肥皂盒注塑模具设计毕业设计论文.docx
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肥皂盒注塑模具设计毕业设计论文
肥皂盒注塑模具设计毕业设计论文
毕业设计论文
肥皂盒注塑模具设计
专业：
机械设计制造机及其自动化
班级：
11机制3班
******
导师姓名：
周慧兰
起止时间：
2015-03至2015-06
华东交通大学
2015年5月29日
摘要
本论文是肥皂盒上下盖注塑模具设计，论文的主要内容，包括肥皂盒零件三维造型、分型面的选择、分模出来零件的装配和编辑、脱模机构的设计、浇注系统、冷却系统、顶杆、斜顶机构、导套导柱合模导向机构的设计，设计中还包括部分理论计算和和校核，毕业设计所运用到的相关参考文献，以及相关图纸。
该套模具的结构紧凑，操作容易上手，模具具有较高的生产效率，并且能够保证塑料件产品的质量。
关键词：
肥皂盒上下盖；注塑模；模架；斜顶机构
Theinjectionmolddesignofsoapbox
Abstract
Thispaperisthesoapboxcoverinjectionmolddesign,themaincontentofthepaper,includingthesoapboxparts3dmodelling,thepartingsurfaceselection,dieoutpartsassemblyandediting,thedesignofthedemouldingmechanism,gatingsystem,coolingsystem,plunger,inclinedtopinstitutions,guidebushguidepinclampingsteeringmechanismdesign,designincludespartofthetheoreticalcalculationandchecking,graduationdesignappliedtorelevantreferences,andrelateddrawings.Thissetofmouldstructureiscompact,easyoperation,themouldhashighproductionefficiency,andcanguaranteethequalityofplasticproducts.
Keywords:
Soapboxcoverupanddown;Injectionmold;Dieset;Inclinedtopinstitutions
绪论
随着社会的发展，为制造业创造了更大的市场但也提出了更高的要求和挑战，而模具行业又是制造业的命脉更是首当其冲。
我们国家制造业发展飞快而模具行业是制造业中的重头戏，我，我们国家是模具制造的大国，整个模具产业能为国家GDP贡献1.8万亿元人民币，2014年是重要的一年在这一年我们国家制造业跃居世界之首。
我国的模具行业发展很迅速，发展状况良好，近几年来，中国模具工业以每年十几个百分点涨速快速的发展，但是我国模具工业发展在地域分布不均匀，沿海地区的模具行业发展要快于中西部地区，南方地区的发展又要快于北方地区。
模具的生产最集中的地区分布在长江和珠江三角区地区，它们的产值占到国内在模具生产产值方面的60%以上。
广东号称是我国模具业最大的市场，也是全国最大的模具进出口省。
虽然我国的模具工业在近些年取得了很大的成就。
我国模具市场发展空间巨大是模具行业的最大优势。
一些方面模具行业还是与发达的国家差距很大，例如精密加工设备在模具设备中所占的比重比较低、整个模具行业的技术开发投入不足、研发人员很缺乏、很多的高端的模具技术依靠国外引进、先进技术应用还是不够普及等等。
