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肥皂盒塑料模具設(shè)計
摘 要
本次設(shè)計的是以PP為材料的肥皂盒上蓋，在分析塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，介紹了模具工作過程，并以圖示的方式模擬了模具的脫模過程.本設(shè)計取材于生活來源于生活，達(dá)到了學(xué)以致用的效果，并使我認(rèn)識認(rèn)識到理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。認(rèn)識到自己知識的不足之處，并不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)。它涉及PP塑料肥皂盒模具中的各個零部件的加工工藝過程及整套模具的裝配和使用，其中，涉及到注射機(jī)各種參數(shù)的選取、零部件的加工方法、注射模的結(jié)構(gòu)及相關(guān)的計算問題及特種加工工藝。在該模具設(shè)計中，利用計算機(jī)繪圖軟件繪制了零件圖和裝配圖，以及制定了機(jī)械加工工藝過程卡。為以后的工作打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：肥皂盒上蓋；注射模；推出機(jī)構(gòu)；澆注系統(tǒng)
目 錄
摘 要 1
目 錄 2
引言 4
1 塑件的成型工藝分析 4
1.1 塑件分析 4
1.2 塑件的結(jié)構(gòu)分析 5
1.3 塑件的工藝性能分析 5
1.4 注射模的成型原理及工藝分析 6
1.5 塑件的表面質(zhì)量分析 7
1.6 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 8
1.7 塑件的成批量生產(chǎn) 8
2 分型面及澆注系統(tǒng)的設(shè)計 10
2.1 分型面的選擇 10
2.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 11
2.3 冷料穴的設(shè)計 16
2.4 排溢系統(tǒng)的設(shè)計 16
3模具設(shè)計方案的論證 16
3.1型腔的布置 16
3.2成型零件的確定 17
3.2 導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計 18
3.4 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計 19
3.5 抽芯機(jī)構(gòu)的確定 20
3.6 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 20
4 主要零件的設(shè)計計算 21
4.1該塑件的成型尺寸 21
4.2 模具型腔壁厚的確定 21
4.3 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 24
4.4 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計 24
4.5 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用 24
5 成型設(shè)備的校核 24
5.1 注射機(jī)的注射壓力的校核 24
5.2 注射量的校核 25
5.3 鎖模力的校核 25
5.4 推出機(jī)構(gòu)的校核 26
5.5 開模行程的校核 26
6 繪制模具總裝圖 27
結(jié)束語 27
致 謝 28
參考文獻(xiàn) 29
29
肥皂盒塑料模具設(shè)計
引言
近年來我國塑料模具業(yè)發(fā)展相當(dāng)快，目前，塑料模具在整個模具行業(yè)中約占30%左右。當(dāng)前，國內(nèi)塑料模具市場以注塑模具需求量最大，其中發(fā)展重點(diǎn)為工程塑料模具。我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，僅汽車行業(yè)將需要各種塑料制品36萬噸；電冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過1000萬臺；彩電的年產(chǎn)量己超過3000萬臺。
專家預(yù)言，未來模具將向大型化、高精密度、多功能復(fù)合型等方向發(fā)展，熱流道模具在塑料模具中的比重將逐漸提高，并且隨著塑料成型工藝的不斷改進(jìn)與發(fā)展，氣輔模具及適應(yīng)高壓注射成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。同時，由于近年來中國每年用10億美元左右進(jìn)口模具，其中精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具占多數(shù)。從減少進(jìn)口的角度出發(fā)，中國也應(yīng)加快高檔塑料模具的開發(fā)。
本論文設(shè)計過程中，通過查閱大量資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合教材上的知識也對注射模具的組成結(jié)構(gòu)（成型零部件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部分、推出機(jī)構(gòu)、排氣系統(tǒng)、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認(rèn)識，拓寬了視野，豐富了知識，為將來獨(dú)立完成模具設(shè)計積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。它系統(tǒng)的分析了塑料碗模具中的各個零部件的加工工藝過程及整套模具的裝配和使用，其中，涉及到注射機(jī)各種參數(shù)的選取、零部件的加工方法、注射模的結(jié)構(gòu)及相關(guān)的計算問題及特種加工工藝。本文通過塑件成型工藝分析，分型面及澆注系統(tǒng)的確定，塑料模具設(shè)計的方案論證，主要零部件的設(shè)計計算，塑料模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，查閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及編寫設(shè)計計算說明書，掌握一般塑料模具的設(shè)計內(nèi)容、步驟和方法，并在設(shè)計構(gòu)思和設(shè)計技能等方面得到相應(yīng)的鍛煉。
1 塑件的成型工藝分析
1.1 塑件分析
本次設(shè)計的塑件是肥皂盒上盒蓋，肥皂盒在我們的生活中非常的普遍，它是家居日常使用到的盛物類殼體產(chǎn)品，屬于小型塑件。市場上有各種各樣的肥皂盒，形狀各異，有些是動物造型，來吸引顧客的目光以引發(fā)人們的購買欲，主要的生產(chǎn)材料是聚丙烯（PP）它結(jié)構(gòu)簡單，成型工藝性不難，是居家生活必不可少的生活用品，本設(shè)計來源于生活，取材于生活，達(dá)到了學(xué)以致用的效果。
圖1 肥皂盒上盒
1.2 塑件的結(jié)構(gòu)分析
該塑件結(jié)構(gòu)簡單，所用的材料為PP，屬于一般的精度要求，其它尺寸均未標(biāo)注公差，所以按MT5計算其公差值。表為塑件的主要公差尺寸要求。
表1 塑件的公差尺寸
部位
尺寸
尺寸公差
外
形
尺
寸
Ф80
80 0--1.06
118
1180-1.14
8
80-0.48
2
20-0.2
38
380-0.76
內(nèi)形
尺寸
114
114+1.140
76
76+1.060
1
1+0.200
1.3 塑件的工藝性能分析
聚丙烯 （PP）是由丙聚合而成，以聚丙烯樹脂為基材，通過共聚，接技， 氯化和共混，增強(qiáng)，填充等方法，又可以的得到多種改變性聚丙烯，以擴(kuò)大聚丙烯的用途。聚丙烯樹脂的縮寫的代號為PP。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的聚丙烯樹脂品種較多，生產(chǎn)批量比較大的有扁絲級聚丙烯，雙向拉伸聚丙烯專用樹脂(BOPP專用料)，注塑級聚丙烯和經(jīng)聚乙烯改性而成的無規(guī)共聚聚丙烯（PP-R）.
