毕业设计(论文)
塑料水杯的注塑成型工艺设计
学 院： 河源职业技术学院 专 业： 高分子材料加工技术 姓 名： 学 号：
指导教师：
年 月
河源职业技术学院2006级毕业设计
摘要
本设计对塑料水杯的注射成型工艺设计的整个生产过程做了较为详尽的分析，对塑料总的性能做了一些概述，选取了PC树脂，对PC树脂做了性能分析、注塑成型工艺的分析。文章分6个章节以简明的文字与图形、表格数据，系统地介绍注塑生产流程各相关知识要点与注意事项。得出完整的理论设计结果,为今后工程设计打下了基础。较好地联系实际生产，对从事注塑生产与模具设计的人员有一定的参考作用。最后第7章对整个设计过程做了总结。
关键词：塑料，水杯，PC，注塑成型，模具。
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摘要 .....................................................................................................2 第 1 章 塑料及其性能 .....................................................................5
1.1 塑料概述 ................................................................................5
1.1.1 塑料的组成 ..................................................................5 1.1.2 塑料的性能特点 ..........................................................5 1.1.3 塑料的性能特点 ..........................................................6 1.2 热塑性塑料的模塑特性 .........................................................7
1.2.1 流动性 .........................................................................7 1.2.1.1 流动性的定义与表示 ................................................7 1.2.1.2 流动性的影响后果及因素 ........................................7 1.2.1.3 影响塑料流动充型能力的因素 .................................7 1.2.2 成型收缩性 ..................................................................8 1.2.3 结晶性 ....................................................................... 10
第 2 章 塑料注塑制品的选材与造型 ............................................. 10
2.1 选择PC树脂 ......................................................................... 10
2.1.1 树脂选择的一般原则 ............................................... 10 2.1.2 树脂选用的参考....................................................... 11 2.1.3 选择PC树脂 .............................................................. 11 2.1.4 PC树脂的收缩率 ....................................................... 12 2.2 塑件造型设计 ...................................................................... 13 2.3 塑件厚度 .............................................................................. 14 2.4 塑件尺寸精度和表面粗糙度 ................................................ 15 2.5 脱模斜度 ............................................................................. 16 第 3 章 PC塑料的注塑成型工艺 ................................................... 16
3.1 原料塑化注塑温度 ............................................................... 16
3.1.1 原料塑化注射温度 ................................................... 16 3.1.2 塑料熔体注射压力 ................................................... 17 3.1.3 成型模具温度 .......................................................... 17
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3.2 制品成型脱模后的处理 ....................................................... 17 3.3 聚碳酸酯的注射成型工艺参数 ............................................ 18 第 4 章 模具的选择 ......................................................................... 18
4.1 型腔数目的确定 ................................................................... 18 4.2 浇注系统的设计 ................................................................... 19
