肥皂盒塑料模设计毕业设计.docx

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肥皂盒塑料模设计毕业设计

摘要

本次课题是肥皂盒塑料模毕业设计。

它采用双分型面分型，结构紧凑；采用点浇口，且浇口可以自行脱落；顶出时，由顶杆顶出制品；模具定模上的水道以多支回路分别冷却。

毕业设计论文主要由两部份组成：

注射模具的工作原理及其结构设计；模具各部份尺寸计算。

关键词：

注射模具；肥皂盒；注射；冷却

摘要II

目录III

1.前言1

2.塑件材料的选择1

2.1塑料特性1

2.2肥皂盒材料的选择2

2.3聚氯乙烯的性能2

2.4尺寸精度3

2.5脱模斜度3

2.6壁厚4

2.7表面粗糙度4

2.8模架的选择4

3.注射机的选择及校核5

3.1最大注射量的校核6

3.2锁模力的校核6

3.3注射压力的校核7

3.4模具在注射机上的安装尺寸7

3.5其它尺寸校核7

4.成型总体方案8

4.1塑件性能分析8

4.2注射模结构设计8

4.3模具动作过程9

4.4冷却系统设计9

5.成型零件设计10

5.1型腔数的确定10

5.2分型面的设计10

5.3凹模机构设计11

5.4凸模结构设计11

5.5型腔壁厚计算11

5.6成型工作尺寸计算及脱模斜度的计算12

6.浇注系统设计14

6.1主流道设计14

6.2分流道设计15

6.3浇口设计16

6.4　冷料穴和拉料杆设计16

7.推出机构/合模导向机构设计17

7.1推出机构的结构组成17

7.2　推杆推出机构17

7.3推出机构中附属零部件18

7.4所需脱模力的计算18

7.5导向机构的作用19

7.6导柱导向机构19

8.模具温度调节系统计20

8.1冷却装置设计要点20

8.2冷却水道的形式20

8.3冷却计算21

8.4冷却管传热面积计算21

结束语：

22

致谢23

参考文献24

肥皂盒塑料模毕业设计

1.前言

科学技术的飞速发展，使各种产品的更新速度不断加快特别是消费类电子产品。

新产品更新速度之快更是难以想象。

像手机除功外，漂亮的外观更是吸引众多消费者眼球的原因之一。

更是追求时尚年青人所追求的目标。

本次设计采用传统计算+软件设计相结的方法。

设计开始采用传统方法对有关参数进行计算同时结构实际情况初步选择注射机、模架。

选出合适的浇口位置和分型面。

利用CAD设计出型芯、型腔、道流及重要的模具零件。

随着生活水平的不断提高，人们对消费品的要求也越来越高。

肥皂盒是我们生活中不可缺少的一部分，它作为一种小商品，在市场上的需求空间非常大。

因此人们对肥皂盒的要求也越来越高。

它的质量以及表面粗糙度是我们不容忽视的一个主要方面。

我这次设计的肥皂盒模具采用一次成性，用推杆推出制件，从而保证肥皂盒的整体性。

注塑成型的基本过程

注塑成型是把塑料原料（一般经过造粒、染色、添加剂等处理之后的颗粒）放入料筒当中，经过加热熔化，使之成为高粘度的流体――熔体用柱塞或螺杆作为加压工具，使得熔体通过喷嘴经较高的压力（约为20－85mpa），熔入模具的型腔中，经过冷却，凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。