1.3.1 性能特性
聚丙烯樹脂在通用塑料中密度最低，僅為0.09-0.091g/cm3，無毒，無味，為乳白色的高結(jié)晶度（結(jié)晶度為95%）聚合物，有良好的力學(xué)性能，剛性，耐磨性好，硬度比較高，耐熱性較好，耐寒性較差，不吸水，化學(xué)穩(wěn)定性好，但不耐日光，易老化，易燃，燃燒時有石油味散出，電絕緣性好，耐電壓，薄膜制品透明度好，對空氣和水蒸氣滲透性差，成型薄膜，絲及其他一些制品較好，但制品染色，印刷，粘合性能差。
1.3.2成型特性
（1） 結(jié)晶料，吸溫性好，可能發(fā)生熔體破裂，長期與熱金屬接觸易發(fā)生分解。
（2） 流動性極好（溢邊值為0.03MM）左右）但成型收縮范圍和收縮值大，易發(fā)生縮孔，凹痕，變形方向性強(qiáng)。
（3） 冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應(yīng)緩慢散熱，并注意控制成型溫度，料溫低，方向性明顯，低溫高壓時，尤其明顯，模具溫度低于50 ＯC,塑料無光澤，而易產(chǎn)生熔接不良，流痕，90攝氏度以上，易發(fā)生翹曲變形。
（4） 塑件壁厚須均勻，避免缺口，尖角，應(yīng)防應(yīng)力集中
1.3.3 主要用途
聚丙烯可用作各種零件，如：法蘭，接頭，泵葉輪，汽車各部分零件和自行車零件，作水蒸氣，各和酸堿等輸送管道化工容器和其他設(shè)備的襯里，表面涂層，制造蓋和本體合一的箱殼，各種絕緣零件，并用于醫(yī)藥工業(yè)中。
1.4 注射模的成型原理及工藝分析
注射機(jī)分為柱塞式和螺桿式兩種，柱塞式注射機(jī)的成型原理是將顆粒狀或粉末狀的塑料從注射機(jī)的料斗送進(jìn)加熱的料筒中，經(jīng)過加熱融化呈流動狀態(tài)后在柱塞的推動下，熔融塑料被壓縮的并向前移動，進(jìn)而通過料筒前端的噴嘴以很快的速度溫度較低的閉合膜腔內(nèi)，充滿型腔的融料在受壓的情況下，經(jīng)冷卻固化后即可保持模具型腔所賦予的情況，然后開模分型獲得型塑件，這樣在操作上完成了一個成型周期，以后就會不斷地上述周期的生產(chǎn)過程。
螺桿式注射機(jī)的成型原理是將顆粒狀的或粉末狀的塑料加到料斗中，在外部安裝加熱圈的料筒內(nèi)，顆粒狀的或粉末狀的塑料在螺桿的推動作用下，邊塑化邊向前移動，預(yù)塑著塑料在轉(zhuǎn)動的螺桿作用下，通過螺旋槽被輸送主料筒前斷的噴嘴附近，螺桿的轉(zhuǎn)動使塑件進(jìn)一步塑化，料溫在剪切摩擦熱的作用下進(jìn)一步提高，得以均勻塑化。
完整的注射工藝過程，按其先后順序應(yīng)包括成型前的準(zhǔn)備，注射過程，塑件的后處理等成型前的準(zhǔn)備。
成型前的準(zhǔn)備。
包括原料的外觀（如色澤顆粒大小及均勻性等）的檢驗(yàn)和工藝性，（熔融指數(shù)，流動性，熱能性及收縮率）的測定，原料的染色及對粉料的造料，易吸濕的塑料容易產(chǎn)生斑紋，氣泡和降解等缺陷。應(yīng)進(jìn)行充分的預(yù)熱和干燥，生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品和更換原料，調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時的料筒清洗，帶有嵌件的塑件制作的塑件預(yù)熱及對脫模困難的塑件的規(guī)模制劑的選用等
注射過程一般包括加料，塑化，注射，冷卻和脫模的幾個步驟。
加熱。由于注射成型是一個間歇的過程，因而需要定量（定容）加料，以保證操作穩(wěn)定，塑件塑化均勻，最終獲得良好的塑件。
塑化。加入的塑料在料筒中加熱，由固體塑料轉(zhuǎn)化成粘流態(tài)，并且具有良好的可塑性的過程稱為塑化，決定的塑料在質(zhì)量的主要因素是物料的受熱情況和所受到的剪刀作用。
注射。不論何種形式的注射劑，注射的過程可分為充模，保壓，倒流，澆口凍結(jié)合的冷卻和脫模幾個階段。
塑件的后處理。
注射成型后的塑件經(jīng)脫模和機(jī)械加工之后，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，以消除存在的?nèi)應(yīng)力，改善塑件的性能和提高穩(wěn)定性，其主要方法是退火和調(diào)濕處理。
退火處理的目的是減少由于塑件在料筒內(nèi)塑化不均勻或在行腔內(nèi)冷卻速度不同導(dǎo)致塑件產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，在這生產(chǎn)壁厚或帶有金屬嵌件的塑件時更為重要，退火溫度應(yīng)控制在塑件使用的溫度以上10~~20。C
調(diào)濕處理目的是使制件的顏色性能以及尺寸得到穩(wěn)定
1.5 塑件的表面質(zhì)量分析
該變面無特殊要求，外表面要求光潔，表面粗糙度Ra可以取0.8μm沒有特殊要求的塑件其表面粗糙度Ra可以取3.2.
