水杯模具设计说明书[1]

本设计实例为一塑料水杯，如图（1）所示。材料为PP，塑件为倾斜壁不需脱模斜度；塑件的质量要求是不允许有裂纹和变形缺陷，大批量生产。

图（1）塑料水杯

1、塑件的分析

（1）外形的尺寸

该塑件为圆形，壁厚为3mm，无孔，结构较简单，适合于注射成型。

（2）精度等级

零件图中重要的尺寸有φ80±0.5、Φ74±0.5、125±1、110±1、12±0.2、φ60±0.5、φ54±0.5、5±0.2、R100、R103，对照附表C、

附表B（GB/T14486—1993），知道这些尺寸的公差等级在2级以上，为高精度等级，圆角R1、R2属一般精度等级。

2、PP的性能分析

（1）使用性能

密度小,强度刚度,硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆,不耐磨易老化. 适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件、盆、桶、家具、薄膜、编织袋、瓶盖、汽车保险杠等。

（2）成型性能

1）结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解。

2）流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形。

3）冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温低方向方向性明显.低温高压时尤其明显,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,留痕,90度以上易发生翘曲变形。

4）塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中。

3、初步选定注射机

（1）注射量的计算

通过计算得塑件体积：V塑=81.125cm3

（2）

本模采用一模四腔结构，如图（2）所示。为了保证四个型腔同时进

料，考虑采用平衡式的浇注系统，浇注系统的凝料可根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算，这里取0.2倍，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和塑件体积之和）为

V总=V塑（1+0.2）×4=81.125×1.2×4cm3=389.4cm3

图（2） 型腔布置形式

(3)选择注射机

每一次注入模具型腔的塑料总体积V总=389.4cm3,注射机V机=V总/0.8=389.4/0.8=486.75cm3，查表2.24初选定注射机型号为XS—ZY—1000，其主要技术参数见表1.1.

表1.1 注射机主要技术参数

理论注射量/cm3 1000 最大模具厚度/mm 700

螺杆直径/mm 85 最小模具厚度/mm 300

注射压力/MPa 121 模具定位孔直径/mm 150

锁模力/KN 4500 喷嘴球半径/mm 18

拉杆内间距/mm 650×550 喷嘴口孔径/mm 7.5

最大开模行程/mm 700

（4）注射机的相关参数校核

1）注射压力校核

一般塑件的成型压力在70~150MPa范围内，该注射机的公称注射压力P公=121MPa，所以注射压力合格。

2）锁模力校核

如图（3）所示，分型面选择在端盖截面积最大且有利于开模取出塑件的顶平面上。

图（3） 分型面选择

塑件在分型面上的投影面积A塑为：

A塑=π/4×802mm2=5024mm2

该浇注系统在分型面上的投影面积A浇，包括流道凝料和浇口在分型面上的投影面积，通常A浇取每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍，这里取A浇=0.2塑，则塑件和浇注系统在分型面上总的面积A总为：

A总=n（A塑+A浇）=n（A塑+0.2A塑）=4×1.2A塑=4×1.2×5024mm2=24115.2mm2

模具型腔内的胀型力F胀为：

F胀=A总P模=12057.6×30N=723.456kN

P模通常取25~40MPa。对于粘度较大的塑件取较大值，PP属于较小粘度，故P模取30MPa。因为F胀

4、浇注系统设计

（1）主流道设计

根据XS—ZY—250注射机的主要技术参数，得：

主流道小端直径 D=d+0.5mm=7.5+0.5=8mm；

主流道球面半径 SR=r+1mm=18+1=19mm；

球面的配合高度 h=3mm；

主流道长度一般尽量小于60mm，本次设计中初取33mm。为了便于

将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥度取4°，经换算得主流道大端直径D≈10mm；为了使熔融塑料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r=3mm的圆弧过渡。

主流道浇口套的结构如图（4）所示。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触易磨损，为了便于拆卸更换，将主流道浇口套与定位圈分开来设计。设计中采用碳素工具钢（T8A)或（T10A），热处理淬火表面硬度为50~55HRC。

图（4）主流道浇口套

（2）分流道设计

分流道长度 因为制品的形状不算太复杂，熔融塑料填充型腔比较容易，为了减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，减小分流道的容积，分流道长度尽量短，现单边长度取155mm，如图（2）所示。

