1、分類垃圾桶底座熱流道注射成型工藝及模具設計吳杰專業名稱：機械工程及自動化指導教師：王二講師摘要本畢業設計論文詳細記錄了分類垃圾桶底座熱流道模具的設計全過程。本文主要內容包括：垃圾桶的改進方案、制品的選材、制品的工藝分析、注射機的選擇及校核、熱流道澆注系統的設計、脫模機構的設計、成型零件和結構零件的設計以及相關尺寸的計算校核、排氣系統及溫控系統的設計、模具材料的選擇等注射模設計中的關鍵問題。其中熱流道澆注系統的設計是本次畢業設計的重點。此外，本文中還包括一篇文獻綜述。關鍵詞： 垃圾桶底座熱流道注射機注射模具AbstractThe thesis of the graduate design not

2、es the whole design processes of the pedestal in details.The thesis mainly includes: the improving method of the rubbish bin, the selecting material of the product, the technical analysis of the product, the option and check of the injector machine, the design ofof the ejection mechanism, the design

3、 of the moulding， parts and makeup parts,as well as some key problem in injection mould design. Such as: the calculations of the related sizes, exhausting system and temperature control system, the choices of the mould materials. And the emphasis of this design is the design of the pedestal mould目錄摘

4、要IAbstractII目錄III引言1第一章 塑件工藝分析及模具結構方案11.1塑件工藝分析11.2確定模具結構方案41.3選擇注塑成型設備并進行校核5第二章垃圾桶底座的Moldflow 模流分析82.1 MOLDFLOW軟件簡介82.2 垃圾桶底座塑件的有限元模型的建立92.3塑料制件的選材102.4 Moldflow的流動填充分析11第三章 澆注系統的設計和排溢系統的計143.1澆注系統的選定143.2流道的設計與定位圈的設計143.3排氣系統的設計錯誤！未定義書簽。第四章 成型零部件尺寸的設計及校核錯誤！未定義書簽。4.1塑件精度及影響因素錯誤！未定義書簽。4.2成型零部件尺寸的計算錯

5、誤！未定義書簽。第五章 模具結構設計錯誤！未定義書簽。5.1 標準模架的選擇錯誤！未定義書簽。5.2 支撐板的強度錯誤！未定義書簽。第六章 推出機構的設計及校核錯誤！未定義書簽。6.1模具對脫模機構的要求錯誤！未定義書簽。6.2脫模力的計算錯誤！未定義書簽。6.3脫模力的具體計算錯誤！未定義書簽。6.5 推板的設計15第七章 模具材料的選擇167.1材料的選擇選擇原則167.2成型零件的材料選擇167.3其它模具零件材料的選擇17結束語18參考文獻19引言近年來我國塑料模具業發展相當快，目前，塑料模具在整個模具行業中約占 30%左右。且隨著我國國民經濟的高速發展和人民生活水平的提高，對模具工業

6、提出了越來越高的要求。以前傳統的注塑模具及其生產出來的產品已不能滿足當前人民的需要了。于是一些新型的注塑模技術以其優良的產品質量、低的注射成本、高的生產效率等優點不斷應用于當今模具行業，興起了新一波的制造業高潮。熱流道技術正是其中的一種，且隨著科技的進步越來越廣泛地應用到現代模具行業中。熱流道成型是指從注射機噴嘴送往澆口的塑料始終保持熔融狀態，在每次開模時不需要固化作為廢料取出，滯留在澆注系統中的熔料可在再一次注射時被注入型腔。該系統一般由噴嘴、熱流道板、溫控器和加熱元件熱流道加熱元件等幾部分組成。第一章塑件工藝分析及模具結構方案1.1塑件工藝分析1.1.1塑件結構特點及工藝性重量 378 g

