1、组肥皂盒注塑模具设计组肥皂盒注塑模具设计CAD/CAM_CAD/CAM_黄芳平黄芳平张逸鹤 塑料选择，工艺性分析，结构尺寸分析，模具加工 周陈龙 注塑机选择、布局、校核、推出及导向机构任德帅 成型零件结构设计，成型零件的尺寸计算，模具加工 刘奇 主流道、分流道、浇口、排气系统的设计 黄芳平 调温系统的设计、模架设计、模架加载、CAE分析 C O N T E N T S目 录分析塑件材料选择塑件工艺分析结构尺寸分析模具加工模具成型概术 .注射成型是热塑性塑料产品生产中最为普遍的一种成型方法，所用模具为塑料注射模，简称注塑模。塑件图塑件图材料选择材料分析ABS材料具有吸湿性3，要求在加工之前进行干
2、燥处理。最好在80-90下干燥2小时。模具温度：40-90(模具温度将影响塑件光洁度，温度低会导致光洁度较低)料筒温度：210-280；建议温度：245注射压力：50-100MPa；注射速度：中高速度脱模斜度与塑件的形状、壁厚和收缩率，有关ABS一般为1-130该塑件外表面粗糙度取Ra1.6m。该塑件为小型塑件，壁厚为1mm，薄壁。肥皂盒的尺寸精度要求不高，一般采取MT6。选择最大注射量和锁模力的校核确定型腔数量及布局设计推出机构及导向机构注塑机的选择：A结构：卧式塑化方式：螺杆式B额定注射量125gC注射压力120MpaD注射行程115mmE锁模力900KNF喷嘴直径4mm ：80%VV注件
3、maxGG ，V件V件V注： 在注塑模中，将冷却固化后的塑制品及浇注系统凝料从模具中安全无损坏地推出的结构称为推出系统，也称为脱模系统或顶出系统A A推出零件B B复位零件C C推杆固定板和推杆底板等固定零件推出系统的组成推管、推杆、推板、推块等推出复位固定根据推杆稳定公式计算推杆直径式中： 安全系数，取1.5 L推杆长度,L=188mm n推杆数目,n=44/12nEFLd412140049378167d =1.5 =10mm保证动模定模的位置准确，保持型腔的形状和尺寸精度A导向零件的接触，引导动模定模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件额损坏B导柱可以承受一定的侧向压力，以保证模具的正
4、常运作C承受模具重量D。计算成型零件的结构凸模的计算凹模的计算型腔加工 基本尺寸/mm 公差值/mm 计算 85 0.44 &0431SDDM=85(1+0.005)-0.750.443/0=84.6725.00 45 0.28 &0431SDDM =45(1+0.005)-0.750.283/0=44.7213. 00 基本尺寸/mm 公差值/mm 计算83 0.44 0&431sddm=83.75025. 043 0.28 43.43 013. 09 0.16 9.17 005. 0 6 0.16 6.15 005. 0基本尺寸/mm 公差值/mm 计算18 0.12 &0321SHHM=
5、18(1+0.005)-0.670.20 =17.963/006. 00基本尺寸/mm 公差值/mm 计算17 0.20 0&321shhm=17(1+0.005)+0.670.2003/ =17.22006. 0基本尺寸/mm 公差值/mm 计算15 0.58 21zsmCsC097.0%5.0115097. 0075.15塑件的表面要求不高，外表面粗糙度取Ra1.6m，内表面粗糙度取3.2m浇注主流道分流道浇口排气系统主流道紧接注射机喷嘴到分流道为止的那一段锥形流道主流道连 接主流道与浇口的熔体通道分流道 连接分流道与型腔之间的一段细短通道浇口 为储存因熔体与低温模具接触，而在料流前锋产生
