肥皂盒上盖注塑模具设计

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，在未来几年里，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，其中发展中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料件。本课题就是将肥皂盒的上盒盖作为设计模型，将注射模具的相关知识作为依据，阐述塑料注塑模具的设计过程。

本设计对肥皂盒上盒盖进行的注塑模设计，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件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。

本课题对肥皂盒上盒盖的注塑模具设计，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：塑料模具，注射成型，模具设计，注塑模具

Abstract

In recent years, China's household electrical appliance industry high speed development of the tooling industry, especially the plastic mold of the increasingly high demand, in 2004, the plastic mold in the mold industry in the proportion has increased to about 30%, according to the experts forecast, in the next few years, China plastic mold industry will continue to maintain an growth rate of 10% over the high speed of development. The domestic market to plastic mold injection mold greatest demand, the development of key engineering plastics die.

Plastic molding injection molding is an important method, which is mainly applied to the thermoplastic plastic molding, molding can be a complex shape of precision plastic parts. This topic is to soap box and the box cover as a design model, the injection mold related knowledge as the basis, elaborated the design process of plastic injection mold.

The design of the soap box cover for the injection mold design, the use of software UG plastic parts for the solid modeling of plastic parts of the structure, the technological analysis. Defined the design, determine the injection molding process and to each specific parts of a detailed calculation and verification. The design of such a structure can be used to ensure reliable die, ensure that the other parts of the mix. The last autoCAD mapping using a set of mold assembly drawing and parts drawing.

The subject of the soap box cover injection mold design, consolidate and deepen the knowledge, and achieved satisfactory results, to achieve the desired design intent.

Key words: plastic mold, injection molding, mold design, injection mold

目录

摘要 (1)

Abstract

第一章绪论 (5)

第二章肥皂盒塑料件 (6)

2.1 塑料件的原材料分析 (6)

2.2 塑料件的结构和尺寸精度及表面质量分析 (7)

2.2.1 塑料件的结构分析 (7)

2.2.2 塑料件尺寸精度的分析 (7)

2.2.3 表面质量的分析 (7)

2.3 塑料件的体积重量 (7)

2.4 塑料件的注塑工艺参数的确定 (7)

第三章注射机的选择 (9)

3.1 注射机的分类 (9)

3.2 注射机的选用 (9)

第四章塑料注塑模具设计 (10)

4.1 分型面的选择 (10)

4.2 型腔数的确定 (10)

4.3 注塑模具钢材的选用 (10)

4.4 模具工作的设计与计算 (10)

4.4.1 凸模的设计 (11)

4.4.2 凹模的设计 (11)

4.5 浇注系统 (11)

4.5.1 浇注系统的组成 (11)

4.5.1.1 组成浇注系统的零件 (11)

4.5.1.2 浇注系统的组成部分 (11)

4.5.2 浇注系统的设计 (11)

4.5.2.1 浇注系统零件的设计 (11)

4.5.2.2 浇注系统的设计 (12)

4.6 推出系统 (12)

4.6.1 推出机构的作用和种类 (12)

4.6.2 推出机构的组成 (12)

4.6.3 推出机构的设计 (13)

4.7 导向机构 (14)

4.7.1 导向机构的作用和组成 (14)

4.7.2 导向机构的设计 (14)

4.8 冷却和排气系统 (14)

4.8.1 冷却系统 (14)

4.8.2 排气系统 (14)

4.9注塑模具标准模架的设计 (14)

4.9.1 选择标准模架型号 (14)

4.9.2 模架主要尺寸确定原则 (14)

4.9.3 动模板的设计 (15)

4.9.4 确定模架的长度和宽度 (15)

4.9.5 模安装参数的校核 (15)

第五章总结 (17)

致谢 (18)

参考文献 (19)

第一章绪论

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，其产品在人们的生活中的作用越来越大，在人们生活中不可缺。

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，物理特性和化学特性等各方面均满足使用要求的优质；从模具使用的角度讲，要求的效率高，自动化并且操作简单；从模具角度讲，要求模具结构合理，制造容易，成本廉价。

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，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，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，滑块等结构对固定的零部件。目前CAD/CAM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，这就实现了模具设计有经验设计阶段向理论计算机的发面。例如，CAD/CAM在模具设计方面的应用。本设计就以UG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见的选择，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，并且绘制出正确的零件图。

通过本课题设计，并借助电脑和图书馆查阅资料，了解和懂得模具的使用特性和工艺特性，并能设计模具。还有通过本设计，可以巩固同学们的机械知识和CAD/UG的软件的操作。

