凝料从主流道中脱出；拉料杆的底部固定在推板上，在推出塑件时凝料一同被推出，最后连同塑件一起脱出模外。

其结构如图3-6所示3.8 脱模机构设计脱模机构是在一次注射完成后，取出制件及浇注系统凝料的装置，包括脱出和取出两个动作，即先将塑件和浇注系统凝料等与模具分离，再将塑件和凝料取出。

(1) 设计原则脱模机构的设计一般遵循以下原则[1]：1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。

2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位。

3）结构合理可靠，机械的运动准确、可靠、灵活，并有足够的刚度和强度，便于制造和维护。

4）保证塑件不变形、不损坏，保证塑件外观良好。

本设计使用简单的推件板脱模机构和成型零件的脱模机构，如图3-7所示。

因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。

图3-7 脱模机构3.9 导向及定位机构数注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。

导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。

锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。

导柱：国家标准规定了两种结构形式，分为带头导柱和有肩导柱，大型而长的导柱应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。

若导柱需要支撑模板的重量，特别对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度校核 [11] 。

导套：导套分为直导套和带头导套，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，带头导柱轴向固定容易。

导向机构整体如图3-8所示图3-8 导向机构（1）设计导柱和导套需要注意的事项有：1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。

通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。

导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。

2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出6～8mm，以确保其导向与引导作用。

3）导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。

配合长度通常取配合直径的1.5～2倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。