4.2.1 主流道的设计 .......................................................... 19 4.2.2 浇口的设计 .............................................................. 19 4.3 侧向分型与抽芯机构 ........................................................... 20 4.4 顶出机构 .............................................................................. 20
4.4.1 推出脱模机构 .......................................................... 20 4.5 模架的选择 .......................................................................... 21 第 5 章 注射成型设备的选择 ........................................................ 22
5.1 注射机的基本技术参数及选用校核 ..................................... 22 5.2 注射机的选择 ...................................................................... 26 第 6 章 注塑制品的质量检验 ........................................................ 27 第 7 章 总结 .................................................................................. 30 参考文献 ............................................................................................ 30
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第 1 章 塑料及其性能
1.1 塑料概述
塑料是指以树脂为主要成分，添加有利于制品成型与使用的若干助剂，按一定比例配制而成的、在一定工艺及工装条件下可模塑成型的有机高分子材料。
1.1.1 塑料的组成
（1）树脂
树脂分天然树脂（如松香、纤维、虫胶、沥青等）和合成树脂，塑料中的树脂一般都是合成树脂。绝大多数树脂需按一定比例（≧40%）与助剂混炼配制成塑料，以利于成型和使用。塑料中树脂的作用就是将塑料各组分加以粘合，赋予塑料可模塑性，并决定塑料的类型和性能。 （2）助剂
为改良塑料的使用性能与成型性能而在塑料中添加各种助剂。就助剂而言，要求其与树脂及其他助剂的相容性好、自身稳定性高、能充分满足制品的成型与使用要求。
塑料中常添加的助剂种类如填料、增塑剂、增强剂、润滑剂、热稳定剂、光稳定剂、抗氧化剂、着色剂、阻燃剂等。
1.1.2 塑料的性能特点
塑料的品种多，其性能特点主要体现在以下方面。
优良的成型加工性、良好的化学稳定性、密度低及其同比强度高、电器绝缘性能好、减摩与耐磨性好、自润滑、减振隔音性好、气液阻隔性能好、塑料的价格便宜、着色性好、色泽鲜艳、绝热性能好、可电镀、可焊接与粘接、光学性能好、改性能力强。
塑料的主要缺点是机械强度、刚度和耐热性较低，尤其是高温热强性
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低，能在200℃以上连续工作的塑料品种少。散热性差、热成型收缩大、制品尺寸不稳定、尺寸精度不高、大多易燃、易老化、不易自行降解等。
1.1.3 塑料的性能特点
（1）按树脂在成型过程中分子结构的变化分
①热塑性塑料 热塑性塑料中的树脂分子在塑化成型前后均呈纯线型或带支链的线型链状结构，其可反复加热塑化熔融与冷凝化成型。
②热固性塑料 热固性塑料中树脂分子在塑化成型前为线型链状结构，在固化成型后便已交联成体型网状结构；因体型网状结构的聚合物分子不具备熔融塑化的能力，故热固性塑料在模塑成型后将不再具备可模塑性。
（2）按树脂分子冷凝过程中的排列状态分
①结晶性塑料 如PE、PP、PET、POM、PA等。 ②非结晶性塑料 如PS、PC、PSU、PMMA、PVC等。 （3）按塑料的用途分
①通用塑料 指产量大、成型性好、价格低、用途广的一类塑料，其常用来制作受力不大的制品。主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料与氨基塑料等六大品种在内的塑料，其产量约占塑料总产量的75%以上。
②工程塑料 指在较宽温度范围内仍能保持优良的力学性能和良好的尺寸稳定性，能在一定程度上替代金属作为工程结构材料使用的一类塑料。其中通用工程塑料一般指产量大、价格相对便宜的工程塑料：PA 、PC、POM、ABS、PPO、PBT及其改性品种；特种工程塑料一般指产量小、价格高、耐温高的工程材料：PSU、PI、PPS、PES、PTFE、PAR、PEEK、PEI和耐热环氧树脂等。
③功能塑料 是指具有特种功能而应用于特殊领域的一类塑料。如生物塑料、光敏塑料、导磁塑料、高耐热塑料、高频绝缘塑料、压电塑料、光学聚焦塑料等。
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1.2 热塑性塑料的模塑特性
塑料的模塑特性是指塑料在模塑成型过程中呈现出的物理、化学、热力学状态及其变化的现象。塑料的可模塑性主要取决于塑料的流动性、热性能、物理性能、化学及力学性能等。
1.2.1 流动性
1.2.1.1 流动性的定义与表示
塑料的流动性是指塑料在一定工艺与工装条件下的流动充模能力。 热塑性塑料的流动性通常采用熔体指数来表示。
熔体指数是指在一定的温度和压力下，熔融塑料在10min内从标准毛细管（其出料孔直径为∮2.09mm）流出的质量，单位为g/10min。熔体指数越大，流动性越好。
1.2.1.2 流动性的影响后果及因素
流动性高，易导致溢料、流涎、填充不实、塑件组织疏松、树脂与填料易分头聚积而形成银丝、易粘模而使脱模和清理困难等。流动性偏低，则易导致填充不足，缺料，成型压力大，成型周期长，不易成型。
1.2.1.3 影响塑料流动充型能力的因素
（1）塑料的品种
树脂分子的规整性越差、分子量越大、分子量分布越宽，则其表观黏度越大，流动性越低；加入填料会降低树脂的流动性；加入增塑剂、润滑剂会显著地提高塑料的流动性。
一般将热塑性塑料的流动性归类为：流动性好的——尼龙、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、醋酸纤维素等；流动性较好的——改性聚苯乙烯、ABS、AS、有机玻璃、聚甲醛等；流动性差的——聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯
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醚、聚砜、氟塑料等。
（2）成型工艺
熔体温度越高，则塑料熔体的表观黏度越低，流动性越好。但不同塑料的表观黏度对温度变化的敏感性不一样；刚性塑料（如HIPS、PS、PA、PC、PMMA、CA、增强或改性PP等）的表观黏度受温度变化的影响大，其流动性随料温的升高而显著地增加；而柔性分子（PE、PP、PVC等）的流动性受温度影响不大。注射压力增大，熔体所受的剪切作用增强，遵循切力变稀规律而体现出流动性增大。柔性塑料（如LDPE、PP、PVC等）的流动性对压力变化敏感。
在工程应用中，应具体分析塑料中聚合物分子的流动性对压力、温度的敏感性，分析树脂的降级倾向性，来决定采取合适的工艺措施以提高熔体的流动充型能力。
（3）模具结构
各段流道、型腔的几何形状、尺寸及其表壁的粗糙度、排气系统的设计、温度控制系统的设计等模具结构因素，都将对熔体充型带来影响。凡是促使熔体温度降低、流动阻力增加的因素，都会使流动性降低。
1.2.2 成型收缩性
塑料的成型收缩是指塑件在模具中固化成型并脱模冷却到室温的过程中，其尺寸与体积发生缩小的现象。 （1）塑料成型收缩的形式
①塑料材料的热收缩。 ②塑件脱模后的弹性恢复。
③结晶收缩 塑料因结晶、比容减小而引起的体积收缩，称为结晶收缩。结晶收缩值远比热收缩大，结晶度越高，结晶收缩越大。
④方向性收缩 因成型过程中的取向作用而导致沿料流方向收缩大，与料流垂直方向的收缩小，取向越强，差别越大。另外，成型时塑件各部位密度与添加剂分布不均，也会导致成型收缩不均。
⑤后收缩 成型后因塑件内应力的自然时效松弛而导致的再收缩，称
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为后收缩。塑件在脱模后的10h内形状尺寸变化最大，24h后才基本定形，最终定形还需要几十天。通常热塑性塑料的后收缩比热固性塑料的大。
⑥后处理收缩 对成型后的塑件进行后处理（如退火和调湿处理）以尽快稳定塑件的质量，在此过程中所发生的收缩，称为后处理收缩。
（2）影响塑料成型收缩的因素
①塑料特性 塑料收缩率随品种不同而不同。结晶型塑料的收缩率普遍较非结晶型塑料的收缩率高，但当结晶型塑料中加入成核剂后收缩率变小。相对分子质量小、相对分子质量分布窄的塑料收缩率小。塑料中树脂的含量越多，则收缩率越大；加入填充剂特别是经玻璃纤维强的塑料，收缩率降低，但玻璃纤维增强塑料收缩的方向性突出。
②塑件结构 塑件的结构越复杂、嵌件越多且分布越对称、塑件壁厚越大，塑件的成型收缩越高；但应注意：POM、ABS、PC等塑料的收缩率受塑件壁厚的影响较小，而HPVC的收缩率随壁厚增加而减少；塑件上与料流方向一致的尺寸部位收缩率高。
③模具结构 模具结构会直接影响熔体在型腔内的流动、熔体密度分布以及保压补缩等工艺状态，从而对塑料收缩率产生影响。特别是浇口，浇口截面尺寸越大、截面越厚，越有利于增大型腔压力、延长保压时间提高保压效果，从而降低收缩率。
④成型工艺 成型压力提高，制品密实，收缩率减小；保压压力越高、保压时间越长，收缩率越小，但收缩的方向性越突出。熔体温度升高，一方面会增大塑料的热收缩；另一方面，料温升高会使熔体黏度降低、型腔压力增大，保压时间延长而补缩效果加强，从而收缩率降低。通常，剪切速率受温度影响较大的塑料（如ABS、LCP、PE、PP、PEK、PEEK、LCP、PS、PSU等），料温升高，其成型收缩率增大；剪切速率受温度影响较大的塑料（如PA、PBT、PES、PET、PMMA、POM、PPO、PPS、PVC、SAN等）料温升高，其成型收缩率降低。模温越高，冷却越慢，成型收缩率越大；结晶型塑料的结晶度随模温升高而增大，其收缩率增大更明显。
模具设计时，应充分考虑上述因素对塑料收缩率的影响，合理选择其大小及分布。
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1.2.3 结晶性
（1）结晶与结晶度
树脂在冷凝定型过程有规则的晶态排列，称为结晶；结晶型聚合物中晶区所占的体积或质量百分数，称为结晶度。
结晶型塑料的品种不同，结晶能力有强有弱、结晶温度有高有低、结晶温度区间又宽又窄、结晶度有高有低；其次，其实际结晶度的高低还受成型工艺条件，特别是温度，冷却速度和冷却时间的制约。
典型的结晶性塑料如PE、PP、PET、POM、PA等，一般呈不透明或半透明状态；典型的非结晶性塑料如PS、PC、PSU、PMMA、PVC等，其透明度通常较高。但也有特殊情况，如聚4-甲基戊烯为结晶型塑料，却有高透明性。有些塑料如ABS是由非结晶性和结晶性塑料混合而成，其总体上体现为非结晶性塑料，但却不透明。
（2）结晶及结晶度高低对塑件性能、质量的影响
结晶型塑料抵抗外界作用的能力优于非结晶性塑料，结晶塑料的结晶度越高，抵抗外界作用的能力越强。其体现在：塑料的密度、强度、刚度、硬度、熔点、耐热性、耐化学腐蚀性、抗光透性等增强；弹性、韧性、断裂伸长性、透明性降低。另外，结晶型塑料的结晶越高，成型收缩越大。
结晶和结晶度不均，将导致材料呈现各向异性、成型收缩大且收缩不均、内应力高，制品易出现缩孔、气穴、翘曲变形及应力开裂等缺陷。
第 2 章 塑料注塑制品的选材与造型
2.1 选择PC树脂
2.1.1 树脂选择的一般原则
（1）详细了解塑料制品的使用特征
分析塑料制品的结构复杂程度、结构尺寸的大小及用户对制品尺寸稳定性的要求、壁厚大小、工作环境与载荷性质，从确保制品寿命及有效工
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作的角度，提出对制品所用树脂在力学、电气、化学、热力学、光学、着色等方面的性能要求，尤其是耐特殊工作环境的性能要求。
（2）归纳、比较并选择合适的树脂品种
根据树脂的性能，首先从满足制品使用要求的角度，列出可供选择的树脂品种清单；其次从材料成型及功能改性的角度，从所列树脂清单中挑选出成型加工工艺性好、功能改性强、成型质量高的树脂品种；最后从资源优势、废料再生及成本价格上考虑，选用其中价格低廉、能就近取材、利于环保的树脂。
2.1.2 树脂选用的参考
塑料材料选用时的一些参考如下表： 结构类型 工作条件 材料选用及说明 HDPE、HPVC、ABS、PP、HIPS、SAN、PMMA等，其中壳体类制品最常采用ABS、HIPS、改性PP 除要求较高的机械强度POM、PA、PC、MPPO外，无其他特殊要求时 等通用工程塑料 力学性能要求不高，耐 一般结 蠕变性、耐疲劳性、耐磨损性要求一般，无耐热性等特殊要求 构零件 2.1.3 选择PC树脂
本次设计的水杯选择了中高档的彩色透明水杯款式。参考了相关资料最后选择了PC树脂。
PC是塑料水杯的常用材料，密度为1.2g/cm3，本色微黄，而加点淡蓝色后，得到无色透明塑件，可见光的透光率接近90%。它韧而刚，抗冲击性在热塑性塑料中名列前茅。成型零件可达到很好的尺寸精度并在很宽的温度变化范围内保持其尺寸的稳定性。成型收缩率恒定为0.5%～0.8%。抗蠕变、耐磨、耐热、耐寒。脆化温度在-100℃以下，长期工作温度达120℃.