1.6 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析
(1) 從圖紙上看，該塑件的外形基本上為回轉(zhuǎn)體，外形為四方殼，圓角過渡里無尖角存在，壁厚均勻，且符合最小的壁厚要求。
(2) 塑件的型腔較大，沒有尺寸相等的孔。
(3)內(nèi)部有加強(qiáng)肋，有圓角過渡，避免了應(yīng)力集中，提高了強(qiáng)度，而且還使塑件美觀，有利于塑件沖模時的流動。
(4) 該塑件結(jié)構(gòu)簡單，無特殊的結(jié)構(gòu)要求和精度要求，在注射成型時只要工藝參數(shù)控制得當(dāng)，該塑件是比較容易成型的。
1.7 塑件的成批量生產(chǎn)
塑件的生產(chǎn)類型對注射模具結(jié)構(gòu)，注射模具材料使用均有重要的影響，在大批量生產(chǎn)的時候，由于塑料模價格在整個生產(chǎn)中占有的比例較大，提高生產(chǎn)率和注射模使用壽命問題比較突出，所以考慮使用自動化程度較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度壽命高的模具，如果是小批量生產(chǎn)，則應(yīng)盡量采用結(jié)構(gòu)簡單，制造容易的注射模以降低成本，該塑件結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用廣泛，大批量生產(chǎn)。
1.7.1 初選注射機(jī)
根據(jù)三維造型所示，肥皂盒上蓋的體積V=V1+V2=(402╳3.14+80╳48)╳3O-(382╳3.14-76╳44)╳28+(392╳3.14-78╳46)╳29=27.7cm2
PP的密度為ρ=0.905g/cm2 所以塑件的質(zhì)量M=Ρv=27.7╳0.905=25.07g
根據(jù)塑件的本身幾何形狀及生產(chǎn)批量確定型腔數(shù)
由于該塑件兩側(cè)結(jié)構(gòu)簡單，有圓角過渡，加上塑件尺寸有特殊要求，外表面有高光潔要求，不易采用太多型腔數(shù)目，所以考慮采用一模多腔，
n≤==2 (1-1)
F-注射機(jī)你的額定鎖模力（N）
P-型腔內(nèi)塑料熔體的平均壓力（MPA）
A2,A1-分別為澆注系統(tǒng)的單個塑件在模具分型面上的投影面積（MM2）
所以用一模兩腔型腔平衡布置在型腔兩側(cè)以方便側(cè)抽實(shí)現(xiàn)，澆口排列和模具平衡。
1.7.2 塑件的注射成型工藝參數(shù)
根據(jù)該塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和PP的成型特性，查有關(guān)資料初步確定塑件的注射成型工藝參數(shù)見表所示。
表2 塑件的注射成型尺寸
工藝參數(shù)
內(nèi)容
工藝參數(shù)
內(nèi)容
預(yù)熱與干燥
溫度 80-100。C
成型時間/s
注射時間/s
3-5
時間 1-2s
保壓時間/s
20-60
料筒溫度/。C
前段/。C
180-200
冷卻時間/s
15-50
中段/。C
200-220
總周期/s
40-120
后段/。C
160-170
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
30-60
噴嘴溫度/。C
170-190
后處理
方法
模具溫度/。C
40-48
溫度/。C
注射壓力/Mpa
70-120
時間/h
1.7.3 確定模具溫度與冷卻方式
PP為熱塑性塑料，流動性中等，壁厚一般，耐熱性好，因此，在保證順利脫模的前下，應(yīng)盡可能的降低模溫，以縮短冷卻時間，從而提高生產(chǎn)率，所以模具應(yīng)考慮水冷卻成型，模具溫度應(yīng)控制在60-80。C。
1.7.4 確定成型設(shè)備
由于采用注射成型加工，使用一模兩腔分布，因此，可以計算出一次成型過程所用的塑料兩為：W=2ω+ω廢料=2Χ25.07+25.07Χ20%=15.042g
根據(jù)以上注射量的分析以及考慮到死塑料品種，塑件結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)批量及注射工藝參數(shù)，注射模具尺寸大小等因素，參考設(shè)計手冊，初選SZY-125型螺桿式注射劑（經(jīng)后面章節(jié)中注射機(jī)的校核，SZY-125型螺桿式注射機(jī)能滿足鎖模力，安裝尺寸與開模行程等各項(xiàng)要求，最終選定SZY-125型螺桿式注射機(jī)記錄下的SZY-125型螺桿型注射機(jī)的主要參數(shù)）。
表3 SZY-125型注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)
序號
主要的技術(shù)參數(shù)
參考數(shù)值
1
最大注射量/ cm2
125
2
注射壓力/Mpa
120
3
鎖模力/KN
90
4
動定模最大安裝尺寸/（mm×mm）
428×458
5
最大模具厚度/mm
300
6
最小模具厚度/mm
200
7
最大開模行程/mm
300
8
螺桿（柱塞）直徑/mm
42
9
注射行程/mm
115
10
