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题目：
导管注塑模具设计
导管注塑模具设计
摘要
注塑成型是塑件生产最常用的方法之一。
本设计通过注塑模具产品，利用实体模型测量产品的尺寸，对实体进行建模，并对塑件的材料和塑件结构进行分析，并对塑件的模具进行设计，包括塑件成品的设计、工艺参数的分析与计算、工作部分的设计、模具结构的设计和加工方案的制定，确定塑件的最佳浇注位置，并通过实际情况进行调整，从而得到对实际生产来说最合理的浇注位置。
在确定模具型腔数目后，分析产品的气穴、熔接痕、充填时间、充填结束时的体积温度、流动前沿处的温度、速度/时间转换点压力、充填结束时的压力、注射位置处压力等，可确定注塑模具的合理性。
该模具采用普通浇注系统，由于采用一模两腔的注射结构，必须设置分流道，用点浇口形式从零件端部进料。
此次设计中，最关键的是确定型芯和型腔的结构，此外还分析了模具受力，脱模机构的设计、冷却系统的设计等。
关键词：
型腔;熔接痕;分流道;点浇口
Catheterinjectionmolddesign
Abstract
Injectionmoldingisoneofthemostmonlyusedmethodofplasticpartsproduction.Thisdesign,injectionmoldproducts,measuringthesizeoftheentitymodel,entitymodeling,andmaterialsofplasticpartsandplasticpartsofthestructureofanalysis,molddesignandplasticparts,includingthedesignofthefinishedplasticparts,analysisandcalculationoftheprocessparameters,thedesignoftheworkingpartofthemoldstructuredesignandprocessingprogramstodevelop,todeterminetheplasticpartsofthecastingpositionandadjusttheactualsituation,inordertogetthemostreasonablefortheactualproductionofcastingposition.Determinethenumberofmoldcavity,thecavitationanalysisproducts,Weld,fillingtime,fillingtheendofthevolumeoftemperatureatthetemperatureoftheflowfrontvelocity/timeconversionpointpressure,thepressureinthefillingattheendoftheinjectionsiteatthepressurecandeterminetherationalityoftheinjectionmold.
Themoldusingamongatingsystem,usingatwocavitymoldinjectionstructuremustbesettoshuntfeedthelatentformofpointgatefrominsidethepart.
Thisdesign,themostcriticalistodeterminethestructureofthecoreandcavity,inadditiontoanalysisofthemoldbyforce,thedesignofmoldrelease,andthecoolingsystemdesign.
KeyWords:
cavity;weld;shunt;pointgate
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一九八五六三九七五五
1绪论
1.1塑料成型与注塑模具
塑料工业是由塑料原料和塑料制品生产两大系统组成，二者相辅相成，缺一不可，而塑料制品生产是实现塑料原料自身价值的唯一手段。
塑料制品生产的目的就是根据各种塑料的性能，利用各种工艺方法，使其成为具有一定形状而又有使用价值的物品或定型材料。
塑料制品生产主要由成型、机械加工、表面装饰、装配等环节组成，其重要一环就是塑料成型。
塑料注塑成型过程是，塑料原料从注塑机的料斗进入加热筒，经塑化后由柱塞或螺杆的推动，在一定压力下通过喷嘴进入模具型腔，经冷却固化后而开模获得制品（塑件）。
除少数几种塑件外，几乎所有的塑件都可以注塑成型。
据有关资料统计，注塑制品占所有模塑件总产量的三分之一；注塑模具占塑料成型模具数量的二分之一以上。
注塑成型制品的应用已十分广泛，并随着塑料原料的不断改进，已逐步代替传统的金属和非金属材料的制品，发展注塑模具大有可为。
塑料模具材料直接影响模具的使用寿命﹑加工成本及产品的成型质量，因此设计时要正确地选择模具材料。
用于塑料模具材料的品种很多，其中主要是以钢合金工具钢﹑冷﹑热模具钢，不锈钢等，此外，有色金属中有锌合金﹑铝合金﹑铍铜或某些新材料等。
随着材料科学不断发展，在模具新材料的应用上，国内外都已经对模具的工作条件，失效形式和提高模具的使用寿命的途径方面进行了大量的研究工作，并开发出许多不仅具有良好的使用性能，而且还有加工好，热处理变形小的新型塑料模具钢，如预硬钢﹑时效硬钢﹑析出硬化钢﹑耐腐蚀钢等，并在生产中得到广泛应用。
选择注塑模材料的主要依据是注塑模工作条件，对工作精度要求较低，工作条件比较好的塑料模具，可选择价格较低廉的普通材料制造，而对一些工作精度要求较高，工作条件恶劣的塑料模具，则需要选择价格较贵﹑使用性能好的材料制造。
