塑料成型工艺与模具设计
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肥皂盒塑件设计与制造 马进锋 莫盛秋 模具111 1104103138
论文题目：高级肥皂盒注塑模具设计
目 录
第一章 肥皂盒塑料件成形工艺性分析„„„„„„„„„„„…… 7
1 塑件的结构尺寸分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 7 2 塑件的原材料分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 8 3 注射性能分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9 4 塑件结构工艺性分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 9 第二章 注射机的选择和有关工艺参数分析„„„„„„„„„……1 成型设备、塑件体积和质量的计算„„„„„„„„„„„„ 10 2 注射机的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 3 塑件成型工艺参数的确定„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 4 塑件塑模成型工艺参数确定„„„„„„„„„„„„„„„ 11
第三章 注塑模具结构设计和计算分析„„„„„„„„„„„……1 分型面„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13 2 分型面的设计原则„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13 3 分型面的选择方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13 4 成型零件的工作尺寸计算„„„„„„„„„„„„„„„„ 14 5 浇注系统的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 17 6 推出机构的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 21 7模架的选取„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 21 8 冷却系统的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 22
第四章 注塑机有关参数的校核分析……………………………………1 开模的行程校核„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2 锁模力的校核„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 模具安装部分的校核„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 第五章 模具装配图的绘制„„„„„„„„„„„„„„„„„ 23
23 23
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2
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23南京技师学院毕业设计（论文）
第一章 高级肥皂盒成形工艺分析
1. 塑件结构尺寸分析
（1）零件名称：高级肥皂盒 （2）设计要求： ① 生产批量：大批量 ② 材料：PVC
③ 未注公差取MT5级精度
如下图所示，肥皂盒是家庭的一个日常用品，生活较为常见，它的材料采用PVC，年需求量4000件，计划生产3年。要求它有一定的美观性，结构合理，尺寸适中，现要求设计它的注塑模具工艺。
高级肥皂盒二维尺寸图标注和三维实体图如下：
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图1-1 二维尺寸图标注
图1-2 实体图
2. 塑件的原材料分析
（1）塑料品种：
聚氯乙烯，为白色或浅黄色粉末。 （2）结构特点：
PVC主要成份为聚氯乙烯，是一种非结晶性材料，另外加入其他成分来增强其耐热性，
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韧性，延展性等。
（3）使用温度：
使用温度一般在-15~55度之间。 （4）化学稳定性：
化学稳定性高，热稳定性不好，易老化，搞冲击强度低，耐寒性不佳和加工性能差，聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可作低频绝缘材料，其化学稳定性也好。由于聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出HCL气体，使聚氯乙烯变色，所以其应用范围较窄。
