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編號
無錫太湖學院
畢業(yè)設計（論文）
題目： 塑料水杯的模具設計與加工
信機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
學 號： 0923241
學生姓名： 王 兵
指導教師： 王士同（職稱：教授）
（職稱： ）
2013年5月25日
無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文）
誠 信 承 諾 書
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 塑料杯子的模具設計與加工 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。
班 級： 機械95
學 號： 0923241
作者姓名：
2013 年 5 月 25 日
無錫太湖學院
信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè)
畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書
一、題目及專題：
1、題目 機械設備模具的計算機設計與加工
2、專題 塑料杯子的模具設計與加工
二、課題來源及選題依據(jù)
本課題自選題目
近幾年，我國塑料模具工業(yè)有了很大的發(fā)展，塑料制品在我們的日常生活中扮演著越來越重要的角色，其種類也越來越多，制造加工也越來越精致美觀。在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其他模具，在模具行業(yè)中的比例也逐步提高。并且隨著注塑模具技術的發(fā)展，在工程機械和工業(yè)機械、電子、汽車、加點、玩具等產(chǎn)品中，60%以上的零部件，可以依靠模具成型。水杯是我們生活中一件必不可少的生活用品，塑料杯雖然看似簡單，但是其注塑模具的設計制作所涉及的知識面與知識點較多，能比較全面的反應一些注塑模具的設計特點。本體應用性強，知識面覆蓋較廣，并且來自生活，所以容易激發(fā)我學習研究興趣，所以選擇了這個課題。
三、本設計（論文或其他）應達到的要求：
① 完成杯子的開模，并繪制開模圖；
② 繪制出裝配零件圖；
③ 完成設計說明書一份，有分析比較和必要的計算；
四、接受任務學生：
機械95 班 姓名 王 兵
五、開始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設計（論文）指導（或顧問）：
指導教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學科組組長研究所所長〕 簽名
系主任 簽名
2012 年 11月12日
I
摘 要
本文介紹了塑料水杯蓋的成型工藝，及模具成型結構對塑件質量的影響，澆注系統(tǒng)的設計、頂出系統(tǒng)、模具成型部分和總裝結構的設計，通過對模具結構方案、模具工作過程以及加工注意事項的詳細分析與論述。近年來CAD/CAM技術已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術，模具CAD/CAM技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，塑料制件及模具的3D設計與成型過程的3D分析正在塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。我感覺UG開模相對于CAD開模有相對簡單，2D圖采用CAD制圖，開模采用UG制圖。
在設計中對模具的整體結構及模具非標準的零件經(jīng)過分析，對其各種參數(shù)進行了校核，且繪制了圖紙。設計過程中，重點突出了造型設計，成型零件設計，模架設計三個重要工作，在設計中用到了分流道側澆口澆注系統(tǒng)。在其中造型分模中遇到一定的困難，但是通過努力最終得以解決。這次設計是對塑件及模具CAD/CAM、UG的一次大膽嘗試，相信對實際生產(chǎn)會有一定的指導意義。
另外，本次杯子我選擇了增大杯子的內(nèi)徑，上下上下兩個杯蓋，下杯蓋與杯底留有一定的空間，可成放茶葉、咖啡、方便人們生活，大的杯徑可讓杯子多盛放東西，需要時還可以用做飯盒，兩個不同的杯蓋還可以交換使用。本次設計以有內(nèi)螺紋的杯蓋為主，杯體為輔。
關鍵詞：塑料水杯；塑料杯蓋；注塑模設計；CAD/CAM
Abstract
This paper introduces the forming process of plastic cups, influence and mold structure on the quality of plastic parts, the design of gating system, the ejector design system, molding part and final assembly structure, the die structure scheme,Detailed analysis and discusses the working process of the mould and processing notices, try hard to let readers know the design process of injection mold.In recent years, CAD/CAM technology has developed into a relatively mature technologies, the technology of mould CAD/CAM hardware and software, the price has been reduced to small and medium-sized enterprises generally acceptable degree, 3D analysis of 3D design and molding process of plastic parts and mold is playing a more and more important role in the plastic mold industry.But I feel UG mold mold is relatively simple compared to CAD, 2D map using CAD drawing, mold using UG mapping.
In the design of the overall structure of die and die on the non-standard parts according to the analysis, the various parameters of the check, and the mapping of the drawings.In the design process, focused on the design, the design of molding parts, mold design are three important work, the shunt side gate system used in the design of. There are some difficulties in the other part, but through hard work finally settled.The design of plastic parts and mold CAD/CAM, UG is a bold attempt, I believe there will be some guiding significance for practical production.
In addition, the cup I chose the diameter of the cup, up and down two cup cover, a cup cover and a cup bottom have a certain space, can be put in the tea, coffee, convenient for people living, large cup size can let the cup to hold things, when required, can be used as a lunch box, two different cup cover can also be used. This design mainly with the internal thread of the cup cover.