6、的冷料而设置冷料穴 开模时将流道凝料留在我们希望它留的地方拉料杆 213该塑件结构不是很复杂，从经济与产量角度来说，选择侧浇口浇注系统。两板模主流道锥度取2到6，粗糙度为Ra1.6m到Ra0.8m，锥度要适当，太大造成速度减小，产生斡流，易混进空气，产生气孔；过小会是流速增大，造成注射困难，同时还会使主流道脱模困难，故取个均值，锥度为3。主流道小端直径d要比料筒喷嘴直径D大0.5mm到1mm，已知该注射机的喷嘴直径是4mm，故主流道的小端直径定为4.5mm。喷嘴的球面半径为12mm，故主流道的球面半径为13mm，深度为4mm。浇口套浇口套如图所示该模具为一模两腔，型腔体积形状相同，分流道采用等
7、截面和等距离，以便均衡的分配到各个型腔。分流道的截面积采取圆形截面，它的优点是比表面积最小，体积最大而与模具的接触面积最小，阻力也小，有助于熔融材料的流动和减少其温度传到模具上，广泛引用于侧浇口模具中，查表3-213选用序号3，直径D=5mm。流道的长度宜短，长的流道会造成压力损失，不利于生产同时也浪费材料；但是过短又会有残余应力，易产生毛边。流道长度可以根据经验查表得在8mm到30mm之间，采用为30mm。如图所示：Moldflow分析浇口位置应考虑熔接痕的方位，熔接痕与小孔轴线成一条直线会大大削弱塑件的强度。Moldflow分析熔接痕熔接痕并未成为一条直线，即浇口位置合理。 设计CAE分析
8、模架的选择调温系统的设计该塑件属薄壁塑件，且使用侧浇口，在动模定模与型腔等距离钻孔的形式设置水道。冷却水道型腔的距离B=1015mm为宜，冷却水中心距离为水孔直径的5到8倍为佳ABS的成型温度和模具温度分别为245C、40C90C ，常用温水对模具进行冷却。冷却介质选用冷却水，因为水的热容量大、传热系数大、成本低。)(6021cmQqV=3.9810-3m3/min，取冷却管道直径冷却管道直径d（mm）冷却水最低流速冷却水最低流速u（m/s）冷却水体积流量冷却水体积流量V/（m3/min）81.660.0050101.320.0062121.00.0074150.870.0092式中 A冷却回
9、路总表面积（m2）； m单位时间注射入模具内的树脂质量（kg/min），经过估算约为51.624kg/h； Q单位时间内树脂在模具内释放的热量(kJ/kg)，取350kJ/kg； K冷却水的表面传热系数W/(m2K)m模具成型表面的温度（43.33C）；w冷却水的平均温度（25C）；)(3600wmkmQA式中p冷却水在该温度下的密度，1103kg/m3； v冷却水的流速，1.66m/s； d冷却水孔直径，8mm； 与冷却水温度有关的物理系数，取7.957868)008. 0()66. 11000(95. 7)(2 . 08 . 02 . 08 . 0dvk)(3600wmkmQA从计算结果看
10、，模具塑料释放的总热量较大，应在模具型腔型芯上开设冷却水道。2251048. 3)2533.43(78683600105 . 3624.51m=冷却通道的计算冷却通道的计算冷却水道的总长度计算dALm38.1008.014.30348.0根据牛顿冷却定律，冷却水孔的直径越大越好，但是过大又会导致管道里的水出现层流，降低冷却效果，在实际情况中，理论公式计算出来的冷却时间不太可靠，往往是试模时调机工程师根据经验确定一个冷却时间，再根据注塑情况进行调整，得到一个相对合理的数值.冷却系统如下图模架的设计模架的设计模架如图所示：模长模宽的确定模长模宽的确定塑件尺寸：WL=4585；产品至模仁边的距离a=
