1、许多现代工业的发展和科技水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水平。因此，模具工业以成为国民经济的基础之一。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
2、的决定中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。塑料以成为在钢铁、木材、水泥之后的第四代工业基础材料，越来越广泛地在各行各业应用。其中注塑成型在塑料的各种成型工艺中所占的比例也越来越大。随着社会的经济技术不断发展，对注塑成型的制品质量和精度要求都有不同程度的提高。塑料制品的造型和精度直接于模具设计和制造有关系，对注塑制品的要求就是对模具的要求。有人说，模具是现代工业之母。新的世纪已经到来了，世界各国对模具生产技术非常重视，出现许多新工艺、新技术。从而促进模具制造技术的不断提高和发展。一个国家模具生产能力的强弱、水平的高低，直接影响着许多工业部门的新产品更新换代，影响着产品质量和经济效益的提
3、高。塑料制品生产中先进合理的成型工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的重要因素。塑料模具对实现塑料成型工艺要求和杯盖使用要求起着十分重要的作用。任何童心吸水杯杯盖的生产和更新换代都是以模具更新为提前的，由于目前工业和童心吸水杯杯盖的产量猛增，质量要求越来越高，因而导致了塑料模具研究、设计和制造技术的迅猛发展。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。本次毕业设计的主要任务是
4、童心吸水杯杯盖注塑模具的设计。也就是设计一个注塑模具来生产童心吸水杯杯盖产品，以实现自动化提高产量。针对童心吸水杯杯盖的具体结构，通过此次设计，使我对注塑模具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，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。2 童心吸水杯杯盖的工艺性分析2.1 产品技术要求 （1） 使用性能 此为童心吸水杯杯盖，对于表面粗糙度的要求不高，但也不能有粗糙感。（2） 外观 平整，光滑，不能有制造缺陷，如气泡、凹
5、陷、烧焦、疤痕、银纹等。如图2.1所示图2.1工件简图2.2 童心吸水杯杯盖分析2.2.1 PE材质简介据注塑制品与注塑模具设计介绍。聚乙烯无味，无毒、呈乳白色。密度为0.910.96g/cm为结晶型塑料。聚乙烯有一定的机械强度，但和其他塑料相比其机械强度低，表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。聚乙烯有高度的耐水性，长期接触水其性能可保持不变。聚乙烯透水气性能较差，而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸汽的性能好。聚乙烯在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。一般高压聚乙烯的使用温度约在80左右，低
6、压聚乙烯为100左右。聚乙烯能耐寒，在-60时仍有较好的机械性能，-70时仍有一定的柔软性。聚乙烯成型时，在流动方向与垂直方向的收缩率差异较大。注射方向的收缩率大于垂直方向的收缩率，易产生变形，并使杯盖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，杯盖有浅的侧凹时可强行脱模。2.3 注塑模的设计要点PE塑料它是属于通用塑料，该产品是通过注塑成型的。它的原理是将颗粒或粉状塑料从注塑机的料中送进加热器中，经加热熔化，在受压的情况下，把它注到成型的型腔中，再冷却成型。注塑成型它的周期短，能成型复杂的、尺寸精确的
7、制件。它的成型工艺过程包括如下：成型前的准备，注塑过程，杯盖后处理。注塑过程它是一个比较关键的进程，各个步骤都要控制好，这对杯盖的质量和形状起着至关重要的作用。注塑成型的核心问题是：就是采用措施得到良好的塑料熔体，并把它注塑到型腔中去，在控温下，使杯盖达到所要求的质量。温度、注塑压力、时间是其最关键的工艺参数。注塑模包括：成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统、支承零部件。只有处理好各个环节的制约关系，才能设计出一副较好的模具来，一副模具设计出来，把它装在注塑机上，还要通过校核，才能投入生产。因此注塑模与注塑机的关系也是至关重要。3 注塑模的