噴嘴前端球面半徑/mm
12
11
噴嘴孔直徑/mm
4
12
定位圈直徑/mm
125
續(xù)表3
2 分型面及澆注系統(tǒng)的設(shè)計
2.1 分型面的選擇
不論塑件的結(jié)構(gòu)如何以及采用何種方法，都必須首先確定分型面，因?yàn)槟＞呓Y(jié)構(gòu)很大程度上取決于分型面的選擇，為保證塑件能順利分型，分型面的選擇必須遵循以下幾種原則：
(1) 分型面的選擇應(yīng)在塑件外形的最大輪廓處。
(2) 確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模。
(3) 保證塑件的精度要求。
(4) 滿足塑件的外觀質(zhì)量要求。
(5) 便于模具的加工制造。
(6) 對于成型面積的影響。
(7) 有利于提高排氣效果。
(8) 對側(cè)向型芯的影響。
根據(jù)以上原則做出了以下三種方案：
圖2 分型面的設(shè)計
方案A的塑件開模后留在定模一側(cè)，塑件不易取出，頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，，方案B的側(cè)向抽芯滑塊可放在動模，實(shí)現(xiàn)側(cè)抽機(jī)構(gòu)簡單，但會產(chǎn)生影響塑件外觀的飛邊，且飛邊不易去除，方案C不但保證了塑件取出方便，且毛刺飛邊的清除也比較容易，因此，選方案C.
2.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從噴射出后到達(dá)型腔之前的壓模具內(nèi)流徑的通道。澆注系統(tǒng)由主流道，分流道，澆口，冷料穴，四部分組成。
澆注系統(tǒng)的作用：
（1） 將來自注射機(jī)噴嘴的塑料熔體從噴射出后到達(dá)型腔，同時使型腔內(nèi)的氣體能夠順利的排出。
（2） 在塑料熔體填充及凝固的過程中，將注射壓力有效的傳遞到型腔的各個部位，以獲得形狀完整，內(nèi)外在質(zhì)量優(yōu)良的塑料制件。
澆注系統(tǒng)的設(shè)計原則：
(1)了解塑料的成型性能和塑料熔體的流動性能。
(2)采用盡量少的流量，以減少熱量與壓力的損失。
（3）澆注系統(tǒng)的設(shè)計有利于良好的排氣。
（4）防止型芯的變形與嵌件的位移。
（5）便于修整澆口以保證塑件的質(zhì)量外觀。
（6）澆注系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合型腔布局同時考慮。
（7）流動距離與流動面積比的校核。
根據(jù)這些原則，又考慮到塑件的外觀質(zhì)量要求，外表面不允許有成形斑點(diǎn)與熔接痕，以及一模兩腔的布置，PP的成型工藝特性等因素，澆口采用方便加工修整，凝料去除容易且不會在塑件外壁留下痕跡的側(cè)澆口，模具采用單分型面的結(jié)構(gòu)兩板模，模具制造成本比較容易控制在合理的范圍內(nèi)，澆注系統(tǒng)的設(shè)計如圖所示，
圖3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
查資料得到SZY-125型注射機(jī)與噴嘴有關(guān)尺寸，噴嘴球面半徑SR.=12mm，噴嘴孔直徑d。=4mm定位圈直徑為Ф125mm，為保證模具主流道與噴嘴的緊密接觸， 避免溢料，主流道與噴嘴的關(guān)系為SR=SR。+1-2，因此，其主流道球面半徑SR=14mm（取標(biāo)準(zhǔn)值）主流道的小端比較d=4.5mm。
2.2.1 主流道與定位圈的設(shè)計
為了便于將凝料從主流道中拔出，應(yīng)將主流道設(shè)計成圓錐形，其斜度為2。-4。計算其大端直徑為Ф10mm；為了避免模內(nèi)的高壓塑料產(chǎn)生過大的反壓力，配合段直徑應(yīng)不宜過大，取D=20mm；同時為了使融料順利的進(jìn)入分流道，在主流道出料設(shè)計R2的圓弧過渡，為補(bǔ)償在注射機(jī)噴嘴沖力作用下的澆口套的變形，將澆口套的長度設(shè)計得比模板厚度短0.02mm；澆口套外圓盤軸間轉(zhuǎn)角半徑R宜大些，取R=3mm，以免淬火應(yīng)力集中。
定位圈是安裝模具時做定位用的，查資料得SZY-125型螺桿式注射機(jī)的定位圈直徑為Ф125mm，澆口套與定位圈的詳細(xì)設(shè)計見介紹的零件圖。
圖4 定位圈的設(shè)計
表4 定位圈的規(guī)格
公稱
尺寸
D
P
公稱
尺寸
D
P
尺寸
公差
尺寸
公差
90
90
-0.2
-0.4
70
*125
125
-0.2
-0.4
90
100
100
-0.2
-0.4
75
（127）
（127）
-0.2
-0.4
90
（101.6）
（101.6）
-0.2
-0.4
75
150
150
-0.2
-0.4
120
110
110
-0.2
-0.4
75
（152.4）
（152.4）
-0.2
-0.4
120
120
120
-0.2
-0.4
90
*175
175
-0.2
-0.4
120
圖5 澆口套的設(shè)計
表5 澆口套的規(guī)格
公稱尺寸
d
尺寸
公差
尺寸
公差
配合孔的公差D(H7)
16
16
+0.019
+0.007
