塑料模具肥皂盒设计说明书

第一章产品的说明

肥皂盒是日常用品，几乎家家户户都有，商店里出售的肥皂盒也是各种各样，丰富多彩，有很特别的设计以赢得消费者的喜爱。此次设计的是肥皂盒底座，结构比较简单，但考虑的是其实用性。为了防止香皂遇水软化，将底座设计成了中间凸起的曲面，并在底座水平放置处开了漏水孔。肥皂盒图形如下：

图1—1

第二章塑件的分析

PVC塑料

化学名称：聚氯乙烯

比重：1.38克/立方厘米成型收缩率：0.6-1.5%

产品需要预热到70-90℃，预热时间为4-6小时

成型温度：230-330℃成型时间为40-130秒

成型特性：

1、无定形料，吸湿性小，但为了提高流动性，防止发生气泡则宜先干燥。

2、流动性差，极易分解，特别在高温下与钢、铜金属接触更易分解，分解温度

为200℃，分解时有腐蚀及刺激性气体。

3、成型温度范围小，必须严格控制料温。

4、用螺杆式注射机及直通喷嘴，孔径宜大，以防死角滞料，滞料必须及时处理

清除。

5、模具浇注系统应粗短，浇口截面宜大，不得有死角滞料，模具应冷却，其表

面应镀铬。

第三章 注射机的型号和规格选择及校核

注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。

从模具设计角度考虑，需要了解注射机的主要规范。在设计模具时，最好查阅注射机生产厂家提供的“注射机使用说明书”上标明的技术规范，因为即使同一规格的注射机，生产厂家不同，其技术规格也略有差异。

3.1注射机的选用 3.1.1注射量的计算

选用注射机时，通常是以某塑件()或模具实际需要的注射量初选某一公称注射量的注射机型号，然后依次对该注射机型的公称注射压力、公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸一一进行校核。

以实际注射量初选某一公称注射量的注射机型号：为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于某注射机的公称注射量，即：

V V <公实

式子中，V 实-实际塑件()包括浇注系统凝料的总体积()3cm 。

由PRO/E 分析/体测量，可得塑料盒的体积为31V 30.62cm =，可得塑件质量1m ，

11 1.3830.6242.3m v g g ρ==?=

3.1.2根据塑件本身的几何形状及生产批量确定型腔数目 由于塑件型腔较深且底壁上有孔，加上塑件有一般精度要求，外表面有高光洁度要求不易采用太多型腔数目所以考虑一模两腔，型腔平衡布置在型腔板两侧以方便抽芯、浇口排列和模具的平衡。

3.1.3确定注射成型的工艺参数

根据该塑件的结构特点和PVC 的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射

表3-1

3.1.4确定成型设备

由于塑件采用注射成型加工，使用一模两腔分布，由此可以计算出一次注射成型过程所用塑料量为：0012242.342.32093.06W m m g =+=?+?=凝料。根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑料品种，塑件结构，生气批量及注射工艺参数。注射模具尺寸大小等因素参考设计手册初选60XS Z --型螺杆式注射机（经后面的校核此注射机能满足锁模力，安装尺寸和开模行程等各项要求，故最终选定此注射机）60XS Z --型螺杆式注射机的主要参数见表3-2:

表3-2

3.2 注射压力的校核

该项工作是校核所选注射机的公称压力P 能否满足塑件所成型时需要的注射压力0P ，其值一般为a 70-150MP ，通常要求0P>P 。我们这里选a 70MP 。

3.3 锁模力的校核

锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此，注射机的额定锁模力必须大于该胀型力，即：

F F kPA ≥=胀锁

F 锁-注射机的额定锁模力()N ；查表知为：500KN

P -模具型腔内塑料熔体平均压力()a MP ；一般为注射压力的0.3-0.65倍，通常取

a 20-40MP 。我们这里选a P 30MP =型。

A -塑料和浇注系统在分型面上的投影面积之和()

2mm

由PRO/e 分析测量，可得投影面积为230.8cm ，浇注系统的投影面积不超过

210cm

K-压力损耗系数一般取1.1-1.2 故：F F kPA ≥=胀锁

=()6531.23010 3.810=110.8810N -????? 而锁模力为500KN ，大于110.88KN ，符合要求。

3.4开模行程的校核

注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，本模具为霜分型面注射模，所需开模行程为： ()12S H=H H 510mm a ≥+++-

