基于ug的肥皂盒注塑模设计.docx

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基于ug的肥皂盒注塑模设计

基于ug的肥皂盒注塑模设计

毕业设计

摘要

本文是关于肥皂盒的塑料注塑模具的设计，在正确分析塑件的结构，技术要求及企业的生产实际情况后进行塑件的注射模设计。

分别对聚苯乙烯的性能，塑件结构特点分析后，采用了侧浇口进行浇注，以及注射机的选用，分型面的选择，型腔数目的确定，成型零部件的结构设计以及相关的计算，并配有图例来加以说明。

采用CAD软件对模具进行辅助设计、分析、绘图。

其核心知识是塑料成型、材料成型技术基础、机械设计、塑料成型工艺、计算机辅助设计、模具CAD等。

通过本次设计，可以对注射模具有一个初步完整的认识，注意到设计中的一些细节问题，如制作的结构、成型零部件的尺寸计算，了解模具结构及工作原理；设计中对注射机相关重要参数进行验证，包括模具闭合厚度、模具安装尺寸、模具开模行程、注射机的锁模等。

校核合格后，进行成型零件加工工艺过程的制定，既要保证塑件的质量，又要兼顾经济性。

关键字：

聚苯乙烯（PS），注射模，肥皂盒，浇注系统，分型面

ABSTRACT

Thisarticleisaboutthesoapboxmolddesign,plasticpartsinthecorrectanalysisofthestructure,technicalrequirementsandactualsituationofproductionaftertheinjectionmoldplasticpartsdesign.RespectivelyPolypropyleneperformanceanalysisofstructuralcharacteristicsofplasticparts,theuseofpointsforpouringgate,aswellasthechoiceofinjectionmachine,thechoiceofpartingsurface,thedeterminationofthenumberofcavity,formingthestructuraldesignofcomponents,withalegendtobedescribed.TheuseofCADsoftwareformolddesign,analysis,graphics.Thecoreknowledgeistheplasticmold,moldingmaterialandtechnologicalbase,andmechanicaldesign,plasticmoldingtechnology,computer-aideddesign,CAD,suchasmold.

Throughthisdesignmaytocastthemoldtohaveapreliminaryunderstanding,notesinthedesigncertaindetailquestion,understandsthemoldstructureandtheprinciplework,Thedesignshouldbecertification,Primarilyrelatedtotheinjectionmachineofimportantparametersthecertificationincludingdieclosethicknesssizes,thenamedistance,injectionmachineofthediedraeforceandsoon.Aftercheckingqualified,themoldingpartsmachiningprocessdesignmustensurethatthequalityofSupervisiontakingintoaccounttheeconomy.

KEYWORDS：

polystyrene，injectionmold,soapbox,pouringsystem,partingsurface

第一章绪论

我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。

模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。

模具被称为工业产品之母，所有工业产品莫不依赖模具才得以规模生产、快速扩张，被欧美等发达国家誉为“磁力工业”。

当前，中国正以巨大的市场空间和丰富的人力资源优势，成为承接发达国家制造业资本流动和产业转移的重要载体。

有关资料显示，目前广东的珠江三角洲地区已经成为我国模具工业最为发达、科技含量最高的区域。

专家预测，随着全球加工业重心加快向我国转移，这一地区有可能在10年内发展成为世界模具生产中心。

　　近几年，我国模具制造水平大幅度提高。

一个国家的模具技术水平，已成为衡量国家制造业水平的一个重要标志，也是保持这些国家的产品在国际市场上优势的核心竞争力。

中国模具行业加快了体制改革和机制转换步伐，产业结构日趋合理。

相关机构预测到2018年，中国将一跃成为全球最大的模具制造业基地之一。

据国际模协秘书长罗百辉介绍，这几年全球58%的模具是由德国等国家生产制造的，中国等亚洲国家的比例只占到1%，但今后东欧国家的模具将会有较大幅度的增长，而亚洲国家的生产比例将提高至22%左右。

　　模具，是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60%—80%的零部件都依靠模具成形，模具质量的高低决定着产品质量的高低，因此，模具被称之为“百业之母”。