（5）性能特点：
PVC塑料的力学性能取决于聚合物的相对分子质量、增塑剂及填料的含量。一般情况下，填料含量增加，其拉伸强度降低。未加增塑剂的PVC是硬质塑料，填加增塑剂后，柔软性、伸长率、耐寒性增加，玻璃化温度、脆性、硬度、拉伸强度等均降低。
（6）成型特点：
RPVC的熔体流动性较差，需要较大的注射压力，同时为避免出现熔体破裂现象，在成型中宜选用低速注射。PVC吸水性较小，通常在0.1%以下，对要求不高的制品，成型前可不干燥。成型中，大部分模具是通水冷却控制模温的，但同时为了改善制品表观，有时也采用加热/冷却的方法控制模温，成型温度范围在160--190℃，最高不超过200℃；料筒温度分布通常采用阶梯式布置；喷嘴温度应比料筒末端温度底10--20℃。
3. 注射性能分析
（1）注射成型工艺的可行性分析
本塑件形状简单，壁厚均匀，尺寸精度要求不高，而且没有较高的表面质量和尺寸稳定性的要求，因此对模具和设备的要求也不高。而注射成型方法有如下几个优点：
① 外形：外形随意，没有特定的要求，容许模具内有不同塑料的成型型腔； ② 大小：塑件可很小，也可较大，没有具体的限制；
③ 材料：要求在一定温度范围内具有适宜流动性的热塑性塑料；
④ 尺寸精度：虽然尺寸本产品零件没有较高的尺寸精度，但是注塑成型亦可注塑高精度的塑件，还有就是因为他能够获得较好的表面质量和尺寸稳定性；
由以上塑件的特点和注塑成型工艺的优点，分析可知：该塑件适合于采用注塑成型方法。
（2）表面粗糙度：
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由塑件外观可知，塑件的外表面要求不高，因此其表面粗糙度取Ra6.3mm。 一般情况下，模具粗糙度低于塑件4～5个等级，故取型腔表面粗糙度为Ra6.3um，而型芯表面粗糙度为Ra6.3um。
（3）尺寸精度：
按SJ1372—1999标准，塑料件尺寸精度分为5级。本塑件所用材料为PVC,由此查塑料模具设计手册可知，本塑件宜选用5级精度。塑件尺寸精度于模具的制造精度密切相关，尤以小型精密塑件为甚。从模具制造精度对塑件精度的影响可知，模具制造允许误差和塑件尺寸公差之间具有对应的关系，由塑件零件图可得，模具精度等级为IT5。
4. 塑件的结构工艺性分析
（1）从图纸上分析，该塑件的外形整体结构特征较为简单，却略带有曲面的特征，尺寸中等。壁厚均匀，符合最小壁厚要求。
（2）塑件有两个成轴对称的规则形状的通孔，尺寸相等都是φ5x35.0精度要求不高。 （3）塑件内外壁成型不是直角，而是成锥度角，主要是为了在成型后，脱模的时候塑件方便取出，不需要考虑侧抽芯装置。
综上所述，该塑件可采用注射成型加工。
第二章 注射机的选择和有关工艺参数分析
1. 成型设备的选择、塑件体积及质量计算
（1）计算塑件的体积和质量，其目的是为了选择注射机及确定模具型腔数。 ① 单个塑件的体积：V=12636.28mm3（UG软件自动生成） ② 单个塑件的重量：根据有关手册查得ρ=1.5g/cm3 所以，塑件的重量为：W=ρV
=12636.28×1.5×10-3 =18.95g
根据塑件形状及尺寸，采用一模两腔的模具结构，考虑外形尺寸及注射时所需的压力情况，参考模具设计手册，预选螺杆式注射机：XS—ZY—250。
2. 注射机的选择
根据最大注射量查表得知注射机的技术规范见下表： 型号 项目 标称注射量/cm3 螺杆（柱塞）直径/mm
XS—ZY—250 250 50 6
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注射压力/x105pa 1300 注射行程/mm 160 螺杆转速/r.min-1 25、31、39、58 注射时间/s 2 注射方式 螺杆式 合模力/N 180x104 最大成型面积/cm2 500 最大开（合）模行程/mm 500 模具最大厚度/mm 350 模具最小厚度/mm 200 模板尺寸/mm 598x520 拉杆空间/mm 448x370 合模方式 增压式 泵流量L.min-1 180，12 泵压力x105pa 65 电动机功率/kw 18.5 螺杆驱动功率/kw 5.5 喷嘴球头半径/mm SR18 机械外形尺寸/m 4.7x1x1.815 设备产地 上海塑机厂 3. 塑件塑模成型工艺参数的确定
查相关资料手册得出工艺参数如下表，试模时可根据实际情况作适当调整:
温度t/℃注射时间 15~60 预热和干燥 70~90 时间t/h4~6 保压时间 0~5 成型时间 后段160~170 冷却时间 15~60 料筒温度t/℃ 中段165~180 总周期 40~130 聚氯 乙烯 前段170~190 螺杆转速n/(r·min-1) 28 喷嘴温度t/℃ 方法 红外线灯 温度鼓风烘箱模具温度t/℃ 30~60 后处理 t/℃ 100 ～ 110 注射压力p/MPa 80~130 时间τ/h
