肥皂盒的模具设计论文

黄冈职业技术学院

毕业设计（论文）

届

论文题目

姓名 杨潞 学号 201103071518

指导教师姓名 舒剑锋 职称（务）

指导教师工作单位 黄冈职业技术学院 机电学院

目 录

第1章 绪 论 ..................................................... 1

1.1塑料的组成及特性 ........................... 错误！未定义书签。

1.1.1塑料的含义及分类 .......................................... 7

1.1.2 塑料的组成 ................................................ 8

1.1.3 塑料的特性 ................................................ 8

1.2 注射模成型原理及工艺特性 .................................... 9

1.3主要塑料的性能参数 .......................................... 9

1.4 聚苯乙烯的工艺性能 ......................................... 11

1.5 选题的目的意义 ............................................. 12

第2章 注射成型工艺及注射机的选择 ............................ 12

2.1 塑件三维图及基本尺寸 ....................................... 12

2.2工艺分析 ................................................... 13

2.3 注射成型基本过程 ........................................... 14

2.4注射机的分类 ............................................... 14

2.5注射机的选用 ............................................... 16

2.6注射机工艺参数的校核 ....................... 错误！未定义书签。

第3章 成型零部件件的模具设计 ............................... 17

3.1型腔数目的确定 ............................................. 18

3.2分模面的选择 ............................................... 19

3.3浇注系统的设计 ............................................. 20

3.3.1浇注系统 ................................................. 20

3.3.2主浇道设计 ............................................... 21

3.3.3浇口套的选择 ............................................. 22

3.3.4分浇道设计 ............................................... 22

3.3.5浇口设计 ................................................. 24

3.4 排气系统的设计 ............................................. 26

3.5 钩料脱模装置的设计 ......................................... 27

3.6顶出机构的设计 ............................................. 28

3.7 导向机构的设计 ............................................. 30

3.8 凹凸模的设计 ............................................... 32

3.8.1凹凸模工作尺寸的计算 ..................................... 32

3.8.2凹凸模的选材 ............................................. 38

3.8.3 凹模的结构设计 ........................................... 38

3.8.4凸模的结构设计 ........................................... 39

3.9定位圈的设计 ............................................... 40

3.10模架的选择 ................................................ 40

3.11加热、冷却系统的设计 ...................................... 41

第4章 总结 .................................................... 43

参考文献 ......................................................... 44

致 谢 ............................................................. 45

第1章 绪 论

模具技术是衡量一个国家制造水平的重要标志之一。模具技术能促进工业产

产品的发展和质量的提高，并获得极大的经济效益。模具是效益的放大器，用模

具生产的产品的价值往往是模具价值的几十倍、上百倍。在美国模具被称为点铁

成金的磁力工业，德国则认为其是所有工业中的关键工业，日本则认为模具工业

是促进社会繁荣富裕的动力。

模具工业在我国几经成为国民经济发展的重要基础工业之一。国名经济的

五大支柱产业——机械、电子、汽车、石油化工和建筑都要求模具工业的发展相

适应，都需要大量模具，特别是汽车、电动机、电器、家电和通信等类产品中

60%-80%的零部件都依靠模具成型。

塑料模具工业的现状塑料模具技术是一门涉及面广、技术综合性强的精密

基础工艺装备技术，包括：各类模具设计、制造、保管、修理、调试、标准化、

专业化生产、“四新”即：新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用

等方方面面，涉及到冶金、材料、理化、计量、摩擦与润滑、机械、电子、机电

一体化、计算机等多门学科以及铸、锻、热处理、有削及无削加工、检测等有关

工种，是一个要由上述众多学科和工种共同打造的庞大的系统工程。

我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平

有了较大提高。在大型模具方面，已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、

6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具;精

密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模

具。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯

脱模机构的创新设计方面也取得较大进展，气体辅助注射成型技术的使用更趋成

熟，热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式

热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数

单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用

率达不到10%，与国外的50～80%相比，差距较大。 在制造技术方面，CAD/CAM/CAE

技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相

当数量的CAD/CAM系统。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国

模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和

冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具

CAD/CAM技术的发展。

近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:P20、3Cr2Mo、PMS、

SMⅠ、SMⅡ等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量

仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现

了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程

度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。

模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展

速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发

展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的。

因此，塑料模的未来发展趋势主要为以下几个方面：

（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。这是由

于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发

展的一模多控所致。

（2）在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术

已发展成为一项比较成熟的共性技术，模具技术是衡量一个国家制造水平的重要

标志之一。模具技术能促进工业产产品的发展和质量的提高，并获得极大的经济

效益。模具是效益的放大器，用模具生产的产品的价值往往是模具价值的几十倍、

上百倍。在美国模具被称为点铁成金的磁力工业，德国则认为其是所有工业中的

关键工业，日本则认为模具工业是促进社会繁荣富裕的动力。

模具工业在我国几经成为国民经济发展的重要基础工业之一。国名经济的

五大支柱产业——机械、电子、汽车、石油化工和建筑都要求模具工业的发展相

适应，都需要大量模具，特别是汽车、电动机、电器、家电和通信等类产品中

60%-80%的零部件都依靠模具成型。

塑料模具技术是一门涉及面广、技术综合性强的精密基础工艺装备技术，包

括：各类模具设计、制造、保管、修理、调试、标准化、专业化生产、“四新”

即：新技术、新工艺、新材料、新设备的开发与推广应用 等方方面面，涉及

到冶金、材料、理化、计量、摩擦与润滑、机械、电子、机电一体化、计算机等

多门学科以及铸、锻、热处理、有削及无削加工、检测等有关工种，是一个要由

上述众多学科和工种共同打造的庞大的系统工程。

我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平

有了较大提高。在大型模具方面，已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、

6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具;精

密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模

具。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯

脱模机构的创新设计方面也取得较大进展，气体辅助注射成型技术的使用更趋成

熟，热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式

热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数

单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用

率达不到10%，与国外的50～80%相比，差距较大。 在制造技术方面，CAD/CAM/CAE

技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相

当数量的CAD/CAM系统。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国

模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和

冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具

CAD/CAM技术的发展。

近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:P20、3Cr2Mo、PMS、

SMⅠ、SMⅡ等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量

仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现

了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程

度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。

模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展

速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发

展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的。

因此，塑料模的未来发展趋势主要为以下几个方面：

（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。这是由

于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发

展的一模多控所致。

（2）在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术

已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价

格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件;

