毕业设计——肥皂盒上盖的注射模设计.doc

肥皂盒上盖的注射模设计
【摘要】
塑料模具行业与塑料行业的发展，塑料产业是一个新兴的行业。塑料行业是一个发展迅速的行业。在许多方面，可以用来代替金属，橡胶，皮革，玻璃等多种材料，这些塑料零件，成为在社会中常见的材料之一。
模具是重要的工业生产技术和设备，模具工业是为国民经济各部门的发展的重要基础。塑料模具是模具的模塑料的生产。使用塑胶模具制造生产的主要优点是简单，材料利用率高，生产效率高，产品尺寸一致，尤其是对大量生产的机电产品，价格便宜，经济效果更好。塑料模具设计的现代制造业和现代塑料工业的发展有着十分密切的关系。随着塑料工业的快速发展，塑料模具行业也将快速发展。
塑料成型的方法中有注射成型这种方法，其具有形成复杂形状的塑料部件，生产效率高的优点。 PRO/ E是目前在产品设计和模具设计的广泛的软件应用程序，它有专门的注塑模具设计模块，利用其方便的模架，模具的设计和一些繁琐的工作变得特别简单。
【关键词】：塑料模具 PRO/E软件 注射模

目录
引言 1
一、塑件的分析 1
二、分型面及型芯型腔的设计 2
（一）分型面的形式 2
（二）分型面的设计原则 2
（三）型腔的设计 3
（四）型芯的设计 4
三、模架选型 4
（一）模架概述 4
（二）模架选择 4
四、功能系统设计 5
（一）浇注系统设计 5
1.浇注系统的设计原则 5
2.主流道的设计 5
3.分流道的设计 6
4.浇口的设计 7
5.冷料穴的设计 7
（二）推出机构设计 8
1.推出机构的设计原则 8
2.推出机构的选择 9
3.推出力的计算 10
4.推杆的设计 10
（三）导向机构设计 11
1.导柱导向机构设计要点 11
2.导柱的选择 11
3.导套的结构选择 11
（四）冷却系统设计 12
五、注射机的型号和规格选择及校核 12
（一）注射机的选用 13
（二）注射压力的校核 13
（三）锁模力的校核 13
（四）开模行程与推出机构的校核 14

六、模具装配 14
（一）模具的装配顺序 14
（二）开模过程分析 15
总结 16
参考文献 17
谢辞 18

引言
在我们的生活中的肥皂盒是非常常见的，几乎每一个家庭都应使用。超市也有各种各样的肥皂盒。这次计划的肥皂盒上盖的布局比较简单，可是在设计的时侯要想到其用处,所以做了一些曲面的设计,因此有关曲面的计算就稍微多了点. 优点：结构简单；在上盖的设计主要解决以下问题：
1.设计浇口时要注重肥皂盒上盖上外层的精度，不能在外观上留有明显压痕；
2在推杆的位置，注意机制设计的介绍，在表面上的表面精度，表面没有影响；
3.在开模的时侯要保证塑料制件在模具的型腔上面，而且通过推杆顶出。
一、塑件的分析
PVC塑料
1.化学名称：聚氯乙烯
2.纯聚氯乙烯的密度为1.4g/，其成型时的收缩率:0.6%-1.5%
3.该材料首先要预热到70-90度，其预热的时间在4-6小时之间
4.聚氯乙烯的成型温度：230℃~330℃ 其成型时间为40秒 ~130秒
5.其成型特性有以下5点：
(1)材料的吸湿性很小，但为了促进塑性流动，第一步要做的就是对材料的干燥处理，避免产生气泡；
(2)该材料流动性差，很容易就会分解，尤其是在高温下跟金属的接触，该材料分解的温度大约在200°C上下,该材料分解会有腐蚀性和刺激性的氯化氢气体，从而形成必须添加稳定剂和润滑剂；
(3)该材料的成型的温度范围较小，务必严格控制材料温度；
(4)采纳螺杆式的注射机和直通的喷嘴，孔径容易变大，为了不让死角滞料的情况出现，一旦有滞料出现就要马上清除滞料；
(5)模具浇注系统应该孔径大长度小，浇口的截面要偏大一点，不能出现死角滞料的情况。
6.主要用处：因为聚氯乙烯的化学稳定性高，是以能用来制造防腐的管道或者管件等。其次再因其电气绝缘性能比较好，能在生产中用来作为插座，插头开关的材料。
7.塑件CAD

