四脚柱形肥皂盒注射模设计.docx

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四脚柱形肥皂盒注射模设计

摘要

本设计主要四脚柱形肥皂盒注塑模设计的全过程。

根据对塑件的使用性能.材料选用和成型工艺等进行分析，设计出一模一穴的注塑模具。

本次设计主要是运用大学三年所学的模具专业知识来完成从产品设计到模具结构设计的全过程,从而达到学有所用的效果；通过本次毕业设计充分发挥了个人的主观能动性和创造性，从而提高了自己独立分析问题，解决问题的能力。

本说明书主要研究了塑件和模具的结构设计，包括材料选用、精度的选用、型腔、型芯与斜导柱的计算与校核等设计过程。

关键词:

材料选用；型腔；型芯；斜导柱

肥皂盒注射模设计

引言

此次设计为肥皂盒的注射成型模具设计。

对于这次的设计首要制定的塑料成型工艺以及合理设计塑料成型模具的过程。

前面部分主要说明塑料成型的必要理论基础，包括高分子聚合物结构特点与性能，尤其是聚合物的热力学性能和化学性质，还有聚合物熔体在成型过程中的流动状态及物理和化学变化。

后面部分说明的是注射成型模具设计的最复杂也最具代表性的部分，主要说明注射成型模具的设计，包括浇注系统（主流道，浇口，分流道）、成型零件（型芯，型腔，推杆等）的设计，对所选注射机的校核等有关设计。

由于塑料注射成型模具对于实践性很强，并且技术正在飞速发展中，所以在设计过程中注重理论联系实际，对于书中的知识要加以联系实际，从而使模具设计得更加合理。

1绪论

塑料是一门新兴工业，是随着石油工业发展应运而生的，作为现代四大工业基础之一，越来越广泛地在各行各业应用。

其中注塑成型在塑料的各种成型工艺中所占的比例也越来越大。

随着社会的经济技术不断向前发展，对注塑成型的制品质量和精度要求都有不同程度的提高。

塑料制品在工业中的应用日趋普遍。

在国民经济中，塑料制件已成为各行业不可缺小的重要材料之一。

塑料制品的造型和精度直接与模具设计和制造有关系，对注塑制品的要求就是对模具的要求。

有人说，模具是现代工业之母。

世界各国对模具生产技术非常重视，出现许多新工艺、新技术。

从而促进注塑工艺的不断提高和发展。

注塑模具是在成型中赋予塑料以形状和尺寸的部件。

模具的结构虽然由于塑料品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注射机的类型等不同而可能千变万化，但是基本结构是一致的。

模具主要由浇注系统、成型零件和结构零件三部分组成。

其中浇注系统和成型零件是与塑料直接接触部分，并随塑料和制品而变化，是塑模中最复杂，变化最大，要求加工光洁度和精度最高的部分。

1.1国内外发展状况

1.11模具工业的概况

模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”;德国则认为是所有工业中的“关键工业”;日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。

日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。

如今，世界模具工业的发展甚至己超过了新兴的电子工业。

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。

塑料工业是一门新兴工业。

自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。

塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。

用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。

塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。

随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。

目前，我国的彩电的年产量己超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了100万台。

家用电器行业的飞速发展使之对模具的需求量极大。

到2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量。

其它发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。

1.1.2我国塑料模具工业和技术现状及地区分布

在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。

我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。

在大型模具方面已能生产l8英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。

精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。

如天津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。

近年来，国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:

P20,3Cr2Mo,PMS,SMI、SMII等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。

塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。

但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。

技术比较见表1-1。

表1-1国内外塑料模具技术比较表

项目

国内

国外

注塑模型腔精度

0.005～0.01mm

0.02～0.05mm

型腔表面粗糙度

Ra0.01～0.05um

Ra0.20um

非淬火钢模具寿命

10-60万次

10～30万次

淬火钢模具寿命

160～300万次

50～100万次

热流道模具使用率

80%以上

总体不足10%

标准化程度

70～80%

小于30%

中型塑料模生产周期

一个月左右

2～4个月

目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，这2个省的模具产值已占全国总量的六成以上。

江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。

我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多，其差距主要表现在下列六方面：

（1）国内自配率不足80％，中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60％。

（2）企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。

（3）模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低许多，而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。

（4）开发能力弱，经济效益欠佳。

我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低，不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。

（5）模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。

（6）与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。

纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。

模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。

因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。

提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。

模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。

1.1.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向

模具技术的发展趋势主要是：

①CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CAD／CAM／CAE技术的进一步集成化、一体化、智能化；②PDM（产品数据管理）、CAPP（计算机辅助工艺设计管理）、KBE（基于知识工程）、ERP（企业资源管理）、MIS（模具制造管理信息系统）及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用；③高速、高精加工技术的发展与应用；④超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用；⑤快速成型与快速制模（RP／RT）技术的发展与应用；⑥热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用；⑦模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用；⑧优质模具材料的研制及正确选用；⑨模具自动加工系统的研制与应用；⑩虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。

