毕业论文
塑料碗三维造型及模具设计
目录
第1章绪论 ......................................................................................................................
1.1模具工业的的概况.................................................................................................
1.2塑料工业的的概况.................................................................................................
1.3塑料模具的发展方向.............................................................................................第2章塑料的工艺性设计 .............................................................................................
2.1注塑模工艺.............................................................................................................
2.2化学和物理特性.....................................................................................................
2.3塑件的尺寸与公差.................................................................................................第3章注射成型机的选择 .............................................................................................第4章型腔布局与分型面设计 .....................................................................................
4.1型腔数目的确定.....................................................................................................
4.2型腔的布局.............................................................................................................
4.3分型面的设计 .........................................................................................................第5章浇注系统设计 .....................................................................................................
5.1主流道设计.............................................................................................................
5.2主流道衬套的固定.................................................................................................
5.3分流道的设计.........................................................................................................
5.4浇口的设计.............................................................................................................第6章成型零件的设计 .................................................................................................
6.1成型零件的结构设计.............................................................................................
6.2成型零件工作尺寸计算.........................................................................................第7章合模导向机构的设计 .........................................................................................
7.1导柱的结构.............................................................................................................
7.2导套的结构..............................................................................................................第8章脱模机构的设计 .................................................................................................
8.1脱模机构设计的总体原则 .....................................................................................
8.2推杆设计..................................................................................................................
8.3推件板设计的要点 .................................................................................................
8.4开模行程与推出机构的校核 .................................................................................
8.5浇注系统凝料脱模机构 .........................................................................................结束语................................................................................................................................致谢....................................................................................................................................参考文献............................................................................................................................
