肥皂盒模具设计

一摘要

肥皂盒在我们的生活中非常的普遍，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，有些是动植物造型，来吸引顾客的目光，以引发人们的购买欲。此次设计的肥皂盒的结构较简单，但在设计时考虑其应用,还相应的做了些曲面,所以曲面结构较多,计算也就较多.在生活中,我们把肥皂放在盒上的时候，常常会因肥皂盒内积水而使肥皂软化掉，这样就会降低肥皂的使用寿命。也有些肥皂盒在下盖底部打孔，使水容易流出，但是这类肥皂盒的缺点是，会因下面漏水，把房间里弄的湿湿的。此次设计的肥皂盒是在上盖上打孔，肥皂放在上盖上，这样水会沿孔斜度往下盖流，水积在下盖里，上下盖之间有一定的距离保证一定的时间里水不会满到上盖的肥皂上，积水手动倒掉即可，这样即保证了肥皂的利用率，又保证了房间的清洁。其设计方案通过Pro/E建模如图1.1和1.2。

-42 HRC

图1.1 肥皂盒整体外型图

图1.2 肥皂盒整体结构分开模型图

优点是：结构简单，提高肥皂的使用寿命；缺点是:积在下盖的积水需人工手动倒出。此次设计是以上盖为主，下盖为辅。在上盖的设计中主要要解决以下几个问题：1、肥皂放在上盖上时，以点接触，设计六个椭圆突出,支撑肥皂，使肥皂和盒子之间以点接触；2、上盖上还要开一个槽，使水可以沿着曲面流人下盖；3、设计浇口时要注意上盖上表面的精度，不能在表面上留有印痕；4、在设计推出机构时要注意推杆放置的位置，放在下表面，不能影响上表面的表面精度；5、在开模时需保证塑件留在型腔上，用推杆顶出。设计中，辅以下盖的装配图。

关键词：复位机构，脱模机构，浇口，

二 塑件的工艺分析

2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征

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/cm 3。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。

2.2 分析塑件的结构工艺性

该塑件尺寸中等，整体结构较简单，却带有曲面特征。上盖上表面有六个椭圆突出，与下盖配合的边缘部分也是曲面相接，上盖的上表面的表面精度要求较高，下表面为非工作面，精度要求相对较低，再结合其材料性能，故选一般精度等级：五级。 2.3 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。 塑件的工艺参数：模具温度：5070/C

注射压力：7090MPa 保压力： 5070MPa 注射时间：35s 保压时间：1530s 冷却时间：1530s 成型周期：4070s

三 初步确定型腔数目

3.1初步确定型腔数目

根据塑件的结构及尺寸精度要求采用一模两腔。

图3.1 型腔分布图

四 注射机的选择

4.1 塑件体积的计算

按照图1塑件所示尺寸近似计

塑件体积： 1(28.71/1801586.69/180 2.5)V ≈?+?370.62??

(2570.5221316.31229944102)2+?+?+?+??

1V ≈26cm з

塑件质量：26 1.035M =?g=26.91g 4.2按注射机的最大注射量确定型腔数目

根据 1

p km m n k

-≤

（4-1）

得 1

p nm m m k

+≥

(4-2) k -注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8; p m -注射机最大注射量，cm з或g; 1m -浇注系统凝料量，cm з或g ； m -单个塑件体积或质量，cm з或g ； 4.3估算浇注系统的体积，其初步设定方案如下

图4.1 浇注系统示意图

2223 4.83

(

)50541231242

v πππ+=?+??+??221624π+??? ≈10.1cm з

4.43122610.1

77.60.8

p nm m m cm k +?+≥

== 查表文献4、2得选用 XS-ZY-125型号注射机

五 浇注系统的设计

5.1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XS-ZY-125型号注射机的相关尺寸得 喷嘴前端孔径：04d mm =； 喷嘴前端球面半径：012R mm =； 根据模具主流道与喷嘴的关系