Key words：Plastic cup; Plastic cup cover; Injection mold design; CAD/CAM
III
目 錄
摘 要 III
ABSTRACT IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1選題依據(jù)及意義 1
1.2 本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 1
1.2.1 中國模具工業(yè)概況 1
1.2.2 存在問題和主要差距 3
2 塑件的分析 4
2.1 塑件技術要求分析 4
2.1.1 塑件的幾何形狀 4
2.1.2 塑件的工藝結構 5
2.2.1 注塑成型工藝參數(shù) 5
2.2.2 注塑成型特點 8
2.3 HDPE注射成型條件 8
3 模具型腔的設計 9
3.1 型腔數(shù)目的確定 9
3.2 注射機的選擇 9
3.2.1 額定注射量 9
3.2.2 鎖定鎖模力 10
3.2.3 額定注射壓力 10
3.2.4 G54-S200/400型注射機與模具關系 10
3.2.5 合模導向機構設計 11
3.3 分型面的選擇 11
3.4 脫模斜度 12
3.5 成型零件的設計 12
3.6 型腔及型芯尺寸計算 12
3.6.1 型腔的尺寸計算 13
3.6.2 型芯尺寸的計算 15
3.7 排氣槽的設計 16
3.8 型腔的強度校核 16
3.8.1 材料選擇 16
3.8.2 強度校核 16
4 澆注系統(tǒng)的設計 18
4.1 澆注系統(tǒng)的分析 18
4.2 主澆道的設計 18
4.3 分流道的設計 18
4.4 澆口的設計 19
5 脫模機構的設計 21
5.1脫內(nèi)螺紋機構的設計 21
5.2 頂桿位置 21
5.3 頂桿的強度計算 22
6 模具結構的零件設計 23
6.1 零件尺寸設計要求 23
6.2 導柱、導套 23
6.3 定位圈與澆口套 23
6.4 推桿 24
6.5 限位釘 24
6.6 復位桿 24
6.7 螺釘及銷 24
7 模溫調節(jié)系統(tǒng)設計 25
7.1 型腔上的冷卻系統(tǒng)裝置 25
7.2 根據(jù)已布好的水道計算水量 25
8 總結與展望 28
8.1總結 28
8.2不足之處及未來展望 28
致謝 29
參考文獻 30
V
塑料杯子的模具設計與加工
1 緒論
1.1選題依據(jù)及意義
在畢業(yè)實習期間，通過觀察、詢問及老師的指導對注塑模有了近一步的了解。鑒于此，以塑料水杯為塑件，進行注塑模設計。
一個國家模具生產(chǎn)能力的強弱，水平的高低，直接影響著許多工業(yè)部門的新產(chǎn)品的開發(fā)和舊產(chǎn)品的更新?lián)Q代，影響著產(chǎn)品質量和經(jīng)濟效益的提高。采用模具生產(chǎn)制件具有生產(chǎn)效益高、質量好、切削少、節(jié)約能源和原材料、成本低等一系列優(yōu)點。模具成型已成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段，成為多種成型工藝中最有潛力的發(fā)展方向。而注塑模又是模具生產(chǎn)中采用最普遍的方法。世界塑料成型模具中，約60%為注塑模。在國民經(jīng)濟中，模具工業(yè)已成為五大支柱產(chǎn)業(yè)—機械、電子、汽車、石油化工和建筑的基礎。隨著社會的發(fā)展，它將發(fā)揮更加重要的作用。
1.2 本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
模具生產(chǎn)技術水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，因為模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質量、效益和開發(fā)能力，隨著我國加入WTO，我國模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機遇和挑戰(zhàn)。
我國的模具工業(yè)的發(fā)展，日益受到人們的重視和關注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎工藝裝備”也已經(jīng)取得了共識。在電子、汽車、電機、電器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%~80%的零部件都要依靠模具成型（形）。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。 模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。目前，全世界模具年產(chǎn)值約為600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機床工業(yè)。我國對模具工業(yè)的重視程度也提上日程。1998年3月，國務院頒發(fā)的《關于當前工業(yè)技術改造政策重要的決定》中，模具被列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位，生產(chǎn)和基本建設序列的第二位。隨后的1999年和2002年，在國家計委和科技部發(fā)布的《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術目錄》、《當前國家優(yōu)先鼓勵發(fā)展的高技術產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化重點指南（目錄）》及《當前國家鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》中，模具都被列入其中。這些都說明了模具在國民經(jīng)濟中地位。
