推荐肥皂盒模具的设计（毕业设计论文）

1 摘 要 近年来，我国家电工业的高速发展对模具工业，尤其是塑料模具提出了越 来越高的要求，2004 年，塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到 30%左 右，据有关专家预测，在未来几年中，中国塑料模具工业还将持续保持年均增 长速度达到 10%以上的较高速度的发展。国内塑料模具市场以注塑模具需求量 最大，其中发展重点为工程塑料模具。 注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型， 可以一次成型形状复杂的精密塑件。本课题就是将小家电的榨汁机的料桶杯作 为设计模型，将注射模具的相关知识作为依据，阐述塑料注射模具的设计过程。 本设计对榨汁机料桶杯进行的注塑模设计，利用 UG 软件对塑件进行了实 体造型，对塑件结构进行了工艺分析。明确了设计思路，确定了注射成型工艺 过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核。如此设计出的结构可确保模 具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。最后用 autoCAD 绘制了一套模具 装配图和零件图。 本课题通过对榨汁机料桶杯的注射模具设计，巩固和深化了所学知识，取 得了比较满意的效果，达到了预期的设计意图 关键词：关键词：塑料模具；注射成型；模具设计； 2 Abstract In recent years, Chinas household electrical appliance industry in the development of high-speed tooling industry, in particular the plastic mold of the ever-increasing demands. In 2004, the plastic mold industry in the entire Die share has risen to 30% According to the experts predict that in the next few years, China plastic mold industry will continue to maintain an average annual growth rate of 10% over the high rate of development. Domestic market to plastic mold injection mold greatest demand, which focused on the development of engineering plastics die. Plastic injection molding molding is an important method, which is primarily applicable to thermoplastic plastic molding, Molding can be a complex shape of precision plastic parts. Is the topic of small appliances Juicer the drums Cup as a design model, the injection mold-related knowledge as a basis for elaborate plastic injection mold design process. The design of Orange drums Cup for the injection mold design, the use of software UG plastic parts for the solid modeling, Plastic Parts of the structure analysis for the process. Defined the design, determine the injection molding process as well as some specific details of the calculation and verification. The design of such a structure can be used to ensure reliable Die work to ensure that the other parts of the tie. Finally, a set of auto mapping mold parts and assembly plans. The subject of Orange drums Cup injection mold design, and to consolidate and deepen the learning, has been fairly satisfied with the results, achieved the desired design intent KeywordsKeywords : : plastic mold; injection molding; Mold design; 3 目 录 摘 要 .1 Abstract2 目 录 .3 第 1 章 绪 论 .5 第 2 章 肥皂盒塑料件 .7 2.1 塑件的原材料分析 .7 2.