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摘要
本课题主要是针对塑料肥皂盒上盖的模具设计，通过对塑件进行工艺分析和比较，最终设计出一副注射模。该课题从产品结构工艺性，具体模具出发，对模具的浇注系统、模具成型不封的结构、定出系统、冷却系统、注射机的选择及有关参数的校核、都做出详细设计，同时并简单的编制的加工工艺。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。根据题目设计的主要任务是塑料肥皂盒上盖的注塑模具的设计。针对肥皂盒上盖的具体结构，该模具是侧浇口单分型面注射模具。通过模具设计表明该模具能达到盒盖的质量和加工工艺要求。
【关键词】模具设计、注塑模、塑料肥皂盒上盖、加工工艺。
Abstract
This topic mainly aimed at the plastic soap box upper cover die design, through the technology of plastic parts for analysis and comparison, the final design of an injection mold. The subject from the process of product structure, the concrete mold, mold for casting system, mold molding sealing structure, the system, cooling system, the choice of injection machine and related parameters of the check, make detailed design, at the same time and simple preparation process. Through the entire design process that the mold can achieve the required pieces of plastic processing technology. According to the topic design's primary mission is the plastic soap box upper cover injection mold design. The soap box upper cover of
concrete structure, the die is the side gate single parting surface of injection mold. Through the mold design show that the mold can achieve the quality and processing requirements.
[ Key words ] mold design, injection molding, plastic soap box upper cover, processing technology.
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
第一章绪论 (5)
1.1 塑料模具的成型特点与发展趋势 (5)
1.2 注塑模设计的程序 (6)
1.3 注塑成型的基本要求 (7)
第二章塑件成型工艺分析 (9)
2.1 肥皂盒造型设计 (9)
2.2 PVC塑料肥皂盒的结构与工艺特性 (9)
2.3 注射成型原理与工艺特性 (10)
2.4 注射成型原理与工艺特性 (11)
第三章注射机的选择…………………………………………
12
3.1 塑件体积的计算…………………………………………
12
3.2 按注射机的最大注射量确定型腔数目 (12)
3.3 注射机的选择……………………………………………
12
3.4 注射机有关工艺参数的校核 (13)
第四章塑件在模具中的位置与浇注系统的设计 (15)
4.1 分型面的选择……………………………………………
15
4.2 浇注系统的设计…………………………………………
16
第五章成型零件的结构设计…………………………………
20
5.1 凹模的结构设计…………………………………………
20
5.2 凸模的结构设计…………………………………………
20
5.3 成型零部件的尺寸计算………………………………
21
第六章结构零部件的设计…………………………………
25
6.1 注射模架的选择………………………………………
25
6.2 合膜导向机构的设计……………………………………
25
第七章推出机构的设计……………………………………
27
7.1 推出机构的设计原则……………………………………
27
7.2 推出机构的选择…………………………………………
27
7.3 推出力的计算……………………………………………
27
7.4 推杆设计…………………………………………………
28
7.5 推出机构工作原理图 (28)
第八章冷却和排气系统………………………………………
29
8.1 冷却系统…………………………………………………
29
8.2 排气系统…………………………………………………
29
第九章模具的装配……………………………………………
30
9.1 模具的装配顺序……………………………………………
30
9.2 开模过程分析………………………………………………
31
致谢………………………………………………………………
32
参考文献…………………………………………………………
33
第一章绪论
1.1塑料模具的成型特点与发展趋势
在工业生产中，模具是使用极为广泛的重要的工艺装备。它是以其特殊形状通过一定的方式使原材料成型。国民经济的支柱产业如机械、电子、汽车、石油化工和建筑业等都需要大量的模具。
塑料模具的成型特点：
1、可以获得其他加工方法不能或难以加工的形状复杂的零件。
2.零件的互换性好。由于零件的尺寸精度组要由模具保证，所以加工的零件质量稳定，具有“一模一样”的特征。