7、密度 0.91gcm3材料 PP（聚丙烯）體積415 3厚度 2mm2投影面積約為： 500cm該塑件為垃圾桶的底座。現在市場上用于家庭或辦公室的垃圾桶均為單桶式，它的不足是不能將垃圾分類，最終造成環境的污染，及可回收材料的浪費。因此，我們立足于這一不足點，將垃圾桶進行改進，使其成為綠色環保性的雙桶式垃圾桶。兩桶成對稱分布，高度為65mm，壁厚 2mm，2其加強筋部分均為 3 ，且高度均為 1 ，最大投影面積為 50000mm。制件的外表面的光潔度要求比較高，內表面的精度低些，塑件精度外表面選MT2級，內表面選 MT3級。該垃圾桶的底座只有兩個部位尺寸要求嚴格，即與桶身相配合的 10 個小凸臺

8、、裝腳踏板的 4 個小孔。并且在安裝的過程中，均是強制壓入。其它部位可由設計者，根據材料的節省、模具加工的難易、模具設計的方便性自行進行修改。 從制件的結構來看， 2 厚的制品必須在工藝上考慮其充模能力。此外該制件的造型有點，這是一大難點，這可能會給后面的零件及模具圖的表達帶來困難。1.1.2塑件材質及成型工藝性該塑件所采用材料為：聚丙烯（PP）。它來源廣泛，合成工藝較簡單、密度小、價格低、加工成型容易。拉伸強度、壓縮強度等都比低壓聚乙烯高，還有很突出的剛性和耐折疊性，以及優良的耐腐蝕性和電絕緣性。但沖擊性能不足， 低溫條件下易脆裂， 且成型收縮率較大， 熱變形溫度不高，但可以通過改性改善。它

9、主要的成形特性如下：1. 結晶性料，吸濕性小，可能發生熔融破裂，長期與熱金屬長期接觸易發生分解。2. 流動性極好，溢邊值 0.003mm左右。3. 冷卻速度快，澆注系統及冷卻系統應散熱緩慢。4. 成形收縮范圍大，收縮率大，易發生縮孔、凹痕、變形、方向性強。5. 注意控制成形溫度，料溫低方向性明顯，尤其低溫高壓時更明顯，模具溫度低于 50以下塑件不光澤， 易產生熔接不良，流痕； 90以上易發生翹曲、變形。6. 塑件應壁厚均勻，避免缺口、尖角，以避免應力集中。表 1.1 聚丙烯成型條件塑料名稱聚丙烯縮寫PP注射成形機類型螺桿式密度（ gcm3）0.90 0.91比容（ mlg）1.92收縮率（ %

10、）1.0 2.5噴嘴溫度（）170 190溫度（）70 85干燥時間（ h）2后段160 170料筒溫200 220中段度（）180 200前段注射壓力（ MPa）70120注射時間（ s）0 5保壓時間（ s）20 60冷卻時間（ s）1550總周期 （ s）40120螺桿轉速（ rmin ）48螺桿式適用注射機類型柱塞式均可模具溫度（）40 80后處理無1.2確定模具結構方案1.2.1參考方案方案一：普通的冷流道澆注系統，單分型面，直澆口設計。方案二：采用熱流道澆注系統。單分型面，點澆口設計。1.2.2方案的確定方案一：設計容易，成本低。但由于壁厚較薄，形狀復雜，可能有充不滿的情況發生。并

11、且由于冷料穴及凝料的存在，不僅降低了原材料的使用率，而且大大降低生產效率，操作繁雜，實現不了自動化生產，故淘汰此方案。方案二：采用熱流道澆注系統, 成本比傳統的冷流道澆注系統高。但由于熱流道系統消除了多余的廢料，也就消除了這些廢料給模具帶來的多余熱量，縮短制件成型周期， 制件成型固化后便可及時頂出，從而可使生產效率提高 10 左右。并且消除了后續工序，有利于生產自動化，制件經熱流道模具成型后即為成品，無需修剪澆口及回收加工冷澆道等工序，有利于生產自動化，從而提高勞動生產率。經過綜合考慮，采用方案二較好。1.2.3分型面的確定分開模具能取出塑件的面，稱作分型面。分型面的方向盡量采用與注塑機開模成