目前全国“模具城”一共有81个，主要分布在江浙粤，这些模具生产基地聚集建设，对我们国家模具工业发展起到了非常积极的作用。
到目前为止很多的企业已经慢慢地意识到品牌和专利的重要性，在自主研发资金上面的投入地加大，近些年一些企业逐渐做起了自己品牌和专利，例如天汽模具、豪迈科技、吉阳巨轮股份等。
促进产品的结构调整，积极开拓国外的市场，对创新研发的投入不断增加，不少企业在研发与销售收入的比例到达十个百分点，并且还有呈现上升的趋势，这对于模具技术领域有了非凡的意义，相信我们拥有自主高新技术产品会越来越多，在国际高端市场占稳一席之地。
我们国家的模具工业和模具技术在未来的主要发展方向：
（1）加大对生产较大型，功能更加齐全，运行寿命更加长久的模具。
（2）在运用模具生产产品时普及和运用cad/cam/cam等技术以提高生产。
（3）积极推广热流道、气辅、高压注射等技术。
（4）研究新的塑料成型工艺改进旧的工艺和快速又经济模具。
（5）增加对标准件的使用和提高塑料模的标准化水平。
（6）应用好的原材料，和全面的技术以提高模具的使用寿命和质量。
（7）发展和提高高速探测和逆向工程技术。
第一章肥皂盒的三维造型设计
大家都知道肥皂盒是一个容器，可以用来放置肥皂，香皂。
通常是放置在洗手间，浴室等场所，我们可以看到商店里有里各种各样的不同形状颜色的肥皂盒，外观好看的实用的往往得到消费者的喜爱。
本次设计的肥皂盒从外形上可以看出是比较实用的，肥皂盒的底座有几个孔可以除水，起到防止肥皂软化的作用，而且我们这次设计的肥皂盒的上盖还可以放在底座的下面，这样就不要担心说开启之后上盖不好放的问题。
产品的外形图如下：
图1-1肥皂盒上盖实体图
图1-2肥皂盒下盖实体图
1.1塑料肥皂盒的pvc特性
肥皂盒所采用的材料用pvc（聚氯乙烯）
密度：
1.38克/立方厘米成型收缩率：
0.6—1.5%；
产品要预热到70—90度预热的时间一般为4—6小时；
成型温度：
185—205度成型的时间40—130秒
特点：
化学稳定很好，耐酸碱性能强，力学性能和绝缘性能优良，但是软化点较低，不适合制作很厚的板，适于制作电缆电线绝缘层，密封容器等。
主要用途：
聚氯乙烯是由氯化氢和乙烯气体反应生成氯乙烯在有氯乙烯聚合而成而成。
有较好的机械性能和较好的耐腐蚀性。
由于这种材料的化学性质稳定、制造原料丰富、制造工艺成熟、用途广泛、价格低廉。
可以用于制作防腐管道、商用机器壳体、电子产品包装有医疗器械、离心泵等。
聚氯乙烯制作的硬板广泛的运用建筑，比如：
墙壁装饰物，建筑物的瓦楞板，门窗结构。
由于这种材料的绝缘性能优良，所以在电气、电子工业中可以用来制造像插座累的需要绝缘材料制成的物品。
在日常生活当中由聚氯乙烯制成的东西可以说是比比皆是，诸如我们所穿的拖鞋、玩具、人造革等都是主要用这种材料制作出来的。
成型特性：
1.因其耐蚀性和流动性较好，优先考虑采用专用的设备和模具。
产品可以根据需要加入不同的添加剂，来改善其性能；
2.流动性很差，易分解，如果是在高温下和铜铁等金属接触其分解的速度会加快，而且分解时伴有释放腐蚀刺激性的气体；
3.无定性料，吸湿性很小，不仅如此而且材料的流动性不好，在加工之前要事先对材料进行干燥，设计的浇注系统应该采用截面大，流程短不能有较大的拐角，为了更好的改善表面可以渡铬；
4.由于成型温度范围小，料的温度需要得到严格控制。
第二章选择注塑设备以及模架
注射模安装在注射机上面，在设计注射模具是需要对注射机的相关技术进行了解，才能设计出符合要求的模具，注射机型号的选择也是要求的。
在设计模具是要考虑到注射机的主要技术规范，查阅注射机生产厂家的实用说明书，因为不同生产厂家生产的同一型号注射机它的技术规格也是有差别的。
2.1注射机的选择
在选择注射机的时候，是根据实际情况来选择的。
