三通管的注塑模具设计解读.docx
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三通管的注塑模具设计解读
毕业设计（论文）
题目：
三通管的注塑模具设计
学生姓名：
刘建亮
学号：
2011010923
所在学院：
机械与电子工程学院
专业班级：
材料成型及控制工程1103班
届别：
2015届
指导教师：
李本祥
皖西学院本科毕业设计（论文）创作诚信承诺书
1.本人郑重承诺：
所提交的毕业设计（论文），题目《
三通管注塑模具设计》是本人在指导教师指导下独立完成的，没有弄虚作假，没有抄袭、剽窃别人的内容；
2.毕业设计（论文）所使用的相关资料、数据、观点等均真实可靠，文中所有引用的他人观点、材料、数据、图表均已标注说明来源；
3.毕业设计（论文）中无抄袭、剽窃或不正当引用他人学术观点、思想和学术成果，伪造、篡改数据的情况；
4.本人已被告知并清楚：
学校对毕业设计（论文）中的抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为将严肃处理，并可能导致毕业设计（论文）成绩不合格，无法正常毕业、取消学士学位资格或注销并追回已发放的毕业证书、学士学位证书等严重后果；
5.若在省教育厅、学校组织的毕业设计（论文）检查、评比中，被发现有抄袭、剽窃、弄虚作假等违反学术规范的行为，本人愿意接受学校按有关规定给予的处理，并承担相应责任。
学生（签名）：
日期：
年月日
三通管注塑模具设计
学生：
刘建亮（指导老师：
李本祥）
（皖西学院机械与电子工程学院）
摘要:
随着中国经济的迅速腾飞，为了得到经济的注塑大量生产三通管，生产厂家往往通过节约原材料来降低成本，目前的趋势是产品的形状越来越复杂。
然而由于塑件形状复杂，在注射成型时会出现一系列的问题，如要求注塑机高速注射，冷却成型后易发生翘曲变形等。
本文通过分析和研究三通管件注射成型特点而提出相应解决措施，如改进模具结构，选择一模二腔等，如何更好的利用三维ProE建模使其更加直观，从而进一步完成日常生活中常见的三通管注塑模的设计。
关键字:
三通管；模具设计；ProE；一模二腔
DesignOfTheInjectionMoldOfThePlasticGearBelt
Student:
liujianliang（FacultyAdviser：
libenxiang）
（CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,WestAnhuiUniversity）
Abstract:
WiththerequirementoftherapideconomicinChina.Astoobtaineconomicinjectionbyproducingthreepipeline,bosstendtocostbymeanstosavingrawmaterials,nowadays,thetrendisthattheproductsiscomplicated.Thereby,duotothecomplicatedproducts,therewillbeaseriesofproblematthetimeofinjectionmolding.Forexample,requiringhing-speedinjectionmoldingmachine.Throughtheanalysisandresearchthreepipefittingsinjectionmoldingcharacteristicsproposeappropriatesolutions,suchasimprovedmoldstructure,chooseatwocavitymold,etc.,howtomakebetteruseofthreedimensionalmodelingProEtomakeitmoreintuitivetofurthercompletecommonineverydaylifeteeinjectionmolddesign.