式中，1H -塑件推出距离()()mm 也可以作为凸模高度； 2H -包括浇注系统在内的高度()mm ； S -注射机移动板最大行程()mm ； H -所需要开模行程()mm ；

a -中间板与定模的分开距离()mm

计算得：()12H=H H 510=55+20+40+10+125mm

第四章 分型面的选择

不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法都必须首先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择，为保证塑件能顺利分型，主分型面应首先考虑选择在塑件外形最大轮廓处，如图4-1所示在满足该原则的三个方案中，方案A 的塑件开模后留在定模一侧塑件不易取出，定出机构设计复杂，方案B 的设计在开模时会产生影响塑件外观的飞边且飞边不易清除，方案C 既保证了塑件的外观，且毛刺、飞边的清除也较容易因此选择图C 所示的分型面

图4-1

第五章 型腔数目的决定及排布

为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件的精度，模具设计时应确定型腔数目，其计算过程如下：

设型腔数目为n ，制品总件数为N ，每一个型腔所需的模具费用为1C ，与型腔无关的模具费用为0C ，每小时注射成型的加工费用为()y h 元，成型周期为

()t min ，则：

模具费用为()10C M X n C =+元，

注塑成型费用为()60s yt X N ??

= ???

元，

总成型加工费用为M S X X X =+，即

1060yt X N nC C n ??=++ ???

为使总的成型加工费用最少，即令

0s

n

d d =，则有： 121060yt N C n ????

-+= ???????

所以n =

对于高精度制品，由于型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀，故通常推荐型腔数目不超过4个，塑料件的精度为6级左右，以及模具制造成本、制造难度和生产效率的综合考虑，型腔数目初定为2腔，排布形式为矩形的平衡如图5-1所示：

图5-1

第六章 浇注系统的设计

6.1浇注系统的组成

所谓注射模的浇注系统是指从主浇道的始端到型腔之间的熔体流动通道，其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰

的塑件。因此，浇注系统十分重要。而浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两类。我们在这里选用普通浇注系统，它一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成，如图6-1所示：

图6-1

6.2浇注系统各部分设计

6.2.1主流道的设计：

由表3-1可知，SZY-300型注射机喷嘴的有关尺寸为:

喷嘴孔直径

d=4φmm

喷嘴前端球面半径

SR=12mm

根据模具主流道与喷嘴的关系得到：

主流道进口端球面半径SR=

SR=（1~2）=12+（1~2）mm，取SR=14mm

主流道进口端孔直径d=

d+0.5=4+0.5 mm，取d=4.5 mm

主流道设计为圆锥形，其锥角=4

α

6.2.2 分流道的设计

分流道就是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。多想抢模具必定设计分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。

分流道的截面形状设计为半圆形可以减少压力损失和传热损失，提高效率，我们这里就选用圆形分流道，如图6-2所示

图6-2

6.2.3浇口的设计：

浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。经计算此模具选用点浇口形式浇口如图6-3所示：

图6-3

第七章成型零件的工作尺寸计算

7.1 凹模的结构形式：

凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件。根据需要有以下几种结构形式：

整体式凹模、组合式凹模、拼块组合式凹模，我们的产品属于小型制件，从各方面分析我们可选用组合式凹模-整体嵌入式凹模。

整体嵌入式凹模：于小件一模多腔式模具，一般是将每个型腔单独加工后压入定模中。这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。凹模的外形通常是用带台阶的圆柱形，由台阶定位，以H7m6过渡配合嵌入定模板，然后用定模座板将其固定。其结构如图7-1所示：

图7-1

7.2凸模的结构设计

凸模()即型芯是成型塑件内表面的成型零件，通采用组合式两种类型。我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模-组合装配式凸模，它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成，如下图所示：

图7-2 7.3成型零件的工作尺寸计算

现设制品的名义尺寸s L 是最大尺寸，其公差按规定为负值“-?”；凹模的名义尺寸M L 是最小尺寸，其公差按规定为正值“Z +σ”，现由公式可得：

()Z

+M S 0L L 10.5S σ-=+-?????

式中，“?”前的系数()0.5此处为可随制品的精度和尺寸变化，一般在

0.50.75-之间，ABS 的收缩率S 为0.005。制品偏差大则取小值，偏差大则

取大值。?值由塑料模设计手册《公差数值表》可查基本尺寸为120mm 时，其?值为0.68；基本尺寸为70mm 时，其?值为0.52；基本尺寸为15mm 时，

?为0.24()5这里塑料件的精度取级

故可由以上公式算出其尺寸： 7.3.1型腔尺寸计算：

()11-01-0.5Z

M S D L S σ+=+?????

()()+0.20.7

0.14

01301+0.005-0.50.7130.3mm ?+=?=????

()22-01-0.5Z

M S D L S σ+=+?????