图1-1塑件CAD
二．分型面及型芯型腔的设计
分型面的选择
分型面是确定模具布局方式的一个重要的点，它跟模具的总体布局和模具的制造艺息息相关，而且能直接影响到熔融状态下的塑料的流动特征以及塑料能否顺利完成脱模。所以分型面的选取是整个设计的重中之重。分型面如图2所示：

图2-1分型面
（一）分型面的形式
注射模具有些只有一个分型面，有些能有很多个分型面。这次设计中咱们采用的是单分型面。分型面的选取非但与塑料制件的正常成型和脱开模具有关,也与模具布局和制做的成本有关.在这一阶段的设计，咱们应该考虑成形时间的位置和形状。在模具设计这个阶段，第一步必须是确定分型面的位置。分型面设计合理，制造质量设计，模具产品有很大的关系。通过分析该塑料制件的模具主分型面为垂直分型。
（二）分型面的设计原则
在选择分型面的时侯要慎重分析，才能得出分型面。因此选择分型面的时时候通常要按照下面的8项基本原则：
1.分型面，应取用于塑料制件最大外形的轮廓处 ;
2.分型面，有便于塑料制件成功脱模 ;
3.分型面，保证塑料制件的精度要求 ;
4.分型面，满足塑料制件的外观质量要求 ;
5.分型面，便于制造加工模具的选择；
6.分型面，要重视在型面积的干扰;
7.分型面，有利于排气;
8.分型面，考虑对侧抽芯的影响 ;
在一般的情况中，是不可能全部满足上上面的8条原则的，所以我们要抓住主要的矛盾，再合理的确定分型面。如下图pro/e分型面。

图2-2分型面
（三）型腔的设计
型腔部位是产品成型的重要组成部分，其主要分类有2中：单一整体或者是组合式。这次设计采用整体式凹模，是因为牢固，不易变形，不会产生使塑件产生拼接痕迹。根据查阅资料可得出：凹模的制造材料使用40Cr，型腔热处理的硬度范围是40-50HRC，腔体表面要镀铬和抛光处理防止粘模，型腔表面的粗糙度：0.2-0.1um,配合面的尺寸：0.8um.
图2-3模具型腔
（四）型芯的设计
主型芯的结构形式也有整体和组合式2种，在这里我们采取单一的整体式可以使模具加工更方便也使得模具结构得到简化。小型芯要单独制造然后嵌进模板里面并用过盈配合通过模板上端嵌入进去，不过必须在型芯下部相连接，目的是怕2着之间配合有缝隙。根据查阅资料可得出：型芯制作材料使用40Cr，热处理的硬度范围在45-50HRC之间, 型芯表面的粗糙度要求是0.1-0.25mm，配合面的尺寸：0.8mm，型芯表面镀铬和抛光处理防止粘模。

图2-4模具型芯
三、模架选型
（一） 模架概述
模具设计主要是形成产品外形的型芯型腔以及开模和脱模方式的设计，标准件，大部分注塑模具可直接由专业厂家提供，尤其是模具直接购买，很大程度上节约了模具制造事件和费用，使得注塑模更为方便快捷。
（二） 模架选择
因为制件的尺寸和型腔数量，能够确定注射模架的基本尺寸是400x500（mm）。所有的零件参数如下表：
图3-1模架尺寸
四、系统功能设计
（一）浇注系统设计
1.浇注系统设计原则
型腔布局和浇口位置尽可能两边保持一致，以避免模具由于偏载而造成的材料溢出的现象。
（1） 型腔布局和浇口的位置排列要使模具外形尺寸变少，这是为了节省材料;
（2） 系统流道能短则短，断面尺寸应保证不大不小（过小的话会使压力和热量的损失增加，过大的话材料就相应地增加）：设计时最好流道能直一点，为了减少热能的损耗我们可以把流道的表面制作的更为光滑些，这样还能促进产品的快速成型;
（3）多型腔的深度要角尽可能使塑料熔体进入各个型腔同时使各部分的塑料成型和冷却的同时进行，及分流道尽可能平衡布置;
（4） 充填型腔，浇注系统的体积尽可能小，以减少塑料消耗；
（5） 浇口位置要合理，尽量防止嵌件和细小的型芯受到损耗。浇口的残痕不能影响塑件的外观。
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。
按照该注射机的有关尺寸得出
喷嘴前端孔径4.0mm；
喷嘴前部球面的半径10mm；
根据模具主流道与喷嘴的关系

