薄壁塑料包装盒的注塑模具设计与工艺参数分析

题，分析了注塑模具的设计和注塑过程的成型工艺参数的优化过程％关键词：薄壁塑料包装盒；注塑模具；成型工艺参数；优化设计；分析doi： 10. 3969/j. ion. 1005-5770. 2019. 07. 015中图分类号：TQ320.66 + 2 文献标识码：A 文章编号：1005-5770 （2019） 07-0061-03Design and Process Parameters Analysis of Injection Mold for Thin-WaltPlastic Packaging BoxZHANG Yu-wei1, LU Xioc-cui2 , SPANDAGOS Constantinv3( 1.AeiAcademyotNoeiheasiAgeicueiueaeUnieeesiiy, Haebin 150030, China；2. Dezhou Vocational and Technical Co/eve, Dezhou 253000, China；3 . Depa eimen i o tCi ei eand EneieonmeniaeEngineeeingotHongKongUnieeesiiyotScienceand Technoeogy, Hongkong 999077, China)

Abserace： Thispapeeinieoduced ihechaeacieeisiicsotihepeasiicihin-waepackagingboxand ihebasiciheoeyotihe

ineeciion moedingpeoces. Combiningwiih ihepeobeemsoccu eed in ihepeocesotineeciion moedingtoeihepeasiicihin-wae

packaging box, the design of the injection mold and the optimization process of the injection molding process parameters was

analyzed.Keywords: Thin-Wall Plastic Packaging Box； Injection Mo/； Molding Process Parameters& Optirnization Design；

Anaeysis以塑料为原料，采用一定的成型加工工艺制成的 注塑成型过程时制品易出现翘曲变形、熔接痕、缺 料、气孔等缺陷，与常规的塑料包装盒相比，薄壁塑

塑料包装制品是当前包装工业中的重要包装产品之 一，塑料包装制品应用广泛，在食品、化妆品、医药 用品、日用品等领域中均有普遍的应用。塑料包装制

料包装盒注塑模具的设计应当更合理、精度也应当更

高，成型过程的工艺参数也应当更科学，并能够得到

品相对于纸质包装制品，具有机械强度高、使用寿命

长的优势；相对于金属和玻璃包装制品，具有质量

更精确的控制，以使薄壁塑料包装盒制品的性能更加

稳定、产品合格率更高。本文主要围绕薄壁塑料包装

盒在注塑成型过程中的注塑模具设计和工艺参数两方

轻、加工简单、成本低等优势。其中塑料包装盒是塑 料包装制品的一种，它以聚氯乙烯（PVC）、聚对苯

面进行讨论％二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯

1薄壁塑料包装盒概述塑料包装

（PP）等为主要组分，添加增塑剂、抗老化剂等，经

过加热加压使其熔融，并经冷却步骤固化定型，得到 盒状的塑料包装制品；根据塑料原材料的性能，塑料 包装 的 型工艺主要有 塑 型、 出 型、 塑

在 2.0 mm ， 用于包塑料包装 普遍应用于

装的工业 品， 、品、一次性生活用品、耳机等数码配件产品、化妆品

和礼品等的外包装，如图1所示[1] %成型等，其中注塑成型工艺简单、操作方便、成型制

品可重复性强，是塑料包装盒最常用的成型工艺 方法。薄壁塑料包装盒的壁厚通常不大于2.0 mm，在

薄壁塑料包装盒产品具有以下几个方面的特点: 第 ， 产品 量大， 塑料包装 用作 用品的包装，例如食品和常见的数码产品等，人们对这

些日用品的需求量极大，进而带动了其包装产品的消作者简介：张雨薇，女，1987年生，硕士，讲师，研究方向为广告设计、平面设计、包装设计・62・塑料工业2019 年量；第二，产品

节省 本，

求轻量化， 塑料包装盒起足够的 实现 转， 的应程序控 塑到盛装及保护物品，便于 和运输，轻质的包装盒机的各个动作；注塑

高的 率。表1

赋予了塑料制品 的形状原料的用量，可实现轻量化要保证产品的机分敏和结 ； 的 型工艺 能够 塑料 品 有的目的，然，在轻量化的同

，

塑料包装

强度，保证使用性能；第，产品对

塑成型过程中的基本设施条件和成型工艺参数the process of injection molding于 品，产品 ，企业

Tab 1 Basic facilities and molding process parameters in为了获得市场占有率就必须 要保证产品质量，做到物美 产成本，同 需(2)。注塑成型过程基本设施组成要求塑料、 塑塑机、塑料多为热塑性塑料，具有较 好的

