塑料肥皂盒模具设计

1、装订线香皂盒塑料注塑模设计 摘 要注塑模在机械、电子、航天航空、生物领域及日用品的生产中得到广泛的应用。本次设计的是塑料香皂盒注塑模具，设计内容主要包括模具总体结构和零部件设计，以及模具各部分的计算和校核，借助于软件 PRO/ENGINEER对模具结构进行了合理性的分析，缩短了设计周期，以期设计出所要求的模具。在此次模具设计过程中， 模具设计路线如下： 模具结构设计模具型腔、型芯三维设计模具型腔、型芯二维出图。根据实物测绘，本设计应用 Pro/ENGINEER软件，创建了零件的 3D模型和二维工程图，绘制了分模曲面、型腔等零件，并评估了零件的合理性。选择注塑机时，应用 Pro/ENGINEER

2、软件 , 避免了大量烦琐的计算。当各零件以实体绘出时，使用组装模块将各零件仿真组装起来，生成模具产品图。 关键词 香皂盒注塑模具PRO/E CADI装订线Soap box plastic injection mold designAbstractInjection mould is widely used in the field of machine,electronics, aviation, biology and commodity. What we designed inthispresentisasoapbox, whichmainlyincludingholisticconfig

3、uration, part design, calculation and check of every partof the mould. A software“PRO/ENGINEER” was used in the designprocess to analyze the rationality of the mould and decrease thedesign time for obtaining an ideal mould.The route of Design is following: Design cavityand Core 3Ddesign mold cavity,

4、 the core two-dimensional drawing.Accordingtothemapthesoap box,the designusingPro /ENGINEERsoftware, create 3D model and generate 2D engineering drawings, plotthepartingsurface, cavityand insertSide coresparts,then evaluatetherationallyofevery part.ApplingPro/ENGINEERsoftwareto chooseinjection moldi

5、ng machine, avoid a lot of tedious calculations. Whenthecomponentsdrawing entities,use the assemble modules tosimulation and assemble all parts, then, die map of products cangenerate.Key wordSoap box injection mould PRO/E CADII装订线目录前 言 .1第 1 章 塑件的工艺分析 .41.1分析塑件使用材料的种类及工艺特征 .41.2分析塑件的结构工艺性 .71.3工艺性分析

6、 .7第 2 章 初步确定型腔数目 .82.1初步确定型腔数目 .8第 3 章 注射机的选择 .93.1注塑成型工艺简介 .93.2注塑成型工艺条件 .103.3注塑机的选择 .113.4塑件体积的计算 .123.5按注射机的最大注射量确定型腔数目 .133.6估算浇注系统的体积，其初步设定方案如下 .133.7注射机的校核 .14第 4 章 浇注系统的设计 .164.1主流道的设计 .164.2分流道的设计 .174.3分型面的选择设计原则 .184.4浇口的设计 .194.5冷料穴的设计 .194.6排气系统的设计 .204.6.1 排气设计原则 .204.6.2 推杆、镶件排气功能的证明

7、 .21第 5 章 确定主要零件结构尺寸选模架 .22第 6 章 成型零部件的设计 .236.1型腔、型芯工作尺寸计算 .236.1.1型腔尺寸计算 .236.1.2型芯的尺寸计算 .24第 7 章 导向机构的设计 .267.1导柱的设计 .267.2导套的结构设计 .267.3推出机构的设计 .267.3.1 推件力的计算 .267.3.2 推杆的设计 .277.4本模具工作原理 .27第 8 章 加热、冷却系统的设计 .29I8.1 求塑件在硬化时每小时释放的热量Q1298.2 冷却系统的作用298.3 求冷却水的体积流量V29第 9 章校核319.1 整体式圆形型腔壁厚度的计算31按刚度

8、条件计算319.2 整体式圆形型腔底板厚度的计算31按刚度条件计算319.3 注射机有关工艺参数的校核329.4 模具厚度 H 与注射机闭和高度32小结错误！未定义书签。装致谢错误！未定义书签。参考文献33订线II装订线前言在 21 世纪的今天，随着科学技术的不断进步和社会的高速发展，产品更新换代越来越快。无论是工业产品还是家电产品，大多数应用模具成型。因此，产品对模具的精度要求越来越高、越来越普及。其产品在人们的生产生活中的作用越来越大。塑料模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工具，它对塑料零件的制造质量和成本起着决定性影响，所以对塑料模具的设计要求还是比较高的，从产品的