1.2.1 中國模具工業(yè)概況
中國雖然在很早以前就制造和使用模具，但一直未形成產(chǎn)業(yè)。由于長期以來模具制造一直作為保證企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的手段被視為生產(chǎn)后方，因此一直發(fā)展緩慢。1984年成立了這個模具工業(yè)協(xié)會，1987年模具首次被列入機電產(chǎn)品目錄，當時全國共有生產(chǎn)模具的廠點6000家，總產(chǎn)值約為30億元。隨著中國改革開放的日益深入，市場經(jīng)濟進程的加快，模具及其標準件、配套件作為產(chǎn)品，制造生產(chǎn)的企業(yè)大量出現(xiàn)，模具工業(yè)得到快速發(fā)展。在市場競爭中，企業(yè)的模具生產(chǎn)技術提高很快，規(guī)模不斷發(fā)展，提高很快。
1988年至1992年，國家委托中國模協(xié)和機械院在全國范圍內(nèi)組織了上百個模具企業(yè)和有關科研單位、大專院校，共同對模具關鍵技術進行攻關，取得了豐碩成果。這些成果主要有：沖壓模具的設計制造技術，料模具的設計制造技術，鑄壓模具的設計制造技術，鑄造模具的設計制造技術，模具表面處理技術模具材料，模具加工關鍵設備，模具壽命研究等方面，由于這些成果的取得及推廣應用，使中國模具技術前進了一大步。
“七五|”后期和“八五”期間，國家為模具工業(yè)加大了投入，分批分期改造了一批具有特色專長的專業(yè)模具廠和模具標準件廠，引進了一大批模具加工關鍵設備及精密塑料模、級進模、精沖模等設計制造技術。這對提高中國模具技術及生產(chǎn)水平越到了推動作用。同時，許多大專院校開始設計模具專業(yè)，由前聯(lián)邦德國和日本援建及中國自己投資興辦的模具技術培訓中心，也陸續(xù)建立模具技術發(fā)展及技術工人的培養(yǎng)開始步入軌道。
20世紀90年代以來，中國在汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采用CAD/CAM技術，國家科委863計劃將東風汽車公司作為CIMS應用示范點，由華中理工大學作為技術依托單位，開發(fā)了汽車車身與覆蓋件模具CAD/CAM軟件系統(tǒng)，在模具和設計制造中得到了實際應用，取得了效益?，F(xiàn)在，吉林大學和湖南大學也成功地開發(fā)出了汽車覆蓋件模具的CAD/CAM系統(tǒng)，并達到了較高水平，在生產(chǎn)中得到應用，收到良好效果。
1994年，國家在上海交通大學建立了模具CAD國家開發(fā)研究中心，在鄭州工學院建立了橡塑模具國家工程研究中心，使中國模具CAD/CAE/CAM研究開發(fā)和應用工作得到了進一步發(fā)展，新的成果不斷出現(xiàn)。
由于CAD/CAE/CAM的應用，特別是20世紀80年代開始中國許多模具制造廠從國外引進了許多軟件，包括沖壓模、級進模、塑料模、壓鑄模、橡膠模、玻璃模、擠壓模等相應軟件，使中國模具設計制造水平有很大提高，也產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟技術和社會效益。但由于人才缺乏和基礎工作較差，引進的軟件未能很好應用及發(fā)揮其應有的效益現(xiàn)象普遍存在，這是今后應十分重視和有待解決的問題。
中國模具產(chǎn)業(yè)除要繼續(xù)發(fā)展生產(chǎn)能力外，更重要的是今后要重在行業(yè)內(nèi)部結構的調整及技術的發(fā)展方向上下更大的功夫。結構調整方向，主要是指企業(yè)結構的調整應向專業(yè)化方向發(fā)展，產(chǎn)品結構中高檔模具發(fā)展，進出口結構向增加出口減少進口的方向發(fā)展。技術發(fā)展主要是精密塑料模、成型工業(yè)與模具結構的改進，中高檔汽車覆蓋件模具成型分析及結構改進；多功能附和模具、符合加工、激光技術、高速切削、超精度加工及拋光技術、快速成型及快速經(jīng)濟模具在模具設計制造上的應用?？傮w來看，中國模具工業(yè)將向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展。
中國模具工業(yè)協(xié)會現(xiàn)在是亞洲協(xié)會聯(lián)合會（FADMA）和國際模辦（ISTA）成員單位。負責中國模具行業(yè)與國際同行的交流合作。該協(xié)會在中國沒成功地舉辦了許多次模具技術國際會議，也多次成功地組織了國內(nèi)模具界人士達到國外參加模具技術國際會議。近年來，中國模具工業(yè)協(xié)會基本上每年都組織國內(nèi)主要模具生產(chǎn)企業(yè)的廠長（經(jīng)理）、總工程師和技術人員參與國際模具經(jīng)貿(mào)等技術交流，參加國外的國際模具展覽會。這些國際交往都促進了中國模具技術水平的提高和模具工業(yè)的發(fā)展，收到了很好的效果。
由中國模具工業(yè)協(xié)會和上海貿(mào)易促會共同主辦的中國國際模具技術和設備展覽會（每逢雙年5月）至2004年已成功舉辦了十屆。由于他的展覽規(guī)模、展品水平、展覽效果一屆好于一屆，因此經(jīng)國際展覽聯(lián)盟（UFI）考察和研究決定，自1996年第六屆開始，該展覽會已正式成為UFI成員。自此以后，展覽會發(fā)展情況更好，現(xiàn)在已成為國際模具技術和經(jīng)貿(mào)交流的盛會，促進了中國模具工業(yè)的發(fā)展。