基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型

CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题;CAD/CAM软件的智能

化程度将逐步提高;塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑

料模具工业中发挥越来越重要的作用。

（3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用

热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材

料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器

件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体

辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电

行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺

参数需要确定和控制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度

较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确

保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与

模具也非常重要。

（4）开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生

产方式。

（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模

具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发

展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。

（6）应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显

得十分必要。

（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三

坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、

调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。

（8）大力发展快速制造成形和快速制造模具技术。

（9）逐步推广高速铣削在模具业务的应用。

（10）进一步研究开发模具的抛光技术和设备。

1.1塑料的组成及特性

塑料制品的使用越来越泛，在很多方面，它己成为金属制品的替代物。塑料

模具作为成型方式中的一种，是家用电器、汽车和航空航天等领域中塑料制品的

重要生产工具。并且随着 塑 料 工业的迅猛发展，人们对塑料制品的质量要求

越来越高，外形在满足性能要求的同时也变得越来越复杂，而且产品品种多、更

新快、价格低，市场竞争剧烈。据统计， 日本一万多家模具企业中，生产塑料

模具的就占40%，韩国模具专业厂中生产塑料模的占43%。塑料模具是塑料产品

开发中至关重要的一个环节，也是批量产品得以投放市场的先决条件。在塑料模

具中，由于注塑模具能够一次成型形状复杂、尺寸精确的制品，适用于高效率、

大批量的自动化生产方式，使其在塑料模中的占用量超过了50%以上，是塑料制

品成型的主要方法。因此，为了适应市场竞争对塑料模具的交货期短、质量好、

价格低的要求，模具制造行业就必须以最快的速度、最低的成本、最高的质量生

产出塑料模具来。

塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一。自从聚氯乙烯塑料问世以

来，随着高分子化学技术的发展以及高分子合成技术、材料改进技术的进步、愈

来愈多的具有优异性能的高分子材料不断涌现，从而促进塑料工业的发展。

模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工艺装备或工

具，它属于型腔模的范畴。通常情况下，塑件质量的优劣及生产效率的高低，其

模具的因素占80%。然而模具的质量的好坏又直接与模具的设计与制造有很大关

系。随着国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求越来越大、产品更新

换代周期越来越短、用户对塑件的质量要求也越高，因而模具制造与设计的周期

和质量要求也相应提高，同时也正是这样促进了塑料模具设计于制造技术不断向

前发展。就目前的形式看，可以说，模具技术，特别是设计与制造大型、精密、

长寿命的模具技术，便成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。

按制品所采用的原料不同，成型方法不同，一般将模具分为塑料模具，金属

冲压模具，金属压铸模具，橡胶模具，玻璃模具等。因人们日常生活所用的制品

和各种机械零件，在成型中多数是通过模具来制成品，就中国就有比较远大的市

场，所以模具制造业已成为一个大行业。

在高分子材料加工领域中,用于塑料制品成形的模具,称为塑料成形模具,简

称塑料模。

塑料模具的设计是模具制造中的关键工作。通过合理设计制造出来的模具不

仅能顺利地成型高质量的塑件，还能简化模具的加工过程和实施塑件的高效率生

产，从而达到降低生产成本和提高附加价值的目的，塑料模的优化设计,是当代

高分子材料加工领域中的重大课题。

塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛应用。为了生产

这些塑料制品必须设计相应的塑料模具。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定