模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。

由于现代模具企业大多体现出技术密集、资金密集和高素质劳动力密集以及高社会效益的特点，模具制造业已成为高新技术制造产业的一部分。

近年来，伴随着国产设备水平的不断提升，也有不少模具企业开始选择了国产机床。

超精密镜面铣床、纳米级车铣复合中心、超精密数控车床等也已用于模具制造。

不过有些高端设备主要还是靠国外进口。

但现阶段我国模具制造业确实取得了显著的成功。

据国际模协秘书长罗百辉介绍，我国以大型、精密、复杂、长寿命模具为代表的高水平的模具的比例已经达到了三分之一以上。

　　我们要想成为世界制造业大国，没有先进的模具工业是不行的。

在这方面我们还有很长的路要走，还有很多东西要学。

首要的一条是要重视模具行业的发展，不但要有先进的技术，更要重视模具行业的商品化，让模具行业从企业中走出来，成为一个具有市场竞争力的新兴行业。

据国际模协秘书长罗百辉调查，欧洲模具设计和生产的时间要比中国快，但因中国的劳动力成本低，对部分国外客户有着很强的吸引力。

同时，欧洲及世界各国之间的模具竞争也相应加剧。

当前，越来越多的外资制造企业看到日益发展的中国模具，纷纷加入到中国的模具市场，许多国际知名品牌的汽车模具、冲压模具、注塑模具企业也都进入中国，且进入中国市场的力度非常迅猛，速度也非常快。

尤其是在我国的华南地区广东一带，港资、台资和外资制造企业规模已经发展很大，模具的销售总量成为中国最多的地区。

国际模协秘书长罗百辉表示，外资企业进入中国市场，不仅将资金带到中国市场，而且带来了先进的技术、设备和工厂管理。

国外模具企业已越来越感受到来自中国同行所带来的影响和压力。

　　随着模具制造工业在中国国民经济中的作用和地位的日益加强与提高，国家制造行业把模具工业列为中国制造业之母，将模具制造业列为支撑中国制造业发展的一个最基本的基石。

所以，国家政策支持为模具工业的发展提供了良好的社会环境和政策保障，提高了模具行业从业者的积极性和主动性，正确的产业政策产生了正确的引导作用，促进了我国模具工业技术水平的提高和骨干模具企业队伍的形成。

　　目前，我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。

“十一五”期间中国模具工业发展迅速，产需两旺，渐入佳境。

但也要看到我国模具行业综合水平落后的面貌未得到根本性的改变，一些深层次的问题尚待解决。

现在，中国可以说是世界模具生产大国之一，但还远远不是生产强国。

“十二五”期间，应该向生产强国这目标迈进。

第二章注射成型工艺及注射机的选择

2.1塑件三维图及基本尺寸

工艺参数

尺寸：

L124xW80xH15（mm）

壁厚：

2mm

塑件精度：

5级精度

脱模斜度：

型腔：

35ˋ至1°30ˋ型芯：

30ˋ至1°

本塑件圆角去半径R=1mm

塑件的体积V=35.78cm3查的塑件的密度ρ=1.05g/cm3

则塑件的质量M=ρV=1.05g/cm3×35.78cm3=37.57g

本零件设计如图2-1和图2-2

（a）正面图（b）背面图

2-1肥皂盒实物图（a）正面图（b）背面图

图2-2肥皂盒工程图

肥皂盒在我们的生活中非常的普遍，几乎每家都要用到。

市场上也有各种各样的肥皂盒，形状各异，有些是把肥皂盒做成水果造型，有些是动植物造型，来吸引顾客的目光，以引发人们的购买欲。

此次设计的肥皂盒的结构较简单，主要是在肥皂盒的底部打孔，这样可以让积累在里面的水自然流出，省去人工进行操作了。

也可以提高肥皂的使用寿命。

优点是：

结构简单，提高肥皂的使用寿命；缺点是:

有可能使水流在卧室，不能保证房间的整洁性。

在开模时需保证塑件留在型腔上，用推杆顶出。

2．2．肥皂盒塑料PS的结构与工艺特性

2.2.1塑料的含义及分类

塑料是以相对分子质量高的合成树脂为主要成分，加入其它添加剂,可在一定温度和压力下塑化成型的高分子合成材料。

塑料分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。

热固性塑料，经受热而发生化学反应，当加热（加压）达到一定温度而硬化并固化。

热固性塑料，一经加热固化后，再受热也不能恢复到原来的状态；热塑性塑料，在受热后达一定温度则熔融软化流动，经冷却而固化。

热塑性塑料，可反复加热熔化、冷却固化，材料的化学性能不变。

在本毕业设计中主要牵扯到热塑性塑料。

2.2.2塑料的组成

1、树脂：

树脂是在受热时软化，在外力作用下有流动倾向的聚合物。

它是塑料中起粘结作用的成分，也叫粘料。

树脂主要决定塑料的基本类型（热塑性和热固性）和基本决定塑料的主要性能（机械性能、化学性能、导电性能等）。

2、添加剂：

是指分散在塑料分子结构中，不会严重的影响塑料的分子结构，而能改善其性质或降低成本的化学物质。

添加剂的加入，能促使塑料改进基材的加工性、物理性、化学性等功能和增加基材的物理、化学特性。

3、填料：

主要起改善塑料性能的作用。

常用的有粉状的木粉、滑石粉、铁粉、石墨粉等，纤维状的玻璃纤维、石棉纤维等，片状的麻布、棉布、玻璃布等。

4、增塑剂：

改善塑料的性能和提高柔软度。

常用的增塑剂有邻苯二甲酸酯类，癸二酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡等。

5、稳定剂：

能阻缓材料变质的成分。

常用的稳定剂有二盐基性亚磷酸铅、三盐基性硫酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸钡等。

2.2.3塑料的特性

1、塑料的优点

（1）重量轻:

塑料的密度一般在0.9-2.3g/ml之间，约为铝的一半，铜的1/6

（2）比强度和比刚度高

（3）化学稳定性好:

对酸碱等化学物质有良好的抗腐蚀性

（4）电绝缘性好:

塑料有优越的电绝缘性和耐电弧特性

（5）耐磨性和减摩性好

（6）消声和吸震性能好

（7）可任意着色

（8）优良的自润滑性能并且适合大批量生产

2、塑料的缺点

（1）耐温性能差

（2）热膨胀系数大

（3）表面软，易吸尘

2.2.4主要塑料的性能参数

1、ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料

2、聚乙烯：

常用聚乙烯可分为低压聚乙烯（HDPE）、高压聚乙烯（LDPE）和线性高压聚乙烯（LLDPE）。

三者当中，HDPE有较好的热性能、电性能和机械性能，而LDPE和LLDPE有较好的柔韧性、冲击性能、成膜性等。

LDPE和LLDPE主要用于包装用薄膜、农用薄膜、塑料改性等，而HDPE的用途比较广泛，薄膜、管材、注射日用品等多个领域。

3、聚丙烯：

相对来说，聚丙烯的品种更多，用途也比较复杂，领域繁多，品种主要有均聚聚丙烯（HOMOPP），嵌段共聚聚丙烯（COPP）和无规共聚聚丙烯（RAPP），根据用途的不同，均聚主要用在拉丝、纤维、注射、BOPP膜等领域，共聚聚丙烯主要应用于家用电器注射件，改性原料，日用注射产品、管材等，无规聚丙烯主要用于透明制品、高性能产品、高性能管材等。

4、聚苯乙烯：

聚苯乙烯的密度为1.04～1.16g/cm3聚苯乙烯的主链上有结构庞大的苯环，故柔顺性差，质地脆硬，抗冲击性能差，敲打时发出类似金属的响声。

机械强度低于硬质聚氯乙烯，尤其是相对分子量较小的品种强度更差，聚苯乙烯属于非结晶型聚合物。

聚苯乙烯具有良好的可塑流动性和较小的成型收缩率，是成型工艺最好的塑料品种之一，容易制造形状复杂的制品。

聚苯乙烯无色无味无毒透明，透光性仅次于有机玻璃，着色性能优良，能染成各种鲜艳的色彩，常用于制造要求透明或颜色鲜艳的制品。

聚苯乙烯具有很小的吸水率，在潮湿的环境中尺寸变化很小，加工前不需要干燥处理，适用于制造要求尺寸稳定的制品，聚苯乙烯能耐碱、硫酸、磷酸、10%～30%的盐酸、稀醋酸及其它有机酸，但不耐硝酸及氧化剂的作用，对水、汽油、植物油及各种盐溶液也有足够的耐蚀能力，如仪表仪器壳体等。

