肥皂盒盖模具设计

肥皂盒盖模具设计

前言

肥皂是我们日常生活中必不可少的用品，肥皂的种类很多，但外形大体相同，因此肥皂盒的使用也十分广泛。通过这学期的模具课学习，我决定设计一套肥皂盒盖的模具。

塑件的工艺性能分析

一、 材料选择

由于肥皂盒盖属于外观范围，要求表面光滑，聚丙烯密度小，强度、刚性、硬度、耐热行均优于HDPE,可在100℃左右使用。具有优良的耐腐蚀性，良好的高频绝缘性，不受湿度影响，所以选择聚丙烯材料（pp ）。在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。

（肥皂盒盖整体外型图） （塑件材料的物理性能、热性能）

二、塑件加工特性

（1）结晶性塑料，吸湿性小，可能发生熔体破裂，长期余热金属接触已发

生分解；

（2）流动性极好，溢边值0.03mm 左右；

（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统的散热应适度；

密度 g/cm 3

0.90～0.91 质量体积 cm 3

/g 1.10～1.11 吸水率 24h 0.01～0.03 熔点 ℃ 170～176 熔融指数 g/10min 230℃ 维卡针入度 ℃ 140～150 热变形温度 ℃ 102～115 线膨胀系数 10-5

℃

9.8

比热容 J/(kg ·K) 1930 热导率 W/(m ·K) 0.126

（4）成型收缩范围大，收缩率大，已发生缩孔、凹痕、变形，取向性强；

（5）注意控制成型温度，料温低时取向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50℃以下塑件无光泽，已产生熔接痕、流痕；90℃以上时易发生翘曲、变形；

（6）塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以防止应力集中。

三、塑件材料的成型条件

注射机选择

一、塑件体积的计算

按照图中塑件所示尺寸近似计算塑件体积：

V≈(28.71/180 ×15 +86.69/180 ×2.5)×370.6 ×2+(2570.52 ×2 +1316.31 ×2 +299 ×4 +410 ×2)×21 V≈26cmз

塑件质量：M=26 ×0.9g=23.4g

二、按注射机的最大注射量确定型腔数目

根据n≤（KMp—M1）/K

K—注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8;

Mp—注射机最大注射量，cmз或g;

M1—浇注系统凝料量，cmз或g；

M—单个塑件体积或质量，cmз或g；

为方便起见，本套模具设计为一模一腔。

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，

三、注射机有关工艺参数的校核

（1）注射量的校核

0.8M

机≥M

塑件

＋M

浇

式中： M

机

——注塑机的最大注塑量，g；

M

塑件——塑件的体积，g，该零件M

塑件

＝25.643

cm

M

浇——浇注系统体积，g，该零件M

浇

＝13.323

cm。

故 M

机≥

8.0

浇

塑件

M

M+

＝3

25.6413.32

48.7

0.8

cm

+

=

此处选定的注塑机注塑量为1253cm ,所以满足要求。

（2）锁模力的校核

锁模力是指注射机的锁模装置对模具所施加的最大夹紧力。当高压的塑料溶体充满模具型腔时，沿锁模方向会产生一个很大的作用力，此力总是力图使模具沿分型面胀开。为此，注射机的额定锁模力必须大于型腔内塑料熔体压力与塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和（即注射面积）的乘积。

一般，闭模时要从模外加大于型腔内压力一倍以上的锁模力。

F 锁机＞P 模A （3-1-3）

式中： P 模——熔融型料在型腔内的压力（60MP ～1000MP ）；

A ——塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算为105082mm ； F 锁机——注塑机的额定锁模力，KN 。 故 F 锁机＞P 模A ＝60×10508＝630.48KN 此处选定的注塑机为900KN ，满足要求。 （3）模具与注塑机安装部分相关尺寸校核

模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸的拉杆间距相适应：

模具长×宽＜拉杆面积 （3-1-4）

即 450×500＜260×360 故满足要求。 模具闭合高度校核

本模具的闭合高度为 349H mm =，XS-ZY-125型注射机所允许模具的最小闭合厚度为min 300H mm =，最大厚度为max 400H mm =， 即模具满足

max min H H H ≤≤ 的安装条件。

（4）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

++≥21H H S （5～10） mm （3-1-5）

式中S——注塑机最大开模行程，mm。

H

1

——推出距离，mm；

H

2

——包括浇注系统在内的塑件高度，mm；因为 S＝300mm

H 1＋H

2

＋（5～10）＝85＋25＋10＝120mm

故开模行程满足要求。

浇注系统设计

在设计注射模的浇注系统时应注意以下几项原则。

1）根据塑件的形状和大小以及壁厚等诸因素，并结合选择分型面的形式选择浇注系统的形式及位置。

2）根据所确定的塑件型腔数设计合理的浇注系统布局。

3）应根据所选用塑件的成型性能，特别是它的流动性能，选择浇注系统的截面积和长度，并使其圆滑过渡以利于物流的流动。

4）应尽量的缩短物料的流程和便于清除料把，以节省原料，提升注射效率。5）排气良好。

由于肥皂盒盖为盖类零件，为了保证内表面和外表面的粗糙度，应该把浇注口设置在分型面处。

一、冷料穴设计

冷料穴位于主流道的末端，或者处于分流道的末端。其作用是收集熔体前锋的冷料。防止冷料进入模具型腔而影响制品质量。冷料穴分两种，一种专门用于收集、贮存冷料，另一种除贮存冷料外还兼有拉出流道凝料的功用。冷料穴应设置在熔体流动方向的转折位置，并迎着上游的熔体流向，冷料穴的长度通常为流道直径d的2

