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摘 要
本次設計是針對香皂盒的上蓋板與下蓋板的注塑模具設計。模具設計分為多個步驟，其中主要有分析塑件產品性能要求、分析和選擇材料、設計與計算動模與定模尺寸、設計澆注系統(tǒng)、設計導向機構和脫模機構等。設計過程運用到了UG和CAD設計軟件來設計和優(yōu)化模具的組成部分，并對動模與定模、主流道、分流道、澆口等重要部件進行選擇和尺寸計算；完成模架、排氣及冷卻系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、脫模機構的設計，并對其中的成型零件進行設計。對得到的數(shù)據(jù)進行整理與修改，最后對各部分的零件圖進行裝配并書寫設計說明書完成本次設計。
關鍵詞 ：香皂盒；型腔；型芯；注塑機
I
Abstract
This design is aimed at the injection mold design of the upper cover plate and the lower cover plate of the soap box. The mold design is divided into multiple steps, among which are analysis of the performance requirements of plastic parts, analysis and selection of materials, design and calculation of dynamic and fixed mold dimensions, design of casting systems, design guide mechanisms, and demoulding mechanisms. The design process was applied to the UG and CAD design software to design and optimize the components of the mold, and to select and calculate important components such as movable and fixed molds, main channels, runners, and gates; to complete the mold frame, exhaust, and The design of cooling system, casting system, guide system, and demoulding mechanism, and design of the molded parts therein. Organize and modify the data and parameters obtained. Finish the assembly of the parts drawing and write the design specification.
Key words: Soap box cavity core injection molding machine
II
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1． 緒論 1
1.1. 模具的簡單介紹 1
1.2. 香皂盒的發(fā)展 1
1.3. 注塑模的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.4. 本設計的目的 3
1.5. 主要研究內容 4
2． 設計說明 5
2.1. 塑件分析 5
2.1.1. 成型塑料件的結構設計 5
2.1.2. 成型塑料件的工藝性分析 5
2.1.3. 成型塑件的材料分析 7
2.2. 注塑設備的選擇 11
2.2.1. 估算塑件體積 11
2.2.2. 注塑機的選擇 12
2.3. 成型零件尺寸的計算 12
2.4. 分型面的選擇 17
2.5. 澆注系統(tǒng)的設計 18
2.5.1. 澆口套的選用 18
2.5.2. 主流道設計 19
2.5.3. 分流道的布置 19
2.5.4. 澆口設計 20
2.6. 導向機構的設計 22
2.6.1.導柱的設計 22
2.6.2. 導套的設計 22
2.7. 脫模結構的設計 23
2.8. 排氣和冷卻系統(tǒng)的設計 25
2.8.1.排氣系統(tǒng) 25
2.8.2.冷卻系統(tǒng)的設計 25
2.9. 模架的選擇 26
2.10. 繪制裝配圖 28
2.11. 注射機的校核 29
2.11.1. 注射量的校核 29
2.11.2. 鎖模力的校核 29
2.11.3. 模具高度的校核 29
結論 29
致謝 30
參考文獻 31
XV
1． 緒論
1.1. 模具的簡單介紹