9、角度讲，能生产出尺寸精度、外观、物理性能等各方面均满足使用要求的优质产品；从模具使用的角度讲，要求效率高、自动化并且操作简单；从模具制造角度讲，要求模具结构合理，制造容易，成本低廉。模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业， 被成为 “工业之母”。而塑料模具又是整个模具行业中的一枝独秀， 发展极为迅速。 自从 1927 年聚氯乙烯塑料问世以来，随着高分子化学技术的发展以及高分子合成技术、材料改性技术的进步，愈来愈多的具有优异性

10、能的高分子材料不断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。模具设计过程一般是设计收缩率、 毛坯尺寸、型腔布局，然后进行分模，创建型芯型腔、滑块和镶块、添加模架和标准件，最后设计浇注系统，冷却系统和建腔，生成材料清单和模具图。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想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。在现代化工业生产中， 69%90%的工业产品需要使用模具加工，

11、模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和生产在很大程度上都依赖于模具生产，特别是汽车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。我国自改革开放以来，塑料工业发展很快，表现在不仅塑料增加而且其品种更为增多，其产量已上升到居世界第四位，由此可见，塑料工业已在我国国民经济的各个部门中发挥了愈来愈大的作用。装订线目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展

12、有着特别重要的意义。模具主要类型有：冲模锻摸、塑料模、压铸模、粉末冶金模、玻璃模、橡胶模、陶瓷模等。除部分冲模以外的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具型腔是材料成型。（1）冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。 冲模占模具总数的 50%以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模、冲孔模、切口模、切边模、弯曲模、卷边模、拉深模、校平模、翻孔模、翻边模、缩口模、压印模、胀形模。按组合工序不同，冲模分为单工序模、复合模、连续模。（2）锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模、螺旋压力机锻模、热模锻压力锻模、平锻机

13、用锻模、水压机用锻模、高速锤用锻模、摆动碾压机用锻模、辊锻机用锻模、楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具、挤压模具、精锻模具、等温模具、超塑性模具等。（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。 塑料模约占模具总数的 35%，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模、挤塑模、注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。（4）压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备， 压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的 6%。（5）粉末冶金模： 粉末冶金模用于粉末成型， 按成型工艺分类粉末冶金模有：压模

14、、精整模、复压模、热压模、粉浆浇注模、松装烧结模等。模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造、塑料、橡胶加工、金属材料、铸造（凝固理论）、塑性加工、玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。我国塑料模的发展迅速。塑料模的设计、制造技术、 CAD技术、 CAPP技术，已有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高， 系列化商品化尚待规模化； CAD、CAE、Flow Cool 软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；装订线企业大而全居多， 多属劳

15、动密集型企业。 因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。近年来，随着科学技术的进步以及对塑件质量要求的提高，塑料模塑成型技术正向高精度、高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的方向发展，具体表现在以下几个方面：（ 1）塑料成型理论研究的进展。（ 2）新的成型方法不断涌现。（ 3）塑件更趋向精密化、微型化及超大型化。（ 4）开发出新型模具材料。（ 5）模具表面强化热处理新技术应用。（ 6）模具 CAD/CAM/CAE技术发展迅速。（ 7）模具大量采用标准化。在工业发达的国家，模具工业已经从机床工业中分离出来，并发展成为一个独立的工业部门，而且其产值已经超过机床工业的产值

16、。目前国内模具行业的基本情况是，随着轻工业及汽车制造业的迅速发展，模具设计制造日渐受到人们广泛关注，已形成一个行业。但是我国模具行业缺乏技术人员，存在品种少、精度低、制造周期长、寿命短、供不应求的状况。一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造， 需要每年花几百万 . 上千万美元从国外进口，制约了工业的发展，所以在我国大力发展模具行业势在必行。由于模具是典型的技术密集型产品，为了表达清楚设计意图，设计人员必须花费大量的时间来绘制模架、顶杆、滑块等结构相对固定的零部件。目前， CAD/CAE的发展，为广大模具设计人员提供了方便。在科学技术飞速发展的今天，模具设计多借助计算机软件进行设计和加工，这就

17、实现了模具设计有经验设计阶段向理论计算设计方面的发展。例如CAD/CAM在模具设计方面的应用。本设计就以UGNX3和 CAD为辅助软件进行了塑料端盖的设计。按照模具设计的一般步骤，从产品设计，型芯型腔的设计，模架设计，浇注系统，冷却系统的设计到标准件的选择，到模具工程图的生成。每一步都按照模具设计的一般规则，进行准确计算。第 1 章塑件的工艺分析1.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征一般塑料内大合成树脂的质量分数为40%到 100%；透明塑料的合成树脂为 100%，它不允许渗进其他颜色和其他成分；而其他塑料大多数要加入辅助材料，如增塑剂、发泡剂、填充剂（如滑石粉） 、稳定剂、润滑剂、着色剂、