以后，塑料模具设计对制品质量与产量，就决定性的影响。首先，模腔形状、流

道尺寸、表面粗糙度、分型面、进浇与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的

确定等，均对制品（或型材）尺寸精度形状精度以及塑件的物理性能、内应力大

小、表观质量与内在质量等，起着十分重要的影响。其次，在塑件加工过程中，

塑料模结构的合理性，对操作的难易程度，具有重要的影响。再次，塑料模对塑

件成本也有相当大的影响，除简易模外，一般来说制模费用是十分昂贵的，大型

塑料模更是如此。

现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉为

塑料制品成型技术的“三大支柱”。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件

外观要求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产

的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与更新均以模具制造和更新为

前提。

塑料模是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日益为人们理解和掌握。当塑

料制品及其成形设备被确定后，由此可知，推动模具技术的进步应是不容缓的策

略。尤其大型塑料模的设计与制造水平，常标志一个国家工业化的发展程度。

目前国内的模具制造企业相当一部分为民营企业或个体户，受资金、场地、

技术、信息交流等诸多因素的局限，相当一部分是依靠传统设备和手工加工制造

完成，以至难以形成规模，只能生产一些中、低档模具，很难引进先进的制模技

术及先进的制模设备。

技术上的落后往往容易看到，管理落后有时却难以意识到。国外较先进的模

具企业一般按生产流程进行管理，但国内一些模具企业仍然沿用那种一个师傅带

几个徒弟，实行从头到尾的"包工制"。还有的模具企业属家庭作坊，企业管理比

较粗糙，而且目前国内的模具生产还没有一个工艺流程的行业标准 。

中国的模具企业大都是中小企业，从作坊式的企业成长起来，甚至目前仍有

许多模具企业是作坊式的管理，在模具交货期、成本、质量的控制方面问题层出

不断。面对激烈的市场竞争，落后的管理手段和水平，使模具企业中的管理和技

术人员只有疲于奔命。 因此，模具制造企业要提高管理水平，具备快速反应和

及时调整的能力，没有一套先进的管理系统实现管理的信息化是很难做到的。通

过信息化建设，实现模具制造.所谓信息化的模具企业，就是在模具企业应用

INTERNET、ERP等信息化技术，把模具企业上下游业务过程，技术沟通过程，以

及模具企业内部业务管理过程，以IT形式固定下来，最终提高模具企业的经营

管理水平，提高模具企业运转的效率。

目前，CAD/CAM技术的推广已由“甩图板”阶段跨入到了深化应用阶段。CAPP

技术的应用，可以大大提高企业工艺编制的效率和准确性；PDM系统的应用，可

以对产品开发数据进行有效的管理；MIS/ERP系统的应用，则可以从根本上降低

企业的成本，提高生产和管理效率。这些系统之间实现信息的集成和功能上的配

合，并逐步实现企业的全面信息化，已成为CAD/CAM技术深化应用的主题, 是模

具发展的第二次变革。

网络企业的建立，总的来讲是基于INTERNET技术和计算机管理技术，并融

合了EPR、CRM、SCM、PM等技术，以及一些行业标准化的规范。通过INTERNET

技术，模具企业可以跟国内外客户建立联系，开拓更广阔的市场；进行企业与国

内外客户业务、技术的沟通；建立企业和客户之间的接口。ERP技术帮助企业规

范和管理内部业务流程，提升模具企业的管理水平；并且极大地优化和缩短企业

内部的流程，提高竞争力。把INTERNET技术和ERP技术结合起来，还可以实现

远程异地办公，提高企业的快速反应能力，更加有效地管理企业。CRM技术可以

帮助模具企业加强管理客户关系，对客户的需求做出快速反应和处理。SCM技术

帮助模具企业加强供应商的管理，进一步降低采购成本和开拓更多的供应渠道，

等等，未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括：

1、大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平

2、模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术

3、力发展快速制造成形和快速制造模具技术

4、塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术

5、高模具标准化水平和模具标准件的使用率

6、展优质模具材料和先进的表面处理技术

7、步推广高速铣削在模具加工的应用

8、一步研究开发模具的抛光技术和设备

9、究和应用模具的高速测量技术与逆向工程

1.1.1塑料的含义及分类

〈一〉、塑料的定义及组成，

塑料是指以高分子合成树脂为主要成份、在一定温度和压力下具有 塑性和流动

性，可被塑制成一定形状，且在一定条件下保持形状不变的材料。

组成：聚合物合成树脂（40 ~ 100%）

辅助材料：增塑剂、填充剂、稳定剂、润滑剂、着色剂、发泡剂、增强材料。

辅助材料作用：改善材料的使用性能与加工性能，节约树脂材料（贵）

〈二〉塑料的分类：

300余品种，常用的是40余种

名称是以所使有的合成树脂作为名称来称呼：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、酚醛

树脂、氧树脂,俗称：电木（酚醛树脂）,有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）,玻璃

钢（热固性树脂用玻璃纤维增强）;英文名称：尼龙（聚酰胺）PA 聚乙烯 PE

分类：热固性塑料与热塑性塑料（按塑料的分子结构）

1、 热塑性塑料

具有线型分子链成支架型结构加热变软，泠却固化不可逆的

2、 热固性塑料：

具有网状分子链结构加热软化，固化后不可逆.

