一次性饭盒注塑模具设计

一次性饭盒注塑模具设计,一次性,饭盒,注塑,模具设计 摘要 随着近代工业的发展，塑料成为一种新材料也发展起来了，且应用日趋广泛。它在国发经济中许多领域不同程度地替代了金属、木材及其他材料，成为当前社会使用的一大类材料。只有迅速地发展塑料加工业，才可能把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的塑件产品，在国民经济中各领域充分地发挥作用。模具是塑料成型加工的一种重要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母”，模具是一种高附加值产品和技术密集型产品，其生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。 目 录 前 言 1 摘 要 2 绪 论 1 1圆形餐盒模型塑件的工艺分析 2 1.1 塑件成形工艺分析 2 2 模具基本结构设计及模架选择 4 2.1确定成形方法 4 2.2型腔布置 4 2.3分型面设计 5 2.4 浇注系统设计 6 2.5 脱模机构设计 10 2.6导向机构的设计 11 2.7选择模架 11 3 选择成形设备 13 3.1 注塑机的选择 13 3.2 工艺参数的校核 14 4 模具结构尺寸的设计计算 16 4.1 型腔尺寸计算 17 4.3 模具冷却、加热系统计算 19 6 模具总装图及模具的装配、试模 22 6.1 模具总装图及模具的装配 22 6.2 模具的安装试模 23 致 谢 25 参考文献 26 2 绪 论 模具的重要意义： 模具是工业生产的重要装备，是国民经济的基础设备，是衡量一个国家和地区工业水平的重要标志。模具在电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，是工业发展的基石，被人称为“工业之母”和“磁力工业”。 模具是制造业的重要基础装备，是工业化国家实现产品批量生产和新产品研发所不可缺少的工具。用模具生产制品所表现出来的高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度是其他任何制造方法所不及的。换句话说，没有高水平的模具就不会有高水平的工业产品。模具业是否强盛也反映出一个国家工业的强弱。 1圆形餐盒模型塑件的工艺分析 1.1 塑件成形工艺分析 如图1-1为圆形餐盒模型的二维工程图及实体图，单位mm。 图1-1 塑件图及实体图 产品名称：圆形餐盒模型 产品材料：PP 塑件材料特性：PP不含或含有少量增塑剂，它的机械强度高，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，耐磨强度好、耐化学腐蚀，对酸碱的抵抗能力极强，化学稳定性好，价格低廉，但成形比较困难，耐热性不高。 塑件材料成形性能：它的流动性差，过热时极易分解，所以必须加入稳定剂和润滑剂并严格控制成形温度及溶料的滞留时间。成形温度范围小，必须严格控制料温，模具应有冷却装置；采用带预塑化装置的螺杆式注射机。模具浇注系统应粗短，浇口截面宜大，不得有死角滞料。模具应冷却，其表面应该做镀铬处理。 塑件材料物理性能： 密度： 收缩率：1.0-2.5% 熔点： 热变形温度： 材料力学性能： 拉伸强度： 拉伸弹性模量： 弯曲强度： 弯曲弹性模量： 压缩强度： 缺口冲击强度： 硬度：洛氏 塑件质量：该产品材料为PP,由上得知其密度为0.9g/cm3,收缩率为1.0%-2.5%，计算出PP平均密度为0.9g/cm3,可根据塑件形状进行计算得到圆形餐盒模型的体积。 通过称重产品重量为16g， 计算得：塑件的体积 V=17.77cm3 由于此模具浇注系统采用点浇口，其浇注系统凝料较大，估计浇注系统的体积为7.08m3，由于采用的是一模2腔 V总=2×17.7+7.08=42.5Cm3 （3-1） 2 模具基本结构设计及模架选择 2.1确定成形方法 塑件采用注射成形法生产。