聚苯乙烯具有优良的电绝缘性能，尤其是在高频条件下的介电损耗仍然很小，是优良的高频绝缘材料。

聚苯乙烯的主要缺点是脆性大，形状复杂的制品成型后存在较大的内应力时，常会在使用中自行开裂。

为改善聚苯乙烯的脆性，加入少量的聚丁烯可明显降低脆性，提高冲击韧性。

这种塑料称为高冲击聚苯乙烯。

通过对以上四种常用材料性能及其特点的对比，本品选用聚苯乙烯材料作为成型材料，收缩率好、成型工艺性好。

.2.2.5聚苯乙烯的工艺性能

1、聚苯乙烯的成型性能

（1）无定形料，吸湿性小，不易分解但性脆易裂，人膨胀系数大易产生内应力

（2）流动性好（溢边值为0.03mm左右）可用螺杆或柱塞式注射机成型

（3）易采用高温料、高温模、低注射压力，延长注射时间有利于减少内应力，防止缩孔变形。

料温过高易出现“银丝“料温过低或脱模剂过多则透明性差

（4）可采用各种形状的浇口，浇口与塑件应圆弧过渡连接，防止除浇口时损坏塑件，脱模斜度易大，顶出均匀以防止脱模不良发生开裂变形

（5）塑件壁厚均匀，最好不带镶间各面应圆弧连接，不宜有缺口

2、聚苯乙烯的物理、力学和热学性能如表1-1、表1-2、表1-3

表1-1聚苯乙烯的物理性能

密度g/cm3

比体积cm3/g

吸水率（%）

24h长时间

摩擦系数

PS钢PS钢

（无润滑）（有润滑）

1.04～1.06

1.10～1.11

0.01～0.03

0.05

0.34

0.16

表1-2聚苯乙烯的力学性能

屈服

强度

Mpa

抗弯

强度

Mpa

断裂伸

长率%

弯曲弹

性模量

Gpa

抗压

强度

Mpa

冲击韧度KI/m2

无缺口缺口

布氏硬度

HBS

37

67

>200

1.45

56

78

3.4～4.8

8.65

R9.5～10.5

表1-3聚苯乙烯的热学性能

熔点℃

热变形温度

45N/cm2180N/㎝2

线膨胀系数

10～5/℃

计算收缩率％

熔融指数MFIg/10min

170～176

102～115

56～57

9.8

0.6～0.8

230℃负荷

21NØ2.092.03～8.69

2.3注射机的选择

2.3.1工艺分析

该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征。

除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选一般精度等级：

5级。

为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。

该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口横向开设在模具的型腔处，从塑料件侧面进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

塑件的工艺参数：

成型收缩率:

0.6～0.8%平均收缩率：

0.65％

聚苯乙烯的注射参数：

喷嘴形式：

直通式喷嘴温度/oC：

160～170

料筒温度/oC：

前段170～190中段170～190后段140～160

模具温度/oC:

20～70（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则光洁度较低）

融化温度：

210～280℃（建议温度：

245℃）

成型温度：

170～280℃

注射压力/MPa:

60～100

保压力/MPa：

30～40

注射时间/S：

0～3

保压时间/S：

15～40

冷却时间/S：

15～30

成型周期/S:

40～90　

2.3.2注射成型基本过程

注射成型是把塑料原料（一般为经过造粒、染色、加入添加剂等处理后的颗粒料）放入料筒中，经过加热熔化，使之成为高粘度的流体——称为“熔体”，用柱塞或螺杆作为加工工具，使熔体通过喷嘴以较高的压力（约为25～80Mpa）注入模具的型腔中，经冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。

注射成型的全过程可以分为：

1、塑化过程

2、充模过程

3、冷却凝固过程:

热塑性塑料的注射成型过程是热交换的过程。

即：

塑化——→注射充模——→固化成形

4、脱模过程

5、后处理

由1到5形成了一个循环。

每一次循环，就完成了一次成型一个乃至数十个塑件。

2..3.3注射机的分类

注射机类型和规格很多，分类方法各异，按驱动方式可分为液压驱动和机械驱动两大类，其中以液压驱动较平稳安全。

按照工作方式分为全自动、半自动和手动，全自动注射机已成为现行注射机的主要形式，它在必要时也能进行半自动和手动操作。

按结构形式可分为立式、卧式和直角式三类，国产卧式注射成型机已标准化和系列化。

三类不同结构形式的注射成型机特点如下：

1、立式注射成型机

如图2-3注射柱塞（或螺杆）垂直装设，锁模装置推动模板也沿垂直方向移动，这种注射成型机主要优点是占地面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上（下模）安放嵌件，嵌件不易倾斜或坠落。