模具是將工業(yè)產品使用一些特定的材料用固定的方式使其成型的一種方法，同時也能大量的生產出具有固定形狀和尺寸的產品。模具生產出的產品比其他方法生產出的產品具有效率快、準度高、低消耗、小成本的優(yōu)點。塑料模具從大的角度來看主要可以分為冷流道注塑模和熱流道注塑模兩種。其中冷流道模在注塑中比較常見，它因為結構形式的不同還可以劃分成兩板模具和三板模具。注塑模具一般都由兩個部分組成即動模和定模，它們可分可合，這兩個模中都各有一部分的型腔。在流道布置中，要在定模中要開設主流道，而分流道一般都在分型面上。定模和動模合攏和分開分別為型腔閉合注射塑膠熔液和模具開模取出塑件的兩個過程。在注塑機模具開模后，脫模系統(tǒng)中的頂出推桿將動模型腔中的塑件推出，這時的流道也在動模上。注射成型、壓縮成型、擠塑成型，中空成型是塑料模具折疊成型的四種主要成型方式。本次香皂盒塑件注塑模具設計中采用的是兩板模具，動模與定模正是以兩板模具從分型面分開的兩個部分。而三板模又稱細水口模，比單一分型面多一個部分即澆口板，當制件要求不能有澆口痕跡時就應該使用三板模具，其結構復雜程度相對比較復雜。模具的發(fā)展標志著機械制造工業(yè)達到了一定的高度。在制造業(yè)中，它的使用很好的使材料有了一定的形態(tài)和固定流動速率，從而使生產的零件效率高，速度快，而且還減少了材料的使用，從而大大的降低了成本，所以這種制造方式被制造商廣泛的運用。在當前的模具發(fā)展趨勢中，其更加的自動，精密，效率，廣泛和全方位，制作水平和生產周期也得到了很大提升，這些優(yōu)勢使它走上了國際的舞臺。
1.2. 香皂盒的發(fā)展
香皂是任何一個家庭中都有的物品，看似微不足道，卻在人們的生活中起這巨大作用，是我們的生活必需品。香皂作為我們的必需品必定要滿足生活中的多方面要求，所以香皂盒種類及形態(tài)也是千奇百態(tài)來適應香皂的不同保存方式。
就目前而言，市場上的香皂盒種類繁多，有的偏向外觀設計，它們樣子千奇百怪外形精美，當然相對成本就會大大提高;也有的更多的考慮使用性能和生產規(guī)模以及便捷性等，就會在材料和生產模具方面著重研究來達到預期的效益。比如現(xiàn)在高檔的木質香皂盒以上等松木為原料，不僅色澤優(yōu)美，高端大氣也具有無害防水作用；有防刮擦、耐腐蝕、具有鮮艷金屬光澤的合金類香皂盒，它們歷久彌新給浴室?guī)硪环N與眾不同的厚重感，富有個性；當然最為常見而又輕質的還是塑料香皂盒，它們不僅可以使產品外觀時尚，又能做到牢牢固定在瓷磚、玻璃、不銹鋼一類的光滑表面，起到防摔、耐重力作用。
香皂盒在生活中應用相當廣泛，幾乎每家每戶都會用到，所以對設計的要求格外重要，不僅是外觀還是成本方面都要恰到好處，不能過于追求好看而給模具極大的增加難度，成本大大提高，市場價格就會明顯上升，作為簡單的家庭用品在價格方面就必須購買人感到物有所值。同時在選材方面也要極力倡導安全環(huán)保，便捷性方面也要著重考慮，不能使香皂盒容易積水而使香皂軟化。
我本次的設計的主要目的就是解決香皂盒內容易積水降低香皂壽命以及材料安全環(huán)保和提高便捷性降低成本的文體。我設計的香皂盒下蓋板具有六個孔槽并擁有凹度方便積水流出，上蓋板不設有孔槽防止水流入香皂盒內起到保護作用。當然在外面上也設計了一定弧度達到預定的美觀作用。
1.3. 注塑模的發(fā)展現(xiàn)狀
在成型塑件的眾多方法中，注射成型的應用十分廣泛。具體方法就是將被加熱熔化后的高黏度的塑料材料，用加壓工具將其以高壓力注入到模具型腔中，經過冷卻凝固后將其從模具中脫離出來，使塑料材料成為我們預期的形狀和尺寸。由此我們便可知道，企業(yè)在市場競爭中，注重的是產品的質量、產量、成本及產品的更新?lián)Q代，這也是他們產品所努力的方向。
在如今高科技又現(xiàn)代化的時代，模具制造的商品已經取代原有的商品對人們物質滿足的需求，從而使模具和人們的生活息息相關。在近五十年以來，我國的工業(yè)水平有了很大的提高，尤其是塑料模具工業(yè)，有了飛速的發(fā)展。在工業(yè)，農業(yè)和我們的日常生活中等各個方面，都運用到了模具。無論是國防安全，還是各種行業(yè)制造，甚至是日常生活都隨處可見塑料模具，其良好的質量和生產速度得到了人們認可。因此，模具工業(yè)的興衰與人類的生存之道連在一起，像我們平時用的手機電腦以及交通工具都離不開模具。我國塑料模具行業(yè)的發(fā)展具有廣闊的前景，由于我國經濟正處于五年計劃的發(fā)展階段，再加上經濟的全球化，這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機遇。在這個信息化的時代，制造業(yè)和信息聯(lián)系緊密。隨著網絡的發(fā)展和程序軟件的開發(fā)，使得模具設計的速度得到了很大的提高，將制造業(yè)和信息實現(xiàn)了一體化。未來，我國的模具產品也將朝著準確，效率，自動，復雜，信息化和數(shù)字化這一目標來發(fā)展。
從八十年代開始，國外的注塑模技術發(fā)展相當迅速。他們制造的模具更加的集成，網絡，整體，不僅要追求生產速率，更要對產品的質量加大把控。塑料模具的發(fā)展很受國外發(fā)達國家對的重視，模具制造在制造行業(yè)中占了30%—40%的比例，重要顯然易見。歐美的一些國家，他們的工業(yè)革命到來的比較早，當時國家的局勢也相對比較穩(wěn)定，這也正是他們模具工業(yè)發(fā)整得早的最根本原因。此外，現(xiàn)代模具工業(yè)的發(fā)展也體現(xiàn)在市場發(fā)展的需要上，汽車行業(yè)的高速發(fā)展就非常明確的表明了如今市場對現(xiàn)代模具工業(yè)的需求之大。如今，在廣闊的市場環(huán)境中，模具工業(yè)大部分市場被汽車模具制造所占據(jù)，時代在不斷的變化要求市場也在不斷的更新，越來越多的家用行業(yè)和制造領域都應用到了注塑模具制造，本次的香皂盒注塑模具設計正是家用產品中模具生產的重要組成部分。美國和日本都是世界最大的模具進口商之一，對模具都有巨大的需求，在模具的使用和整個國內模具行業(yè)的發(fā)展受到數(shù)控設備和模具生產周期的影響，導致在制造過程中模具質量不是很高。由此可見，現(xiàn)代模具工業(yè)的技術開發(fā)和設計優(yōu)化對提高模具的生產水平和控制生產成本具有積極的影響。顯然易見，技術大力開發(fā)與優(yōu)化設計與制造工藝對于提高現(xiàn)代模具行業(yè)的生產力與控制生產成本等許多方面有非常重大的意義。