因为该产品设计为大批量生产，故设计的模具需要有较高的注塑效率，浇注系统要能够自动脱模，此外为保证塑件表面质量采用点浇口，因此选用双分型面注射模，点浇口自动脱模结构。 2.2型腔布置 2.2.1 注意的问题或原则 根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。 据设计要求可知，由于该塑件形状较简单，质量较小，且需要大批量生产所以模具选用一模2腔结构且平衡布置，采用双分型面注塑模，浇口形式采用点浇口进料，这样模具尺寸较小，制造加工方便，利于充满型腔，塑件质量高，生产效率高，塑件成本低。型腔的排列根据模具的形状及尺寸排列，其排列方法如下图2—1所示： 图2-1 型腔布置示意图 2.3分型面设计 2.3.1分型面设计 分型面溢料是热固性塑料注射模的突出问题。因此要求减少接触面积，增加接触压力，以改善塑料溢边问题。 选择分型面时的考虑方向： ① 分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处 ② 将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧，以保征同心度 ③ 轴芯机构要考虑轴芯距离 ④ 分型面作为主要排气面时，分型面设于料流的末端。 ⑤ 塑件开模后留在动模上 ⑥ 分型面的痕迹不影响塑件的外观 ⑦ 浇注系统和浇口的合理安排 ⑧ 推杆的痕迹不露在塑件的外观上 ⑨ 使塑件易于脱模 本塑件的分型面在产品的最大外形处，即产品的底部 图2-2 分型面选择示意图 2.3.2 排气槽设计 当塑料熔体充填型腔时，热固性塑料在固化时会放出大量的气体,易阻塞缝隙，如果气体不能顺利地排出，塑件会由于填充不足而出现气泡，接缝式表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑件焦化，所以必须开设专用排气槽排出气体。通常排气槽设计有多种方式，大多数都采用配合间隙排气的方式，但是考虑到PP流动性差性能，本模具在分型面上设置排气槽，深度为，宽。这样有利于清理飞边及排出气体。 2.4 浇注系统设计 浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，进入模具的型腔以前所流经的一段路程的总称。模具浇注系统应尽量粗短，流道设计分为主流道、分流道、浇口和冷料井的设计。查[2]得双分型面注射模使用的浇注系统是点浇口浇注系统。 2.4.1 主流道设计 主流道为注塑机的喷嘴到型腔之间的进料通道。熔体从喷嘴中以一定的动能喷出。由于熔体在料筒内已被压缩,此时流入模的空腔内,其体积必然要增大,流速也略为减小。本套设计采用直接进胶，就是从主流道直接进入型腔。 主流道设计应注意的问题： ① 便于流道凝料从主流道衬套中拔出，主流道设计成圆锥形。锥角粗糙度与喷嘴对接处设计成半球形凹坑，球半径略大于喷嘴头半径。 ② 主流道要求耐高温和摩擦，要求设计成可拆卸的衬套，以便选 用优质材料单独加工和热处理。 ③ 衬套大端高出定模端面，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合，起定位隙作用。 ）得主流道直径计算的经验公式： 式中 ——主浇道大头直径 ——流经主浇道的熔体体积 ——因熔体材料而异的常数 故 主流道断面尺寸：主流道设在定模板上，并且位于模具的中心，与注射机喷喷嘴在同一轴线上 表2-2 主流道衬套中尺寸关系表 16 20 25 30 d 注射机喷嘴直径+（0.5～1） D 与注射机定位孔间隙配合 SR 注射机喷嘴球面半径+（1～2） 主流流道的大头直径确定为6mm ，考虑PP流动性较差，所以主流道如下选择，锥度、、、、 2.4.2 分流道设计 指塑料熔体从主流道进入多腔模各个型腔的通道，对熔体流动起分流转向作用，要求熔体压力和热量在分流道中损失小。 分流道的截面形状及分布选择：截面形状有圆形、梯形、u形、半圆形、矩形。分流道的长度应尽可能的短，少弯折的减少压力损失和热量损失，分流道的表面粗糙度为 。 ）得分流道计算经验公式： 式中 b——梯形大底边宽度， ——塑件的质量， L——分流的长度, h——梯形的高度， 故 表2-4 各种塑料的分流道推荐值 塑料种类 梯形分流的侧面斜角常取5o—10o，此取斜角为10o ，底部以圆角相连。综上可得，梯形分流道的截面尺寸及图形如下： 图2-4 分流道截面示意图 2.4.3浇口设计 浇口不仅对塑件熔体的流动性和充模特征有关，而且与塑件的成形质量有着密切的关系。点浇口形式采用带圆角的圆锥过渡式的点浇口，因为这种结构有利于熔料充满型腔。 浇口位置的选择：尽量缩短流动距离，保证熔料能迅速地充满型腔。浇口开在塑件壁厚处，且应减少熔痕，有利于型腔气体的排出。所以，塑件的浇口选择在花盆的底部中央处，由于塑件所填充塑料多，这样可以提高充模速度。 浇口尺寸计算：查[22]（5-64）得点浇口的直径计算公式： 式中 ——点浇口的直径 ——系数，依塑料种类而异 查表得 ——依塑件壁厚而异的系数 查[22]图5-79得 ——型腔表面积 表2-5 塑料种类与n值表 塑料种类 PP 值 表2-6 点浇口经验直径尺寸mm 厚度 塑料种类 综上查表得 与经验尺寸一致，所以点浇口取。 由上可知，塑件采用点浇口成形，浇注系统平衡布置，如图2-5所示。主流道为圆锥形，上部直径与注塑机喷嘴相配合，下部直径为，锥角为6o。分流道采用梯形截面流道，斜角为10o，高为，宽为。点浇口直径为，长度为，头部球。浇口位置在产品底部中心位置处。如图所示 点浇口 2.5 脱模机构设计 塑件在模腔中成形后，便可以从模具中取下，但在塑件取下以前，模具必须完成一个将塑件从模腔中推出的动作，模具上完成这一动作机构称为脱模推出机构。 推出机构的组成：第一部分是直接作用在塑件上将塑件推出的零件；第二部分是用来固定推出零件的零件，有推杆固定板、推板等；第三部分是用作推出零件推出动作的导向及和模时推迟推出零件复位的零件。推出机构应使塑件脱模时不发生变形或损伤塑件的外观；推力的分布依脱模阻力的大小合理合理安排；推出机构的结构力求简单，动作可靠，不发生误动作，和模时要正确复位。，推模力的计算要将塑件从模腔中推出必须克服推出所遇到的阻力，因此塑件脱模时必须有一个足够大的脱模力，脱模力可用下式计算： 式中 ——脱模力 ——型芯的脱模斜度 ——塑件包容型芯的面积 ——塑件对钢的摩擦系数 取0.2 ——塑件对型芯的单位面积上的包紧力 故 因为本塑件结构简单所以使用一般的推板推出机构、推板推出机构等既可满足塑件脱模的要求。推板推出如图所示 推板推出 2.6导向机构的设计 导向机构由导柱及导套等组成。在模具各类机构中都可能设置导向机构，以保证各类机构在工作过程中定位、定向。导向机构主要有导销和导柱导套两种形式。因为导销主要用于移动式小型压模，不符合设计要求，所以本模具中采用导柱导套形式的导向机构。 2.7选择模架 2.7.1模架结构 注射模标准：我国目前标准化注射模零件的国家标准有12个；另外还制订了塑料注射模具的标准模架，分《中小型模架》（GB/T12556.1—90）和《大型模架》（GB/T12555.1—90）两种。《中小型模架》标准中规定，模架的周界尺寸范围为：≤560mmx900mm，并规定模架的形式为品种型号，即基本型，A1、A2、A3和A4四个品种。其四种模架的组成、功能及用途见下表2-7。 表2-7注射模标准模架种类 型号 组成、功能及用途 A1型 定模采用两块模板，动模采用一块模板，与推杆推件机构 组成模架，适用于立式和卧式注射机。 A2型 动、定模均采用两块模板，与推件机构组成模架，适用于立式和卧式注射机，可用于带有斜导柱侧向抽芯的模具， 也可用于斜滑块侧向分型的模具 A3型 定模采用两块模板，动模采用一块模板，它们中间设置了一块推件板，用于推件板件的模具，适用于立式和卧式注 射机。 A4型 动、定模均采用两块模板，它们中间设置了一块推件板， 用于推件板件的模具，适用于立式和卧式注射机。 根据以上四种模架的组成，功能及用途可以看出，A4型模型适用于本次模具的设计。 