模具设计
说明书
专业：XXXXXXXXXX 学号：XXXXXXXXXXX 姓名：XXXX
指导老师：XXXXXXXXX
1.设计任务书
塑料制品名称：眼霜瓶内盖
成型方法与设备：在XS-ZY-125卧式注塑机上注射成型; 塑料原料：LDPE；
收缩率：1.5%-5.0%
生产批量：大批量；
所设计的塑料制品二维图样如图1所示：
图1 塑件图样
2.塑件成型工艺分析
2.1 塑料成型特性
低密度聚乙烯（LDPE）通常是以乙烯为单体，在98. 0～294MPa的高压下，用氧或有机过氧化物为引发剂，经聚合所得的聚合物，密度为0. 910～0. 9259／cm3. 中密度聚乙烯（MDPE）密度为 0．926～0．9409／cm3 ；甚低密度聚乙烯（VLDPE）密度在 0．910g/cm3 以下。
低密度聚乙烯分子链上有长短支链。结晶度较低，分子量一般5～50万，它是一种乳白色呈半透明的蜡状固体树脂，无毒。软化点较低，超过软化点即熔融，其热熔接性、成型加工性能很好，柔软性良好，抗冲击韧性、耐低温性很好，可在-60℃～-80℃下工作，电绝缘性优秀（尤其是高频绝缘性），LDPE的机械强度较差，耐热性不高，抗环境应力开裂性、粘附性、粘合性、印刷性差，需经表面处理，如化学侵蚀、电晕等处理后方可改进其粘合性、印刷性。吸水性很低，几乎不吸水，化学稳定性优秀，如对酸、碱、盐、有机溶剂都较稳定。对CO2、有机性臭气渗透性大，但对水蒸汽、空气的渗透性差。易燃烧，燃烧时有似石蜡昧；在日光和热作用下容易老化降解而变色，由白转黄转褐色，最终呈黑色，且性能下降或龟裂，若加入一定量的抗氧剂、紫外线吸收剂等可改善性能、在化学交联剂或高能辐照下交联，可提高软化点、耐温性、刚度、耐溶剂性等。
低密度聚乙烯（LDPE）适合热塑性成型加工的各种成型工艺．成型加工性好，如注塑、挤塑、吹塑、旋转成型、涂覆、发泡工艺、热成型、热风焊、热焊接等。LDPE主要用途是作薄膜产品，如农业用薄膜、地面覆盖薄膜、农膜、蔬菜大棚膜等；包装用膜如糖果、蔬菜、冷冻食品等包装；液体包装用吹塑薄膜（牛奶、酱油、果汁。豆腐、豆奶）；重包装袋，收缩包装薄膜，弹性薄膜，内衬薄膜；建筑用薄膜，一般工业包装薄膜和食品袋等。LDPE还用于注塑制品，如小型容器、盖子、日用制品、塑料花、注塑一拉伸一吹塑容器。医疗器具，药品和食品包装材料、挤塑的管材、板材，电线电缆包覆，异型材、热成型等制品；吹塑中空成型制品，如食品容器有奶制品和果酱类，药物、化妆品、化工产品容器、槽罐等。
2.2 塑件的结构工艺性
(1)塑件的尺寸精度分析该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按MT6查取公差，其主要尺寸公差要求如表1所示。
制品
塑件标注尺寸
塑件尺寸公差（按MT6级精度）
外形尺寸Φ35 Φ350
80
.0
-
Φ40 Φ400
32
.0
-
1.5 1.50
4.0
-
2 20
58
.0
-
内形尺寸Φ32 Φ320
62
.0
-
2 20
58
.0
-
(2)塑件表面质量分析该塑件表面没有提出特出要求，通常，一般情况下外表面要求光洁，表面粗糙度可以取到Ra=0.8μm，内部尺寸没有要求。
(3)塑件结构工艺性分析从图纸上看，该塑件的外形比较简单。制品的捏片在一根类似顶杆的芯杆下部成型，利用二次顶出将塑件从模具中脱落。
综合看来，该塑件建构简单，采用推板的二次顶出结构要求和精度要求。在注射成型生产时，只要工艺参数控制得当，把定位做好，该塑件是比较容易成型的。
2.3 塑件的生产批量
根据任务要求，该塑件的生产类型是大批量生产。
2.4 注塑机与生产工艺选择
这类产品采用XS-ZY-125卧式注塑机生产，LDPE是能用此类注
塑机成型，据查有关资料列出该机主要技术参数，如表2所示。