12、垂直方向，并滿足分型面取在最大輪廓處，并且不影響制件外表面的光潔度。分析制件的結構，最終將分型面選擇在沿加強筋布置的位置。1.2.4型腔數目的確定為了使模具注塑機相匹配以提高生產率和經濟性，并保證塑件精度，模具設計時因合理確定型腔數目。模具型腔數量的確定主要是根據制品的投影面積、幾何形狀、制品精度、批量以及經濟效益來確定的。該塑件結構較復雜，且流程比較長，兩邊成對稱分布。根據分析與經驗，選擇兩邊的中心位置進澆。所以我們選用一模一件。1.3選擇注塑成型設備并進行校核各種型號的注塑機安裝模具部分的形狀和尺寸各不相同。設計磨具時應校核的主要項目有：噴嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模厚、最小模厚、模板的平面

13、尺寸和模具安裝用螺釘孔位置尺寸等。1.3.1塑件制品體積的計算塑件的體積與注塑機的選擇密切相關，通常我們先通過塑件體積來計算來初選注塑機，然后通過鎖模力等對所選的注塑機進行校核。塑件體積為 415 3，3預選 1000cm 的注射機，其型號為XS-ZY-1000。1.3.2選擇注射機根據 V 注 及 T 計，并綜合考慮注射機的塑化能力，公稱注射量，公稱注射壓力，工程鎖模力，安裝模具的有效空間，頂出形式及頂出行程，移模行程等等，選用型號為XS-ZY-1000 的注塑機。國產注塑機 XS-ZY-1000 技術規格標稱注射量cm31000螺桿直徑mm85注射壓力MPa121注射行程mm260螺桿轉速

14、rmin21、27、 35、 40、45、 65、83注射時間s3注射方式螺桿式合模力104 N450最大成型面積cm1800模板最大行程mm700模具最大厚度mm700模具最小厚度mm300拉桿空間mm650×550合模方式兩次動作液壓式推出形式中心及兩側推出（ 350）電動機功率KW22螺桿驅動功率KW13加熱功率KW40噴嘴球半徑mm18噴嘴孔半徑mm7.5定位圈尺寸mm150機器外形尺寸m7.67×1.74 × 2.38設備產地上海塑機廠1.3.3注塑機校核1.3.3.1注射壓力的計算及較核注射壓力的較核是檢驗注射成型機的最大注射壓力能否滿足制品成型的要求

15、，因此注射機的最大注射壓力要大于制件所要求的注射壓力。由以上 PP的性能可知 PP的注射壓力為70 100MPa，而我們所選擇的注射機的注射壓力為121 MPa。因此我們可得所選的注射機滿足制件的要求。1.3.3.2鎖模力的計算及較核當高壓的塑料熔體充滿型腔時，在模具型腔內會產生一個沿注射機軸向的很大的推力，力圖使模具沿分型面漲開，其值等于塑件和流道系統在分型面上總面積乘以型腔內塑料壓力。這個力應小于注塑機的額定鎖模力F。否則在注射成型時會因鎖模不緊而產生溢邊跑料的現象。型腔內的塑料熔體的推力T 推 （N）可按下式計算T 推 A× P 平均 A×kp0式中 T 推 型腔內塑

16、料熔體沿注射機軸向的推力N ；2A塑件和澆注系統在分型面上的投影面積mm；P 平均 型腔（及流道）內塑料熔體的平均壓力，MPa；（中小型制件一般取 20 40 Mpa）P0 注射壓力， MPak壓力損耗系數，隨塑料的品種、注射機的形式、噴嘴的阻力、流道阻力等因素變化，取值范圍為0.2 0.4 。經計算塑件和流道系統的投影面積約為250000 mm因此，我們可得所選的注射機滿足制件成型的要求。1.3.3.3開模行程的校核開模行程與塑件推出距離的校核取出制件所需的開模距離，必須小于注塑機的最大開模距離。塑件的總厚度約為65mm左右，頂出距離最大為 20mm左右即可，加上模具的總厚度526 ，而注塑