塑料作为现代四大工业基础材料之一，越来越广泛地在各行各业应用。其中注塑成型在塑料的各种成型工艺中所占的比例也越来越大。随着社会的经济技术不段向前发展，对注塑成型的制品质量和精度要求都有不同程度的提高。塑料制品的造型和精度直接与模具设计和制造有关系，对注塑制品的要求就是对模具的要求。
由于计算技术和数控加工迅速发展，使得CADCAM逐渐取代了过去塑料模的设计与制造技术，使传统的设计制造方法及组织生产的模式发生了深刻变化。塑料模CADCAM的发展不仅可以提高塑料模质量，减少塑料模的设计与制造工时，缩短塑料模生产周期，加快塑件生产和产品的更新换代，而且更主要的是能满足当前用户对塑料模行业提出的“质量高、交货快、价格低”的要求。
在现代工业生产中，60～90%的工业产品需要使用模具加工技术，模具工业已经成为工业发展的基础。在新产品层出不穷的今天，许多产品的开发和生产都依赖于模具生产。根据国际生产技术协会的预测，21世纪机械制造工业零件粗加工的75％，精加工的50％都需要通过模具来完成，其中汽车、电器、通信、石化、建筑等行业最为突出。近年来,塑料成型模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、精密、长寿命模具在模具总产量中所占比例越来越大。近年来发展起来的计算机辅助设计制造CADCAM技术采用计算机程序，进行模具设计、控制数字机床的刀具和工件运动轨迹和加工程序，来完成模具的设计加工过程。
我国国民经济持续高速发展，自主创新、构建和谐社会的成果不断显现，装备制造业得到高度重视，机械工业发展态势良好，这些都有力地促进了我国模具工业的发展。除了国内良好的市场环境外，对中国模具行业来说，国际磨具市场也加呈现出高速前行的态势。近几年我国国内的模具制造企业以每年10％－15％的速度保持着高增长，在约400亿元的模具工业产值中，企业自产自用模具的企业约占23，50％－60％的企业较好地应用模具CADCAECAM技术。模具CADCAECAM技术一直是研究开发、教育培训和推广应用的热点。我国塑料模较过去已经有了长足的进步，但总体水平与国外比尚有较大差距。
1.2注塑模设计的程序
1.2.1 分析
1）分析塑件情况“任务书”往往给出的是塑件样品或图样，这是我们设计模具的主要依据。对之应深入探讨、了解塑件的用途、分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求。如塑件的表面形状、颜色和透明度、使用性能与要求；塑件的几何结构、斜度、嵌件等；熔接痕、缩孔等成型缺陷出现的可能与允许程度；浇口、顶杆等设置的部位；有无涂装、电镀、钻孔等后加工等。上述情况对塑件均有相应要求。
2）分析工艺资料了解所用塑料的物理化学性能、成型特性以及工艺参数，如塑件必须的强度、刚度、弹性；所用塑料的结晶性、流动性、热稳定性；材料密度、粘度特性、收缩率、比热容、热变形温度、成型温度、成型压力、成型周期等，它们均与模具设计有关，要求尽量占有这类资料，并加以认真分析。
3）搜集国内外先进技术资料先进的技术，往往会给你带来巨大经济效益，因此，应当及时搜集国内外此类模具设计的先进技术资料，将之消化后移植于你进行的模具设计中。
4）熟悉工厂情况对于承担模具制造和接受模具使用的厂家情况要做到心中有数。制造厂的设备能力、技术水平、生产条件等要了解情况。对使用厂的成型设备、工人的技术水平等均需了解清楚。特别是对成型设备的选择尤要重视，因模具与成型机是配套使用的，一般是根据成型机来设计模具，这就需要了解模具所配用的成型机的注射量、锁模力、注射力、模具安装尺寸、顶出方式与距离、喷嘴直径、定位孔尺寸，模具最大和最小厚度、模板行程等，这些数据都将影响模具的结构。
1.2.2 总体方案设计
总体方案设计的好坏，对模具技术性的优劣有决定性的影响，设计是否有创新，主要取决于此阶段的工作。若总体方案有缺陷，即使后来补救，
也难以使其根本改观。大致程序如下。
1）制定方案对于一种塑件的模具，其模具结构可以有多种。此时应广开思路，从各个不同的角度出发，确定几个模具结构方案。
2）分析比较方案对每个方案的优劣，应全面进行分析比较，一般可以从成型位置、型腔布置、分型面、浇注系统、脱模方式、模温调节、支承与联接等方面来进行具体分析和比较，进行量化数据的权衡。
3）确定方案从事某个塑件的模具设计，需要最终确定一个设计方案。理想的模具总体方案，应能充分发挥的能力，使模具本身的工作能最大限度地满足塑件的工艺技术要求和生产经济要求等，由此来确定一个切实可行的模具结构方案。
1.2.3 技术设计
总体设计方案一经确定，就不要随便变动，即可进人技术设计阶段，主要包括以下内容。
1）绘制总装配图总装配图的设计较复杂，不可能一次成功。一般应先画草图，草图设计过程是边设计、边绘图、边修改的过程。不能企望所有的结构尺寸一次就能定准无误。在设计过程中往往需经反复多次修改，使其逐步完善。其基本做法就是将确定的结构方案在图样上具体化。最好用Auto-CAD与Pro-E, 先从型腔开始，由里向外，主视图与俯视图、侧视图同时进行。
在总装草图绘制完毕后，经检查、审核无误后，即可按照制图标准画在正式图纸上。这时，在图样上应标注技术要求和使用说明，包括某些系统的性能要求、装配工艺要求、使用和装拆注意事项等。
2）绘制零件工作图按照总装图中的结构绘制零件工作图。在零件工作图上必须详细标出零件几何尺寸、尺寸的配合符号和公差值、表面粗糙度、形位要求及公差、热处理要求、表面处理要求、材料种类、零件数量等。
零件图的编号应与总装图上的序号一致。
1.3注塑成型的基本要求
注塑成型的基本要求:(1)干燥处理(2)熔化温度(3)注射压力(4)注射速度
(1)干燥处理：这种材料在高温下很容易水解，使制品机械强度下降、带色、表面产生斑痕，因此加工前的干燥处理是很重要的，使水分含量控制在0.02%，建议干燥条件为：料层的厚度小于30MM，在120℃的空气中干燥6-8小时，或者150℃的空气中干燥2~4小时；如果用吸湿干燥器干燥，建议条件为150℃，2.5小时。
1)成型温度：PBT有明显的熔点，且在熔点以上，黏度迅速下降，所以成型中以比熔点高5℃作为成型温度的下限。温度太低会出现塑化不佳，缺胶等现象。温度太高容易造成喷嘴流延、溢边、颜色加深、降解，制品机械性能下降。其分前段温度5-10℃.