16
+0.019
+0.007
+0.019
0
20
20
+0.0023
+0.008
20
+0.023
+0.008
+0.023
0
25
25
25
30
30
+0.027
+0.009
30
+0.027
+0.009
+0.027
0
35
35
35
40
40
40
2.2.2 分流道的設(shè)計
根據(jù)有關(guān)資料，可以得到分流道的排列原則：
（1）盡可能的使熔融塑料從主流道到各澆口的距離相等。
（2）使型腔的中心盡可能與注射機(jī)的中心重合。
根據(jù)肥皂盒上蓋結(jié)構(gòu)采用U形斷面分流道，在一塊模板上，切削加工容易實(shí)現(xiàn)且比表面積大，熱量損失和阻力損失不大，查有關(guān)資料及有關(guān)經(jīng)驗(yàn)表格得：PP的分流道推薦直徑尺寸為Ф5-10mm，取Ф8mm。由此，可得該模具的分流道設(shè)計，如圖所示
圖6 分流道的設(shè)計
2.2.3 澆口的設(shè)計
澆口的作用：澆口的位置形狀是否適宜，直接影響到產(chǎn)品的外觀和尺寸精度，物理性能與成型效率。
澆口過小，易造成填充量不足，收縮，凹陷，熔接痕等外觀上的缺陷，且成型收縮增大。
澆口過大，澆口易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)品的變形破裂，且澆口的去除困難等。
澆口的選擇原則：
(1) 盡量縮短流動距離，
（2）必須盡量減少避免熔接痕。
（3）澆口應(yīng)開設(shè)在塑件壁厚處。
（4）應(yīng)有利于型腔氣體的排除。
（5）考慮分子定向的影響。
（6）避免產(chǎn)生噴射和蠕動。
（7）應(yīng)在承受彎曲或沖擊載荷的部位設(shè)置澆口。
（8）澆口位置的選擇應(yīng)注意外觀質(zhì)量。
根據(jù)塑件的外觀質(zhì)量要求，以及塑件型腔的分布，我們選擇如圖所示的側(cè)澆口，從塑件的底部中不進(jìn)料，去除凝料時，不會在塑件外壁留下澆口的痕跡，不影響塑件等的外觀。
圖7 澆口的設(shè)計
2.3 冷料穴的設(shè)計
采用帶Z字型的拉料的冷料穴如圖所示，將其設(shè)置在主流道的末端，既起到冷料穴的作用，又兼起開模分型時側(cè)向移動使可取出凝料的作用。
圖8 冷料穴的設(shè)計
2.4 排溢系統(tǒng)的設(shè)計
排氣系統(tǒng)的作用；
如果型腔內(nèi)的各種氣體因各種原因不能被排除干凈，一方面將會在塑件上形成新的氣泡，接縫，表面輪廓填充缺料等成型缺陷，另一方面氣體受壓，體積還會產(chǎn)生反向壓力而降低沖模速度，因此，設(shè)計型腔必須考慮排氣等問題，所以我們要開設(shè)排氣槽，使排氣順利通暢。
3模具設(shè)計方案的論證
3.1型腔的布置
對于一模多腔的模具型腔布置在保證澆注系統(tǒng)分流道的流程短模具結(jié)構(gòu)緊湊，均衡，取件方便，根據(jù)計算得出該型腔均勻平衡的分布在型腔的兩側(cè)。
圖9 型腔的排列方式
3.2成型零件的確定
成型零件直接與高溫高壓的塑料接觸，它的質(zhì)量直接影響到塑件的質(zhì)量。該肥皂盒上蓋的材料是PP，主要成型特性為流動性號，吸濕性強(qiáng)，但成型的范圍及收縮值大，易發(fā)生縮孔，凹痕，變形，方向性強(qiáng)，冷卻速度快，料溫低，方向性明顯，對表面的粗糙度及精度要求較高，材料PP的成型工藝特性決定了成型零件的強(qiáng)度。剛度和硬度，和耐磨性。應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)模具鋼制作，還應(yīng)進(jìn)行熱處理使其設(shè)備40-50HR的硬度。表面需鍍鉻，表面粗糙度為Ra0.2-0.1mm，配合面需達(dá)到0.8mm。
3.2.1 凹模（型腔）的設(shè)計
凹模是世界外表面的主要零件，按其結(jié)構(gòu)的不同，應(yīng)可以分為整體式和組合式。
整體式凹模的特點(diǎn)是牢固，使用中不易發(fā)生變形，不會使塑件產(chǎn)生拼接線痕跡， 由于加工困難，熱處理不方便，凹模常用于形狀簡單的中小型模具上。
組合式的特點(diǎn)：簡化了復(fù)雜凹模的加工工藝，減少了熱處理變形，接合處間隙，有利于排氣，便于模具的保護(hù)，節(jié)省了貴重的模具鋼。
肥皂盒上盒蓋形狀結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便，外表面的質(zhì)量要求高，采用整體嵌入式凹模，放在動模一側(cè)，主要是節(jié)省優(yōu)質(zhì)模具鋼，材料方便熱處理，方便日后更換維修等，方面考慮，凹模鑲塊的尺寸大小，設(shè)計出了考慮尺寸的壁厚的剛度和強(qiáng)度校核，還要留夠冷卻水道的位置。
3.2.2 凸模（型芯）的設(shè)計
凸模和型芯是塑件內(nèi)表面的零件，凸模一般是指成型塑件中較大的，主要內(nèi)形零件，又稱主型芯，型芯一般是指成型塑件上較小孔槽的零件。
型芯按結(jié)構(gòu)可以分為整體式組合式兩種，整體式結(jié)構(gòu)牢固，但不便加工，消耗的模具鋼主要用于工藝試驗(yàn)?zāi)＞呱闲螤詈唵蔚男托尽?