首先要考虑到塑件的体积或者是质量，通过这个我们可以初步估计一个注射机的公称注射量，接着根据选择的这个注射机型号所决定的一系列参数进行一一校核。
根据实际注射量初选公称注射量的注射机型号：
注射机工作是一定要保证模具的完整性，
实际注射机一次注射能注射出熔体的体积（塑件的体积）小于注射机的公称注射体积V
，即：
公式中，
—实际塑料件的总体积（
）。
根据proe分析质量属性，可知塑料盒的体积是84.76
，在考虑到浇注系统的冷凝料，我们查阅模具设计手册国产注射机技术规范和特性，在常用注射机技术规范和特性所介绍的注射机参数中可以选择XS—ZY—125，取它的理论注射量是104
，注射压力120
，锁模力900KN，最大注射面积300
，模具高度在300~600mm，最大开模行程300，喷嘴圆弧半径12mm，喷嘴孔直径400mm。
表2-1XS-ZY-125螺杆式注射机主要技术参数
公称注射量
125
模具最大厚度（mm）
320
螺杆直径（mm）
模具最小厚度（mm）
220
注射压力（
）
119
拉杆间距（mm
mm）
290x260
注射时间（s）
1.6
合模方式
液压—机械
注射方式
螺杆式
喷嘴球半径（mm）
12
锁模力（KN）
900
喷嘴孔直径（mm）
最大成型面积（
）
320
顶出形式
中心机械顶出
模板最大行程（mm）
300
2.1.1注射压力的校核
校核注射压力是为了满足我们选择的注射机的公称压力P达到塑料件成型时候所需要达到的注射压力
，这个压力值通常情况下一般为70~150MPa，也就是说在这里保证P>
我们选择150MPa，所以是符合要求的。
2.1.2锁模力的校核
首先我们来解释一下锁模力，它指的是注射机的锁模机构施加在模具上面的最大夹紧力，在熔体充型的过程中会在锁模的方向产生一个很大的压力。
为了保证模具能够顺利的完成生产完整的模具，要求注射机的额定锁模力一定大于这个膨胀力，即：
F锁≥F胀=A分×P型
式子中：
F锁—注射机额定锁模力（N）；
P分—模具型腔中熔体塑料的平均压力（MPa）；一般这个值是注射压力的0.30~0.65倍，常取这个值为20~40MPa，我们这里取P分=30MPa；
A分—表示塑件加上整个浇注系统在分型面的投影面积（
）
由proe分析/面积，可得投影面积为132.8
，浇注系统的投影面积不超过10
F锁≥F胀=A分×P分
=143×200×30=8.59×
（N）
而锁模力为900KN，大于858KN，符合要求。
2.1.3开模行程和推出机构的校核
开模行程指的是把成型好的模具从型腔中取出产品是多需要的最小开合距离，通常用H表示，我们要保证这个距离小于注射机移动模最大行程S，由于注射机锁模机构的差异，开模行程可以按照两种状况校核：
一种开模行程和模具的厚度是没有关系；另外一种是开模行程和模具厚度有关。
综合考虑我们的设计，在这里再用开模行程和模具厚度没有关联的这种，而且还是但分型面的注射模具。
1、开模行程和模具的厚度没有关联时
一般这种锁模机构的注射机是由液压机械一起作用连杆机构的极限行程便是模板的最大行程这与我们的模板厚度没有直接的联系。
这种情况有可以分为两种类型：
（1）单分型面注射模开模行程H
S≥H=
+
+（5~10）mm
式子中，
—塑料件的推出距离（可以视为凸模的高度）（mm）；
—包含加注系统在内的塑料件高度（mm）；
S—注射机移动板的最大行程（mm）；
H—需要的开模行程（mm）。
（2）双分型面注射模所需要的开模行程：
S机≥H=
+
+a+（5~10）mm
式子中，a—表示中间板与定模分开的距离（mm），经过校验合格。
本设计模具是单分型面用第一个式子来进行校核：
其中塑件推出距离
为50mm，凝料总高度为