第二章肥皂盒塑料件

图 2-1 肥皂盒上盖三维图

图 2-2 肥皂盒图

2.1 塑料件的原材料分析

塑料材料的特性：大多数聚苯乙烯（PS）都是透明的，非结晶材料。PS具有很好的化学稳定性，热稳定性，透光性（透光率88%~92%），密度：1050 kg/m³，电导率：(σ) 10-16 S/m ，导热率：0.08，杨氏模量：(E) 3000-3600 MPa，拉伸强度：(σt) 46–60 MPa，伸长长度：3–4%，夏比冲击实验：2–5 kJ/m&su3，玻璃转化温度：80-100°C，熔点：240°C，热

膨胀系数：(α) 8 * 10-5/K，热容：(c) 1.3 kJ/(kg·K)电绝缘特性以及很小的吸湿倾向。能够抵抗水，稀释无机酸，但能够被强氧化酸如浓硫酸所腐蚀，并且能够在一些有机溶剂中膨胀变形。PS收缩率在0.4%~0.7%，易着色，装饰性好。

PS塑料的缺点：质地硬而脆，塑件由于内应力而易开裂，耐热性低，易老化。

PS塑料的用途：在工业上可用作仪表外壳，灯罩，化学仪器零件，透明模型，产品包装等；在电气方面可用作良好的绝缘材料，接线盒，电池盒，光源散射器，绝缘薄膜等，透明容器等；在日用品方面广泛用于包装材料，各种容器，玩具及餐具，托盘等等。

2.2 塑料件的结构和尺寸精度及表面质量分析

2.2.1 塑料件的结构分析

该零件的总体形状为凹形状，结构比较简单。

2.2.2 塑料件尺寸精度的分析

肥皂盒盖为日用品，表面精度要求要高一点，因此重要的尺寸的精度要设计的较高一些，一般采用四级或五级精度，其它尺寸无公差要求，一般可采用八级或九级精度。

由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属于中等偏上，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。从塑料的壁厚上来看，壁厚最大处为1mm，最小处为0.4mm，壁厚差为0.6mm，比较均匀。

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，尺寸不是太大，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，零件的要求可以得到保证。

2.3 塑料件的体积重量

肥皂盒上盖的体积V=11088.5mm³

肥皂盒上盖的质量M=Ρv

经查表可得聚苯乙烯的密度为1050 kg/m³

M=11088.5*1.05*0.001=11.7（g）

故塑料盒上盖的质量为17g

2.4 塑料件的注塑工艺参数的确定

根据情况，聚苯乙烯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调整。

料筒温度：180℃-280℃，选用200℃

模具温度：50℃-80℃

注射压力：20MPa- 60MPa 选用40 MPa

注射时间：3s

保压时间：30s

冷却时间：30s

总时间：63s

综上参数；可以保证模具设计和检验，并可以根据实际情况作适当调整，最终保证实际模具可行。

第三章注射机的选择

3.1 注射机的分类

（1）按外型可分为立式，卧式和角式三种，应用较多的是卧式注射机。（2）按塑化方式分为柱塞式和螺杆式两种。

（3）按用途分为通用型和专用型两种。

（4）按传动方式分为机械式，液压式和机械液压联合式三种。

3.2 注射机的选用

表3-1 注射机选用特性

注射机的规格目前世界上尚无同一的标准，我国常采用额定注射量来表示注射机的规格。

此设计的注射机就选用常用的XS-ZY-250，X指成型，S指塑件，Z指注射，Y指螺杆式注射机。喷嘴直径4mm，动定模固定板尺寸428mmX458mm。

第四章塑料注塑模具设计

4.1 分型面的选择

图4-1 分型面的位置

该塑件为肥皂盒上盖，表面质量无特殊要求，只要求手感好，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

肥皂盒上盖）属于日常用品，结构简单，市场需求量一般，对

模具要求简单，经济廉价，因此我们可确定模具型腔数位一个，既简单又经济。

4.3 注塑模具钢材的选用

材的要求很高，钢材的选择是否适当，对模具寿命，加工件,度等影很大,要求内容因模具的结构，模具的寿命，成型用的材料，成型品的性能，外观，尺寸精度而异，一般要求如下；

1，购买方便；

2，机械加工性能良好；

3，抛光容易，加工面美观；

4，强度，韧度和耐磨性好；

5，无砂孔等内部缺陷；

6，热处理容易，热变形小；

7，耐热性好，热膨胀系数小；

8，焊接性能好；

根据以上等几条原则，此模具各个部件的材料的选用要适宜。

4.4 模具工作的设计与计算

设计模具时，不但要考虑塑料件的自身尺寸，还要考虑塑料件的收缩性，尺寸公差,平均尺寸等一些因素；PS的成型收缩率为0.005，模具的制造公差Z=△/3.