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析.8 2.2.1 塑件的结构分析 8 2.2.2 塑件尺寸精度的分析8 2.2.3 表面质量的分析 8 2.3 塑件的体积重量 .8 2.4 塑件的注射工艺参数的确定.9 第 3 章 注射机的选定 .10 3.1 注射机的选用 .10 3.2 注射机的参数校核 .10 第 4 章 塑料注射模具设计.12 4.1 分型面的选择 .12 4.2 型腔数的确定 12 4.3 确定型腔的排列方式.12 4.4 模具工作的设计与计算.13 4 4.5 浇注系统 .15 4.5.1 浇注系统的组成 15 4.5.2 浇注系统的设计 16 4.6 推出系统 .18 4.6.1 推出机构的作用和种类.18 4.6.2 推杆推出机构的组成18 4.6.3 推杆推出机构的设计.19 4.7 导向机构 .20 4.7.1 导向机构的作用和组成20 4.7.2 导向机构的设计 .20 4.8 冷却和排气系统 .21 4.8.1 冷却系统 .21 4.8.2 排气系统 .21 4.9 注射模标准模架的设计.21 第 5 章 总结 .24 致 谢 .25 参考文献 .26 5 第一章第一章 绪绪 论论 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。 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。 6 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。 7 第二章第二章 肥皂盒塑料件肥皂盒塑料件 图 2-1 塑件 2.12.1 塑件的原材料分析塑件的原材料分析 塑件材料特性：PS 塑料（聚苯乙烯）是是仅次于氯乙烯和聚乙烯的第三 大塑料品种。聚苯乙烯无色透明有光泽收缩率 0.40.7%，密度 1.041.06gcm3 会沉于水，温度在 90 C 以上时，塑料会变成橡胶状 ，温度 在 320 C 开始分解，制品容易破碎，跌落在地上会发出铃声（TPS 一样）无 毒无味，流动性：流径：胶壁厚度比例约为 150180：1，是较易流动的，聚 苯乙烯是目前最理想的高频绝缘材料，可以与熔融的石英相媲美。 它的化学稳定性良好，能耐碱硫酸磷酸10%-30%的盐酸西醋酸及 其它有机酸但不耐硝酸和氧化剂的作用，对水乙醇汽油植物油及各种盐 溶液也有足够的抗腐蚀能力。它的耐热性低，只能在不高的温度下使用，质地 8 硬而脆，塑件由于内应力而易开裂。聚苯乙烯的透明性很好，透光率很高，光 学性能仅次于有机玻璃，它的着色能力优良，能染成各种鲜艳的色彩。 主要用途：聚苯乙烯在工业上可做仪表外壳灯罩化学仪器零件透明 模型等用；在电器方面用做良好的绝缘材料接线盒电池盒等；在日用品方 面广泛用于包装材料各种容器玩具等。 塑件材料成型性能：聚苯乙烯性脆易裂，易出现裂纹，所以成型塑件脱模 斜度不宜过小，顶出要受力要均匀；热胀系数大，塑件中不宜有嵌件，否则会 因两者热胀系数相差太大而开裂；由于流动性好，应注意模具间隙，防止成行 飞边；宜用高料温高模温低注射压力成行并延长注射时间，以防止缩孔及 变形，降低内应力，但料温过高容易出现银丝；料温低或脱模剂多，则塑件透 明性差。 2.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 2.2.1 塑件的结构分析塑件的结构分析 该零件的总体形状为方形，结构比较简单。 2.2.2 塑件尺寸精度的分析塑件尺寸精度的分析 该零件的重要尺寸的尺寸精度为 4 级，其它尺寸均无公差要求，一般 可采用 8 级精度。 由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏上，对应模具相关零 件尺寸的加工可保证。从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为 2mm，最小 处为 1mm，壁厚差为 1mm，较为均匀。 2.2.3 表面质量的分析 该零件的表面要求无凹坑等缺陷外，表面无其它特别的要求，故比较 容易实现。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的 9 成型要求可以得到保证。 2.3 塑件的体积重量塑件的体积重量 计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。 计算得塑件的体积：V12849mm3（下盒） V2=1632.4（上盖） 计算塑件的质量：公式为 WV （2-1） 根据设计手册查得聚甲基丙烯酸甲酯的密度为 1.05g/cm3，故塑 件的重量为： W1V W2=V 28491.0510-3 =1632.41.0510-3 30g（下盒） =17.2g（上盖） 2.4 塑件的注射工艺参数的确定塑件的注射工艺参数的确定 根据情况，聚甲基丙烯酸甲酯的成型工艺参数可作如下选择，在试模时 可根据实际情况作适当的调整。 