为95mm，计算得H为145mm，S小于模板最大行程300mm，满足塑件推出要求。
2、推出机构的校核
不同类型型号的注射机的推出装置和最大推出距离是由差异的，设计模具的时候，推出机构应该与注射机相适应，具体情况可以查阅相关的资料。
2.2模架的选择
首先先打开装好了EMX的proe，我们先定义一个EMX项目这时候系统弹出如下图的窗口，我们可以在这个项目框里定义EMX项目的名称，也就是之后我们的模架的名称，单位在这里选择毫米，项目类型为装配，其他的只需要默认的就行，然后勾选就可以了。
图2-1定义EMX项目图
定义完EMX项目后接下来就是定义模架了，在界面中单击
系统弹出模架定义的对话框，这里饿哦们选择供应商futab-s这种结构相对而言比较常用，而且结构比较简单。
再单击
这是从文件载入装配定义弹出如下图对话框，我们定义如图中的选项：
如图2-2载入EMX装配图
在确定之后，接下来确定模架的尺寸大小，恰恰模架的尺寸是根据模仁的尺寸来确定的，我们设计的肥皂盒型芯和型腔的尺寸是280×180，再结合相关的资料得知：
在知道型芯和型腔尺寸的情况下，在它们的长和宽两边加50到70毫米来选择模架的尺寸，由此选择300×400的尺寸是适合我们设计的肥皂盒型腔的。
确定之后我们可以看到如下图的结果：
图2-3模架定义图
我们可以在上图中用右键单击这是会弹出板的具体信息，我们可以在这个对话框里直接来对板进行定义。
再单击
进入界面定义型腔切口，把我们的参数输入进去，具体的如下图：
如图2-4型腔切口参数图
此时模架的整体框架我们就定义好了，系统会自动生成这些结构。
图2.5模架图
第三章塑料肥皂盒的工艺尺寸计算
3.1计算成型零件的工作尺寸要考虑到的因素
（1）塑件收缩率的波动，塑料件的收缩率变化与塑件的品种、形状、壁厚、成型工艺的条件、模具的结构因素有关。
（2）模具成型的制造误差，模具制造的精度越低，影响到塑件的尺寸精度，根据经验来分析塑件公差是零件工作尺寸的3-4倍之间。
（3）一般而言模具的成型零件都会有磨损，影响最大的因素是脱模时所形成的磨损，这种磨损跟材料本身有关，但是在计算磨损过程中，为了简化计算过程，脱模磨损只要考虑与脱模方向平行方向上的磨损，而对于中小型塑料件，最大磨损可以取到塑件公差的1/6，对于大型塑件应取塑件公差的1/6以上。
（4）在安装模具是或多或少会产生配合误差，它是由于成型零件配合间隙产生变化而引起的，生产过程中会引起塑料件的尺寸发生变化。
3.2型腔和型芯尺寸的计算
1、型腔尺寸计算
塑料产品在使用过程中会发生磨损使得塑件的尺寸变大，在进行型腔尺寸的计算时公差要取负值在选择材料的手速列车时要做合适的把握，尺寸要选小一些，留的余地太大的话可能引起模具报废。
A=（A
+A
Q-0.75Z）+K
式子中：
A—型腔尺寸（大端）
A
—制件相应上限尺寸
mm
Q—收缩率（1.5%~3.0%）取2%
Z—塑件的公差0.56
算得A=158.7mm
2、型芯的尺寸计算
要考虑使用磨损后尺寸变小，公差取正值，在计算型芯尺寸时取值要稍微选大一点，留有缩小的余地，以方便做修改。
B=（B
+B
Q+0.75Z）-K
式子中：
B—型芯尺寸（小端）
B
—塑件相应的下限尺寸154.8
mm
算得B=156.77mm
3、型腔深度尺寸计算
计算型腔深度尺寸时，尺寸要选小一些，留有加深的余地，用以方便调整模具的深度。
C=（C
+C
Q-0.5Z）+K
式子中：
C—型腔深度的实际尺寸
C
—制件相应的上限尺寸23.9
mm
算得C=24.23mm
4、型芯高度的计算
计算型芯高度的时候，尺寸要选大一点，留有缩短到的余地，能方便调整型芯的长度。
D=（D
+D
Q+0.75Z）-K
式子中：
D—型芯高度实际尺寸
D
—制件相应下限尺寸24