塑料碗三维造型及模具设计
【摘要】本设计针对分析碗的塑件图，完成其造型设计，根据分析碗的塑件的特点完成其注射模设计，本文主要阐述了塑料碗注塑成型的基本原理、注射模具的结构设计方法及过程。采用PRO/E4.0的软件完成对塑料碗注塑模具的计算机辅助设计。
当今社会，塑料碗被普遍使用，因此研究这一套塑料碗注射模具对于提高塑料碗的生产质量和效率有着非常重要的作用。并且通过这次毕业设计，自己也得到了很大的锻炼。
【关键词】计算机辅助设计，注射模具，塑料碗
Plastic bowl of three-dimensional modeling and
mould design
【Abstrct】This design in view of the analysis bowl of plastic parts graph, complete its modelling design, according to the analysis of the characteristics of plastic parts bowl to finish its injection mould design, this article mainly expounds the plastic bowl injection molding, the basic principle of injection mould structure design method and process. Using PRO/E4.0 software to plastic bowl of injection mould for computer aided design.
In today's society, plastic bowl were commonly used, so the studyof this set of plastic bowl for the improvement of plastic bowlinjection mould of production quality and efficiency has a very important role. And through the graduation design, oneself also geta lot of exercise. 【Keywords】computer aided design, injection mould, plastic bowl
第1章绪论
1.1 模具工业的的概况
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。
模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。
1.2 塑料工业的的概况
塑料，与我们周围无处不在。在国民经济的发展中，所料产品几乎涉及了所有的领域，在航空航天、交通运输、邮电通信、仪器仪表、家用电器等行业中塑料更是必不可少的材料。而塑料产品的制造需要大量的模具对其进行成型。例如在家用电器行业中，一台电冰箱需要300多套模具，一台全自动洗衣机大约需要200套模具，一台彩电需要100多套模具。其中仅彩电模具每年我国就有30亿元的市场。正是由于高速发展的塑料工业对模具的大量需求，使模具工业成为许多国家经济发展的支柱产业，并
在这些国家受到高度重视。在欧美等的一些工业发达国家，模具工业被称为“点铁成金”的“磁力工业”。
1.3 塑料模具的发展方向
塑料模具的发展主要取决于两个方面，即一方面是模具为之服务的各行各业的发展趋势，另一方面是整个社会和世界科学技术的发展趋势，这实际上就是需要和可能。
模具是为制件，也就是成形产品服务的，因此模具必然要以制件(成形产品)的发展趋势为自己的发展趋势，模具必须满足他们的要求。制件发展趋势主要是轻便、精美、快速高效生产、低成本与高质量，每一项都预示了模具发展趋势。现简要分析如下：
快速高效生产，这一方面是要求模具企业要尽量缩短模具生产周期，尽快向模具用户交付模具，另一方面更重要的是要使用户能用你提供的模具来快速高效地生产制品。例如一模多腔多件生产、叠层模具、利用好热流道技术来缩短成形时间以及使用多层复合技术、模内装饰技术、高光无痕注塑技术、在线检测技术、多工序复合技术、多排多工位技术等等。同时制件成形过程智能化还要求有智能化的模具来适应。
低成本，这既要通过模具生产的设计、加工、装配来实现模具的低成本制造和低成本供给，更重要的是要使模具用户能使用模具来实现低成本生产。这就对模具提出了更高的要求。模具生产企业必须做到先使模具用户赚钱，然后才能使自己赚钱。在要求低成本的过程中，无论是模具生产企业还是使用模具的企业，不断改善治理，逐步实现信息化治理都是企业的共同要求及进步和发展的方向。
高质量，要做到制品的高质量，首先必须是模具的高质量，保证制品
的一致性也要好，而且还要保证寿命。高质量模具与技术休戚相关。
第2章塑料的工艺性设计
2.1 注塑模工艺
干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。
熔化温度：220~275℃，注意不要超过275℃。
模具温度：40~80℃，建议使用50℃。结晶程度主要由模具温度决定。
注射压力：可大到1800bar。
注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。
流道和浇口：对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。建议使用通体为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。PP 材料完全可以使用热流道系统。
成型时间：
注射时间 20s~60s
高压时间 0s~3s
冷却时间 20s~90s
总周期 50s~160s
2.2 化学和物理特性
PP是一种半结晶性材料。它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。由于
均聚物型的PP温度高于0℃以上时非常脆，因此许多商业的PP材料是加入1~4%
乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度（100℃）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度。PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP的维卡软化温度为150℃。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。PP的流动率MFR范围在1~40。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为 1.8~2.5%。并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。
2.3 塑件的尺寸与公差
2.3.1 塑件的尺寸
塑件尺寸的大小受制于以下因素：
1）取决于用户的使用要求。
2）受制于塑件的流动性。
3）受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。
2.3.2 塑件尺寸公差标准
1）影响塑件尺寸精度的因素主要有：塑料材料的收缩率及其波动。
2）塑件结构的复杂程度。
3）模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）。
4）成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等）。
5)成型设备的控制精度等。
其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。题中没有公差值，则我们按未注公差的尺寸许偏差计算，查表取MT5。
2.3.3 塑件的表面质量
塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。
模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低1-2级。
第3章注射成型机的选择
3.1注塑机的种类
1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一.