()()+0.20.62

0.1301001+0.005-0.50.6231.2mm ?+=?=????

()33-01-0.5Z

M S D L S σ+=+?????

()()+0.20.54

0.110801+0.005-0.50.5480.13mm ?+=?=????

7.3.2型芯尺寸的计算

设塑件内型腔尺寸为s d ，公差为正值“+?”，制造公差为负值“z σ-”，经过与上面凹模径向尺寸相似推理可得：

()0

-10.5z

M s d

d S σ=++?????

由于我们塑料件的厚度为2mm ，因此相应的尺寸上减去2mm 或者4mm 。?的取值分别为：基本尺寸为126mm 的为0.68，96mm 的为0.6，76mm 的为0.52，28mm 时为0.31，8mm 时为0.16.

故()0

11-10.5z

M s d

d S σ=++?????

()00.130.20.68=1261+0.0050.50.68126.97mm --?+?=????

()0

22-10.5z

M s d

d S σ=++?????

()0

0.120.20.6

=961+0.0050.50.696.78mm --?+?=???? ()0

33-10.5z

M s d

d S σ=++?????

()0

0.100.20.52=761+0.0050.50.5276.64mm --?+?=????

()0

44-10.5z

M s d

d S σ=++?????

()00.060.20.31=281+0.0050.50.3128.30mm --?+?=????

()0

55-10.5z

M s d

d S σ=++?????

()0

0.030.20.31

=81+0.0050.50.168.13mm --?+?=???? 7.3.3型腔壁厚和底板厚度计算

在注射成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。模具凹模采用的事整体嵌入式，因此可采用整体式矩形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁厚s 和型腔底板厚T ，如下图所示：

图7-3

140120s r mm ?

??==?=????

?

11.2T mm ===

式中 []σ-模具材料需用应力，查表可知[]300MPa σ= P —型腔所受压力，查表知P=30MPa R —型腔半径

第八章：导柱导向机构的设计

为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。导向机构的形式如图所示：

图8

—

1

第九章 脱模机构的设计

在注射成型的每一个循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模

具中这种推出塑件的机构成为脱模机构。脱模机构的分类很多，我们采用的是混合分类中的一种:推件板一次脱模机构，因为此机构是最简单、最为常用的一种，具有制造简单、更换方便、推出效果好等优点，在生产实践中比较实用和直观。差表知推件板的结构形式如下图所示：

图10—1

第十章 温度调节系统的设计

塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以达到理想的温度要求。

一般注射模内的塑料熔体温度为C ?200左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60C ?以下。所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。在注射过程中，塑件的冷却时间，通常是指塑料熔体从充满模具型腔起到可以开模取出塑件时止的这一段时间。这一时间标准常以制品已充分固化定型而且具有一定的强度和刚度为准，这段冷却时间一般约占整个注射生产周期的80%。因为我们所需要的塑件比较薄，故用此公式：

224-ln -s Ts Tm t a Te Tm ππ??

=? ????

式中，a -热塑性扩散系数()2m s ；s -制品厚度()mm ；

现在我们根据已知条件知道PP Ts 260C Tm 60C Te=100C ???==的，，，而塑件的厚度为2mm ；

故224

24260-60ln 2.410100-60t ππ-??

= ????? =4.5s

根据塑料制品形状及其所需的冷却效果，冷却回路可分为直通式、圆周式、多级式、螺旋线式、喷射式、隔板式等，同时还可以互相配合，构成各种冷却回路。其基本形式有六种，我们这里选用的是简单流道式。由塑料成型工艺及模具设计查询可得，PVC 的单位质量成型时放出的热量为300KJ-400KJ Kg 。放出热量为60 1.051000350KJ 22.05KJ ??=其中，13的热量被凹模带走，2由型芯带去。简单流道式即通过在模具上直接打孔，并通以冷却水而进行冷却，是生产中最常用的一种形式。其结构如图：

图10—1

第十一章：模具闭合高度的确定

根据计算查表（GB /T 12556.1-1990）可知选用4A 的标准模架。模架尺寸为

350200?。

组成模具闭合高度的模板及其他零件的尺寸有：

定模座板为130mm H = 动模座板为225mm H = 定模板为30mm A = 推件板为320mm H = 型芯固定板440mm H = 支承板为530mm H = 垫块为60mm C =，

其中C 12152055mm h h >+=+=（1h 为推杆固定板的厚度，2h 推板的厚度） 可知模具闭合高度为1235H=H +H +H +H +A+C=30+25+20+40+30+30+60=235mm

参考资料

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[2] 陈锡栋《实用模具技术手册》北京机械工业出版社，2001

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