塑料肥皂盒模具设计.docx

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塑料肥皂盒模具设计

塑料肥皂盒模具设计

学院：

机械工程学院

班级：

机自12101班

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

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本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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日期：

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涉密论文按学校规定处理。

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日期：

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注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

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2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

3）其它

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

目录

摘要I

AbstractII

第一章绪论1

1.1引言1

1.2我国塑料模具发展状况1

1.3本次设计塑料注射模具的主要工作内容2

第二章塑件工艺分析3

2.1塑件尺寸结构分析3

2.2塑件原材料分析4

2.3初步拟定模具成型方案5

第三章塑料注塑模结构设计6

3.1型腔数目和分布6

3.2分型面的选择6

3.3型芯和型腔的结构8

3.4确定型腔和型芯的尺寸6

3.5浇注系统的设计9

3.5.1主流道设计9

3.5.2分流道设计9

3.5.3浇口设计10

3.5.4冷料穴设计11

3.5.5拉料杆的设计11

3.5.6定位圈的设计12

3.6推出机构设计12

3.7合模导向机构设计13

3.8排气系统的设计13

3.9模具温度调节系统设计14

3.9.1冷却水道的形式14

3.9.2冷却计算14

3.9.3冷却管传热面积及数量设计14

第四章模架的选择及模具工作原理16

4.1模架的设计16

4.2模具总装图及工作原理17

第五章注射机选择及校核19

第六章总结与展望21

参考文献22

致谢23

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

2.2塑件原材料分析

（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

2.3初步拟定模具成型方案

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Lm

　ABS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