肥皂盒注射模具设计(定稿).doc

塑料注射模具设计任务书

设计课题： 肥皂盒注射模具设计

机械工程学院 （院）系 模具与制造

专业 09级别

学生姓名： 杨明玉

指导老师： 刘峥

起至时间： 2012.1.2-10

前言
此模具设计使用说明书，是在老师的指导以同学的协作，运用了个人当前所学所问所查。从设计中收益匪浅、又学到学到了很多新的知识，增强了动手实践、动脑思考的能力。本书的主要内容及设计思路大体可以分为一下特点：
一、 设计思路 主要根究塑料件及材料的工艺性分析，到用采用合理注塑的工艺方案分析，再到模具的具体材料、尺寸、等技术要求，以及根据计算数据选择合理模具设备，最后是模具的安全使用既维护。
二、 主要内容及重难点 共有几个大章节（冲裁件的工艺分析、注塑的工艺方案分析、计算、模具高度的确定、模具零部件设计、模具简图） ，其难点和重点是计算，凸凹模尺寸等。以及模具零部件的设计和标准间的选用，根据数据作出图，最后得到完整的模具简图。
三、 说明说的格式要求 目录、参考文献、结束语
在一学期的学习中，以及老师同学的帮助中，该书顺利的完成，但由于个人的设计经验局限，可能存在一些不完善之处，敬请老师及各位读者批评指正。

目录

一 塑件分析 5
1、塑件的使用分析： 5
2、塑件的性能分析： 5
4、塑件的尺寸、精度和表面质量分析： 6
5、塑件的几何形状； 6
二 模具结构设计 6
1、分型面的确定 6
2、型腔的布局 7
3.浇注系统的设计 7
4、注射机的选择 11
5、成型零件的结构设计 11
6、成型零件工作尺寸计算 12
7.型芯尺寸计算： 12
8.凹模深度和型芯高度尺寸计算： 12
三、推出机构设计 13
1、结构方式 13
2、设计要求 13
四.模具冷却系统的设计 14
五、模具型腔的强度和刚度的校核 15
六、开模行程的校核 15
七、型腔壁厚和底板厚度计算 16
八、导柱导向机构的设计 16
九、脱模机构的设计 17
十、温度调节系统的设计 17
十一、模具闭合高度的确定 18
十二、模架的选择 18
参考文献 23

设计内容
备注

一 塑件分析
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种各样，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，并在底座水平放置处开了漏水孔
1、塑件的使用分析：
适用于制作一般的家用产品。

2、塑件的性能分析：
综合性能较好，冲击韧度、力学强度较高，，尺寸稳定；耐化学性，电性能良好，易于成型和机械加工，与372有玻璃的熔接性良好，可作双色成型塑件，且表面可以镀铬。

3、PVC成型特性：
成型收缩率：0.6-1.5%
产品需要预热到70-90℃，预热时间为4-6小时
成型温度：230-330℃ 成型时间为40-130秒
1、 无定形料，吸湿性小，但为了提高流动性，防止发生气泡则宜先干燥。
2、 流动性差，极易分解，特别在高温下与钢、铜金属接触更易分解，分解温度为200℃，分解时有腐蚀及刺激性气体。
3、 成型温度范围小，必须严格控制料温。
4、 用螺杆式注射机及直通喷嘴，孔径宜大，以防死角滞料，滞料必须及时处理清除。
模具浇注系统应粗短，浇口截面宜大，不得有死角滞料，模具应冷却，其表面应镀铬

《塑料成型模具与设备》（夏江梅主编）P28表2—3，

《塑料成型模具与设备》（夏江梅主编）P37表2—5，

5）模具设计时要注意浇注系统选择浇口位置、形式，顶出力过大或机械加工时塑件呈现白色痕迹，但是在热水中可消失，脱模斜度宜取2°以上。

4、塑件的尺寸、精度和表面质量分析：
该塑件尺寸较小，尺寸为：68 x 38 x0.8mm，表面无浇口痕迹塑件精度高与低取决于模具精度、成型工艺及使用的材料：a模具的制造精度及装模精度；b成型时工艺条件的变化，飞边厚度的变化，脱模斜度及注塑压力和注塑时间；c塑件收缩率的波动。
该塑件为面板，其塑件的材料为料为聚丙烯（ABS），采用一般精度4级，即IT4.
避免表面缺陷，表面光泽性和表面粗糙度根据使用要求确定。