表2 XS-ZY-125 卧式注塑机的主要技术参数 主要技术参数项目 参数数值 主要技术参数项目 参数数值 额定注射量/g 125 最小模具厚度/mm 200 锁模力/kN 900 模板最大行程/mm 300 注射压力/MPa 119 喷嘴前端球面半径/mm 12 最大注射面积/cm 2
320
喷嘴孔直径/mm Φ4 动、定模板最大安装尺寸 420mm ×450mm 定位圈直径/mm
Φ100 最大模具厚度/mm
300
（1）计算塑件体积和质量 塑件的体积计算：塑件1和塑件2的体积分别为
1V ≈-3-3184.4630310+11.7724110=0.565????cm 3，
塑件的质量计算：查有关手册，取LDPE 的密度为ρ=1.05g/cm 3，所以，塑件的质量为：
1W =ρ1V =1.05×0.565=0.593g
（2）浇注系统及型腔分布 考虑到XS-ZY-125卧式注塑机的额定注射量是125 g ，本设计中的塑件结构简单，单个塑件的体积为 2.1cm 3 ，相对较小，所以为了提高生产效率，决定采用一模四腔模具结构，浇注系统的排列应保证填充平衡，防止充填不平衡引起欠注、质量分布不均等缺陷。
（3）确定注射成型的工艺参数 根据选用塑料的特性和本设计中塑件的自身成型特点，查有关资料，确定注射成型工艺参数如表3所示。
表3 塑件的注射成型工艺参数
塑料名称
LEDP
注射机类型螺杆式预热和干燥
温度（C o）80-85
时间（h）2-4
料筒温度（C o）后段180-200 中段210-230 前段200-210
喷嘴温度（C o）180-190 模具温度（C o）50-70 注射压力（MPa）70-90
成型时间（s）注射时间0-3 保压时间15-30 冷却时间15-30 成型周期40-70
螺杆转速（r/min）30-60
后处理
方法空气中冷却温度（C o）——
时间（h）——
说明料斗干燥
3.分型面的选择及浇注系统的设计
3.1分型面的选择
该塑件外形表面质量要求不高，在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量，便于清除毛刺及飞边，有利于排除模具型腔内的气体，分模后塑件留在动模一侧，便于取出塑件等因素，分型面选择如图2所示。。
另外，为了提高自动化程度和生产效率，减少LDPE的取向变形以及保证塑件表面质量，决定采用点浇口，而模具采用单分型面。
图2分型面
3.2浇注系统的设计
（1）主流道设计根据相关材料，查询XS-ZY-125卧式注
塑机的有关尺寸为：
=3 mm；
喷嘴孔直径：d
=12mm；
喷嘴前端球面半径：R
根据模具主流道与喷嘴的关系得到：
+（1~2）mm =12 mm +（1~2）mm，主流道进口端球面半径：R= R
取R=13 mm；
+0.5=3+0.5=3.5 mm，取d=3.5 主流道进口端孔直径：d= d
主流道长度为50mm。
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其上下底面半径分别为 3.5mm和5mm。主流道衬套采用可拆卸更换的浇口套，浇口套的形状及及尺寸设计采用推荐尺寸的常用浇口套，
这样不仅减小了浇口套的总体尺寸，还避免了浇口套在使用中的磨损。
（2）流道的设计该塑件的体积比较小，形状比较简单，壁厚均匀，且塑料的流动性好，可以采用单点进料的方式。采用截面形状为半圆形的分流道。取分流道截面半径 3.5mm。分流道截面形状及尺寸如图3所示。
图3 分流道截面形状及尺寸
（3）点浇口设计由于该塑件的外观质量较高，浇口的位置和大小应以不影响塑件的外观质量为前提，同时，也应尽量使模具结构更简单。根据对塑件的结构分析，并结合已确定的分型面位置，选择如图1-2 所示的点浇口进料方式。根据塑件外观质量的要求以及型腔的安放方式，进料口应设计在塑件边缘位置。点浇口的直径尺寸可以根据不同塑料按塑件平均厚度查表确定，本次设计直径d=1.5mm，长度=2mm。