11、0.2L+17=30mm（与成型零件设计一致）型腔间的距离b在有流道时一般取2565mm，本塑件取b=60mm；模仁的长度L0=2a+L=145mm；模仁的宽度B0=2a+2W+b=210mmB0L0表格如下B/mmBK/mmB0/mmLK/mm15035803520045110402505514045300651705035065220554007525055查得BK=65mm，LK=55mm；模架规格尺寸：模宽B=210+275=360mm；模长 L=145+255=255mm；定模部分厚度尺寸定模部分厚度尺寸产品至模仁上表面厚度H1与冷却水道的布置及制品的投影面积有关制品平面投影面积 A
12、（cm2）H1(mm)冷却水孔直径D（mm）402025(20)640772532(30)8771163238(35)101161543850(45)121541934464(50)16该塑件的投影面积为33.89cm2,故取 H1=20mm，D=8mm;冷却水孔边到型腔的距离取15mm；模仁至定模板上表面厚度H3=2535mm；定模仁厚度H2=塑件厚度H+型腔背后模芯厚度H1=18+20=38mm；定模板厚度H4 =定模仁厚度H2+模仁至定模板上表面的厚度H3=38+30=68mm；动模部分厚度尺寸动模部分厚度尺寸动模仁厚度H6，起固定型芯作用，一般取2035mm取H6=25mm；动模板开框
13、背后厚度H7，主要承受来自型腔的注射压力，可查选标准托板厚度如下表，取H7=45mmB(cm)15、202530、354045、50H7(mm)3035455060模架选择模架选择选择二板模模架，用LKM_SG龙记的大水口模架s2740， I型动模板厚度为70mm;定模板厚度为70mm; CAECAE分析分析匹配百分比表示模型上下表面网格单元的相互匹配程度，对于流动分析，单元匹配率大于85%是可以接受的，低于50%根本无法计算，对于翘曲分析，单元匹配率则要超过90%。上图中匹配百分比为97.0%大于90%，对于后期的流动分析和翘曲分析都满足条件实际网格实际网格 总体预测总体预测由分析可知，模温
14、在40C-90C，熔体温度在230C-280C范围内最好 最佳浇口位置预分析最佳浇口位置预分析 浇口位置如图浇口位置如图 制件质量制件质量注射压力预测注射压力预测最大冷却时间预测最大冷却时间预测最大剪切应力预测最大剪切应力预测成型窗口推荐的工艺参数成型窗口推荐的工艺参数浇注系统的设计浇注系统的设计 充填时间充填时间流动前沿处的温度流动前沿处的温度流动前沿温流动前沿处的温度如下图所示，合理的温度分布应该是均匀的，即这个模型的温差不能太大，本模型的温差为9.9，可以接受气穴位置气穴位置气穴也称作气泡或气孔，它是在成型制品内部所形成的空隙气穴应当位于分型面或筋骨末端，这样才容易将气体从模腔中排出熔接
15、痕熔接痕熔接痕是产品注塑过程中两股以上的熔融树脂流相汇合所产生的细线状缺陷，属于产品表观质量缺陷该制件的熔接痕主要分布在底面凸台边缘，不影响制件质量冷却水道的布置冷却水道的布置加入冷却系统后塑件的翘曲分析加入冷却系统后塑件的翘曲分析塑件X方向上的变形为0.3326mm塑件Y方向上的变形为0.1805mm塑件Z方向上的变形为0.1448mm塑件总体变形为0.3726mm （1）塑件材料选用ABS材料，这种材料的熔体黏性低，流动性好，可以有效提高熔体填充时的效率。 （2）型腔的设计为一模两腔，采用平衡式布置，结构紧凑，可同时兼顾经济性和制品精度，利于保养和维修。 （3）分流道的截面选择矩形截面，它