以主流道球面半径11mm；
以主流道小端直径4.5mm
圆锥形的主流道更有利于凝料的顺利取出，圆锥形起斜度为2-6度，咱们这里选用4°，通过公式计算得出主流道的大端的直径是5.48mm。
.
图4-1主流道
3.分流道的设计
分流道是主流道尾部和浇口之间的一段熔融塑料材料的流动通道，通常情况下选择分型面上端，有着分流和转向功能。一般的分流道的断面尺寸见下表。
表4-1流道断面尺寸推荐值
塑料的名称
分流道的断面直径mm
塑料的名称
分流道的断面直径mm
ABS，AS
聚乙烯
尼龙类
聚甲醛
丙烯酸
抗冲击丙烯酸
醋酸纤维素
聚丙烯
异质同晶体
4.8-9.5
1.6-9.5
1.6-9.5
3.5-10
8-10
8-12.5
5-10
5-10
8-10
聚苯乙烯
软聚氯乙烯
硬聚氯乙烯
聚氨酯
热塑性聚酯
聚苯醚
聚砜
离子聚合物
聚苯硫醚
3.5-10
3.5-10
6.5-16
6.5-8.0
3.5-8.0
6.5-10
6.5-10
2.4-10
6.5-13
理想的流道应截面小，表面积小，传热损耗小。流道的效率就是流道截面积比流道的周长得出的值其中正方形的流道凝料脱模比圆形的流道凝料脱模难度高一点，但是梯形流道较为常见。这次设计我选用梯形流道，该流道下底面长度为4mm，高度为2mm。梯形角为30°。
分流道取梯形流道，下底面长度为4mm，高度为2mm，梯形角为30°。
流道表面粗糙度
4.浇口的设计
按照浇口的设计原则，要使流动距离变短，用来规避熔体破裂从而引起产品的缺失。本设计采用点浇口，其优点在于断面尺寸偏小。通常情况下点浇口设计于分型面上端，点浇口的断面的形状有2种分别是矩形和近矩形，点浇口加工出来的精度比别的浇口的精度高。
该模具采用点浇口，它具有以下特征:
（1）结构单一，方便拆装，加工简单精度高；
（2）一旦发现该浇口出现不良能及时更换；
（3）填充速度和封闭的时间能较好地同时完成；
（4）从流动的填充效果为壳形塑件更合适。
本次设计采用边缘浇口，断面为近矩形断面长2mm，宽1.33mm。

图4-2浇口
5.冷料穴的设计
浇注系统的组成中包含冷料穴。冷料穴就是阻止浇注系统流道中料流的前锋冷料注入型腔。这些冷材料不仅影响熔体的充模速度，同时，塑件成型质量的影响。
冷料穴应设计在动模板上面，冷料穴起着收集冷料的作用，用来避免冷料跑到模具型腔然后材料温度不均匀从而影响塑件的质量。冷料穴一共分为两种：第一种特别用来收集、储存冷料，第二种除了储存冷料之外还能拉出流道凝料，我们这里的冷料穴应采用第二种。下2张图是pro/e和cad做成的冷料穴。