()()00120.51R R mm d d mm

=+=+

取主流道球面半径：13R mm =； 取主流道小端直径：5d mm =；

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26

，取其值为3

，

经换算得主流道大端直径为7.6Φ

图5.1 主流道示意图

5.2 分流道的设计

分流道选用圆形截面：直径D=10cm з

图5.2 分流道示意图 流道表面粗糙度 1.6a R m μ=

5.3 分型面的选择设计原则

1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处； 2） 分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模； 3） 分型面的选择应保证塑件的精度要求； 4） 分型面的选择应满足塑件的外观质量要求； 5） 分型面的选择要便于模具的加工制造； 6） 分型面的选择应有利于排气；

7） 分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上投影面积的大小。

其分型面如图5.3

图5 .3 分型面示意图

5.4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

浇口设计如图5.4

图5.4 浇口示意图

5.5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。

其设计如下图（Z字型）

图5.4 冷料穴示意图

5.6排气系统的设计

利用配合间隙排气是最常见也是最经济的，更具有使用性。

六确定主要零件结构尺寸选模架

模架的选择，图6.1

图6.1 模架模型图

七成型零部件的设计

7.1型腔、型芯工作尺寸计算

ABS塑料的收缩率是0.3%--0.8%

平均收缩率: Q

平

=（0.3%--0.8%）/2=0.55%

型腔内径：

3

4

D D DQδ+

=+-?

平

模

（） (7-1)

型腔深度：

2

3

H HQδ+

=+-?

平

模

（H） (7-2)

型芯外径：

3

4

d dQ

δ

=++?

-

平

模

（d） (7-3)

型芯深度：

2

3

h hQ

δ

=++?

-

平

模

（h） (7-4)

D-

模

型腔径向尺寸（mm ）;

D- 塑件外形基本尺寸（mm）;

Q

平

-塑件平均收缩率；

?-塑件公差（参考文献[4]）

δ-成形零件制造公差，一般取1/4—1/6?；

d-塑件内形基本尺寸（ mm）;

d

模

-型芯径向尺寸（mm）;