5、塑件的几何形状；
由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧抱住模具型芯或型腔中凸出部分，为了便于塑件从模具中脱出，与模具方向平行的塑件表面应有足够的脱模斜度
由塑件脱模斜度可知：凹模脱模斜度：40,-120
型芯脱模斜度：35,-1
由图纸及设备要求，取脱模斜度为1，
根据制品的材料、功能要求和尺寸精度要求，该制品可采用注射成型。

二 模具结构设计

1、分型面的确定
根据对塑件的分析，该制品的制作采用一个分型面，且与注射机开模运动方向相垂直的分型面；采用平行的分型面，分型面设在端面尺寸最大的部位。
由于该模具为小型塑件，不用单独设置排气孔装置，均可利用分型面间隙或推杆与孔的配合间隙进行排气，利用间隙排气时，间隙大小以不发生溢料现象为宜，与材料的粘度有关，通常在0.04mm范围内，间隙排气。

2、型腔的布局
（1）确定模具型腔的数目
按成型精度来确定型腔数目N1
N1=+1
=2500-24

根据图纸可得L=68mm
根据经验值知=4%

根据客户的要求及经济性，生产类型，设备的要求和公司的生产实际，该产品的型腔数取1，即采用一模多腔的结构
（2）型腔的布置方式
为了确保塑件表面质量均一和稳定，而表面质量有特殊要求，采用直接浇注即侧浇口
我们的塑件比较小，而我们选择的是平衡式流道系统，型腔的布局为H型。

3.浇注系统的设计
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口冷料穴几部分组成。但经过对该产品的分析需要设置分流道、冷料穴。所谓注射模的浇注系统是指从主浇道的始端到型腔之间的熔体流动通道，其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。因此，浇注系统十分重要。而浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两类。我们在这里选用普通浇注系统。

（1）主流道设计
主流道德形状和尺寸直接影响熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，容易损坏，所以将主流道单独设在一个主流道衬套中，且主流道轴线位于模具中心线上，与注射机喷嘴轴线重合，型腔也以轴线为中心对称布置。
为便于凝料从主流道中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角a=3-6；为了补偿对中误差并解决凝料的脱模问题主流道进料口端直径D1应比注射机喷嘴直径d大0.5-1mm，
主流道进料口端与喷嘴头部以弧面接触定位，通常主流道进口端凹下的球面半径R比喷嘴球面半径r大1-2mm，凹下深度约为3-5mm。
《塑料成型模具与设备》（夏江梅主编）P119见表4-1得D1=4mm，
《塑料成型模具与设备》（夏江梅主编）见附录E得喷嘴球径为R10mm
R=喷嘴球面半径+1～2mm=10+1～2mm=11～12mm
取a=4，H=4mm，见图：

经过对塑件的分析，主流道衬套与定位圈采用一体式，P119图4-13的b图，采用的是与定模座板螺钉加防转销联接，以其受到型腔塑料的反压力而脱出。
（2）、分流道的设计
分流道是介于主流道和浇口之间的一段流道，是浇注系统的核心，分流道通常开设在模具分型面上，有时也可以单独开在动模或定模一侧。
分流道的截面形状，一般有圆形、半圆形、正方形、矩形及梯形，常用的为半圆形，所以采用的是半圆形。
分流道的直径为4.8-9.5mm根据情况选择4.8mm，便于修改。
分流道的长度尽量取短一般在8-30mm，最短不宜小于8mm。

分流道与浇口的连接形式
分流道的布置形式，型腔排列应力求对称，以免模具承受偏载而产生溢料现象，采用平衡式浇口。
（3）浇口的设计，我们塑件为中大批量，一模多件，结构简单，侧浇口在分型面上。
浇口的尺寸确定，浇口的截面形状为矩形。
浇口的厚度通常取塑件浇口处取壁厚的1/3-2/3或0.5-1.5mm
浇口宽度，对于矩形浇口截面，通常按塑件的基本情况而定。
浇口的长度尽量取短，对减少熔体流动阻力和增大流速均有利，通常取0.5-2mm,侧浇口长度取0.5-0.75mm
浇口直径所选浇口为侧浇口，无直径。
浇口位置的选择原则：
1） 应避免料流产生喷射和蠕动等破裂现象
2） 使塑料流动能量损失最小，那么应使填充型腔各部分的流程最短，流料变向最小
3） 浇口位置应开设在塑件断面的最厚处
4） 有利于型腔排气
5） 有利于减少或避免熔接痕
6） 考虑塑件的受力情况
7） 有利于减少塑件的弯曲变形
8） 考虑塑件的外观质量
9） 考虑对型芯或镶件的影响