图4-3冷料穴pro/e

图4-4冷料穴cad
（二）推出机构设计
1.推出机构设计原则
1、由于塑料收缩是紧缩凸模，因此顶出力的作用点要离凸模越近越好;
2、设计时推杆的顶出位置不能影响到产品的外观，所以可以把推杆设计在腔体内部;
3、顶出部位也可以放在产品使用或装配的基准面上，但是要保证对塑件尺寸和使用没有影响，通常情况下顶杆和产品接触的地方凹进去0.1mm；不然产品会出现凸起，从而产品不良。
4、减少顶杆和型芯之间的配合长度可以使2者之间的摩擦变少。通常是通过减少顶管与孔的直径的一半，通常由3～5mm。这样设计的话顶杆只有顶出的作用。通过查阅资料得出顶杆材料一般都是T8AV，顶杆头部的硬度要求在50HRC以上，顶杆的表面粗糙度在0.8微米以下，顶杆和装顶杆的孔之间的配合公差是H8/f8。
2.推出机构的选择
推出机构选择由推杆推出，推杆截面设计为圆形。产品各个地方的脱模阻力要均匀布置。这样可以保证产品推出时受力均匀以便减少产品变形的可能。通过资料及塑料制件的要求可以得出，推出方式使用三根推杆推出，要注意的是本次设计推杆的起端面与低型腔底面两面平齐。
3.推出力的计算
按照下面的公式来确定其脱模力（Q）：

式中：
-型芯被包紧部分断面周长（cm）;
-被包紧部分的深度（cm）;
-正压单位面积的产品产生的收缩率；
-磨擦系数；
-脱模的斜度；
L=311.20MM
H=10.04MM
Q=311.20MMx10.04MMx10MPA(0.1xCOS0.5-SIN0.5)
=295.3(N)
4.推杆的设计
（1 ）推杆的直径

公式:
其中:
d为圆形推杆直径mm;
为推杆长度系数约为0.7;
L为推杆长度。n推杆数量;
E推杆材料的弹性模量;
Q总脱模力;
通过计算d约3.4mm ，一般的我们取整所以d取5mm。
（2 ）推杆的强度计算
由公式计算得出：推杆压力σs取360N/mm2 。
通过计算σ大约为360N/mm2， 因此可以使用故校核成功。另外推杆的硬度一般在49～64HRC之间。
（三）导向机构设计
1.导柱导向机构设计要点
导向合模机构是塑料模具的重要组成部分。没有导向合模机构就无法精确确定模具闭合时候的方向和位置。导柱放置在动模或者定模两边都没关系，但是常见的导柱都是放置在主型腔周围。
导向机构的主要作用有如下3点：
（1）定位作用：防止模具装错位置，防止由位置的偏移导致的产品壁厚不均。
（2）导向作用：材料在进入型腔过程中会有单向的侧压力所以在导柱工作中要起到一定的导向作用。
（3）动模和定模相结合，第一步是与导向机构接触，导向机构引导正确关闭的定模和动模之间，从而防止材料先跑到型腔后跑到型芯，继而产品重叠。工作时要对导柱的损耗情况引起重视。
2.导柱的选择
为了防止出现柱末导正方向，材料先进入型腔后进入型芯的情况出现，我们可以把导柱导向部分的长度设计的高于凸模端面8—12 cm。锥台形的导柱前端能对导柱起导向作用。导柱通常情况下都使用20钢，20钢的硬度经过热处理后的硬度要求是50—55HRC之间。导柱的3D如图12所示:

图4-5导柱

3.导套的结构选择
导柱导套的材料可以保持一致但是导套的硬度不得高于导柱的硬度否则导柱会有磨损而且导套容易拉毛。为了顺利排出孔内的空气可以把导向孔作成通孔的形式。如图13所示:

图4-6导套
（四） 冷却系统设计
根据模具冷却系统设计原则：冷却水孔数越多越好，尺寸越大越好的原则可以得出，冷却水孔能取4根。综上所述冷却水孔数量取4根，冷却水口口径8mm.
此外，冷却系统的过程中，也要遵循：
1、 浇口处加强冷却；
2、 冷却水孔到型腔表面的距离相等；
3、 冷却水的数量尽可能的多，孔径尽可能大的设计；
4、 冷却水孔道不可以穿过镶快和其接缝部位否则会出现漏水现象;
5、 进水口水管接头的位置设计在注塑机的背面保证与模具在同一侧;
6、 冷却水孔不能设计在产品的熔接痕处;
在冷却系统内为防止冷却水外泄要保证每个连接的地方保持密封。上模水路图如图14所示。下模水路采用纵横交错式。
图4-7上模水路图
五、注射机的型号和规格选择及校核
注射模是安装在注射成型机，因此在注塑机的相关技术标准的注射模具的设计有必要了解，为了满足模具的注塑机型号的设计要求，选择了适当的。
在模具设计角度上触发，必须要清楚明白的知道注射机的主要技巧及规范。在模具设计中，技术规范说明标记“的”注塑机注塑机生产厂家提供更好的使用。由于就算是用同一规格的注射机，就是注射剂的生产厂家的不同，所以注射剂的技术指标也肯定有所不同。
（一）注射机的选用
一般都是用一个塑件实际上要求的注射量初选某一公称注射量的注射机型号，接着挨次对这种机型的公称注射压力、公称锁模力、开模的行程和推出机构的数据逐一检查，检查成功方可选用注射机。
基于现实情况的注射量采取一个公称注射量的注射机型号；为确保正常注塑，现实情况的注射量在注塑模具中应该要比注塑机的公称注射量小，即：

计算公式，-现实情况的材料的总共的体积（）。
用PROE分析/测量，可用于19.60cm3塑料框的大小，并考虑到2腔设计，凝聚态物质的浇注系统，技术规范和国内注塑机检验手册塑料模具设计的特点，可以选择XS—ZY—60/40。理论上的最大的注射容量是60cm3，注射的压力是135MPa，锁模力要达到400KN，最大注射面积约为130cm2.模具的高度在200mm~300mm之间，最大的开模行程是180mm。喷嘴半径为12mm，喷孔直径为4mm，对螺杆注射模，螺杆直径35毫米，液压夹紧方式。
（二）注射压力的校核
注射压力的校核是检测我们采用的注射机的公称压力P是不是满足材料所成型时要求的注射压力P0，正常情况下为70～150MPa，按规定要求P大于 P0。我们这里取最小值为70MPa。
（三）锁模力的校核
夹紧力最大夹持力，模具注塑机应用于模具锁紧机构，当塑料熔体充模压力，锁定方向产生很大的扩展力。因此，注射机额定锁模力F锁（N）一定要注射机胀型力F胀（N），即：
F锁 F胀 = a 分 × p型
a分-材料以及浇注系统在塑件的分型面上的投影总面积（mm2）
p型-模具型腔里面熔融状态下的材料受到的均匀的压力（mpa）；注射压力是正常的注射机的0.3～0.65倍，所以我们正常情况下用20～40mpa。于是我们这里P型=25MPa。
用PROE分析/面测量，就能得到模型总的投影面积（包括浇注系统的投影面积） = 13441.8mm2，
∴ F锁 F胀 = A 分 × P型
= 13441.8×25=336045（N）
而锁模力为400KN，大于336045N，符合要求。
（四）开模行程与推出机构的校核
开启模具的行程的意思是通过模具当中拿出产品要的最小的开合的距离，咱们一般用H书写，开和距离一定要<注射机的移动模板最大行程S。由于不同的模具注塑机合模机构，开模行程可按开模行程与模具厚度没有关系分为两类。咱们在这里采用的是开模行程与模具厚度没有关系，并且还是单分型面的注射模具。
当开模行程与模具厚度无关时
这主要是指与机械的液压注塑机锁模机构，模板行程是由连杆机构最大行程确定，并且跟模厚度没有关系。这种情况有2种：单分型面、双分型面注射模。让我们采取单分型的注塑模具分型面在这里。
对于单分型面的注射模，开模行程是：
S h = h1 + h2 + （5～10） mm
在公式里，h1-塑料制件的推出距离（也能当作型芯的高度） （mm）；
h2-就是连浇注系统算在一起的塑高度 （mm）；
S -注射机移动板的最大行程 （mm）；
h -其需要的开模行程 （mm）。
用PROE分析/距离，得出h1=22mm, h2= 57.8641mm 取h2=60mm
H = 22 + 60 + 8 = 90（mm）。
122毫米= > H = 90mm的开模行程满足要求，检查成功。
六、模具装配
（一）模具装配顺序
（1）确定装配基准；
（2）模具零件尺寸要确认是否合格，公差是否到位，并且要保证零件的光洁度；
（3）件要保证模板与模板之间的密切协调组件，分型面一致的面积不少于80%，为了显得无毛刺的间隙不得大于在溢出的最小值；
（4）在装配过程中保持原有的数据处理的尺寸，这样可以使在最后合模的检查更方便一点；
（5）导向系统要确定其开模合模动作灵活，模具紧配但不能出现卡住不动的现象；
（6）组装冷却系统时不能漏水。组装加热系统时不能漏电。并按要求安装定位销。在装配液压系统时候可以采取密封填料，不过不能到系统中；
（7）最后进行试模。试模确认无误之后要在模具上做好记号，要对模具进行管理。
（8）模具的维护。优化设计的镶件和嵌件能避免模具在使用中出现模具损耗及零件损坏从而整体更换模具，优点在于只要更换以损耗的零件就可以了。
试模又分以下几步：
1.模具预热
模具预热的方法，外部加热方法，加热板设置在压铸铝加热外，从外往里，这种方法加热快，但大量丢失热能。根据参数的加热管和喷嘴的推荐工艺手册中的管和喷嘴的加热，同时用模具。
2.试注塑
在预热温度桶塑料模具是达到了，你可以试试注射，观察注射塑件的质量缺陷，由于缺陷的原因分析，调整工艺参数和其他技术参数，一直到产品各个尺寸合格为止。
最后，检查各种配件，配件，零件，确保模具设备，同时在装配过程中应防止零件在装配过程中没有损耗 。装配滚动轴承可以选取机油来加热装配，但是油温度不宜过高最多不能超过1000C。
（二）开模分析过程
在导柱和注塑机推动推杆垫板的作用下，使得动定模顺利分型，并且与之一起进行由拉料杆拉断浇口的动作，接着产品就能在推板和顶杆的作用下顺利脱出模具。模具合模时，在导柱和导套的导向作用下使顶杆比型腔更早复位，来防止顶杆碰到型腔从而再一次防止了模具的损耗。