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聚碳酸酯吸水率较低，能在较宽的温度范围内保持较好的电性能。耐室温下的水、稀酸、氧化剂、还原剂、盐、油、脂肪烃，但不耐碱、胺、酮、脂、芳香烃，并有良好的耐气候性。其最大的缺点是塑件易开裂，耐疲劳强度较差。用玻璃纤维增强聚碳酸酯，克服了上述缺点，使聚碳酸酯具有更好的力学性能，更好的尺寸稳定性，更小的成型收缩率，并提高了耐热性和耐药性，降低了成本。
PC的成型特点：它吸水性虽然小，但高温时对水分比较敏感，所以加工前必须干燥处理，否则会出现银丝、气泡及强度下降现象；聚碳酸酯熔融温度高，熔融粘度大，流动性差，所以，成型时要求有较高的温度和压力，且其熔融粘度对温度比较敏感，所以一般用提高温度的办法来增加熔融塑料的流动性。
PC的市场价格属于中价位塑料（如下表），本设计的水杯是中高档类型。为了能更好的满足制品使用要求，放弃了使用低价位的塑料。
塑料原料价格的大致排序
塑料价位分区 低价位塑料 塑料价格顺序 PP - 12 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 塑件也给予了其它方面的补偿。故而，对于实际的生产只要按照经验数据就可以满足生产要求了。下表给出常见塑料的收缩率，以备查询： 常见塑料的收缩率 材料聚乙聚丙烯 PP 聚氯乙烯 PVC 聚苯乙烯 PS 聚碳酸酯 PC PA ABS 尼龙 ABS 聚甲醛 POM 名称 烯 缩写 PE 计算收缩率 1.5-3.6 1.0-2.5 0.6-1.5 0.6-0.8 0.5-0.8 0.8-2.5 0.3-0.8 1.2-3.0 2.2 塑件造型设计 （1）塑件的造型设计基本要求 ①首先应满足产品的使用要求，且不影响制品的外观美感。 ②应能充分发挥塑料的模塑工艺性，以利于模塑成型工艺的控制。 ③应有利于提高塑件的强度和刚度。 ④应防止不良造型使塑件在成型与使用过程中产生应力集中，同时也要考虑不良造型令模具在模塑过程中出现过大的应力集中。 ⑤应力求塑件结构简单，尽量避免侧孔、侧凹以简化模具的结构及便于成型操作。 （2）本设计的水杯如下图（单位mm）（详细看附件） - 13 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 2.3 塑件厚度 塑料制品应该有一定的厚度，这不仅是为了塑料制品本身在使用中有足够的强度和刚度，而且也是为了塑料在成型时有良好的流动状态。 塑件壁厚受使用要求、塑料材料性能、塑件几何尺寸以及成型工艺等众多因素的制约。根据成型工艺的要求，应尽量使制件各部分壁厚均匀，避免有的部位太厚或者太薄，否则成型后会因收缩不均匀而使制品变形或产生缩坑，凹陷烧伤或者填充不足等缺陷。热塑性塑料的壁厚应该控制在 - 14 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 1mm—4mm之间。太厚，以产生气泡和缺陷，同时也不易冷却。 该产品图反映出，此塑料件壁厚为2.0mm，壁厚均匀，在1mm—4mm的推荐值之间。易于成型。 2.4 塑件尺寸精度和表面粗糙度 表 精度等级选用推荐值： 公差等级 类别 塑料品种 标注公差尺寸 高精度 PS ABS 聚甲苯丙烯酸甲脂 PC 1 PSU 聚砜 PF 氨基塑料 30％玻璃纤维增强塑料 未标注公差尺寸 一般精度 MT2 MT3 MT5 塑件的尺寸精度是指成型后所获得的塑件产品尺寸和图纸中尺寸的符合程度。一般而言，塑件尺寸精度是取决于塑料因材质和工艺条件引起的塑料收缩率范围大小，模具制造精度、型腔型芯的磨损程度以及工艺控制因素。而模具的某些结构特点又在相当大程度上影响塑件的尺寸精度。故而，塑件的精度应尽量选择的低些。对于本产品，图纸未注明尺寸精度，查上表，我们取MT5级精度。 本制品的表面要求较高，可取Ra0.4～0.025μm。 - 15 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 2.5 脱模斜度 由于制品在冷却后产生收缩，会紧紧包住型芯或型腔突出的部分，为了使制件能够顺利从模具中取出或者脱模，必须对塑件的设计提出脱模斜度的要求，要求在塑件设计时或者在模具设计时给予充分的考虑，设计出脱模斜度。目前并没有精确的计算公式，只能靠前人总结的经验数据。塑件的脱模斜度与塑料的品种，制品形状以及模具结构均有关，一般情况下取0.5度，最小为15分到20分。下表为常用的脱模斜度如下表： 制品斜度 聚酰胺通用 聚酰胺增强 聚乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 脱模斜型腔 型25-40 20-40 20-45 30-1 30-1 30-50 35-1 20-40 20-50 20-45 20-40 35-130 35-1 40-120 聚苯乙烯 聚碳酸酯 ABS塑料 度 芯 由于塑料制品的产品图可知，塑件的外壁一定的斜度,根据参考的资料杯底部分再取40分的斜度。此塑料制品的材料为PC，这样此产品就能够脱模。 