塑料刷牙杯模具設計前言近年來，中國塑料模具制造水平已有較大提高。目前，塑料模具在整個模具行業中所占比重約為 30%，在模具進出口中的比重高達 5070%。目前，帶嵌件模具發展也是相當的快。現在最常見帶嵌件模具是帶金屬嵌件的模具以及帶樹脂嵌件的模具。結合 Pro/E、Moldex3D 等 CAE 分析軟件一起對帶嵌件模具進行模擬分析，從而來指導帶嵌件模具設計及其工藝方案的優化，已經成為了當今社會的一個的重要研究手段。但是總體說來，對帶嵌件的模具設計仍然還不成熟。塑料產品從設計到成型生產是一個十分復雜的過程，它包括塑料制品設計、模具結構設計、模具加工制造和模塑生產等幾個主要方面，它需要產品設計師、模具設計師、模具加工工藝師及熟練操作工人協同努力來完成，它是一個設計、修改、再設計的反復迭代，不斷優化的過程。傳統的手工設計已越來越難以滿足市場激烈競爭的需要。計算機技術的運用，正在各方面取代傳統的手工設計方式，并取得了顯著的經濟效益。1 塑件工藝性分析 1.1 塑件的原材料分析產品名稱: 塑料刷牙杯型腔數:一模四腔生產類型:大批量材料: PP圖 1-1(1) 塑件材料性能分析PP 塑 料 ， 化 學 名 稱 ： 聚 丙 烯 英 文 名 稱 :Polypropylene（ 簡 稱 PP） 比 重 :0.9-0.91 克 /立 方 厘 米 成 型 收 縮 率 :1.0-2.5% 成 型 溫 度 ： 160-220 。 成分結構PP 為 結 晶 型 高 聚 物 ， 常 用 塑 料 中 PP 最 輕 ， 密 度 僅 為 0.91g/cm3（ 比 水 小 ） 。通 用 塑 料 中 ， PP 的 耐 熱 性 最 好 ， 其 熱 變 形 溫 度 為 80-100 ， 能 在 沸 水 中 煮 。 PP有 良 好 的 耐 應 力 開 裂 性 ， 有 很 高 的 彎 曲 疲 勞 壽 命 ， 俗 稱 “百 折 膠 ”。 PP 的 綜 合 性能 優 于 PE 料 。 PP 產 品 質 輕 、 韌 性 好 、 耐 化 學 性 好 。 PP 的 缺 點 ： 尺 寸 精 度 低 、 剛性 不 足 、 耐 候 性 差 ， 它 具 有 后 收 縮 現 象 ， 脫 模 后 ， 易 老 化 、 變 脆 、 易 變 形 。 成型特性1)結 晶 料 ,吸 濕 性 小 ,易 發 生 融 體 破 裂 ,長 期 與 熱 金 屬 接 觸 易 分 解 。 2)流 動 性 好 ,但 收 縮 范 圍 及 收 縮 值 大 ,易 發 生 縮 孔 .凹 痕 ,變 形 。 3)冷 卻 速 度 快 ,澆 注 系 統 及 冷 卻 系 統 應 緩 慢 散 熱 ,并 注 意 控 制 成 型 溫 度 。 料 溫低 溫 高 壓 時 容 易 取 向 ,模 具 溫 度 低 于 50 度 時 ,塑 件 不 光 滑 ,易 產 生 熔 接 不 良 ,流 痕 ,90 度 以 上 易 發 生 翹 曲 變 形 4)塑 料 壁 厚 須 均 勻 ,避 免 缺 膠 ,尖 角 ,以 防 應 力 集 中 。 PP 與 其 它 幾 種 主 要 的 通 用 塑 料 的 性 能 比 較 表 1-1 材料性能表材料性能、種類 PP PE PVC PS ABS密度 最小 小于 水 較大 略高于 水 略高于 水剛性 較好 差 好 好 好收縮率 差 一般 好 好 好韌性 低溫下 差 好 差 差 好強度 較高 低 較高 高 高耐熱性 好 一般 差 較差 較差化學穩定性 好 好 好 好 好耐候性 差 差 一般 一般 較差毒性 無毒 無毒 可以無 毒 無毒 無毒粘合劑粘合 差 差 好 一般 一般熱合性 一般 好 一般 一般 一般成型加工性 好 好 不易 好 好(2) 成型工藝性分析PP 在 熔 融 溫 度 下 有 較 好 的 流 動 性 ， 成 型 性 能 好 ， PP 在 加 工 上 有 兩 個 特 點 ： 其一 ： PP 熔 體 的 粘 度 隨 剪 切 速 度 的 提 高 而 有 明 顯 的 下 降 （ 受 溫 度 影 響 較 小 ） ； 其 二 ：分 子 取 向 程 度 高 而 呈 現 較 大 的 收 縮 率 。 