1.4. 本設計的目的
隨著不斷推動的社會生產方式,許多機遇和挑戰(zhàn)擺在塑料工業(yè)面前,其中以香皂盒注塑模具的設計來說,例如,在生產形狀復雜的塑件時如何簡化生產過程，對塑件產品的質量把控和如何對現(xiàn)有工藝如何改進都是塑料模具工業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。除了生產的基本模式外，生產成本的有效控制也應被認為是香皂盒注射模具設計過程中的一個重要因素。全球經濟一體化的發(fā)展加劇了市場的競爭格局，這也阻礙了塑料產業(yè)的發(fā)展。以生產周期的角度來看，產品質量和設計結果與注塑模具設計的關系密切，生產方式的多樣化也在注塑模具設計問題的實施中考慮。像CAM或CAD一體化技術對香皂盒注射模的設計有積極的影響。本次的香皂盒塑件模具設計使用CAD軟件進行了最初的外形設計，再通過UG軟件對模具的尺寸進行了優(yōu)化，分析了塑件的基本結構來達到處理精度高、成功安裝成型部件,這是一個混合了經濟和效率因素的設計方案還指出注塑模具塑料行業(yè)的發(fā)展方向。
在這次的設計中，我通過對UG、CAD、Word等軟件和專業(yè)知識的熟練運用，成功的完成論文的設計和撰寫，了解了塑料制品的設計及成型工藝的方式選擇;了解了模具設計軟件的功能并進行了實際設計、能夠對一般的塑件進行設計；能對成型塑件進行結構分析和質量鑒定。在這個設計中，我也成功地培養(yǎng)了我總結知識的能力，這極大地提高了我的耐心。
此次香皂盒設計的結構較為簡單，但在設計時仍考慮了美觀以及便捷問題，給香皂盒設計了曲面，開了孔槽，使香皂的保存更高效更優(yōu)化，在成本與功效方面做到合理的協(xié)調。通過UG軟件優(yōu)化了香皂盒注塑模具工藝及模具設計的流程、選擇及優(yōu)化工藝重要參數(shù)，并加深對計算機輔助繪圖CAD等軟件的運用，使產品更為優(yōu)秀[17]。
1.5. 主要研究內容
（1）研究香皂盒注塑模具成形工藝過程，了解整個工藝流程；
（2）選擇材料、尺寸計算、分析塑件的結構與工藝特性、注射成型原理與工藝特性等
（3）擬定并設計模具的上下蓋板結構形式和澆注系統(tǒng)等
（4）采用計算機輔助繪圖軟件,設計并繪制塑料香皂盒塑件圖模具零件圖、塑料香皂盒注塑模裝配圖、進行造型設計,最終成果形式以圖紙和論文的形式展示。
分析塑件制品的材料及成型工藝性，選擇注射機并校核，確定分型面及型腔數(shù)目，設計型腔型芯的形狀并計算模板的厚度，設計流道系統(tǒng)和推出機構，設計模具的冷卻系統(tǒng)，選擇模架、模具零件的制造。
28
2． 設計說明
2.1. 塑件分析
2.1.1. 成型塑料件的工藝性分析
1.塑件結構的工藝性
香皂盒的整體結構相對簡單且尺寸也比較好控制，但是也存在生產工藝上的難點就是邊緣曲面，上下蓋板咬合處為曲線，因此對于上下蓋板的表面精度也略微提升，總體而言上蓋板的精度要高于下蓋板，綜合考慮香皂盒塑件等級選用為四級。
2.塑件加工的工藝性
本次香皂盒注塑模具設計采用側澆口，不僅能減少表面缺陷提高塑件的成型質量而且能進行自動化剪切，大大提升了注塑生產效率。在模具的分型面上設立澆口，保證熔夜從型腔側面進入，從而保證表面達到相對平滑的要求，而且保證了塑件的表面的美觀并提高了香皂盒的質量，生產成本也比較合適。
綜上所述，使用UG模具設計軟件能很好的實現(xiàn)香皂盒模具整體的設計要求，無論是模具的基本結構、外觀形狀尺寸、內部型腔還是分型面都對注塑模具設計起到積極意義[15]，而且為澆注系統(tǒng)的設計和塑件模具的合模和出模過程也有十分重要到的指導作用，為香皂盒的整體設計提供了具體可以實施的指導方案。澆注口和分型面的設計直接關系著塑件成型后的質量，也是在以后設計模具過程中值得注意的地方[1]。
本次設計的產品是香皂盒上下蓋板，塑件的尺寸和形狀如下圖:
（1）零件名稱：香皂盒
（2）設計要求：
① 生產批量：大批量
② 材料：PP 聚丙烯（百折膠）
③ 未注公差取MT4級精度
如圖所示，香皂盒是家庭的一個日常用品，生活較為常見，本次香皂盒塑件要求外觀較為美觀，所以使用的材料為PP（聚丙烯）。
圖2-1 塑件三維圖
圖2-2 上蓋板尺寸圖
圖2-3 下蓋板尺寸圖
(1) 塑件的外形尺寸不大，精度的要求也不高，所以本塑件采用IT4級精度。
（2）塑件的表面要光潔無毛刺，所以我選擇pp為我的塑件原材料，因為PP（聚丙烯）有良好的加工特性，物理、化學性能穩(wěn)定，使用PP（聚丙烯）進行注塑加工能夠很好的把控塑件成型后的尺寸，也能夠保證其表面光潔，所以選用pp材料符合本次設計要求。
2.1.2. 成型塑件的材料分析
制件常用的材料有PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、ABS（丙烯腈）、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物等，通過綜合考慮塑件的性能要求與設計目的并結合上述材料的物化性能本次設計決定選用PP（聚丙烯）作為香皂盒塑件的原材料。