通用塑料：指产量大，用途广。价格低廉的一类塑料。如：聚乙烯，聚丙烯，聚

氯乙烯，聚苯乙烯，醛酚塑料，氨基塑料占塑料产量的60%

工程塑料：指机械性能高，可替代金属而作工程材料的一类，尼龙，聚磷酸脂，

聚甲醛，ABS

特种塑料：隙氧树脂

塑料是以相对分子质量高的合成树脂为主要成分，加入其它添加剂,可在一定温度和压力下

塑化成型的高分子合成材料。

塑料分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。热固性塑料，经受热而发生化学反应，当加热（加

压）达到一定温度而硬化并固化。热固性塑料，一经加热固化后，再受热也不能恢复到原来

的状态；热塑性塑料，在受热后达一定温度则熔融软化流动，经冷却而固化。热塑性塑料，

可反复加热熔化、冷却固化，材料的化学性能不变。在本毕业设计中主要牵扯到热塑性塑料。

1.1.2 塑料的组成

1、树脂：树脂是在受热时软化，在外力作用下有流动倾向的聚合物。它是

塑料中起粘结作用的成分，也叫粘料。树脂主要决定塑料的基本类型（热塑性和

热固性）和基本决定塑料的主要性能（机械性能、化学性能、导电性能等）。

2、添加剂：是指分散在塑料分子结构中，不会严重的影响塑料的分子结构，

而能改善其性质或降低成本的化学物质。添加剂的加入，能促使塑料改进基材的

加工性、物理性、化学性等功能和增加基材的物理、化学特性。

3、填料：主要起改善塑料性能的作用。常用的有粉状的木粉、滑石粉、铁

粉、石墨粉等，纤维状的玻璃纤维、石棉纤维等，片状的麻布、棉布、玻璃布等。

4、增塑剂：改善塑料的性能和提高柔软度。常用的增塑剂有邻苯二甲酸酯

类，癸二酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡等。

5、稳定剂：能阻缓材料变质的成分。常用的稳定剂有二盐基性亚磷酸铅、

三盐基性硫酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸钡等。

1.1.3 塑料的特性 塑料的性能 ：

1、 质量轻，密度 0.9~0.23g /cm^ 泡沫塑料 0.189g/cm

2、 比强度高：是金属材料强度的1/10 。 玻璃钢强度更高

3、 化学稳定性好

4、 电气绝缘性能优良

5、 绝热性好

6、 易成型加工性，比金属易

7、 不足：强度，刚度不如金属，不耐热。 100C以下热膨胀系数大，易蠕变，

易老化。

热塑性塑料成型加工性能：

〈一〉 吸湿性：吸水的（ABS.尼龙，有机中玻璃）懦水的（聚乙烯）含水量大，

易起泡，需干燥。

〈二〉 塑料物态：

1、 玻璃态：一般的塑料状态 TG 高于室温。

2、 高弹态：温度商于 TG ，高聚物变得像橡胶那样柔软，有弹性。

3、 粘流态：沾流化温度以上，高聚物相继出现塑料流动性与粘性液体流动区移，

塑料成型加工就在材料的粘流态进引。

〈三〉 流动性：

塑料在一定温度压力作用下，能够充分满模具型腔各部分的性能，称作流动性。

流动性差，注射成型时需较大的压力；流动性太好，容易发生流涎及造成制件溢

边。

〈四〉 流变性：高聚物在外加作用下产生流动性与变形的性质叫流变性。

牛顿型流体与非牛顿型流体。

1、塑料的优点

(1) 重量轻:塑料的密度一般在0.9-2.3g/ml之间，约为铝的一半，铜的1/6

(2) 比强度和比刚度高

(3) 化学稳定性好:对酸碱等化学物质有良好的抗腐蚀性

(4) 电绝缘性好:塑料有优越的电绝缘性和耐电弧特性

(5) 耐磨性和减摩性好

(6) 消声和吸震性能好

(7) 可任意着色

(8) 优良的自润滑性能并且适合大批量生产

2、塑料的缺点

(1) 耐温性能差

(2) 热膨胀系数大

(3) 表面软，易吸尘

1.2 注射模成型原理及工艺特性

注塑模亦称注射模，其成型原理是将塑料从注塑机的料车送进加热的料中。

经加热熔化呈流动状态后，在柱塞和螺杆的推动下，熔融塑料被压缩并向前移动，

进而通过料筒前的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模型腔之中，充满型腔

的熔料在受压的情况下，经冷却固化后即可保持模具腔所赋予的形状，然后开模

分型获得成型塑件，这样在操作上完成了一个周期的生产过程。通常，一个成型

周期从几秒钟到几分钟不等，时间长短取决于塑件的大小、形状、厚度、模具的

结构、注射机的类型及塑料的品种和成型工艺条件等因素。

注射成型是热塑性材料成型的一种重要方法，它具有成型周期短，能一次成

型形状复杂的、尺寸精确、带有金属或非金属镶件的塑料制件，注射成型的效率

高、易实现生产自动化。注射成型的缺点是所用的注射设备价格高。注射模具的

结构复杂、生产成本高、生产周期长，不适合单件小批量的生产，除了热塑性塑

料外。一些流动好的热固性塑料也可以用注射方法成型，其原因是这种方法生产

率高，产品质量稳定。

1.3主要塑料的性能参数

1、ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学

药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，