8、设计3.1 注射模与注射机的关系注射模具是安装在注射机上使用的。在设计模具时，除了应掌握注射成型工艺过程外，还应对所选用注射机的有关技术参数有全面的了解，以保证设计的模具与使用的注射机相适应。3.1.1 注塑机的选用杯盖体积和质量的确定：根据前面的分析，杯盖的形状大小，杯盖的结构特征及模具最小厚度、最大厚度的估算值选用XS-ZS-22型注射机，该注射机的基本参数如下： 额定注射量为, 螺杆直径 注射压力 锁模力， 拉杆内间距 开模行程 模具最大厚度 模具最小厚度 喷嘴球半径.3.1.2 型腔数目的确定（1） m1浇注系统凝量的计算该注射模采用点浇口， 3.1.3 最大注射量的校核 如3.1式
9、（3.1） 式中mp 是注射机充许的最大注射量（g或cm）。满足nm1+m280%mp，所以能保证注射模内所需熔体总量在注射机的最大注射范围内。3.1.4 锁模力的校核当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生使模具分型面涨开的力，这个力的大小等于杯盖和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔的压力，它应小于注射机的额定锁模力Fp，才能保证注射时不发生溢料现象即3.2式： （3.2）（其中Fz为熔融塑料在分型面上的涨开力，N） 其中A是杯盖在分型面上的投影面积，A1是浇注系统在分型面上的投影面积。P是塑料熔体对型腔的成型压力，其大小一般约为注射机的80%左右。由上式可得它也是符合要求。3.1.5
10、注射压力的校核PE塑料是综合力学性较好的塑料，粘度不高，精度要求也比较低，根据塑料模具技术手册，它所需的压力一般选80100Mpa即可。经查得此注射机的注射压力为75Mpa,所以由此可得它的压力也是足够的。喷嘴尺寸的查表得它的球面半径为SR12,则R2=SR+0.5-1，这样有利于主流道的凝料脱出。3.1.6 开模行程的校核注射机的开模行程是有限制的，杯盖从模具中取出时所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，否则杯盖无法从模具中取出。开模行程可按3.3式校核： （3.3）所以也是符合的。由上述数据可以确定，选择XS-ZS-22型注射机，是合适的。选择好的注射机是得到高质量杯盖的重要前提，因
11、此这个步骤是必不可少的。32 注射模具分型面的选择321 分型面的基本形式分型面的形式由塑料的具体情况而定，但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面14。322 分型面选择的基本原则选择分型面的基本原则：（1） 尽量使塑件开模时留在动模一侧；（2） 分型面应有利于排气；（3） 保证塑件外观质量要求；（4） 有利于塑件分型和抽芯动作；（5） 有利于塑件脱模；（6） 考虑侧向分型面与主分型面的协调；323 分型面的选择根据分型面的选择原则：（1）便于塑件脱模； （2）在开模时尽量使塑件留在动模；（3）外观不遭到损坏；（4）有利于排气和模具的加工方便。结合该产品的结构,分型面
12、确定在塑件的最大投影面积上。如图3.1所示。3.1 分型面的位置3.3 浇注系统与排溢系统的设计浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。3.3.1 浇注系统的设计经分析计算，此杯盖采用普通流道系统，由主流道、分流道、浇口、冷料穴组成。其结构图如图3.2所示：图3.2 浇注系统示意图 浇注系统是将来自注塑机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输教送到型腔，同时使型腔的气体能及时顺利排出，在杯盖熔体填充凝固的过程中，将注塑压力有效地传递到型腔的各个部位，以获得形状完整、内外质量优良的杯盖。浇注系统的设计的一般原则：（1） 了解杯盖的成型性能。（2） 尽量避免或减少产生熔接痕。（3） 有利于型腔中
13、的气体排出。（4） 防止型芯的变形和嵌件的位移。（5） 尽量采用较短的流程充满型腔。（6） 流动距离比和流动面积比的校核。3.3.2 主流道的设计主流道是指浇注系统中从注塑机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的杯盖熔体的流通通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响。在注塑机上，主流道垂直分型面。为了使凝料从其中顺利推出，需设计成圆锥形，锥角为4，表面粗糙度Ra0.8,主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注塑机及一定温度、压力的塑料熔体要冷热交替反复接触，属易损件，对材料的要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆，采用碳素工具钢即T8A，淬火到5
