注塑模具设计说明书

塑料模课程设计

水 杯 盖 注 塑 模 具 设 计

学院 机电与建筑工程学院

专业 材料成型及控制工程

姓名 李瑞朝

学号 ************

指导老师 杨俊杰 余五新

1 前言...............................................1 2 设计任务书.........................................1

目录

3 塑件的结构工艺性分析...............................1

4 分型面及浇注系统的设计............................. 5 模具设计方案论证...................................1

6 主要零部件的设计计算...............................1 7 成型设备的校核计算.................................1

8 设计小结.....................................1

9 参考文献...........................................1

1 前言

水杯盖在我们生活中随处可见，几乎每家每户都会用到。市场上也有各种各样的杯 盖，有时候一个灵巧鲜艳的造型便能吸引消费者的眼球，为生产厂家创造利润。所以 一个貌似简单的盖子也蕴含着无尽的商机，引人深思。本次设计的顶盖结构非常简单， 主要展现出一个最普通的生活用品的注塑成型过程，希望能有助于人们对身边事物的 了解。

2 设计任务书

（1） 塑料制品名称：水杯盖。

（2） 成型方法：注塑成型。

（3） 塑料原料：ABS。

（4） 收缩率：0.4%~0.7%。

（5） 生产批量：10 万件。

本塑件为圆形的顶盖，尺寸中等，结构简单。考虑到该制件精度要求较低，结合

其材料性能，故选一般精度等级为：MT5。

3.1 塑件的几何形状分析

3 塑件的结构工艺性分析

3.2 塑件原材料的成型特性分析

ABS 是目前产量最大，应用最广的工程塑料。 ABS 是不透明非结晶型聚合物，无 毒，无味，密度为 1.02~1.05g/cm 3 。ABS 具有突出的力学性能，坚韧，坚固；易于成 型和机械加工，成型塑料油较好的光泽，经过调色可配成任何颜色。ABS 可采取注射， 挤塑，吹塑，真空成型机表面涂饰等多种成型加工方法。 ABS 成型性能如下:

(1) 易吸水，成型加工前需进行干燥处理，表面光泽要求高的塑件需长时间预热干燥。 (2) 比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。

(3) 顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹，脱模斜度宜取 2°以上。 (4) 易产生熔接痕，模具设计是应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。 (5) 宜采用高料温，高模温，高注射压力成型。

3.3、塑件的结构工艺性分析

(1) 塑件的尺寸精度分析

该塑件的尺寸均为未标注公差的自由尺寸，可按 MT5 查取公差。下表所列为塑件 的主要尺寸的公差要求。

(2) 塑件的表面质量分析

该塑件要求外观光洁、色彩艳丽，颜色可调，型斑点和熔接痕，而内表面无特殊 要求。

(3) 塑件的结构工艺性分析

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① 从图纸上看，该塑件外形为圆形盖，圆角过渡且无尖角存在，壁厚均匀，且符 合最小壁厚要求。 ②塑件型腔中等。

③该塑件为方便开模分型，取分型面与盖下边缘平齐。 综上所述，该塑件可采用注射成型加工。

3.4 塑件的生产批量

塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要的影响。在大批量生 产中，由于注射模具价格在整个生产费用中所占比例较小，提高生产率和注射模具寿 命问题比较突出，所以可以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具。 如果是小批量生产，则应尽量采用结构简单、制造容易的注射模具，以降低注射模具 的成本。该塑件产量达 10 万件，生产类型属于中批量生产，可以适合考虑采用一模多 腔、快速脱模以及成型周期不宜太长的模具，同时模具造价要适当控制。

3.5 初选注射机

(1) 计算塑件体积或重量

通过三维造型可获得椭圆下壳的体积 V=24.9cm³。

(2) 用一模两腔，型腔平衡布置在型腔板两侧，以方便浇口排列和模具的平衡。 (3) 确定注射成型的工艺参数

根据该塑件的结构特点和 ABS 的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺 参数，见下表。

塑件的注射成型工艺参数

工艺参数 预热和干燥 内容 80~90℃ 2h 后段 料筒温度/℃ 中段 前段 喷嘴温度/℃ 模具温度/℃ 注射压力/Mpa 工艺参数 内容 注射时间 3~5 15~30 15~30 40~70 成型时间/s 保压时间 冷却时间 总周期 180~200 210~230 200~210 螺杆转速 30~60 方法 红外线灯 烘箱 温度/℃ 时间/h 70 2~4 180~190 后处理 60~80 70~90 (4) 确定模具温度及冷却方式