（4）浇注系统设计浇注系统利用点浇口，一方面可以进一步提高充模压力，另一方面使浇注系统凝料更容易和制品分离，留下的疤痕也比较小，制品的外形更加美观。
（5）冷料穴设计拉料杆形状如图4所示。
图4 拉料杆形状
4.模具设计的方案论证
4.1型腔的布局
因为塑件结构简单，不需要侧向分型，为提高生产效率可考虑采用一模四腔结构。
4.2成型零件的结构
（1）模具的型腔在定模板上，模具结构简单，制品的捏片在一根类似顶杆的芯杆下部成型，如果直接用芯杆顶出，多腔位的制品相互牵制，难以自行落下，所以采用推板的二次顶出，并用弹簧辅助推动芯杆，避免捏片被切断；
（2）模具无型芯固定，不需要定位装置。
4.3推出机构的确定
根据塑件的形状特点，确定模具型腔在动定模之间。成型后模具开启，动定模分离，利用二次顶出，制品掉落。
4.4合模导向机构的设计
该塑件精度要求不算高，塑件形状、型腔分部对称，无明显单边注射侧向力，可采用最为常见的导柱导向定位机构，在动、定模板，动、定模座板之间使用4根导柱，导柱的长度要确保推件板推出塑件后不脱落。
4.5排气系统的设计
由于成型的塑件体积小，靠模板间的缝隙就可以排气，不需要另外再设置排气系统。
5.主要零部件的设计计算
5.1成型零部件的成型尺寸计算
该塑件的材料是一种收缩范围较小的塑料，因此成型零件的尺寸均按平均值法计算。前面已经查得LDPE的收缩率为 1.5%～5.0%，故平均收缩率为
S=(1.5%+5.0%)/2=3.25%=0.0325 根据塑件尺寸公差的要求，模具的制造公差取δz=△/3。由于
塑料制品较小，且精度要求不高，故长度尺寸x取3/4，高度尺寸x取2/3。成型零件尺寸如表4所示：
表 4 成型零件尺寸
塑件尺寸计算公式型腔工作尺寸
凹模尺寸
40
φ=0
)
4
3
(
θ
φ
φ
-
?
-
+S41.30
5.0
-35
φ=θ
φ
φ+
?
-
+
)
4
3
(S27.0
5.
35+
5.1
)
3
2
(
θ-
?
-
+
=S
h
h
h0
38
.0
5.1
-
2
h0
)
3
2
(
θ-
+
?
-
=S
h
h0
5.0
1.2
-
凸模尺寸
32
φσ
φ
φ+
?
+
+
=
)
4
3
(S
62
.0
33
φ
2
hσ+
?
+
+
=
)
4
3
(S
h
h0
38
.0
1.2
-
5.2模具型腔壁厚的确定
采用经验数据法，直接查阅设计手册中的有关表格，得该型腔的推荐壁厚为20mm。
5.3模具型腔模板总体尺寸的确定
该模具最大型腔直径为Φ40mm，根据确定的型腔壁厚尺寸20 mm ，综合以上数据，确定型腔模板的总体尺寸为“160×160×20”。
6．模具的结构及各部件选材及规格
模具主要由连接螺栓、导套、导柱、拉料杆、动模座、定出底板、顶杆固定板、顶杆、复位杆、支撑块、动模螺栓、支撑板、动模板、定模板、定模座、定模螺栓、定位环、主流道衬套等零部件装配而成。模具中各部件名称、数量、材料及规格见表5。
表 5 模具各部件名称、数量、材料及规格
名称数量材料备注连接螺栓 4 35 GB/T70.1-000HRC30 导套 4 T10A 淬火HRC50
导柱 4 T10A 淬火HRC55
拉料杆 1 T10A 淬火HRC55
动模座 1 45 调质HB250
顶出底板 1 45 调质HB250
顶杆固定板 1 45 淬火HRC45 顶杆14 T10A GB4169.1-84
复位杆 4 T10A GB4169.1-84
支撑块 2 Q235A
动模螺栓 4 35 GB/T5782-2000HRC35 支撑板 1 45 淬火HRC45
动模板 1 45 调质HB250
定模板 1 45 调质HB250
型腔嵌件 4 45 调质HB250 芯杆 4 45 调质HB250
定位环 1 45
主流道衬套 1 T10A 淬火HRC35
7.塑料注射机有关尺寸的校核
7.1模具闭合高度的确定
组成模具闭合高度的模板及其他零件的尺寸如下：