型腔工作尺寸的计算公式为

L=[(1+S)Ls-x△]+ Z （公式4-1）式中 S——塑件的平均收缩率

Ls——塑件的最大外形尺寸

X——系数，尺寸大精度低的塑件，X=0.5；

尺寸小精度高的塑件，X=0.75；本设计X取0.5

△——塑件的公差尺寸，△=0.39，Z=△/3=0.13

4.4.1 凸模的设计

凸模采用嵌套式，因为凸模易磨损，嵌套式结构便于替换和安装。

L=[(1+S)Ls-x△]+ Z

长：L1=[（1+0.005）X119.2-0.5X0.39]+0.13

=119.731

L2=[（1+0.005）X118-0.5X0.39]+0.13

=118.525

宽：L1=[（1+0.005）X69.2-0.5X0.39]+0.13

=69.481

L2=[（1+0.005）X68-0.5X0.39]+0.13

=68.275

高：L1=[（1+0.005）X15-0.5X0.39]+0.13

=15.01

L2=[（1+0.005）X5-0.5X0.39]+0.13

=5

4.4.2 凹模的设计

凹模采用连接式，用螺钉连接，便于安装和替换。

长: L=[（1+0.005）X120-0.5X0.39]+0.13

=120.535

宽：L=[（1+0.005）X70-0.5X0.39]+0.13

=70.285

高：L=[（1+0.005）X20-0.5X0.39]+0.13

=20.035

凸模和凹模的设计尺寸公差可以根据零件的实际尺寸公差而定，以零件的最终尺寸为准，无具体要求。

4.5 浇注系统

4.5.1 浇注系统的组成

4.5.1.1 组成浇注系统的零件：

浇口套

定位圈

拉料杆

定模板

4.5.1.2 浇注系统的组成部分

主流道

浇口

冷料穴

4.5.2 浇注系统的设计

4.5.2.1 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

2）浇口套的设计

取40mm，深度取15mm，浇口套外径取100mm。

料选T10A的碳素结构钢，淬火处理HRC50-55

1）定位圈得设计

径取100mm，厚度取15mm。

选用普通碳素结构钢A3，不需要热处理。

4.5.2.2 浇注系统的设计

1）主流道的设计

根据设计手册查得XS-ZY-250型注射机喷嘴有关尺寸如下：

前端孔径：d0=4mm

前端球面半径：R0=18mm

为了使凝料顺利拔出，主流道的小端直径D应稍大于注射喷嘴直径d。

D=d+（0.5—1）mm=4+1=5mm

道的半锥通常为1到2度，过大的锥角会产生湍流和涡流，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度。经换算得主流道大端直径为8mm，为使熔料顺利进入模具，可在主流道出料端设计半径r=5mm的圆弧过度。主流道的长度一般控制在60mm之内，可取59.965mm。

2）浇口的设计

根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用直浇口较为合适。

口一般开设在模具的分型面上，从制品的上方进料，故也称之为直接浇口。直浇口的截面形状为圆形，其优点是截面形状简单，易于加工，便于试模修正。因为该制件无表面特殊要求，又是小型制品的结构，所以采用直浇口。