注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法，常用的说法有:
1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机；
2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。
此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。
3.2注塑机基本参数：
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。
常用的注射速率如表(1)所示。
表1注射量与注射时间的关系
注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330
1600 2000
注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3
3.75 5
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。
根据《模具设计与制造简明手册》选择注射机XS-ZY-500螺杆式注射机，其参数如下：
额定注射量：200
螺杆直径： 50mm
注射压力：104Mpa
锁模力：3500KN
模板行程：500mm
模具最大厚度：350mm
模具最小厚度：200mm
模板尺寸：598×520mm
拉杆空间：448×370mm
定位孔直径： 750mm
合模方式：液压—机械
第4章型腔布局与分型面设计
4.1 型腔数目的确定
型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、交货长短、注射能力、模具成本等要求来综合考虑。
根据注射机的额定锁模力F的要求来确定型腔数目n ，即
n
式中 F——注射机额定锁模力（N）
P——型腔内塑料熔体的平均压力（MPa）
A
1、A
2
——分别为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积
（mm2）
大多数小型件常用多型腔注射模，面高精度塑件的型腔数原则上不超过4个，生产中如果交货允许，我们根据上述公式估算，采用一模二腔。
4.2 型腔的布局
考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示：
4.3 分型面的设计
分型面位置选择的总体原则，是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构，分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较具体可以从以下方面进行选择。
1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
2)便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。
3)保证塑件的精度要求。
4)满足塑件的外观质量要求。
5)便于模具加工制造。
6)对成型面积的影响。
7)对排气效果的影响。
8)对侧向抽芯的影响。
第5章浇注系统设计
5.1 主流道设计
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看作是喷嘴的通道在模具中的延续，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。形状结构如图(3)示
其设计要点：
1)主流道设计成圆锥形，其锥角可取2°~6°，流道壁表面粗糙度取Ra=0.63μm，且加工时应沿道轴向抛光。
2）主流道如端凹坑球面半径R2比注射机的、喷嘴球半径R1大1~2 mm；球面凹坑深度3~5mm；主流道始端入口直径d比注射机的喷嘴孔直径大0.5~1mm；一般d=2.5~5mm。
3）主流道末端呈圆无须过渡，圆角半径r=1~3mm。
4）主流道长度L以小于60mm为佳，最长不宜超过95mm。
5）主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用T8A，热处理淬火后硬度53~57HRC。
5.2 主流道衬套的固定
因为采用的有托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是标准件，外径为Φ150mm，内径Φ31.5mm。
具体固定形式如图(4)所示：
5.3分流道的设计
分流道是脱浇板下水平的流道。为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形梯形U形半圆形及矩形等，
工程设计中常采用梯形截面加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力
均不大，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸：
（式1）
（式2）式中 B―梯形大底边的宽度（mm）
m―塑件的重量（g）
L―分流道的长度（mm）
H―梯形的高度（mm）
质量大约58.5g，分流道的长度预计设计成190mm长，且有2个型腔，所以
.0
24=
?
=
B取B为15mm
?
5.
.
07
15
190
58
2654
=10 取H为10mm 根据实践经验，PP塑料分流道截面直径为4.8~9.5。
所以我们可以选择截面直径为9.5mm，H=6.3mm。
梯形小底边宽度取8mm，其侧边与垂直于分型面的方向约成7°。另外由于使用了水口板（即我们所说的定模板和中间板之间再加的一块板），分流道必须做成梯形截面，便于分流道和主流道凝料脱模。
如下图（5）所示：
1）分流道长度
分流道要尽可能短，且少弯折，便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。将分流道设计成直的，总长190mm。
2）分流道表面粗糙度