4. 塑件成型工艺参数的确定
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材料编号 车间 模具教研室 塑料注射成型工艺卡片 共 页 零件名称 装配图号 零件图号 材料干燥 肥皂盒 材料牌号 材料定额 单间重量 PVC 18.95g 设备型号 单模件数 工装号 第 页 Xs-zy-250 2 设备 温度 时间 后段 70~90 t/h4~6 160~170 165~180 170~190 30~60 注射 15-60 0-5 15-60 80~130
料筒温度 中段 前段 喷嘴 模具温度 时间 保压 冷却 注射压力 温度 后处理 时间 100 ～ 110 时间定额 压力 背压 辅助 单件 8
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检验 编制 校对 审核 组长 车间主任 检验组长 主管工程师 第三章 注塑模的结构设计与计算分析
1．分型面
分开模具取出塑件以及浇注系统凝料的面即为分型面。在制品设计时，必须要考虑成型时分型面的位置和形状，否则无法用模具成型。在设计模具时，首先要确定分型面的位置，然后才能选择模具的结构。分型面的设计手否是否合理，对制品质量，操作的难易程度和模具的设计制造都有很大影响。
（1）分型面的形状：平面、斜面、弯折面和曲面等。 （2）分型面的方向：尽量采用与注射机开模呈垂直方向。
2．分型面的设计原则
（1）分型面必须选在制件断面轮廓最大处，以便塑件顺利从型腔内脱出。 （2）分型面的选择应有利于塑件脱模。对于那些厚壁、外形复杂、包紧力小、事先难以判断塑件留于哪一侧的，则可将型腔，型芯的主要部分设置在动模一侧，以留模方向。
（3）分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量。分型面最好不要选在光亮平滑的外表面或带圆弧的拐角处，以免影响塑件的外观质量。
（4）分型面的选择应有利于模具零件的加工。 （5）分型面的选择应有利于排气。
（6）有侧凹或侧孔的塑件，当采用自动侧向分型抽芯机构时，除了液压抽芯能获得较大的侧向抽拔距外，一般分型抽芯机构侧向抽拔距都较小，取分型面时应首先考虑将抽芯或分型距离长的一边放在动，定模的开模方向。
（7）分型面的选择应考虑对塑件形状的影响。特指是飞边。
3．分型面的选择方案
为了便于脱模，分型面的位置应设计在塑件断面尺寸最大的地方，并且不能影响塑件的外观。本模具分型面如下图所示：
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图3-1 分型面
4. 成形零件的工作尺寸计算
该塑件材料为PVC，查表得到收缩率范围为0.2%~0.6%，所以平均收缩率Scp=0.4％，模具制造公差取δz=Δ／3。
（1）模具型腔结构与计算：
① 结构：本模具采用一模两腔，即一次注塑生成两个塑件。型腔示图如下：
图3-2 型腔
② 尺寸计算 a：型腔径向尺寸：
LM1 =(Ls1+Ls1Scp-0.75△)
δz
0
1.0/3
0
=(100+100×0.4%-0.75×1.0) =99.65≈99.7
1.0/3
0 1.0/3
0
LM2=（Ls2+Ls2Scp-3△/4）
δz
0
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=（120+120×0.4%-0.75×1.14）1.14/3
0
=119.6
1.14/3
0
LM3=（Ls3+Ls3Scp-3△/4δz
）
0
=（80+80×0.4%-0.75×0.86）
0.86/3
0
=79.50.86/3
0
LM4δz
=（Ls4+Ls4Scp-3△/4）
0
=（62+62×0.4%-0.75×0.74）0.74/3
0
=61.7
0.74/3
0
b：型腔深度：
HM1 =(Hs1+Hs1Scp－2△/3)
δz
0
=(30+30×0.4%-2/3×0.70) 0.70/3
0
=29.650.70/3
0 ≈29.7
0.70/3
0
HM2 =(Hs2+Hs2Scp－△/3) δz
0
=(1+1×0.4%-1/3×0.4) 0.4/3
0
=0.870.4/3
0 ≈0.9
0.4/3
0
（2）模具型芯结构与计算： ① 结构示意图如下：
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图3-3 型芯
② 尺寸计算： a：型芯径向尺寸
lM1 =（ls1+ls1Scp+3△/4）-δ
0z
0
-0.38/3
=(15+15×0.4%+3×0.38/4) =15.34 ≈15.3
0