現(xiàn)在，中國已能生產(chǎn)精度達2μm的多工位級進模，壽命可達2億沖次以上。在大型塑料模具方面，中國已能生產(chǎn)34英寸大屏幕彩電和65英寸背投影式電視的塑殼模具，10kg大容量洗衣機全套塑料件模具及汽車保險杠，整體儀表板等塑料模具。在精密塑料模具方面，中國已能生產(chǎn)照相機塑料件模具多行腔小模數(shù)齒輪模具及精度達5μm的2560腔塑封模具等。在大型精密復雜鑄模方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)自動扶梯整體踏板壓鑄模和汽車后橋齒輪箱壓鑄模及汽車發(fā)動機殼體的鑄造模具。在汽車覆蓋件模具方面，國內(nèi)已能生產(chǎn)中高檔新型轎車的部分覆蓋件模具。子午線輪胎活絡模具，鋁合金和塑料門窗異材擠出成型模，精鑄或樹脂快速成型拉延模等，也已達到相當高水平，可與進口模具媲美。
近年來，模具行業(yè)結構調整和體制改革步伐加快了主要表現(xiàn)為：大型、精密、復雜、長壽命、中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品，塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量及其能力增加較快，“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來說，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方快于北方。目前，發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最為集中的省份上廣大和浙江，江蘇、上海、安徽、山東等地區(qū)進年來發(fā)展也很快。
1.2.2 存在問題和主要差距
目前，我國模具總量雖然已經(jīng)達到了相當?shù)囊?guī)模，模具水平也有了很大提高，但設計制造水平在總體上要比德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家落后許多，也要比加拿大、英國、西班牙、葡萄牙、韓國、新加坡等國家落后。存在的問題和差距主要表現(xiàn)為以下四方面：
⑴ 總量供不應求，國內(nèi)的模具自己率只有70%左右。其中，中低檔模具供過于求。中高檔模具自己率僅50%。
⑵ 企業(yè)組織結構、產(chǎn)品結構、技術結構和進出口結構不合理。國內(nèi)模具生產(chǎn)廠中自產(chǎn)自己率達60%，而國外70%以上為商品模具；屬大型、精密、復雜、長壽模具的比例不足30%，而國外大50%以上。進出口之比2004年為3.7∶1，實進口達13.2億美元，為凈進口量最大的國家。
⑶ 模具產(chǎn)品水平要比國際水平低很多，而許多模具的生產(chǎn)周期卻比國際水平長。
⑷ 開發(fā)能力較差，經(jīng)濟效益欠佳。國內(nèi)，每個職工平均每年制造1萬美元左右，而國外每個職工每創(chuàng)造15~20（甚至25~30）萬美元。與國際水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術落后。
2 塑件的分析
2.1 塑件技術要求分析
塑件的技術要求包括幾何形狀、壁厚的均勻程度、工藝圓角、脫模斜度等。而這些塑件上的要求是否能符合塑件工藝的要求就要重新分析。如果不符合塑件工藝要求的，就必須在不影響制品使用的前提下采取修改。
2.1.1 塑件的幾何形狀
圖2.1 塑件圖
圖2.2 塑件圖
參照塑件，為整個保溫杯的蓋子和杯身,從中可以看出杯蓋為圓筒形帶內(nèi)螺紋，螺紋用于配合擰緊；杯身為長圓筒形帶外螺紋。由于杯蓋內(nèi)螺紋需要用到齒輪脫內(nèi)螺紋結構，杯身我們將設計成帶側抽結構，兩樣零件結構上不合適放在一套模里做出產(chǎn)品來，所以在這里我們采用上下兩蓋脫內(nèi)螺紋為一套模具，杯身為另外一套。脫內(nèi)螺紋結構比較復雜，在這里我們以本套模具為主要論述點，詳細論述脫內(nèi)螺紋結構的模具設計。所有尺寸是按塑件公差等級5級控制的，即在模具制造中采用公差IT5級精度。還有其他一些尺寸均不影響配合尺寸，也按SJ—1732—T8中的7級精度控制。
2.1.2 塑件的工藝結構
從制品中測得壁厚約為5~10mm。從圖中可以看出塑件上最小的圓角為R5，而在HDPE中的塑件工藝圓角是：內(nèi)圓角為0.5T，外圓角為1.5T。因此只要制件上的圓角于此基準均可滿足要求，故選擇時可按其美觀去考慮選擇其相應的圓角尺寸。
該制品的塑件材料為HDPE，根據(jù)該材料的最小脫模斜度10以上。因為實際中還要考慮其外觀線條及形狀的美觀可根據(jù)實際確定其脫模斜度只要小于最小脫模斜度就能滿足塑件的制造工藝特性及技術要求。
2.2 塑料成型特性
塑件材料為高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，簡稱為“HDPE”），是一種結晶度高、非極性的熱塑性樹脂。原態(tài)HDPE的外表呈乳白色，在微薄截面呈一定程度的半透明狀。PE具有優(yōu)良的耐大多數(shù)生活和工業(yè)用化學品的特性。某些種類的化學品會產(chǎn)生化學腐蝕，例如腐蝕性氧化劑（濃硝酸），芳香烴（二甲苯）和鹵化烴 （四氯化碳）。該聚合物不吸濕并具有好的防水蒸汽性，可用于包裝用途。HDPE具有很好的電性能，特別是絕緣介電強度高，使其很適用于電線電纜。中到高分子量等級具有極好的抗沖擊性，在常溫甚至在-40F低溫度下均如此。