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取 1.6μm左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。
3）分流道表面粗糙度
分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则：即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。
本模具的流道布置形式采用平衡式, 如图(1)所示。
5.4浇口的设计
浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状
及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。
5.4.1 浇口的选用
它是流道系统和型腔之间的通道,这里我们采用点浇口：
1) 浇口在成形自动切数断，故有利于自动成形。
2) 浇口的痕迹不明显，通常不必后加工。
3) 浇口之压力损失大，必须高之射出压力。
4) 浇口部份易被固化之残锱树脂堵隹。
它常用于成型中、小型塑料件的一模多腔的模具中，也可用于单型腔模具或表面不允许有较大痕迹的塑件。
5.4.2 浇口位置的选用
模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，如图（6）所示。
通常要考虑以下几项原则：
1) 尽量缩短流动距离。
2) 浇口应开设在塑件壁厚最大处。
3) 必须尽量减少熔接痕。
4) 应有利于型腔中气体排出。
5) 考虑分子定向影响。
6) 避免产生喷射和蠕动。
7) 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。
8）注意对外观质量的影响。
5.4.3 浇注系统的平衡
对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量
保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。
5.4.4 排气的设计
排气槽的作用主要有两点。一是在注射熔融物料时，排除模腔内的空气；二是排除物料在加热过程中产生的各种气体。越是薄壁制品，越是远离浇口的部位，排气槽的开设就显得尤为重要。另外对于小型件或精密零件也要重视排气槽的开设，因为它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外，还可以消除制品的各种缺陷，减少模具污染等。那么，模腔的排气怎样才算充分呢？一般来说，若以最高的注射速率注射熔料，在制品上却未留下焦斑，就可以认为模腔内的排气是充分的。
适当地开设排气槽；可以大大降低注射压力、注射时间。保压时间以及锁模压力，使塑件成型由困难变为容易，从而提高生产效率，降低生产成本，降低机器的能量消耗。其设计往往主要靠实践经验，通过试模与修模再加以完善，此模我们利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气。
第6章成型零件的设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件
要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。
设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。
6.1 成型零件的结构设计
6.1.1 凹模结构设计
凹模是成型产品外形的主要部件。
其结构特点：随产品的结构和模具的加工方法而变化。
镶拼的组合方式的优点：
对于形状复杂的型腔，若采用整体式结构，比较难加工。所以采用组合式的凹模结构。同时可以使凹模边缘的材料的性能低于凹模的材料，避免了整体式凹模采用一样的材料不经济，由于凹模的镶拼结构可以通过间隙利于排气，减少母模热变形。对于母模中易磨损的部位采用镶拼式，可以方便模具的维修，避免整体的凹模报废。
组合式凹模简化了复杂凹模的机加工工艺，有利于模具成型零的热处理和模具的修复，有利于采用镶拼间隙来排气，可节省贵重模具材料。
6.1.2 型芯结构设计
整体嵌入式型芯，适用于小型塑件的多腔模具及大中型模具中。最常用的嵌入装配方法是台肩垫板式，其他装配方法还有通孔螺钉联接式，沉孔螺钉联接式。
6.2 成型零件工作尺寸计算
所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接构成型腔腔体的部位的尺寸，其直接对应塑件的形状与尺寸。鉴于影响塑件尺寸精度的因素多且复杂，塑件本身精度也难以达到高精度，为了计算简便，规定：
6.2.1 塑件的公差
塑件的公差规定按单向极限制，制品外轮廓尺寸公差取负值“”，制品叫做腔尺寸公差取正值“”，若制品上原有公差的标注方法与上不符，则应按以上规定进行转换。而制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算，即取。
6.2.2 模具制造公差
实践证明，模具制造公差可取塑件公差的~，即δz=，而且按成型加工过程中的增减趋向取“+”、“-”符号，型腔尺寸不断增大，则取“+δz”,型芯尺寸不断减小则取“-δz”，中心距尺寸取“”。现取。
6.2.3 模具的磨损量
实践证明，对于一般的中小型塑件，最大磨损量可取塑件公差的，对于大型塑件则取以下。另外对于型腔底面（或型芯端面），因为脱模方向垂直，故磨损量δc=0。
6.2.4塑件的收缩率
塑件成型后的收缩率与多种因素有关，通常按平均收缩率计算。
=%=2%
6.2.5模具在分型面上的合模间隙
由于注射压力及模具分型面平面度的影响，会导致动模、定模注射时存在着一定的间隙。一般当模具分型的平面度较高、表面粗糙度较低时，塑件产生的飞边也小。飞边厚度一般应小于是0.02~0.1mm。
1）外型尺寸（mm）
根据公式： L
=
M
=
D
1M
=
=116.445
=
D
2M
=
=56.45
=
根据公式： H
M
H
=
1M
=
=57.65
=
H
2M
=
=2.93
2）内腔尺寸（mm）
=
根据公式：
M
=
1m
=