2.塑件材料的选择

2.1塑料特性

塑料是指以有机合成树脂为主要组成的材料，合成树脂中加入添加剂后可获得改性品种。

塑料的组成如下：

（1）合成树脂

（2）填料或增强材料

（3）固化剂

（4）增塑剂

（5）稳定剂

（6）润滑剂

（7）着色剂

（8）阻燃剂

2.2肥皂盒材料的选择

塑料制件的设计主要根据使用要求进行，由于塑料有着特殊的物理性能，在设计塑件时必须考虑以下几方面的因素：

（1）塑料的物理性能，如强度，刚度，韧性，弹性，吸水性以及对应力敏感性

（2）塑料的成型工艺性，如流动性，填充性。

（3）塑件形状应有利于充模流动，排气，补缩等。

（4）塑件成型后收缩情况及收缩率的大小。

（5）模具的总体结构，特别是抽芯与脱出塑件的复杂程度。

（6）模具零件的形状及其制造工艺。

该塑件材料选用PVC（聚氯乙烯）。

PVC有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，有良好的加工性和染色性能。

2.3聚氯乙烯的性能

聚氯乙烯（PVC）是一种耐寒而不耐热的材料。

（1）聚氯乙烯的使用性能

聚氯乙烯其主要特性如下：

ａ、有较好的抗拉、抗弯抗压和冲击性能

ｂ、质轻

ｃ、在低温下仍保持其机械性能

（2）聚氯乙烯的成型性能

聚氯乙烯在成型温度下容易分解放出氯化氢。

因此，在成型时，必须加入稳定剂和润滑剂，并严格控制温度及熔料的滞留时间。

不能用一般的柱塞式注射机成型成型机成型聚氯乙烯塑料，因为聚氯乙烯耐热性和导热性不好，而用柱塞式注射机需将料筒内的物料温度加到166~193℃，这会引起聚氯乙烯分解。

所以，应采用带预塑化装置的螺杆式注射机注射成型，模具浇注系统也应粗短，进料口截面、宜大，模具应有冷却装置。

（3）聚氯乙烯的主要技术指标

密度：

1.35~1.6g/cm3

拉伸强度：

40~60Mpa

弯曲强度：

80~110Mpa

硬度：

80~100HRB

收缩率：

0.1~0.5%

断裂伸长率：

40~80%

（4）聚氯乙烯的成型工艺参数

注射机类型：

螺杆式

螺杆转速：

20~30r/min

喷嘴形式：

直通式

喷嘴温度：

150~170℃

料筒温度：

170~190℃前段

165~180℃中段

160~170℃后段

模具温度：

30~60℃

注射压力：

80~130Mpa

保压力：

40~60Mpa

注射时间：

2~5s

保压时间：

15~40s

冷却时间：

15~40s

成型周期：

40~90s

塑件结构、尺寸及精度

2.4尺寸精度

塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动和模具制造误差。

由于肥皂盒所需的精度不高，故只采用一般精度即可，聚氯乙烯一般采用6级精度

2.5脱模斜度

脱模斜度的大小与塑件的形状、壁厚及收缩率有关。

一般取30′~1°。

2.6壁厚

由于塑件为中型塑件，其壁厚为2mm。

2.7表面粗糙度

该塑件的表面粗糙度为Ra0.02~1.28μm模腔的表面粗糙度为0.01~0.63μm

图1塑件图

2.8模架的选择

图2模架类型

采用双分型面模具。

3、注射机的选择及校核

粗略计算注塑的总体积为47.32cm3。

根据塑件的实际结构尺寸及成型要求，以及注射机的各参数，现选用XS-ZY-125的注射机可满足注塑量和注射压力的要求。

其各项参数如下：

结构形式：

卧式

公称注塑量：

125cm2

注射压力：

120Mpa

注射行程：

115mm

锁模力：

900kN

模板最大行程：

300mm

模具厚度：

最大300mm、最小200mm

模板尺寸：

315×250mm

锁模方式：

液压－机械

电动机功率：

11kw

拉杆空间：

260×290mm

喷嘴球径：

SR12mm

喷嘴孔径：

Φ4

3.1最大注射量的校核

设计模具时，应使成型制品每次所需的注射总量小于注射机的最大注射量即：

通常，要求注射成型时的总重量应是注射机最大注射量的80％以下，即：

对于螺杆式注射机，其最大注射量是以螺杆一次注射的最大推进容积V表示，它与塑料的品种无关，对于SZY-300查得最大注射量为:

Vmax=210.4cm3

根据公式可得：

式中

－塑件与浇注系统的体积（

）

－注射机的注射容量（

）

0.8－最大注射量利用系数

由计算可得，

＝47.32cm3

因为　47.32＜80%×125

所以满足要求。

3.2锁模力的校核

锁模力是在成型时锁紧模具的最大力，用于实现动定模的紧密闭合，保证塑料制品的尺寸，尽量减少分型面处的溢边厚度和确保操作者的人身安全，成型时，高压熔融塑料在分型面上显现的涨力应小于锁模力。

