肥皂盒上盖注塑模模具设计

摘要

本课题主要是针对肥皂盒的模具设计，通过对塑件进行工艺的分析和比较，最终设计出一副注塑模。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核，都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。根据课题设计的主要任务是肥皂盒注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产肥皂盒塑件产品。以实现自动化提高产量。针对肥皂盒的具体结构，该模具是侧浇口的单分型面注射模具。通过模具设计表明该模具能达到盒盖的质量和加工工艺要求。

【关键词】模具设计、注塑模、肥皂盒上盖

Abstract

The main topics of this is scop for the die design ,through the technology of plastic parts for analysis and comparison ,the final design of an injection mold .The topics from technology and product mix,the specific structure of the mold ,the mold for casting systems,die forming part of the structure,the roof system,cooling system ,the choice of inject molding machine and check the parameters that have detailed the design, at the same time and a simple preparation of the mold of the process. Through the entire design process showed that the mold will achieve the required pieces of plastic processing technology.According to the design of the subject's main task is to set fruit injection mold design.Design is an

injection mold to produce scop lid pieces of plastic products in order to achieve automation to increase output .For the specific structure of the fruit plate,the die design that the lid of the mold to achieve the quality and processing requirements.

[ Key words ] mold design, injection molding, soap box upper cover

目录

摘要................................................................ 1

Abstract............................................................ 2

第一章 绪论........................................................ 4

1.1 塑料工业简介 ................................................ 4

1.2 我国模具行业现状 ........................................... 6

1.3 注塑CAE技术简介 ........................................... 7

第二章 塑件成型工艺基础............................................. 9

2.1 肥皂盒造型设计 ............................................. 9

2.2 肥皂盒工艺特性 ............................................. 9

2.3 注射成型原理及工艺特性 .................................... 10

第三章 塑件工艺性分析.............................................. 11

3.1 分析塑件的结构工艺性 ...................................... 11

3.2 工艺性分析 ................................................ 11

3.3 注塑机的选择 .............................................. 11

第四章 塑料制件在模具中的位置与浇注系统的设计...................... 12

4.1 型腔数目的确定 ............................................ 12

4.2 型腔的分布 ................................................ 12

4.3 分型面的选择 .............................................. 12

4.4 浇注系统的设计 ............................................ 13

第五章 成型零件的结构设计........................................ 19

5.1 凹模的结构设计 ............................................ 19

5.2 型芯结构设计 .............................................. 20

5.3 成型部件的工作尺寸的计算 .................................. 20

第六章 结构零部件的设计............................................ 25

6.1 注射模具的选择 ........................................... 25

6.2合模导向机构的设计.......................................... 25

第七章 推出机构的设计.............................................. 27

7.1 推出机构的设计原则 ........................................ 27

7.2 推出机构的选择 ............................................ 27

7.3 推出力的计算 .............................................. 27

7.4 推杆的设计 ................................................ 28

7.5 推出机构工作原理图 ........................................ 28

第八章 冷却和排气系统.............................................. 29

8.1 冷却系统 .................................................. 29

8.2 排气系统 ................................................ 30

第九章 模具的装配................................................. 31

致谢............................................................... 32

参考文献........................................................... 33

第一章 绪论

1.1 塑料工业简介

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。

在今天这样激烈竞争的环境中，客户对缩短注塑模具设计和制造周期的要求日益迫切。缩短模具设计和制造周期，成了模具企业间竞争取胜的重要因素之一。与模具成型零件变化多样相比，模具基本结构和常用零部件的变化要少得多。设计中相当一部分时间花在结构类似的零部件设计和绘图上。可见，缩短这些常用零部件的设计时间，能极大地提高模具设计的效率和缩短模具的交货期。因此，对引进CAD/CAE/CAM系统，进行本地化、用户化的二次开发具有重要的实际意义。通过建立必要的标准模架库，充分地发挥计算机和CAD软件的功能，才能达到缩短模具设计周期，提高模具设计水平的目的，使科学技术转化为实实在在的生产力。

模具CAD/CAE/CAM技术是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程。塑料模CAD/CAE/CAM技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，塑料模CAD/CAE/CAM技术的重要性正逐渐被模具界所认识，其中注塑模具应用软件的发展引人注目。据统计，在国外，注射模采用CAD技术的比例约占所有不同模具CAD技术的75% ，在我国，注射模CAD技术也在不断地应用和推广中。

