塑料碗注射模具设计方案

塑料碗注射模具设计方案

第一章 塑件结构及成形工艺性分析

1.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征

该塑件材料选用PP

PP 聚丙烯典型应用范围:

汽车工业（主要使用含金属添加剂的PP ：挡泥板、通风管、风扇等），器械（洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等），日用消费品（草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等）。

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。

聚丙烯（PP ）是常见塑料中较轻的一种，其电性能优异，可作为耐湿热高频绝缘材

料应用。PP 属结晶性聚合物，熔体冷凝时因比容积变化大、分子取向程度高而呈现较大收缩率(1.0％-1.5％) 。PP 在熔融状态下，用升温来降低其粘度的作用不大。因此在成型加工过程中，应以提高注塑压力和剪切速率为主，以提高制品的成型质量。

PP 成型各阶段所需压力及熔体流动过程：PP 成型主要包括充模阶段、增密阶段、保压阶段和冷却阶段，每个阶段所需压力各有不同，熔体流动情况也有所不同。

（1）充模阶段

PP 在注塑机机筒内经预塑受热熔融。注塑开始，螺杆头部产生注塑压力到熔体充满模腔这一阶段是在动压作用下的高压高速充模过程。此时高温熔体在模腔内的流动情况很大程度上决定着制品表面质量和物理性能，而熔体流动情况是受注塑压力和熔体自身影响的。当注塑压力过低时，熔体进入模腔缓慢，紧贴在模腔内壁表面的那一层熔体会因温度急速下降而使粘度增高凝固，并很快向中心波及，使熔体的流动通道在很短时间内变得十分狭窄，大大削弱了进入模腔的熔体流量，结果使制品表面出现波纹、缺料、气泡。当注塑压力过高时，熔体充模过快，在浇口附近以湍流形式进入模腔，且发生自由喷射，模腔内气体来不及排出，于是制品表面呈现云雾斑等缺陷，制品脱模残余应力大，易产生飞边使脱模困难。虽然高的注塑压力在注塑过程中能提高注射速率而获得大的剪切作用。从而降低熔体粘度，但从物理意义上说，过高的压力会使熔体粘度增大，这是因为随着压力的增大，分子链之间的距离被压缩，分子链间的错动更加困难，熔体流动困难，粘度也就增大了。因此，在充模阶段应注意把握高速注塑，即高剪切速率的作用，而不应一味地提高注塑压力。对一些高档的壁厚变化大、有较厚突缘和筋的制品，应采用多级注塑来控制剪切速率。在实际生产中，一般先调成低速低压，使熔体平稳进入模具；再用两级不同的高速高压使熔体接近充满模腔，并防止发生涡流；最后用一级低速中压，避免溢边产生，以便顺利完成充模过程。

（2）增密阶段

充模结束后，PP 熔体的快速流动停止，模腔压力开始增加，与此同时注塑压力也迅速增加。当注塑压力达到最大值时，模腔压力并没有达到最大值，模腔压力的极值要滞后于最大注塑压力一段时间，此间熔体的流动过程为增密过程。在这段很短的时间内，熔体要充满模腔的各部分缝隙，本身要受到压缩，熔体流速很小，温度变化也不明显，这时注塑压力也被熔体传递到模腔表面，产生模腔压力(传递的难易程度取决于熔体的流动性) 。可以说注塑压力的最大值在注塑增密过程中决定了模腔压力所能达到的最大值。随着注塑压力迅速提高，模腔压力也达到最大值，模腔内产生很大的动能冲击，使

注塑机合模机构及模具系统发生变形，并微胀开模具。在正常变形条件下，模具微动胀开有放气作用，因此要以偏高的压力注塑，这样既能压紧熔体，又能使从不同方向先后充满模腔的粘流态熔体熔成一个整体。但注塑压力也不能过大，否则会造成制品粘模，出模后制品有溢边、尺寸胀大，影响成型质量。

（3）保压阶段

保压阶段PP 熔体在模腔内的压力和比容积不断变化(PP的比容积变化为16％) ，并一直维持到浇口封闭为止。影响保压过程的主要因素是压力。保压压力能使模腔内熔体在完全凝固前始终获得充分的压力和补料，从而出现熔体的流动，特点是流速慢，原因是熔体因降温而收缩。因为PP 熔体从注塑温度降低到模具温度时，熔体中大分子会松弛、结晶，体积收缩较大，所以必须以足够大的保压压力来克服浇口阻力以进行补料。保压压力的增大还会令制品的密度增加，出模后的制品表面自由变化程度减小，获得接近模面的表面租糙度，减少成型收缩，增进熔体各部分之间的熔合，提高制品的力学性能。一般保压压力可取最高注塑压力值的60-70％，为改善制品成型质量，也可采用分段保压进行压力控制。

