塑料肥皂盒注塑模设计.docx
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塑料肥皂盒注塑模设计
学号：
24081900398
南湖学院
毕业设计
题目：
塑料肥皂盒注塑模设计
作者
叶波
届别
2012
系别
机械与电子工程系
专业
机械设计制造及其自动化
指导老师
李铁林
职称
讲师
完成时间
2012.05.20
摘要
本设计是针对肥皂盒的模具设计，制件选用ABS材料。
通过对塑件进行工艺的分析和比较，针对肥皂盒的具体结构，该模具是限制性侧浇口的单分型面注塑模具，采用一模两腔形式。
从具体模具结构出发对模具的浇注系统，模具成型部分结构，顶出系统，冷却系统，注塑机的选择及有关参数的校核，都有详细的设计，同时简单的编制了模具的加工工艺，通过设计表明该模具结构合理，具有一定的推广价值，本次设计通过一副注塑模具来生产肥皂盒塑料件产品以实现自动化提高产量。
关键词：
肥皂盒，单分型面注塑模，限制性侧浇口，ABS
Abstract
Thistopicaimedatthemolddesignofsoapboxes,TheworkpieceusesABSasthematerial.Throughthetechnologyofplasticpartsforanalysisandcomparison,Forthespecificstructureofthesoapboxes.thedieisthepointoftheonetypeinjectionmoldsurfaceandRestrictivesidegate.Themouldlayoutformofone-mouldtwo-cavitywasappliedtothisdesign.Thedesignprocessfromtheproductstructure,thestructureofthespecificdie,runningsystem,moldformingpartofthestructure,theroofsystem,coolingsystem,thechoiceofinjectionmoldingmachinesandrelatedparametersofthecheck,havethedetaileddesign,Andtheestablishmentofasimplemoldprocessingtechnology.Thedesignshowedthatthestructurewasreasonableandvaluableforspread.thisdesignisaninjectionmoldtoproducesoapboxpieceofplasticinordertoachieveautomationtoincreaseoutput.
Keywords:
Soapboxes,Plasticmolds,Restrictivesidegate,ABS
第一章绪论
1.1引言：
肥皂盒是日常用品，几乎家家户户都有，商店里出售的肥皂盒也是各式各样，丰富多彩，有很特别的设计以赢得消费者的喜爱。
此次设计的是肥皂盒底座，结构比较简单，但考虑的是其实用性。
为了防止香皂遇水软化，将底座设计成了中间凸起的曲面，并在底座水平放置面处开了漏水孔。
本次设计的肥皂盒模具采用一次注塑成性，用推杆推出制件，从而保证肥皂盒的整体性。
近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所占比例越来越大。
注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。
在现代塑料制品的生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素。
尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺的要求，塑料制品使用要求和造型设计起着重要的作用。
高效的全自动设备只有配上适应的模具才能发挥作用，随着塑料制品的品种和产量需求量的增加，对塑料模具也提出了越来越高的要求，促使塑料模具不断的向前发展。
模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一。
1.2我国塑料模具发展状况
塑料模具近年来在我国有了很大的发展，大量新技术，新工艺，新材料得到推广应用国际先进技术的引进，尤其是计算机技术和数控加工的飞速发展和在传统制造业中的应用，更加快了模具行业的发展。
模具设计正从过去的传统经验，手工绘图，发展到今天通过人机对话，能迅速设计出模具的总图，运用模具CAE可以模拟在模具中的流动状态，确定浇口位置，克服塑料成型中可能出现的问题。