18、增强材料（如玻璃纤维）等。加入辅助材料是为了改善塑料的性能、节约昂装贵的塑料。树脂成分为天然树脂和人工合成树脂。天然树脂如：橡胶、树脂油（桐油、蓖麻油）等和树脂油漆（俗称国漆） 。橡胶、国漆是在橡胶树或漆树皮上用刀割几道斜口，在斜口下端用容器接住刀口内留下的胶脂，在经过人工提订炼而成的。人工合成树脂主要是从石油中提炼出来的多化学元素聚合而成。塑料的主要成分是 C，H，N 等源自的聚合物，像 PA，PC，POM等塑料内含有 O原子。104 ，也叫做大分子物质， 是将低分子物质经聚合他们相对原子质量一般低于线反应而成。通常，选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求，以及原材料厂家提供

19、的材料性能数据 . 该塑件对材料的要求是电绝缘性， 成型2-1 所示。难易和经济性问题，以下是几种常用材料的性能对比，如表表 2-1 材料的特性塑料名称聚酰胺 6或聚对苯二丙烯腈 - 丁二材料性能聚苯乙聚碳酸酯尼龙甲酸丁二烯 - 苯乙烯共烯 (PS)(PC)6(PA6)醇酯 (PBT)聚物（ ABS）拉伸强度 /MPa725551.9667235 62弯曲强度 /MPa120851109511369断裂伸长率 /%70200 3002801003 60洛氏硬度（ M）1147211582109热变形温度 / 951628513486体积电阻率10152×10 1610172.1 &#

20、215;10 1610 14 1015/· cm吸水率 %30.090.050.131.19线膨胀系数8.39.287.28氧指数（ OI）17212024.918流动性较好较好较好一般一般价格（元 / 吨）15000160001200350009800同时机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表2-2 所示。表 2-2材料的性能和成型特性比较装塑料品种性能特点成型特点主要用途透明性好，电性能成型性能好， 成型前好，抗拉强度高， 耐装饰制品，仪表壳，可不干

21、燥， 但注射时磨性好， 质脆，抗冲绝缘零件， 容器， 泡订聚苯乙烯 (PS)应防止溢料， 制品易击强度差， 化学稳定沫塑料，日用品等产生内应力， 易开裂性教好透光率较高， 介电性耐寒性好， 熔融温度在机械上做齿轮， 凸能好，吸水性小， 力高，黏性大， 成型前轮，蜗轮，滑轮等，聚碳酸酯 (PC)线学性能好，抗冲击，需干燥，易产生残余电机电子产品零件，抗蠕变性能突出， 但应力，甚至裂纹， 质光学零件等耐磨性差，不耐碱，硬，易损模具， 使用酮，酯性能好PBT 是最坚韧的工这种材料在高温下家用器具（食品加工聚对苯二甲酸丁二程热塑材料之一， 它很容易水解， 因此加刀片、真空吸尘器元醇酯 (PBT)是半结

22、晶材料， 有非工前的干燥处理是件、电风扇、 头发干常好的化学稳定性、很重要的燥机壳体、咖啡器皿机械强度、 电绝缘特等），电器元件（开性和热稳定性。 PBT关、电机壳、 保险丝吸湿特性很弱。 由于盒、计算机键盘按键PBT 的结晶速度很等），汽车工业（散高，因此它的粘性很热器格窗、车身嵌低，塑件加工的周期板、车轮盖、 门窗部时间一般也较低。件等）。丙烯腈 -丁二烯-苯具有良好的综合性干燥处理：ABS 材作一般结构或耐磨能，既高的冲击韧性料具有吸湿性， 要求受力传动零件和耐乙烯共聚物（ ABS）和良好的机械性能，在加工之前进行干腐蚀设备，用 ABS可优良的耐热、 耐油性燥处理。建议干燥条制成泡沫夹层

23、板可能和化学稳定性， 尺件为 80 90C°下作小轿车车身， 电话寸稳定、易机械加最少干燥 2小时。机把手，电脑显示器工，表面还可镀金材料温度应保证小外壳，电视机外壳等属，电性能良好于 0.1% 。等.以上的性能分析对比中看出该塑件材料选用ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）。ABS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。表 2-3塑料材料应用与特性材料名称典型应用范围注塑模工艺条件化学和物理特性ABS 工程塑料一般是不透明的，外观装干燥处理：这种材料在高温下很呈浅象牙色、无毒、容易水解，因此加工前的干燥处无味，兼有韧、硬、丙烯腈-丁ABS 属于工程塑理是很重要的。 建