14、357HRC。3.3.3 分流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间的通道。此副模具采用圆形的截面形状对于壁厚为0.8mm,质量在20g以下的杯盖，分流道的内表面粗糙度Ra要求比较高，一般取1.6um左右。分流道在分型面上的布置的形式，它必须遵循以下两方面的原则，即一方面排列紧凑，缩小模具板面的尺寸，一方面流程尽量短，锁模力力求平衡，该模具采用平衡式的分流道。分流道的布置，分流道的布置也根据型腔的位置而定，型腔位置确定要考虑模具在分型面上力的平衡问题，它的要求是反作用力，以及锁模力就作用于主流道中心。3.3.4 浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。它是整个浇注系统的关键的部位。
15、其形状、大小及位置应根据杯盖大小、形状、壁厚、成型材料及杯盖技术要求等进行而确定。该杯盖采用的是点浇口，它一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率和剪切热，使其顺利充满型腔。另一方面改善塑料熔体进入型腔的流动特性，可控制填充时间、冷却时间及杯盖表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与杯盖分开的作用。3.3.5 浇口的位置的确定设计中，浇口的位置及尺寸的要求是比较严格的，初步试模，必要时还需要修改。因此浇口的位置的开设，对成型性能及成型质量的影响是很大的。一般在选择浇口位置时，需要根据杯盖的结构工艺及特征，成型质量和技术要求，综合分
16、析。一般要满足以下原则：（1） 考虑分子定向的影响。（2） 减少熔接痕提高熔接强度。（3） 浇口应开设在杯盖壁厚处。（4） 避免熔体破裂现象引起杯盖的缺陷。（5） 尽量缩短流动距离。经过仔细的考虑，该杯盖是均匀壁厚件，又为了不影响杯盖的外观，该杯盖采用点浇口，它能保证塑料迅速而且均匀充满型腔。3.3.6 浇注系统的平衡该杯盖是属于小型杯盖，采用一模多腔，这样有利于提高生产效率。但是在设计时是否能同时达到充满型腔的目的。这就要对浇注系统的平衡。若浇口平衡则可以得到良好的物理和较精度尺寸的杯盖。分流道的布置分平衡式和非平衡式。平衡式是指从主流道到各分流道，其长度、截面形状和尺寸均对应相等。非平衡式
17、即上述的参数不相等。浇口的平衡的经验公式如3.4式： （3.4） Ag浇口的截面面积。 Lr从主流道中心至浇口的流动通道的长度。 Lg浇口的长度。此副模具是采用平衡式的，其上面的数据是一样的。所以浇口是平衡的。分流的平衡的计算：由于采用是一模四腔的，且采取的是平衡式的浇口，所以分流道的长度、和分流道的截面积尺寸也是一样的。上式的式子它没有考虑到分流道转弯部分阻力的影响，以及模具湿度不均匀的影响。L1、L2是流道1和2的长度. D1,d2 是流道1和2的直径。 Q1，Q2 别是塑料熔体在流道1和2的流量。浇注系统的设计后，还要对浇口平衡进行试模。其步骤如下：（1） 首先将各浇口的长度和厚度加工成
18、对应相等的尺寸。（2） 试模后检查每个型腔的杯盖的质量。（3） 将后充满的型腔的浇口的宽度略为修大一点，尽可能不改变浇口厚度，因为浇口厚度不一，则浇口冷凝封固时间也就不一样。（4） 用同样的工艺条件重复上述步骤直到满意为止。3.3.7 排溢系统的设计PE材料在熔化时，会产生气体，所以当塑料在充满型腔时及浇注系统内的空气，如果在型腔中不及时排除干净，可以会在杯盖上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等缺陷。另一方面气体的受压产生反向压力而降低充模速度，还可能造成杯盖碳化或烧焦。注射成型时的排气可采用如下四种方式排气：（1） 利用配合间隙排气。（2） 在分型面上开设排气槽排气。（3） 利用排气守
19、排气。（4） 强制性排气。该模具是采用利用配合间隙排气。3.4 成型零件的设计成型零件决定了杯盖的几何尺寸和形状。成型零件它直接与高温、高压的塑料流接触，因此成型零件要求具有较高的强度、刚度和耐磨性能。成型零部件，它包括：型腔、型芯、成型杆、和成型环等。该产品是IT5级精度制造的，产品外表面要求比较光滑，因此要求成型零件的抛光性能要好，表面应该光滑美观。表面粗糙度要求Ra0.8。型腔的材料选Cr12MoV,淬火处理，并中温回火，使其达到硬度达到55HRC以上。3.4.1 型腔的结构设计由于该杯盖结构比较复杂，且其精度较要求高，要求其杯盖不充许出现表面刮伤，经过仔细的参考，该型腔采用开式较为合理