mm
算到D=24.35mm
5、孔距的计算
考虑磨损以后尺寸不发生变化，孔与孔的中心距离是正负偏差的。
L=（L
+L
Q-0.5Z）+/-K
式子中：
L—孔距的尺寸
L
—制件相应的上限尺寸25
mm
算到L=25.44mm
第四章浇筑系统的设计
4.1浇筑系统的设计原则
1、能保证塑件的完整性，避免填充问题；
2、尽量减少以及缩短浇注系统的断面和长度；
3、尽可能做到同步填充；
4、保护型芯，不让其变形，并且不能让嵌件发生位置杀上的变化，应该尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，防止型芯弯曲变形或嵌件移位；
5、尽量缩短分流道，主流道横截面积和流程，可以减少浇注系统占用的塑料；
6、有利于型腔中气体的拍出。
4.2浇注系统各部分的设计
浇注系统一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四个部分组成。
4.2.1主流道的设计
主流道是用来连接注射机和分流道的枢纽，一般情况下与注射机喷嘴在同一轴线上，断面是圆形的，而且带有一定的锥度，它的主要设计要点如下：
（1）主流道圆锥角度2
-6
，我们设计采用2
，对于流动性较差的塑件可取度数稍加大点，内壁不能太粗糙，否则会引起熔体凝滞，一般内壁粗糙度为Ra0.63um。
（2）主流道下面的那段半径保持在1-3个毫米尺寸，这样做可以一定程度上为缓解过渡阻力带来帮助。
（3）主流道不宜过长，本设计主流道的长度是35mm，一般主流道的长度应小于60mm，过长的话，影响流体的顺利充型。
（4）主流道浇口村套与定模座板采用H7/m6过渡配合，而与定位圈的配合采用H9/h9间隙配合。
（5）主流道村套一般采用T8、T10制造，热处理强度52-56HRC。
4.2.2冷料井的设计
冷料井的位置在主流道对面的动模板上，它的作用是用来存储住塑间隔时间产生的冷料，防止冷料进入型腔从而对塑件的质量产生影响，而且使熔料能够顺利充满型腔。
冷料井的形式有三种：
一是与推杆匹配的冷料井；二是无粒料杆的冷却井；三是与拉料杆匹配的冷却井。
这里我们采用第一种与推杆匹配的倒锥形冷料井。
4.2.3设计分流道
分流道是主流道与浇口相连的通道，通常是设计在分型面上，起到的作用是转向和分流。
如果是单个大型塑料件或者是多型腔择一定要设计分流道。
分流道的截面形状分为多种，有圆形，提醒，U形正六角形等，下面就几个典型的略作说明：
表4.1分流道截面外形和特征的比较
截面形状
特征
热量损失
流动阻力
加工性能
效果
圆形
小
小
较难
最佳
U形
较小
较小
易
良
矩形
大
大
易
不良
经过对比和分析，设计的分流道采用圆形截面。
4.2.4设计浇口
型腔和分流道之间并不是直接相连的，它们之间有一个过渡便是浇口，是浇注系统三大组成部分中的一员，一般情况下浇口的横截面是圆形，长度一般在0.5-2毫米，截面面积是分流道截面面积的0.03到0.09倍，浇口的结构形式分为多种，比如扇形浇口、盘形浇口、环形浇口，以及薄片浇口，点浇口。
在设计中浇口采用的形式是侧浇口，在0.5-2毫米之间，浇口的横截面积S=1.5*1.5*3.14=7.065mm
=0.9S
，所以浇口是符合要求的。
在设计浇口是还要考虑到一些因素：
（1）浇口位置要方便型腔排气；
（2）浇口的位置要能够使得熔料能充分充型；
（3）浇口应该尽量设计在不影响产品外观、不产生熔纹的位置；
（4）对于那些产品细又长的，浇口应该设计在中心，并且从上部惯料的方式。
（5）浇口的设计要在型腔壁较厚的部位，这样可以起到一定程度的补缩作用。
浇注系统的示意图如下：
图4-1动模浇注系统图
图4-2定模浇注系统图
第五章分模以及型腔布置