能；注塑机用施以于加热塑料并对塑料 高

型腔内；用于充填塑料

塑 ，按照模具的形状冷却固化

成型工艺参数a-一次性餐盒b-生活用品包装盒、塑、、、保压型。塑成型工艺

应当结合塑料制品结构和性能特点进行合%时间等对于 塑料包装盒产品而言，产品的项目周期， 要塑机和注塑设 有 的使用寿命；包装 于外观产品，需要产品具有良好的外

c-食品包装盒观，注塑

注塑

了产品的结构和形状， 对高。的设计和注塑过程的工艺 塑 包括

要求

图1常见的薄壁塑料包装盒Fig 1 Common thin-walled plastic packaging boxes3薄壁塑料包装盒注塑系统、冷却系统、温度调节系塑料包装盒的注塑模具从原为了 过程，

塑料包装盒的上

产品的成本，

点，

统和脱模顶岀系统等，对

材料的 、成型过程等角 手，优化产品的制造应市场的需求。进行设计时，需要结合包装盒的用和外观进行合理 设计。 ⑷对透明PP材质的 仅为1 mm的

塑料包装

2 塑成型的基本理论塑成型是将塑料原材料加

有一定塑 进行了设计：采用 一的设计方案、 系统采用针点式、冷却系统的 ，将塑料 塑 中，冷却固化成装在注塑用点冷却的方式并用橡胶圈做密封、在 隙和分型面处预留排气

用中心气动顶岀方式等，得到的注塑

的顶杆在进行注型的 塑料加工成型工艺方法。注塑 型过程中需气系统，脱系统要用到的机械设备为注塑机，将 塑

机上，进行原料加 、加 、保、冷却固 塑生产时能够有效保证塑料制品的盒底

粗

要求，并能实现

计算机

顺利地顶岀。匀，且化成型、开 工作 ，即 取岀具有设

， 塑型 ， 见表(3)。中， 塑机

中，需要用到塑料、注塑机和注塑

塑成型过程，可状和结构的注塑制品。注塑 型过程技术 计算机为工具，在工操作的设计过程中能够基本设施条，实现人机交互，用于注塑

极大

要设置一系列的成型工艺 :塑 型 的基本机 设 ， 包系统、电气控制系计算工作量， 塑产品缺陷，改进注结 加科 •1 塑 结构，最得到的注塑

理， 塑产品的 塑

率得到明显提升。Moldiow软件括注塑系统、锁系统、 够均匀

统等，注塑系统应当确保塑料原材料在加

内；锁系统用于实现注塑

能塑 设计过程中常用的CAE技术，能够对注进行 化设计， Moedteow 包括 个 塑工，

动，不艺 ： 分析、应分析、冷却，可和 的锁紧，应当确保具有足够大的锁 分析、翘曲分析、模腔尺寸

溢料； 和电气控制系统应当保证注塑机具有对注塑过程不同阶段岀现的问题进行针对性的分

第47卷第7期张雨薇，等：薄壁塑料包装盒的注塑模具设计与工艺参数分析-63 -析，优化注塑模具的结构。例如对于壁厚为2 mm, 尺寸为102 mmx102 mmx78 mm的塑料薄壁包装盒, 首先用三维制图软件得到包装盒的立体模型，用

Moldiow软件进行网格划分，可使该立体模型的匹配

正交试验法通过选取有代表性的因素进行试验，可大

大减少试验的次数，并获得较好的试验结果[7]%饶俊[8]结合Pe/E制图软件得到了壁厚为2 mm、

PP材质的包装盒制品的三维立体模型，采用正交试

率达到90%以上，减少制品翘曲变形的几率；随后 方法， 了不同的工艺 对 品翘 变 的用Moldiow软件分析确定浇口位置、冷却系统，并进 响程度，发现冷却和保压时间的影响最大、填充时间 的影响最小，最终得到的最优成型工艺参数为：注塑230 C、 60 C、 0.8 s、 保时间4 s、冷却时间20 s，产品几乎无翘曲变形％张 行优化，最终确定采用热流道进胶的方式、水作为冷 却介质、冷却水管的直径为10 mm;采用Moldiow软