PP（聚丙烯）又稱作百折膠。這種材料在注塑生產中有許多優(yōu)良的特征，它的密度很低是輕質材料，能浮于水面；物化性能都比較穩(wěn)定，具有高耐模、耐高溫沖擊性等性能。而且它是一種無毒材料，生產過程中比較衛(wèi)生沒有危害。在生產過程它的高延展性和突出抗疲勞能力都非常方便于注塑生產。聚丙烯甚至能在100攝氏度左右不被改變性能繼續(xù)使用，這樣就可以應用到許多用品中去，比如微波爐、餐具以及各種保溫器具中去。但是它也有一個很明顯的缺點就是抗氧化能力比較差，我們可以在聚丙烯中添加抗氧化劑這樣能很好的克服抗氧化性能差的問題。
圖2-4 PP材料性能
2.2. 總體方案
1.香皂盒的模具結構設計
從香皂盒的注塑模具設計過程中很容易看出，該注塑模具的理想加工方式是用薄壁空腔來加工得到注塑產品。香皂盒的最大投影面積為上下蓋板的接觸的水平面，于是該平面就是整體注塑的分型面。由于本次設計需要考慮上下蓋板，所以采用一模四腔的注塑型腔，基于該類型腔的對香皂盒的基本焦點位置和香皂盒下蓋板底部邊緣位置的成型處理決定這一注塑模具的開模方式表現(xiàn)為單一分型面模的特征。 為了推桿更好的將塑件脫模，推桿設計為6.0毫米的直徑。為考慮得到最佳的防水作用和動態(tài)處理起到最佳效果，主流道的方向可以通過控制頂針和注塑模具型腔的使用來調節(jié)，并且考慮動態(tài)模冷卻的方式，具體為從動模方向注入型芯等一系列注塑裝膠配件，這也是本次設計模具型腔最為有效的方法。在本次的設計中很容易可以看出嵌入型腔最好的方法是通過分布水道，再通過設計安裝導柱、導套和導管放置方式來合理計算整個模具投影面積,來獲得結果相比較而言準備的模架結構。
2.確定香皂盒注塑模具的型腔數(shù)目
要想本次香皂盒塑件質量達標并且有效控制模具制造成本和生產效率，有效準確的確定香皂盒注塑模具中的型腔數(shù)目極為重要。初始階段的香 皂盒注塑模具設計必須考慮到系統(tǒng)參數(shù)與成本核算兩個指標問題，模具設計必須與必要系統(tǒng)參數(shù)相互對應，型腔的數(shù)目需要通過估算的方式來完成并通過合理的預測和計算來提升模具設計的準確性。當然，在確定型腔數(shù)目的同時要把成本核算控制在一定范圍之內，來合理完成注塑模具的平衡型腔布置。
型腔數(shù)目的確定是注塑模具設計中很關鍵的一步，數(shù)目的多少不僅決定了加工過程的難易程度也關乎著制品精度等多方面。切不可過分追求簡化注塑成型而減少注塑模具的型腔數(shù)目。模具的結構、精度的要求、產品的生產工藝以及生產數(shù)量等許多因素都影和影響著型腔數(shù)目的確定，需要充分考慮多種因素來和確定型腔數(shù)目。當然，制造也是制造過程中特別重要的問題，應當在保證質量達標的前提下去降低生產成本。
3.香皂盒注塑模具的分型面設計
香皂盒分型面的選擇和設計決定著注塑模具的整體成型效果和脫模效果，整體模具的設計結構與分型面的選擇存在著直接關聯(lián)，對于模具成本及生產成本更是至關重要。所以選擇合理的分型面是香皂盒注塑模具設計中很重要的一個環(huán)節(jié)。應當意識到在實際設計過程中分型面的設計是存在困難的，我們需要使用UG軟件來進行分型面的優(yōu)化設計。
4.香皂盒注塑模具中的澆注系統(tǒng)設計
對于塑料注塑制品的質量，澆注系統(tǒng)的設計與噴嘴的熔融穩(wěn)定性有著不可分割的聯(lián)系，這也是提高塑料制品質量的關鍵。在使用UG建模后，得到香皂盒的的二維模型的基本效果，其下蓋板輪廓尺寸為102mm * 59.8 * 18mm，上蓋板輪廓尺寸為101mm * 58.8mm * 7mm，設有曲面，厚度控制在1.5mm以內，為薄壁空腔結構形式。這一注塑模具設計有效的控制了流道方向，明顯提高了流道的可控性。
5.成型零件的設計
模具成型是注塑制造過程中關鍵的因素，模具的制造精度和生產效率與成型零件的設計息息相關，在注塑設計和生產過程中，放在第一位的就是要選擇性能優(yōu)良的材料來對零件進行制造，只有這樣才能大大提高模具的精度，只有精度高的模具才能保證生產出來的成型塑件達到生產要求，這也是制造行業(yè)中普遍的要求；第二，成型零件的結構應當十分注意，它的復雜度直接影響了脫模時的狀態(tài)，零件的結構越復雜則脫模越難，從而導致生產的時間也會加長。當然，零件結構也不能太過簡單，太過簡單往往會使注塑模具達不到精度要求，導致塑件的質量不達標。所以零件的復雜程度一定要恰到好處，在生產速率與產品質量達到平衡；第三，要注意塑件成型后的收縮率及成型零件的大小尺寸，控制塑件的收縮保證塑件的尺寸合格。
6.模具總體的設計方案
方案一：采用一模兩腔，采用直接澆口，澆口設置在香皂盒底部，用推桿脫模機構脫模。
方案二：采用一模兩腔，分型面設在塑件中心平面處，采用側澆口，澆口設塑件分型面處，用推桿脫模機構脫模。
方案三：采用一模兩腔，分型面設在塑件中心平面處，采用點澆口，澆口設底部中心處，用推桿脫模機構脫模。
7. 設計方案的分析
方案一：其采用的澆口選用不合理，因為香皂盒屬于薄壁零件，注射壓力直接作用在塑件上，容易在進料處產生較大的殘余應力而導致塑件翹起變形。故方案一不合理。
方案二: 其澆口設在分型面處，從塑件外側進料，能方便調整充模時的剪切速率和封閉時間，澆口去除方便，斷面尺寸小，對模具要求也不高，滿足經濟性。
方案三：其選用的澆口類型不合理，采用點澆口雖然有利于保持塑件表面質量，但其模具比較復雜，需要用到三板式模具才能取出澆道凝料。