其缺点是制品自模具中顶出后不能靠重力下落，需靠人工取出，这就有碍于全自动操作，但附加机械手取制品后，也可实现全自动操作，此内注射机注射量一般均在60克以下。

如大型注射机也采用这种形式则机器高度太大，给加料和操作都带来困难，而且机器重心高，要求厂房高度大，是不大适宜的。

图2-3立式注射成型机

2、卧式注射成型机

如图2-4这是目前使用最广、产量最大的注射成型机，其注射柱塞或螺杆与合模运动均沿水平方向装设，并且多数在一条直线上（或相互平行）。

这类注射机的优点是机体较低，容易操纵和加料，制件顶出模具后可自动坠落，故易实现全自动操作，机床重心较低，安装稳妥，一般大中型注射机均采用这种形式。

其主要缺点是安装麻烦，嵌件放入模具有倾斜或下落的可能，机床占地面积较大。

系列生产的卧式成型机多采用液压传动，并可实现全自动或半自动生产。

图2-4卧式注射成型机

1-锁模液压缸;2-锁模机构；3-动模固定板；4-顶杆；5-定模固定板；6-控制台；

7-塑化部件；8-料筒；9-计量和传动装置；10-注射和移动液压缸

3、角式注射成型机

角式注射成型机是指注射柱塞或螺杆与合模运动的方向相互垂直者，目前国内各使用最多的角式注射机系采用沿水平方向合模，沿垂直方向注射，合模系由电机驱动开合模丝杆传动，注射部分采用齿轮、齿条机械传动外，也有改用液压传动。

这种注射机主要优点是结构简单，便于自制，适于单件生产中心部位不允许留有浇口痕迹的平面制件，同时常利用开模设时丝杠的转动来拖动螺纹型芯或型环旋转，以便脱下塑件。

其主要缺点是机械传动无准确可靠的注射和保压压力及锁模力，模具受冲击振动较大，如该为液压传动则可克服上述缺点，其占地面积在介于立式和卧式之间。

此外还有转盘式注射成型机、旋转式注射成型机、热固性塑料注射成型机、双色注射成型机等。

2.3.4注射机的选择

1、注射机的初选

注射容量：

注射机的容量以容积（cm3）表时，塑件的体积（包括浇注系统在内）同样应小于注射机的注射容量）其关系式：

V件≤0.8V注（2-1）

由本塑件的参数的：

V1≈35.78cm3

浇注系统重量计算:

浇注系统体积V≈4.06cm

总体积V塑件=35.78×2＋4.06≈75.62cm

V注≥V塑件/0.8=66/0.8≈94.525

根据此结果查《模具设计指导》选定注射机型号为：

XS-ZY-125型注射机

2、该注射机参数为：

额定注射量：

125㎝3螺杆直径：

42㎜

注射压力：

120Mp锁模力:

900KN

注射时间：

1.6s最大成型面积：

320㎝2

模具最大厚度：

300㎜模具最小厚度：

200㎜

注射方式：

螺杆式最大开合模行程：

300㎜

拉杆空间：

260×290㎜定位圈尺寸：

ø100㎜

中心距：

230㎜动、定模固定板：

428×458㎜

喷嘴球半径：

18㎜喷嘴口直径：

4㎜

顶出形式：

两侧设有顶杆

2.3.5注射机工艺参数的校核

1、Vmax最大注射量的校核：

Vmaxx80%=125x80%=100cm3≥82.5cm3

2、注射力校核

查表得聚苯乙烯所需注射压力为:

60～100MPa，而XS-ZY-125压力为P=120MPa，满足要求。

3、锁模力校核

P=KpA；（2-2）

P---锁模力；

P---模腔内平均压力（约为注射压力的0.25～0.5倍）；

K---安全系数（取K=1.1～1.2）取K=1.15；

A---制品在分型面上投影面积；

P=120x0.3=36kN

A=（3.14×102＋104×80+80×20）×2=20468mm2

P=1.14×36×20468=840.006KN

满足要求：

故注射机为XS-ZY-125

第三章塑件在模具中的位置

3.1型腔数目的确定

注塑模的型腔数目，可以是一模一腔，也可以是一模多腔，在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：

（1）塑件的尺寸精度：

塑件的精度较高时尽量采取一模一腔，型腔越多，精度也相对降低。

这不仅由于型腔加工精度产差，也由于熔体在模具内流动不均所致。

（2）模具制造成本：

多腔模比单腔模的难度大；

（3）注塑成型的生产效益：

如果生产批量不大，并且交货期限较宽，尽量采用一模一腔，依据经验推算，生产批量在10000件以下，采用一模一腔是最佳的选择；

（4）模具制造难度：

多腔模高于单腔模，但不是简单的倍数关系。

单从塑件成本中所占的费用比例来看比单腔模低。

在具体确定模具型腔数目的时候，有多种计算公式，现根据注塑机的最大注射量确定型腔数目，见式（3.1）。

（3.1）

式中:

n为型腔数目；

G为注塑机的最大注射量（131.