1）分流道当量直径

塑件的质量m塑=ρV塑=0.905×81.125cm3=73.418g<200g，根据经验公式D分=0.2654m1/2L1/4得分流道的当量直径D分=0.2654×73.4181/2×1551/4mm=8.02mm。

2）分流道截面形状

分流道截面形状采用梯形截面，其加工工艺性好，便于凝料的脱模，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。

3）设梯形的下底宽度为x，底面圆角的半径R=1mm，并根据表2.5设置梯形的高H=5mm，分流道的斜度取8°，则该梯形的截面积为

A分=（x+x+2×5tan8°)h/2=(x+5tan8°)×5

再根据该面积与当量直径为8.02mm的圆面积相等，可得

（x+5an8°)×5=πD²分=3.14×8.02²/4得，x≈7.58，则上底约为8mm，

根据表2.5采用标准分流道截面尺寸上底B=8mm，高H=5mm

如图（5）所示。

图（5） 分流道截面形状

（3）浇口设计

根据制品的成型要求及型腔的布置方式，选用点浇口。

点浇口的直径 根据点浇口的直径d的计算公式2.2得

d=n（t²A)1/4=（0.14~0.20）×(3²×5356.3951)1/4mm=2.07~2.96mm，取d=2.5mm.。

点浇口的长度 点浇口的长度L浇一般选用0.5mm~2.0mm,这里取L浇=2mm.

即点浇口的尺寸：直径×长=2.5mm×2mm.

(4)冷料穴的设计

冷料穴结构为球头形拉料杆冷料穴，开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。

5、成型零件结构设计及计算

（1）成型零件结构设计

该塑件的型芯有一个，成型零件底部内表面，考虑加工难易程度和材料的价值利用等因素，采用整体镶嵌式结构。如图（6）所示。

图（6）凸模、凹模装配结构

（2）成型零件工作尺寸的计算

根据塑料平均收缩率计算凹模、型芯的工作尺寸，PP塑料平均收缩率取为2%，δz取值（1/3~1/6Δ），取δz=1/5Δ。主要成型零件工作尺寸见表1.2。

表1.2 型腔、型芯主要工作尺寸计算

类别 制件原尺寸 制件转换 计算公式 凹模或型芯的工作尺寸

凹模的计算 径向尺60±0.5 60.5-10

LM=[Ls+LsS-3/4Δ]+δz0 60.96+0.20

80±0.5

80.5-10

81.36+0.20

寸

高度尺寸

125±1

126-20

HM=[Hs+HsS-2/3Δ]+δz0

126.19+0.20

型芯的计算 径向尺寸 74±0.5 73.5+10

lM=[ls+lsS+3/4Δ]-δz0 76.47-0.40

54±0.5

54.5+10

57.09-0.40

高度尺寸

5±0.2

4.8+0.40

hM=[hs+hsS+2/3Δ]-δz0

6.23-0.080

12±0.2 11.8+0.40 12.303-0.080

110±1 109+20 112.513-0.40

(4)成型零件图

尺寸标注后的凹模及型芯如图（7）、（8）所示。

图（7）凹模尺寸标注

图（8）凸模尺寸标注

6、成型零件侧壁厚度及动模垫板厚度计算

（1）凹模侧壁厚度的计算 凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，根据型腔的布置，模架初选500×500mm人标准模架，其

厚度由刚度公式计算得

S=(3PH4/2Eδp）1/3=[3×30×1254/（2×2.1×105×0.04）]1/3mm=50.76mm

式中，p是型腔压力，取30（MPa），E是材料弹性模量，常取2.1×105（MPa），H是型腔深度，δp是模具刚度计算许用变形量，可查表得，此处取0.04。

凹模是镶嵌体，为结构紧凑，单边厚度选30mm。由于型腔采用直线、对称结构布置，故两个型腔之间壁厚满足结构设计就可以了，型腔与模具周边的距离由模板的外形尺寸来确定，根据估算模模板平面尺寸选用560×560mm，它比型腔布置的尺寸大的多，所以完全满足强度和刚度要求。图(9)所示为凹模板结构图。