容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加

工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是

一种用途极广的热塑性工程塑料

2、聚乙烯：常用聚乙烯可分为低压聚乙烯(HDPE)、高压聚乙烯(LDPE)和线

性高压聚乙烯(LLDPE)。三者当中，HDPE有较好的热性能、电性能和机械性能，

而LDPE和LLDPE有较好的柔韧性、冲击性能、成膜性等。LDPE和LLDPE主要用于包

装用薄膜、农用薄膜、塑料改性等，而HDPE的用途比较广泛，薄膜、管材、注射

日用品等多个领域。

3、聚丙烯：相对来说，聚丙烯的品种更多，用途也比较复杂，领域繁多，

品种主要有均聚聚丙烯(HOMOPP)，嵌段共聚聚丙烯(COPP)和无规共聚聚丙烯

(RAPP)，根据用途的不同，均聚主要用在拉丝、纤维、注射、BOPP膜等领域，

共聚聚丙烯主要应用于家用电器注射件，改性原料，日用注射产品、管材等，无

规聚丙烯主要用于透明制品、高性能产品、高性能管材等。

4、聚苯乙烯：聚苯乙烯的密度为1.04～1.16g/cm3聚苯乙烯的主链上有结构

庞大的苯环，故柔顺性差，质地脆硬，抗冲击性能差，敲打时发出类似金属的响

声。机械强度低于硬质聚氯乙烯，尤其是相对分子量较小的品种强度更差，聚苯

乙烯属于非结晶型聚合物。聚苯乙烯具有良好的可塑流动性和较小的成型收缩

率，是成型工艺最好的塑料品种之一，容易制造形状复杂的制品。聚苯乙烯无色

无味无毒透明，透光性仅次于有机玻璃，着色性能优良，能染成各种鲜艳的色彩，

常用于制造要求透明或颜色鲜艳的制品。聚苯乙烯具有很小的吸水率，在潮湿的

环境中尺寸变化很小，加工前不需要干燥处理，适用于制造要求尺寸稳定的制品，

聚苯乙烯能耐碱、硫酸、磷酸、10%～30%的盐酸、稀醋酸及其它有机酸，但不

耐硝酸及氧化剂的作用，对水、汽油、植物油及各种盐溶液也有足够的耐蚀能力，

如仪表仪器壳体等。聚苯乙烯具有优良的电绝缘性能，尤其是在高频条件下的介

电损耗仍然很小，是优良的高频绝缘材料。聚苯乙烯的主要缺点是脆性大，形状

复杂的制品成型后存在较大的内应力时，常会在使用中自行开裂。为改善聚苯乙

烯的脆性，加入少量的聚丁烯可明显降低脆性，提高冲击韧性。这种塑料称为高

冲击聚苯乙烯。

通过对以上四种常用材料性能及其特点的对比，本品选用聚苯乙烯材料作为

成型材料，收缩率好、成型工艺性好。

1.4 聚苯乙烯的工艺性能

1、聚苯乙烯的成型性能

(1)无定形料，吸湿性小，不易分解但性脆易裂，人膨胀系数大易产生内应

力

(2)流动性好（溢边值为0.03mm左右）可用螺杆或柱塞式注射机成型

(3)易采用高温料、高温模、低注射压力，延长注射时间有利于减少内应力，

防止缩孔变形。料温过高易出现“银丝“料温过低或脱模剂过多则透明性差

(4)可采用各种形状的浇口，浇口与塑件应圆弧过渡连接，防止除浇口时损

坏塑件，脱模斜度易大，顶出均匀以防止脱模不良发生开裂变形

(5)塑件壁厚均匀，最好不带镶间各面应圆弧连接，不宜有缺口

2、 聚苯乙烯的物理、力学和热学性能如表1-1、表1-2、表1-3

2．塑料的性能

该塑件材料选用ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）。ABS有良好的耐化学

腐蚀及表面硬度 ，有良好的加工性和染色性能。

ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为1.02~1.05g/cm³。

ABS有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定

性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响。ABS不溶于大部分

醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS有一定的硬度和尺寸稳定

性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS的缺点是耐热性不高，连

续工作温度为70ºC左右，热变形温度为93ºC左右，且耐气候性差，在紫外线作

用下易发脆。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱模斜度

宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，模具

设计时应注意尽量少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料

温度对收缩率影响极小。

表1-1聚苯乙烯的物理性能

摩擦系数

吸水率(%)

密度 g/cm3 比体积cm3/g

24h 长时间

（无润滑） （有润滑）

1.04～1.06 1.10～1.11 0.01～0.03 0.05 0.34 0.16 PS 钢 PS 钢

表1-2 聚苯乙烯的力学性能

屈服

强度

Mpa

37 抗弯 断裂伸 强度 长率% Mpa 67 >200 弯曲弹 性模量 Gpa 抗压 冲击韧度 KI/m2 强度 无缺口 缺口 Mpa 8.65 78 3.4～ 4.8