而模具CAE的广泛应用更使模具向大型，精密，复杂发展，模具制造周期也大大缩短。
跟国外相比，我国模具产品结构很不合理，我国模具产品结构中冲压模具约占50%，塑料模具约占34%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占10%；发达国家对发展塑料模比较重视，塑料模所占比例一般为40%；大型、精密、长寿模具所占比例为50%以上，而我国仅为25%；我国主要模具生产能力集中在各主机厂的模具分厂内，所产模具商品化率很低，模具自产自销比列高达60%-70%，而国外70%以上是商品模具。
国内外模具的质量水平不可同日而语，开发能力和经济效益仍有差距。
但我国加入WTO后，给塑料模具产业带来了巨大的挑战和机会。
促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。
所以我国塑料模具生产企业更应该抓住机遇，重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。
随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持
左右的水平。
“十一五”期间，在科学发展观指导下，国内模具企业将进一步深化改革，下功夫搞好科技进步与创新，坚持走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型的轨道上来，模具工业必将得到又好又快的发展。
1.3塑料注射模具的主要工作内容
本次设计以单分型面注射模具为主，主要内容包括所设计塑件的说明、注塑机的选用、塑料注射模具设计、五张零件图和一张装配图的绘制。
设计过程如下：
1.设计前的准备工作
（1）熟悉塑件：
塑件的几何形状、塑件的使用要求、塑件原料的特性；
（2）检查塑件的成型工艺性；
（3）明确现有注射机的型号和规格（若没有应查手册选用）；
2.注射模具结构的设计步骤
（1）确定型腔的数目
（2）选择分型面
（3）确定型腔的布置形式（4）确定浇注系统
（5）确定脱模方式（6）确定调温系统的结构
（7）确定凹模和型芯的固定方式（8）确定排气形式
（9）决定注射模的主要尺寸（10）选用标准模架
（11）绘制模具的结构草图（12）校核模具与注射机有关尺寸
（13）注射模结构设计的审核（14）绘制模具的装配图
（15）绘制模具零件图（16）复核设计图样
3.注射模具的审核
（1）基本结构方面的审核
（2）设计图纸方面的审核
（3）注射模设计质量方面的审核（4）装拆及搬运条件方面的审核
第二章塑件工艺分析
图2-1肥皂盒三维图
图2-2肥皂盒尺寸图
2.1塑件尺寸结构分析
（1）零件名称：
肥皂盒
（2）设计要求：
①生产批量：
大批量
②材料：
ABS
③未注公差取MT5级精度
如图2-1所示，肥皂盒是家庭的一个日常用品，生活较为常见，它的材料采用
ABS，年需求量4000件，计划生产3年。
要求它有一定的美观性，结构合理，尺寸适中，现要求设计它的注塑模具工艺。
高级肥皂盒二维尺寸图标注如图2-2所示：
图2-2肥皂盒尺寸图
（1）ABS塑料的材料特性
ABS是一种新型工程塑料。
具有综合的优良性能（坚固、坚韧、坚硬），价格便宜，原料易得，是目前产量最大、应用最广的一种工程塑料。
ABS是微黄色或白色不透明粒料，无毒、无味。
ABS由三种成分组成，具有良好的综合力学性能。
在机械性能方面，ABS具有质硬、坚韧、刚性好。
有一定化学稳定性和良好的介电性能。
它还有很好的成型加工性能以及能与其他塑料和橡胶相混熔的特点。
ABS塑料的表面可以电镀。
塑件原材料的性能与用途分析如表2-3所示：
表2-3塑件原材料的性能与用途分析
塑料
品种
成形特点
使用
温度
模具设计注意事项
性能特点
主要用途
ABS
成型性能好，
成型前要干燥，
容易生熔接痕，
浇口处外观不好
<70℃
分流道及浇口
界面要大，
注意浇口的位置。
防止熔接纹，
在成型时的
脱模斜度>2,
收缩率取>0.5%
综合机械性能好，
但耐热性能较差，
吸水性较大，
化学稳定性较好
应用广泛，
如电器外壳、
汽车仪表、
日用品等。
再根据常用热塑性塑料注射成型的工艺参数表可知ABS的注射成型工艺参数如表2-4所示：
试模时，可根据实际情况作适当调整。
表2-4ABS塑料的注射成型工艺参数
参数
取值范围
选取数值
密度
1.02～1.05g/cm2
1.03g/cm2
收缩率
0.3%～0.8%
0.50%
温度
喷嘴
180～190
180
料筒
210～230
220
模具
50～70
60
压力
注射