2)模具温度：生产PBT主要是控制温度。温度高对产品机械性能影响极大，尤其是模温，模具温度太高，产品易脆抗冲击性能差易开裂，通常模具温度为40-100℃，以70-90℃为宜。玻璃增强级和阻燃级模具温度可采用65℃，最高模具温度不超过100℃。为提高产品尺寸的稳定性、防止翘曲变形，可以提高模具温度，使塑料在成型中结晶完善。
(3)注射压力：一般为中等程度的注塑压力，为40-100Mpa。
(4)注射速度：PBT的结晶速度相当快，要求高的注射速度，以避免熔体表面冻结，使远离浇口处出现熔接痕或开裂。
第二章塑件成型工艺分析
2.1肥皂盒造型设计
2.1.1肥皂盒零件图
2.1.2 肥皂盒
肥皂盒在我们的生活中非常的普遍，几乎每家都要用到。市场上也有各种各样的肥皂盒，形状各异，有些是把肥皂盒做成水果造型，有些是动植物造型，来吸引顾客的目光，以引发人们的购买欲。此次设计的肥皂盒的结构较简单，但在设计时考虑其应用,还相应的做了些曲面,所以曲面结构较多,计算也就较多.
优点是：结构简单；在上盖的设计中主要要解决以下几个问题：1)、设计浇口时要注意上盖上表面的精度，不能在表面上留有印痕；2)、在设计推出机构时要注意推杆放置的位置，放在下表面，不能影响上表面的表
面精度；3)、在开模时需保证塑件留在型腔上，用推杆顶出。设计中，辅以下盖的装配图。
2.2PVC塑料肥皂盒的结构与工艺特性
2.2.1聚苯乙烯的流动性
聚苯乙烯是指由苯乙烯单体经自由基缩聚反应合成的聚合物，英文名称为Polystyrene。聚苯乙烯无色透明，能自由着色。聚苯乙烯流动性好，加工性能好，易着色，尺寸稳定性好。可用注塑、挤塑、吹塑、发泡、热成型、粘接、涂覆、焊接、机加工、印刷等方法加工成各种制件。特别适用于注塑成型，注塑成型时物料一般可不经过干燥直接使用。但为了提高制品质量，可在55℃~70℃鼓风烘箱内预干燥1~2h。具体加工条件大致为：料筒温度200℃左右，模具温度60~80℃，注塑温度170℃至220℃，注塑压力比为1.6~4.0。成型后的制品应在红外线灯或鼓风烘箱内，于70℃恒温处理2~4h。
聚苯乙烯的流动性好，容易成型，由于聚苯乙烯熔体粘度对剪切速率和温度都比较敏感，所以在注射中，无论是增大注射压力升高机筒温度都会使熔体粘度下降，均可达到改善聚苯乙烯熔体流动性的目的，其中提高机筒温度效果更明显。制品壁厚对流动性也有一定的影响，PS熔体的最大流动长度与壁厚之比为200:1，所以壁厚一般在1.0与4.0之间选取。
2.2.2 聚苯乙烯的成型流动收缩性
PS为非结晶型聚合物，成型收视率较低，通常为0.6%~0.8%，提高注射压力对降低成型收缩率是有利的，但注射速度不宜过高，否则模腔内的空气难以及时排除，还会使制件表面不光滑，透明度低，冲击强度下降，同时较大的剪切力还会导致制品的内应力增加，因此对聚苯乙烯来说在不发生波纹、熔接痕等缺陷的前提下应尽量采用较低的注射速度。
2.2.3工艺性分析
为了满足制件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，儿浇口却斜向开设在模具的隐蔽。塑件熔体通过型腔的侧面或推杆的端部注入型腔，因而塑件外表面不收损失，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。
2.3 分析塑件的结构工艺性
该塑件尺寸中等，整体结构比较简单，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。
塑件工艺参数：
成型时间：注射时间：0s-3s 模具温度：20-60C
冷却时间：15s-30s 保压时间：20-40Mp
总周期：40s-90s 注射压力: 60-100 Mp 结论：由此分析可确定为注射成型的模具
2.4注射成型原理与工艺特性
注射模也称注射模，其成型原理是将塑料从注射机的料斗送进加热的料筒中，经过加热融化呈流动状态后，在柱塞和螺杆的推动下，熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模腔之中，充满型腔的熔料在受压的情况下，经冷却固化后即可保持模具腔所赋予的形状，然后开模分腔获得成型塑件，这样在操作上完成了一个周期的生产过程。通常，一个成型周期从几秒到几分钟不等，时间的长短取决于塑件的大小、形状和厚度。模具的结构、注射机的类型及塑件的品种和成型工艺等条件。
注射机成型时热塑性材料成型的一种重要方法，它具有成型周期短、能一次成型形状复杂的、尺寸精度、带有金属或非金属嵌件的塑料制品。
注射成型的生产率高。易实现生产自动化。注射成型的缺点是所用的注射
设备价格高，除了热塑性塑料外，一些流动好的热固性塑料业可以用注射
方法成型，其原因是这种方法生产效率高，产品质量稳定。
第三章注射机的选择
1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技
术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量
占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最
多的机种之一.
按照图塑件所示尺寸近视计算
3.1 塑件体积的计算