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。

1.2 我国模具行业现状

模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。

模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。

模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械、电子、轻工、汽车、纺织、航空、航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。

模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车、摩托车行业的模具市场为例。汽车、摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件、经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80％的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩

托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯、家电、建筑等，也存在巨大的模具市场。

目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国、日本、法国、瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。

塑料模是现代塑料工业生产中的重要工艺装备，塑料模工业是国民经济的基础工业。用塑料模生产成型零件的主要优点是制造简、材料利用率高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。

在模具方面，我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的1/3~1/5，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。

随着我国改革开放步伐的进一步加快，我国正逐步成为全球制造业的基地，特别是加入WTO后，作为制造业基础的模具行业近年来得到了迅速发展。塑料模的设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化]商品化尚待规模化；CAD、CAE、Flow Cool软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。因此，我国要从一个制造业大国发展成为一个制造业强国，必须要振兴和发展我国的模具工业，努力提高模具工业的整体技术水平，提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力。

1.3 注塑CAE技术简介

随着计算机技术的发展，对各种塑料成型过程的模拟成为塑料加工业研究的热点，主要是利用高分子物理学、流变学、传热学和计算机图形学等理论，对塑料成型过程进行模拟，研究加工条件的变化规律，预测塑件设计、模具设计和成

型条件对塑件结构和性能的影响，从而优化模具设计和成型条件、降低成本、提高生产效率和产品质量。注塑模CAE技术是利用计算机塑料注射成型过程个阶段进行定性和定量的描述，从而在模具制造前发现并改正设计弊端。

目前注塑模CAE技术的研究工作主要集中在流动模拟、冷却模拟、以及压实和翘曲等方面。

（1）注塑模流动充模过程模拟分析

流动充填模拟分析一般包括浇道系统分析和型腔充填分析。浇道系统分析的目的是确定合理的流道尺寸、布置以及最佳的浇口数量、位置和形状；型腔充填分析的主要目的是为了得到合理的型腔形状及最佳的注射压力、注射速率等参数。

（2）注塑模冷却系统模拟分析

注塑模冷却系统的设计直接影响着注塑模生产效率和塑件质量，冷却系统的冷却效果决定着冷却时间，而模具的冷却时间约占整个注塑循环周期的2/3。一个完善的冷却系统能显著地减少冷却时间，从而提高注塑生产效率。塑件的变形和内部残余热应力常常是由于冷却不均匀而产生的。利用CAE技术进行分析，可获得经济的冷却时间、合理的冷却管道尺寸和布置，使塑件尽可能的均匀冷却。 注塑模CAE操作过程，大致上分为三部分：

（1）前处理

建立有限元模型（FEM）， 将流道、浇口及型腔建成有限元网格。

设定成型树脂、模具材料、注塑机规格及冷却液种类等。

设定成型条件，包括注射压力、注射速度、冷却速度等。

（2）分析

保压分析：可以模拟充入型腔的树脂在保压过程中的状态。

冷却分析：可以模拟模具在冷却过程中的温度变化状态。

冷却变形分析：根据保压分析取得的树脂收缩及冷却分析取得的模具温度变化状态，分析注塑制品脱模后可能产生的翘曲变形状况。

（3）后处理

各种分析结果如型腔中树脂在填充过程中的流动前锋、树脂压力分布、模具的温度分布、熔接线位置及气穴位置等均可以用彩色图、x-y图文字或数字方式表示。

第二章 塑件成型工艺基础

2.1 肥皂盒造型设计

其图形如图2.1、2.2所示：

图2.1 肥皂盒工程图

图2.2 肥皂盒三维图

2.2 肥皂盒工艺特性

肥皂盒在我们的生活中非常普遍，几乎每家都要用到。市场上也有各种各样的肥皂盒，形状各异，有些是把肥皂盒做成水果造型，有些是动物植物造型，来吸引顾客眼球，易引发人们的购买欲。次此设计的肥皂和结构较简单，主要是肥皂盒的注塑模设计。

2.3 注射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斗送进加热的料筒中，经过加热熔化时流动状态后，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腔中，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。这样的操作上完成一个周期的生产过程。通常，一个成型周期从几秒到几分不等，时间的长短塑件的大小、形状和厚度、模具的结构、注射机的类型及塑料的品种和成型工艺条件的因素。

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、能一次性成型形状复杂的、尺寸精度、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。注射成型的生产率高、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，不适于单件小批量的生产，除了热塑件塑料外，一些流动好的热固件塑料业可用注射方法成型，其原因是这种方法生产率高，产品质量稳定。