1.1.4注塑模具CAD发展概况及趋势

计算机辅助设计（（ComputerAidedDesign,CAD）是当代计算机应用的一个重要领域。

随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD技术及其应用一直处于日新月异的发展浪潮中。

作为CAD技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、模拟分析与制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是国内外普遍关注的热点。

1.2塑料模具的发展

随着塑料工业的发展，近年来，我国各行业对模具工业的发展十分重视，在重点支持技术改造的产业、产品中，把模具制造列为机械工业技术改造序列的第一为，它确定了模具工业在国民经济中的重要地位，也提高了振兴模具工业的重要任务，即要尽快提高我国模具工业的整体技术水平并迎头赶上发达国家的模具技术水平。

1.3塑料模具分类

塑料成型模具是保证塑件形状、尺寸、精度和表面质量的主要工具，是模塑工艺三大要素之一。

根据塑料类型、塑件结构、生产批量、成型方法与加工设备的不同，采用各种不同形式的模具。

1.3.1按模塑方法分类

（1）压缩模压缩模具又称为压塑模或压模，是在液压机上采用压缩工艺来成型塑件的模具。

这种模具主要用于热固性塑件的成型，也有用于热塑性塑件的成型。

（2）压注模它又称为传递模、挤塑模，是在液压机上采用压注工艺来成型塑件的模具。

这种模具用于热固性塑件的成型。

压注模比压缩模具多了加料腔、柱塞和浇注系统等

（3）注射模注射模又称为注塑模，是在注射机上采用注射工艺来成型塑件的模具。

它主要用于热塑性塑件的成型，也可用于热固性塑件的成型。

1.3.2按型腔数目分类

（1）单型腔模具这是在一副塑料模具中只有一个型腔，一个模具周期生产一个塑件的模具。

这种模具与多型腔模具相比，结构简单，造价较低，但生产率低，往往不能充分发挥设备潜力。

单型腔模具主要用于大型塑件和形状复杂或嵌件多的塑件的生产，或生产批量不大的场合。

（2）多型腔模具这是在一副塑料模具中有两个以上型腔，一个模塑周期能够同时生产两个以上塑件的模具。

这种模具生产率高，但结构复杂，造价较高。

多型腔模具主要用于塑件较小、生产批量较大的场合。

2零件分析

图2—1产品图

根据产品的形状结构、性能、用途、工艺要求和美观效果，测量其尺寸，绘制产品3D图2—1。

结合实际生产经验和有关的使用要求，选择ABS材料。

塑件材料选用ABS，要求未注明过渡圆角为R0.5，因配合要求，选用3级精度等级，塑件表面粗糙度为Ra0.8～0.5um，去除飞边，不能有缩孔、裂纹等不良现象。

2.1制品分析

零件形状及相关尺寸请参考零件图。

设计时常需要考虑制品的外观，使用性，制造成本。

该设计要求将制品颜色设计为粉红色。

从制品零件图可以看出，该制品的设计特点为：

产品表面为长方形方便使用；深度、大小适中；结构紧凑、合理；耗量适中；此类制品设计使得模具加工难度适中，通过开设一定数量的冷却水道，可以明显改善模具的冷却效果和提高生产效率，缩短生产周期。

另外，侧面还有一个深度为2mm的椭圆孔，所以，模具在侧向分型分模时需要注意侧孔的尺寸精度，是属中等难度的设计；为使成型零件能够安全取出，模具设计时需要设计侧向抽芯的滑块成型的分型结构零件，以满足制品的设计要求。