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ABS 流动性中等，因此在保证顺利脱模的前提下应尽可能降低模温，以缩短冷却时 间，从而提高生产率，所以模具应考虑采用适当的循环水冷却，成型模具温度控制在 60~80℃。 (5) 确定成型设备

由于塑件采用注射成型加工，是有一模两腔分布，由此可计算出一次注射成型过程 所用塑料量为：W=2w+w：=2×25.6+25.6×20%=56.8g。

根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑料品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参 数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册，初选 FM100 型螺杆式注射机。记录下 FM100 型螺杆式注射机的主要技术参数，见下表。 FM100 型注射机的主要技术参数 序号 主要技术参数项目 1 最大注塑量/cm³ 2 注射压力/MPa 3 锁模力/kN 4 动、定模模板最大安装尺寸/(mm×mm) 5 最大模具厚度/mm 6 最小模具厚度/mm 7 最大开模行程/mm 8 喷嘴前端球面直径/mm 9 喷嘴伸出量/mm 10 定位孔直径/mm 11 定位孔深度/mm

参数数值 173 150 1000 365×345 325 150 100 15 45 125 15 4 分型面及浇注系统的设计

4.1 分型面的选择

不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，都必须首先确定分型面，因为模具结 构很大程度上取决于分型面的选择。为保证塑件能顺利分型，主分型面应首先考虑选 择在塑件外形的最大轮廓处。如下图所示，在满足该原则的三个方案中，方案 A 的塑 件开模后留在定模一侧，塑件不易取出，顶出机构设计复杂；方案 B 分型后会产生影 响塑件外观的飞边，且飞边不易清除；方案 C 既保证了塑件的外观，且毛刺飞边的清 除也较容易，因此选择方案 C。

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4.2 浇注系统的设计

浇注系统有主流道、分流道、浇口、冷料井四个部分组成。考虑到塑件的外观要求 较高，外表面不允许有成型斑点和熔接痕，以及一模两腔的布置，浇口采用方便加工 修整、凝料取出容易且不会再塑件外壁留下痕迹的侧浇口，模具采用分型面结构两板 模，模具制造成本比较容易控制在合理的范围内。浇注系统的设计如下图所示。

(1) 主流道和定位圈的设计

主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞，故应设计成独立可拆卸更换的浇口套， 采用优质钢材制作并经热处理提高硬度，定位圈与浇口套分开设计，如下图所示。

FM100 型注射机与喷嘴的有关尺寸：喷嘴前端球面半径 R =15mm，喷嘴 查资料得到

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孔直径 d =3mm，定位圈直径为φ125mm。为保证模具主流道与喷嘴的紧密接触，避 免溢料，主流道与喷嘴的关系为：SR= R +（1~2），d= d +0.5。因此取：主流道球面 直径 SR=16mm，主流道的小端直径 d=3.5mm。

为了便于将凝料从主流道中拔出，应将主流道设计成圆锥形，其斜度为 2°~4°，计算 其大端直径约为 12mm；为避免模内的高压塑料产生过大的反压力，配合段直径 D 不 宜过大，取 D=16mm；同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计 R2 的圆 弧过渡；为补偿在注射机喷嘴冲击力作用下浇口套的变形，将浇口套的长度设计得比 模板厚度短 0.02mm。

定位圈是安装模具时做定位用的，查资料得 FM100 型螺杆式注射机的定位圈直径为φ 125mm，一般定位圈高出定模座表面 5~10mm。 1) 分流道的设计

本设计采用 U 型断面分流道，切削加工在一块模板上，加工容易实现，且表面积 不大，热量损失和阻力损失不太大。取 ABS 的分流道直径为 5mm。 2) 浇口的设计

根据塑件的外观要求及型腔分布情况，选用如上浇注系统中图所示的侧浇口。从塑 件的唇的底侧中部进料，去除凝料时不会再塑件的外壁留下浇口痕迹，不影响塑件的 外观。

3) 冷料井的设计

采用带 Z 形头拉料杆的冷料井，如图所示，将其设置在主流道的末端，既起到冷料 井的作用，又兼有开模分型时将凝料从主流道中拉出留在动模一侧，稍作侧向移动凝 料便可取出的作用。

5 模具设计方案论证

5.1 型腔布置

对于一模多腔的模具型腔布置，在保证浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、 模具能正常工作的前提下，尽可能使模具型腔对称、均衡、取件方便。本设计方案的 模具采用一模两腔，型腔平衡布置在型腔板两侧。