由于香皂盒塑件的表面質量有一定的要求，外表面不能有明顯缺陷，比如劃痕、夾雜、縮孔等，外觀要求平滑粗糙度要比較低，所以一定要采取加工表面質量優(yōu)良的澆口方式，所以最佳的澆口方式為側澆口。而且為提高生產效益和考慮成本經濟性，方案二更能達到理想要求。
綜上所述，最終選擇方案二。
2.3. 注塑設備的選擇
2.3.1. 估算塑件體積
用UG軟件對塑件進行成型后，單機測量體命令，可以直接得出塑件的體積V=28.5cm3
圖2-5 塑件體積
2.3.2. 注塑機的選擇
在現(xiàn)實加工生產中中，注塑機的實際注塑量理論上是注塑機額定注塑量的80％左右。即有Vs≦aV1
式中： V1——理論cm3 ;
VS——實際 cm3;
a—— 0.8。
經計算可得實際注塑量
V總=1.2n V塑=1.2×1×28.5=34.2 (2-1）
根據(jù)以上的計算得出在注入模具型腔的一次塑料注射的總體積為34.2，由參考文獻
V公= V總/0.8=34.2/0.8=42.75。 (2-2）
通過查找資料和對塑件結構和體積的分析，最后我選取了XS-ZY-125型注射機。主要參數(shù)如下表2-1所示：
表2-1 XS-ZY-125型注射機參數(shù)
2.4. 成型零件尺寸的計算
一般情況成型零件的尺寸均按平均值法計算，該塑件的材料PP收縮率為1%~2.5 %,經計算平均收縮率為1.75%。
表2-2 公差數(shù)值表[5.9-11]
基本尺寸
精 度 等 級
公 差 數(shù) 值
精度等級表,
表2-3精度尺寸的選用
類別
塑件種類
建議采用的精度等級
高精度
一般精度
低精度
我們設計的模具尺寸可按精度等級級。
本次香皂盒塑件是日常用品，精度要求一般，所以塑件選取精度為4級。在模具設計中，動定模的各種尺寸的制造與作用需要設計修正系數(shù)x，經過查表其值可在的范圍之間，動定模各處的尺寸制造公差，根據(jù)一般注塑加工的型腔和型芯要求制造公差范圍為IT～IT級[2]，綜合參考，相關計算具體如下[2] ：
(一)、型腔徑向尺寸的計算：
(2-3）
LＭ——代表凹模長度、寬度
LS——代表塑件長度、寬度
Scp——代表塑料的平均收縮率（％）
Δ —— 代表塑件公差值（mm）
δz ——代表凹模制造公差（mm）
由：
(2-4）
又查表知4級精度時塑件公差值
(2-5）
由于：
(2-6）
得：
則：
(二)、型腔深度尺寸的計算：
凹模深度尺寸一樣用平均收縮率法(2-3）計算 ：
HＭ ——代表凹模深度
δz——代表凹模深度制造公差
其余符號同上
由：
(2-7）
取4級精度時后
(2-8）
由知道：
則：
(一)型芯長度、寬度尺寸的計算
用平均收縮率的法(2-3）計算：
LＭ ——代表型芯長度、寬度的尺寸（mm）
δz——代表型芯長度、寬度制造的公差（mm）
其余符號同上
由：
(2-9）
取第4級的精度時后
(2-10）
由知道：
則：
(二) 型芯高度尺寸的計算
用平均收縮率的方法(2-3）計算：
HＭ——代表型芯的高度的尺寸（mm）
δz——代表型芯的高度的制造的公差（mm）
其余符號同上
由：
(2-11）
取4級精度時
由得：
則：
2.5. 分型面的選擇
注塑模具的分型面由定模和動模之間的分界線決定，分型面的選擇對注塑過程有著十分重要的直接影響，為了使塑件成型后更容易從模具型腔中脫出，分型面一般被設計為梯形面或者斜面。分型面的選擇直接關系著模具的結構，所以在分型面選擇時應當考慮充分。定模一定要為光面這樣才能將塑件順利從模具中取出。我們應該注意一點，分型面一定要閉合性強，很容易想到只有能完全閉合的分型面才能完整的生產出要求的模件，這點十分重要，如果閉合性能差，那產品的質量和精度都無法保證[11]。在分型面的選擇過程中，除了保證塑件尺寸精確、模具質量高、生產操作規(guī)范外還有如下的設計原則需要注意：
（1）分型面應該設立在塑件的最大截面處即香皂盒的上下蓋板接觸水平面，在保證塑件質量時截面越大成型塑件越容易從型芯內脫模。
（2）分型面不能設立在塑件表面精度要求較高的地方，要求同軸度的部分應放入同一個分型面內。
（3）分型面一般都作為模具型腔的排氣通道
（4）分型面的選擇應使模具結構簡單，塑件更易于加工
在本次香皂盒注塑模具設計中，為了保證香皂盒塑件的完整性與精度，首先需要將整個香皂盒塑件都在模具內。分型面的選擇直接關系到成型塑件的表面質量，同時也決定了塑件出模時的效果和尺寸。在香皂盒注塑上下蓋板接觸的水平面上即為分型面，動模與定模之間的穩(wěn)定性與之有很大的關系。在動模的邊上會設計小孔來幫助型腔排氣來保證穩(wěn)定性和塑件質量。分型面的選擇對于能否正確選擇分型面的位置是對所成型的塑件能夠達到技術標準、模具結構是否合理起到決定性的作用。通常一般分型面的位置都選擇在所成型塑件的最大面積所在的平面，分型面的選擇既要保證塑件尺寸精準、質量優(yōu)良還要充分考慮模具型芯的出模和型腔排氣的難易程度、保證模具結構要合理等為選擇基準。一般動定模打開之后，動模這側設留分型面，所以動模這側應該設立塑件的型芯[12]。因為這香皂盒塑件尺寸容易控制且結構比較簡單，所以單一分型面優(yōu)先作為設計方案。如圖所示：
圖2-6分型面
2.6. 澆注系統(tǒng)的設計
澆注系統(tǒng)的設計在注塑模具的設計過程中十分重要，它是注塑塑件原料從模具主流道進入型腔的通道。澆注系統(tǒng)的設計合理性直接關系著塑件成型的質量。本次香皂盒注塑模具設計的澆注系統(tǒng)采用平衡式布置，采用平衡式分流道。由于本設計中塑件外表面質量要求較高，所以選用側澆口。由于香皂盒塑件的壁厚約為1.5毫米，所以選擇接觸塑件處的澆口寬為1.5毫米。保證來自注射噴嘴的原料順利沖模、壓實、保壓達到成型要求。