70～90
80
保压
50～70
60
时间
注射
3～5
3
保压
15～30
20
冷却
15～40
30
总计
40～70
48
塑件的结构较简单，考虑到经济效益，所以模具采用一模两腔的形式。
对于设计盒盖注塑模具，有以三个成型方案可供选择：
（1）模具总体的设计方案
方案一：
采用一模两腔，采用直接浇口，浇口设置在肥皂盒底部，用推杆脱模机构脱模。
方案二：
采用一模两腔，分型面设在塑件中心平面处，采用点浇口，浇口设底部中心处，用推杆脱模机构脱模。
方案三：
采用一模两腔，分型面设在塑件中心平面处，采用侧浇口，浇口设塑件分型面处，用推杆脱模机构脱模。
（2）设计方案的分析
方案一：
其采用的浇口选用不合理，因为肥皂盒属于薄壁零件，注射压力直接作用在塑件上，容易在进料处产生较大的残余应力而导致塑件翘起变形。
故方案一不合理。
方案二:
其选用的浇口类型不合理，采用点浇口虽然有利于保持塑件表面质量，但其模具比较复杂，需要用到三板式模具才能取出浇道凝料。
方案三：
其浇口设在分型面处，从塑件外侧进料，能方便调整充模时的剪切速率和封闭时间，浇口去除方便，断面尺寸小，对模具要求也不高，满足经济性。
由于塑件外观质量有一定的要求，外表面不允许出现划伤、气泡、缩孔等缺陷，且要求较低的表面粗糙度值，不适合中心浇口和直浇口，故优先考虑采用侧浇口。
另外为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，经综合考虑，采用方案三为佳。
综上所述，最终确定的成型方案为方案三。
第三章塑料注塑模结构设计
3.1型腔数目和分布
在此部分，确定型腔数目时要考虑的因素：
（1）满足注射机的最大注射量
（2）锁（合）模力
（3）塑件精度（4）经济性来
型腔数目的确定：
由于塑件的形状简单，重量较轻，且生产批量大，所以应使用多型腔模具。
综合分析本设计采用一模二腔、平衡布置。
这样模具的尺寸较小，生产率高，塑件质量可靠，成本较低。
3.2分型面的选择
塑件的分型面应位于截面尺寸最大的部位，本实例中塑件的分型面选取如图3-1所示。
这样选取的塑件的外表面可以在整体的定模型腔内成型，表面质量好，而且塑件脱模方便。
图3-1分型面选取
3.3确定型腔和型芯的尺寸
现设制品的名义尺寸LS是最大尺寸，其公差按规定为负值“-Δ”；凹模的名义尺寸LM是最小尺寸，其公差按规定为正值“+δZ”现由公式可得：
（3-1）
图2-2肥皂盒尺寸图
式中，“Δ”前的系数（此处为0.5）可随制品的精度和尺寸变化，一般在0.5～0.75之间，ABS的收缩率S为0.005.制品偏差大则取小值，偏差小则取大值。
3.3.1凹模尺寸计算
（1）凹模的径向尺寸LmABS塑件的精度一般为4级，模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.24mm；取x=0.75，ABS塑料的收缩率在0.3～0.8%，取0.5%。
（3-2）
图2-2肥皂盒尺寸图
凹模径向尺寸
mm
（3-3）
图2-2肥皂盒尺寸图
径向尺寸102的公差值为0.82mm，模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.27mm；取x=0.75。
塑件径向尺寸
mm
（2）凹模的深度Hm
塑件高度尺寸15mm的公差值为0.38mm，模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.13mm；取x=0.5
（3-4）
图2-2肥皂盒尺寸图
3.3.2型芯尺寸计算
（1）型芯的径向尺寸lm
模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.24mm；取x=0.75。
ABS的收缩率为0.3～0.8%，取0.5%。
（3-5）
图2-2肥皂盒尺寸图
型芯径向尺寸
mm
（2）型芯的高度hm
模具最大磨损量取塑件公差的1/6；模具的制造公差δz=Δ/3≈0.08mm；取x=0.5。
ABS塑料的收缩率为0.3～0.8%，取平均收缩率为0.5%。
（3-6）
图2-2肥皂盒尺寸图
型芯高度
mm
3.4型芯和型腔的结构
确定型腔和型芯的结构形式：
型腔、型芯可分别有整体式和组合式两种形式。
由于塑件的结构简单，型腔加工容易，所以选用整体式型腔和组合式型芯。
在定模板上直接加工型腔。
（1）型芯的结构采用组合式型芯
如下图所示：
图3-2组合式型芯
3.5浇注系统的设计
根据肥皂盒塑件的特征，选用浇注系统为限制性侧浇口的单分型面多型腔注射模，采用侧浇口基本不影响塑件外观。
3.5.1主流道设计
主流道与喷嘴的接触处多作成半球形的凹坑。