（4）冷料穴的设计

注射时最先进入注射模的塑料，因接触冷模而使料温下降，若让这部分温度已经下降的塑料流入型腔，则会影响塑件质量，所以需设置冷料穴。根据此塑件的情况看，所用的冷料穴用来收集、储存熔体前锋的冷料兼有开模时拉出流道的凝料，便于脱模的功用。尽量的缩短熔体的流程，有利于排气和补缩，避免填充过程中产生紊流、涡流喷射和蛇形流动，并有利于排气和补缩，防止塑性变形。
1）对于用于储存冷料兼有拉料作用的冷料穴一般设置在主流道正对面的动模板 。常用的冷料穴及拉料杆有以下几种：
①锥形（Z形拉料杆）
②倒锥形和圆环槽形
③球头拉料杆
④分流锥形拉料杆
⑤侧凹拉料冷料穴
我所选的是锥形拉料杆

4、注射机的选择
设塑件的注射量为V，主流道注射量为V主。
由UG分析得塑件的体积为：32286.1135
即V= 32.286
V主=
V主==3.14x12x93.2=42141.312=42.1
V总=V+V主
=32.286+42.1
=74.4
5、成型零件的结构设计
成型零件的结构设计主要考虑成型零件对制品的质量影响，成型零件的加工工艺性，装配工艺性和制品脱模的需要，根据对塑件的材料分析，型腔采用整体结构，减少因型腔拼接后留下痕迹，成型塑件质量较好。型芯也采用整体式的，这样其结构牢固，成型塑件的质量也好。
6、成型零件工作尺寸计算
凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件。根据需要有以下几种结构形式：
整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模，我们的产品属于小型制件，从各方面分析我们可选用组合式凹模-整体嵌入式凹模。
整体嵌入式凹模：于小件一模多腔式模具，一般是将每个型腔单独加工后压入定模中。这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。凹模的外形通常是用带台阶的圆柱形，由台阶定位，以过渡配合嵌入定模板，然后用定模座板将其固定。
（1）凹模和型芯尺寸的计算
已知在给定条件下的平均收缩率Scp，塑件尺寸为（Ls），设凹模尺寸为（Lm），则：
Lm=（Ls+ Ls.Scp%-3/4）
Sz=1/3=0.63x1/3=0.21mm
Scp=0.6%
Lm=（126+126x0.6%-3/4x0.63）0+0.21
=133.0880+0.21mm

7.型芯尺寸计算：
凸模是成型塑件内表面的成型零件，通采用组合式两种类型。我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模-组合装配式凸模，它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成
已知在给定条件下的平均收缩率Scp，塑件的尺寸（Ls）
设型芯尺寸为（Lm），
Lm=（Ls+ Ls. Scp%+3/4）
=（124+124x0.6%+3/4x0.63）0+0.21
=131.9120+0.21

8.凹模深度和型芯高度尺寸计算：
凹模深度计算：
在给定条件下平均收缩率为Scp，塑件高度尺寸
（Hs）
设凹模深度为（Hm）
=0.33mm Sz=1/3=0.11
Hs=200-0.11mm
Hm=（20+20x0.55%-2/3x0.11）=20.0370+0.11mm
塑件孔的深度尺寸（hso）
设型芯高度尺寸为（hm）
=0.33 Sz=1/3=0.11 hs=19
Hm=（19+19x0.55%+2/3x0.33）0-0.11 =19.3150-0.11

在注射成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。模具凹模采用的事整体嵌入式，因此可采用整体式矩形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁厚s和型腔底板厚T

