《模具设计与制造》作业

肥皂上盒模具设计

一、 给出制品图；

通过Pro/E建模确定设计方案如图1-1；

图1-1

二、 确认所用塑料品种，并分析其特性，注塑机选型； 1、肥皂盒的材料选择及特性

该产品材料选用ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）。ABS具有良好的成型加工型、尺寸稳定性好、着色性能，电镀性能好。它的制品强度高、刚性好、硬度、耐冲击性、制品表面光泽性好，耐磨性好。 ABS无毒、无味、呈微黄色。可以看成是PA（聚丁烯）、BS（丁苯橡胶）、PAB（丁腈橡胶）分散于AS（丙烯腈-苯乙烯的共聚物）或PS（聚苯乙烯）中的一种多组分聚合物。ABS的收缩率在0.4%-0.7%之间，ABS耐热可达到90℃（甚至可在110-115℃使用）。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的缺点是不耐有机溶剂，耐气候性差，在紫外线下易老化。ABS具有吸湿性，因此要求在加工之前进行干燥处理。ABS易产生溶接痕，模具设计时要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。 2、注塑机选型

（1）计算塑件的质量和体积。计算塑件的重量是为了选择注塑机及确定模具腔数。

根据Pro/E软件可以求得塑件体积：V1?7.94cm3 浇注系统的体积： V2?2.1cm3

塑件与浇注系统的总体积为：V=7.94+2.1=10.04cm

（2）计算塑件的重量：根据查表得ABS的密度为ρ=1.05g/cm2 塑件的重量为：M=ρV=7.94?1.05?45.46g

根据上面所算的结果，塑件形状及尺寸，，考虑外形尺寸及注射时的所需压力情况，查国产注射机主要技术参数表取SZ-160/1000。

3三、 型腔个数及其排列方式的确定；

根据 n?kmp?m1k

根据 mp?nm?m1 k根据塑件的结构及尺寸精度要求,该塑件在注射时采用1模1腔 如图1-2所示：

图1-2

四、分型面选择；

根据分型面选择原则：其分型面如图1-3

图1-3 分型面示意图

五、成型零件（凸、凹模）设计；

在塑料注塑成型过程中，注塑模的型腔内熔体压力很高，其工作状态可视为型腔压力高达100Mpa的耐高压容器。在成型零件中，凹模和动模垫板是构成型腔的主要受力构件，经常需要对它们进行设计计算。

由理论分析和生产实际证实，在塑料熔体的高压作用下，小尺寸模具主要是强度问题，首先要防止模具的塑性变形和断裂破坏。因此，用强度条件计算公式进行凹模壁厚和垫板厚度的设计计算。

注塑模具型腔为整体式矩形凹模，依据强度条件进行凹模侧壁和底板厚度的计算。

1）凹模的侧壁厚度计算：

h22??0.2?0.4l110，

?P??50?S?1.73h???1.73?22????15.54mm?300???P?

P——模具型腔内最大的熔体压力，根据经验值为30～50Mpa，此处取最大值50Mpa；

1212?P——模具强度计算的许用应力（Mpa），本模具中型腔材料选用具有优良

性能的P20预硬钢，其?P=300Mpa。

2）凹模底板厚度

12?P??50?T?0.71b???0.71?64????18.55mm?300???P?

根据标准模板，为了使型腔选料、加工方便，降低制造难度，凹模侧壁厚度取为约25mm，凹模底板厚度取为40mm。

型腔：钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型

12型芯：钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型

六、浇注系统设计（包括主浇道、分流道、浇口、拉料杆与冷穴）； 1、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，根据选用的型号注射机的相关尺寸得；

喷嘴前端孔径：d0=4.0mm； 喷嘴前端球面半径：R0=10mm；

根据模具主流道与喷嘴的关系 d?d0?(0.5～1)mm 取主流道球面半径：R=11mm； 取主流道小端直径：d=4.5mm

为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为2～6o，此处选用2°，经换算得主流道大端直径为6.67mm主浇道示意图如图1-4；

图1-4 主流道示意图

2、分流道的设计

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表1-1所示。

表1-1流道断面尺寸推荐值

塑料名称 ABS，AS 聚乙烯 尼龙类 聚甲醛

分流道断面直径mm

4.8~9.5 1.6~9.5 1.6~9.5 烯 3.5~10 8~10

烯

硬聚氯乙聚苯乙烯 软聚氯乙塑料名称

分流道断面直径 mm

3.5~10 3.5~10 6.5~16 6.5~8.0 3.5~8.0

在该模具上取圆形断面形状，直径为4mm。 分流道选用圆形截面：直径

D=4mm，流道表面粗糙度 Ra?1.6μm如图1-5所示；

图1-5 分流道示意图

3、浇口的设计

根据浇口的位置选择要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。采用扇形浇口可以保持产品外观精度。本设计采用边缘浇口，边缘浇口（又名为标准浇口、侧浇口） 该浇口相对于分流道来说断面尺寸较小，属于小浇口的一种。边缘浇口一般开在分型面上，具有矩形或近矩形的断面形状，其优点是浇口便于机械加工，易保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易修整，适用于各种塑料品种，其最大特点是可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。

该模具采用侧浇口，其有以下特性:

①形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证； ②试模时如发现不当，容易及时修改； ③能相对独立地控制填充速度及封闭时间； ④对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。 浇口设计如图1-6；