16、的流道效率较好。 （4）推杆和动模镶件的配合是间隙配合，利用零件配合间隙自然排气，经济且实惠。 （5）推杆选用圆推杆，它易于加工，已被作为标准件广泛使用，且它推出时运动阻力小，灵活可靠，也便于更换。 （6）导柱部分设计有环形油槽，能有效降低导柱导套的摩擦力。 （7）冷却系统采用水冷的方式，热传导的主要介质是冷却水，既经济又效果好。 利用这些设计，可以对肥皂盒注塑模具的经济性，稳定性和效率起到一定的优化效果，具有很高的实用价值。 1.11.1型芯加工设计型芯加工设计如图所示，如下图所示（a）为零件实体，（b）为毛坯。材料为45钢。以底面为基准安装在机床工作台上，工件上表现中心为加工坐标系原点，创
17、建加工操作。（a） 零件实体 （b）毛坯 电影1.21.2型芯加工工艺分析型芯加工工艺分析1.1型芯加工工艺分析l型芯轮廓尺寸：458517l毛坯尺寸:10514550l最大铣削深度：61.31.3数控加工工艺数控加工工艺加工层次加工层次加工部位加工部位刀具刀具刀具直径刀具直径侧壁余量侧壁余量底面余量底面余量粗加工毛坯E4310mm01型芯E4310mm0.40.2精加工凸台E206mm00侧壁E446mm00平面E446mm001.3.11.3.1型芯粗加工型芯粗加工l加工方法：型腔铣l刀具：E43，直径10mm，刀刃13mm,刀长50mml侧面余量：0.4mml底面余量：0.2mml主轴转
18、速：2000r/ml进给率：1500r/m1.3.21.3.2凸凸台精加工台精加工l加工方法：型腔铣l刀具：E20，直径10mm,刀刃13mm，刀长50mml侧壁余量：0mml底面余量：0mml主轴转速：1000r/ml进给率：1000r/m1.3.31.3.3侧壁精加工侧壁精加工l加工方法：等高轮廓铣l刀具：E44，直径6mm,刀刃13mm，刀长50mml侧面余量：0mml底面余量：0mml主轴转速：2500r/ml进给率：700r/m1.3.41.3.4底面精加工底面精加工l加工方法：平面铣l刀具：E44,直径6mm，刀刃13mm，刀长50mml侧面余量：0mml底面余量：0mml主轴转速
19、：2500r/ml进给率：700r/m1.41.4仿真仿真l首先用型腔铣对毛坯进行粗加工，加工出模具的大概形状l紧接着精加工凸台l然后精加工侧壁l最后精加工底面表面1.51.5后处理后处理1 1型腔加工工艺分析型腔加工工艺分析1.1型腔加工工艺分析l型腔轮廓尺寸：854518l毛坯尺寸:14510540l最大铣削深度：6 电影1.21.2数控加工工艺数控加工工艺加工层次加工层次加工部位加工部位刀具刀具刀具直径刀具直径侧壁余量侧壁余量底面余量底面余量粗加工型腔E88mm(R1)0.40.2毛坯E110mm00精加工腔底E96mm(R1)0.20侧壁E106mm001.2.11.2.1毛坯加工毛坯
20、加工l加工方法：平面铣l刀具：E1，直径10mm，刃长13mm，刀长50mml侧面余量：0mml底面余量：0mml主轴转速：2800r/ml进给率：1500r/m1.2.21.2.2型腔粗加工型腔粗加工l加工方法：型腔铣l刀具：E8，直径8mm，球形刀具，R1，刃长13mm，刀长50mml侧壁余量：0.4mml底面余量：0.2mml主轴转速：1000r/ml进给率：700r/m1.2.31.2.3侧壁精加工侧壁精加工l加工方法：等高轮廓铣l刀具：E9，直径6mm，球形刀具R1，刀刃13mm，刀长50mml侧面余量：0mml底面余量：0mml主轴转速：2500r/ml进给率：700r/m1.2.41.2.4底面精加工底面精加工l加工方法：型腔铣l刀具：E10，直径6mm，刀刃13mm，刀长50mml侧面余量：0.2mml底面余量：0mml主轴转速：2600r/ml进给率：900r/m1.31.3仿真仿真l进行毛坯铣，使得毛坯表面达到加工要求l用型腔铣对毛坯进行粗加工，加工出模具的大概形状l精加工腔底l精加工侧壁1.41.4后处理后处理