注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度。 料筒温度：170190选用 180 喷嘴温度：160170选用 220 注射压力：选用 80MP 注射时间：选用 2s 保压时间：选用 25s 冷却时间：选用 25s 总周期： 52s 10 第三章第三章 注射机的选用注射机的选用 3.1 注射机的选用注射机的选用 根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为： XSZY250 型注塑成型机，该注塑机的各参数如下表所示： 表（3-1）注塑机的各参数 理论注射量/cm3250模板尺寸/mm598x520 螺杆直径/mm30最大模具厚度/mm350 注射压力/Mp1300最小模具厚度/mm200 锁模力/KN1600喷嘴球半径/mm18 拉杆内间距/mm 295373 喷嘴口孔径/mm 4 3.2 注射机的参数校核注射机的参数校核 1）注射量的校核（按体积） Vmax=V （3-1） 式中：Vmax模具型腔流道的最大容积(cm3) V指定型号与规格注射机的注射量容积(cm3) 塑料的固态密度(g/cm3) 注射系数取 0.750.85，无定形料可取 0.85，结晶形可取 0.75。 将以上各数代入式得：Vmax=V 0.85250212.5cm3 11 倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留 的时间会过长。所以最小注射量容积 Vmin0.25V。 Vmin0.25V=0.25250=62.5cm3 实际注射量 V=2V0+20.6V0=228.49+20.628.49=91.2cm3 即 Vmin VVmax 所以符合要求。 2）锁模力的校核 公式：FKAPm （3-2） 式中 F注射机的额定锁模力(kN) 1800 A制品和流道在分型面上的投影和(cm3) Pm型腔的平均计算压力(MPa) 取 80 K安全系数，通常取 K1.11.2 取 1.2 则：KAPm1.287+87.2184+2080 =1552kN1800kN=F 所以符合要求。 3）最大注射压和的校核 PmaxKP0 （3-3） 式中：Pmax注射机的额定注射压力(MPa) 130 P0成型时所需的注射压力(MPa) 80 K 安全系数，常取 K=1.251.4 取 1.3 则 KP0=1.380=104 MPaPmax130 MPa 所以符合要求。 12 第四章第四章 塑料注射模具设计塑料注射模具设计 4.1 分型面的选择分型面的选择 图（4-1）分型面的位 置 该塑件为肥皂盒，表面质量无特殊要求，只要手感好，美观即可，此零件 可采用上图所示的分型面比较合适。 4. 2 型腔数的确定型腔数的确定 型腔数的确定有多种方法，本题采用注射机的注射量来确定它的数目。其 公式如下： n2=(G-C)/V （4-1） 式中：G注射机的公称注射量/cm3 V单个制品的体积/cm3 C浇道和浇口的总体积/cm3 13 生产中每次实际注射量应为公称注射量 G 的（0.750.45）倍，现取 0.6G 进行计算。每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的（0.21）倍，现取 C0.6V 进行计算。 n2=0.6G/1.6V=0.375G/V=(0.375250)/28.49=3.29 由以上的计算可知，可采用一模两腔的模具结构,一套模具同时生产上盖 和下盒。 4. 3 确定型腔的排列方式确定型腔的排列方式 本塑件在注射时采用一模两件，即模具需要两个型腔。综合考虑浇注系 统、模具结构的复杂程度等因素，拟采用下图所示的型腔排列方式。 图（4-2）型腔的排列方式 4.4 模具工作零件的设计与计算模具工作零件的设计与计算 凹模的结构采用整体镶入式，这样有利于节省贵重金属材料。 型芯采用镶拼式结构，有利于加工和排气。 （如图所示） 图（4-3）型芯型腔 本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公 差和平均磨损量来进行计算，已给出这 PS 的成型收缩率为 0.005，模具的制 造公差取 z=/3。 14 型腔工作尺寸的计算 （4-2） z z xLSL sM 00 )1 ( 式中 S塑料的平均收缩率 L塑件的最大外型尺寸 X系数，尺寸的，精度低的塑件， X=0.5；尺寸小，精度高的塑件 X=0.75 塑件尺寸的公差 4.4.1 上盒型腔的径向尺寸上盒型腔的径向尺寸 长. 13 . 0 00 39 . 0 *5 . 0110)005 . 0 1 ( z Mi L =110.35500.13 宽. 12 . 0 002 36. 0*5 . 080)005 . 0 1 ( z M L =80.2200.12 上盒型腔深度尺寸 07 . 0 00 22 . 0 *5 . 020)005 . 0 1 ( z M H =19.9900.07 4.4.2 下盒型腔分两部分下盒型腔分两部分 1定模部分 径向尺寸 长. 13 . 