24、议在空气中的刚的特性，燃烧缓二烯-苯乙料，常用电器的外120C ， 6 8小时，干燥条件为慢，火焰呈黄色，烯共聚物壳，如电脑显示器或者 150C，2 4小时。 湿度 0.03有黑烟，燃烧后塑（ ABS）外壳，电话把手按订必须小于 %。如果用吸湿干燥器料软化、烧焦，发钮等2.5干燥，建议条件为 150C°，出特殊的肉桂气小时。味，但无熔融滴落现象。熔化温度： 225 275C，建议温ABS 工程塑料具有线度： 250C°。优良的综合性能，模具温度：对于未增强型的材料有极好的冲击强为度、尺寸稳定性好、40 60C。要很好地设计模具的电性能、耐磨性、冷却腔道以减小塑件的弯曲。热抗

25、化学药品性、染量的散失一定要快而均匀。 建议色性，成型加工和模具冷却腔道的直径为12mm。机械加工较好。 ABS丙烯腈-丁注射压力：中等（最大到树脂耐水、无机盐、二烯-苯乙1500bar）。碱和酸类，不溶于烯共聚物注射速度：应使用尽可能快的注大部分醇类和烃类（ ABS）射速度（因为 PBT 的凝固很快） 。溶剂，而容易溶于流道和浇口：醛、酮、酯和某些建议使用圆形流道以增加压力氯代烃中。的传递（经验公式：流道直径=ABS 工程塑料的缺塑件厚度 +1.5mm ）。可以使用各点：热变形温度较种型式的浇口。 也可以使用热流低，可燃，耐候性道，但要注意防止材料的渗漏和较差。降解。浇口直径应该在0.8 1

26、.0t之间，这里 t是塑件厚度。1.2 分析塑件的结构工艺性该塑件尺寸中等，整体结构较简单，却带有曲面特征。上盖上表面有六个椭圆突出，与下盖配合的边缘部分也是曲面相接，上盖的上表面的表面精度要求较高，下表面为非工作面，精度要求相对较低，再结合其材料性能，故选一般精度等级：五级。1.3 工艺性分析为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用潜伏式浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面上，而浇口却斜向开设在模具的隐蔽处。塑料熔装体通过型腔的侧面或推杆的端部注入型腔，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。塑件的工艺参数：模具温度： 50 700/C注射压力： 70 90

27、MPa订保压力： 50 70MPa注射时间： 3 5s保压时间： 15 30s冷却时间： 15 30s线成型周期： 40 70s第 2 章初步确定型腔数目2.1 初步确定型腔数目注塑模的型腔数目，可以是一模一腔，也可以是一模多腔，在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：（1）塑件的尺寸精度： 塑件的精度较高时尽量采取一模一腔， 型腔越多，精度也相对降低。这不仅由于型腔加工精度产差，也由于熔体在模具内流动装不均所致。（2）模具制造成本：多腔模比单腔模的难度大；（3）注塑成型的生产效益：如果生产批量不大，并且交货期限较宽，尽量采用一模一腔，依据经验推算，生产批量在10000 件以下，采用一模一

28、腔订是最佳的选择 ；（4）模具制造难度：多腔模高于单腔模，但不是简单的倍数关系。单从塑件成本中所占的费用比例来看比单腔模低。在具体确定模具型腔数目的时候，有多种计算公式，现根据注塑机的最线大注射量确定型腔数目，见式 (3.1) 。(0.8G W2 )(3.1)nW1式中 :n 为型腔数目；G为注塑机的最大注射量；W1 为单个制品的质量；W2 为浇注系统的质量。根据塑件的结构及尺寸精度要求采用一模两腔 。图 3.1型腔分布图第 3 章 注射机的选择3.1 注塑成型工艺简介注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流

29、状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模装具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。订图 4-1 注塑成型压力时间曲线线（1）塑料原料的选择利用；成型前应对原料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。（2）融体注射；塑料在料筒内经过加热达到

30、流动状态后， 进入模腔内的流动可分为注射， 保压，倒流和冷却四个阶段， 注塑过程可以用如图所示 3.6所示。图中 T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻； 当模腔充满熔体 （T=T1）时，熔体压力迅速上升， 达到最大值 P0。从时间 T1到T2，塑料仍处于螺杆 （或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从 T2到 T3），由于模腔内的压力比流道内高， 会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。 倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。（3）保压、冷却；使融化的塑胶在模具型腔内经过保压、冷却、定型称为分子结构致密的塑胶产品。注意冷却过程在保压过程中就完成了，冷却后就可以开模取出塑件了。（4）出模塑件的后处理； 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取