H

模

-型腔深度（mm）；

H-塑件高度（mm）

h

模

-型芯高度（mm）；

h-塑件孔深基本尺寸（mm）；

7.1.1型腔尺寸计算

基本尺寸/mm 公差值/mm 计算

100 0.44

1

0.440.33

4

10000.22

3

(1001000.55%0.44)100

4

D+?+

+ =+?-?=

4 0.14

1

0.140.048

4

400.083

3

(440.55%0.14)4

4

D+?-

-=+?-?=

30 0.24

1

0.240.05

4

3000.01

3

(30300.55%0.24)30

4

D+?+

-=+?-?=

104 0.5

1

0.50.322

4

10400.197

3

(1041040.55%0.5)104

4

D+?+

+ =+?-?=

324 1.2

1

1.2 1.182

4

32400.882

3

(3243240.55% 1.2)324

4

D+?+

+ =+?-?=

6 0.14

1

0.140.03

4

600.07

3

(660.55%0.14)6

4

D+?-

-=+?-?=

80 0.38

1

0.380.245

4

8000.15

3

(80800.55%0.38)80

4

D+?+

+ =+?-?=

25.5 0.24

1

0.240.02

4

25.500.04

3

(25.525.50.55%0.24)25.5

4

H+?+

-=+?-?=

6 0.14

1

0.140.025

4

600.06

2

(660.55%0.14)6

3

H+?-

-=+?-?=

29 0.24

1

0.240.04

4

2900.02

3

(29290.55%0.24)29

4

L+?+

-=+?-?=

14 0.20

1

0.200.033

4

1400.083

3

(14140.55%0.20)14

4

L+?-

-=+?-?=

26 0.24

1

0.240.053

4

2600.007

3

(26260.55%0.24)26

4

L+?+

-=+?-?=

12 0.18

1

0.180.014

4

1200.059

3

(12120.55%0.18)12

4

L+?+

-=+?-?=

106 0.5

1

0.50.333

4

10600.208

3

(1061060.55%0.5)106

4

L+?+

+ =+?-?=

7.1.2型芯的尺寸计算

基本尺寸/mm 公差值/mm 计算

96 0.44

1

0.440.86

4

9600.75

3

(96960.55%0.44)96

4

d+?+

+ =+?+?=

34 0.26

1

0.260.38

4

3400.315

3

(34340.55%0.26)34

4

d+?+

+ =+?+?=

104 0.5

1

0.5 1.075

4

10400.95

3

(1041040.55%0.5)104

4

d+?+

+ =+?+?=

320 1.2

1

1.20.66

4

32000.36

3

(3203200.55% 1.2)322

4

d+?+

+ =+?+?=

6 0.14

1

0.140.14

4

600.105

3

(660.55%0.14)6

4

d+?+

+ =+?+?=

80 0.38

1

0.380.73

4

8000.635

3

(80800.55%0.38)80

4

d+?+

+ =+?+?=

25.5 0.24

1

0.240.03

4

25.500.03

3

(25.525.50.55%0.24)25.5

4

d+?+

-=+?+?=

8 0.16

1

0.160.15

4

800.11

3

(880.55%0.16)8

4

h+?+

+ =+?+?=

12 0.18

1

0.180.246

4

1200.201

3

(12120.55%0.18)12

4

l+?+

+ =+?+?=

27 0.24

1

0.240.39

4

2700.33

3

(27270.55%0.24)27

4

l+?+

+ =+?+?=

10 0.18

1

0.180.235

4

1000.19

3

(10100.55%0.18)10

4

l+?+

+ =+?+?=

24 0.24

1

0.240.372

4

2400.312

3

(24240.55%0.24)24

4

l+?+

+ =+?+?=

110 0.5

1

0.5 1.105

4

11000.98

3

(1101100.55%0.5)110

4

l+?+

+ =+?+?=

八导向机构的设计

导向机构的作用：1）定位作用；2）导向作用；3）承受一定的侧向压力

8.1导柱的设计

8.1.1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。

8.1.2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。

8.1.3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。

8.2导套的结构设计

8.2.1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。

8.2.2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。

8.3推出机构的设计

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。

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，采用四根推杆推出。推杆装入模具后，起端面还应与型腔底面平齐或搞 出型腔0.05—0.1cm. 8.3.1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 ）：

()cos sin Q Lhp f αα=- (8-1)

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

7.811.8MPa ；

f --磨擦系数，一般取0.10.2 ； α--脱模斜度

()

；

157.3245.92L =?+?=406.4mm 24.5h =mm

()

406.424.5100.1cos 2sin 2Q mm mm MPa =???-

得8212.8Q N =

8.3.2 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

d=（Q E

n ?????3

2

2l 64πφ）1 (8-2)

d ——圆形推杆直径cm

φ——推杆长度系数≈0.7

l ——推杆长度cm n ——推杆数量

E ——推杆材料的弹性模量N/2cm (钢的弹性模量E=2.1?107

N/2

cm )

Q ——总脱模力

122

4

37

640.7108212.80.315 3.154 2.110d cm mm π????=?== ??????

取 5d mm =。

②推杆压力校核 查《塑料模设计手册》式5-98

σ=

s d n Q

σπ≤?2

4 (8-3) s σ取320N/mm 2

2

2

48212.8163.5/44

N mm σπ?=

=?