查得F=3500KN

由计算得：

A=746.4cm2

K取1.2

由表查得型腔平均压力PC=30Mpa

可得

=

因为2687.04KN<3500KN

所以

3.3注射压力的校核

注射机的最大注射压力为102MPa,大于成形制品所需的100MPa注射压力。

3.4模具在注射机上的安装尺寸

模具的长、宽尺寸与注射机模板尺寸和拉杆间距相适应，模具主浇道中心线与料筒，喷嘴的中心线相一致，模具上的定位环与模板上的定位孔之间采用动配合，喷嘴头的凹球面半径Rp喷嘴孔径dn与主浇道衬套的孔径dp之间保持如下关系：

Rp=Rn（1+0.2）

dp=dn+0.5

所以可得：

Rp=12×（1+0.2）=14.4mm

dp=5+0.5=5.5

3.5其它尺寸校核

模具厚度

（1）模具闭合厚度必须满足：

Hmin≤Hm≤Hmax

由于200<280<300

所以模具闭合厚度满足要求

（2）开模行程

对双分型面注射模的开模行程，为取出浇道冷料，开模行程必须增加定模板与型腔板的分离距离。

即：

L≥H1+H2+（5~10）+a

H1=13mm

H2=30mm

a=26.21mm

所以H1+H2+（5~10）+a=79.21mm

L=280mm>79.21mm

4、成型总体方案

4.1塑件性能分析

　制品外形较为简单，为了使模具结构简单，将分型面开设在塑件外形轮廓最大的地方，为不影响其外表，应该选用浇口痕迹小的针点式浇口。

4.2注射模结构设计

（1）注射模浇注系统设计

浇注系统的正确选择是保证塑件外表美观的重要因素，采用一个点浇口，浇口痕迹小，同时，浇口可自动拉断，有利于自动化，点浇口必须设置在盒底起到美观的作用在注射过程中，在点浇口处塑料剪切速率高，使塑料的温度升高，塑料的熔接痕迹小。

（2）注射模型腔的设计

对于塑料模的型腔设计常用的有两种方式：

一种是整体式型腔，另一种是组合式型腔。

整体式型腔结构简单，牢固不易变形，由于塑件外形较简单，故采用整体式型腔可降低成本。

如图：

图3型腔分布

（3）模具的型芯设计

采用整体式的型芯，由于制品有内侧凸部份，在型芯上要开上3条槽。

如图：

图4型芯结构设计

（4）模具脱模机构设计

由于制品比较简单顶杆，所以能直接利用推杆将制件推出。

4.3模具动作过程　

开模时，定模板与定模座板之间首先分型，与此同时，主流道凝料被拉料杆拉出浇口套，而分流道端部的小斜柱卡住分流道凝料而迫使点浇口拉断并带出定模，当定距拉杆去限位作用时，主分型面分型，塑件被带往动模，而浇注系统凝料脱离拉料杆而自动脱落。