的尺寸无特别的要求，主要是参考注射机前端的尺寸，固定板和动模的尺寸，以此保证浇注的时间和速度。

3）冷料穴与拉料杆的设计

对于依靠推杆脱模的模具常用I字型拉料杆，起到定位和引导的作用。

4.6 推出系统

4.6.1 推出机构的作用和种类

注射模的推出机构有推杆，推管和推板三种形式。

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。每个制件用两根顶杆顶出，其结构简单，推出可靠。

4.6.2 推杆推出机构的组成

组成注射模的推杆推出机构的零件有：

推杆

推板

推杆固定板

固定螺钉

4.6.3 推杆推出机构的设计

1）复位杆（如图4-2）

复位杆选用阶梯型圆柱，复位杆的小直径选12mm，大直径选14mm，采用圆柱形结构

长度由模板厚度和塑件的推出距离而定，取162mm。复位杆材料选用优质碳素结构钢45

图 4-2 复位杆

号钢，淬火处理, 低温回火，HRC45-50,表面粗糙度Ra1.6，与动模板间隙配合H8/f8。

2）复位杆导套（如图4-3）

材料选用碳素工具钢T8A，淬火处理HRC45-48，小孔孔径12mm，大孔直径14mm，

图 4-3 复位杆导套

长度90mm。

3）推杆（如图4-4）

材料选用碳素工具钢T8A，淬火处理HRC52-55，上端圆柱直径10mm，下端螺纹大径

图 4-4 推板导柱

10mm，长度 90mm

4）推板（如图4-5）

材料选用普通碳素结构钢A3，淬火处理HRC45-50，长，宽，高分别为120mm，100mm，

图 4-5 推杆固定板

10mm。

5）上固定螺钉

选用M12的圆角螺钉，长度55mm。

6）凸模固定螺钉

选用M6的圆角螺钉，长度16mm。

7）下固定螺钉

选用M10的圆角螺钉，长度30mm。

4.7 导向机构的设计

1）导柱的设计

柱导柱，导向部分直径12mm，高度130mm，材料选用碳素工具钢T8A，

图 4-6 导柱

淬火处理HRC45-48，表面粗糙度Ra0.8. （如图4-6）

2）导套的设计

导套，导向部分内直径12mm，外直径16mm，高度90mm,材料选用碳素工具钢T8A，淬火处理HRC45-48，表面粗糙度Ra0.8，与动模板间隙配合H8/f8。（如图4-7）

图 4-7 导套

4.8 冷却和排气系统

4.8.1 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 注射标准模架的设计

4.9.1 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。

4.9.2 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。

4.9.3 动模板的设计

动模板的尺寸定为：长，宽，高分别为355X250X30mm，材料为A3钢。4.9.4 确定模架的长度和宽度

图 4-8 定模版

模具的底座的长度，在动模板长度的基础上两侧各加上压板空间的尺寸，取400mm，模具宽度与动模板一致取250mm。

4.9.5 模安装参数的校核

图4-9 装配示意图

1：复位套 2：浇注口 3：定模板 4：凹模

5：导套 6：导柱 7：动模板 8：推杆

9：推板 10凸模： 11：下固定板 12：复位杆

模具各模板的厚度分别为：

H1——上模座40mm H2——型腔板40mm

H3——凸模板40mm H4——下底座80mm

模具的闭合高度为H=H1+H2+H3+H4=200mm

所允许的最大模具厚度Hmax=350mm

即模具满足Hmin<=200mm<=Hmax的安装条件。

经查资料XS-ZY-250型注射机的最大开模行程S=180mm

S>=H1+H2+（5-10）mm

=40+40+10

=90mm

满足要求

所以注射机的开模行程足够，由以上的验证可知，型注射机能满足使用要求，故可采用。

第五章总结

经过一个多月的设计让我对模具设计方法有了大致的了解，也巩固和学习了许多专业知识，收获很大。针对本次塑件料肥皂盒上盖的注塑模具设计总结如下：1，此设计采用一模一穴，设计结构简单，节省原材料。

2，模具采用嵌套式，加工方便，更换容易，更加经济。

3，因为成型部分采用了嵌套结构，塑件边缘留有痕迹，因此要求嵌块的尺寸，行为公差等级增加了一些难度。

4，由于设计水平，设计经验有限有限，在设计中对很多细节没有做太多的考虑，因此增加了试模，调试的工作量。

致谢

本次设计是在李润娟老师的悉心指导下完成的，李润娟老师为我的设计提出因了许多指导性的意见和许多具体的指导和帮助。李润娟老师的严谨治学的教学作风，孜孜不倦的敬业精神，给我留下了深刻的印象，使我受益良多。在本文结束之际，特向我敬爱的指导老师致以最崇高的敬意和深深的感谢！

在我写毕业论文期间，得到了机电系多位老师的帮助，在忙碌的工作之余，给予我专业知识上的悉心指导，而且教给我学习的方法和思路，使我在模具设计上有了新的认识和提高。在此，我对他们表示由衷的感谢！

感谢给予我建议和帮助的老师!

参考文献

[1] 张维合注塑模具设计实用教程北京：化学工业出版社 2007.9

[2] 李云程模具制造工艺学（第2版）北京：机械工业出版社 2008

[3] 张建中机械设计基础北京：高等教育出版社 2007.8

[4] 王纪安工程材料与材料成形工艺（第二版）北京：高等教育出版社

2004.12