（4） 冷却阶段

保压结束后，保压压力解除，流道内的压力随之急剧下降，大大低于模腔内的压力。这时浇口虽然封闭，但尚未完全凝固，在模腔压力的反作用下，模腔内熔体将向浇注系统回流，模腔内压力迅速下降，直至模腔与流道之间的通道被逐渐凝固的熔体阻断(阻断时模腔内的压力和温度称为封口压力和封口温度) ，回流方停止。这时，模腔中熔体的物料量虽不再发生变化，但却产生了两个相反效应，一个是熔体的冷却收缩，一个是释压膨胀，两个效应是相互矛盾的。如果收缩占优势，制品很快与模腔表面脱离，在残余热量作用下，制品表面出现雾霾、麻点、无光泽等缺陷；如果膨胀占优势，会造成制品粘模、开模拉伤等缺陷。生产实践证明，当封口温度一定时，封口压力越高，制品密度越大，释压膨胀越明显；当封口压力一定时，封口温度越高，制品密度越小，冷却收缩效应越明显。为了避免这两种效应的产生，应延长保压时间，目的在于控制封口压力，降低封口温度，以获得高质量的制品。

1.2分析塑件的结构工艺性

该塑件尺寸中等，整体结构较简单. 多数都为曲面特征。除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选

一般精度等级： 5级。

1.3工艺性分析

为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用点浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口纵向开设在模具的型腔处，从塑料碗的底部进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

注塑模工艺条件:

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。

1.4初步确定型腔数目

根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。这里拟采用第一种方式，1模2件的结构。

第二章 塑件基本参数的计算及注射机选用

2.1 塑件体积的计算

塑件：

零件塑件的体积V=83.4cm3

浇注系统的体积：V2=5.09cm3

塑件与浇注系统的总体积为V=83.4*2+5.09=171.89cm 3

2.2计算塑件的质量：查手册取密度ρ=0.904g/cm3

塑件体积：V=83.4cm3

塑件质量：根据有关手册查得：ρ=0.904g/cm3

所以，塑件的重量为：M=V×ρ=83.4cm3×0.904=75.39g

2.3按注射机的最大注射量确定型腔数目

根据 n ≤

得m p ≥km p -m 1k （4-1） nm +m 1 (4-2) k

k -注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8;

m p -注射机最大注射量，cm з或g;

m 1-浇注系统凝料量，cm з或g ；

m -单个塑件体积或质量，cm з或g ；

根据塑件的结构及尺寸精度要求, 该塑件在注射时采用1模2腔

2.4计算浇注系统的体积:其初步设定方案如下

浇注系统控制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件质量关系极大。浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。 浇注系统设计的内容包括：根据塑件大小和形状进行流道布置、决定流道断面尺寸、对浇口的数量、位置、形式进行优化。本模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成。

浇注系统示意图

根据三维模型，利用三维软件直接可查询到浇注系统的体积V2=7.09cm3

2.5注塑机的选择

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。

常用的注射速率如表3-4所示。

表: 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 2.253 3.75 5

查表文献4、2得选用CJ80NC3型号注射机，其参数如下：

3

第三章 模具结构及主要零部件的设计

3.1浇注系统的设计

浇注系统的设计原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入; 避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁, 型芯或嵌件, 使塑料能尽快的流入到型腔各部位, 并避免型芯或嵌件变形; 尽量避免使制件产生熔接痕, 或使其熔接痕产生在之间不重要的位置; 浇口位置及其塑料流入方向, 应使塑料在流入型腔时, 能沿着型腔平行方向均匀的流入, 并有利于型腔内气体的排出。

3.2主流道的设计

主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止 塑料熔体 流动通道 根据选用的CJ80NC3型号注射机的相关尺寸得

喷嘴前端孔径：d0=4.0mm；

喷嘴前端球面半径：R0=10mm；

根据模具主流道与喷嘴的关系:

R =R 0+(1 2)mm

d =d 0+(0.5 1)mm

取主流道球面半径：R=11mm；

取主流道小端直径：d=4.5mm

为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为2 6 ，此处选用6°，经换算得主流道大端直径为8.4MM 。

主流道示意图

3.3 分流道的设计

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。

表:流道断面尺寸推荐值

塑料名称 分流道断面直径mm 塑料名称

聚苯乙烯

软聚氯乙烯

硬聚氯乙烯

聚氨酯

热塑性聚酯

聚苯醚

聚砜

离子聚合物

聚苯硫醚 分流道断面直径mm 3.5~10 3.5~10 6.5~16 6.5~8.0 3.5~8.0 6.5~10 6.5~10 2.4~10 6.5~13 ABS ，AS 4.8~9.5 聚乙烯 尼龙类 聚甲醛 丙烯酸 抗冲击丙烯酸 醋酸纤维素 聚丙烯 异质同晶体 1.6~9.5 1.6~9.5 3.5~10 8~10 8~12.5 5~10 5~10 8~10

分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U 形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取梯形与圆锥形断面形状。

流道表面粗糙度 R a =1.6μm

分流道示意图

3.4分型面的选择设计原则

分型面是决定模具结构形式的重要因素，

它与模具的整体结构和模具的制造艺有密