2.6.1. 澆口套的選用
澆口套是用于連接注塑機和注塑模具的金屬配件，讓用于制造成型塑件的塑料熔融原料從澆注系統(tǒng)中的澆注噴嘴進入模具型腔的流道組成部分。澆口套主要有五種不同的型號：A型、B型、C型、D型、E型，它們最要的區(qū)別在于外形，其中A、B、C三種型號的澆口套是最常用的。A型澆口套具設有特殊的螺栓用來固定澆口與注塑機，來達到防止由于注射壓力過大而導致的澆口脫落。
澆口套的選擇可以根據(jù)不同的模架大小來選擇適合的澆口套。設計的澆口套要能夠讓注塑機準確的定位、不會偏移模具，也要保證冷凝料能夠方便的取出。通過向老師咨詢我的澆口套的材料選擇為T8A，所選澆口套如圖所示：
圖2-7澆口套主流道
2.6.2. 主流道設計
半球形的凹坑多作成主流道與噴嘴的接觸形狀。主流道與噴嘴要接觸緊密防止熔液因高壓外溢。查《模具課程設計指導》表5-48得型注射機噴嘴前端球面半徑，噴嘴前端孔徑。
模具澆口套主流道的球面半徑與注射機噴嘴的球面半徑的關系為：；模具澆口套主流道小端面直徑與噴嘴出口直徑的關系為:。
主流道尺寸：
根據(jù)所選注射機，則主流道小端尺寸為:
；
主流道球面半徑為:
。
本次設計將主流道設計成圓錐形，其錐角，取， 這樣能便于將凝料從主流道中拔出。
2.6.3. 分流道的布置
分流道就是要按照塑件的結構形式、基本尺寸來設計，本次設計的塑件結構較為簡單，PP熔料也容易進入型腔。同時分流道也是主流道和型腔連接處，并能起到轉向和分流的作用。分流道一般開設在分型面上，在多型腔注塑模具中一定要求設計分流道，對于單型腔、大型腔的注塑塑件在使用多個點澆口時也要設置分流道。所以長度要適中，要減少折彎。設計時要能使熔體均勻的流到兩個腔內，并且不要讓熔體的溫度下降太多，所以采用平衡式分流道。
1、分流道的截面形狀：分流道的截面形狀很多，通常的形狀有圓形、矩形、梯形、U形和六角形等。本次香皂盒注塑模具設計中采用的是圓形分流道，能減少分流道內塑料熔液沖模時的壓力損失與熱量損失，從而加大進料的流暢度提高效率。
2、分流道的布置：它的布置方式與模具型腔有著直接聯(lián)系，兩者相互作用，本次香皂盒注塑模具設計采用的是平衡式布置。
3、分流道的尺寸：分流道的尺寸由塑件材料決定，不同的塑膠熔液的粘黏度不同決定了分流道尺寸的大小，要對不同的材料進行估算尺寸大小。
4、分流道與澆口的連接：它們的連接處應該加工成斜面，并用圓弧過度，這樣注塑塑件進料時的熔體流動及填充更加充分快速。
圖2-8 分流道
2.6.4. 澆口設計
澆口就是塑件熔融原料進入型腔的進料口，它是整個澆注系統(tǒng)中截面最小最短的部分。澆口的合理設計有利于促進熔融原料流動緊縮從而加快進料速度，澆口的加工過程中會因熔液而加熱升溫進一步的降低原料的粘黏度使進料更順暢，同時也要要求高剪切率這樣也可以使進料流動性更加好。澆口是注塑塑件成型后最先封口的地方，這樣能防止塑件熔融原料的回流導致的塑件收縮等各種缺陷而且方便分離模具的分流道及其他模具部件。常見的澆口形式有以下幾種：
（1）直接澆口，是指能讓原料熔液直接通過澆口噴嘴進入型腔的澆口形式，這樣可以使進料速度大大加快，流程雖短而提高成型效果。直接澆口要求截面積較大，從而減少壓力和熱量的損失，提高了保壓減縮的作用。同時，直接澆口的結構更加簡單，便于加工從而降低了生產成本。但它也有缺點，由于澆口的橫截面積較大，分離澆口與型件時難度大，也增大了塑件表面的粗糙度。
（2）側澆口，是本次香皂盒的注塑模具設計采用的澆口形式，它處于動模與定模的分界面上，原料直接從型腔外側進入。側澆口的尺寸很小且結構簡單，所以進料時的壓力與熱量的損失都能忽略不計，加工尺寸容易控制且加工方便，適用于除PC（聚碳酸酯）以外的所有塑膠原料。不適用于加工透明的薄板與細長的桶形塑件制品，加工成型時容易出現(xiàn)流痕現(xiàn)象導致的塑件表面會有明顯的澆口瑕疵。
（3）點澆口，又稱針澆口。由于澆口產生的殘余應力很小而且不需要人工切斷澆口，所以能自動化進行加工生產，適用的制品形式各種各樣。它能夠同時對較大的塑件多點進膠，從而極大降低了生產過程，流動阻力也因之減少降低了變形的產生。但是它多數(shù)采用雙分型面結構，因為其注射壓力要求較大且壓力損失明顯，模具的結構也相對復雜，成型周期較長。
（4）耳型澆口即護耳澆口，能極大減少流痕的產生，從而使塑件表面成型后幾乎沒有澆口痕跡。但是澆口會在塑件成型表面黏附，因此澆口瑕疵需要謹慎除去。不適用耳型澆口的塑膠材料有PVC、PU。
（5）潛伏澆口，又稱隧道澆口。這種澆口形式能精確控制成型尺寸且對形狀配合沒有要求，能夠自動切斷澆口，進行自動化生產，而且成型塑件的表面質量也相對較高。
在試模時，適當時調整澆口的位置和大小，來增強熔接的強度，使其更為嚴謹。在澆注口的設計過程中，流動距離要盡可能的進行縮短，讓塑料熔體流動到型腔的時間適當減小，溫度下降變慢，壓力損失減小。塑料熔體由澆口進入型腔時，由于分流作用，將會分成兩路或者多路熔體流入各個型腔是影響成型塑件強度的重要因素。最終在一個地方流到一起，前端料存在氣體，產生了熔接痕跡，塑件強度因此而大大降低。
本次香皂盒注塑模具的設計要求香皂盒表面精度較高，故采用側澆口。如圖2-9所示：
圖2-9澆口
2.7. 導向機構的設計