如图：

图5分型面位置

4.4冷却系统设计

模具温度应控制在50゜c左右，故在定模和动模上要设置冷却水道。

5.成型零件设计

塑料制件在模具中的位置直接影响到模具结构设计。

型腔的数目及排列方式、分型面的位置确定等决定了塑料制件在模具中的成型位置。

单型腔模具特点：

结构简单，制造成本低，周期短，塑件精度高，工艺参数易于控制，但塑料成型的生产率低，塑件成本高，适用于塑件较大，精度要求高或者小批量生产及试生产。

模具型腔的数量是根据注射机的最大注射量，锁模力以及产品的精度要求，生产经济性来确定的。

5.1型腔数的确定

根据所用注射机的最大注射量确定型腔数：

n＝　（k利G公－G废）/G件

n－型腔数

k利－注射机公称注射量的利用系数

G废－浇注系统及飞边等的塑料质量

G件－一个型腔中塑料质量

n=（0.65×320－27）/394.7

=2.45

由于n<3，故取n=2

如图：

图6塑件在模具中位置

5.2分型面的设计

　分型面的设计原则：

（1）分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处，才能使塑件从模具中顺利地脱模

（2）分型面的选择应有利于塑件的脱模

（3）分型面的选择要保证塑件的精度要求，光滑的表面不应设计成分型面以避免影响外面质量，要求同轴度的部份要放到分型面的同一侧，以保证同轴度要求

（4）分型面作为主要排气渠道，应将分型面设计在熔融塑料的流动走未端，有利于型腔内气体排出

（5）应使模具零件易于加工。

　考虑分型面的选择原则，应将分型面设在制品的外表面处较为合理，且利于模

具加工此图为这个设计的分型面。

先由A-A面分型，料把脱离浇口套。

再由B-B分型面分离，制件脱离型腔。

5.3凹模机构设计

由于型腔的形状简单，采用整体式凹模。

整体式凹模分类：

（1）完全整体式凹模：

它由整块金属材料直接加工而成。

这种形式的凹模结构简单，牢固可靠，不易变形，成型的塑件质量较好，但塑件形状复杂时，采用一般机械加工方法制造型腔比较困难。

因此，它运用于形状简单的塑件。

（2）整体嵌入式凹模：

它将完全整体式凹模变成整体式凹模块直接嵌入到固定板中，或先嵌入到模框，模框再嵌入到固定板中的形式。

5.4凸模结构设计

可分整体式凸模和组合式凸模

虽然塑件的内形比较简单，故采用整体式凸模，可简化加工工艺。

这种凸模的特点是结构牢固，但不便于加工，主要用于工艺试验或小型模具上的形状简单的型芯。

5.5型腔壁厚计算

常用的方法有按强度条件计算和按刚度条件计算两类，型腔强度不足则发生强度破坏，刚度不足则发生过大的强性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度，可见模具对强度和刚度都有要求。

