盒盖塑件注射模具设计

2008级机械设计1班一组

机械制造综合课程设计

2011-2012第1学期

题目: 盒盖塑件注射模具设计

学 号： 姓 名： 班 级： 机械设计制造一班 指导教师： 成 绩：

机电与汽车工程学院

2010年12月

摘 要

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本课题主要是针对盒盖的模具设计,通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。根据题目设计的主要任务是盒盖注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产盒盖塑件产品，以实现自动化提高产量。针对盒盖的具体结构，该模具是点浇口的双分型面注射模具。其优点在于简化机构，使模具外形缩小，大大降低了模具的制造成本。通过模具设计表明该模具能达到盒盖的质量和加工工艺要求。

关键词：塑料盒盖; 盒盖塑件注射模具；模具；

Abstract

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This topic is mainly aimed at the lid mold design, through to the plastic parts for process analysis and comparison, the final design out a pair of injection mold. This subject from product structure, and the specific property of the mould structure, mould pouring system, die forming part of the structure and ejector system, cooling system, the injection molding machine selection and related parameters of checking, a detailed design, at the same time and simple compiled the mould processing technology. Through the whole design process shows that the mold can achieve the required plastics processing technology. According to the topic design is the main task of the injection mould design the lid. Also is a pair of injection mold design to production of plastics products, with the lid to realize automation to increase production. According to the specific structure, the lid of the die is the point of the gate double parting surface injection mold. Because plastic parts inside there are four small convex platform, the direct roof, the structure of the push rod solid form. Its advantage is that simplifying the mechanism, make the mould shape narrowed, and greatly reduce the mould manufacturing cost. Through the die design shows that the mold can achieve the lid of the quality and processing technology requirements.

Key word：Plastic box cover; the box cover injection mold; mold;

目 录

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1序言 ........................................................................................................................... 1 1.1当前模具设计发展趋势 .................................................................................... 1 1.2本次模具课程设计的任务 ................................................................................ 1 2塑件成型工艺性分析 ............................................................................................... 2 2.1塑件成型特性 .................................................................................................... 2 2.2塑件的结构工艺特性 ........................................................................................ 2 2.3 塑件的生产批量 ............................................................................................... 2 3.初选注塑机规格 ....................................................................................................... 3 3.1注射机型号的确定 ............................................................................................ 3 3.2注射成型过程及工艺参数 ................................................................................ 3 4分型面和型腔数目选择 ........................................................................................... 4 4.1分型面位置的选择和确定 ................................................................................ 4 4.2型腔数目的确定 ............................................................................................. 6 4.3浇注系统的设计 .................................................................................................... 6 5型腔型芯设计 ........................................................................................................... 8 6模架的确定 ............................................................................................................... 9 6.1模架的选择 ........................................................................................................ 9 6.2模架各尺寸的校核 ............................................................................................ 9 7注射机的相关参数的校核 ..................................................................................... 10 8导向与脱模机构的设计 ......................................................................................... 11 9温度调节与排气系统的设计 ................................................................................. 12 9.1温度调节系统设计 .......................................................................................... 12 9.2排气系统设计 .................................................................................................. 13 参考文献 .................................................................................................................... 15

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1序言

1.1当前模具设计发展趋势

随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接：“模具就是黄金”。可见模具工业在国民经济中重要地位。我国对模具工业的发展也十分重视，早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。

近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。

1.2本次模具课程设计的任务

本次课程设计的主要任务是盒盖注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产盒盖塑件产品，以实现自动化提高产量。针对盒盖的具体结构，通过此次设计，使我对点浇口双分型面模具的设计有了较深的认识。同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。

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2塑件成型工艺性分析

2.1塑件成型特性

聚乙烯塑料密度:0.94-0.96克/立方厘米，成型收缩率:1.5-3.6%，熔点105~137℃。聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大的品种。按聚合时采用的压力不同可分为高压低密度聚乙烯（LDPE）、高密度聚乙烯（HDPE）和线型低密度聚乙烯（LLDPE） 。薄膜是其主要加工产品，其次是片材和涂层、瓶、罐、桶等中空容器及其它各种注塑和吹制品、管材和电线、电缆的绝缘和护套等。主要用于包装、农业和交通等部门。 成型性能：

1.结晶料,吸湿小,不须充分干燥,流动性极好流动性对压力敏感,成型时宜用高压注射,料温均匀,填充速度快,保压充分.不宜用直接浇口,以防收缩不均,内应力增大.注意选择浇口位置,防止产生缩孔和变形.