2.7.2模架周界尺寸选择 中小型模架的周界尺寸参数、规格有：100×L、125×L、160×L、180×L、200×L、250×L、315×L、355×L、400×L、450×L和500×L等模架规格。根据模具型腔布置可以选用的模架规格为：模具结构为双分型面注射模采用拉杆和限位螺钉，控制分型面的打开距离，其开距应大于200mm，方便取出制件，周界尺寸180mm×345mm，上、下模板的厚度为120mm，垫板厚度为120mm。 2.7.3塑料注射模具技术要求 塑料注射模具应优先按GB/T12555.1—90和GB4169.1—11选用标准模架和标准件。模具成形零件材料和热处理要求，优先按下表2-8内容选用： 表2-8 模具成形零件优先选用材料和热处理硬度 零件名称 模具材料 热处理硬度 牌号 标准号 HBS HRC 型腔、型芯定模镶件、动模镶件、活动镶件 45 GB699 216—260 40—45 4Cr GB3077 216—260 40—45 40CrNiMOA GB3077 216—260 40—45 3Cr2Mo GB1299 预硬状态 35—45 4Cr 5MoSiV1 GB1299 246—280 45—55 3Cr13 GB1220 246—280 45—55 3 选择成形设备 3.1 注塑机的选择 所以一次性注入的塑料的体积为：V总=42.5cm3 根据计算的数据塑查[22]表8选定注塑机型号为：HTF200 注塑机的参数如下： 注塑机最大注塑量 ：334cm3 喷嘴球面半径： 注塑机拉杆的间距：530*530mm 锁模力： 注塑压力： 最小模厚：200mm 最大模厚：550mm 3.2 工艺参数的校核 3.2.1 最大注射量校核 注射机的最大注塑量应大于制品的重量或体积（包括流道及流口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好在注塑机的最大注塑量80%。 所以，选用的注塑机最大注塑量应 式中——注塑机的最大注塑量：单位 ——注塑机的体积，单位 ——浇注系统体积，单位 故 确定的注塑机注塑量为：v=334cm3 满足要求。 3.2.2 锁模力校核 > 式中 ——熔融型料在型腔内的压力（70—100 Mpa）80％ ——塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和 ——注塑机的额定锁模力 故 ＞ =1.3*35 x10414.68*2=947.7（KN） 所以选定的注塑机为： 满足要求 3.2.3 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 即模具长宽＜拉杆间距 模具的长宽为400*500＜注塑机拉杆间距530*530，满足要求。 3.2.4 模具闭合高度校核 模具实际厚度H模=490mm 注塑机最小闭合厚度H最小=200mm 即 H模＞H最小 满足要求 3.2.5 开模行程校核 我们所选的注塑机的最大行程与模具厚度无关，故注塑机的开模行程应满足下式： 式中 H1——型芯高度 H2——包括凝料在内的塑件高度 S——注射机最大开模行程 a——中间板与定模板之间的分开距离 4 模具结构尺寸的设计计算 为了降低模具加工难度和制造成本，在满足塑件使用的前提下，采用较低的尺寸精度。 塑件精度等级与塑料品种有关，根据塑料的收缩率的变化不同，塑料的公差精度分为高精度、一般精度、低精度三种。 表4-1 精度等级与公差数值 基本尺寸/mm 精度等级 1 2 3 4 5 6 7 8 公差数值/mm --3 0.04 0.06 0.08 0.12 0.16 0.24 0.32 0.46 3—6 0.05 0.07 0.08 0.14 0.18 0.28 0.36 0.56 6--10 0.06 0.08 0.10 0.16 0.20 0.32 0.40 0.64 10--14 0.07 0.09 0.12 0.18 0.22 0.36 0.44 0.72 14--18 0.08 0.10 0.12 0.20 0.24 0.40 0.48 0.80 18--24 