第三章 塑件工艺性分析

3.1 分析塑件的结构工艺性

该塑件尺寸中等，整体结构较简单，精度相对较低，再结合其材料性能，故

选一般精度等级：五级。 塑件工艺参数：

成型时间：注射时间：0～3S 模具温度：20～40°C

保压时间：15～40S 喷嘴温度：180～190°C 冷却时间：15～30S 保持压力：30～40Mpa 总周期：40～90S 注射压力：60～100Mpa 结论：由分析可确定为注射成型模具

3.2 工艺性分析

为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用潜伏式浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面上，而浇注口却斜向开设在模具的隐蔽处。塑料熔体通过型腔的侧面或推杆的端部注入型腔，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。

3.3 注塑机的选择

按照图1 塑件所示尺寸近似 塑件体积： V≈V=11.09cm3

塑件质量： M=V×ρ=11.09cm×1.05=11.64g

3

选用注射机选用为国产注射机XS—ZY—125卧式注塑机。查表注额定注射量为125cm3,注射压力为120MPa，锁模力为90×104N，注射方式为螺杆式，喷嘴球半径R为18mm，喷嘴口直径4mm，定出形式是两侧设有顶杆，机械顶出。

第四章 塑料制件在模具中的位置与浇注系统的设计

4.1 型腔数目的确定

根据注射机的额定锁模力F的要求来确定型腔的数目 N ，即

n

FpA2

pA1 Mp(nKM1)/K

式中 K—注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8;

F—注射机额定锁模力(N)

P—型腔内塑料熔体的平均压力 (Mpa)

A1、A2—分别为浇注系统和单个塑件在模具分型面上的投影面积（mm2） 大多数小型件常用多型腔注射模，而高精度塑件的型腔数原则上不超过4个，生产中如果交货允许，我们根据上述公式估算，采用一模一腔。

4.2 型腔的分布

在实际的多型腔模具设计与制造中，对于精度的要求较高、物理与力学性能要求均衡稳定的塑料制件，应尽量采用平衡式布置的形式。

4.3 分型面的选择

分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。 分型面的形式

该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。模具上用以取出制品和（或）浇注系统凝料的，可分离的接触表面称之为分型面。分型面的选择不紧关系到塑件的正常成型和脱模具,而且涉及模具结构与制造成本.在制品设计阶段，就应考虑成形时分型面的形状和位置，否则无法用模具成形。在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面设计是否合理，对制品质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。 分型面的设计原则

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。 选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：

1.分型面应选在塑件外形最大轮廓处 2.确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模 3.保证塑件的精度 4.满足塑件的外观质量要求 5.便于模具制造加工 6.注意对在型面积的影响 7.对排气效果 8.对侧抽芯的影响

在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。 其分型面如图4.1所示。

图4.1 分型面示意图

4.4 浇注系统的设计

4.4.1浇注系统的设计原则

1、浇注系统与塑件一起在分型面上,应有压降,流量和温度的分布的均衡布置； 2、结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置； 3、尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；

4、浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和蛇形流动，有利于排气和补缩，且应设在塑件较厚的部位，以使熔料从后断面移入薄断面，以利于补料；

5、避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生； 6、浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修； 7、熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部位、形态，以及对制品质量的影响； 8、尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量；

9、浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8以上的精度要求；

10、设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施；

11、尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小。

4.4.2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。

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 R=R0+1=11mm d=d0+0.5=4.5mm 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6，此处选用2°，经换算得主流道大端直径为6.67MM。

图4.2 主流道示意图 4.4.3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4-1所示。

表4-1流道断面尺寸推荐值

塑料名称 分流道断面直径mm

塑料名称 分流道断面直径 mm

ABS，AS 4.8~9.5 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

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

分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。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

1.6m

图4.3 分流道示意图

4.4.4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4.4所示。

图4.4 浇口示意图 4.4.5冷料穴的设计

冷料穴是浇注系统的结构组成之一。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔。这些冷料既影响熔体充填的速度，有影响成型塑件的质量，另外还便于在该处设置主流道拉料杆的功能。注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。

冷料穴位于主流道的正对面的动模板上，其作用是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品质量。冷料穴分两种，一种专门用于收集、储存冷料，另一种除储存冷料外还兼有拉出流道凝料作用，此处应用后者。

在分流道的末端，冷料穴的长度通常为流道直径的1.5～2倍，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，如图4.5所示：