二者应严密接触以避免高压塑料的溢出。
查《模具课程设计指导》表5-48得XS-ZY-125型注射机喷嘴前端孔径
=
mm；喷嘴前端球面半径
。
模具浇口套主流道的球面半径
与注射机喷嘴的球面半径
的关系为：
；模具浇口套主流道小端面直径
与喷嘴出口直径
的关系为:
。
主流道尺寸：
根据所选注射机，则主流道小端尺寸为:
；
主流道球面半径为:
。
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥角
，取
。
3.5.2分流道设计
（1）分流道的截面形状：
通常分流道的断面形状有圆形、
矩形、梯形、U形和六角形等。
为了减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，我们这里就选用圆形分流道，如图六。
因为圆形截面分流道的效率是分流道中效率最高的，固选它。
图3-3圆形流道
（2）分流道尺寸
①分流道长度
。
②截面尺寸
对于壁厚小于
，质量在
以下的塑件，可采用下面经验公式来确定截面尺寸，即:
（3-7）
图2-2肥皂盒尺寸图
，
取
；
（3）凝料体积
分流道长度:
；
分流道截面积:
；
凝料体积:
（4）分流道剪切速率校核
采用经验公式
，（3-7）
在
之间，剪切速率校核合格。
式中
，
。
——注射时间，取
；
——截面面积（
）；
——截面周长（
）
（5）分流道的表面粗糙度
分流道的表面粗糙度
的要求并不是很低,一般取
即可，在此模具中取
。
3.5.3浇口设计
本模具采用改进型侧浇口进行注射成型。
侧浇口具有形状简单，便于加工及调整尺寸，浇口位置选择灵活，去除浇口方便、痕迹小，精度容易保证等特点。
通过改变截面尺寸可以调整熔体的充模速度与浇口的凝结时间，以达到良好的充模状态，可以用于各种塑料，但不足的是必须进行去浇口处理，增加成本。
下面介绍一种可以通过开模过程自动与塑件分离、在
图3-4限制性侧浇口示意图
塑件上残留痕迹很小的侧浇口，也可称之为限制性
侧浇口，浇口尺寸如图3.3所示。
这种侧浇口在形状设计与加工上,应确保浇口凝料的最薄弱部分在塑件的表面，这样在开模时，很容易将浇口切断且不留痕迹应用这种浇口便于塑件成型，能降低塑件的表面粗糙度值，改良浇口附近的流动及痕迹，提高物理性能等。
图3-5冷料穴
1—定位圈2—冷料穴
3—推杆4—动模板
为了加工方便和缩短封闭时间，所以浇口应开设在塑件分型面处，从塑件的外侧进料。
3.5.4冷料穴设计
冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。
其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。
我们这里选用与推出杆匹配的倒锥形冷料穴,冷料穴开在主流道的末端对面的动模板上，直径稍大于主浇道直径，便于冷料的进入。
，其结构如图3-5。
3.5.5拉料杆的设计
图3-6拉料杆
图3-7拉料杆
冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。
其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。
冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。
浇口套出料口直径为8mm，取拉料杆的直径与出料口相等8mm。
拉料杆上部选用钩头Z字形结构。
材料选用45#钢，淬火处理HRC40~45，表面粗糙度Ra1.6。
与动模板的配合H8/f8，外径尺寸取8mm。
图3-7定位圈
3.5.6定位圈的设计
XS－ZY－125注射机的固定模板上定位孔直径为
100mm。
定位圈的外径取100mm，厚度15mm，定位圈的固定使用M6内六角螺钉，如图3-6所示，定位圈的材料选用普通碳素结构钢A3，不需热处理。
3.6推出机构设计
由于塑件形状简单，所以采用普通推出机构中的推杆推出方式。
每个制件用四根顶杆顶出，其结构简单，推出可靠。
图3-8推杆
组成注射模的推杆推出机构的零件有：
推杆、复位杆、
推板导柱、推板导套、推板、推杆固定板、固定螺钉、支承钉。
（1）推杆
推杆的直径选6mm，采用圆柱形结构，长度由模板厚度和塑件的推出距离决定，取105mm。
推杆材料选用，优质碳素结构钢45号钢，淬火处理，低温回火，HRC45-50,表面粗糙度Ra1.6，与型芯的配合为间隙配合H8/g7。
图3-9推板导套
（2）复位杆
复位杆的直径选8mm，采用圆柱形结构，长度由模板厚度和塑件的推出距离决定，取105mm。
（3）推杆材料选用优质碳素结构钢45号钢，淬火处理，低温回火，