0 00 39 . 0 *5 . 0110)005 . 0 1 ( z Mi L =110.35500.13 宽. 12 . 0 002 36 . 0 *5 . 080)005 . 0 1 ( z M L 15 =80.2200.12 深度尺寸 07.0 00 22.0*5.020)005.01( z M H =19.9900.07 2. 定模部分 径向尺寸 长. 13. 0 00 39. 0*5 . 0108)005 . 0 1 ( z Mi L =108.34500.13 宽. 11 . 0 002 33 . 0 *5 . 078)005 . 0 1 ( z M L =78.22500.11 深度尺寸 05.0 00 14.0*5.03)005.01( z M H =2.94500.05 型芯工作尺寸的计算 （4-3） 0 0 )1 ( zz xlSl sM 上盒型芯径向尺寸： 长 0 13 . 0 0 39. 0*5 . 0108)005 . 0 1 ( z M l =108.3350-0.13 宽 0 11 . 0 0 33 . 0 *5 . 078)005 . 0 1 ( z M l =78.5550-0.11 高 度尺寸： 0 07 . 0 0 22 . 0 *5 . 019)005 . 0 1 ( z M h =19.2050-0.07 下盒型芯径向尺寸： 长 0 13 . 0 0 39 . 0 *5 . 0106)005 . 0 1 ( z M l =106.7250-0.13 宽 0 11 . 0 0 33 . 0 *5 . 076)005 . 0 1 ( z M l 16 =76.5450-0.11 高度尺寸： 0 07 . 0 0 22 . 0 *5 . 021)005 . 0 1 ( z M h =21.2150-0.07 零有小型芯尺寸与凹模中槽的设计以合理美观为适无具体要求。 4.5 浇注系统浇注系统 4.5.1 浇注系统的组成浇注系统的组成 1 组成浇注系统的零件有： 浇口套 定位圈 拉料杆 定模板 2 浇注系统的组成部分 主流道 分流道 浇 口 冷料穴 4.5.2 浇注系统的设计浇注系统的设计 1. 浇注系统零件的设计 浇口套的结构。使用 XS-ZY-250 注射机时定位孔直径为 100mm，与浇口 套下部尺寸相差较大，所以选用定位圈与浇口套分离的结构 XS-ZY-250 注射机的注射部分喷嘴球头半径为 18mm,喷嘴直径为 4mm 1） 浇口套的设计。 浇口套球面半径取 20mm，深度取 6mm. 浇口套外径取 24mm 17 浇口套的材料选 T10A 碳素工具钢，淬火处理 HRC50-55 2）定位圈的设计。 定位圈的外径取 100mm，厚度取 15mm. 定位圈的材料选用普通碳素结构钢 A3，不需要热处理。 3）拉料杆的设计 见下 2. 浇注系统的设计 1）主流道的设计 根据设计手册查得 XSZY250 型注射机喷嘴有关尺寸如下： 喷嘴前端孔径：d0=4mm 喷嘴前端球面半径：R018mm 为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径 D 应稍大于注射喷嘴直径 d。 Dd+(0.51)mm=4+15mm 主流道的半锥角 通常为 12过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入 空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处 的锥角选用 1.5。经换算得主流道大端直径 D8mm,为使熔料顺利进入分 流道，可在主流道出料端设计半径5mm 的圆弧过渡。主流道的长度 L 一 般控制在 60mm 之内，可取 L60mm。 2）分流道的设计 分流道在设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温 度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。圆形和正方形流道的效率最高，当 分型面为平面时一般采用圆形的截面流道，但考虑到加工的方便性，可采用半 圆形的流道。 一般分流道直径在 310mm 范围内，分流道的截面尺寸可根据制品所用 18 的塑料品种、重量和壁厚，以及分流道的长度选定，分流道由定模板形成，分 流道的截面形状常选用梯形或 U 形，但考虑便于加工选半圆，半径取 4mm。 3）浇口的设计 根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为合适。 侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料，故也称之为边缘 浇口。侧浇口的截面形状为矩形，其优点是截面形状简单，易于加工，便于试 模后修正。缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹，因为该制件无表面质量的特 殊要求，又是中小型制品的一模两腔结构，所以可以采用侧浇口。 在侧浇口的三个尺寸中，以浇口的深度 h 最为重要。它控制着浇口内熔体 的凝固时间和型腔内熔体的补缩程度。