图6-1模具装配总图
1.动模座板 2.螺钉 3.推板 4推杆固定板 5垫板 6推杆 7.复位杆 8.支撑板 9.动模版 10.型芯 11.型腔 12.定模板 13.定模座板 14.螺钉 15.堵塞 16.定位环 17.浇口衬套 19.导套 20.橡胶垫圈 21.小型芯 22.导柱 23.弹簧 24.螺钉 25.止动销钉

总结
通过这次注塑模毕业设计，从肥皂盒上盒盖的造型设计到浇注系统的设计再到模架的设计，最后再画出工程图及cad绘图。在这过程中，我遇到了一系列的问题，如在造型设计中一些曲面的设计问题，选择最好的最简单的方法，及工程图中的等等问题。经过此次学习与研究，一一解决了上述问题，并且学会的许多简单方面的方法，十分熟悉模具的设计的全过程。这次注塑模具设计不仅复习了以前知识，还扩展了许多新知识，巩固了PRO/E的应用，以及cad的应用，为今后的学习深一步奠定了一定的基础。因为我的水平有限，设计会有很多缺点，但也希望老师能指点。

参考文献
[1].杨占尧.塑料膜设计与制造.清华大学出版社 2010.4
[2].杨海鸥.模具拆装与测绘.北京：清华大学出版社.2009.4
[3].涂光祺.冲模技术.北京：机械工业出版社.2002
[4].杨占.Pro/ENGINEER Wildfire 3.0产品造型与模具设计案例精解[M].北京高等教育出版社.2007.9

谢辞
感谢老师感谢一切在我写论文时对我有帮助的人。在此我还要特别感谢我的毕业设计指导老师许萍，她在我的毕业设计写作过程中花了大量的时间和精力来指导我怎么写，怎么做，遇到问题也能在老师那里得到解决的方案。三年的时光匆匆而过，这篇毕业设计就是我三年来学习生涯的最好的见证。从选题到最后总结无一不透露出老师与同学们对我帮助。回顾了毕业设计的整体，不仅让我想起了写作的点点滴滴的时候，它让我想起了我的大学三年。最后，再感谢被我引用内容及参考的著作的作者，谢谢你们的无私的奉献，让我收获了很多。