由于制品的尺寸较大，刚度不足是主要问题，故采用刚度计算，要考虑以下几个方面：

（1）要防止溢料；

（2）应保证塑件精度；（3）要利于脱模。

壁厚计算：

型腔底壁厚度

的经验公式得

=（0.11~0.12）b

=0.12×100

=12mm

型腔侧壁厚度

的经验公式得

=0.20×l+17

=0.20×166+17

=36.6mm

5.6成型工作尺寸计算及脱模斜度的计算

（1）型腔内形尺寸的计算

Ls

Lm

29+0.480

76+0.760

830-0.88

920-0.88

44+0.560

50+0.560

60+0.640

1000-0.88

R800-0.76

（Lm）0-0.16=[（1+0.01）×29+0.75×0.48]=29.650-0.16

（Lm）0-0.25=[（1+0.01）×76+0.75×0.76]=77.330-0.25

（Lm）+0.250=[（1+0.01）×83+0.75×0.88]=84.49+0.250

（Lm）+0.250=[（1+0.01）×92+0.75×0.88]=93.58+0.250

（Lm）0-0.18=[（1+0.01）×44+0.75×0.56]=45.10-0.18

（Lm）0-0.18=[（1+0.01）×50+0.75×0.56]=50.920-0.56

（Lm）0-0.21=[（1+0.01）×60+0.75×0.64]=61.080-0.21

（Lm）+0.250=[（1+0.01）×100+0.75×0.88]=101.66+0.250

（Lm）+0.250=[（1+0.01）×80+0.75×0.76]=R81.37+0.250

（2）型芯外形尺寸

Ls

Lm

166+1.360

320-0.52

57+0.640

1000-0.88

R930-0.88

R670-0.76

（Lm）0-0.45=[（1+0.01）×166+0.75×1.36=168.680-0.45

（Lm）+0.170=[（1+0.01）×32+0.75×0.52]=32.17+0.170

（Lm）0-0.25=[（1+0.01）×57+0.75×0.64]=58.050-0.25

（Lm）+0.250=[（1+0.01）×100+0.75×0.88]=101.66+0.250

（Lm）+0.250=[（1+0.01）×93+0.75×0.88]=R94.59+0.250

（Lm）+0.250=[（1+0.01）×67+0.75×0.76]=R68.24+0.250

（3）型芯高度尺寸

Ls

Lm

13+0.360

8+0.320

60-0.28

91+0.880

（Lm）0-0.12=[（1+0.01）×13+0.75×0.36=13.40-0.12

（Lm）0-0.1=[（1+0.01）×8+0.75×0.32]=8.320-0.1

（Lm）+0.090=[（1+0.01）×6+0.75×0.28]=8.32+0.090

（Lm）+0.30=[（1+0.01）×91+0.75×0.88=92.570-0.3

（4）中心距

Ls

Lm

20±0.44

（Cm）±0.22=（1+0.01）×20±0.22=21.01±0.22

5.7　成型表面要求

由于塑件的表面要求不高所以成型表面的表面粗糙度可取Ra1.6~0.4

5.8　成型材料及材性要求

成型零件所用材料要求其有一定的抛光性能，强度、韧性和一定的硬度和耐磨性，耐热性，耐腐蚀性，使用寿命等。

综合考虑，采用45钢可满足模具的要求。

硬度为≥55HRC。

6.浇注系统设计

6.1主流道设计

主流道轴线一般位于模具中心线上，与注射机喷嘴轴线重合，型腔也以此轴线为中心对称布置，在卧式和立式注射机注射模中，主流道轴线垂直于分型面，主流道　断面形状为圆形。

设计要点：

（1）为便于凝料从直流道中拔出，主流道设计成贺锥形，其锥角α＝9。

对流动性差的塑料取α＝3。

~6。

，内壁表面粗糙度Ra小于0.63~1.25

，主流道进口端直径应根据注射机喷嘴孔径确定，喷嘴轴线和注流道轴线对中，为补偿对中误差并解决凝料的脱模问题，主流道进口端直径应比喷嘴大0.5~1mm，主流道进口端与喷嘴头部接触为弧面接触定位，如图，主流道进口端凹下的球面半径，比喷嘴球面半径大1~2mm,凹下深度约3~5mm。

取锥角α＝9。

，内壁表面粗糙度为Ra=1.25

由表查得：

主流道进口端直径D1＝6mm，主流道出口端直径D2=9mm,

由表查得：

喷嘴球径为　SR12mm

喷嘴孔径为　Φ5mm

由此可得主流道进口端凹下的球面半径R2=12＋1＝13mm

凹下深度为4mm

主流道与分流道结合处采用圆角过渡，其半径R为1~3mm以减小

料流转向过渡时的阻力，取半径为2mm。

（3）在保证塑件成型良好的前提下，主流道的长度L尽量短，为了减小压力损失及废料，一般主流道貌岸然长度L不超过60mm,应视模板的厚度，水道的开设等腰三角形具体情况而定。

（4）设置主流道衬套

由于主浇道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，容易损坏，所以不将主流道貌岸然直接开在模板上，而将它单独设在一个主流道貌岸然衬套中，可使易损坏的主流道单独选用优质钢材，延长模具使用寿命和损坏后便于更换和修磨，通常将淬火后的主流道的衬套嵌入模具中。

主流道衬套的形式如图所示。

图7浇口套

使用时用固定在定模上的定位环压住衬套大端台阶，再用2~4个M6~M8的螺钉固定到模座板上，采用T8A类优质钢材，热处理后硬度为53~57HRC，衬套长度与定模板配合部份的厚度一致，但主流道出口处的端面不得突出贡献分型面，衬套与定模板间的配合采用H7/m6。