2.2材料的成型特性与工艺参数

2.2.1材料的成型特性

（1）选用材料为

ABS（丙烯睛－丁二烯－苯乙烯）。

ABS由丙烯睛、丁二烯、苯乙烯共聚而成。

这三种组分各自特性，使ABS具有良好的综合力学性能。

丙烯睛使ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯是它有良好的加工性和染色性能。

ABS无毒，无味，呈微黄色。

A非结晶型塑料，要充分干燥；

B流动性中等；

C宜用高料温、高模温、较高压力注射；

D模具浇注系统对料流阻力较小，应注意选择浇口的位置和形式；

E拔模斜度在2°以下，否则成型制件必须确实保留在顶出板一侧；

F通常成型条件下，壁厚熔料温度和模具温度对收缩率影响极小；

G内含丁二烯，超温超时放置易热分解，注意熔料滞留时间；

H易产生明显的熔接痕迹，注意排气；

I浇口部分外观易受损害；

J密度为1.02～1.05g/cm3。

（2）注塑模工艺条件

干燥处理：

加工前的干燥处理是必须的。

湿度应小于0.04%，建议干燥条件为90～110℃，2～4小时。

熔化温度：

230～300℃。

模具温度：

50～100℃。

连续工作为70℃左右。

热变形温度为93℃左右。

注射压力：

取决于塑件。

注射速度：

尽可能地高。

工艺参数如表2-1所示：

表2-1

ABS工艺参数

24小时吸水性

0.2 - 0.3 %

收缩

0.5 - 0.7 %

线性热膨胀系数

2.22 - 2.78 10^-5°F-1

   电性能

耗散因数

70 - 200 10^-4

介电常数

2.9 - 3.2 

介电刚性

381 - 1778 kV/in

耐电弧性

0 - 120 sec

体积电阻系数

14 - 17 10^XOhm.cm

   辐射电阻

伽玛辐射电阻

好

耐紫外光

良

   机械性能

弹性（弯曲模量）

290.08 - 333.59 ksi

低温韧性（低温缺口冲击强度）

1.4 - 10 ft-lb/in

断裂伸长率

60 - 85 %

拉伸强度

5801.51 - 7251.88 psi

拉伸屈服强度

6526.7 - 7977.07 psi

洛氏硬度

50 - 70 

屈服伸长

3 - 5 %

韧性（室温缺口冲击强度）

7.49 - 11.24 ft-lb/in

肖氏硬度D

85 - 90 

杨氏模量

290.08 - 319.08 ksi

硬度（弯曲模量）

290.08 - 333.59 ksi

   燃烧性能

可燃烧性

可燃

耐火性（LOI）

21 - 34 %

   使用温度

热变形温度（0.46Mpa）

221 - 266 °F

热变形温度（1.8Mpa）

212 - 230 °F

最高持续工作温度

158 - 230 °F

续表2-1

3注射机型号的确定

注射机型号主要是根据塑件的外形尺寸、质量大小及型腔的数量和排列方式来确定的。

在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需塑料注射量、注射压力、塑件在分型面上的投影面积、成型时需用的锁模力、模具厚度、拉杆间距、安装固定尺寸以及开模行程等进行计算，这些参数都与注射机的有关性能参数密切相关，如果两者不匹配，则模具无法安装使用。

因此，必须对两者之间有关参数进行校核，并通过校核来设计模具与选择注射机型号

3.1注射量的计算

（1）塑件质量、体积的计算：

对此模型用UG软件的分析得：

塑件体积V1=68.93cm3

塑件质量m1=ρV1

=68.93×1.05

=72.38g

（2）浇注系统凝料体积的初步估算:

按塑件体积的0.6倍计算,由于该模具采用一模2腔布置形式,所以浇注系统凝料体积为V2=V1×0.6

=68.93×0.6

≈41.36cm3

（3）该模具一次注射所需塑料（ABS）

体积：

V0=V1+V2

=68.93+41.36

≈110.29cm3

质量m0=ρV1

=110.29×1.05

≈115.81g

3.2型腔数量及注射机有关参数的校核

3.2.1型腔数量的校核

（1）按注射机的最大注射量校核型腔数量：

0.75X250-41.36/68.93

=2.12>2（故右式符合要求）

式中：

K——注射机最大注射量的利用系数，非结晶型塑料一般取0.75；

Mn——注射机允许的最大注射量（g或cm³）；

M1——单个塑件的质量或体积（g或cm³），取M1

68.93cm³；

M2——浇注系统所需塑件质量或体积（g或cm³），取0.6xM1=41.36cm³。

3.2.2注射机工艺参数的校核

（1）注射量校核

注射量以容积表示，最大注射容积为

=0.75×250

=187.5cm³

式中

——模具型腔和流道的最大容积（

）；

——指定型号与规格的注射机注射量容积（

），该注射机为250

——注射系数，一般取0.75—0.85，无定型塑件料可取0.85，结晶型塑料可取0.75。

若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留时间就会过长。

所以最小注射量应大于理论最大注射量。

=0.25×250

=62.5cm³。

故每次注射的实际注射量容积

应满足

，而

110.29

，符合要求。

3.3注射机型号的选定

根据以上的计算结果初步选定注塑机型号为XS-ZY-250螺杆式注射机

表3-1注射机主要技术参数

理论注射容量/cm3

250

锁模力/KN

1800

螺杆直径/mm

50

拉杆内间距/mm

448×370

注射压力/MPa

130

移模行程/mm

430

注射行程/mm

160

最大模厚/mm

350

注射时间/s

2.0

最小模厚/mm

200

续表3-1

螺杆转速/（r/min）

25、31、39

58、32、89

定位孔直径/mm

100

喷嘴孔直径/mm

4

喷球直径/mm

20

锁模方式

增压式

最大开模行程/mm

500

3.4合模力校核

1800kN>1.2X30X35240.955=1268674.38N

——注射机的额定锁模力（N），该型注射机为1800kN；

——为安全系数，一般取1.1—1.2；

——为模腔平均压力（一般为20—40Mpa）

——为塑件最大成型面积（

）。

3.5最大注射压力的校核

注射压力压力的较核是核定注射机的最大压力能否满足该塑料成型的需要，塑件成型所需要的压力是由注射机类型、喷嘴形式、塑料流动性、浇注系统和型腔的流动阻力等因素决定的。