組合式便于脫模，適用于表面質(zhì)量要求較高的塑件，簡化了模具的加工工藝，減少了熱處理變形，接合處間隙，有利于排氣，節(jié)省貴重模具鋼，減少了加工工作量，成型塑件內(nèi)壁的大型芯可裝載動模板上，方便型芯的制作安裝，塑件的分邊去除以及內(nèi)部冷卻水道的排布，設(shè)計如圖所示
圖10 型腔型芯的設(shè)計
3.3 導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用：
（1）定位作用。
（2）導(dǎo)向作用
（3）承受一定的側(cè)向壓力。
由于塑件基本對稱且無單向側(cè)壓力，所以采用直導(dǎo)柱導(dǎo)向便可滿足合模及閉模后的定位，導(dǎo)柱要比主型芯高出6-8mm，
圖11 導(dǎo)柱與導(dǎo)套的設(shè)計
3.4 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計
使塑件從成型零件上脫出的機(jī)構(gòu)稱為推出機(jī)構(gòu)。
推出機(jī)構(gòu)的組成：推桿，拉料桿，推桿固定板,推板，推板導(dǎo)柱，推板導(dǎo)套及復(fù)位桿等組成，推出機(jī)構(gòu)中，凡直接與塑件相接觸，并將塑件推出型腔或型芯的零件稱為推出零件，常用的推出零件有推桿，推管，推件板等。
推出機(jī)構(gòu)的位置的設(shè)定
（1）.推桿應(yīng)設(shè)定在脫模阻力大的地方。
（2）.推桿應(yīng)分布均勻。
（3）.推桿應(yīng)設(shè)在塑件強(qiáng)度剛度較大處。
根據(jù)肥皂盒上蓋的形狀特點(diǎn)，其推出機(jī)構(gòu)應(yīng)選擇推件板推出機(jī)構(gòu)或推桿推出機(jī)構(gòu)，其中，推件板推出機(jī)構(gòu)可靠，推出力均勻，不影響塑件的外觀質(zhì)量，但制造困難，成本高，推桿推出機(jī)構(gòu)簡單推出平穩(wěn)可靠，雖然推出時會在塑件內(nèi)部型腔上面留下痕跡，但不影響塑件的外觀，所以選推桿推出機(jī)構(gòu)。
圖12 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計
3.5 抽芯機(jī)構(gòu)的確定
塑件結(jié)構(gòu)簡單，無孔，應(yīng)采用廣泛應(yīng)用的斜導(dǎo)柱，側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，動作可靠。
塑件另一側(cè)的內(nèi)凸所需抽拔力不大，抽芯距短，制造安裝方便的圓柱形斜推桿內(nèi)側(cè)抽芯。
3.6 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
圖13 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
采用冷卻水冷卻凹模冷卻水道應(yīng)采用環(huán)繞型型腔布置的兩層式，冷卻回路開設(shè)時，應(yīng)注意避免安裝在定模上面的小型芯，及側(cè)向抽芯滑塊，大型芯冷卻采用側(cè)向抽芯滑塊，大型芯冷卻采用隔板式管道冷卻，在型芯上開設(shè)兩個孔，孔內(nèi)插上縱向間隔板與在動模支撐板上的橫向管路形成循環(huán)冷卻，回路冷卻通路的設(shè)計。
在設(shè)計方案的論證的過程中，在腦子里逐步勾勒出大致模具機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)情況，可以徒手繪制出模具裝配圖，（也可用參數(shù)化設(shè)計三維軟件）實(shí)現(xiàn)繪制出模具各機(jī)構(gòu)的工作原理，考慮好模具各結(jié)構(gòu)的表達(dá)方法，如需要幾個視圖表達(dá)，每個視圖是否采用部視等，待后續(xù)主要零部件的尺寸計算和成型設(shè)備的校核完成后，即可根據(jù)該草圖四路，清晰繪制出正式模具總裝圖。
4 主要零件的設(shè)計計算
該塑件結(jié)構(gòu)簡單，所用的材料為PP，屬于一般的精度要求，其它尺寸均未標(biāo)注公差，所以按MT5計算其公差值。表為塑件的主要公差尺寸要求。
表7 塑件尺寸及公差
部位
尺寸
尺寸公差
外
形
尺
寸
Ф80
80 0--1.06
118
1180-1.14
8
80-0.48
2
20-0.2
38
380-0.76
內(nèi)形
尺寸
114
114+1.140
76
76+1.060
1
1+0.200
4.1該塑件的成型尺寸
表8 成型零件尺寸的計算
尺寸類別
塑件尺寸
計算公式
型芯或型腔的工作尺寸
徑向尺寸
型腔的徑向尺寸
80 0--1.06