Keywords:
threelinkspipeline;molddesign;ProE;twocavitiesmold
1绪论
1.1课题的来源、思路、目的和意义
（1）来源：
由任务书可知此三通管的注塑模具设计来源于工厂的实践生产
（2）思路：
通过任务书可以得知三通管的具体数据，分析三通管塑件的各个数据尺寸，然后查找书籍资料，大学四年的学习知识综合分析三通管的塑件成型工艺，了解三通管注塑模具实际生产效率，接着又分析三通管所用的材料ABS的各项性能如吸水性、收缩率、耐热性等。
因此在设计的过程中选择一个好方案非常重要不然没有考虑到性能或其他方面的问题都会导致失败，并且由于三通管结构的特殊性，我们必须使用侧向抽芯机构，不然塑件就无法脱模。
（3）目的：
此次毕业设计是对大学所有的知识的一个回顾和综合运用，比如以前学过的专业课有《模具材料》、《塑料成型及模具工艺》和《现代模具制造工艺学》等这些专业课知识都很好的运用在此次毕业设计中，我们以前的金工实习到现在的动手设计三通管注塑模具是大学所学专业课的积累的结果，是我更好的掌握了理论与实践相结合的道理，从而需要自己熟练的掌握模具的设计方法和细节部分的小步骤，以前在学习的过程虽然也拿到了AutoCAD证书，但是从来都是知道的很多，运用的很少，这次毕业设计需要也是给自己一个锻炼的机会，可以好好运用自己所学知识，也使自己可以逐渐的掌握CAD的知识。
（4）意义：
大学四年的课程设计都是和同学合作完成的，而这次毕业设计需要我们一个人来完成，这是一个挑战也是一个独立思考的机会，这给我以后走出社会工作学习都是一个良好的学习机会，同时也是检测大学四年的学习成果的好时候。
其实中国的模具行业从无到有然后逐渐的慢慢壮大，以致于扩充市场需要，高校逐渐有了我们的专业，培养更多的模具方面人才以满足模具行业迅速发展的需要，所以这次毕业设计非常的重要。
1.2我国模具行业发展历史及现状
最近几年来，中国的模具行业有序的保持逐步健康稳步的发展趋势，这种健康的势头能否还能继续保持健康稳步的发展，模具行业有关的权威学者以及相关的模具产业老板等人十分关注模具今后的发展方向问题。
本人认为，虽然中国模具行业在许多领域中面临着相当大的压力，比如在中端或低端产品方面本国内部模具企业的竞争越来越强烈，而且在中端或高端产品范围中，面临着许多的外资企业渐渐走向国际化局面的压力，但也随着近些年来的健康稳步的持续发展，中国的模具行业的生产实力已逐渐做大做强，拥有足够的能力把现如今面临的种种压力转化为马力十足的动力，模具行业要想健康稳步的发展就必须克服重重困难。
随着中国政府对模具行业本部实施体制改革和转换，使得模具的产业结构有利于合理化，并且渐渐加强了产业生产的标准化管理，很好的提高到了一个更好的平台。
为了迅速适应当今世界的各种形势压力，中国的模具产业最近这几年来逐渐加快了相应体制的改革和优化，并且使得工艺装备的水平和产品生产水平有了非常大的提高，管理也得到了相当大优化与提升。
越来越多的模具相关的企业已很好的、熟练应用了CAD/CAM/CAE一体化技术、熔融沉积制造技术、叠层实体制造技术和间接制模技术等许多高新技术，正式这些高新技术的逐渐运用，发展才会越来越快。
中国许多模具企业开始逐步认识到了自己的“品牌”出名的重要性和“专利”自主开发的重要性，并且不断加大自主开发创新的资金投入能力，使得模具得到迅速的发展。
从把模具引进中国以来，模具生产一直依靠国外优秀人才提供先进技术，然后有很多的高科技术都是不对外开放的，一直致使模具处于被动的地位，因此对中国的模具企业来说很少有自己创新的科技产品。
随着中国市场经济和虚拟经济的不断地飞速发展，这几年来企业逐步越来越看重创新人才来提高自己的技术水平。
在模具不断发展的过程中，有不少的企业已开始认识到了自主创新开发发的必然性，因此其企业的投入力度迅速提高。
尽管我国模具产业发展十分迅速，模具的制造水平也在日益逐渐上升，但是就西方工业发达的国家相比较的话，存在十分明显的差距，其主要表现在专业化和标准化程度低比如想要组装好一副模具其国外的制造只需要直接使用标准件就可以组装成功、模具的制造周期长比如中型注塑模国外生产只需要一个左右，而我国却需要4个月左右的时间、精度差国外的精度已经达到0.005～0.01mm，而中国还在0.02～0.05mm、寿命十分短比如国外发达国家一副模具平均可以使用400万次而，而中国却只能达到100万次而且模具的品种类别少。