2.收缩范围和收缩值大,方向性明显,易变形翘曲.冷却速度宜慢,模具设冷料穴,并有冷却系统.

3.加热时间不宜过长,否则会发生分解,灼伤.

2.2塑件的结构工艺特性

（1）外形尺寸与精度等级 盒盖整体尺寸70.6mm×51.6mm外部由长方形体并倒角形成，盒盖属于外部配件，表面精度要求较高，尺寸精度要求不高。

（2）脱模斜度 该塑件材料为聚乙烯，选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为30′。

（3）该塑件尺寸较大且要求塑件表面精度等级较高，无凹痕。采用点浇口流道的双分型面型腔注射模可以保证其表面精度。

2.3 塑件的生产批量

该塑件的生产类型是大批量生产，因此，在模具设计中，要提高塑件的生

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产效率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动脱模模具，以降低生产成本。

3.初选注塑机规格

3.1注射机型号的确定

（1）盒盖体积 根据塑件的三维模型，利用三维软件直接可查询到可得出盒盖体积

V盒=5385 mm3

（2）盒盖质量 查《模具设计与制造简明手册》P276.表2-2常用热塑性塑料主要技术指标可知PE的密度为0.94～0.96g/cm3，这里取0.96g/cm3，计算可得盒盖的质量M盒=5.385 cm3×0.96g/cm3≈5.1696g.

（3）浇注系统凝料体积的初步估算 根据经验按照塑件体积0.2~1倍计算，由于本设计流道简单且较长，因此浇注系统凝料按塑件体积的1倍计算，故一次注入模具型腔的塑料熔体总体积V总=V盒×（1+1）=5.1696×2≈10.34cm3

（4）选择注射机 根据第三步计算出的一次注入模具型腔的塑件总体积V总=10.34cm3，可得V总/0.8≈13cm3

根据以上计算，由于HDPE须使用螺杆式注射机，因此初选号为XS-ZY-125，参数如 表 3-1所示：

表3-1注射机主要技术参数 标称注射量（cm3）：125 柱塞直径（mm）：42 注射压力（Mpa）：120 注射行程（mm）：115 注射时间（s）：0.5 注射方式：螺杆式 锁模力（kN）：900 合模方式：液压—机械 推出形式:两侧顶出 定位圈尺寸：63.5 最大成型面积（cm2）：320 模板最大行程（mm）：300 模板最大厚度（mm）：300 模板最小厚度（mm）：200 模板尺寸（mm）：428×458 拉杆空间（mm）：260x290 电动机功率（kw）：5.5 喷嘴球半径（mm）：12 喷嘴孔直径（mm）：4 机器外形尺寸（m）：2.34×0.86×1.46

3.2注射成型过程及工艺参数

（1）注射成型特点 聚乙烯成型时，在流动方向与垂直方向上的收缩差异

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较大。注射方向的收缩率大于垂直方向上的收率，易产生变形，并使塑件浇口周围部位的脆性增加；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。 （2）注射工艺参数

根据选用塑料（PE）的特性和本设计中塑料的自身成型特点，查有关资料，确定注射成型工艺参数如下表所示。 预热和干燥温度 料 筒 温 度 前段 180-190℃ 15-60秒 注射时间 冷却时间 后段 中段 80-120℃ 时间 1-2小时 140-160℃ 180-200℃ 模具温度 注射压力 30-60℃ 700-1000公斤力/cm2 0-5秒 15-60秒 保压时间 总周期 40-140秒 后处理 无 4分型面和型腔数目选择