图4.5 冷料穴示意图

第五章 成型零件的结构设计

5.1 凹模的结构设计

图5.1凹模

凹模就是所谓的型腔，是成型塑件外表面的主要零件，按结构不同可分为

整体式和组合式。

整体式凹模：其特点是牢固，不易变形，不会产生使塑件产生拼接痕迹。但是由于整体式型腔加工困难热处理不方便，所以常用于形状简单的中、小型模具上。

根据此次设计的要求与加工特点来看选用整体式凹模，其结构如图: 凹模的材料选40Cr，凹模热处理硬度达到HRC40~50，表面需镀铬和抛光处理，型腔表面的粗糙度为Ra0.2~0.1um,配合面需要达到0.8um.

5.2

型芯结构设计

图5.2凸模

主型芯的结构形式也分整体式和组合式，由于肥皂盒的结构比较简单所以选用整体式结构，加工方便，简化了结构。小型芯常单独制造，再嵌入模板中，最简单的是用过盈配合直接从模板上面压入，但是要在型芯下部铆接，主要是为了防止配合不紧密被拔出的可能。其结构如图：型芯材料选用40Cr热处理达到便面硬度为HRC45~50, 型芯表面的粗糙度为0.1~0.25mm，配合面为0.8mm，型芯表面热处理时需要好进行镀铬、与抛光处理。

5.3 成型部件的工作尺寸的计算

所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接构成成型型腔腔体的部位的

尺寸，其直接对应塑件的形状与尺寸。鉴于影响塑件尺寸精度的因素多且复杂，塑件本身精度也难达到高精度，为了计算简单，规定塑件的公差。塑件的公差规定按单向极限限制，制品外轮廓尺寸公差取负值“—Δ”，制品叫做腔尺寸公差取正值“+Δ”，若制品上原有公差的标注方法与上不符，则应按以上规定进行装换。而制品孔中心距尺寸公差按对此分布原则计算，即取±Δ/2。 5.3.1 计算成型零部件工作尺寸要考虑的因素 （1）塑件的收缩率波动

塑件成型后的收缩率的变化与塑件的品种、塑件的形状、尺寸、壁厚、

成型工艺条件、模具的结构等因素有关，塑料收缩率波动误差为:δs=(Smax-Smin)Ls

式中 δs—塑件收缩率波动误差 Smax—塑件的最大收缩率 Smin—塑件的最小收缩率

（2）模具的成型零件的制造误差

模具成型零件的制造精度越低，塑件尺寸精度越低，一般成型零件工作尺

寸制造公差值取塑件公差的1/3～1/4. （3） 模具成型零件的磨损

脱模磨损时最主要的因素，磨损程度与塑料的品种和模具的材料及热处理

有关，为简化计算，凡与脱模方向相垂直的表面不考虑磨损，与脱模方向的表面应考虑磨损。对于中小型塑料件，最大磨损量可取塑件公差的1/6，对于大型塑件应取塑件公差的1/6以上。 （4） 模具安装配合误差

模具成型零件装配误差以及在成型过程中成型零件配合间隙的变化，都

会引起塑件尺寸的变化。

总是所述塑件在成型过程中产生的尺寸误差应该是上述各误差的总和，即：

δ =δz+δc+δs+δj+δa (式中δ为塑件的成型误差 δz为模具成型零件的制造误差 δc模具成型零件的磨损引起的误差 δs为塑件收缩率引起的误差 δj为模具成型配合间隙引起的误差 δa 为模具装配误差） 5.3.2 型腔和型芯相关的计算

塑件成型后的收缩率与多种因素有关，通常按平均收视率计算。

S=(Smax+Smin)/2 参考文献PS的收缩率是0.6%～0.8%，他的平均收缩率是S=0.7%

(1)型腔径向尺寸的计算

因为塑件尺寸较小，精度级别高，δc可取Δ/6，δz可取Δ/3，X取0.75。根据公式

zLm[Ls(1s)3]

0

基本尺寸/mm 公差值/mm 计算

z

Lm[Ls(1s)3]

0 120 1.48

0.49

[120(10.7)31.48/4]00.49

119.730

Z

70 1.2

3

LmLS(1S)