模具是一种生产效率很高的工艺工具，其生产多单件生产，也正是因此给模具带来了不少的困难，为了减少模具的设计和制造的工作量，模具的零件标准化就显得十分的重要。
尽管有时面临十分严峻形势，但现如今全球的模具制造业转移的规模无限加大，界模具发展的的理想之地。
再者说，国家出台各种福利政策，国家政府将继续大力支持我国模具行业，在种种有利条件和因素下，我国内模具产业的未来将呈现出美好的蓝图。
1.3我国模具的发展趋势
随着世界各个国家的经济飞速的发展，中国的社会经济也不断地发展与之相平衡。
由于经济的不断发展，市场的需求不断地扩大，各种琳琅满目的商品越来越多，产品更新速度都快超出了人们的想象，而且市场需求点也越来越激烈。
因此，模具制造的质量必须过关。
三通管模具制造周期必须大大降低这是当前尤为重要的，可以使得注塑模具制造技术的发展慢慢强大。
（1）模具的标准化程度日益提高，据初步了解，我国模具的标准件使用率仅仅只有百分之三十五左右，而西方许多发达的国家一般使用率达到百分九十左右，为了适应中国模具产业的迅速发展，模具的标准化使用程度将进一步提高，模具的标准化生产也必须得到相应的使用和发展。
尽量使用模具标准件和标准的模胚，将一般的模具零件和粗加工等工序由外加工完成，这样大大降低了模具所消耗的费用，缩短模具的制造周期，促进模具合作化生产。
（2）模具的结构从中小型向大型转变，模具加工的产品从粗糙向精密转变，机器由人工操作已经向智能化的无人操作转变。
而且一模多腔的模具越来越多，大型多功能的复合模、精密拉伸模和旋压模等高效率模具越来越广泛。
在一模多腔中向着智能化方向发展，而且在大型多功能复合模是哪个开发智能化的软件集成功能，如冲压、拉伸、攻螺纹、铆接等多道工序复合在一副模具中，可以智能化无人操作。
（3）开发性能良好的快速成型的材料，研发人员从事提高快速成型的加工速度，改变快速成系统的可靠度。
特别是在一些特殊的材料当中我们要用高科技术来复合材料，这已经成为快速成型技术的一项迫切要求。
2注塑成型方法及工艺方案的选择
2.1塑件分析
2.1.1塑件
三通管结构如图2-1所示。
图2-1注塑零件3D图
我在对老师给定数据的三通管模具设计之前，认认真真地分析该三通管的成型工艺性，如形状结构的倒角的复杂程度、三通管的本身尺寸大小以及收缩率相关数据、三通管的精度等级和应有的表面质量要进行仔细研究和分析，只有仔细研究和分析才能一步一步不出错的保证模具结构来生产三通管以及达到塑件的模具精度。
本毕业设计课题的三通管具体结构如上图所示，具体尺寸见所画的图纸，该三通管结构虽然不简单但一点也不复杂，任务书要求生产实践和大批量的生产，因而模具成本较低，通过注塑成型方便容且易。
2.1.2塑件材料选择
塑件的材料选择应该主要注意以下这些方面。
（1）塑料的力学性能如强度、刚度、弹性、扭转性能、弯曲性能以及对应力的敏感程度。
（2）塑料的化学性能如对水、药物、油、酸碱性溶液的耐腐性，卫生安全程度的保障。
（3）塑料的物理性能如对光、热、力适应情况以及外观欣赏程度。
（4）成型的工艺性如塑料的收缩性、结晶性、流动性等。
综合各种材料的注塑成型性能以及材料加工使用程度性能，并且了解材料市场价格选择价格相对较低的，故选择塑件成型材料为ABS。
ABS树脂是一种共混物，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名Acrylonitrile-butadine-styrene（简称ABS）。
这样的材料共混物，我们只要改变三种混合物的比例就会得到不同的材料性能、成型方法、颗粒大小，就可以直接生产出各种各样具有不同收缩率大小、对接触物的耐腐特性的品种，例如我们把丙烯晴的成份减少，那么该材料的收缩率就会得到很大提高，但是抗应力能力减弱和流动性就会降低。
（5）ABS的主要性能指标
密度ρ=1.2g/
；
收缩率0.4～0.7%，取值0.55%.