導向機構要分布在模具周圍合理的地方并且其中心到模具的外緣要有一定的距離，防止模具發(fā)生變形。設計導向機構的目的是將動模和定模這兩部分或模內其他靈件在不發(fā)生偏差的情況下完美組裝，讓制作出來的產品達到標準的尺寸和精度，也能防止模具內各部分的碰撞與干擾。
2.7.1. 導柱的設計
在注射模中必須設立導向機構，導柱導向是它最常見的形式之一，這里我們選用導柱導向機構。設立導柱導向能夠保證注塑機模具合模與開模時更加精確。導柱導向機構能夠起到導向、定位作用并能分擔一定的側向壓力[18]。
導柱的設計原則：其中心到模具最邊緣的地方要有一個導柱直徑以上的距離，一般情況下都會把導柱安設在和中心線大約 1/3之一的位置上。并且其和導套配合的地方最好設計成錐形，并且要比凸模高，只有這樣才能保證能夠順利進行開合模。 UG中的mold模塊中有標準模架，此次設計的塑件模架部分采用龍記標準模架，其結構參數(shù)可以直接在UG模架庫中選取。
圖2-10導柱
2.7.2. 導套的設計
根據(jù)結構構造的影響因素，設計下圖的導套結構，保證模具的各塊板件運動時，減少導柱與模板之間的摩擦力。導套是注塑機上的模具配件，能夠起到一定的導向作用，一般要與導柱配合使用，一般配合間隙很小，在0.05mm以內；一般多用在模具或一些機械中，來保證運動的準確性。如圖所示：
圖2-11導套
2.8. 脫模結構的設計
脫模機構的設計也是本次設計的重要一項環(huán)節(jié)，脫模機構設計的好壞影響著塑件的質量。因為塑件的尺寸比較小，結構簡單，所以用推桿脫模就能符合要求。為了使塑件不會因為脫模而發(fā)生形變，所以推桿的分布要均勻，并且要作用在塑件強度比較大的地方，否則會使塑件的外表發(fā)生變化。并且推桿的設計要靈活，有足夠的硬度，這樣才能保證其順利脫模。因此，根據(jù)塑件結構，所以其模具結構的脫模機構主要是利用推桿將產品推出模外。 脫模結構的設計直接關系著塑件成型的完整性，機構設計一定要合理才能控制沖模物料的走向，且讓塑件在出模時不發(fā)生尺寸偏差，使得到的塑件質量更加良好。脫模機構的意義重大，不僅要使塑件從模件中脫出，也要在分型面起到一定的反作用力使動模與定模能夠自然分開。冷卻因素和推出里的大小是塑件能否成功成型的關鍵因素，但推出力一定要控制好大小，如果推出力太小，則塑件無法順利從模具中脫落而黏附在型腔內，如果推出力過大，則很容易導致成型塑件的變形使塑件質量不達標。所以脫模機構的設計一定要充分計算合理設計，才能保證塑件的精度與質量[10]。
脫模機構中的推桿有普通推桿和成型推桿兩種形式，塑件的幾何形狀與設計的型腔類型及內部結構決定了所用推桿的形狀，一般截面形狀為圓形。在本次香皂盒注塑模具設計中采取的推桿為普通圓形推桿如圖所示：
圖2-12推桿布置圖
2.9. 排氣和冷卻系統(tǒng)的設計
2.9.1. 排氣系統(tǒng)
一般在注塑成型中都會產生氣體，都會設置排氣機構，排氣的方式有很多種，例如可以在分型面上開幾個排氣孔等，但是因為塑件的體積較小，所以我直接采用推桿與分型面之間的間隙進行排氣，這樣比較方便。
2.9.2. 冷卻系統(tǒng)的設計
在注塑成型過程中，塑料熔液的進料時應該嚴格控制沖模系統(tǒng)和模具型腔的填充。冷卻系統(tǒng)的合理設計是注塑成型中非常重要的一個步驟，它決定了注塑機成型產品的質量和生產效率。合理的冷卻系統(tǒng)設計能讓生產效率達標最佳狀態(tài)，在保證塑件質量的前提下，應當盡力縮減冷卻時間從而減少生產周期來提高注塑機的生產效率。而且冷卻液體也會影響著塑件的性能，塑件能否完整的從型腔內脫落會受到冷卻液體在模具墻外流動方向的影響。冷卻系統(tǒng)設計一定要合理，不然會造成塑件成型產生尺寸偏差甚至使注塑機本身產生問題[16]。
在一般設計中，我們會在型芯或者型腔這種靠近塑件的地方設計水路，利用水的比熱容高的特點在流動過程中抑制模具不斷升溫，從而縮短了塑件的成型時間并且能夠提高塑件的質量與美觀程度，保證不會在產品脫模時發(fā)生應力收縮變形和翹曲。
在注塑過程中，對于模具溫度的控制會直接影響塑件的生產效率和質量。各種塑膠材料的成型性能和工藝要求有著不一樣的特性，造成模具生產溫度的也不同。一般在注入到模具中時，塑料熔液的溫度會低于60攝氏度。用循環(huán)冷卻劑來降低注塑溫度，通常使用的是冷卻劑是水，高比熱容、超低成本是它最主要的優(yōu)勢，通過水在型腔外的流動帶走模具熱量來將模具保持在最佳的生產溫度[4]。
該注塑模的冷卻系統(tǒng)設計為環(huán)形支路運水，如圖所示：
圖2-13水路布置
2.10. 模架的選擇
模架的選擇一般要大一些，因為模架是很多零件組合而成的，模架各個模板的厚度需要根據(jù)塑件的尺寸以及一些其他成型零件的尺寸來計算。在選擇模架時，大小規(guī)格只是其中一部分，一下幾個方面也需要我們確認：
① 導柱導套的位置究竟是在固定側還是在可動側要根據(jù)實際需要來確定
② 對于各模板的厚度，要根據(jù)塑件所需的規(guī)格來確認。一般來說，要使鑲件非成形部分的長度一般控制在在30mm左右。
③ 目前我們有FUTABA的標準模架CAD庫，可使用它來快速生成模架圖[13]。因為我們本次的設計選擇的側澆口，所以模架最好是選用細水口的，經最后的計算，選用模架為龍記。
圖2-14模架
2.11. 繪制裝配圖
總裝圖如圖所示：
圖2-15總裝圖
工作原理：開模時，從分型面分開，由注塑機頂桿推動模具中脫模系統(tǒng)的推板上下移動，導柱與導套互相配合，讓模具移動有一個定位導向作用，在推出塑件的同時，主流道凝料由拉料桿推出。合模時，由模具中復位機構復位桿起到準確定位 的作用，讓上模整體在導柱導套的定位下，回到原始位置，然后循環(huán)往復。