17、機的最大開模行程為 700 mm，該模具又為熱流道（無凝料） 。所以，開模行程與塑件推出距離相匹配。第二章垃圾桶底座的 Moldflow 模流分析2.1 MOLDFLOW軟件簡介Moldflow 公司為一家專業從事塑料計算機輔助工程分析（CAE ）的跨國性軟件和咨詢公司。自從1978 年美國 Moldflow 公司發行了世界上第一套流動分析軟件，幾十年來以不斷的技術改革和創新一直主導著CAE軟件市場。 Moldflow 以市場占有率87及連續五年17的增長率成為全球主流分析軟件。 公司有遍布全球 60 個國家超過 8000 家用戶 ,在世界各地都有 Moldflow 的研發單位及分公司。Mol

18、dflow 擁有自己的材料測試檢驗工廠，為分析軟件提供多達8000余種材料選擇，極大提高分析準確度。從設計到加工Moldflow 提供全套解決方案，讓用戶輕松擁有高品質產品，是企業面向世界的必經之路。Moldflow 的產品用于優化制件和模具設計的整個過程, 提供了一個整體解決方案。Moldflow 軟硬件技術為制件設計、模具設計、注塑生產等整個過程提供了非常有價值的信息和建議。Moldflow 系列產品主要包括：MPA ：Moldflow Plastic Advisers(快速試模分析 )MPI ：Moldflow Plastic Insight(高級成型分析 )2.2 垃圾桶底座塑件的有限

19、元模型的建立Moldflow 作為成功的注塑產品成型仿真及分析軟件，采用的基本思想也是工程領域中最為常見的有限元方法。簡單說來，有限元方法就是利用假想的線或面將連續介質的內部和邊界分割成有限大小的，有限數目的，離散的單元來研究。這樣，就把原來一個連續的整體簡化成有限個單元的體系，從而得到真實結構的近視模型，最終的數值計算就是在這個離散化的模型上進行的。2.2.1有限元網格劃分將三維數據導入到Moldflow 中，由于本制件尺寸為424× 290× 65mm，網格的單位格不能太大或太小，因為網格太大則模擬不夠準確，網格太小則計算機模擬時間非常長甚至模擬不成功。這里劃分網格的G

20、lobal edgelenth 選 10mm，劃分后很好的保證了模擬的精度， 并且使電腦計算量不大。劃分網格后，經過網格狀態統計后，一般網格都會出現各種問題，尤其是大型制件。大型制件網格的好壞直接影響模擬的精度，不好的網格甚至模擬錯誤或模擬不成功。網格經修復后，網格示意圖如下：圖 2.1Moldflow 有限元網格模型其中網格的三角形（ Surface triangles）數量為26538，節點（ Nodes）數量為 13577，自由邊與非重疊邊全部為零，網格匹配率為92.6% ，三角形最大縱橫比為 5.93，最小縱橫比為1.15，滿足流動分析、翹曲分析及冷卻分析對網格的要求。2.3塑料制件的

21、選材材料選擇 Borealis公司的 PP，產品代號為 HJ320P，產品無其他添加劑。其固體密度 0.89912 gcm3,熔體密度 0.73379 gcm3,彈性模量 1340Mpa，泊松比 0.392，剪切模量 481.3Mpa。最大剪切應力： 0.26Mpa,最大剪切速率 24000S-1。本材料推薦的加工工藝為：模具表面溫度： 50,溫度范圍 20 -80。熔體溫度 : 230，溫度范圍 200 -280。聚丙烯不同溫度下黏度與剪切速率的關系圖圖 2.2 不同溫度下黏度與剪切速率的關系圖2.4 Moldflow的流動填充分析對于塑料注射成型來說，最重要的是控制塑料在模具中的流動方式。