（6）ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施
主要缺陷：
溢料、残余应力、吸水性太高等
消除措施：
增大注射及的压力、增加模具温度、设置更多的气槽、确保预干燥。
2.1.3生产纲领
此三通管需要大批量生产，智能无人化操作生产。
2.1.4分析塑件成型工艺
（1）结构分析
该塑件结构简单也不是十分简单，说难也不难，再设计模具时分别在所设计的型腔内成型，因此我们在模具设计和成型的过程中要有相当准确的定位结构方案和非常好的加工工艺过程，以确保模具正常运作的流畅性和模具零件的使用寿命。
（2）成型工艺分析
精度等级：
采用一般精度5级。
该塑件脱模斜度：
该三通管零件的壁厚约为11mm，其三通管脱模斜度查参考文献[1]中的表3-4。
鉴于该三通管塑件很少有特备弯曲窄小的成型部分，又因为三通管的材料为ABS，流动性较好。
2.2材料ABS的注射成型过程及工艺参数
2.2.1注射成型过程
（1）成型前的准备
对该塑件的三通管所用的材料ABS其机械刚度、耐腐蚀性和吸水性进行校检。
但是材料ABS的吸水率大约在0.2%～0.8%之间，非常容易吸水，因此成型前必须做好进行充分的干燥不至于后期由于湿度导致破坏，干燥水分低于0.3%。
干燥条件：
用烘箱以75～90℃烘3～5小时。
（2）注射过程
塑件完整的注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模等几个步骤。
首先塑化是把塑料熔融，也即是把塑料在料筒中经过加热系统加热到粘流状态使其具有良好的可塑性的过程。
紧接着就是充型，柱塞螺杆从计量位置开始，通过注射液压缸的动力施加高压，将塑化好的塑料熔体经过注射机的喷嘴快速进入型腔的过程。
然后进行保压、冷却和脱模环节。
（3）塑件的后处理
塑件在成型的过程中，有时候可能由于材料塑化不均匀或塑件有些地方不可避免的存在残余应力而导致在使用的过程中变形或裂开。
因此采用调湿处理，该三通管的热处理条件查参考文献[2]中的表5-4可得知处理温度为80℃；保湿时间为2～4小时。
2.2.2材料ABS的注塑成型参数
注射机：
螺杆式；
螺杆转数（r/min）：
48；
料筒温度（℃）：
前段200～230；
中段180～210；
后段160～180；
喷嘴温度（℃）：
170～180；
模具温度（℃）：
50～80；
注射压力（MPa）：
70～100；
成型时间（s）：
注射20～60，保压0～3，冷却20～90，总周期50～160。
3拟定模具结构设计
3.1分型面位置的确定
选择分型面的时候，尤其要注意一些原则性问题：
该三通管在进行设计时已及时考虑到了上述几条原则，同时可以从任务书中的塑件图样可以得知该塑件有孔，有下图可参考，因此该塑件成型后取出时，需要侧向抽芯分型。
图3-1塑件结构示意图
设计时考虑到以上各种因素的后果，在三维软件工作环境下，结构简单的零件分型面在三维软件的辅助下可以自动生成。
但三通管情况特殊，需要分型面选择如图3-2所示。
图3-2分型面
3.2确定型腔数量及排列方式
当你确定想要模具的生产能力达到一定的生产水平的时候，在一定的情况下保证模具的成功率，此时模具设计必须有确定的型腔数目。
从设计的角度生产效率的角度来说，根据注射机的额定锁模力来确定型腔的，根据公式的计算可得知采用一模二腔，由相关知识初步拟定，使用一模二腔的结构。
而型腔的排列就是塑件的排位，它是与模具结构和工艺相辅相成的。
因此初步采用一模二腔的结构，如上图所示。