PP 的 加 工 溫 度 在 200-300 左 右 較 好 ， 它 有 良 好 的 熱 穩 定 性 （ 分 解 溫 度 為310 ） ， 但 高 溫 下 （ 270-300 ） ， 長 時 間 停 留 在 炮 筒 中 會 有 降 解 的 可 能 。 因 PP的 粘 度 隨 著 剪 切 速 度 的 提 高 有 明 顯 的 降 低 ， 所 以 提 高 注 射 壓 力 和 注 射 速 度 會 提 高 其流 動 性 ， 改 善 收 縮 變 形 和 凹 陷 。 模 溫 宜 控 制 在 30-50 范 圍 內 。 PP 熔 體 能 穿 越 很窄 的 模 具 縫 隙 而 出 現 披 鋒 。 PP 在 熔 化 過 程 中 ， 要 吸 收 大 量 的 熔 解 熱 （ 比 熱 較 大 ） ，產 品 出 模 后 比 較 燙 。 PP 料 加 工 時 不 需 干 燥 ， PP 的 收 縮 率 和 結 晶 度 比 PE 低 。 1.2 塑件結構分析塑件的具體結構如圖所示。其中塑件外形結構大致圓柱形，帶有拔模角度，注塑重點在于，注塑時不能出現澆不足，收縮均勻。同時外觀要求不能有熔接痕、脫模痕, 不能有劃傷、變形、飛邊，必須符合 GB/T 2828.1、QC/T 32-2006 和 GB/T 3730.1-2001。制品尺寸精度分析。該塑件尺寸無特殊要求，尺寸精度按 MT5 查取公差。該塑件內外尺寸均受到模具活動的影響，故為 B 類尺寸。據國家標準塑件尺寸公差（GB/T144486-1993）查得，該零件主要尺寸如下所示：表 1-2塑件標注尺寸 尺寸公差（MT5）塑件標注尺寸 尺寸公差（MT5）18 180.3 1 10.320 200.3 32 320.323 230.3 33 330.325 250.3尺寸27 270.3尺寸圖 1-2 水杯三維圖2 擬定模具結構形式2.1 分型面位置確定 在模具設計初期階段，應首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結構。分型面設計是否合理，對塑件質量、工藝操作難易程度和模具的設計制造都有很大影響。因此，分型面的選擇是在注射模設計中的一個關鍵因素。 分型面的選擇主要應遵循以下原則： （1) 分型面應選在塑件外形最大截面處。 （2) 便于塑件順利脫模，盡可能使塑件留在動模一側。 （3) 有利于保證塑件的精度要求。 （4) 滿足塑件的外觀質量要求。 （5) 有利于簡化模具結構。 （6) 盡量減少塑件在合模方向上的投影面積。 （7) 有利于排氣。 綜合上述的各原則，分型面可取在制件的最大投影面積處。圖 2-1 分型面2.2 型腔數量及排列方式確定 該塑件三維是54上40下66高mm，為中小型尺寸工件，采用一模四腔，大批量生產。排列如圖所示。圖 2-2 型腔排列2.3 注塑機選擇和參數校核2.3.1 注射量計算 模具所需塑料熔體注射量 m = nm1 + m2 (3-1) 式中： m 一副模具所需塑料的質量或體積（ g 或 cm3）;n 初步選定的型腔數量；m1 單個塑件的質量或體積（g 或 cm3）m2 澆注系統的質量或體積（g 或 cm3）其中 m2 是個未知值（注塑廠的統計資料） ，在做設計時以 0.6nm1 來估算，即 m = 1.6n m1 (3-2)經 proe 分析，塑件質量 m1= 5.9480.91=5.412g，所以注射量m=1.6nm1=1.64 5.4=34.56g2.3.2 投影面積及鎖模力的計算塑件和流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積及所需鎖模力為：A = nA1+A2 (3-3) Fm=(nA1+A2)P 型 (3-4)式中： A 塑件及流道凝料在分型面上的投影面積（mm 2）;A1單個塑件在分型面上的投影面積（mm 2） ；A2流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積（mm 2）;Fm 模具所需的鎖模力（N） ；P 型 塑料熔體對型腔的平均壓力（MPa） 。