40

3

70(10.7)1.2

40

0.49

69.590.49

（2） 型芯径向尺寸的计算

L[lS(1S)3]0

Z 根据公式

基本尺寸/mm 公差值/mm 计算

L[lS(1S)3]0

Z 118 1.48

[118(10.7)31.48/4]00.49

117.680.49

68 1.2

L[lS(1S)3]0

Z

[68(10.7)31.2/4]00.49

67.580.49

（3） 型腔深度的尺寸计算

在计算型腔深度和型芯高度尺寸时，由于型腔的底面或型芯的端面磨损很小，所以可以不考虑磨损量。

2Z

HmHs(1S)

30 以下X为2/3 根据公式



基本尺寸/mm 公差值/mm 计算 20 0.7

2Z

HmHs(1S)

30 



0.23

[20(10.7)20.7/3]0

0.23

19.680

型芯高度的尺寸计算

2

HmHs(1S)

3z

根据公式：

基本尺寸/mm 公差值/mm 29 0.7

2

HmHs(1S)

3z

0.23

[19(10.720.7/3]0

0.23

18.670

中心距的尺寸计算

塑件上的中心距基本尺寸Cs和模具上的中心距的基本尺寸Cm均为平均尺寸 Cm(1S)Cs 标准公差后得

Cm(1S)Cs

z

2

基本尺寸/mm 公差值/mm 计算

Cm(1S)Cs

z

2

20 0.58

0.29

20(10.7)0.29

0.2920.140.29

5.3.3 矩形型腔侧壁和底板厚度的确定

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[11]。

（1）凹模的侧壁厚度计算：

h20

0.170.4

由于l120，

S1.73h(6p)1.7320(300)13.84

mm （5-5）

h——型腔深度（mm）；

l——矩形凹模型腔长边长度（mm）； S——凹模侧壁厚度（mm）；

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；

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

pT0.71b()0.7170(300)19.88

mm （5-6）

T——凹模底板厚度（mm）； B——凹模的短边长度（mm）。

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。

第六章 结构零部件的设计

6.1 注射模具的选择

模架是设计、制造塑料注射模的基础部件，如图6.1所示：

图6.1模架模型

标准中规定，中小模架的周界尺寸范围是大于560mm×900mm，此次选用的模架周界尺寸为560mm×900mm。

6.2合模导向机构的设计

6.2.1 导柱导向机构设计要点：(1)小型模具一般只设置两根导柱，当其元合模方位要求，采用等径切对称布置的方法，若有合模方位要求时，则采用取等径不对称布置，或不等径布置的形式。大中型模具常设置三个或四个导柱，采用等径不对称布置，或不等径对称布置的形式。 (2)直导套常应用简单模具或模板较薄的模具。 (3)导向零件应合理分布在模具的周围或靠近边缘部位。 (4)导柱常固定在方便脱模取件的模具部分。 (5)为了确保合模的分型面良好贴合，导柱与导套在分型面处应设置沉屑槽。 (6) 导柱工作部分的长度应比型芯端面高度高出6～8mm,以确保其导向作用。 (7) 应确保导柱、导套及导向空的轴线平行，以及同轴度要求，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件。(8)导柱工作部分的配合精度采用H7/f7,导柱固定部分的配合精度采用H7/k6，导套与安装之间一般用H7/m6的过渡配合，再用侧向螺钉防止其被拔出。 (9)对于生产批量小、精度要求不高的模具，导柱可直接与模板加工的导向孔配合,通常导向孔做直通空，如果型腔板特厚导向孔可以做成盲孔，则应在侧壁设置通气孔，或

磨出排气槽。 6.2.2 导柱的设计

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。导柱前端应做成锥台形，以使导柱能顺利地进入导向孔。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。

图6.2导柱结构

6.2.3 导套的结构设计

导套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，这样可以减轻磨损防止导柱或导套拉毛。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。

图6.3导套的结构图

第七章 推出机构的设计

7.1 推出机构的设计原则

（1）结构可靠；

（2）推出位置应尽量选在塑件内侧，保证塑件外观良好； （3）保证塑件推出时不变形不损坏； （4）尽量使塑件留在动模一侧；

（5）尽量选在垂直壁厚的下方，可以获得较大的顶出力；

（6）每一幅模具的顶杆直径最好是加工成直径相同的，使加工容易； （7）圆推杆的顶部不是平面时要防转；

（8）把塑件推出模具10mm左右，如果脱模斜度较大时可以顶出塑件深度的2/3就可以了。

7.2 推出机构的选择

采用推杆推出，推杆截面为圆形。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，根据推杆本事的刚度和强度要求，采用四根推杆推出，推杆装入模具后，起起端面还应与型腔底面平齐或高出型腔0.05～0.1mm。