20、。查阅资料可得杯盖的理想的外壁圆角半径为杯盖的壁厚的1.5倍。即R=1.5t,即R=1.2mm,该型腔的加工，先下料，经粗加工后在磨床上进行磨削，使其达到应有的光洁度，然后热处理，使其硬度达到55HRC以上，再进行精磨，最后用电火花将型腔加工出来并抛光。3.4.2 型腔的工作尺寸计算所谓成型零件工作尺寸是指直接用来构成杯盖型面的尺寸。它主要包括型腔的径向尺寸、型腔的深度、中心距等尺寸。它受到杯盖的尺寸精度的影响。型腔的计算公式如下3.5式：型腔的径向尺寸计算 （3.5） 其中Dx是型腔的径向尺寸，Da是杯盖最大径向尺寸，是杯盖的设计公差值，Dg是杯盖径向公称尺寸，Z是模具制造公差，一般取 Z
21、=1/3-1/6查表得PE塑料的最小收缩率为1.5%，最大的收缩率为3.5%，由公式得Scp=（1.5%+3.5%）/2得Scp为2.5%，至于杯盖的精度，在此到的系数为0.32，当杯盖的精度不同时会有变化。型腔的深度尺寸计算如3.6式： （3.6）其中HM为型腔的深度尺寸，Hd为制品高度最大尺寸，Hg为制品高度公称尺寸，的系数取2/3。杯盖表面的凹槽是通过在型腔上设一块镶块而得到的。3.4.3 型芯的结构设计型芯是成型杯盖的内表面的零件。此杯盖用小型芯来成型，主型是用来成3.3图所示图3.3型芯示意图型杯盖的内壁，杯盖的内表面精度要求要稍微低一些，因此型芯的表面加工可以稍稍粗糙点。该芯采用镶
22、嵌式，它结构牢固，它固定在动模固定板上。其形状尺寸如上图所示：其工件角度都是通过核算而得到的。型芯选Cr12MoV，淬火处理，使其硬度达到55HRC以上，不至于使它在注射成型时变弯、变软。它的加工过程是，先取一段圆棒料，在车床上车削，然后进行热处理，再进行电火花加工，使其达到所要求的形状和尺寸，最后进行磨和抛光。型芯的尺寸计算：型芯的径向尺寸：如3.7式 （3.7）其上面字母所表示的意义和型腔的字母是一样的。型芯的高度尺寸计算如下3.8式： （3.8）影响杯盖尺寸精度的因素较为复杂，主要存在以下几方面：（1） 零件的制造公差；（2） 设计时所估计的收缩率和实际收缩率之间的差异和生产制品时收缩率
23、波动；（3） 模具使用过程中的磨损。以上三方面的影响表述如下：（1） 制造误差：3.9式 （3.9）其中，D 被加工零件的尺寸，可被视为被加工模具零件的成型尺寸；z 成型零件的制造公差值； i 公差单位；a 精度系数，对模具制造最常用的精度等级。（2） 成型收缩率波动影响：3.10式 （3.10）其中， 杯盖成型收缩率；LM 模具成型尺寸；LS 杯盖对应尺寸。（3） 型腔磨损对尺寸的影响：为简便计算，凡与脱模方向垂直的面不考虑磨损量，与脱模方向平行的面才考虑磨损。考虑磨损主要从模具的使用寿命来选定，磨损值随产量的增加而增大；此外，还应考虑塑料对钢材的磨损情况；同时还应考虑模具材料的耐模性及热处
24、理情况，型腔表面是否镀铬、氮化等。有资料介绍，中小型模具的最大磨损量可取杯盖总误差的1/6（常取0.020.05mm），而对于大的模具则应取1/6以下。但实际上对于聚烯烃（如像PP）、尼龙等塑料来说对模具的磨损是很小的，对小型杯盖来说，成型零件磨损量对杯盖的总误差有一定的影响，而对于大的杯盖来说影响很小。杯盖理想的内角圆半径应为杯盖壁厚的1/3以上。所以取内角圆半径为0.5mm。型腔由于受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度。如果型腔侧壁和厚度过下，则会引起溢料和出现飞边，这样就降低了杯盖的精度，严重时还会影响脱模。因此还要计算侧壁和底板的厚度。模具型腔的壁厚的计算，应以最大的压力为准。此
25、杯盖是属于小尺寸杯盖，侧壁长L370，所以强度不足是主要原因，因此应以强度计算。型腔侧壁尺寸查表可得S=48mm底板厚度的计算：按强度的条件，最大应力发生在板中，底板厚度为3.11式： （3.11）H型腔板的高度，经算得6mm满足要求了。3.5 合模导向机构的设计导向机构是保证动模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。本副模具是采用导柱、导套导向。导向机构它起到的作用有：定位作用、导向作用、承载作用、保持运动平稳的作用。导柱导向通常是由导柱和导套的间隙配合而组成的。导柱分带头导柱和有肩导柱。因为该产品是成批量的生产，导柱经常运动，容易磨损，所以采用导套，这样导套坏了，可以随时更换。小型模具采用带头导柱。3.5.1 导柱的设计技术要求包括：导柱的长度、形状、材料、数量及布置。此副模具把导柱设在动模一侧，这样有利于推杆的运动。导柱固定端与模板之间采用H7/m6，而导柱与导套采用H7/f7的间隙配合。导套也分直导套和芾头导套。其用法与导柱的用法一样。导套的技术要求的技术要求包括：导套的形状、导套的材料、及固定形式及配合精度。导套采用H7/r6配合镶入模板。导柱结构和尺寸如图3.4所 图3.4导柱示意图取导柱的长度为100mm,导柱的材料选20钢,淬火处理到5