定模座板为H1=36 mm；
推板为H2=16 mm；
动模板为H3=40 mm；
动模托板为H4=32mm；
支撑块为H5=63 mm；
动模垫板H6=20 mm；
喷嘴接口处的高度为A=15 mm；
则该模具闭合高度为：
H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+A=222mm
7.2模具闭合高度的校核
由于卧式注塑机所允许的模具最小厚度为H
m i n
=200 mm；模具最
大厚度为H
m a x
=300 mm。因计算得模具闭合高度为H=222 mm，所以
模具闭合高度满足H
m i n ≤H ≤H
m a x
的安装条件。
7.3模具安装部分的校核
该模具的外形最大部分尺寸为200mm×160mm，XS-ZY-125卧式注塑机模板最大安装尺寸为420mm×450mm，故能满足模具安装的要求。
7.4模具开模行程的校核
开模行程也称为合模行程，指模具开合过程中动模座板的移动距离，用符号S表示。SYS-30立式注塑机的最大开模行程为S
m a x
=80mm.为了使塑件成型后能够顺利脱模，并结合该模具的单分
型面特点，确定该模具的开模行程S 应满足下式要求：
S m a x ＞H 1+ H 2+a +（5-10）mm =10+3.5+51+(5-10)=(69.5-74.5) mm
其中 H 1——塑件所用的脱模距离； H 2——塑件高度；
a ——取出浇注系统凝料必须的长度。 故该机的开模行程满足要求。
7.5注射量的校核
在一个注射成型周期内，注射模内所需的塑料熔体总量与模具浇注系统的容积和型腔容积有关，其值用下式计算：
J S I M M N M +=
式中 N ——制品型腔的数量；
S M ——单个制品的质量或体积，g 或cm 3；
J M ——浇注系统和飞边所需的塑料质量或体积，g 或cm 3；
已知，N=4，s m =2.1g ，经估算j m ≈8g ，则i m ≈16.4g XS-ZY-125卧式注塑机的额定注射量为m I =125g,为了使注射成型过程稳定可靠，应有m i =（0.1-0.8）m I =12.5--100 g ，因此，该机的注射量满足模具的要求。
7.6锁模力的校核
锁模力校核公式为
F ≥KAp m
式中 F ——注射机的额定锁模力，kN ；
A ——制件和流道在分型面上的投影面积之和，cm 2；
p m ——型腔的平均压力，取30MPa ； K ——安全系数，通常取K=1.1-1.2。
经计算A约为11 cm2，将数据带入公式得
KAp
m
=1.15×11.02×30=380kN 因F=900kN>380kN，所以锁模力大小满足要求。
7.7注射压力的校核
注射压力的校核公式为
p
m a x ≥K’p
式中p
m a x
——注射机的额定注射压力，MPa；
p
——注射成型时所需用的注射压力，LEDP取80MPa；
K’——安全系数,取k=1.3。
将数据代人公式得：
Kp
0=1.3×80=104（MPa）≤p
m a x
=119MPa
固注射压力满足要求。
7.8结论
通过以上计算分析可知，选取XS-ZY-125卧式注塑机完全符合所设计模具的使用要求。
8.模具整体装配图
图5 装配图
参考文献
[1]冯炳尧韩泰荣蒋文森等.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，1998:67-124.
[2]黄锐，曾邦禄副主编.塑料成型工艺学（第二版）[M].北京. 中国轻工业出版社,2005:432-433.
[3]张克惠.塑料材料学[M].西安.西北工业大学出版社,2006:29-40.
[4]洪慎章.实用注塑成型及模具设计[M].北京.机械工业出版社,2006：252-337.
[5]黄虹.塑料成型加工与模具[M]. 北京：化学工业出版社,2003：81.