7.3 推出力的计算

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

式中 L—型芯或凸模被包紧部分的断面周长（cm）; h—被包紧部分的深度（cm）;

p—由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般取 7.8—11.8MPa；

f--磨擦系数，一般取0.1~1.2； --脱模斜度；

L=312.20MM

h=9.04MM

Q=312.20MM*9.04MM*10MPA(0.1*COS0.5-SIN0.5) =282.22(N)

7.4 推杆的设计

d(

68LQ3

hπE 其中 d为圆形推杆直径mm. Ψ为推杆长度系

公式:

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约为3.4mm 此设计d取5mm

推杆压力校核，根据公式



4Q

s

nd2式中σs取320N/mm2

通过计算σ大约为170N/mm2 所以满足使用要求。推杆硬度为50～65HRC

7.5 推出机构工作原理图

图7.1推出机构工作原理图

1—推板 2—推杆固定板 3—垫块 4—推杆 5—型芯 6—型腔

第八章 冷却和排气系统

8.1 冷却系统

本塑料在注射成型机时不要求太高的模温因而在模具上课不设加热系统。是否需要冷却系统可作如下计算：

设定模具平均工作温度为600C，用常温200C的水作为模具冷却介质，其出口温度为300C。

8.1.1 冷却回路的尺寸确定

1.求塑件在硬化时每小时释放的热量Q1,查表得PS的单位流量为27×104J/Kg得Q1=WQ2=0.26×27×104 =7.02×104，因此需要设计冷却回路 8.1.2. 冷却回路的孔径的确定

确定冷却水的直径时应注意，无论多大的模具，水孔德直径不能大于14mm,否则冷却水难以成为湍流状态，以致降低热交换效率。一般水孔德直径可根据塑件的平均壁厚来确定。平均厚度为2mm时，水孔直径可取8～10mm,平均壁厚为2～4mm，水孔直径可取10～12mm，平均厚度为4～6mm时，水孔直径可取10～14mm。此次设计，壁厚为2mm，所以选择冷却水孔德直径为8mm，足以满足设计要求。 8.1.3冷却回路的布置

冷却回路设置的原则 （1）冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大 （2） 冷却水道离模具型腔表面的距离应相当 （3）水道出入的布置应该注意两个问题，即浇口处加强冷却和冷却水道的出入口温差应尽量小 （4）冷却水道应沿着塑料收缩方向设置 （5）冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位

.

图8.1冷却道示意图

8.2 排气系统

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㎜。

第九章 模具的装配

模具装配时要求相邻装配单元之间的配合与联接均需要按装配工艺确定的装配基准进行定位与固定，以保证其间的配合精度和位置精度，从而保证型芯与型腔间能精密均匀的配合和定位，开合运动与推出脱模机构都能够实现运动的精确性。

具体的工艺要求：

（1）通过装配与调整，使装配尺寸链的精度能够完全满足密封性的要求； （2）装配完成的模具其塑料注射完全满足规定的要求； （3）寿命期限可以达到预先规定的数值和水平等。 模具装配图如下：

图9.1装配示意图

致谢

经过了一个多月的学习和工作，终于完成了肥皂盒模具的设计。从开始接到题目到设计方案的确定，再到设计的完成。在这段时间里，我学到了很多知识也有很多感受。通过这次设计我开始独立的学习和探索，查看相关的资料和书籍，让自己头脑模糊的大概到逐渐清晰，使自己的设计逐步完善起来，每一次改进都使我收益颇丰。虽然设计不是很成熟，还有很多不足之处，但这次做设计的经历也使我终身受益，我感受到做设计是要真正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程。没有学习就不可能有研究的能力，对自己的研究就不会有所突破，那也就不叫设计，希望这次经历能让我在以后的工作学习中激励我继续进步。

最后，我要感谢我的指导老师李润娟，他们对我们的毕业设计进行了很好的指导，我的毕业设计才得以顺利完成。同样我也要衷心的感谢教育过和指导过我的各位老师，感谢给予我帮助的朋友们，谨献上我最真挚的祝福。

参考文献

[1] 张建中 机械设计基础 北京：高等教育出版社 2007.8

[2] 王纪安 工程材料与材料成形工艺（第二版） 北京：高等教育出版社

2004.12

[3] 李云程 模具制造工艺学（第2版） 北京：机械工业出版社 2008 [4] 张维合 注塑模具设计实用教程 北京：化学工业出版社 2007.9