HDPE是一種結晶度高、非極性的熱塑性樹脂。高密度聚乙烯為無毒、無味、無臭的白色顆粒，熔點約為130℃，相對密度為0.941~0.960。它具有良好的耐熱性和耐寒性，化學穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性，機械強度好。介電性能，耐環(huán)境應力開裂性亦較好。熔化溫度220~260℃。對于分子較大的材料，建議熔化溫度范圍在200~250℃之間。高密度聚乙烯是種白色粉末顆粒狀產(chǎn)品，無毒、無味；結晶度為80%～90%，軟化點為125～135℃，使用溫度可達100℃；硬度、拉伸強度和蠕變性優(yōu)于低密度聚乙烯；耐磨性、電絕緣性、韌性及耐寒性均較好，但與低密度絕緣性比較略差些；化學穩(wěn)定性好，在室溫條件下，不溶于任何有機溶劑，耐酸、堿和各種鹽類的腐蝕；薄膜對水蒸氣和空氣的滲透性小、吸水性低；耐老化性能差，耐環(huán)境開裂性不如低密度聚乙烯，特別是熱氧化作用會使其性能下降，所以，樹脂需加入抗氧劑和紫外線吸收劑等來提高改善這方面的不足。高密度聚乙烯薄膜在受力情況下的熱變形溫度較低，這一點應用時要注意。
2.2.1 注塑成型工藝參數(shù)
1、溫度
在注塑成型時需控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度、模具溫度等。
（1） 料筒溫度 料筒溫度應控制在塑料的粘流溫度Tf (對結晶型塑料為熔點Tm和熱分解溫度Td) 之間。
料筒溫度直接影響到塑料熔體充模過程和塑件的質量。料筒溫度高，有利于注射壓力向模具型腔內(nèi)傳遞，另外，使熔體粘度降低，提高流動性，從而改善成型性能，提高生產(chǎn)率，降低制品表面粗糙度。但料筒溫度過高時間過長時，塑料的熱降解量增大，塑件的質量會受到很大影響。
（2） 噴嘴溫度 選擇噴嘴溫度時，考慮到塑料熔體與噴孔之間的摩擦熱能使熔體經(jīng)過噴嘴后出現(xiàn)很高的溫升，為防止熔體在直通式噴嘴可能發(fā)生的“流涎現(xiàn)象”，通常噴嘴溫度略低于料筒的最高溫度。但對于熱固性塑料一般都將噴嘴溫度的取值高于料筒溫度，這樣一方面使其自身具有良好的流動性，另一方面又能接近硬化溫度的臨界值，即保證了注射成型，又有利于硬化定型。
（3） 模具溫度 模具溫度主要影響塑料在型腔內(nèi)的流動和冷卻，它的高低決定于塑料的結晶性、塑件的尺寸與結構、性能要求以及其他工藝條件（熔料溫度、注射壓力及注射速度、成型周期等）。如對于熔體粘度高的非結晶型塑料應采用較高的模溫，塑件壁厚大時模溫一般要高，以減小內(nèi)應力和防止塑件出現(xiàn)凹陷等缺陷。對于熱固性塑料模具溫度一般較高，通?？刂圃?50~220 ℃度范圍，另外動模溫度有時還需要比定模高出10~15 ℃，這樣會更有利于塑件硬化定型。
模具溫度根據(jù)不同塑料的成型條件，通過模具的冷卻（或加熱）系統(tǒng)控制。
對于要求模具溫度較低的塑料，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、聚氯乙烯等應在模具上設冷卻裝置，對模具溫度要求較高的塑料，如聚碳酸脂、聚砜、聚甲醛、聚苯醚等應在模具上設加熱系統(tǒng)。
2、壓力
注塑成型過程中的壓力包括塑化壓力和注射壓力兩種。
（1） 塑化壓力 塑化壓力又稱背壓，是注塑機螺桿頂部熔體在螺桿轉動后退時受到的壓力。增加塑化壓力能提高熔體溫度，并使溫度分布均勻，但增加塑化壓力會降低塑化速率、延長成型周期，甚至可能導致塑料的降解。一般操作中，塑化壓力應在保證塑件質量的前提下越低越好，具體數(shù)值隨所選用的塑料品種而變化，通常很少超過6 MPa。如聚酰胺塑化壓力必須較低，否則塑化速率將很快降低。注射熱固性塑料時一般塑化壓力都比熱塑性塑料取的小，約為3.4~5.2 MPa并在螺桿啟動時可以接近于零。但要注意的是，背壓力如果過小，物料易充入空氣，使計量不準確，塑化不均勻。
（2） 注射壓力 注射壓力是指柱塞或螺桿頭部注射時對塑料熔體所施加的壓力。它的作用，一是克服塑料熔體從料筒流向型腔時的阻力，保證一定的充模速率，二是對塑料熔體進行壓實。注射壓力的大小，取決于塑料品種、注射機類型、模具澆注系統(tǒng)的結構、尺寸與表面粗糙度、模具溫度、塑件的壁厚及流程大小等多種因素。近年來，采用注塑流動模擬的計算機分析軟件，可對注射壓力進行優(yōu)化設計?？偟膩碚f，確定注射壓力的原則是：
① 對于熱塑性塑料，注射壓力一般在40~130 MPa之間。熔體粘度高，冷卻速度快的塑料以及成型薄壁和長流程的塑件，采用高壓注射有利于充滿型腔：成型玻璃纖維增強塑料時采用高壓注射有利于塑件表面光潔。其他均應選用低壓慢速注射為宜。但要提醒的是，注射壓力過高，塑件易產(chǎn)生飛邊使脫模困難，另外使塑件產(chǎn)生較大的內(nèi)應力，甚至成為廢品。注射壓力過低則易產(chǎn)生物料充不滿型腔甚至根本不能成型等現(xiàn)象。
② 對于熱固性塑料，由于熔料中填料較多，粘度較大，且在注射過程中對熔體有溫升要求，注射壓力一般要選擇大一些，常用范圍約為100~170 MPa。
③ 在其他條件相同的情況下，柱塞式注塑機作用的注塑壓力應比螺桿式的大，因為塑料在柱塞式注塑機料筒內(nèi)的壓力損失比螺桿式的大。
為了保證塑件的質量，對注射速度（熔融塑料在噴嘴處的噴出速度）常有一定的要求。一般高壓注射時注射速度高，低壓注射時速度低。塑件的壁厚對注射速度取值的影響很大，一般厚壁塑件采用較低的注射速度，反之則相反。