如螺杆式注射机，其注射压力的传递比柱塞式注射机好，因此，注射压力可取得小一些；流动性差的塑料或细长流程塑件注射压力应取得大一些。

设计模具时，可以参考各种塑料的注射成型工艺确定塑件的注射压力，再与注射机额定压力相比较。

因本设计才用球形喷嘴，采用的ABS塑料流动性好，因此本注射的注射压力足够。

3.6安装尺寸校核

3.6.1喷嘴尺寸

（1）主流道的小端直径

大于注射机喷嘴

通常为：

对于该模具

=4mm，取

=4.5mm，符合要求。

（2）主流道入口的凹球面半径Sro=SR+（1～2）mm

对于该模具SR=20mm，取Sro=21mm,符合要求。

3.6.2定位环尺寸

注射机定位孔尺寸为

，定位环尺寸取

，两者之间呈间隙配合，符合要求。

3.6.3最大与最小模具厚度

模具厚度H应满足：

式中

=200mm，

=350mm（见表3—1）而该套模具厚：

H=35+90+50+120+35=330mm，符合要求。

3.7开模行程和推出机构的校核

（1）开模行程校核：

——注射机动模板的开模行程（mm），取500mm（见表3—1）

——塑件推出行程（mm），取20mm

——水口板开模行程（mm），取200mm

H2——包括流道凝料在内的塑件高度（mm），其值为115mm。

4浇注系统的设计

浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔各处，以便获得外形轮廓清晰、内在质量优良的塑件。

因此要求充模速度快而有序，压力损失小，热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与塑件分离或切除，且在塑件上留下浇口痕迹小。

（1）设计浇注系统时，流道应尽量少弯折，表面粗糙度为Ra0.8µm～1.6µm。

（2）应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统应按型腔布局设计，尽量与模具中心线对称。

（3）单型腔塑件投影面积较大时，在设计浇注系统时，应避免在模具的单面开设浇口，不然会造成注射时模具受力不均。

（4）设计浇注系统时，应考虑去除浇口方便，修正浇口时在塑件上不留痕迹。

（5）一模多腔时，应防止将大小悬殊的塑件放在同一副模具内。

（6）在设计浇口时，避免塑料熔体直接冲击小直径型芯及嵌件，以免产生弯曲、折断或移位。

（7）在满足成型排气良好的前提下，要选取最短的流程，这样可缩短填充时间。

（8）能顺利地引导塑料熔体填充各个部位，并在填充过程中不致产生塑料熔体涡流、紊流现象，使型腔内的气体顺利排出模外。

（9）在成批生产塑件时，在保证产品质量的前提下，要缩短冷却时间及成型时间。

（10）若是主流道型浇口，因主流道处有收缩现象，若塑件在这个部位要求精度较高时，主流道应留有加工余量或修正余量。

（11）浇口的位置应保证塑料熔体顺利流入型腔，即对着型腔中宽畅、厚壁部位。

（12）尽量避免使塑件产生熔接痕，或使其熔接痕产生在塑件不重要的部位。

（13）了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性。

4.1主流道设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分留道或型腔中，主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。

4.1.1主流道尺寸

（1）主流道小端直径：

d=注射机喷嘴直径+（0.5～1）=4+0.5=4.5。

（2）主流道球面半径：

SRo=注射机喷嘴球头半径+（1～2）=20+1=21mm。

（3）球面配合高度：

h=3mm～5mm。

（4）主流道长度，尽量小于60mm，由标准模架结合该模具的机构，取L=105mm。

（5）与主流道大端直径D=d+2Ltan

/2=8.2（半锥角

为

）取

，取

=8.2mm。

（6）浇口套总长

=25mm。

主流道锥角a一般在2°～4°范围内选取，对黏度大的塑料，a可取3°～6°。

4.1.2主流道衬套的形式

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严格，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬道形式，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，一般采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为53HRC～57HRC。

主流道衬套和定位圈设计成整体式用于小型模具，中大型模具设计成分体式。

4.2分流道设计

在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。

它是浇注系统中塑料熔体由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。

因此，分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。

4.2.1分流道的形状及尺寸

为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置