第 3 章 PC塑料的注塑成型工艺 3.1 原料塑化注塑温度 3.1.1 原料塑化注射温度 聚碳酸酯料的塑化注射温度的选择与树脂的相对分子质量及其分布 - 16 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 和制品的结构形状的复杂程度有关，一般控制在250～310℃范围内。对于熔体粘度值较高、制品结构形状复杂或壁厚尺寸较小的制品件，应采用较高的塑化注射温度（280～310℃）；而对于制品结构简单、壁厚尺寸较大的制件，应采用较低塑化注射温度（250～280℃）。 采用螺杆式注塑机时，塑化注射温度应低于采用柱塞式注塑机时的塑化注射温度。 螺杆式注塑机注射成型聚碳酸酯原料，机筒温度各段的控制方式比较特殊，加料段的温度比较高，一般要在230℃以上，这样可减少原料在螺杆上被推动的阻力。塑化机筒各段温度控制为加料段250～270℃，塑化段270～310℃，均化段270～310℃。喷嘴部位温度应控制在270～310℃之间。 3.1.2 塑料熔体注射压力 聚碳酸酯塑化后熔料粘度较高，其注射压力值在80～150MPa之间。采用螺杆式注塑机注塑熔料成型时，注射压力控制在80～120MPa之间；如果用螺杆式注塑机成型结构较复杂或壁厚尺寸较小制品时，注塑压力也应取高值，控制在120～150MPa范围内。 为减少制品产生内应力，应采用熔料温度较高、注射压力较低、注射速度中等以上的工艺方案。 3.1.3 成型模具温度 由于聚碳酸酯原料塑化注射温度比较高，为了尽量避免注塑制品产生较大的内应力，其熔料的成型模具温度不能太低(熔料温度与模具温度差过大是注射成型制品产生较大内应力的主要原因之一)，一般控制在80～140℃范围内。制品结构形状比较简单时，模具温度可取低些，一般在80～100℃；制品的结构形状复杂或厚度尺寸较小时，应采用较高的温度，一般多控制在80～140℃。 3.2 制品成型脱模后的处理 聚碳酸酯注射成型的制品一般都会产生一定的内应力。这个内应力值的大小主要取决于注射成型制品生产过程中对工艺参数的控制。脱模后对 - 17 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 制品进行热处理目的，就是为了减少或消除制品的内应力。经过热处理的注塑制品，各部位大小不同的内应力达到或趋于平衡。验证制品内应力大小的方法是：把制品浸泡在四氯化碳或乙醇中，观察制品的开裂变化部位及开裂时间，从而找出应力分布及判断应力大小。 聚碳酸酯制品消除内应力热处理方法是：把制品放在110～130℃烘箱中，恒温加热一段时间(1～4h)即可。 3.3 聚碳酸酯的注射成型工艺参数 塑料注射成型工艺参数的优化设置，是一个渐进调试的综合性工程，其涉及到塑料、模具成型设备甚至环境因素的方面。下表是PC在直通式喷嘴、螺杆式注塑机上注射成型工艺参数的典型值，仅供参考。 塑料 料筒温度/℃ 后段 中段 前段 喷嘴温度/℃ 模具温度/℃ 注射压力保压压力充模保压模内冷却时间/s 20～50 /MPa /MPa 时间/s 90～180 40～50 20～90 PC 240～260～240～230～80～270 290 280 250 110 第 4 章 模具的选择 4.1 型腔数目的确定 型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量要求、批量大小、交货期长短、注射机能力、模具成本等要求来综合考虑。 通过综合考虑各种因素本设计决定采用了一模一腔。 - 18 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 4.2 浇注系统的设计 4.2.1 主流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或是型腔。由于主流道要与高温塑料熔体及注塑机喷嘴反复接触，所以在注塑模中主流道部分常设计成可以拆卸更换的主流道衬套。在卧式或立式注塑机上使用的注塑模中，主流道垂直于模具分型面。 为了使塑料熔体按顺序的向前流动，开模时塑料凝料能从主流道中顺利的拔出，需将主流道设计成圆锥形，具有2°～4°的锥角，内壁有Ra0.8μm以下的表面粗糙度。 4.2.2 浇口的设计 浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键组成部分。浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。浇口的作用主要有以下几点： 1. 熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注塑机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流。 2. 熔体在流经狭窄的浇口时产生的摩擦热，使熔体升温，有助于充模。 3. 易于切除浇口尾料，二次加工方便。 4.对于多型腔模具，用以平衡进料；对于多浇口单型腔模具，用于控制熔接痕的位置。 浇口的截面积通常为分流道的截面面积的0.03%～0.09%。浇口截面积通常有矩形和圆形两种。浇口长度约为0.5～2mm左右。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。 在注塑模具中常用的浇口形式有如下几种：直接浇口、点浇口、潜伏式浇口、侧浇口、重叠式浇口、扇形浇口、平缝式浇口、盘形浇口、圆环形浇口、轮辐式浇口与爪形浇口、护耳浇口。 - 19 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 由于设计零件是表面要求较高的塑件，又因为该模具因其结构复杂为三板模机构，故选择点浇口为佳。 4.3 侧向分型与抽芯机构 由于本设计的水杯带有凹穴，模具上成型该处的零件就必须制成可侧向移动的零件，以便在脱模之前先抽掉侧向成型零件，否则就无法脱模。本设计采用斜导柱侧向分型与抽芯机构解决此问题。 斜导柱侧向分型与抽芯机构是利用斜导柱等零件把开模力传递给侧型芯或侧向成型块，使之产生侧向运动完成抽芯与分型动作。这类侧向分型抽芯机构的特点是结构紧凑，动作安全可靠，加工制作方便，是设计和制造注射模抽芯是最常用的机构。它主要有与开模方向成一定角度的斜导柱、侧型腔或型芯滑块、导滑槽、楔紧块等组成。 4.4 顶出机构 该塑料产品可用推杆推出产品,当动模板和定模板分开时，在斜导柱的作用下，定模板左右分开一定距离，然后在推杆的作用下，把塑件一下推出，达到顶出物件的目的。 4.4.1 推出脱模机构 ⑴推出脱模机构的选用原则 设计推出脱模机构，必须根据制品的形状，复杂程度和注塑机推出机构形式选取。采用何种不同类型的推出脱模机构，其选用原则如下： ①使制品脱模后不致变形，推力分布均匀，推力面尽可能大，并靠近型芯。 ②制品在推出时不能造成碎裂，推力应设在制品能承受较大力的地方，如肋部、凸缘、壳体壁等处。 ③尽量不损伤制品的外观。 ④推出机构应动作可靠，运动灵活，制造方便，配换容易。 - 20 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 ⑵推杆的形式 推杆是注塑模中使用最多的一种推出零件。推杆的形式很多，最常用的是圆形截面推杆。 ⑶推杆的导向 对于含有数量较多并且顶出较细小的顶管顶出机构，以及大面积的推板顶出机构来讲，防止顶出机构的歪斜和扭曲是非常重要的，不然会造成细小顶管的变形甚至折断，推板与型芯间的磨损擦伤，为了避免以上现象的发生，要求在脱模机构导向的同时还起到支撑中间垫板的作用，防止中间垫板的弯曲。由于本模具中的顶出杆比较多，必须设计导向系统，即有导柱和导套。 ⑷推杆的复位 使用推杆作为推出零件的脱模机构，在完成一次脱模动作，开始下一次注射工作循环时，与制品接触的推杆必须回复到初始位置。因此，必须设有复位装置。 4.5 模架的选择 本设计采用的是斜导柱进行侧抽芯，这就需要较大点的板面面积，支撑活动型芯， 有利于抽芯的顺利完成。 再考虑到其他导柱、 导套及连接螺钉布置应占的位置、冷却水道的设置、定模采用的定距拉板，确定选用模架尺寸为2730，模架结构三板模的形式。综合型芯高度，型腔厚度和分型面的选择，可以确定模架板面为 27×30，A120B30C80 ，如下图： - 21 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 第 5 章 注射成型设备的选择 5.1 注射机的基本技术参数及选用校核 （1）理论注射量 指注射机螺杆在一次最大的注射行程中所注射出的塑料熔体的量（容积或以PS为参考的质量）。理论注射容积的计算公式为 - 22 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 QL=πD2S 4QL——理论注射容积，cm3； D——料筒截面直径，cm； S——螺杆最大注射行程，cm； 式中 考虑到注射过程中熔体的回流、注射压力的有效传递等因素，注塑机实际的最大注射量仅为理论注射量的90%左右。随着模具企业注射机数量及规格的增多，实际生产中在选择使用注射机时，模具一个成型周期所需的塑料用量（含模具浇注系统凝料）一般应在注射机理论注射量的50%～80%范围内为好。 根据模具的设计和制品的体积通过计算得到模具一个成型周期所需的塑料用量为100 cm3左右。 （2）注射压力 指注射时螺杆端面对塑料熔体所施加的压力。注射压力的大小熔体在充填过程中应能克服流经喷嘴、浇注系统及模腔各处的阻力，以实现顺利充满模腔各部位。注射压力的计算公式为 P注=（ P0——注射油缸压力，MPa； D0——注射油缸内径，cm； D——螺杆直径，cm。 式中 D0D）2 P0 注射压力的选择，应从塑料熔体的黏度及塑化质量的高低、制品的形状大小及复杂程度、制品的壁厚、模具的温度、制品的精度要求等因素上加以考虑，但最终取值还应根据制品的质量来定。 （3）注射速度、注射速率与注射时间 注射速度是指注射时螺杆移动的速度；注射速率是指单位时间内熔体从喷嘴射出的理论容量或质量；注射时间是指螺杆完成一次注射所需的时间。 低速充模时流速平稳，制品尺寸比较稳定，波动较小，制品应力低，制品内外各向应力趋于一致。但注射速度过慢，塑料熔体充模过程受低模 - 23 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 温的影响延长，易使制件出现分层和熔接质量下降，甚至出现冷合熔接痕，不但影响外观，而且使机械强度大大降低；另外制品也易出现密度不均、内应力大的现象。 高速充模能改进制件的光泽度和平滑度，消除了熔接线及分层现象，成型收缩小，颜色均匀一致，对制件较大部分能保证丰满。