浇口宽度 W 的大小对熔体的体积流量 的直接的影响，浇口长度 L 在结构强度允许的条件下以短为好，一般选 L0.50.75mm。 对于中小型制品侧浇口深度（mm）常用 h=0.52mm，约为制品最大壁 厚的 1/32/3, 宽度 b=1.5-5.0 综上可初定浇口尺寸为：h=1.5mm，b=1.5mm, L 取 0.5mm。计算 后所得的侧浇口截面尺寸可用 r=6q/(Wh2)104s-1作为初步校验。 制品的体积 V9.132cm3，设定充模时间为 1s，于是： q=28490/1=28490mm3/s r=6q/Wh2=(628490)/(1.512)=7.61042104s-1 所以符合要求。 4）冷料穴与拉料杆的设计 对于依靠推杆脱模的模具常用 Z 字形拉料杆，工作时依靠 Z 字形钩将主 流道凝料拉出浇口套， Z 字形拉料杆固定在推杆固定板上其形状如右图所示： 19 4.6 推出机构推出机构 4.6.1 推出机构的作用和种类推出机构的作用和种类 注射模的推出机构有推杆、推管、推板三种形式。 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 用三根顶杆顶出，其结构简单，推出可靠 。 4.6.2 推杆推出机构的组成推杆推出机构的组成 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 4.6.3 推杆推出机构的设计推杆推出机构的设计 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 135mm。 图（4-4）推杆 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。 2） 、复位杆 复位杆的直径选 8mm，采用圆柱形结构，长度由模 20 板厚度和塑件的推出距离决定，取 135mm。 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。 图（4-5）复位杆 3） 、推板导套 材料选用碳素工具钢 T8A 淬火处理 HRC4548。孔径 20，30 4） 推板导柱 材料选择： 碳素工具钢 T8A 热处理为淬火处理硬度 HRC52-55 长 85，直径 20 5）推板 推板的结构如图所示，长、宽、厚分别 255、250、15mm 为采用普通碳 素结构钢 A3。 6）推杆固定板 推杆固定板的结构如图所示，长、宽、厚与推板相同，分别为 255、250、15mm，采用普通碳素结构钢 A3。 7） 固定螺钉 选用 M6 内六角螺钉，长度为 24mm。 8）支承钉 支承钉工作部分的直径为 16mm,高度为 5mm。下面直径 10mm，材料选 用 45 号钢，调质处理 HRC50-55。 4.7 注射模导向机构注射模导向机构 3.7.1 导向机构的作用和组成导向机构的作用和组成 导向机构是在模具开模和合模的过程中起导向作用的机构。其组成一 21 般为导柱和导套。 3.7.2 导向机构的设计导向机构的设计 1)、导柱的设计 选用阶梯型导柱，导向部分直径 20mm,高度 25mm,倒角高度 5mm。 材料选用碳素工具钢 T8A,淬火处理 HRC4548。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 20mm,高度 40mm,壁厚 5mm,台肩高 度 5mm。材料选用碳素工具钢 T8A,淬火处理 HRC4548。表面粗糙度 Ra0.8。 4.8 冷却和排气系统冷却和排气系统 4.8.1 冷却系统冷却系统 冷却系统的设计通常是在动模板和定模板上设计冷却水道。设计时 应首先根据 ABS 塑料的成型温度和注射量进行热平衡计算，再确定冷 却水道的尺寸和位置。 4.8.2 排气系统排气系统 排气系统可使型腔和浇注系统中原有的空气及塑料受热或凝固而产 生的低分子挥发气体顺利排出模具之外，以保证熔体顺利充满型腔。 可以采用模具零件的配合间隙自然排气。 4.9 注射模标准模架的设计注射模标准模架的设计 1）选择标准模架型号： 中小型模架国家标准有四种基本型的结构。我们选用最常用的 A2 型标准模架。 2）模架主要尺寸确定原则 模架的长，宽取决于型腔，型芯，导柱及推出机构的位置，以及各 22 零件不干涉原则。确定模架的长度和宽度应以设计动模板为基准。 3）动模板的设计 动模板的尺寸定为：355x250x40mm。材料为 A3 钢。 图（4-6）动模板 4）确定模架的长度和宽度 模具的座板的长度，在动模板长度的基础上两侧各加上压板空间尺 寸取：400mm，模具宽度与动模板一致取 250mm。 5）安装参数的校核 模具各模板的厚度分别为： H1上模座 30mm H2型腔板 40mm H3型芯板 40mm H4下模垫板 30mm H5垫块 80mm H6下模座 30mm 模具的闭合高度 H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+ =250mm 23 图（4-7）装配图 所允许的最小模具厚度 Hmin=200mm 所允许的最大模具厚度 Hmax=350mm 即模具满足 Hmin250mmHmax 的安装条件。 经查资料 XS-ZY-250 型注射机的最大开模行程