0.09 0.11 0.14 0.22 0.28 0.44 0.56 0.56 24--30 0.10 0.12 0.16 0.24 0.32 0.48 0.64 0.96 30--40 0.11 0.13 0.18 0.26 0.36 0.52 0.72 1.00 40--50 0.12 0.14 0.20 0.28 0.40 0.56 0.80 1.2 50-65 0.13 0.16 0.22 0.32 0.46 0.64 0.92 1.4 65-80 0.14 0.19 0.26 0.38 0.52 0.76 1.04 1.60 80-100 0.16 0.22 0.30 0.44 0.60 0.88 1.20 1.80 100-120 0.18 0.25 0.34 0.50 0.68 1.00 1.36 2.00 120-140 -- 0.28 0.38 0.56 0.76 1.12 1.52 2.20 表4-2 PP建议采用精度等级表 塑料品种 建议采用精度等级 高精度 一般精度 低精度 PP 4 5 6 由塑件的工作环境知道工件的精度要求不高，所以精度等级选择一般精度。 4.1 型腔尺寸计算 计算中取PP的平均收缩率。公差按照表4-1和表4-2中所查的公差进行计算。模具制造公差，统一取塑件尺寸公差的1/5。 工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要包括：型腔、型芯的径向尺寸（含长、宽尺寸）与高度尺寸，以及中心距尺寸等。为了保证塑件质量，模具设计时必须根据塑件的尺寸与精度等级确定相应的成型零部件工作尺寸与精度。其中影响模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下几个方面查阅参考文献[7]： （1）成形收缩率：在实际工作中，成形收缩率的波动很大，从而引起塑件尺寸的误差很大，塑件尺寸的变化值为 δs=(Sma×-Smin)Ls （5-5） 式中： δs-为塑件收缩波动而引起的塑件尺寸误差（mm）； Smax-为塑料的最大收缩率（%）； Smin-为塑料的最小收缩率（%）； Ls-为塑件尺寸（mm）。 一般情况下，由收缩率波动而引起的塑件寸误差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以内。 （2）模具成形零件的制造误差：实践证明，如果模具的成形零件的制造误差在IT7～IT8级之间，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。 （3）零件的磨损：模具在使用过程中，由于种种原因会对型腔和型芯造成磨损，对于中小型塑件，模具的成形零件最大磨损应取塑件公差的1/6，而大型零件，应在1/6之下。 （4）模具的配合间隙的误差：模具的成形零件由于配合间隙的变化，会引起塑件的尺寸变化。模具的配合间隙误差不应该影响成形零件的尺寸精度和位置精度。 综上所述，在模具型腔与型芯的设计中，应综合考虑各种影响成形零件尺寸的因素，在设计时进行有效的补偿。由于影响因素很不稳定，补偿值应在试模后进行逐步修订。 通常型芯、型腔组成的模腔工作尺寸简化后的计算方法有平均收缩率法和公差带法两种。其中平均收缩率法以平均概念进行计算，从收缩率的定义出发，按塑件收缩率、成形零件制造公差、磨损量都为平均值的计算，查参考文献[7]： 4.3 模具冷却、加热系统计算 冷却回路所需总表面积可按下式计算 式中 ——冷却回路总表面积， ——单位时间内注入模具中树脂的质量， ——单位质量树脂在模具内释放的热量，， ——冷却水的表面传热系数， ——模具成形表面的温度，℃; ——冷却水的平均温度，℃ 。 