三、推出机构设计
1、结构方式
为了有脱件时不划伤型芯，采用配合凸阶脱模型芯。配合部位的尺寸为0.1-0.2mm。
2、设计要求
（1）配合面应淬火，推出距离不应大于导柱导向长度，即推出距离=塑件高度+5，得H=5.8mm
该塑料为PVC，即溢料值小于等于0.04mm，得配合间隙小于等于0.45mm，取间隙为0.03mm
（2） 推杆推出后，推杆与动模座板之间应留2-3mm空隙，以利于保护模具
（3） 开模时尽量使塑料留在动模一边，以便利用注射机推出装置推出塑件。
（4） 保证塑件脱模时不变形
（5） 保证脱模塑件不损坏
（6） 保证塑件外观良好
（7） 结构尽可能简单、可靠，确保脱模动作灵活，具有足够的强度和刚度，制造方便，零部件更换容易，成本低。
（8） 保证合模时的正确复位
（9） 推杆直径不易过细，一般为φ0.8∽12mm，以保证足够的强度。φ3mm以下的推杆，应做成两段，即推杆下部分加粗以增加强度。
（10） 推杆的端面在装配后应比型腔或镶件的平面高0.05∽0.1，以免影响塑件以后的使用，推杆应设置在推件阻力大的地方，尽量使退出的塑件受力均匀，但不应该和型芯距离过近，以免影响强度。
（11） 推杆以其配合孔或型芯孔一般采用H8/f8的配合，并保证一定的同轴度。配合长度取推杆直径的1.5∽2倍，通常不小于12mm。
（12） 在确保塑件质量与顺利脱模的前提下，推杆数量不宜过多，以简化模具和减少对塑件表面质量影响。避免推杆与侧抽芯机构发生冲突。

四.模具冷却系统的设计
模具温度及其波动对塑件的收缩率、变形、尺寸稳定性、机械强度、应力开裂和表面质量均有影响，所以冷却系统的设计是很重要的。
冷却回路的选择：
采用直流式，即在型芯和型腔附近钻冷却水孔，这是常用的方法，其结构简单、制造方便，适合成型面积较大的塑件。

五、模具型腔的强度和刚度的校核
（1）该设备中选用的是整体式凹模，查表可得型腔壁厚S=25
根据凹模的材料（T8A）可知，型腔压力小于4MPa，L大于等于1.5b，所以在该计算结果中数值乘以1.5-1.6
b=19 L1=70
由表4-18得底板厚度h=（0.12-0.13）b=（0.12-0.13）x19=2.28～2.47mm
即h=3.42～3.952mm
根据经验知，只需校核强度
又因为q/L=236.13/390=0.6大于0.41 所以可知
=
W—系数 q/L=0.5得w=0.148
B—边长比 =b/L=19/70=0.28
P—型腔压力 取30MPa
得==43.4
根据材料分析，凹模选用T8A，查表知【】=160MPa
可得小于【】
所以模具型腔的强度符合要求。

六、开模行程的校核
注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，本模具为霜分型面注射模，所需开模行程为：

式中，-塑件推出距离；
-包括浇注系统在内的高度；
-注射机移动板最大行程；
-所需要开模行程；
-中间板与定模的分开距离
计算得： H=H1+H2+a+（5-10）=5+70+5+10=105mm
可知开模行程满足模具的要求

七、型腔壁厚和底板厚度计算

在注射成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足

够的强度和刚度。模具凹模采用的事整体嵌入式，因此可采用整体式矩形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁厚s和型腔底板厚T
S=5+10=15mm
T=5+5+5+15=30mm

八、导柱导向机构的设计
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。导向机构的形式如图所示：

九、脱模机构的设计
在注射成型的每一个循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中这种推出塑件的机构成为脱模机构。脱模机构的分类很多，我们采用的是混合分类中的一种:推件板一次脱模机构，因为此机构是最简单、最为常用的一种，具有制造简单、更换方便、推出效果好等优点，在生产实践中比较实用和直观。

十、温度调节系统的设计
塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以达到理想的温度要求。
一般注射模内的塑料熔体温度为左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。在注射过程中，塑件的冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模具型腔起到可以开模取出塑件时止的这一段时间。这一时间标准常以制品已充分固化定型而且具有一定的强度和刚度为准，这段冷却时间一般约占整个注射生产周期的。
根据塑料制品形状及其所需的冷却效果，冷却回路可分为直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、喷射式、隔板式等，同时还可以互相配合，构成各种冷却回路。其基本形式有六种，我们这里选用的是简单流道式。由塑料成型工艺及模具设计查询可得，的单位质量成型时放出的热量为。放出热量为其中，的热量被凹模带走，由型芯带去。简单流道式即通过在模具上直接打孔，并通以冷却水而进行冷却，是生产中最常用的一种形式。