注射速度过快，熔体离开喷嘴或浇口后会出现不规则流动（即喷射），气体不易顺利排出，出现团气现象，同时随着气团受压缩而温度升高，导致气团周围的熔体产生降解，影响熔接质量；注射速率过快也会使熔体流经喷嘴或浇口时产生过大的剪切摩擦温升而导致熔体温度升高而降解或变色。另外，对于高粘度塑料有可能导致熔体破裂，使制件表面产生云雾斑。 在实际生产中，往往采取分段注射以确保熔体充模平稳，即在不同阶段采用不同的注射压力与注射速率。为满足这一点单靠多次试模，并对试模制品的质量分析，很难得出准确结果。为此，可利用Moldflow 软件的Fill仿真分析，通过充填时间等值线间隔来判断熔体充模过程的平稳性，下表是根据熔体注射量大小初选的注射时间与注射速率，可供参考。 针对不同注射量的常用注射时间与注射速率 熔体注射量/cm3 注射时间/s 注射速率/ （cm3/s） （4）塑化能力 是指注射机的塑化装置在单位时间内所能塑化物料的能力，其标定一般以标准PS为对象进行测定。注射机的塑化装置应能保证制品成型周期所规定的时间内提供足够量的合格塑料熔体。虽然该参数是衡量注射机性能优劣的一个重量参数，但在实际生产中，塑化能力一般不成问题。 （5）合模力 合模力大小是一台注射机能力大小的标志，其作为一个重要基本性能 1 1.25 1.5 1.75 333 2.25 890 3 1330 3.75 1600 5 2000 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 125 200 333 - 24 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 参数而出现在注射机型号规格的标识中，如HTF320W2是指合模力为3200KN的注射机。制品成型是所需要的实际合模力应小于注射机所能提供的合模力。通常应满足如下关系： F≥KP腔A×10 式中 -3 F——合模力，KN； K——安全系数，一般取K=1.1～1.2； P腔——模腔压力，MPa； A——制品在分型面上的投影面积，mm。 2 模腔压力是指注射成型过程中模具型腔内塑料熔体所承受的平均压力。熔体黏度低、壁厚均匀、易于成型的日用品模腔压力可取15～25MPa；薄壁容器类一般民用制品模腔压力可取30MPa左右，一般工业制品模腔压力可取40MPa左右，熔体黏度特高或者制品精度要求极高的模腔压力应在40MPa以上。另外，当模腔流动比小于50时，模腔压力可取20～25MPa；当模腔流动比大于50时，模腔压力可取25～40MPa。 通过计算得到F≥230KN。 （6）移模行程 移模行程是指注射机动模板能够移动的最大距离。实际生产中，肘杆式锁模装置注射机的最大移模行程是固定的，与模具厚度无关，仅受肘杆冲程的影响；而全液压式锁模装置注射机的移模行程随所装模具的厚度变化而变化。 移模行程应能保证顺利取出塑件及浇注系统凝料。为此，在选用注射机时应满足如下要求。 ①对单分型面注塑模，所选用注射机的移模行程应满足 S≥H1+H2+（5～10） 式中 S——注射机的移模行程，mm； H1——塑件的脱模距离，mm； H2——包含流道凝料在内的塑件高度，mm。 ②对双分型面注塑模，所选用注射机的移模行程应满足 S≥H1+H2+H3（5～10） - 25 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 式中 H3——保证取出流道凝料的距离（即定模座板与定模型腔板的距离），mm。 当需利用开模动作完成侧向抽芯或分型时，所选用注射机的移模行程还应考虑完成侧向抽拔距所需的开模行程HC。当中的 HC≥H1+H2时，上式 H1+H2由HC取代；否则，移模行程仍按上式校核。 （7）模具厚度 所安装模具的闭合厚度跟注射机的关系应满足 Hmin≤Hm≤Hmax 式中 Hmin——注射机允许的最小模具厚度，mm； Hm——所安装模具的闭合厚度，mm； Hmax ——注射机允许的最大模具厚度，mm。 生产中当模具厚度小于注射机允许最小模具厚度时，可通过加垫块或电板的方法来调节。但当模具厚度大于注射机允许最大模厚时，注射机将无法正常工作。 由上一章知道模具的厚度为305mm。 5.2 注射机的选择 注塑机的选用包括两方面的内容：一是确定注塑机的型号，是塑件、塑料、注塑模及注射工艺等所需要求的注塑机的规格参数在所选注塑机的规格参数范围之内；二是调整注塑机的技术参数至所需要的参数。 根据塑料的品种、塑件的结构、成型方法、生产批量、现有设备及注射工艺等进行选择。 根据上节所阐述的内容，本制品采用卧式注塑机低压注射。选用海天注射机HTF90W2螺杆式注塑机，其主要参数如下表： 型号 螺杆直径/mm 螺杆长径比（L/D） 理论注射容量/cm3 HTF90W2 40 18 188 - 26 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 理论注射质量（PS）/g 注射速率/（g/s） 塑化能力/（g/s） 注射压力/Mpa 螺杆转速/（r/min） 合模力/KN 移动模板行程/mm 拉杆内距/mm 最大模厚/mm 最小模厚/mm 顶出行程/mm 顶出力/KN 顶出杆根数与直径/mm 喷嘴球半径/mm 喷嘴孔半径/mm 定位孔直径/mm 油泵马达/KW 加热功率/KW 机器质量/t 外形尺寸（L×W×H）/m×m×m 171 136 15.4 160 0～295 900 320 360×360 380 150 100 33 1-∮80、4-∮28 SR10 ∮3 ∮125 15 6.2 3.46 4.2×1.25×1.85 第 6 章 注塑制品的质量检验 影响注塑制品质量的因素主要有注射机及其辅助设备工作的可靠性、模具选材及功能结构设计的合理性、制品原料（含塑料的原料与嵌件等）的性能及处理、注射成型工艺条件的合理性与稳定性、操作人员的技能与责任心、生产环境条件的变化等。