5.2 成型零件的结构确定

成型零件直接与高温高压的塑料接触，它的质量直接影响了制件的质量。该塑件 的材料为 ABS 工程塑料，对表面粗糙度和精度的要求较高，因此要求成型零件有足够 的强度、刚度、硬度和耐磨性，应选用优质模具钢制作，还应进行热处理以使其具备

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50~55HRC 的硬度。 (1) 凹模（型腔）设计

采用整体嵌入式凹模，放在定模板一侧，主要是从节省优质模具钢材料、方便热处

理、方便日后的更换维修等方面考虑的。

注意：凹模镶块的尺寸大小设计出了要考虑壁厚的刚度和强度校核外，还要留有足 够的冷却水道位置。 (2) 凸模（型芯）设计

型芯结构设计也应采用组合式，可节省贵重模具钢，减少加工工作量。成型塑件内 壁的大型芯装在动模板上，成型条形孔和圆孔的小型芯装在定模板上，方便型芯的制 作安装、塑件的飞边去除以及塑件内部冷却水道的排布。

5.3 导向定位机构设计

由于塑件基本对称且无单向侧压力，所以采用直导柱导向便可满足合模导向及闭 模后的定位。

注意：导柱要比主型芯高出至少 6~8mm。

5.4 推出机构设计

根据圆形顶盖的形状特点，其推出机构可采用推件板推出或推杆推出。其中推件 板推出结构可靠、顶出力均匀，不影响塑件的外观质量，但制造困难，成本高；推杆 推出结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件内部型腔上留下顶出痕迹，但不 影响塑件外观，所以采用推杆推出机构。

5.5 冷却系统设计

采用冷却水道冷却，凹模冷却水道采用环绕型腔布置的单层式冷却回路，水道开 设时注意避开安装在定模上的内镶块；型芯冷却采用隔板式管道冷却，在型芯上开设 两个孔，孔内插上纵向隔板，冷却通路的设计如下图所示。

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6 主要零部件的设计计算

6.1 成型零件的成型尺寸

该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查有关手册的 PVC 的收缩率为

0.4%~0.7%，故平均收缩率 Scp=（0.4+0.7）%/2=0.0055，根据塑件尺寸公差要求，模 具制造公差取 =/3，成型零件尺寸计算见下表。

成型零件尺寸计算

类别 模具零件名称

型腔 定模镶块 型芯 动模型芯

塑件尺寸 80 计算公式 Lm=[(1+Scp)Ls-0.75 △] 0 工作尺寸 78.80 0 0.29 12 Lm=[(1+Scp)Ls-0.67 △] 0 11.68 0 0 0.19 64 Lm=[(1+Scp)Ls+0.75 △]0 65.000.15 0.13 3 Lm=[(1+Scp)Ls-0.67 △] 0 2.75 0 74 Lm=[(1+Scp)Ls+0.75 △]0 75.050.29 0.29 0 66 Lm=[(1+Scp)Ls-0.67 △] 0 65.72 0 10 Lm=[(1+Scp)Ls-0.67 △] 0 9.73 0 0.16

Lm=[(1+Scp)Ls+0.67

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] 04.32 00.15

6.2 模具型腔壁厚的确定

塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度，本模具 的凹模采用的是整体嵌入式，因此可用整体式圆型腔壁厚，根据经验计算公式 S=r( {[ ] ([ ] 2 p)} -1)，计算得壁厚 S=25.32mm，取 30mm。

6.3 推出机构的设计

采用推杆推出机构，由于该塑件的脱模力不是太大，推杆的布置空间足够，所以无

须用繁琐的计算方法确定推杆的尺寸大小，可以根据经验选取 d=4mm 的推杆，注意保 证推出距离略大于型芯的突出长度 2~3mm，即推出距离大于 20mm。

6.4 标准模架的确定

综合考虑本塑件采用一模两腔平衡布置、侧浇口一次分型结构、型腔的壁厚要求、 塑件尺寸大小、冷却水道的布置等多项因素，估算型腔模板的概略尺寸，查相关表选 取标准模板的尺寸为 230mm×350mm×40mm，选用 AI 型标准模架，标记为：AI—