3.3模具结构形式的确定
该三通管的模具质量和外观要求比较高，从该三通管的结构特征可以看出塑件外形是圆弧状。
初步尝试采用单分型面的模具结构形式，所示如图3-3。
图3-3型腔示意图
3.4注射机型号的确定
注射模具是一个安装在所选定的注射机上一起使用的模具，那么在设计三通管的注射模之前应该详细分析注射机的技术要求，这样才能设计出符合要求的模具，同时也选定适合注射机的型号。
3.4.1所需注射量的计算
（1）塑件质量、体积计算:
对于该三通管的设计，建立塑件立体模型,三维软件对所设计的模型，分析相关的数据，认真的计算得：
塑料制件体积V1＝45.61
；
塑料制件质量M1＝ρV1=47.9g。
（2）系统凝料体积的估算
可使用ProE软件里的分析测量塑件体积，又因为该模具采用的是一模二腔的形式，因此浇注系统凝料体积为V2=4.16cm3
（3）该模具一次注射所需要的ABS
体积V0=V1x2+V2=95.38cm3；
质量M0=ρ·V0=100.15g。
3.4.2注射机型号的选定
随着最近几年中国的不断发展，国家在模具方面的大力支持，引进了各种型号的注射机国内注射机，各种厂家生产的新机型也越来越多。
根据以上的所有计算都是为了选择注射机，由于计算的结构可得知我们可以估计选定注射机型号为HTF80XB，这台注射机的主要参数可以参考如表4-1所示。
表4-1注塑机的参数
型号
单位
80×A
80×B
80×C
参数
螺杆直径
mm
33
35
42
理论注射容量
cm3
112
137
155
注射重量PS
g
103
119
129
注射压力
Mpa
209
189
159
注射行程
mm
122
螺杆转速
r/min
0~220
料筒加工功率
KW
5.7
锁模力
KN
800
拉杆内间距（水平×垂直）
mm
365×365
允许最大模具厚度
mm
355
允许最小模具厚度
mm
150
移模行程
mm
310
移模开距（最大）
mm
670
液压顶出行程
mm
99~105
液压顶出力
KN
33
液压顶出杆数量
PC
5
油泵电动机功率
KW
11
油箱容积
l
200
机器尺寸（长×宽×高）
m
4.4×1.26×1.9
机器重量
t
3.22
最小模具尺寸（长×宽）
mm
240×240
3.4.3注塑机的参数较核
（1）注射容量和质量校核
由于以容量计算时V总≤0.8V注（3-1）
式中V注—最大注射容量；
V总—体积总和；
0.8—最大注射容量的利用系数。
∴V注≥V总/0.8=100.15/0.8=125.2cm3
因此我们在选择的注射机的注射容量复合相关的要求，并且质量要求也是一定的保障，选择这样的注射机确实可以达到很好的效果。
（2）注射机相关数据的校核
查相关的资料书籍可知，合模力的大小满足公式：
Fs≥Fz=P（nAx+Aj）=PA（3-2）
式中A—投影面积之和
Ax—投影面积
Fz—胀模力
Fs—合模力
P—模腔压力取30MPa
通过使用三维Proe软件计算面得出面积A=3154.31mm2
由于Fs=800KN≥30×3154.31x1.1x0.001=104.1KN
所以所选择的注塑机适合所设计模具的合模力以及注塑面积的要求。
（3）模具与注塑机相关尺寸校核
1）注塑机拉杆与模具长宽尺寸
模具的尺寸为350×350mm
注塑机拉杆的间距为365×365mm
故满足要求。
2）模具闭合高度校核
模具实际高度H模=350mm；
有计算得出注塑机最小闭合厚度H最小=150mm所以H模>H最小；
故满足要求。
3）开模行程校核