4.1分型面位置的选择和确定

分形面的选择原则：

1.为便于塑件成形后脱模，分型面应使塑件在开模时留在有脱模机构的一边，通常是在动模的一侧；

2．当塑件内有嵌件时，由于嵌件极少的收缩会造成塑件在这一位置粘附在型腔内，因此型腔应设计在动模部分而不应该在定模部分；

3.为了便于模具的加工，应考虑斜分型面要比直分型面的型腔部分容易加

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工；

4.选择分型面时，应尽量只采用一个与开模方向垂直的分型面，并尽量避免侧向抽芯与侧向分型，如果塑件有侧凹或侧孔必须采用侧向分型或抽芯时，应使侧抽芯型芯尽可能安放在动模上，而避免定模部分抽芯；

5．对于有同轴度要求的塑件，模具设计时尽可能将型腔设计在同一个型面上；

6．选择分型面时，应选在不影响塑件外观和塑件飞边容易修整的部位，一保证塑件的质量；

7.分型面的选择应有利于防止溢料，当塑件在分型面上的投影面积接近于注射机最大注射面积时，就有可能产生溢料；

8.分型面的选择应有利于排气，即分型面应尽可能设在塑件流动的末端，以利于排气；

9.对于塑件较高，脱模斜度又小的塑件，分型面宜选在中间部位，尽管型腔设在动、定模两侧，但易于脱模且不产生飞边。

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，考虑到要保证塑料制品能够脱模，使型腔深度最浅，使塑件外形美观，容易清理和有利于排气等问题，本塑件要求外侧表面光滑，下端外沿无浇口痕迹，综上所述，最终确定分型面如下图图 4-1-1和图4-1-2所示。

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图4-1-1 分型面

图 4-1-2 分型线

4.2型腔数目的确定

对于设计的盒盖，由于其内形状虽然规则但较复杂，但总体比较简单。塑件的生产批量为大批量生产，而且产品对尺寸的要求不是很高。故宜采用三板模细水口点浇口系统。故在安排型腔时，采用一模两腔的形式，以方便提高工作效率。

4.3浇注系统的设计 4.3.1主流道的设计

（1）主流道长度：根据模架的实际尺寸确定主流道是长度，其中面板厚度为50mm，流道推板的厚度为35mm。但为保证定位圈的安装便捷和定位效果，所以设计定位圈嵌入面板5mm。所以定位圈和主流道也相对面板表面下沉5mm。所以本次设计初取80mm进行设计

（2）主流道小端直径：D2=D1+(0.5～1)mm，一般情况下，D2=3.5～4.5mm其中D1为注塑机喷嘴口直径。XS-ZY-500注塑机喷嘴孔直径（mm）可取3、5、6、8。所以这里取D1=5mm.所以D2=5+1=6mm

（3）主流道大端直径：d’=d+2L主tanα=6mm，式中α=2°d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm=（6+1）mm=7mm

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（4）主流道球面半径：SRo=注射机喷嘴球头半径+（1~2）mm=（18+2）mm=20mm （5）球面的配合高度：h=（1/3～2/5）Rmm=7.2mm

主流道浇口套形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而将主流道浇口套与定位圈分开设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。设计中常采用碳素工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为50～55HRC，如图图4-1所示。

图4-1浇口套

4.3.2浇口的设计

由于该塑件是外观要求较高的盒类塑件，且塑件材料为聚乙烯，流动性极好，为了能获得外形清晰，表面光泽的塑料制品，所以采取点浇口，根据《模具设计》P205 表7-1的〈浇口尺寸推荐表〉得之：PE材料工件在工件壁厚<1.5的情况下浇口尺寸范围为0.5mm～0.6mm。所以这里取0.6mm。浇口结构如图。

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5型腔型芯设计

（1）凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模的结构不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计中由于采用一模两腔，所以采用整体式凹模。