2.12. 注射機的校核
2.12.1. 注射量的校核
注塑機在現(xiàn)實加工生產中，它的實際注塑量理論上是注塑機額定注塑量的80％左右。即有Vs≦aV1
式中： V1——理論cm3 ;
VS——實際 cm3;
a——0.8。
經計算可得實際注塑量
V總=1.2n V塑=1.2×1×28.5=34.2 (2-12）
所以合格
2.12.2. 鎖模力的校核
由
查《模具設計指導》表6-5塑料成型時的注射壓力
=60~90Mp
pF
式中 ：p——塑料成型時型腔壓力 塑料的型腔壓力p=60Mpa
F——澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和（）
各型腔及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積
F=（102×60×2）=12240 (2-13）
pF=6012240≈734KN (2-14）
因為
=900KN>pF=734KN
故合格
2.12.3. 模具高度的校核
只要實際模具的厚度能夠滿足這個條件，就能完全符合注射機首能承受的范圍。本次設計的模具的厚度，由表3-1可得本次使用的注射機的最大安裝模具厚度，其最小安裝模具厚度，所以符合上述條件。
結論
在設計本次香皂盒注塑模具的第一步就是先分析塑件的產品要求和工藝參數(shù)來確定材料的使用問題。經考慮，選用了既能保證塑件表面精度和平滑又安全環(huán)保的PP（聚丙烯）。
第二步確定香皂盒塑件尺寸和精度等級，考慮到經濟效益和產品實用性最終確定下蓋板輪廓尺寸為102mm * 59.8 * 18mm，上蓋板輪廓尺寸為101mm * 58.8mm * 7mm，塑件的精度等級為4級。
第三步，確定分型面和注塑機型號，因本次香皂盒模具設計結構比較簡單，所以使用一模兩腔的制造方式，按分型面的選擇原則，將上下蓋板的接觸水平面定為分型面。，并確定選用XS-ZY-500型注塑機。
第四步設計澆注系統(tǒng)，其中包括澆口、澆口套和分流道，經查閱在保證精度的情況下并鑒于不同澆口的優(yōu)勢，決定選用側澆口，并使用T8A作為澆口套的原材料。其次是分流道的布置，因為要讓熱熔的塑料液體均勻的流入型腔內，所以采用平衡式分流道設計，不僅能夠保證熔體均勻流入型腔，而且能夠使其在流動的時候溫度下降減少。
第五步是導向機構的設計，分為導柱和導套的設計。使用UG軟件計算塑件尺寸，確定使用龍記標準模架，然后生成配套的導柱，使其能夠順利的進行開合模并分擔側壓力。為了減少在注塑過程中導柱與模板之間的磨損，故設計了表面光滑的導套。
第六步是脫模結構的設計，雖然本次設計的塑件較為簡單，所以選用推桿脫模就能夠生產標準，但是脫模系統(tǒng)直接影響著塑件成型的質量，要保證推桿的硬度和設計的靈活性要大，才能將模具順利的推出來。
第七步是排氣和冷卻系統(tǒng)的設計。該塑件結構簡單，且考慮制造成本，決定利用推桿和分型面之間的間隙進行排氣即可。并分布水路，來進行水冷散熱，既高效又經濟環(huán)保。
在設計完整套模具系統(tǒng)后，對生產進行了參數(shù)校核，結果符合要求。并利用CAD繪制和裝配了模具和塑件的一系列測繪圖。最終認真書寫了本次設計說明書，完成了香皂盒塑件模具設計的設計任務。
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畢業(yè)設計說明書
致謝
在論文的最后，我要感謝何教授對我的細心指導和嚴格要求，感謝同學們在此過程中給予我的幫助。從課題選擇到具體的創(chuàng)作過程，從論文初稿與定稿無不凝聚著何教授的辛勤的汗水。在這兩個多月的設計期間，何教授為我提供了種種專業(yè)知識上的指導和一些富于創(chuàng)造性的建議，老師那一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度使我受益良多，沒有這樣的幫助，沒有這樣嚴格要求與督促，我想我不會這么順利的完成畢業(yè)設計，在此向何教授表示深深的感謝和崇高的敬意!
在這個過程中我查閱了大量資料，也吃了很多苦，如果不是你們的陪伴，我想我很難度過這段時光，最終突破種種困難，完成了本次設計。通過這次設計，我學會了如何獨立工作，這大大提升了我的動手能力和工作經驗，這些都將為我以后的工作積累下寶貴的經驗。當然由于知識不夠全面，設計當中還有許多不足之處，這些要感謝老師給出的有用的意見。在此，我再一次真摯的感謝陪我一起走過來的老師和同學們，這段經歷將會陪同我一起走下接下來的人生道路。光陰冉冉，不知不覺中從我指間溜過，來不及有太多感慨，大學的生活也隨著本次論文的完成，將要劃下完美的句號。最后，在告別了大四生活也就走向了大學生活的末尾，這時的我們一起走南走北找工作，整天忙忙碌碌，但我們對未來是充滿信心的。在畢業(yè)來臨之際，首先我想感謝各位老師，你們辛苦栽蕓，默默無聞，無私的呆在教師這神圣的崗位上，數(shù)年如一日，不辭勞苦，培育一代又一代的我們，為此對你們表示衷心的感謝。其次，我想感謝我的舍友及同學，是你們給我大學生活里的快樂，雖然有喜有悲，但我們共同度過，快樂一起分享，苦難我們迎難而上，因此對你們表示由衷的感謝，我的兄弟們，祝愿你們工作順利。
最后，我想感謝我的母校，使你給了我進一步深造的機會，使你給我提供了這一廣闊的平臺，謝謝您，我的母校。
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