σ

九 加热、冷却系统的设计

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。 设定模具平均工作温度为60/C

，用常温20/C

的水作为模具冷却介质，其出口温度为

30/C 。

9.1 求塑件在硬化时每小时释放的热量1Q

查表3-26得ABS 的单位流量为43510/J kg ? 得 4120.263510/Q WQ J kg ==?? =49.110/J kg ? 9.2 求冷却水的体积流量V 由式3-41得： 1

(12)

Q V Cp t t =

- (9-1)

()

()433

33

9.110/600.1410/min 1.0471*******m -?==???- 查表3-27可知所需的冷却水管直径较小。 由上述可知，设计冷却水道直径为8符合要求。

十 校核

10.1 整体式圆形型腔壁厚度的计算 10.1.1按刚度条件计算

设想用通过型腔轴线的两平面截面取侧壁，得到一个单位宽度长条，该长条可以看作一个一端固定、一端外伸的悬臂梁，。由于长条的宽度取得很小，梁的截面可近似视为矩形。由于该梁承受均匀分布载荷，故最大饶度产生在外伸一端，起值为：

44max

3

382ph ph EJ Els δ== (10-1) 式中 E --型腔材料弹性模量；

J --梁的惯性矩，其中，3

12

ls J =；

s —侧壁厚度。

应使[]max δδ≤，则取l 为一单位宽度，可求得：

s ≥=

得18.55s ≥=

校核条件成立

10.2整体式圆形型腔底板厚度的计算 10.2.1按刚度条件计算

整体式圆形型腔底板可视为周边固定的圆板，在型腔内熔体压力作用下，最大饶度亦

产生在底板中心，其数值为： 4

max 30.175pr Eh

δ= (10-3)

应使[]max δδ≤，则

h ≥ 得 24.9h ≥ 校核条件成立 10.3注射机有关工艺参数的校核 1）锁模力与注射压力的校核

1()F p nA A >+ (10-4) p --注射时型腔压力 查参考文献得 30MPa A --塑件在分型面上的投影面积（2

cm ） 1A --浇注系统在分型面上的投影面积（2

cm ）

F --注射机额定锁模力，按GB XS-ZY-125型注射机额定锁模力为900kN

()()2

2281.79216.431

4521502230103.92368063603602

A πππ?=?

?+??-???--?-得 2

58.36A cm =

'

2

801056154A π=?++?? 得'

2

12.4A cm =

()'

2

30258.3612.4F MPa cm =??+

得 '

387.36F kN =

'

900F F kN ≤= 符合条件

故选 XS-ZF-125注射机成立 10.4模具厚度H 与注射机闭和高度

注射机开模行程应大于模具开模时，取出塑件（包括浇注系统）所需的开模距离 即满足下式

()12510S H H ≥++ (10-5) 式中 S --注射机最大开模行程，mm ； 1H --推出距离（脱模聚居），mm ； 2H --包括浇注系统在内的塑件高度，mm ； ()24.55024.558102k S mm ≥++-+= 300k S S mm ≤= 条件成立

十一 结束语

通过这五个星期以来的毕业设计工作，不仅是对我三年来学习的总结和回顾，同

时也让我深深体会到自身存在的许多不足之处，这也是今后在社会上学习的一种动力，我将会不断地学习，不断的充实自己。

至此，感谢学校，感谢老师们在这三年里对我的谆谆教导，让我充实的度过了这三年的大学生活，你们的教诲将是我最宝贵的财富。最后，感谢我的指导老师谭小红老师对我的毕业设计的悉心指导和耐心帮教。

十二 参考文献

[1]屈华昌主编.《塑料成型工艺与模具设计》.北京:高等教育出版社,2001 [2]李澄,吴天生,闻百桥主编.《机械制图》.北京:高等教育出版社,1997

[3]《塑料模设计手册》编写组主编.《塑料模设计手册》(第二版).北京:机械工业出版社,2002 [4]许发樾主编.《实用模具设计与制造手册》.北京：机械工业出版社，2002 [5]吴兆祥主编.《模具材料及表面处理》.北京:机械出版社,2000 [6]陈于萍主编.《互换性与测量技术基础》.北京:机械工业出版社,2001 [7]冯炳尧，韩泰荣，将文森主编《模具设计与制造简明手册》，上海科学技术