下表是注塑制品成型缺陷分析。 - 27 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 注塑制品成型缺陷分析 序号 1 制品形状欠缺 成型缺陷 产生原因 1、料筒及喷嘴温度偏低 2、模具温度太低 3、加料量不足 4、注射压力低 5、进料速度慢 6、锁模力不够 8、注射时间太短，柱塞或螺杆回退时间太早 9、杂物堵塞喷嘴 薄、太长 2 制品滋边 1、注射压力太大 2、锁模力过小或单向受力 3、模具碰损或磨损 4、模具间落入杂物 5、料温太高 6、模具变形或分型面不平 3 熔合纹明显 1、料温过低 2、模温低 3、擦脱模剂太多 4、注射压力低 提高料温 提高模温 少擦脱模剂 提高注射压力 降低注射压力 调节锁模力 修理模具 擦净模具 降低料温 调整模具或磨平 解决措施 提高料筒机喷嘴的温度 提高模具温度 增加料量 提高注射压力 调节进料速度 增加锁模力 增加注射时间 清理喷嘴 7、模腔无适当排气孔 修改模具，增加排气孔 10、流道浇口太小，太正确设计浇注系统 - 28 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 5、注射速度低 6、加料不足 7、模具排气不良 4 黑点及条纹 1、料温高，并分解 2、料筒或喷嘴接合不严 3、模具排气不良 4、染色不均匀 5、物料中混有深色物 5 裂纹 1、模具太冷 2、冷却时间太长 3、塑料和金属嵌件收缩率不一样 4、顶出装置倾斜或不分布不当 5、制件斜度不够脱模难 6 脱模难 1、模具顶出装置结构不良 2、模腔脱模斜度不够 3、模腔温度不合适 4、模腔有接缝或存料 5、成型周期太短或太长 6、模芯无进气孔 加快注射速度 加足料 通模具排气孔 降低料温 修理接合处，除去死角 改变模具排气 重新染色 将物料中深色物取缔 调整模具温度 降低冷却时间 对金属嵌件预热 调整顶出装置或合理置 正确设计脱模斜度 平衡，顶出截面积小或安排顶杆数量及其位改进顶出装置 正确设计模具 适当控制模温 清理模具 适当控制注射周期 修改模具 - 29 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 第 7 章 总结 通过此次毕业设计我比较系统地掌握了塑料性能、模具设计、注射成型等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。并且进一步了解了塑料制品成型的工艺，对于塑料的注射成型工艺设计步骤有了一个全新的认识，丰富了塑料和注塑机方面的知识。在指导老师的讲解下，明确了塑料工艺设计的一般流程。并在图书馆借阅了许多相关手册和书籍，设并与同学进行充分讨论，尽最大努力搞好了本次毕业设计。 在本次设计中,我认为最大的收获就是接触了很多新知识。由于本设计需要大量的理论知识,所以在设计中查阅了大量的书籍,在此特别感谢陈绍军老师,在他的指导下，我对设计做出来最后的修改。虽然通过设计,掌握了一定的理论知识,但实际的操作是否这样却不可知.鉴于次,我感到自己的知识是很少的,学习应该是无止境的。同时希望本设计对即将到来的就业有一定的帮助。 由于学生水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。 参考文献 [1] 许洪斌，樊泽兴. 塑料注射成型工艺及模具.北京：化学工业出版社， 2008.1 [2] 周殿明，张丽珍.塑料注塑操作工应知应会.北京：化学工业出版社， 2006.9 [3] 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.北京：机械工业出版社2007.8 [4] 桑永.塑料材料与配方.北京：化学工业出版社2007.1 [5] 陈滨楠.塑料成型设备.北京：化学工业出版社2006.6 [6] [美]M.J.戈登(小),苑会林译.塑料制品工业设计.北京：化学工业出版社， 2005.6 [7] 王晖，李大成.模具拆装及测绘实训教程.重庆大学出版社2006.10 - 30 - 河源职业技术学院2006级毕业设计 [8] 刘力.机械制图.高等教育出版社，2005.12 [9] 李忠文.注塑机操作与调校技术.北京.化学工业出版社2007.1 [10] 彭建声.简明模具工实用技术手册.机械工业出版社.1993.3 [11] 唐志玉.模具设计师指南.国防工业.1999.3 [12] 唐志玉.塑料制品设计指南.北京.国防工业出版社2000.3 - 31 - 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容