Lm=[（1+Scp）Ls-3/4Δ] +&z0
95.205+0.350
1180-1.14
140.745+0.38
20-0.2
2.25+0.070
型芯的徑向尺寸
114+1.140
Lm=[（1+Scp）Ls+3/4Δ] 0-&z
91.9950-0.35
76+1.060
137.6550-0.3
軸向尺寸
型腔的軸向尺寸
80-0.48
Hm=[(1+Scp)Ls-2/3Δ] +&z0
9.278+0.160
型芯的軸向尺寸
1+0.200
Hm=[(1+Scp)Ls+2/3Δ] +&z0
1.3340-0.07
該塑件的成型零件尺寸按平均值法計算，查有關(guān)手冊得，PP的收縮率為1.0~3.0，故平均收縮率為Scp=（1.0+3.0）%/2=2.0%=0.02,根據(jù)塑件尺寸公差，要求模具制造公差取&z=Δ/3，成型零件尺寸見表所示。
4.2 模具型腔壁厚的確定
塑料模具型腔在成型的過程中，受到熔體的高壓作用，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，本模具的凹模采用的是整體嵌入式，因此可以采用整體式矩形型腔的壁厚計算公式來確定型腔的側(cè)壁厚度和型腔底板厚度，
圖14 整體式型腔
l-型腔的長度，取值為118，mm b，型腔的寬度，mm
h-型腔的深度，取值為38，mm T-型腔的底板厚度，mm
S-型腔的壁厚厚度，mm L-模板的長度，mm
B- 模板的寬度，mm
4.2.1 型腔側(cè)壁厚度的確定
（1）按剛度強(qiáng)度計算
S鋼≥ ==1.41mm （4-1）
式中
C-由h/L決定的系數(shù)查表c=0.93
P-型腔內(nèi)最大熔體壓力，可取注射成型壓力的25%~50%，p取45Mpa
h-型腔深度h=38mm
E=模具鋼的強(qiáng)度數(shù)量一般中碳鋼E=2.1×105pa，預(yù)硬化塑料模具鋼E=2.2×102Mpa
[&]-模具鋼度計算許用變形量，《機(jī)械制圖設(shè)計手冊》得[&]=25i=25×(0.45
l1/5+0.001l)=25×(0.45×1181/5+0.001×118)=27.7mm
（2）按強(qiáng)度條件計算
S強(qiáng)≥==27.01mm (4-2)
式中
p=型腔內(nèi)最大的熔體壓力，取p=45Mpa
h-型腔的深度，取值為38，mm
W-抗彎截面系數(shù)，由h/l決定，查配套教材《塑料成型工藝與模具設(shè)計》表4-6得W=0.108
α-型腔的邊長比，α=b/l=80/118=0.68
[&]-模具剛度計算的許用應(yīng)力，一般中碳鋼[&]=160Mpa預(yù)硬化塑料模具[&]=300Mpa
4.2.2 型腔底板厚度T的計算
（1）按剛度條件計算
T剛≥==7.26mm (4-3)
式中
c‘-由型腔邊長比l/b決定的系數(shù)，查表得c’=0.024
p-型腔內(nèi)最大的熔體壓力，可取注射成型壓力的25%-45%，p取45Mpa
b-型腔寬度，b=80mm
E-模具剛度的強(qiáng)性模量，一般中碳鋼E=2.1×105Mpa，預(yù)硬化塑料模具鋼E=2.2×105 Mpa
[&]-模具鋼度計算許用變形量，《機(jī)械制圖設(shè)計手冊》得[&]=25i=25×(0.45
l1/5+0.001l)=25×(0.45×1181/5+0.001×118)=27.7mm
（2）按強(qiáng)度計算
T強(qiáng)≥=17.84mm （4-4）
式中
a’-由型腔長度與型腔寬度之比決定的系數(shù)，查配套教材《塑料成型工藝與模具設(shè)計》表得a’=0.4974
p- 型腔內(nèi)最大的熔體壓力，可取注射成型壓力的25%-45%，p取45Mpa
b- 型腔寬度，b=80mm
[&]- 模具剛度計算的許用應(yīng)力，一般中碳鋼[&]=160Mpa預(yù)硬化塑料模具鋼[&]=300Mpa
根據(jù)以上剛度，強(qiáng)度的計算，得出型腔壁厚S≥27.01mm，型腔底板厚度T≥17.84mm
4.3 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算：
4.3.1 抽芯距S的計算
S=h+(2~3)=2+3=5mm （4-5）
式中
h-側(cè)型芯成型部分高度，h為2mm。
4.3.2 抽芯力的計算
Fc=chp（μcosα-sinα）=251.2×10×2×（0.2cos0○-sin0○）=1004.8 （4-6）
式中
c-型芯成型部分截面平均周長，c=Лd=251.2mm
h-側(cè)型芯成型部分高度，h為2mm
p-塑件對型芯單位面積上的包緊力，一般模內(nèi)冷卻的塑件p為8~12Mpa，取10Mpa，
μ-側(cè)型芯的脫模斜度與傾斜角，該塑件α為0○