230350—30—Z1 GB/T 12556.1—1990。

7 成型设备的校核计算

7.1 锁模力的校核

锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。注射机锁模力的校核 关系式为 F≥kpA

式中 F——注射机的锁模力，查相关表得 FM100 型螺杆式注射机的锁模力为 600kN；

k——压力损耗系数，一般取 1.1~1.2； p——型腔内熔体的压力，本塑件 p=30MPa；

A ——塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和，本模具 A=3.14x0.04x0.04+0.097X0.08=0.013m 3 计算得

kpA=1.2X30x 10 6 X0.013=468KN<1000KN

故注塑机的锁模力足够，满足锁模要求。

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7.2 安装尺寸的校核

本模具采用的是型号为 AI—230350—30—Z1 GB/T 12556.1—1990 的标准模架，模 具的外形尺寸 280mm×350mm，模具闭合高度为 H=25+32+40+35+80+25=237mm，查 资料得 FM100 型

注射机动、定模模板最大安装尺寸为 365 ㎜×345 ㎜，允许模具的最小厚度 Hmin=150 ㎜，最大厚度 Hmax=325 ㎜，即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模模板最大安装 尺寸，模具闭合高度满足 Hmin≤H≤Hmax 的安装条件，故该模具满足 FM100 型螺杆 式注射机的安装要求。

7.3 推出机构的校核

各种型号注射机推出机构的设置情况及推出距离等各不相同，设计模具时，必须了 解注射机推出杆的直径、推出形式、最大推出距离及双推中心杆距等，以确保模具推 出机构与注射机的推出机构相适应。

FM100 型螺杆式注射机的推出形式为圆盖边缘设有四根推杆。由于该模具推理不太大， 在 FM100 型螺杆式注射机上采用中心φ56 ㎜顶杆推出，在动模座板预留与之匹配的φ 60 ㎜顶出孔；塑件实际推出距离为 45＞20+8，满足推出距离要求。

7.4 开模行程的校核

注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模 距离，本模具为单分型面注射模具，FM100 型螺杆式注射机的最大开模行程与模厚无 关，校核关系式为 S＞H1+H2+(5~10)

式中 S——注射机的最大开模行程，查资料得 FM100 型螺杆式注射机的最大开模行

程 S=100 ㎜；

H1——塑件脱模所需的推出距离，该塑件的脱模推出距离为 45 ㎜； H2——塑件的高度（不包括浇注系统的高度），该塑件的高度为 12 ㎜。 计算得：H1+H2+(5~10)=45+12+10=67 ㎜＜S=100 ㎜。

以上分析证明， FM100 型螺杆式注射机能满足要求，故可以采用。根据校核结论，将，

FM100 型螺杆式注射机填入塑件的成型工艺卡中。

9 设计小结

一个月的课程设计接近尾声了，期间有过迷茫，苦恼，快乐与喜悦，更多的是收获 了更多的专业知识，熟悉了注塑模具成型的基本原理和过程。

这次课程设计有点特殊，课程设计期间不停课，只能是利用课余时间完成。这对我 们的学习自主性是一次正真的考验，身边的同学们课余时间很少学习的，这一次也不 得不改变下自己的习惯了。自己多少会受周围同学的影响，所以一开始也很放松，课 余时间做课程设计的时间比较少，一段时间后才慢慢紧张起来，这也就导致出现了前 松后紧的现象。还有就是这次课程设计自己做得太简单了，一方面确实是因为自己没 学扎实，还有一方面就是自己觉得，此次设计自己的目的是：熟悉整个注塑模具成型 设计的过程，掌握一些设计的常用技巧，了解注塑模具成型的现实应用。以上是自己 在此次课程设计中的不足之处，但我会谨此为鉴，争取在毕业设计的时候改变这些缺 点。

此次课程设计的难点在于所选的标准模架的尺寸与所选注射机的合理搭配。我一开 始在这里出现了很多问题，但后面还是逐一解决了。由于做得比较简单，所遇到的困 难也就较少。

这次设计没有体会做复杂模具带来的成就感，虽然有点遗憾，但不后悔，因为我给 设计定的目的达到了，也正是自己的收获所在。

每次课程设计都是一次成长，经历过了，付出了，收获了，这就是课程设计的意义。

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7.参考文献

1、 翁其金.塑料模塑成型技术.北京：机械工业出版社.2000.11 2、 史铁梁.模具设计指导书.北京：机械工业出版社.2003.1 3、 钱可强.机械制图.北京：高等教育出版社.2003.6 4、 许发樾.模具结构设计.北京：机械工业出版社.2003.10 5、 何铭新/钱可强.机械制图.北京：高等教育出版社.2004.1 6、 陆宁.实用注射模具设计.北京：中国轻工业出版社.1997.11

7、 王旭.塑料模具结构图册.北京：机械工业出版社

.1994.7