十一、模具闭合高度的确定
根据计算查表（）可知选用的标准模架。模架尺寸为。
组成模具闭合高度的模板及其他零件的尺寸有：
定模座板为
动模座板为
定模板为
推件板为
型芯固定板
支承板为
垫块为，
其中（为推杆固定板的厚度，推板的厚度）
可知模具闭合高度为H=20+35+30+20+40+20+30=220mm

十二、模架的选择
注塑模架由模具的支承零件、导向装置和推出机构组成
根据这些零件的计算的选出的模架是220mmX350mmX300mm

《塑料成型模具与设备》（夏江梅主编）P42表2—8，取一般精度4级

《塑料成型模具与设备》（夏江梅主编）P45表2-9

见P143或4-8
见表2-7
塑件尺寸公差为0.38mm
X-塑件的尺寸公差（mm）
L-塑件的基本尺寸(mm)
-尺寸误差百分比

《塑料成型模具与设备》（夏江梅主编）P121页表4-2

一、 塑料成型工艺卡
塑件名称
肥皂盒
颜色
白色
塑件图

成型设备型号
xs-z60
材料牌号
PVC
参考文献

原 材 料
原材料缩写
PVC
填充物及含量
无
收缩率
0.6-1.5%
粘度指数
1
剪切速率

剪切应力

参考文献

材 料 预 处 理
干燥设备名称
热风循环干燥箱
温度/℃
80-90
时间/h
2小时
参考文献
中国注塑网
成 型 工 艺 过 程
料筒温度
后段/℃
180-200
中段/℃
210-230
前段/℃
200-210
喷嘴温度/℃
180-190
模具温度/℃
60-80
熔体温度/℃
130-160
注射时间/s
20-90s
保压时间/s
0-5s
冷却时间/s
5s
注射压力/MPa
70-90Mpa
保压压力/MPa
150Mpa
型腔压力/MPa
200Mpa
参考文献
中国注塑网
后 处 理
后处理方式
烘箱
温度/℃
70
时间/min
2--4
参考文献

二、 塑料模具设计说明卡
模 具 设 计 说 明 卡
订货单位
订货单位地址

其它
模具交期

订货单位名称

使用单位

交货地点

模具价格

制品
名称
面板
模具主要结构形式
模具结构形式
大水口
使用材料名称
苯乙烯-丁二烯-丙烯晴共聚体
每模穴数
4
成型收缩率
0.4-0.7%
模具价格

色调
透明性
不透明
顶出方式
推杆
对
色别
黑色
推板（型芯除外）
无
制品单件重量
0.8克
推管
无
制品投影面积
140
压缩空气

注塑机

注塑机制造厂商

并用

注射量
60mpa
其他

锁模力
45mpa
流道
方式
分流道
型式

形式

导柱间距
横向

唧嘴方式
对
纵向

顶出孔孔径
4mm
浇口
种类、位置
侧浇口
模具厚度
最大
300mmX350mm
形状、尺寸
圆形 0.5mm
最小

侧向分型机构
种类

定位孔直径
100mm
脱模方式
斜顶
唧嘴孔径
R10
加热冷却方式
冷却水路
唧嘴圆弧
R15
有无特种加工
无
提供条件

是否电镀
无

主要材料
无

设计总结
本次课题设计让我系统地巩固了所学的课程，通过课题设计使我更加了解到注塑模具加工在实际生产中的重要地位。
从2010年起，系统地巩固了如：《注塑成型模具与设备》、《机械制图》、《机械制造基础》、《模具加工工艺》等多门课程。从分析零件图到模具的设计与装配图的绘制，在指导老师的带领下，自己认真的设计制作。
在这次课题设计中通过参考、查阅各种有关冲压模具方面的资料，特别是注塑模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对注塑模具的认识有了一个质的飞跃。使我对模具设计的整个过程，主要零件的设计，主要工艺参数、工作尺寸的计算，注塑模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。注塑模具在当今社会生活中运用得非常广泛，掌注塑握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。
总之，本次课题设计，我学到了很多，也是我架起“工作”的关键一步，检验了我学习的成果，文中上述所有内容主要是在讲述模具设计的整个过程，利用对零件图形的工艺性分析，设计出适合加工零件的模具，以达到生产要求，提高生产效率，塑料工艺性分析、模具结构的确定是模具设计的重要内容，只要合理就可以保证其加工精度及其各项指标要求。

参考文献
1.夏江梅主编.《塑料成型模具与设备》.北京.机械工业出版社.2005
2.屈波主编.《互换性与技术测量》.西安.西安电子科技大学出版社.2007

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