表 5-1 常用塑料注射成型時型腔平均壓力 單位：MPa塑件特點 P 型 舉例容易成型塑件 25 PE、PP、PS 等壁厚均勻的日用品，一般塑件 30 容器類中等黏度塑件及有精度要求塑件35 在模溫較高的情況下，成型薄壁容器類高黏度塑料及高精度、難充模塑料40 ABS、POM 等有精度要求的零件，如殼類等高精度的機械零件，如齒輪、凸輪等流道凝料(包括澆口)在分型面上的投影面積A 2，在模具設計前是個未知值，根據多型腔模的統計分析，A 2是每個塑件在分型面上的投影面積的0.2倍到0.5倍，因此可用0.45nA 1來估算，另外部分塑料注射壓力P可查相關數據。經過 moldex 3D 的計算，總投影面積為：9156mm 2。所以：A=4（3.14*27*27 ）=9156mm 2 Fm =AP型 =915640=366.24kN2.3.3 選擇注射機根據上面計算得到的 m 和 Fm 值來選擇一種注射機，注射機的最大注射量（額定注射量 G）和額定鎖模力 F 滿足G m/ (3-5)式中 注射系數，無定型塑料取 0.85，結晶型塑料取 0.75。FFm (3-6)則：Gm/G34.56g/0.85=40.66g 生產原料密度為 1.76g/cm3 注射容量為 23.1 cm3一般注塑機澆注塑料原料時, 其每次注射量僅達標準注射量的75 %。為了提高制件質量及尺寸穩定, 表面光澤、色調的均勻, 要求注射量為標定注射量的50 %為宜，即46.2cm 3。根據注射機的注射容量需大于 46.2cm3、鎖模力需大于 366.24kN，又由于模具設計與制造簡明手冊表 2-40 選擇注射機 XS-ZY-1000 螺桿式注射機，其參數如下：額定注射量：1000 3cm螺桿直徑： 85mm注射壓力：178Mpa鎖模力：4500KN模板行程：700-mm模具最大厚度：700mm 模具最小厚度：300mm模板尺寸：700850mm拉桿空間：650550mm定位孔直徑： 150mm合模方式：液壓機械 2.3.4 注射機有關參數的校核 （1） 最大注塑量校核模具成型塑料制品和流道凝料總質量應小于注塑機的額定注塑量的80%，所以額定注塑量138.24g80%=172.8g，選定的注塑機額定注塑量為1000cm31.76g/cm3=1760g，注塑量校核合格。（2） 鎖模力校核FkAp型=1.2*366.24KN =439.482KN，所選注塑機的鎖模力為4500KN，鎖模力校核合格。（3） 注射壓力的校核注射機的最大壓力應大于塑件成型所需的壓力，即(3-7)ZahP式中： 注射機最大注射壓力(Mpa)；Z塑件成型所需的注射壓力(Mpa)；ah采用柱塞式注塑機PPA注射壓力為140180MPa，螺桿式注塑機則取 120140MPa為宜，因此選定的注塑機的注射壓力：178 Mpa，滿足要求。3 成型零件有關尺寸的計算（1）型芯設計圖 3-1 型芯型芯的尺寸計算型芯的尺寸按以下公式計算D =1+ d +x1s10 式中 D 型芯外徑尺寸d 塑件內形尺寸1塑件公差塑料平均收縮率s成形零件制造公差,取 /2 。（2） 型腔設計圖 3-2 型腔1）型腔徑向尺寸按以下公式計算D =1+ d x2s20式中 D 型腔的內形尺寸d 塑件外形基本尺寸2 塑件公差塑料平均收縮率s成形零件制造公差,取 /2 。2）型腔深度尺寸按以下公式計算=MH0)(xs式中 型腔深度MH塑件外形高度尺寸 塑件公差塑料平均收縮率s成形零件制造公差,取 /3（3） 由于該產品不是透明的，所以型芯的表面粗糙度要求不需那么高。一般取Ra1.6,在機床上加工就可以直接投入使用，不需要經過其它的特殊加工。考慮模具的修模以及型芯的磨損，在精度范圍內，型芯尺寸盡量取大值。而型腔則取大值，型腔的表面粗糟將決定產品的外觀，因此型腔的表面粗糙度則要求較高，一般取Ra0.80.4 。在本次設計中，型腔取 Ra0.8。（4） X綜合修正系數（考慮塑料收縮率的偏差和波動，成型零件的磨損等因素），塑件精度低、批量較小時，X 取 1/2；塑件精度高、批量比較大，X 取 3/4，根據設計要求取 X 為 0.5。要計算型芯、型腔的工作尺寸，必先確定塑件的公差及模具的制造公差。根據要求塑件精度取五級精度。根據