件自动生成的工艺参数对注塑过程进行了模型分析,

最终发现该塑料薄壁包装盒的翘曲变形量可低至

0. 593 3 mm(5)。对于精密的薄壁塑料包装制品，例如带螺纹的塑

料瓶盖，其注塑模具的设计更为复杂，既要考虑瓶盖

的机械强度，又要考虑与瓶身螺纹之间的结合紧密

性，模具设计过程中可采用：(1)模内折边，即瓶

盖的防盗环采用内翻设计，制品从模具内顶出后，无

需后续辅助工序就可直接实现模内装拆，生产效率显 著提高；(2)模内合盖，主要适用于带较链的翻盖 类塑料制品，例如折叠塑料勺等，可在模具设计过程

中加装一组机械手等，提高注塑成型过程的自动化 水平药品塑料包装品也是一种薄壁的塑料包装盒制

品，这类制品除了尺寸精度和外观结构要求之外，还

要求具有更好的瓶口密封性，确保药品保存的安全

性，将注塑与吹塑模具结构相结合，得到优化后的模 具结构，采用一步法即可得到药品包装瓶，可大大降

低生产成本。薄壁塑料包装盒相对于普通的塑料制品，最大的

特点是注塑过程中盒壁易出现翘曲变形，影响产品外

观， 对 结 进行 化设计， 结 设计 的设计

经验和计算机辅助技术，能够最大限度地降低产品出

现缺陷的概率，提高注塑制品的合格率。4薄壁塑料包装盒注塑成型时的工艺参数

分析过 塑工艺得到的

塑料包装 ， 了 要对 塑 的结 进行设计 外， 型工艺 的理性也直接决定着最终制品的合格率和精度。注塑成 型工艺参数包括熔体温度、注塑速度、注射压力、模 具温度、保压时间等，由于注塑成型工艺参数较多,

且不同的工艺参数对注塑成型过程的影响程度不同， 需要进行多次试验进行优化调节，常见的试验方法

有：分数法、对分法、均匀试验设计法、正交试验法

和因素轮换试验法等。其中以正交试验法最为常用，

辉[9]分析了壁厚为2 mm的竹塑包装盒的注塑成型工

艺参数，确定了5因素5水平的正交试验方案，在 Moedoeow 中进行了 25 次 ， 最 了最的 型工艺 ： 塑 230 C、

40 C、注射时间2. 2 c、保压时间16 c、冷却时间60 s等，

该包装盒产品具有最小的边缘翘曲变形量，产品外观 良好。上述分析过程为理论分析的结果，将理论分析

结果应用于实际的生产实践中，往往可得到与模拟结

果十分相似的生产结果，说明理论分析过程在实际的

注塑工业生产中具有不可或缺的作用。5结论对于 塑料包装 品， 相对于普 塑

品， 方 有 塑料 塑 型 的 点，

如：翘曲变形、缺料、气孔等；另一方面还具有包装 盒制品注塑成型时的难点，例如：外观要求高、某些

制品需要较高的精度等。这就需要对其注塑成型的全

过程进行设计，结合计算机技术、高效合理的试验方 法，优化注塑过程，提高生产效率和制品的合格率。无论在包装行业，还是塑料加工工业中，都离不

开塑料包装制品，行业的发展也推动着包装类塑料制 品的发展，包装类塑料制品的生产加工在朝着高速 化、高精度、高自动化的方向发展，同时新型的注塑

技术也不断涌现：叠模技术、旋转叠模技术和油电混合

注塑技术等，然而对注塑模具的结构进行设计、对成型

工艺参数进行优化仍然是两个至关重要的任务[10] %

参考文献[1]

郭幼丹，吴春笃，程晓农.超薄塑料包装盒注塑模具设

计与注塑过程控制[J].包装与食品机械，2011，29

(4)： 28-32.[2]

沈良聪.绿色创新的高射速塑料包装注塑机的液压系统[J].塑料包装，2017, 27 (5) : 21-26.[3]

付永锋.汽车薄壳注塑件翘曲变形及注塑工艺优化研究[D].武汉：武汉理工大学，2007： 11-18.( 转 第 111 )第47卷第7期田帅：聚丙烯纤维材料对混凝土性能的影响研究-111 -式，建立起微观结构和宏观性能之间的联系。参考文献[1] 易金，刘超，王磊.聚丙烯纤维增强珊瑚混凝土抗冲击