22、制品的許多缺陷，如氣穴、熔接痕、短射乃至制品的變形、冷卻時間等，都與樹脂在模具中的流動方式有關。MPIFlow 通過對熔體在模具中的流動行為進行模擬，可以預測和顯示熔體流動前沿的推進方式、填充過程中的壓力和溫度變化、氣穴和熔接痕的位置等，幫助工藝人員在試模前對可能出現的缺陷進行預測，找出缺陷產生的原因并加以改進，提高一次試模的成功率。（ 1）填充和保壓轉換分析圖 2.3填充時間如圖所示：填充時間為2.029 秒，等高線的在各塊區域間距都相等，說明料流前鋒的前進速度有階段性的一致，填充基本平衡。 而且當填充平衡時，產品末端的填充時刻一致，都在2s 左右。具體填充過程如下：表 2.1 填充過程Fi

23、lling phase:Status: V = Velocity controlP = Pressure controlVP= Velocitypressure switch-over|Time| Volume| Pressure| Clamp force|Flow rate|Status |(s) |(%) |(MPa) | (tonne) |(cm3s) |0.10|2.48 |16.75 |0.05 |216.17 |V|0.19|7.56 |16.77 |0.14 |217.82 |V|0.29| 12.52 |16.95 |0.33 |217.53 |V|0.38| 17.67 |1

24、7.13 |0.55 |217.51 |V|0.48| 22.72 |17.41 |0.98 |217.23 |V|0.57| 27.60 |17.70 |1.54 |216.99 |V|0.67| 32.30 |18.07 |2.30 |217.06 |V|0.76| 37.20 |18.51 |3.25 |217.13 |V|0.86| 42.03 |18.99 |4.53 |217.06 |V|0.95| 46.92 |19.47 |6.08 |217.10 |V|1.05| 51.75 |19.87 |7.36 |217.44 |V|1.15| 56.87 |20.29 |8.95 |

25、217.49 |V|1.24| 61.71 |20.66 |10.38 |217.76 |V|1.33| 66.28 |20.97 |11.66 |217.85 |V|1.43| 70.90 |21.40 |13.73 |217.84 |V|1.53| 75.92 |21.77 |15.53 |217.99 |V|1.62| 80.46 |22.11 |17.21 |218.05 |V|1.71| 85.18 |22.57 |19.91 |217.97 |V|1.81| 89.72 |23.71 |27.13 |218.14 |V|1.90| 94.21 |25.07 |37.24 |218.

26、25 |V|2.00| 98.54 |28.40 |60.61 |218.32 |V|2.01| 98.99 |28.54 |61.85|217.78 | VP |2.02| 99.44 |22.84 |56.89 |111.25 |P|2.03| 99.82 |22.84 |51.98 |113.38 |P|2.03|100.00 |22.84 |51.91 |113.28|Filled |從這個填充過程來看， 在 t=2.01 秒之前，隨著時間的增加， 垃圾桶底座制件體積逐漸的增加，注塑壓力，鎖模力及熔體流動速率也逐漸增大，當t=2.01 秒時，制件體積達到 98.99%，這時注塑壓力，

27、鎖模力及熔體流動速率達到最大，隨著時間繼續增加，制件體積從98.99%逐漸增大到 100%,但注塑壓力，鎖模力及熔體流動速率已經在慢慢減小了。所以稱 VP狀態為填充率保壓切換點。第三章澆注系統的設計和排溢系統的計3.1澆注系統的選定澆注系統是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，它具有傳質傳壓和傳熱的功能，對制品質量影響很大。它的設計合理與否，直接影響著模具的整體結構及其工藝操作的難易。傳統的冷流道模具， 熔融的塑料原料在被注入型腔前就已在流道中降溫，致使其粘度增高，流動性降低，導致注塑壓力較大，增大了產品的內應力，從而出現產品變形、表面性能和力學性能降低等方面的問題。而熱流道模具具有

28、改善產品質量、節省塑料原材料能、節約能源、提高生產效率等優點。并且隨著科技的不斷進步，熱流道模具將越來越廣泛地應用在塑料模具行業當中。因此我們采用熱流道模具。3.2流道的設計與定位圈的設計3.2.1主流道設計主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴注射出的熔體導入分流道或型腔中。此模具為一模一件，且主流道直接開在塑件幾何中心，但由于它兩邊對稱，我們另開分流道。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和流道的清理。主流道設計要點如下：1）主流道通常設計成圓錐形，其錐角24 度，對流動性較差的塑料可取 36 度，以便于凝料從主流道中拔出。內壁表面粗糙度應在 Ra0.8m以下，拋光時沿軸