型腔充滿后，注射壓力的作用在于對模內(nèi)熔料的壓實。在生產(chǎn)中，壓實時的壓力等于或小于注射時所用的注射壓力。如果注射和壓實的壓力相等，往往可使塑件的收縮率減小，尺寸波動較小，但會造成脫模時的殘余應力較大，成型周期過長。對結晶型塑料如聚甲醛，壓實壓力大可以提高塑料的熔點，使脫模提前進行，因而成型周期不一定增長。如壓實壓力小于注射壓力，則塑件的性能及脫模與上述情況相反。
3、時間（成型周期）
完成一次注塑過程所需的時間稱為注塑成型周期。它包括以下幾部分：
（1）注射時間 注射時間包括充模時間、保壓時間和合模冷卻時間。其中保壓時間和冷卻時間合計為總的冷卻時間。充模時間直接反比于充模速率，生產(chǎn)中約為3~5s。保壓時間就是對塑料的壓實時間，在整個注射時間中所占比例較大，約為20~120 s。冷卻時間以保證塑件脫模時不引起變形為原則，一般約為30~120 s。生產(chǎn)中注射時間一般在0.5~2min，厚大件可達5~10 min。
（2）其他時間（輔助時間）包括開模、脫模、涂脫模劑、安放嵌件、合模等時間。
成型周期直接影響勞動生產(chǎn)率和設備的利用率，因此，在生產(chǎn)中，在保證塑件質量的前提下，應盡量縮短成型周期中各階段的時間。其中，注射時間和冷卻時間對塑件質量起著決定性的作用，要根據(jù)實際情況合理選擇。
（3）常用塑料的注塑成型工藝參數(shù)見表2-1。
表2-1 常用塑料的注塑工藝條件
塑 料 品 種
注射溫度/℃
注射壓力/MP
成形收縮率/%
聚乙烯
180~280
49~98.1
1.5~3.5
硬聚氯乙烯
150~200
78.5~196.1
0.1~0.5
聚丙烯
200~260
68.7~117.7
1.0~2.0
聚苯乙烯
160~215
49.0~98.1
0.4~0.7
聚甲醛
180~250
58.8~137.3
1.5~3.5
聚酰胺（尼龍66）
240~350
68.7~117.7
1.5~2.2
ABS
236~260
54.9~172.6
0.3~0.8
聚碳酸酯
250~300
78.5~137.3
0.5~0.8
2.2.2 注塑成型特點
注塑成型是塑料模塑成型的一種重要方法,生產(chǎn)中已廣泛應用。它具有以下幾方面的特點：
1、 成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑件。
2、對成型各種塑料的適應性強。目前，除氟塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可用此種方法成型，某些熱固性塑料也可采用注塑成型。
3、生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。
4、注塑成型所需設備昂貴，模具結構比較復雜，制造成本高，所以注塑成型特別適合大批量生產(chǎn)。
2.2.3 注塑成型設備
注塑機是利用塑料成型模具將熱塑性塑料或熱固性塑料原料制成塑料制件的注射成型設備，也是應用最廣的塑料成型設備。
2.2.4注塑機結構組成
注射成型機通常由注射裝置、合模裝置、液壓傳動系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)等組成。注射裝置使塑料均勻地塑化成熔融狀態(tài)，并以足夠的速度和壓力將一定量的熔料注射進模具型腔。合模裝置也稱鎖模裝置，保證注射模具可靠地閉合，實現(xiàn)模具開、合動作以及頂出制件。液壓和電器控制系統(tǒng)保證注射機按預定工藝過程的要求，如壓力、溫度、速度和時間，和動作程序準確有效工作。
2.3 HDPE注射成型條件
注射機類型 螺桿式
比重（克/厘米2） 1.03—1.07
計算收縮率（%） 0.3—0.8
預熱溫度（℃ ） 80—85°
時間 （小時） 2—3
料筒溫度： 后段：150—170°
中段：165—180°
前段：180—200°
噴嘴溫度： 170—180°
模具溫度： 50—80°
注射壓力（公斤/厘米2） 600—1000公斤/厘米2
成形時間（秒）： 注射時間：29—90秒 高壓時間：0—5秒
冷卻時間：20—120秒 總周期：50—220秒
螺桿轉速： 30r/min
適用注射類型： 螺桿式 柱塞式
后處理： 方法：紅外線燈、烘箱
溫度：70°
時間：2—4小時
3 模具型腔的設計
3.1 型腔數(shù)目的確定
本套模具做上下兩個外蓋，需要脫內(nèi)螺紋，綜合考慮生產(chǎn)效率和產(chǎn)品布局，采用兩模一腔。
圖3.1 杯蓋型腔
3.2 注射機的選擇
為了保證正常的生產(chǎn)和獲得良好的塑件，在模具設計中要選擇合適的注射機，為此必須了解注射機的性能與安裝模具關系。
3.2.1 額定注射量
由公式校核：0.8C≥G，其中C為注射機最大注射量，G為塑件和澆注系統(tǒng)的總重量，由UG測兩塑件體積基本一樣為：V塑=124.0cm3,M塑=117.8g；澆注系統(tǒng)體積V澆=2.3cm3，M澆=2.2g可以得到G=124×2+2.2=250.2g從而求得注射機的最大注射量為17.6g，而根據(jù)此值可以選擇注射量與此相近的，但必須大于此值的注射機，故選用G54-S200/400型注射機。
G54-S200/400型注射機規(guī)范及特性：
螺桿直徑： 55mm
最大理論注射容量： 200-400cm3
注射壓力： 109MPa
鎖模力： 2.5t
最大注射面積： 645cm3
最大模具厚度H： 406 mm
最小模具厚度H1： 206 mm
模板最大距離L0： 600 mm
噴嘴球面半徑R： 18 mm
噴嘴孔徑d： 4 mm
噴嘴移動距離： 210 mm
3.2.2 鎖定鎖模力
由鎖模力與成型面積的關系確定:
（3.1）
其中：——合模部分的鎖模力(N)
K—安全系數(shù) 約為1~1.2
F—塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積(mm2)
—型腔的平均壓力 35Mpa
塑件與澆注系統(tǒng)的投影面積有UG計算約為：S=2.92cm2安全系數(shù)取1.2。從上面可得：
所以注射機的合模壓力足夠。
3.2.3 額定注射壓力
如果只考慮注射機的最大注射量，最大成型面積和鎖模力來確定注射機是不夠的，有些塑件由于形狀及塑料的因素需要足夠的注射壓力，才能順利成型。為此，選用注射機注射壓力必須大于成型所需的注射壓力即：
式中P注—由選得的注射機型號相關資料為146Mpa，而由塑料的成型條件可知為146Mpa。
由塑件的成型條件可知注射成型壓力70～100Mpa．即146Mpa大于70～100Mpa，因此注射機能滿足成形條件要求。
3.2.4 G54-S200/400型注射機與模具關系
① G54-S200/400型注射機的閉合高度與模具關系。模具厚度與注射機閉合高度必須滿足，從注射機規(guī)范及特性中可知模具厚度700mm不在165～406mm之間。
② 注射機的開模行程與模具的關系．這是考慮到模具在脫模時所需要的行程是否在注射機的開模行程之間，確保塑件能順利取下，注射機的最大限度開模行程為260mm，當模具開模頂出塑件的余量5～10mm，即開模行程為S１＝Ｈ＋H１＋H２+（5-10）mm才能保證模具符合生產(chǎn)要求。
③ 注射機的拉桿間距與模具的關系。在考慮之前，應以最輕松的方法裝模，即保證模具的縱橫兩向尺寸，每個尺寸都在拉桿間距之內(nèi)，但在設計時其縱橫尺寸都大于拉桿間距．有兩種方法解決，一是臥放進再裝，二是拆掉水管后再放，但臥放的尺寸不能大于拉桿的間距。
④ 定位孔的直徑，在模具上的定位圈尺寸應與注射機上的定位孔相配合．由注射機的規(guī)范和特性得知定位孔徑為?所以在模具上應設置相應的定位圈與之配合。
⑤ 推出桿孔的位置：注射機中推桿為?22，孔距為230mm。為兩側頂出，由此在模具的動模板中應有相應的孔徑?23～?25的孔和孔距230mm相對應。
⑥ 噴嘴孔徑與球面半徑，為保證噴嘴與澆口套很好接觸不溢料，孔徑為4mm，澆口套的孔應大0.5～1㎜，球面半徑R12在澆口套中相應為R13～R14。
⑦ 安裝螺孔的位置及孔徑：模具直接采用螺釘固定，或螺釘和壓板一起固定，但模具中的安裝螺釘尺寸，應與注射機的螺孔相對應。
通過以上校合可知G54-S200/400不滿足要求，我們需要選更大一型號的注塑機XS-ZY-1000，最大裝模高度可達700mm,可知滿足要求。
3.2.5 合模導向機構設計
注射模的導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種類型。導柱導向機構用于動、定模之間的開合模導向和脫模機構的運動導向。錐面定位機構用于動、定模之間的精密對中定位。
導柱：國家標準規(guī)定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內(nèi)存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。
導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結構，帶頭導柱軸向固定容易。
設計導柱和導套需要注意的事項有：
1、合理布置導柱的位置，導柱中心至模具外緣至少應有一個導柱直徑的厚度，導柱不應設在矩形模具四角的危險斷面上。通常設在長邊離中心線的1/3處最為安全。導柱布置方式常采用等徑不對稱布置，或不等直徑對稱布置。
2、導柱工作部分長度應比型芯端面高出6～8 mm，以確保其導向與引導作用。
3、導柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度時可采取更低的配合要求，導柱固定部分配合精度采用H7/k6，導套外徑的配合精度采取H7/m6。配合長度通常取配合直徑的1.5～2倍，其余部分可以擴孔，以減小摩擦，降低加工難度。
4、導柱可以設置在動模或定模，設在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設在定模一邊有利于塑件脫模。
3.3 分型面的選擇
分型面的位置直接影響模具使用制造及塑件質量．故必須合理選擇分型面，從以下幾方面考慮：此模具分型面應使塑件開模時，留在型芯機構的那部分，而脫模機構在動模部分，所以分型面是設在動模和定模分界面上，這樣的分型面有利于排氣。
圖 3.2 分型面
3.4 脫模斜度
由于注射制品在冷卻過程中會產(chǎn)生收縮，因此它在脫模前會緊緊地包住型芯或型腔中的其它凸起部分，為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面。困此要脫模方向平行的制品內(nèi)外表面具有一定的脫模斜度，HDPE材料的脫模斜度的選擇型腔為1°20′，型芯選1°。這值為最小值，有些地方為達到質量的美觀可以增大斜度值。
3.5 成型零件的設計
塑件的成型零件，分型芯、型腔．其中型芯的結構較為復雜，型芯是成型整個大內(nèi)表面的，而在型芯里還有好幾個小型芯，用以成型內(nèi)表面的細小結構。由塑件分析可知，塑件外表面光潔度Ra為0.2mm要求較高，對加工精度提出較高要求。
① 型芯的結構形式：模具是采用兩模一腔的形式布置，為了加工內(nèi)部的螺紋，型芯采用頭部帶螺紋，下部帶齒輪的整體圓柱型芯。
② 型腔結構形式：為了便于加工采用整體鑲入式。
3.6 型腔及型芯尺寸計算