按照图塑件所示尺寸由UG计算得
塑件体积：V=11.09cm3
塑件质量：根据有关手册查得：p=1.05gcm
所以，塑件的重量为：M=V×ρ=11.09cm×1.05=11.64g
3.2 按注射机的最大注射量确定型腔数目
根据n≤（KMp—M1）K （3-2-1）
得 (3-2-2)
注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8;
注射机最大注射量，;
浇注系统凝料量，；
单个塑件体积或质量，；
根据塑件的结构及尺寸精度要求,该塑件在注射时采用1模2腔 .
3.3 注射机的选择
根据以上的计算，以及塑件结构及外形尺寸、注射时所需压力和工厂现有设备等情况，选用注射机为XS-ZY-125型。
3.4注射机有关工艺参数的校核
3.4.1注射量的校核
式中： M ——注塑机的最大注塑量，g ；
M ——塑件的体积，g ，该零件M ＝11.09
M ——浇注系统体积，g ，该零件M ＝5.77。
故 08.218.0/)77.509.11(8.0/M ≈+=+≥）（浇塑件机M M
此处选定的注塑机注塑量为125,所以满足要求。
3.4.2开模行程校核
注射机的开模行程应满足分开模具取出塑件的需要。所选注塑机为XS-ZY-125型，其最大行程与模具厚度无关，故注塑机的开模行程应满足下式
（5～10）（3-4-1）
式中——注塑机最大开模行程，。
H——推出距离，；
H——包括浇注系统在内的塑件高度，；
因为 S＝300
H＋H＋（5～10）＝85＋25＋10＝120
故开模行程满足要求。
第四章塑件在模具中的位置与浇注系统的设计
4.1分型面的选择
图4.1-1 分型面的位置
分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。
4.1.1分型面的形式:
该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。模具上用以取出制品和（或）浇注系统凝料的，可分离的接触表面称之为分型面。分型面的选择
不紧关系到塑件的正常成型和脱模具,而且涉及模具结构与制造成本.在制品设计阶段，就应考虑成形时分型面的形状和位置，否则无法用模具成形。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面设计是否合理，对制品质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。
4.1.2分型面的设计原则
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。
选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：
1.分型面应选在塑件外形最大轮廓处
2.确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模
3.保证塑件的精度
4.满足塑件的外观质量要求
5.便于模具制造加工
6.注意对在型面积的影响
7.对排气效果
8.对侧抽芯的影响
在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。
4.2浇注系统的设计
4.2.1浇注系统的设计原则
型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。
（1）型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。
（2）系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）：尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使
热量及压力损失尽可能小。
（3）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。
（4）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。
（5）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。
4.2.2主流道的设计
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止塑料熔体流动通道。
根据选用的型号注射机的相关尺寸得
喷嘴前端孔径：d0=4.0mm；
喷嘴前端球面半径：R0=10mm；
根据模具主流道与喷嘴的关系
取主流道球面半径：R=11mm；
取主流道小端直径：d=4.5mm
为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为，此处选用2°，经换算得主流道大端直径为6.67MM。
图4.2.1 主流道示意图
4.2.3分流道的设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。
表4-1流道断面尺寸推荐值
塑料名称分流道断面
直径mm 塑料名称分流道断面直
径 mm