此处所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关。
注塑机的开模行程应满足下式：
S机-H模>H1＋H2+（5～10）mm（3-3）
因为S机-H模＝670-350=320mm
H1＋H2＋（5～10）＝50+160+10=220mm
即S机-H模>H1＋H2+（5～10）mm
故满足要求。
4浇注系统、关键零部件设计
4.1浇注系统的设计
我们这里所讲的浇注系统是指塑料熔体从主流道的开始部分到所设计的型腔之间的流动通道。
浇注系统的作用是使得塑料的熔体传到型腔当中，使其在型腔当中获得致密的组织、清晰的外形轮廓的塑件，以此看来，一个模具没有浇注系统是不可能成型塑件，因此模具的浇注系统占有举足轻重的作用。
我们这里选择的是普通浇注系统。
4.1.1主流道的设计
主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，往往是和注射机的喷嘴在同一轴线上，它的横截面为圆形并且带有一定的锥度，这样有利于把塑件的凝料顺利脱出机构。
（1）主流道尺寸
主流道小端直径D=注射机喷嘴半径+（0.5～1）（4-1）
=1.5+（0.5～1），取R=2.1故D=3.6
主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头直径+（1～2）（4-2）
=20+（1～2），取SD0=21故SR0=11
球面配合高度h=2～4mm，取h=3mm
主流道长度L=112mm
主流道的最大端直径D′=3.6+2Ltanα=3.6+2×112×tan1°=7.54，取D′=7.5mm（4-3）
浇口套总长LO=L+h=115mm（4-3）
4.1.2冷料穴的设计
（1）主流道冷料穴的设计
冷料穴又叫做冷料井，模具在开模时要把主流道中的废凝料及时顺利拉出，因此所设计的冷料穴的直径要比主流道直径的最大端大一点。
又因为我所设计的模具是一模两腔。
它的分布对称以便于节省原材料，所以冷料穴应该可设在模具的中心位置最佳。
冷料穴直径=8mm>D′（4-4）
冷料穴的冷料深度=3/4D′=6mm（4-5）
（2）分流道冷料穴的设计
此三通管的模具分流道不是很长，可以不用加冷料穴，方便出料。
4.1.3分流道设计
（1）分流道布置形式
分流道是浇口和主流道的两个之间的通道，通常开设在分型面上，起到分流和转向的作用，多型腔的模具必须设置分流道。
分流道有很多种不同的设置形式，但最主要遵循几个原则：
便于脱出机构的运动和加工；塑料经过分流道时的压力的消耗一温度的消耗一定要小；保证塑料的熔体快速而又均匀的充满每个型腔。
根据上面原则，分流道分布如图4-1所示。
图4-1流道分布示意图
（2）分流道的长度
分流道的长度不能长，避免多余的废料，同时必须减少弯曲部分。
该三通管模具的分流道长度根据参考文献[4]选择L=20mm。
（3）分流道的形状及尺寸
由于在冷凝当中存在废料现象，为了便于加工及凝料脱模，分流道设置在定模板上，采用圆形截面，ABS经验值d=（4.8～9.5）mm，由d（1.1～1.2）=d上级，所以得出d=5.8，取为6mm。
4.1.4浇口的设计
浇口使从分流道流出的塑料熔体以很快的速度进入并充满型腔，等到几秒之后充满型腔后，浇口部分的塑料熔体能迅速的凝固而封闭浇口，只要是为了防止型腔内的熔体倒流。
浇口的位置、形状和尺寸对塑件的质量都有非常大的影
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