型腔的尺寸計算包括：型腔、型芯的長度，徑向、高度尺寸，中心距等。對配合部分精度，相對要求高。成型零件工作尺寸的計算方法有兩種：一種平均法，一種為制品公差法。由于兩種方法計算的結果非常接近，一般要求都采用平均法計算。以下計算尺寸只是各成型零件的主要尺寸，其余尺寸不做詳細計算，（未注尺寸公差按SJ1372-78查得）。其余尺寸計算方法可參考計算的過程。
3.6.1 型腔的尺寸計算
圖3.3 型腔
計算型腔徑向尺寸必須以塑件的公稱尺寸到最大尺寸，而公差則為負偏差。如果塑件上的尺寸不符合這一要求，則可以換算后再進行計算。
HDPE的平均收縮率
（3.2）
凹模徑向尺寸的計算：
(3.3)
式中 —凹模徑向尺寸；
—塑件外形公稱尺寸；
—塑件的公差值。
塑件尺寸公差根據(jù)《塑料模具技術手冊》中表2-40，GB/T14486——1993模塑件尺寸公差表取MT2——B級，由尺寸段決定值的大小；
HDPE的平均收縮率
（3.4）
凹模徑向尺寸的計算：
(3.5)
式中 —凹模徑向尺寸；
—塑件外形公稱尺寸；
—塑件的公差值；
塑件尺寸公差根據(jù)《塑料模具技術手冊》中表2-40，GB/T14486——1993模塑件尺寸公差表取MT2——B級，由尺寸段決定值的大小；
------制造公差，=；
------塑件的平均收縮率，。
凹模深度尺寸的計算：
(3.6)
式中 —凹模的徑向尺寸；
—塑件外形公稱尺寸。
3.6.2 型芯尺寸的計算
圖3.4 型芯
HDPE的收縮率為1.2～4%，
L1=38 s=0.18 L2=34.75 s=0.18
（3.7）
（3.8）
3.6.3 型芯高度的計算
h1=13.5 s=0.12
3.7 排氣槽的設計
注射機是先閉模后進料的，再充模過程中，必須把型腔內(nèi)的空氣完全的排除。才能使其充模完全，如若某一局部排氣不良，則該部分的空氣被壓縮而升溫導致熔體熱分解變色，色澤變焦黃。如果滯留在型腔內(nèi)的氣體過多，還會形成空洞和充填不足的缺陷，所以應該設計出排氣槽。另外排氣槽的位置也要適當，本副模具根據(jù)結構及制品形狀，將排氣槽設置在分型面上的流料終端，同時還可通過頂桿與型芯的配合間隙來排氣的結構如圖3.4所示，考慮排氣的同時還應考慮溢流，由于熔體在型腔內(nèi)的流動路徑往往足夠出現(xiàn)匯流現(xiàn)象，匯流時流體前面的溫度下降，粘度增大，往往不能很好的融合，造成分離影響塑件的強度及外觀現(xiàn)象為避免這樣弊端，可在料流匯合處設置溢流槽排氣槽寬度b=3～5mm深度h小于0.05長度l=0.7～1.0mm此后可加深到0.8～1.5mm。此副模具與排氣槽不單獨設置。
3.8 型腔的強度校核
3.8.1 材料選擇
在校核形腔強度之前先選擇型腔，型芯的材料。在模具用料中先要考慮模具的使用壽命，塑件的尺寸精度，塑件的復雜程度及制度的外觀要求來考慮：
⑴ 模具對使用壽命跟塑件的生產(chǎn)批量有關，對于大批量選用優(yōu)質鋼，對于小批量要求可以低些，此塑件批量為小批量生產(chǎn)。
⑵ 塑件尺寸精度在模具中，如果塑件精度高，其相應尺寸精度也高，而高精度產(chǎn)品塑件尺寸極易受模具磨損的影響，為了模具的耐磨，就應提高對鋼材的要求，精度可以低些，此塑件的精度較低。
⑶ 塑件的復雜程度，制件越復雜加工就越繁，為了有利于切削，最好是選用易切鋼，且在尺寸數(shù)目多時宜變形，此塑件并不復雜。
⑷ 制件的體積大小。制件 體積越大，切削量越大，體積小時，受到刀具的影響就越大，宜選用質量均勻的鋼材，此塑件體積不大。
⑸ 制件的外觀要求：塑件的外表面要求表面粗糙度值為Ra0.2。對鋼材提出了拋光要求相對應該選用好的鋼材。
從以上的五點分析中的前四點可知，可以選用較低的45號鋼材，但是從第五點中可以看出45號鋼材的拋光性只能在表面粗糙度為Ra0.4故不符合要求。所以要放棄45號鋼材，選用40Cr作模具鋼用。型芯，型腔均要采用40Cr。
3.8.2 強度校核
型腔是采用整體式鑲入型固定板中的，查得鑲拼式型腔的壁厚為9～10mm，模套壁厚為22～25mm。在此表中查找時是按型腔內(nèi)短邊查找的。故模套強度只適用于短邊，而塑件長邊則按剛度計算的。
由于模具采用兩腔相配，中間部分由于受壓力的作用可以相互抵消，故此處變形可以忽略不計，只要留出澆注系統(tǒng)即可，不需要再作計算。
支承板強度校核: 其主要是防止型芯從固定板中松出，可以承受一定的成型壓力，由于模腳處于懸空狀態(tài)，由《塑料模設計手冊》表2-5-21直接查出，可以直接選用。
4 澆注系統(tǒng)的設計
4.1 澆注系統(tǒng)的分析
① 塑件外表面不允許有料疤，所以澆口不能設置在外表面上。
② 由于塑件材料可以看出來，澆口形式可以設計成點澆口的形式，對塑件連接處可以自動剪斷，這樣對于塑件的后道工序加工可以節(jié)省工時。
綜合分析，采用側澆口，分流道設置在瓣合型腔的分型處，方便拿出流道料，側澆口也由底部進入型腔。
4.2 主澆道的設計
主澆道通常位于模具中心塑料熔體入口處，它將注射機噴嘴注出的塑料熔體按序順利地向前流動。開模時主流道凝料又能順利的拔出。主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動速度和充模時間，甚至塑件的內(nèi)在質量。熱塑性塑料的主流道，一般由澆口套構成，如圖所示4.1所示。主流道始端直徑D=d+(0.5～1)=4+(0.5～1)=5mm，球面凹坑半徑R2=R1+（0.5～1）=21mm，半錐角2盡可能縮短長度L（小于60mm為佳）主流道內(nèi)壁粗糙度應在R20.8以下，拋光時應沿軸向進行拋光，產(chǎn)生側向凹凸面后，使主流道凝料難以拔出。
圖 4.1 主流道布置
4.3 分流道的設計
分流道主要是將來