4.4 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計
采用推桿推出機(jī)構(gòu)，由于該塑件的脫模力不是太大，推桿的布置空間足夠，所以無須用繁瑣的計算方法，確定推桿尺寸的大小，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取d=mm國標(biāo)推桿（GB/T4169.1-2006），注意保證推出距離略大于型芯的突出長度2-3mm即推出距離大于40mm
4.5 標(biāo)準(zhǔn)模架的選用
綜合考慮本塑件采用一模兩腔，平衡布置，側(cè)澆口一次分型結(jié)構(gòu)，型腔的壁厚要求，塑件的尺寸大小，冷卻水道的布置等等，多項(xiàng)因素，估算型腔模板的概略尺寸。
5 成型設(shè)備的校核
5.1 注射機(jī)的注射壓力的校核
=120MPA =30MPA
(0.75～0.9) =90-108MPA>故也是合格的 （5-1）
式中
-注塑機(jī)額定最大注射壓力，
－模具成型時需要的注射壓力
5.2 注射量的校核
根據(jù)公式
（5-2）
式中：
-注塑機(jī)最大注謝量（ cm3）
c- 料筒溫度下塑料的體積膨脹率的校正系數(shù)，對于結(jié)晶形塑料，c=0.85:對于非結(jié)晶形塑料，c=0.93;
-所用塑料在常溫下的密度
代入數(shù)據(jù)得：
=0.93×0.95×125=110.43759
根據(jù) (5-3)
式中：
n -模具的型腔數(shù) , - 塑件的質(zhì)量 g ，-澆注系統(tǒng)分流道凝料的質(zhì)量g ，
-主流道凝料質(zhì)量g ， -塑件飛邊質(zhì)量g
代入數(shù)據(jù)得：
=2×（25.07+13.97）+10+5=350.5
根據(jù)校核式 =110.4375×80%>93.08
故：合格
5.3 鎖模力的校核
鎖模力是指注射機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對模具所施加的最大夾緊力，注射機(jī)鎖模力的校核關(guān)系是
F≥KPA （5-4）
式中
F-注射機(jī)鎖模力，查《塑料模具設(shè)計手冊》附錄表得SZY-125型螺桿式注射機(jī)的鎖模力為900KN
K-壓力損耗系數(shù)，一般取1.1~1.2
P-型腔內(nèi)熔體的壓力，本塑件p=45MPA
A-塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和，本模具A=0.5~1╳10-2
計算得 kpA=1.2╳45╳1╳10-210-6╳10-3=510KN
故注射機(jī)的鎖模力足夠滿足鎖模要求。
安裝尺寸的校核
本模具采用的是點(diǎn)澆口DB型模具，模具外形尺寸為300mm*230mm，模具的閉合高度H=30+30+25+50+70=205mm，查資料得SZY-125型注射機(jī)動定模板的最大安裝尺寸為124*458mm。允許模具的最小厚度Hmin=200mm，最大厚度滿足300mm，即模具的外形尺寸不超過注射機(jī)的動定模板的最大安裝尺寸，Hmin≤H≤Hmin。
5.4 推出機(jī)構(gòu)的校核
各種型號注射機(jī)推出機(jī)構(gòu)的設(shè)置情況及推出距離等各不相同，設(shè)計模具時必須了解注射模具推出機(jī)構(gòu)的直徑，推出形式是中心推桿還是兩側(cè)雙桿推出，最大的推出距離及雙推中心桿距等以確保模具推出機(jī)構(gòu)與注射機(jī)的推出機(jī)構(gòu)相適應(yīng)。
SZY-125型螺桿式注射機(jī)的推出機(jī)構(gòu)為中心及上下兩側(cè)設(shè)有推桿（機(jī)械推出）由于該模具推出力不大，在SZY-125型螺桿式注射機(jī)上采用中心Ф52mm的頂出孔，塑件的實(shí)際推出距離為55mm，大于（40+10）mm滿足推出機(jī)構(gòu)的要求
5.5 開模行程的校核
注射機(jī)的開模行程是有限的，制出制品所需的開模距離必須小于注射機(jī)的最大開模行程與模厚無關(guān)，校核關(guān)系為
S大于H1+H2+(5~10) (5-5)
式中 S-注射機(jī)的最大開模行程，查《塑料模具設(shè)計手冊》附錄表得SZY-125型螺桿式注射機(jī)的最大開模行程為S=300mm
H1-塑件脫模時所需的推出距離，該塑件推出距離為
H2-塑件的寬度（不包括澆注系統(tǒng)），該塑件的高度為38mm
計算得H1+H2+(5~10)=55+40+10=105
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