HRC45-50,表面粗糙度Ra1.6，与动模板的配合为间隙配合H8/f8。
（4）推板导套
图3-10推板导柱
材料选用碳素工具钢T8A淬火处理HRC45~48。
尺寸结构如图3-9所示
（5）推板导柱
尺寸结构如图3-10所示：
材料选择：
碳素工具钢T8A
热处理为淬火处理硬度HRC52-55
（6）推板
推板长、宽、厚分别230、180、15mm为采用普通碳素结构钢A3。
（7）推杆固定板
推杆固定板的结构如下图所示，长、宽、厚与推板相同，分别为230、180、15mm，采用普通碳素结构钢A3。
（8）固定螺钉
选用M6内六角螺钉，长度为20mm。
（9）支承钉
支承钉工作部分的直径为20mm,高度为10mm。
下面直径12mm，材料选用45号钢，调质处理HB270-290。
3.7合模导向机构设计
为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。
导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。
（1）导柱的设计
选用阶梯型导柱，导向部分直径25mm,高度35mm,倒角高度5mm。
图3-11导套
为减小导柱导套的磨擦，在导柱上开设油槽。
材料选用碳素工具钢T8A,淬火处理HRC45~48。
表面粗糙度Ra0.8。
（2）导套的设计
选用台肩型导套，导向部分直径25mm,高度40mm,壁厚5mm,
台肩高度5mm。
结构如图3-10所示，材料选用碳素工具钢T8A,淬火处理HRC45~48，表面粗糙度Ra0.8。
3.8排气系统的设计
塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气，除此以外，塑料熔体会产生微量的分解气体。
这些气体必须及时排出。
否则，被压缩的空气产生高温，会引起塑件局部碳化烧焦，或塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降，甚至充模不满。
注射过程中，浇注系统和模腔内的空气以及塑料熔体分解放出的少量气体和低分子挥发物必须及时排出。
常见的排气方式有:
①排气槽排气;②分型面排气;③拼、镶件缝隙排气;④推板间隙排气;⑤粉末烧结合金块排气;⑥强制排气。
由于塑件的尺寸适中，为薄壳型塑件，模具型腔空间较小，排气量不大。
另外模具的推杆较多，形成的排气通道较多，所以可利用推杆与模板间的缝隙排气。
3.9模具温度调节系统设计
3.9.1冷却水道的形式
采用水冷的方式进行冷却，即在模具型腔周围设冷却水通道，使水在其中循环，带走热量，维持所需模温。
根据塑料制品的形状及其所需冷却温度的要求，结合冷却装置的设计要求，对冷却水道的布局进行合理的设计，由于材料收缩率较大，应沿其收缩方向设置冷却水道，可抑制收缩，防止变形，塑件属薄壁塑件，水道开设在型腔上，可采用竖向排列。
由于塑件属于浅型腔件，这里选用型腔冷却水路，能较好地对制件进行冷却。
3.9.2冷却计算
（1）结晶型塑料最大中心层温度达到固熔点时所需的冷却时间：
查表2-4得ABS的冷却时间在15~40s之间。
这里取30s。
（2）冷却水量及冷却水道计算
假设由熔融塑料放出的热量全部传给模具，其热量为：
冷却时所需的冷却水量：
根据冷却水处干湍流状态下的流速v与水管道直径d的关系，确定模具冷却水管道直径d
3.9.3冷却管传热面积及数量设计
公式为：
在模具上应开设的冷却水管孔数：
第四章模架的选择及模具工作原理
4.1模架的设计
（1）选择标准模架型号
图4-1模架及尺寸图
中小型模架国家标准有四种基本型的结构。
因为采用整体式型腔和组合式型芯，所以选用A2型标准模架，如右图所示。
（2）模架尺寸
模具的长度为座板的长度，在动模板长度的上两侧各加上压板空间尺寸20mm。
即：
300+40=340mm，模具宽度与动模板一致（200mm）。
高度要求与注射机要求的最大、最小模具厚度适应，XS-ZY-125注塑机要求：
最大模具厚度300mm，最小模具厚度200mm，模具厚度确定为H=220mm。
如图4-1所示。
（3）动模板设计
①动模板设计尺寸为：
300×200×30mm.材料为A3钢。
②动模垫板设计尺寸为：
300×200×30mm.材料为A3钢。
③动模垫块尺寸为：
200×30×70mm.材料为A3钢。
④动模座板尺寸为：
340×200×25mm.材料为A3钢。
（4）定模板设计
①定模板的设计尺寸为：
300×200×40mm.材料为碳素工具钢淬火处理中温回火HRC45-50。
②定模座
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