（2）型腔壁厚、长度等尺寸的确定

因为工件总体形状是个圆柱体，而另两个边被截掉，所以型腔的两个面是圆形，为了加工便利，取其型腔壁厚度整数，所以a＇=25mm。另两个边类似于矩形的两边，得a=30mm。根据《模具设计与加工速查手册》第五章；塑料注塑

/б］模设计P579得：矩形整体式型腔底部厚度t=侧壁后t＇=6M［。因为侧

壁厚度取t＇=25mm，所以底部厚度t=25mm。

（3）凸模的结构设计（型芯） 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为组合式和整体式两种。鉴于盒盖的特殊结构，盒盖注塑模具的成型零件包括：动模型芯、斜推杆。

（4）成型零件钢材的选用 根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性和良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能，所以凹模钢材选用P20，对于动模型芯而言，由于脱模时与塑件磨损严重，因此钢材选用高合金工具钢Cr12MoV，斜推杆磨损也比较严重，因此也采用Cr12MoV

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6模架的确定

6.1模架的选择

由于成形零件采用一模两腔，所以确定选用模架为型号 DBT型（W×L=200×300mm），如下图所示：

各模板尺寸的确定：

（1）A板是定模型腔板，按模架标准板厚度取45mm （2）B板是型芯固定板，按模架标准板厚取30mm

（3）C垫块尺寸=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（5～10）mm，初步选定为60mm

综上所述，模架外形尺寸：宽×长×高=200mm×300mm×245mm

6.2模架各尺寸的校核

根据所选的注射机来校核模具设计的尺寸

（1）模具平面尺寸230mm×300mm<235mm×235mm（拉杆间距），校核合格 （2）模具高度尺寸245mm，200mm<245mm<300mm（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格

（3）模具的开模行程S=H1+H2+a+(5～10)mm=40+10.2+50+（5～10）=105.2

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～110.2mm<300mm（模板最大行程），校核合格

式中，S——注塑机最大开模行程,mm H1——塑件脱模（推出距离）距离，mm H2——塑件高度，包括浇注系统在内，mm a ——取出凝料所需要的最短距离 ，mm

7注射机的相关参数的校核

（1）注塑量的校核 注塑模内的塑件及浇注系统凝料的总熔量（容积或质量）应在注塑额定注塑量的80%以内，即 nVs+Vj≤0.8Vg

式中 Vs—单个塑件的容积。 即Vs=13cm3 n—模具的型腔的数目 即 n=4

Vj—浇注系统和飞边所需塑料的容积（cm3）或质量（g），约为Vs

的1／10；

Vg—注塑机的额定注射量（cm3或g） 所以有：

nVs+Vj=4×10.34+10.34/10≈42.4≤0.8Vg=400 所以注塑机的注塑量合格。

（2）注射压力的校核 PE所需的注射压力60~100MPa，这里取100MPa，注射机公称压力450MPa，注射压力100<450,所以该注射机注射压力合格。

（3）锁模力的校核 塑件的投影面积A1=3285.78mm2×4=13143.12 mm2。因为浇注系统采取点浇口，故浇注系统投影面积A2=0，所以模具型腔内的胀型力

F胀=A1×p模=13143.12×20=262.86KN，式中p模式型腔的平均计算压力值，查表得p=20MPa，262.86<900

所以，注射机锁模力合格。

（4）模具高度与注塑机闭合高度关系的校核 模具的闭合高度应在注射机最大于最小闭合高度之间，即 Hmin＜Hm＜Hmax

其中：Hm=375mm， Hmin=300mm Hmax=450mm

所以，注射机模具高度与注塑机闭合高度关系合格。

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（5） 开模行程校核 注塑机的开模行程应大于取出塑件所需的楷模距离，即

Ｓmax≥H1 + H2 +（5～10）mm

Ｓmax—注塑机最大开模行程； 即Ｓmax=300mm H1—塑件脱模所需顶出距离； 即H1=40mm H2—塑件高度； 即H2=10.2mm 所以得：H1 + H2 +10=60.2mm ≤300mm 所以，注塑机开模行程合格。