冷却水的表面传热系数可用下式计算 式中 ——冷却水的表面传热系数 ; ——冷却水在该温度下的密度 ——冷却水的流速 ——冷却水孔直径 ——与冷却水温度有关的物理系数 值查表 表4-3 水的值与其温度的关系表 平均水温/℃ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 56 值 6.16 6.60 7.06 7.50 7.95 8.40 8.84 9.28 9.66 10.05 冷却回路总长度可用下式计算 式中 ——冷却回路总长度 ——冷却回路总表面积 ——冷却水孔直径 计算得 确定冷却水孔的直径时应注意，无论多大的模具，水孔的直径不能大于，否则冷却水难以成为湍流状态，以致降低热交换效率。一般水孔的直径可根据塑件的平均壁厚来确定。平均壁厚为时，水孔直径可取。本模具的冷却水孔直径取。 冷却水体积流量的计算：塑料树脂传给模具的热量与自然对流散发到空气中的模具热量、辐射散发到空气中的模具热量及模具传给注射机热量的差值，即为用冷却水扩散的模具热量。假如塑料树脂在模内释放的热量全部由冷却水传导的话，即忽略其他传热因素，那么模具所需的冷却水体积流量则可用下式计算： 式中 ——冷却水体积流量 ——单位时间注射入模具内的树脂质量 ——单位质量树脂在模具内释放的热量 ——冷却水比热容 ——冷却水的密度 ——冷却水出口处温度 ℃ ——冷却水入口处温度 ℃ 6 模具总装图及模具的装配、试模 6.1 模具总装图及模具的装配 图6-1 模具装配图 模具总装图的技术要求内容： 　　① 对于模具某些系统的性能要求。 　　② 对模具装配工艺的要求。例如模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于模具上、下面的平行度要求，并指出由装配决定的尺寸和对该尺寸的要求。 　　③ 模具使用，装拆方法。 　　④ 防氧化处理、模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求。 　　⑤ 有关试模及检验方面的要求。 6.2 模具的安装试模 6.2.1 试模前的准备 试模前要对模具及试模用的设进行检验。模具的闭合高度，安装与注射机的各个配合尺寸、推出形式、开模距、模具工作要求等符合所选设备的技术条件。检查模具各个滑动零件配合间隙适当，无卡住及紧涩现象。活动要灵活、可靠，起止位置的定位要准确。各镶嵌件、紧固件要牢固，无松动现象。各种水管接头、阀门、附件、备件要齐全。对于试模设备也要进行全面检查，即对设备的油路、水路、电路、机械运动部位、各操纵件和显示信号要检查、调整，使之处于正常运转状态。 6.2.2 模具的安装及调试 模具的安装是指将模具从制造地点运至注塑机所在地，并安装在指定注射机的全过程。 模具安装到注射机上要注意以下几个问题： ① 模具的安装方位要满足设计图样的要求。 ② 模具中有侧向滑动机构时，尽量使其运动方向为水平方向。 ③ 当模具长度与宽度尺寸相差较大时，应尽可能使较长的边与水平方向平行。 ④ 模具带有液压油路接头、气路接头、热流道元件接线板时，尽可能放置在非操作一侧，以免操作不方便。 模具在注射机上的固定多采用螺钉、压板的形式，一般每侧采用4---8块压板，对称布置。 模具安装于注射机上之后，要进行空循环调整。其目的在于检验模具上各运动机构是否可靠、灵活、定位装置是否有效作用。要注意以下几个方面： ① 合模后分型面不得有间隙，要有足够的合模力。 ② 活动型芯、推出及导向部位运动及滑动要平稳、无干涉现象，定位要正确、可靠。 ③ 开模时，推出要平稳，保证将塑件及浇注系统凝料推出模具。 ④ 冷却水要畅通，不漏水，阀门控制正常。 致 谢 此次课程设计的顺利完成,我要衷心感谢我的指导老师——老师在设计过程中对我的指导和帮助，同时，也感谢我们的这组的成员在这次设计中给予我的帮助！谢谢！ 向在百忙之中评阅本方案并提出宝贵意见的各位评委老师表示最诚挚的谢意，同时向所有关心、帮助和支持我的老师和同学表示衷心的感谢，祝你们工作顺利，万事如意！ 由于本人的学识水平、时间和精力有限，文中肯定有许多不尽人意和不完善之处，我将在以后的工作、学习中不断以思考和完善。 参考文献 [1]张维合. 塑料成型及模具设计.化学工业出版社, 2014. 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