[J].福建建材，2018 (10)： 13-15.[8] 姚文杰，庞建勇，刘洋.聚丙烯纤维混凝土耐久性与冻

融损伤模型研究[J] •科学技术与工程，2016, 6 (21)： 313-316.[9] 滕飞，陈升平，段小龙.冻融作用下聚丙烯纤维混凝土

性能试验研究[J] •科学技术与工程，2019, 19 (4 )： 244-248.[2] 刘鸿铭，费逸伟，孙世安，等.表面亲水改性聚丙烯纤

维的性能研究[J] •化工时刊，2017, 31 ( 12 )： 15

-18.力学性能[J].湖北工业大学学报，2015 ( 5 )： 104

-108.[10] 王晨飞，荻涛.纤维混凝土在盐冻作用下的耐久性研究

[3] 张婵.聚丙烯网状纤维混凝土的研究与应用[C] //中

国硅酸盐学会膨胀与自应力混凝土专业委员会.混凝土

[J].工业建筑，2012, 2 (1)： 137-139.[11] 蒋勇.聚丙烯纤维对混凝土强度、干缩及抗渗性能的影

膨胀剂及其裂渗控制技术一一第五届全国混凝土膨胀剂

响[J].福建建材，2016 (1)： 7-8.[12]

. 聚

学术交流会论文集.北京：中国硅酸盐学会膨胀与自应凝 专业 会， 2010.增强 凝 能的研究[ D] . 大 ： 大 大 ， 2008.[4] 王晓燕.B晶型聚丙烯微孔纤维的研制[J].合成纤维

[13] 徐礼华，张奥利，黄乐，等.反复荷载作用下钢-聚丙

烯混杂纤维混凝土与钢筋黏结强度研究[J] •建筑结构

工业，2011，34 (1) : 16-18.[5] 何小兵，曹勇.聚丙烯膜裂纤维自密实混凝土力学参数

学报，2017, 38 (11)： 149-158.[14] [15]

，

-119.. 聚

及其相关关系[J] •应用基础与工程科学学报，2014,

22 (3) : 501-511.凝 强 强 对[J].居业，2017 (2) : 35-37.. 杂 -聚

[6] 邵运达，李建辉，郭鸿.聚丙烯粗合成纤维混凝土力学

性能及其增强机理研究[J].混凝土，2012 (4) : 52

-54.凝 的 研究强度计算[J].长江科学院院报，2015, 32 (12)： 114

[7] 胡俊华.聚丙烯抗裂纤维与混凝土表面抗裂方面分析(本文于2019-05-13收到)(上接第63页)2007, 141 (2-3) : 138-147.[4] 陶永亮，薛敏杰.薄壁包装盒底注塑模具设计[J].制

造技术与机床，2012 (5)： 58-60.[8] 俊. 基于 分析的包装 型工艺 化 翘 变研究[D].株洲：湖南工业大学，2016： 28-36.[5] 饶俊.基于数值分析的包装盒成型工艺优化及翘曲变形

研究[D].株洲：湖南工业大学，2016： 15-27.[9] 张辉.竹塑包装盒翘曲变形影响因素研究及注塑工艺参化 [ D] . 株洲：

工业大 ， 2015： 34-43.[6] 罗艳.浅谈快消品包装的注塑模设计与制造[J].上海

包装，2016 (10) : 20-22.[10] 林城江.包装类注塑产品生产的供应商选择及成本分析

研究[D].上海：上海交通大学，2011： 7-15.[ 7] MITSOULIS E.Annueaeeiieudaiesweeofpseudopeasiicand

eiscopeasiic feuids [ J ] . J Non-Newionian Feuid Mech，(本文于2019-04-08收到)赢创推出用于生物可吸收医疗植入物3D打印的RESOMER®丝材作为医疗植入物生物材料的全球领先企业，赢创宣布推出一种新的RESOMER®丝材系列，以实现个性化、高分辨率生物可 吸收植入物的3D打印。基于医疗级RESOMER®的高质量丝材线轴可用于熔丝制造(FFF),这项3D打印技术又被称为熔融沉积成型(FDM)% RESOMER®丝材严格的尺寸和化学规格设计可为高分辨率3D打印应用提供可重现的植入物特性和性能。目前，可供选择的标准牌号包括左旋聚乳酸(PLLA)、左旋丙交酯-乙交酯共聚物(PLGA)、聚己内酯(PCL)和聚对二氧

环己酮(PDO)，并可根据实际需求进行额外定制。产品的机械性能，例如强度和断裂伸长率，可以根据目标应用进行调整，生物再吸收周期也可以从少于六个月到三年以上 不等％赢创生物材料全球负责人Andreas Karau博士说道：“我们全新的创新产品RESOMER®丝材系列提供高灵活性和精确性，可 优化例如颅骨重建、整形外科、牙科等市场的3D打印医疗应用。”“客户还可以利用我们位于美国的医疗设备能力中心以及在德国和中国的开发实验室所提供的应用技术专业知识，来优化产 品性能并简化商业化进程。” Karau博士补充道。