8导向与脱模机构的设计

注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位，锥面定位则用于动、定模之间的精确定位。因为本塑件为小型塑件，小批量生产，所以采用带头直通式导柱，配导套。

导柱的材料选用低碳钢（20钢），渗碳淬火，硬度为50～55HRC,具体配合见装配图。

8.2脱模推出机构的设计

塑件四侧有内凹，采用斜推杆抽出。开模时，注射机拉动动模后退，当模具推板与注射机顶杆接触时，迫使推板向前运动，斜推杆向内移动抽出塑件，模具继续后退时，推出塑件。闭模时，由复位杆使斜推杆复位。 （1）脱模力的计算

??a?b11?71??10,?t3.14?1所以认为是薄壁塑件，所以脱模力的计算式为

F?2(a?b)ESL(f?tan?)?0.1A?5628.2N(1???K1)K2

（2）校核推出机构作用在塑件上的单位压应力 推出面积

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A?52?70.6?3796mm2

推出应力

??1.2F1.2?5628.2??1.78MPa?32MPaA3796（抗压强度）合格

9温度调节与排气系统的设计

9.1温度调节系统设计

由于冷却水道的位置、结构形式、表面状况、水的流速、模具的材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水传递，精确计算比较困难。实际生产中，通常都是根据模具的结构来确定冷水水路，通过调节水温、水速来满足要求。

查表得聚乙烯成型时所需的模具温度30～60℃，此处设模具的温度为40℃ （1）冷却水的体积流量

qv?WQ?8.3m3/minPC(?1??2)

（2）冷却水管直径

由于塑件壁厚为1mm，冷却水管直径d=8mm即可 （3）冷却水在管道内的流速

4qv?1.72m/s2?d

v?大于最低流速1.66m/min，达到湍流状态，所以管道直径选用合理 （4）冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数

查表得f=7.22（水温为30℃时），因此

(?v)0.82h?3.6f?18637kJ/(m?h??C)0.2d

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（5）冷却管道的总传热面积

A?60WQ1?226798mm2h??

（6）模具上应开设的冷却水孔数

n?A?3.76?4?dl

（参考《模具设计师（注塑模）》单元3-冷却系统设计 P119～P146）

9.2排气系统设计

本模具属于小型模具，而且模具的斜顶较多（每个型腔4个）。所以可以直接利用利用斜推杆，模板，型芯之间的间隙作为排气系统，其间隙为0.03到0.05mm。完全能够满足排气需要。

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结 论

通过此次模具设计，使我的专业知识更加系统化，完善化。在设计中我熟练掌握了查阅有关的技术标准和规范，也培养了我综合考虑结构、工艺性、经济性以及标准化等的能力，巩固了过去所学的知识，已掌握了注射模具设计的基本流程，也锻炼了我的动手能力和对于工程技术的严谨性。总之，通过这次尝试使我的专业水平更上一层楼，为以后的工作与深造打下了坚实的基础。虽然在这其中，我们遇到了很多难以解决的问题，但经过全组组员的努力，最终将他们一一克服。我们相信只要不断的努力就能取得更好的成绩。我们遇到的一个难点是型腔型芯的设计，在全组成员的努力下，通过了缜密的计算，最终确定了方案。这一次的成功使得我们对这一课程设计的信心大增，在后来的设计中不断攻破难题，最终完成了这次的作业。我觉得这次的设计不但让我对课本知识有了更加深入的理解，更重要的是它磨砺了我的性格，对我以后的发展带来不少的好处，使我真正明白了实践出真知的道理。

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参考文献

[1] 冯炳尧，韩泰荣，蒋文森编．《模具设计与制造简明手册》． 第二版 上海：上海科学技术出版社 1998．

[2] 杨占尧编.《塑料模具课程设计指导与范例》. 化学工业出版社 2009 [3] 李会武，范兴国编．《塑料模具技术手册》． 北京：机械工业出版社，2002年．

[4] 周斌兴主编.《塑料模具设计与制造实训教程》.北京:国防工业出版社,2006

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/emg6.html