5.1分型面的设计
分型面的选择需要仔细的考虑，因为这直接影响塑件的充型与脱模过程，制造成本有着千丝万缕的联系。
因此必须重视分型面的设计与选择。
分型面的选择有一下原则：
（1）使塑件易于脱模，塑件不容易发生变形，还可以提高生产率效率，提高正品率；
（2）分型面的选择不同，塑件的复杂程度也会相应改变，分型好了可以让模具的结构得到很大程度的简化；
（3）最基本的一条，一定要保证塑件的质量达到符合预定要求，提高塑件的质量；
（4）分型面的选择要尽量简化模具的结构，是模具的加工难度得到减小，此外还要考虑到型腔的结构；
（5）布局浇注系统要合理，保证塑件充型的完整；
（6）分型面不能影响到产品外观，塑件光滑表面上应该避免选择分型面就是为了不影响产品的外官，分型面必须禁止有尖角分型面，还要考虑模具的使用寿命。
尽量采用横向的分型面，切勿采用直线分型面。
根据我们设计的肥皂盒，我们选取的分型面如下图：
图5.1上盖分型面
图5.2下盖分型面图
在上述两个图当中加亮部分便是该零件的分型面，本设计最后是采用的方法是对这两个零件单独进行分模，再挨个装配的办法进行型腔的设计。
最后装配出来的零件时一模两腔的型芯和型腔。
5.2型腔的布置
模具设计中注塑模具型腔数目的确定是一个在理论上充满矛盾的地方。
降低制造成本与提高产品质量精度等之间的矛盾；要经过大量的计算所需要的时间与较短的模具设计周期的矛盾；在型腔数目确定公式中需要留到凝料的质量与型腔数目不确定，无法计算得到凝料体积的矛盾。
所以在这些问题上要做充分的考虑和周详的把握。
综上考虑我们采用一模两腔的结构形式。
在这里设计是采用先单个进行分型然后在逐个装配进来的办法，一个产品通过一次成型得出上下两部分，也就是一模两腔。
它们的结构图如下所示：
图5.3装配定模图
图5.4型腔装配图
两个装配图都是经过装配和编辑的，并且浇注系统和冷却系统都是在装配环境下编辑而出的。
第六章合模导向及定位机构设计
合模导向机构分为两种，导柱导向、锥面定位导向。
具体看下面图所示。
导柱导向机构的作用是用来保证动模具与定模之间的开合模的开合运动和脱模机构的运动导向定位运动，并且承受一定的侧向压力。
锥面定位机构用于定模和动模之间精密的对中定位。
在这里我们这种介绍导柱导向机构，因为本设计中就是采用这种机构。
图6-1导柱导向图
在设计中采用导柱导向机构，导套与模板是过渡配合的带头套的导套机构我们都是从标准模架里面调出来的。
在设计导柱导向机构应注意：
（1）导柱和导套应该要有强度能耐磨以提高模具的寿命；
（2）导柱要合理的分布在模具分型面的周围，导柱还应对模具的边缘保持足够的距离，这样做是为了保证整个模具的强度；
（3）导柱的长度要比凸模端面高出6-8毫米，保证型芯进入凹模里时型芯和型腔发生碰撞，产生损坏；
（4）导柱的设置要基于需要来确定装配方式；
（5）通常请况下导套和导柱配合是H8/f8，然而在这里导柱和导套固定分配时按H7/k6；
（6）导柱的直径取决于模具的大小，具体的数据可以参考标准模架中数据。
第七章脱模机构的设计
7.1脱模结构的组成
当模具完成一次成型之后都要把成型好的塑件从模具型芯或者是型腔取出，在模具里面有一种用来完成这种任务的机构，这种机构成为脱模机构。
脱模机构组成：
推出部件（推杆、拉料杆、推杆固定板、推杆垫板、纤维钉）、导向部件（推杆导套、推杆导柱）、复位部件（复位杆）。
7.2脱模机构分类以及选择
脱模机构分为好多种，按照不同的分类方式来进行区分。
驱动方式分为：
机动推出机构、液压推出机构、手动推出机构；
推出元件分：
推杆推出机构、推管推出机构、推荐板推出机构；
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