~

5.1倍。

二、浇口设计

浇口是连接流道与型腔之间的一般细短通道。它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。浇口的作用有如下几点：

1）熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注射机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流。

2）熔体在流经狭窄的浇口时回产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模。

3）易于切除浇口尾料。

4）对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料。

通常浇口可分为大浇口和小浇口两类。前者称为非限制性浇口。系指直接浇口；后者称为限制性浇口，常用的有侧浇口、点浇口等。

点浇口是截面形状小如针点的浇口，应用范围十分广泛，它具有如下优点：1）可显著提高熔体的剪切速率，使熔体黏度大为降低，有利于充模。

2）熔体经过点浇口时因高速摩擦生热，熔体温度升高，黏度再次下降，使熔体的流动性较好。

3）有利于浇口与制品的自动分离，便于实现制品生产过程的自动化。

4）浇口痕迹小，容易修整。

5）在多型腔模中，容易实现各型腔的平衡进料。

6）对于投影面积大的制品或者易于变形的制品，采用多个点浇口能够提高制品的成形质量。

7）能较自由地选择浇口位置。

导向机构的设计

导向机构的作用：1）定位作用；2）导向作用；3）承受一定的侧向压力

一、导柱的设计

导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8—12 cm ，以免出现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。导柱前端应做成锥台形，以使导柱能顺利地进入导向孔。导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢（经表面渗碳淬火处理），硬度为50—55HRC 。

导套材料用与导柱相同的材料制造导套，其硬度应略低与导柱硬度，这样可以减轻磨损防止导柱或导套拉毛。为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。导向孔作成通孔，以利于排出孔内的空气。 二、推出机构的设计

用推杆推出，推杆截面为圆形，推杆推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换。推杆的位置选择在脱模阻力最大的地方，塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布置，以保证塑件推出时受力均匀，塑件推出平稳和不变形。根据推杆本身的刚度和强度要求，采用四根推杆推出。推杆装入模具后，起端面还应与型腔底面平齐或搞出型腔0.05—0.1cm.

加热、冷却系统的设计

本塑件在注射成型机时不要求有太高的模温因而在模具上可不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下设计算计。

设定模具平均工作温度为60°/C ，用常温20°/C 的水作为模具冷却介质，其出口温度为30°/C 。

通过热平衡的分析，在单位时间内熔体凝固时放出的热量应等于冷却水带走的热量 )

(211

θθρ-=

c WQ q V （1式）

式中 V q —冷却介质的体积流量（m 3/min ）；

W —单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料重量（kg/min ）

； 1Q —塑件在凝固时所放出的热量（J/kg ）；

ρ—冷却介质的密度（㎏/m 3）

； C —冷却介质的比热容[KJ/（㎏·0

C ）]；

1θ—冷却介质的出口温度（℃）；

冷却管道总传热面积A （2m ）可以用以下式计算： θ

?=

h WQ A 1

60 （2式）

式中 W —单位时间（每分钟）内注入模具中的塑料重量（min /kg ）；

1Q —单位重量的塑料制品在凝固时释放出的热量（kg KJ /）；

h —冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数[)/(02C h m KJ ??]； θ?—模具温度与冷却水温度之间的平均温差（C 0）

。 对于长径比50/>d l 的细长冷却管，其孔壁与冷却水之间的传热膜系数h 的计算式为：

2

.08

.0)(6.3d

v f h ρ= （3式） 式中 f —与冷却水温度有关的物理系数，见参考文献[1]表9.8-5查得；

ρ—冷却水在一定温度下的密度（3/m kg ）

； v —冷却水在圆管中的流速（s m /）；

d —冷却管的直径（m ）

。2θ—冷却介质的进口温度（℃）。 冷却水在圆管中流速为：

4

4d

q v V

π=

（4式） 式中 V q —冷却水的体积流量（s m /3）

d —冷却管道的直径（m ）

v —冷却水在圆管中的流速（s m /）

模具应开设的冷却管道的孔数：

dL

A

n π=

（5式） 式中 L —冷却管道开设方向上模具长度或宽度（m ）

A —冷却管道总传热面积（2m ） d —冷却管的直径（m ）

由于本零件为盖类零件，上下表面与模具充分接触，所以不需要加冷却水。

模具的装配

模具装配时要求相邻装配单元之间的配合与联接均需要按装配工艺

确定的装配基准进行定位与固定，以保证其间的配合精度和位置精度，从而保证型芯与型腔间能精密均匀的配合和定位，开合运动与推出脱模机构都能够实现运动的精确性。

具体的工艺要求：

（1）通过装配与调整，使装配尺寸链的精度能够完全满足密封性的要求；

（2）装配完成的模具其塑料注射完全满足规定的要求；

（3）寿命期限可以达到预先规定的数值和水平等。

（开模示意图）