(完整版)塑料模具毕业课程设计[1]

郑州航空工业管理学院

毕

题

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专

班

姓

学

指导教 业 设 计 目 水果刀刀壳注塑模设计 别 机电系 业 模具设计与制造 级 模具班 名 号 0801 师

日期 2011年4月

设计任务书

设计题目：

水果刀刀壳注塑模设计

设计要求：

1. 确定合理工艺方案

2. 设计合理的模具结构

3. 在模具的设计中最好有创新

4. 设计要全面介绍模具的工作原理

5. 内容丰富、文字精练、讲述详细、实用价值高

6. 模具的设计有效地体现出实用的特色

设计进度要求：

1. 第一周 搜集模具相关资料及前期准备工作

2. 第二周 模具基本类型与工作部分零件尺寸计算

3. 第三周 模具整体及其零件的设计和绘制结构尺寸图

4. 第四周 毕业论文的校核、修改、定稿

5. 第五周 整理完善设计内容、按照毕业设计规范进行设计报告的撰

写和图纸的修订。

6. 第六周 最终确定设计报告和图纸，打印装订，准备毕业答辩和指

导教师评阅等。

7. 第七周 毕业答辩

指导教师（签名）：

摘 要

塑料制品具有原料来源丰富, 价格低廉, 性能优良等特点。它在电脑、

手机、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，应用极其广泛。注射成 形是成形热塑件的主要方法，因此应用

范围很广。

注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的

流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具

的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。

本次的毕业设计是水果刀刀壳的注塑模的设计水果刀刀壳具有重量

轻、易清洁、耐腐蚀老化、强度高 ，制作方便、价格低廉、美观等特点。

依据产品的数量和塑料的工艺性能确定塑件采用注射成形法生产。该

产品设计为大批量生产，故设计的模具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侧浇口，因此选用单分型面

注射模，侧浇口自动脱模结构。模具的型腔采用一模四腔平衡布置，浇注

系统采用侧浇口成形，推出形式为四推杆推出机构完成塑件的推出。由于

塑件的工艺性能要求注塑模中有冷却系统，因此在模具设计中也进行了设

计。本次的设计中不仅参考了大量纸质文献，而且在互联网上查阅资料，

设计过程比较完整。

关键词 单分型面注射模具 水果刀刀壳 PE

目 录

摘 要 ..................................................................1 水果刀刀壳的工艺分析 . ..................................................

1.1 塑件的成形工艺性分析 ............................................

1.2 塑件成形工艺参数确定 ............................................ 2 注塑机及模架的选择 . ...................................................

2．1 注塑机的选择 ..................................................

2.2 模架的选择 ...................................................... 3 模具基本结构设计 . ......................................................

3.1 确定成形方法 ....................................................

3.2 型腔布置 ........................................................

3.3 分型面设计 ......................................................

3.3 排气槽设计 .....................................................

3.4 浇注系统设计 ....................................................

3.5 脱模机构设计 .................................................... 4 注射机的有关工艺参数校核 . ..............................................

4.1 最大注射量校核 ..................................................

4．2 锁模力与注射压力的校核 .........................................

4．3 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 ...............................

4．5 注射压力的校核 .................................................

4．6 开模行程校核 ...................................................

5.1 型腔尺寸计算 ....................................................

5.2 型芯径向尺寸: ................................................... 6 模具温度调节系统计算 . .................................................

6.1 模具冷却系统计算 ................................................

6.2 模具加热系统计算 ................................................ 7 模具的工作原理......................................................... 8 模具总装图及模具的装配、试模 ...........................................

8.1 模具总装图及模具的装配 ..........................................

8.2 模具的安装试模 .................................................. 致 谢 ..................................................................参考文献 ................................................................

1 水果刀刀壳的工艺分析

1.1 塑件的成形工艺性分析

如图1.1为水果刀刀壳的塑件图, 单位

图1.1 塑件图

(1)产品名称:水果刀刀壳

(2)产品材料： 聚乙烯（PE ）

塑件材料特性：聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大品种。按聚合时采

用的压力不同可分高压、中压和低压三种。低压聚乙烯的分子链上支链较

少，相对分子质量、结晶度和密度较高，所以低压聚乙烯比较硬，耐磨、

耐蚀、耐热及绝缘性较好。高压聚乙烯分子带有许多支链，因而相对分子

质量较低，且具有较好的有软性、耐冲击性及透明性

(3)塑件材料成形性能：聚乙烯成型时，在流动方向与垂直方向的收

缩差异较大。注射方向的收缩大于垂直方向的收缩率，易产生变形，聚乙

烯收缩率的绝对值较大成型收缩率 也较大，易产生缩孔，冷却速度慢，必

须充分冷却，且冷却速度要均匀; 质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行

脱模。

(4)产品数量：大批量生产

(5)塑件尺寸：如图1.1所示

(6)塑件颜色：土黄、米白、乳白等各种颜色，可根据需要任意选择

(7)塑件材料物理性能(查文献[1]可得) ：

1) 密度:

2) 收缩率：

3) 热变形温度：

4) 熔点：

5) 材料力学性能：

6) 屈服强度：

7) 抗弯强度：

8) 弯曲弹性模量：

9) 抗压强度：

10) 缺口冲击强度：

硬度：布氏

(8)塑件质量：该产品材料为PE, 由上得知其密度为, 收缩率为，计算出

平均密度为平均收缩率为。可根据塑件形状进行人工几何计算得到水果刀

刀壳的体积。

体积: V≈9000mm

质量: m ＝ρV ≈8.23g

(9)塑件要求：塑件外侧表面光滑，下端外沿不允许有浇口痕迹。

1.2 塑件成形工艺参数确定

1.2.1 PE成形的工艺参数：

查文献[5]表3.1得：

(1)预热温度:

(2)预热时间： 2h

(3)料筒温度：1) 后段：

2)中段：

3) 前段：

4) 喷嘴温度：

5) 模具温度：

(4)注射压力：

(5)成形时间 : 1)注射时间：05s

2)保压时间：2080s

3)冷却时间：2050s

4)成型周期：50140s

(6)塑化形式：螺杆式

(7)喷嘴形式：直通式 3

1.2.2 关于PE 设计时应考虑的问题

(1)结晶性料，吸湿性小，可能发生熔体破裂，长期与热金属接触易

发生分解。

(2)成型收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形、取向性

强。

(3) 塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以防止应力集中。

(4) 注意控制成型温度，料温低取向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50°C 以下塑件无光泽，易产生熔接痕，流痕；90°C 以上时医发生翘曲、变形。

2 注塑机及模架的选择

2．1 注塑机的选择

2.2.1 一次性注入的塑料的体积

根椐设计的浇注系统可估算出浇注系统的总体积为：V 1≈780mm 3

因为该模具设计为一模四腔，且一个塑件的体积为V 塑≈9000 mm3 ，

所以一次性注入的塑料的体积为

V=V1+4V塑=36.78cm3

2.2.2 注塑机的选用

根据计算的数据塑查[2]选定注塑机型号为：XS —Z —60

注塑机的参数如下：

(1)额定注射量cm 3： 60

(2)螺杆（柱塞）直径mm ： 38

(3)注射压力MPa ： 122

(4)注射行程mm ： 170

(5)注射方式： 柱塞式

(6)锁模力kN ： 500

(7)最大成型面积cm 3： 130

(8)最大开模行程mm ： 180

(9)模具最大厚度mm ： 200

(10)模具最小厚度mm ： 70

(11)喷嘴圆弧半径mm ： 12

(12)喷嘴直径mm ： 4

(13)顶出形式： 中心设有顶杆，机械顶出

(14)动、定模固定板尺寸mm ：

(15)拉杆空间mm ：

(16)合模方式： 液压—机械

(17)液压泵流量（Lmin ）： 70、12

(18)液压泵压力Mpa ： 6.5

(19)电动机功率kW ： 11

(20)加热功率kW ： 2.7

(21)机器外形尺寸mm ：

2.2 模架的选择

2．2．1 模架结构

模架是设计、制造塑料注射模的基础部件。

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》（GBT12556.1—90）和《大型模架》（GBT12555.1—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2.1

表2.1 基本型模架的组成、功能及用途

根据以上四种模架的组成，功能及用途可以看出，A3型模型适用于本次模具的设计。（如图2.1所示）

2.2.2 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：模具结构为单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10mm ，方便取出制件，周界尺寸355mm ×216mm ，上、下模板的厚度为40mm ，垫板厚度为80mm 。

图2.1 标准模架

2.2.3 塑料注射模具技术要求

塑料注射模具应优先按GBT12555.1—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2.2内容选用：

表2.2 模具成形零件优先选用材料和热处理硬度

3 模具基本结构设计

3.1 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侧浇口，因此选用 单分型面注射模，侧浇口自动脱模结构。

3.2 型腔布置

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。

由于塑件形状比较简单，质量较小，且需求大批量生产，所以模具选用一模四腔平衡布置，采用单分型面注塑模。浇口形式采用侧浇口进料，这样模具尺寸较小，制造方便，利于充满型腔，塑件质量高，生产效率高，成本低，型腔排列如下图：

图3.1 型腔排布示意图

3.3 分型面设计

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较以选出较为合理的方案。

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

由于此模具的分型面有多种选择，如图A 中分型面选者在下端面上，这种选择会使塑件表面留下分型面痕迹，影响塑件表面质量。B 中分型面选择在上端面，这样的选择使塑件外表面可以在整体凹模型腔内成形，塑

件大部分外表面光滑。因此，塑件选择如图B 所

图

示。

图3.2 分型面选择示意图

3.4排气槽设计

当塑料熔体充填模具型腔时，必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利排出模外。如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净，塑件上就会形成气泡、产生熔接不牢、表面轮廓不清及填充不满等缺陷。另外气体的存在还会产生反压力而降低充模速度，因此设计模具时必须考虑型腔的排气问题。本塑件模具采用开设专用排气槽来实现排气。如图3.3所示，为了防止排气槽在面对操作工人注射时，熔料从排气槽喷出而引发人身事故，因此将排气槽设计成离型腔5～8mm 后拐弯的形式，这样能降低熔料溢出的动能，同时在拐弯后再适当增加排气槽的深度。

图3.3 分型面上的排气槽

3.5 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侧浇口浇注系统。

3.5.1 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。

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Ra 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0.5-1mm ，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合，起定位隙作用。

（1）主流道直径的计算

查[7]（5-59）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 如表3.1

表3.1 塑料种类与K 值表

故mm

（2）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，与注射机喷嘴在同一轴

线上，如图3.4所示：

图3.4 主流道称套示意图

表3.2 主流道衬套中尺寸关系表

主流道的大头直径确定为6mm ，综合考虑主流道如下选择：

。 D=6mm α=4° d=3mm l=21mm SR=5mm

3.5.2 分流道设计

分流道是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。分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。设计时应注意尽量减少流动过程的热量损失和压力损失。

(1)分流道的截面形状及分布选择

分流道截面形状有：圆形、梯形、U 形、半圆形及矩形等几种形式。。

表3.3 分流道截面形状的对比表