R9.5～10.5 HBS 布氏硬度 1.45 56

表1-3 聚苯乙烯的热学性能

热变形温度

熔点 ℃

45N/ cm2 180N/㎝

170～176 102～115 56～57 2线膨胀系数 计算收缩率％ 10～5/℃ 230℃负荷 9.8 0.6～0.8

21NØ2.09 2.03～8.69 熔融指数 MFI g/10min

1.5 选题的目的意义

社会的发展日新月异，各行各业竞相争辉，人们对生活的要求不甘示弱也越

来越高，越来越多样化。肥皂盒是人们的日常生活中常常可以用到的产品，对其

进行设计是现代生活的需要。同时，肥皂盒的模具设计也是一种比较典型的注塑

膜设计，人们对这类盖子的需求量很大，肥皂盒的式样、功能、改进与创新均依

赖于模具技术，故对其进行模具设计，既是提高生产效益的要求，也是市场的需

要。另外，结合这几年来对材料专业中模具部分的学习，对其进行外观的设计直

到模具设计进行生产等一系列过程都有所了解，在设计中又可以加深对生产以及

结构方面的了解，为更好的设计出社会需要的产品做好知识准备。

本文是关于肥皂盒的设计，对塑件的模具进行设计，包括塑件成品的设计、

工艺参数的分析与计算、工作部分的设计、模具结构的设计。本课题主要运用

Auto CAD2007来完成整个设计工作。

第2章 注射成型工艺及注射机的选择

2.1 塑件三维图及基本尺寸

1、工艺参数

1、 技术要求：

1） 制件大批量生产，不得有毛边；

2） 壁厚2mm；

3） 未注圆角R3，表面粗糙度Ra1.6；

4） 材料ABS。

（a）正面图 （b）背面图

2-1肥皂盒实物图（a）正面图(b)背面图

图2-2肥皂盒工程图

2.2 壁厚：塑料制品的壁厚是最重要的结构要素，热固性塑料制品的

壁厚一般为1~6mm,最厚不超过13mm。热塑性塑料制品的壁厚一般

为2~4mm,制品的最小壁厚与塑料材料的流动性有关，表11-4为热固

性塑料制品的壁厚推荐值，表11-5为热固性塑料制品的壁厚推荐值。

工艺分析

该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征。除了配合尺寸要求

精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材

料性能，故选一般精度等级： 5级。

为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。该浇口的分流道

位于模具的分型面处，浇口横向开设在模具的型腔处，从塑料件侧面进料，因而

塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

塑件的工艺参数：成型收缩率:0.6～0.8% 平均收缩率：0.65％

聚苯乙烯的注射参数：

喷嘴形式：直通式 喷嘴温度/ oC：160～170

料筒温度/ oC： 前段170～190 中段170～190 后段140～160

模具温度/ oC:20～70（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则光洁度较低） 融化温度：210～280℃（建议温度：245℃）

成型温度：170～280℃

注射压力/MPa:60～100

保压力/MPa：30～40

注射时间/S：0～3

保压时间/S：15～40

冷却时间/S：15～30

成型周期/S:40～90

2.3 注射成型基本过程

注射成型是把塑料原料（一般为经过造粒、染色、加入添加剂等处理后的颗

粒料）放入料筒中，经过加热熔化，使之成为高粘度的流体——称为“熔体”，用柱塞或螺杆作为加工工具，使熔体通过喷嘴以较高的压力（约为25～80Mpa）注入模具的型腔中，经冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。

注射成型的全过程可以分为：

1、塑化过程

2、充模过程

3、冷却凝固过程:热塑性塑料的注射成型过程是热交换的过程。即：

塑化——→注射充模——→固化成形

4、脱模过程

5、后处理

由1到5形成了一个循环。每一次循环，就完成了一次成型一个乃至数十个

塑件。

2.4注射机的分类

注射机类型和规格很多，分类方法各异，按驱动方式可分为液压驱动和机械

驱动两大类，其中以液压驱动较平稳安全。按照工作方式分为全自动、半自动和手动，全自动注射机已成为现行注射机的主要形式，它在必要时也能进行半自动

和手动操作。按结构形式可分为立式、卧式和直角式三类，国产卧式注射成型机已标准化和系列化。三类不同结构形式的注射成型机特点如下：

1、立式注射成型机

如图2-3注射柱塞（或螺杆）垂直装设，锁模装置推动模板也沿垂直方向移

动，这种注射成型机主要优点是占地面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上（下模）安放嵌件，嵌件不易倾斜或坠落。其缺点是制品自模具中顶出后不能靠重力下落，需靠人工取出，这就有碍于全自动操作，但附加机械手取制品后，也可实现全自动操作，此内注射机注射量一般均在60克以下。如大型注射机也采用这种形式则机器高度太大，给加料和操作都带来困难，而且机器重心高，要求厂房高度大，是不大适宜的。

图2-3立式注射成型机

2、卧式注射成型机

如图2-4这是目前使用最广、产量最大的注射成型机，其注射柱塞或螺杆与

合模运动均沿水平方向装设，并且多数在一条直线上（或相互平行）。这类注射机的优点是机体较低，容易操纵和加料，制件顶出模具后可自动坠落，故易实现全自动操作，机床重心较低，安装稳妥，一般大中型注射机均采用这种形式。其主要缺点是安装麻烦，嵌件放入模具有倾斜或下落的可能，机床占地面积较大。系列生产的卧式成型机多采用液压传动，并可实现全自动或半自动生产。