-0.38/3 -0.38/3
0
lM2 =（ls2+ls2Scp+3△/4）-δ
=(5+5×0.4%+3×0.24/4) =5.44 ≈5.4
0
-0.24/3 -0.24/3
0
0z
-0.24/3
0
b：型芯高度尺寸：
0
Hm =(hs+hsScp+2△/3)
-δz
=(31+31×0.4%+2×0.76/3) =31.63 ≈31.6
0
-0.76/3
0-0.76/3
0-0.76/3
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（3）模具型腔型芯安装固定方式：
本模具采用台阶式安装方式,结构简单,易固定。如下图所示：
图3-4 型腔 图3-5 型芯
5. 浇注系统的设计
（1）定义：从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。
浇注系统控制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件质量关系极大。根据塑件大小和形状进行流道布置、决定流道断面尺寸、对浇口的数量、位置、形式进行优化。浇注系统有大水口和细水口两类，本塑件模具采用大水口模架，同时在用一模两腔。这套模具的浇注系统主要由主流道、分流道、浇口和冷料井四部分组成，如下图：
1
2
6 5 4 3
图3-6 浇注系统
1、主流道 2、浇口 3、制品 4、分流道 5、拉料口 6、冷料穴
（2）浇注系统的设计原则：
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了解塑料的成形性能 。
外观质量：尽量将浇口设置于制品的隐蔽部位。 内在质量： 熔接痕、气泡。 流道要短而小。
自动化生产：浇注系统冷凝料自动脱出。 流动距离比的校核。
nФ = ≤[Ф]
（4）主流道的设计：
i1Lit主流道是指紧接注塑机喷嘴到分流道为止的那一段锥形流道 ，热塑性塑料的主流道，一般在浇口套内，浇口套做成单独镶件，镶在定模板上，以防塑料进入接缝造成脱模困难。
设计原则：
① 为减少熔体充模时的压力损失和塑料损耗，应尽量缩短主流道的长度，一般主流道的长度控制在70mm内。当主流道太长时，可在浇口套上挖出深凹坑，让喷嘴伸入到模具内。
② 为便于脱模，主流道在设计上大多采用圆锥形，两板模主流道锥度取2°～4°，三板模主流道锥度可取5°～10°。
③ 浇口套进口的直径d应比注射机喷嘴孔直径d1大0.5～１mm。若等于或小于注射机喷嘴直径，在注射成型时会造成死角，并积存塑料，注射压力下降，塑料冷凝后，脱模困难。
④ 主流道应设计在浇口套内，主流道尽量避免直接做在模板内，或采用镶拼结构，以防塑料进入接缝造成脱模困难。
⑤ 主流道应尽量和模具中心重合，避免浇口套位置偏心或采用倾斜式主流道。浇口套部位是热量最集中的地方，为了保证注射工艺顺利进行和塑件质量，要考虑冷却措施。
⑥ 根据注塑机定模板中心孔尺寸，选取定位环直径为100 mm,浇口套直径为40mm，主流道长度为68mm。其他尺寸根据相关情况选定， 如下图所示：
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图3-7 主流道
（5）分流道的设计：
连接主流道与浇口的熔体通道叫分流道，分流道起分流和转向作用。侧浇口浇注系统的分流道沿内模镶件之间的分型面走，点浇口浇注系统的分流道在浇口推板和定模板之间的分型面以及定模板内的竖直部分。
布置原则： ① 力求平衡、对称
a:一模多腔的模具，尽量采用平衡布置。 b:浇口平衡：关于模具中心对称。
c：大小制品对称布置，使模具保持压力平衡，即注射 压力中心与锁模压力中心重合，防止飞边。
② 分流道尽可能短；
③ 对高精度制品，型腔数目尽可能少； ④ 结构紧凑，节约钢材； ⑤ “大近小远”。 截面形状的分类与选择：
圆形、半圆形、梯形、“U”形、矩形和正六角形等形状。常用的形式有圆形、梯形和“U”形截面。因为半圆形截面的优点主要是比表面积最小，体积最大而与模具的接触面积最小，阻力也小，有助于熔融材料的流动和减少其温度传到模具中，广泛应用于侧浇口模具中(有推件板的侧浇口模具除外)。而梯形截面主要适用于：三板式点状浇道口之模具，其流道推板和定模板之间的分流道；有推板的二板模，分流道只能做在凹模上。 所以综合以上原因本模具采用横截面为半圆形的分流道，其半径r=2mm,长度l=47mm，如下图所示：
图3-8 分流道
（6）浇口设计：
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，是浇注系统的最后部分，其作用是使
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塑料以较快速度进入并充满型腔。它能很快冷却封闭，防止型腔内还未冷却的熔体倒流。设计时须考虑产品尺寸、截面积尺寸、模具结构、成型条件及塑料性能。浇口应尽量短小，与产品分离容易，不造成明显痕迹。