图1-6 浇口示意图

4、冷料穴的设计

该模具属于中小型模具，故冷料穴长度取流道直径的1.6倍，即8.0mm。在主流道对面采用冷料井底部带推料杆的冷料井，推杆为带Z型头拉料钩，其侧凹可以将主流道凝料钩住，分模时即可将凝料从主流道中拉出。拉料杆的根部固定在推出板上，在推出制件时，冷料也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍许移动，即可脱钩将制件连同浇注系统凝料一道取下。

由文献资料[11]，其结构尺寸如下： Z头高3/4d，其中

d=D+（0.5～1） 则d=4+（0.5～1）=5mm，

Z头底部自分流道距离为5/4d，如下图所示1-7：

图1-7 冷料穴示意图

七、排气系统设计；

排气槽的作用主要有两点。一是在注射熔融物料时，排除模腔内的空气；二是排除物料在加热过程中产生的各种气体。越是薄壁制品，越是阔别浇口的部位，排气槽的开设就显得尤为重要。另外对于小型件或精密零件也要重

视排气槽的开设，由于它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外，还可以消除制品的各种缺陷，减少模具污染等。那么，模腔的排气怎样才算充分呢？一般来说，若以最高的注射速率注射熔料，在制品上却未留下焦斑，就可以以为模腔内的排气是充分的。

当塑料熔体充填型腔时，必须顺序地排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热而产生的气体。如果气体不能被顺利排出，塑料会由于填充不足而出现气泡、接缝或表面轮廓不清等缺陷，甚至气体受压而产生高温，使塑料焦化。特别是对大型塑件、容器类和精密塑件，排气槽将对它们的品质带来很大的影响，对于在高速成行中排气槽的作用更为重要。我们的塑件并不是很大，而且不属于深型腔类零件，因此本方案设计在分型面之间、推杆预模板之间及活动型芯与模板之间的配合间隙进行排气，间隙值取0.04㎜。

八、冷却系统设计；

浇注系统中的分流道布置，采用非平衡式布置，从主流道末端到每个浇口的距离不相等，但是分流道的截面形状和尺寸大小完全相同。分流道的横截面形状为梯形，浇口的类型采用侧浇口。为了使冷却效果好，在模具的定模型腔板和动模利腔板内开没了如图所示的水道，横向穿过这两块模板，这样使塑件各处的冷却均匀，模具的模温均匀

本塑件在注射成型机时不要求有太高的模温因而在模具上可不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下设计算计。

??60/C20/C的水作为模具冷却介质， 设定模具平均工作温度为，用常温

?其出口温度为30/C。

435?10J/kg 查表3-26得ABS的单位流量为

依据塑件体积可知所需的冷却水管直径较小。 设计冷却水道直径为8mm符合要求。 冷却水示意图：

九、导向定位系统设计； 1、导柱的设计

长度 导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8—12 cm，以免出现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。

形状 导柱前端应做成锥台形，以使导柱能顺利地进入导向孔。

材料 导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢（经表面渗碳淬火处理），硬度为50—55HRC。

2、导套的结构设计

材料 用与导柱相同的材料制造导套，其硬度应略低与导柱硬度，这样可以减轻磨损，一防止导柱或导套拉毛。

形状 为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。导向孔作成通孔，以利于排出孔内的空气。

3、推出机构的设计

根据分型面有台阶，为了便于加工，降低模具成本，我们采用推杆推出机构，采用推杆推出，推杆截面为圆形，推杆推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更

换。结合制品的结构特点，模具型腔的结构采用了整体式型腔板这里采用设计推杆，全部固定在顶杆固定板。推杆的位置选择在脱模阻力最大的地方，塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布置，以保证塑件推出时受力均匀，塑件推出平稳和不变形。根据推杆本身的刚度和强度要求，推杆装入模具后，起端面还应与型腔底面平齐或高出型腔0.05—0.1cm. （1）推件力的计算

对于一般塑件和通孔壳形塑件，按下式计算，并确定其脱模力（Q）：

Q?Lhp?fcos??sin?? L=323.08MM H=9.04MM

Q=323.08MM*9.04MM*10MPA(0.1*COS0.5-SIN0.5) =292.06(N) （2）推杆的设计

①推杆的强度计算 查《塑料模设计手册之二》由式5-97得 64??2?l2?Q13d=（n???E）4 (8-2) d——圆形推杆直径cm ?——推杆长度系数≈0.7 l——推杆长度cm n——推杆数量

2cm E——推杆材料的弹性模量N/(钢的弹性模量

2E=2.1?107N/cm)

Q——总脱模力 取 D=5MM。

②推杆压力校核 查《塑料模设计手册》式5-98 4Q??s?=n??d2 (8-3) ?s取320N/mm2

?

十、模架的选取。

注塑模模架国家标准有两个，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架，型号为：AI-2025-A50-B60-C70。

3、浇口的设计

根据浇口的位置选择要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。采用扇形浇口可以保持产品外观精度。本设计采用边缘浇口，边缘浇口（又名为标准浇口、侧浇口） 该浇口相对于分流道来说断面尺寸较小，属于小浇口的一种。边缘浇口一般开在分型面上，具有矩形或近矩形的断面形状，其优点是浇口便于机械加工，易保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易修整，适用于各种塑料品种，其最大特点是可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。

该模具采用侧浇口，其有以下特性:

①形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证； ②试模时如发现不当，容易及时修改； ③能相对独立地控制填充速度及封闭时间；

④对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。

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