29、向進行。在這里我們采用2度。為防止主流道與噴嘴處溢料，主流道對接處緊密對接，主流道對接處應制成半球形凹坑，其半徑R2=R1 +（ 1 2） mm，其小端直徑 d1=d2+（ 0.5 1） mm。凹坑深取 h=3 5mm。根據我們所選注射機的型號我們取R 2=20 ，d1 =9.29 ， 推桿數目,7個；E 鋼材的彈性模量 ,2.1 ×107 MPa。221640.720.945967d32.110770.36cm取為 d=8m，尺寸可修配，根據需要獲得最終適合尺寸。（ 2） 強度校核推桿直徑確定后還應該進行強度校核，公式為：（N 2）459671695 N / cm2遠遠小于推桿鋼材

30、的屈服強度 3200070.82（N 2）滿足強度要求。6.5 推板的設計式中 H 推板厚度L推桿間距離， 30 ；Q 總的脫模力， 8537N；E 鋼的彈性模量， 2.1 × 107；B推板的寬度， 630 ；Y推板允許最大變形量，0.003 ；將以上各參數代入上式1H 0.5438537310 7630.0032.10.21cm為了配合標準模架制造，我們取H=40。第七章模具材料的選擇7.1材料的選擇選擇原則1 ）具有必要的強度和硬度；2 ）要有良好的切削加工性；3 ）要有良好的拋光性；4 ）要有良好的照相腐蝕加工性；5 ）要有良好的電加工性；6 ）要有良好的耐腐蝕性；7 ）要有

31、良好的淬透性；8 ）要有良好的可焊性；7.2成型零件的材料選擇成型零件的材料選擇的要求如下：1 機械加工性能良好，要選用易于切削，且在加工后能得到較高精度零件的鋼種；2 拋光性能優良，注射成型零件工作表面，多需要拋光達到鏡面，Ra 0.05um，要求鋼材硬度 3540HRC為宜，過硬表面會使拋光困難。鋼材的顯微組織應均勻致密，較少雜質，無瑕疵和針點。3 耐磨性和抗疲勞性能好，所選用鋼種應使注射模具能減少拋光修模的次數，能長期保持型腔的尺寸精度，達到 批量生產的使用壽命期限。4 具有耐腐蝕性能。總之，要求在達到使用要求的前提下應盡量選用價格低廉，易于成型加工和比較常見的鋼種。碳素工具鋼 T8A，

32、成本低廉、強度高耐磨性好，熱處理變形小，為塑件內表面的模具型芯。 塑件的外表面的要求比較高，此模具采用了拋光性能良好的 P20 鋼。7.3其它模具零件材料的選擇1 、導柱、導套材料的選擇使用要求：對導柱要求表面硬度較高，內部具有足夠的韌性，不易折斷、折彎；表面的耐磨性要好。在材料上 , 導柱應具有硬而耐磨的表面 , 堅韌而不易折斷的芯部 , 因此多采用低碳鋼滲碳 (0.5 0.8mm 深 ), 經淬火處理 (HRC56 60) 或碳素工具鋼 (T8A、T10A)經淬火或表面淬火處理 (HRC50 55) 。在這里采用 T8A。導套材料選用 T8A，淬硬到 HRC56 60。其硬度較導柱低 5 度，以免。同硬度材料之間碰撞磨損。2 主流道襯套材料的選擇使用功能要求：有良好的耐磨性，有時還需要有耐腐蝕性。45 鋼表面淬火硬度可達55HRC，用于本模具的主流道襯套用鋼。3 推桿、復位桿材料的選用使用要求：有一定的強度，不能產生壓桿失穩，也要有一定的磨性。頭部要與塑料接觸，硬度也要達到要求；此外，推桿經常會更換，還要具有好的經濟性，并且容易得到。T10 淬火低溫回火硬度大于等于55HRC，用于本模具的推桿和復