图2-4 卧式注射成型机

1-锁模液压缸;2-锁模机构；3-动模固定板；4-顶杆；5-定模固定板；6-控制台；

7-塑化部件；8-料筒；9-计量和传动装置；10-注射和移动液压缸

3、角式注射成型机

角式注射成型机是指注射柱塞或螺杆与合模运动的方向相互垂直者，目前国内各使用最多的角式注射机系采用沿水平方向合模，沿垂直方向注射，合模系由电机驱动开合模丝杆传动，注射部分采用齿轮、齿条机械传动外，也有改用液压传动。这种注射机主要优点是结构简单，便于自制，适于单件生产中心部位不允许留有浇口痕迹的平面制件，同时常利用开模设时丝杠的转动来拖动螺纹型芯或型环旋转，以便脱下塑件。其主要缺点是机械传动无准确可靠的注射和保压压力及锁模力，模具受冲击振动较大，如该为液压传动则可克服上述缺点，其占地面积在介于立式和卧式之间。

此外还有转盘式注射成型机、旋转式注射成型机、热固性塑料注射成型机、双色注射成型机等。

2.5注射机的选用

一、 1、注射机的初选注射机的选择及工艺参数的校核

1. 模具闭合高度的校核 安装模具的高度应满足：Hmin<H<Hmax 设计模

具高度为 H总=237mm 由于XS-ZY-60型注塑机所允许模具的最小厚度

为Hmin70mm，最大厚度为Hmax=200mm，所以，模具闭合高度不能满足

安装要求。

模具开模行程应满足：Sm<Sz

其中：Sz为最大开模行程

Sm为模具的开模行程；

Sm =塑件的高度+浇注系统的高度+顶件的顶出高度+（5-10）

mm=15+50+20+7=92mm可见Sm<Sz，XS-ZY-60满足其开模行程

4.按注射机的最大注射量确定型腔数目

根据 n≤ (kmp-m1)/k （4-1）

得 mp≥(nm+m1)/k (4-2)

k 注射机最大注射量的利用系数，一般取 0.8;

mp 注射机最大注射量，cmз或 g;

m1 浇注系统凝料量，cmз或g；

m 单个塑件体积或质量，cmз 或 g

5.模具安装部分的校核

该模具的外形尺寸为250mm×250mm ，XS-ZY-125型注射机模板最大安装尺寸为428mm×458mm，故能满足模具安装要求。

6．注塑机的参数校核

V型=20.46 cm3

①最大注射量的校核计算

校核式：(0.8～0.85)V公≥V型

其中：V型 ＝20.46 cm3

（0.8～0.85)V公=0.8×125=100 cm3

可见满足校核式，即所设计模具注射量满足XS-ZY-125 最大注射量要求。

②注射机压力的校核

P机≥P塑

P机——注射机的最大注射压力，Mpa或N/ cm3

P塑——成型塑件所需的注射压力，Mpa或N/ cm3

一般ABS取 100～120Mpa， XS-ZY-125注射机的最大注射压力P机=150Mpa，可见XS-ZY-125注射机满足ABS注射压力的要求。

综合验证，XS-ZY-125型注射机完全能满足此模具的注射要求。

第3章 成型零部件件的模具设计

模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯。镶

块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑件接触、塑料熔体的高压、流料的冲刷、脱模时与塑件间还发生摩擦。因此成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。

设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求确定型腔的总

体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。

3.1型腔数目的确定

注射模的型腔数目，可以是一模一腔，每一次注射生产一个塑件，也可以是

多腔，每一次注射生产多个塑件。每一副模具中，型腔数目的多少与下列条件有关系。

1、塑件尺寸精度

型腔数目越多时，精度也相对地降低。这不仅由于型腔加工精度的参差，也

由于熔体在模具内的流动不均所致。按照SJ1372—78 标准中规定的1、2 级超精密级塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少（形状简单）可以是一模二腔。3、4 级的精密级的精密塑料件，最多是一模四腔。

2、模具制造成本

多腔模的制造成本高于单腔模，但非简单的倍数比。四腔模并非单腔模的四

倍。因此，从塑件成本中所占模费比例来看，多腔模比单腔模要低。

3、注塑成型的生产效益

多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高，但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维修费用高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。

4、制造难度

多腔模的制造难度比单腔模大。当其中一腔先损坏（或磨损超差）时，应立

即停机维修，影响生产。确定型腔数目的方法：

考虑到塑件的技术要求，本设计采用根据注射量方法确定型腔数目。即：

错误！未找到引用源。 (3-1) 式中G—注塑机的最大注射量（131.25g）

错误！未找到引用源。—单个塑件的重量（32.52g）

错误！未找到引用源。—浇注系统的重量（4.26g）

但根据产品结构和尺寸形状来看，由于该塑件尺寸形状不大，综合以上几个方面综合考虑，我的设计采用一模两腔结构形式。如图3-1所示

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