6.2分流道设计

（1）分流道的形状

分流道的形状尺寸主要取决于塑件的体积、壁厚、形状以及所加工塑料的种类，注射速度、分流道长度等。

过小会降低单位时间内输送的塑料量，并使填充时间延长，塑料出现缺料、波纹等缺陷。

过大，不仅积存空气增多，塑件容易产生气泡，而且增大塑料耗量、处长冷却时间。

由于聚氯乙稀的流动性好，故直径可取小些，初取7.5mm图为主流道分流道的截面图。

图8分流道的形状

（2）流道的布置形式

根据型腔的布局，采用平衡式布置，其主要特点是：

从主流道到各个型腔的分流道，其长度断面形状及尺寸均相等，以达到各个型腔能同时均衡进料的目的。

如图：

图9流道布置形式

6.3浇口设计

（1）浇口的断面设计

浇口的断面形状为圆形，浇口断面积与分流道面积之比为0.03~0.09浇口长度约为0.5~2mm，浇口的表面粗糙度不能高于Ra0.4，否则易产生磨擦阻力。

（2）浇口位置的选择

制件是一个大尺寸椭圆盒，考虑到美观把浇口设置在盒低部分。

（3）浇口的形式

采用点浇口，其特点是：

它是一种尺寸很小截面为圆形的直接浇口的特殊形式，开模时，浇口可以自动拉断，利于自动化操作，浇口去除后残留痕迹小。

但注射压力损失大。

收截大，塑件易变形，浇口尺寸太小时，料流易产生喷射，对塑件不利，其适用于成型熔体粘度随剪切速率提高而明显降低的塑料和粘度较低塑料，对成型流动性差及热敏性塑料，平薄易变形及形状复杂的塑件不利。

其结构如图所示：

图10点浇口尺寸

6.4　冷料穴和拉料杆设计

冷料穴高在主流道的末端，且开在主浇道对面的动模板上，直径稍大于主浇道直径，便于冷料的进入，由于分流道较长，故将分流道的尽头沿料流方向稍作处长。

7.推出机构，合模导向机构设计

7.1推出机构的结构组成

推出机构主要零件有：

复位杆、推杆固定板、推杆推板、推杆、支承钉、浇道推杆、导套、导柱等。

由于采用点浇口的形式故可不设浇道推杆

7.2　推杆推出机构

推杆推出机构是最简单，最常用的一种形式，推杆的截面形状圆形截面，加工，更换方便，脱模效果好。

（1）推杆的形状

由于其长度较大，采用的推杆，如图：

图11推杆

（2）推杆的尺寸及固定形式

由于推杆要有足够的强度承受推力，其直径一般为

2.5~

12mm，结构台肩与推杆直径约差4~6mm，推杆与推杆孔间采用间隙配合H8/h8，配合部分的表面粗糙度为Ra0.8

m,在装配推杆时，应使推杆端面和型腔平面在同一平面上，或比型腔平面高0.05~0.1mm，以免影响塑件制品的使用，用推杆固定板将推杆固定在推杆推板上，如图所示，推杆的直径可比固定过孔的直径小0.5~1mm。

推杆的材料多为45钢、T8A，推杆头部需淬火处理，硬度大于50HRC，表面粗糙度在Ra1.6

m以下，较好的表面质量可防止推杆与孔咬死，并延长使用寿命，这里选用T8A，硬度为55HRC，表面粗糙度Ra=1.25

m。

7.3　推出机构中附属零部件

（1）推板

由推杆固定板和垫板组成，用45钢，最好经调质处理。

查得推板的厚度为20mm。

推杆固定板的厚度为25mm。

（2）推出导向零件

为防止垫板和推杆固定板扭曲倾斜而折断推杆，常设导向零件，导柱一般不应少于两个，大型模具要有4个，这里用4个，由于模具较大，还要装配导套，以延长导向零件的寿命及使用稳固可靠，常用T8A，淬火HRC55，导套也可用T8A做成。

（3）　复位杆

其作用是将已经完成顶出塑件的顶杆回复到注射成型时的原始位置。

必须装在固定顶杆的同一固定板上，而且各个复位杆的长度必须一致，且复位杆端面常低于模板平面0.02~0.05mm。

（4）　顶杆的直径、长度计算

根据压杆稳定公式计算顶杆直径

式中：

ψ――安全系数，取1.5

　　　L――顶杆长度

　　　n――顶杆数目

7.4　所需脱模力的计算

　　矩环形的断面制品的脱模力的计算公式：

　S=1.8×10-3m

E=1400MPa

Q=2.15%

l=104.2×10-3m

f=0.2

ψ＝5°

μ