① 浇口分类：
侧浇口 牛角浇口 点浇口 直接浇口 环形浇口 轮辐式浇口 中心浇品 爪形浇口 ② 设计原则： a：避免引起熔体破裂现象 b：有利于熔体流动和补缩 c：有利于型腔内气体的排出 d：减少熔接痕和增加熔接强度
③ 浇口作用：
a：调节及控制进料量和进料速度。 b：防止倒流，四溅。
c：这有利于在塑件的后加工中塑件与浇口凝料的分离。
综合对塑料成型性能和浇口的分析比较，确定成型该塑件的模具采用侧浇口形式，其 中浇口长度3mm,宽度1.5mm，高度0.5mm。如下图所示：
图3-9 浇口
（7）冷料井的设计：
冷料井（也称冷料穴）的作用是收集每次注射成型时，流动熔体前端的冷料头，避免这些冷料进入型腔影响塑件的质量或堵塞浇口。冷料井的形式不仅与主浇道的拉料杆有关，而且还与主浇道的凝料脱模形式有关。本模具主浇道无拉料杆也无推料杆，因此冷料井为分流道两端的半球面。
6. 推出机构的设计
（1）推出机构的组成部分：推出元件、复位元件、限位元件、导向元件、结构元件。 （2）常用的推出机构有三种：推杆推出机构、推管推出机构、推板推出机构。 （3）根据肥皂盒的外形结构并结合实际，我选用推板推出机构，其中部分尺寸为：长度=300 ，宽度=300 ，厚度=30 ，数量1个。如下图所示：
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图3-10 推板机构
7. 模架的选取
根据所选注射机的类型以及上述各种因素推断，模架型号为LKM-BI3030系列，其尺寸为350x300，凹模板厚度为100mm，动模板厚度为30mm。如下图所示：
图3-11 模架
8. 冷却系统的设计
模具的冷却就是将熔融状态的塑料传给模具的热量，尽可能迅速地全部带走，以便塑件冷却定型，并获得最佳的塑件质量。
（1）冷却通道的设计原则如下：
① 冷却通道离凹模壁不宜太远或太近，其距离一般为冷却通道直径的1~2倍。 ② 在模具结构允许的情况下，冷却通道的孔径尽量大，冷却回路的数量尽量多，这样冷却会均匀些。
③ 应与塑件厚度相适应。
④ 冷却通道不应通过镶块和镶块接缝处，以防止漏水。
⑤ 浇口附近温度最高，距离浇口越远温度越低，因此，浇口附近应加强冷却。
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⑥ 凹模、凸模要分别冷却，要保证冷却的平衡，而且对凸模内部的冷却注意水道穿过凸模与模板接缝处时进行密封，以防漏水。
⑦ 冷却通道内不应有存水和产生回流的部位，应畅通无阻。冷却通道直径一般为8~12mm。
（2）冷却装置的三类形式：
① 沟道式冷却 ② 管道式冷却 ③ 导热杆式冷却
（3）本模具我选用管道式冷却系统，共八根，其中单个长度为X方向180mm、Y方向135mm，管道口直径为φ9mm，如下图所示：
图3-12 冷却系统
第四章 注射机有关参数的校核分析
1. 开模行程的校核
经资料XS—ZY—250型注射机的最大开模行程S=500mm，满足下式计算所需的出件要求： S≥H1+H2+a+(5～10)mm
式中 S——注射机的最大开模行程（移动模板行程，mm）
H1——塑件脱模所需的推出距离（mm） H2——（包括浇注系统在内的）制件高度 即：500>200+30.6+5，故可采用。
2. 合模力的校核
合模力是指注射机的合模装置对模具所施加的最大夹紧力，即F合≥PqA分。经验证本注射机的额定合模力大于型腔内塑料熔体与注射面积的乘积，即1800KN≥30.5x14743.6。常取Pq=20～40 Mpa。所以可取。
3. 模具安装部分的校核
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该模具的外形尺寸为350mm×300mm ，XS-ZY-250型注射机模板最大安装尺寸为598×520，故能满足模具安装要求。
设计的模具闭合厚度应在注射机的最大模具厚度值Hmax和最小模具厚度值Hmin之间，即应满足式Hmin≤Hm≤Hmax。XS-ZY-250型注射机所允许模具的最小厚度为Hmin=200mm，最大厚度Hmax=350mm，模具闭合高度H=435mm，即模具满足不满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件。
综上，选注射机XS-ZY-500，即可满足模具安装要求。本模具的厚度为435mm，即300﹤435﹤450，符合规定。
第五章 模具结构装配图的绘制
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论文题目：高级肥皂盒注塑模具设计
图5-1 装配草图
图5-2 实物图
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