必要时还应对加工好的模具零件进行特殊的强化处理，以使塑料模具有较长的使用寿命。
1.2国内外相关发展状况
1.2.1国内发展状况
模具工业是国民经济发展的重要基础工业，也是一个国家加工工业发展的重要标志。
近年来，我国模具工业的技术水平取得了长足的发展。
当前，国内已经能生产精度达2微米的的精密多工位级进模，工位数最多已达160个，使用寿命
1－2亿次，大型模具、精密塑料模具和部分汽车覆盖模具都已经达到了很高的水平。
现在，我国模具生产厂点约有3万多家，从业人数80多万人。
“十五”期间，模具年平均增长速度达到20％左右，20XX年模具销售额达650亿元，同比增长25％；模具出口7.4亿美元，比20XX年的4.9亿美元增长约50％，均居世界前列。
在模具工业的总产值中，冲压模具约占50％，塑料模具约占33％，压铸模具约占6％，其它各类模具约占11％。
但是，由于创新能力弱，行业关键技术难以突破，使得我国模具行业长期以来面临着“低端竞争、高端进口”的尴尬局面。
为了适应市场对模具制造的短交货期、高精度、低成本的迫切要求，模具越来越向着大型化、高精度化、多功能复合模具化等方向发展。
热流道模具、气辅模具等先进的模具加工技术也将在塑料模具中得到更广泛的应用。
标准件的广泛应用，将极大的影响模具制造周期，提高模具的质量，并降低模具的制造成本。
模具技术含量的不断提高，将使中高档模具比例不断增大，产品的机构调整将引发模具市场走势不断变化。
1.2.2国外发展状况
高新技术在欧美模具企业得到广泛应用，欧美许多模具企业的生产技术水平，在国际上是一流的。
将高新技术应用于模具的设计与制造，已成为快速制造优质模具的有力保证。
a.CAD/CAE/CAM的广泛应用，显示了用信息技术带动和提升模具工业的优越性。
在欧美，CAD/CAE/CAM已成为模具企业普通应用的技术。
b.为了缩短制模周期、提高市场竞争力，普遍采用高速切削加工技术。
c.快速成型技术与快速制模技术获得普遍应用。
目前，国外注射成型技术的发展迅速，精密注射成型、注射成型中的计算机技术的广泛应用，以及全电动注射剂、两板式注射机、无拉杆注射机、电磁动态化注射机、低压注射成型、高速注射成型、复合注射成型、超级小精密注射成型等技术的研发及应用，都大大提高了国外模具的生产和制造水平。
1.3塑料模具发展走势
a.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例
b.在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。
c.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。
采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源。
气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。
另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射
压缩成型工艺与模具也非常重要。
d.新的塑料成型工艺和快速经济模具。
e.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。
首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种。
f.应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。
g.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。
采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。
本次中主要应用了先进的CAD软件和Pro/E软件。
其中Pro/E主要用于模具成型零件的3D设计，并向2D设计人员提供制品的其它有关参数，如投影面积，体积等，以优化模具设计，使模具结构更加合理。
我这次的的主要内容是模具结构，在中，对于由CAD软件和Pro/E软件完成的内容将直接说明，不作具体说明。
2塑件材料分析与方案论证
2.1塑件的工艺分析
2.1.1塑件的材料
此塑件的材料为尼龙。
2.1.2尼龙的基本特性
聚酰胺PA，PA的外观为透明或不透明乳白或淡黃的粒料，表观角质、坚硬，制品表面有光泽。
其密度为1.02～1.15
，吸水率为0.3%～9.0%。
a.聚酰胺的力学性能。
PA在室温下的拉伸强度和冲击强度都较高，但冲击强度不如聚碳酸酯和聚甲醛高；随温度和温度的升高，拉伸强度急剧下降，而冲击强度则明显提高。
玻璃纤维增强PA的强度受温度的影响小。
b.聚酰胺的热性能。
PA的熔融温度范围窄，具有较明晰的熔点，通常在180～280℃之间，随着品种和结构的不同而异。
PA的熔点虽然较高，但长期使用温度却不高，一般不宜超过80℃左右。
或在100℃以上的温度下长期与氧接触会引起其表面缓慢热氧降解，使制品逐渐呈现褐色，丧失使用性能。
PA的线胀系数为金属的5～7倍。
c.聚酰胺的化学性能。
PA在室温下耐稀酸、弱碱和大多数盐类，但强酸，较高浓度的酸及强氧化剂会使其明显受到侵蚀，在较高温度下发生破坏。
d.聚酰胺的电性能。
各种PA的电性能在干态时基本相同，具有较高的电限值，但随着温度和缩水率的增加有明显降低。
介电常数与此相反，随吸水率的增加而增大。
因此，PA不适宜作高温（高于80℃）和高温湿度场合的电绝缘材料。
2.1.3尼龙的成型特点
PA的耐候性一般，制品在室内或不受阳光照射的地方使用，其性能随时间的延长变化不大，但直接暴露在大气中或在热氧条件下选用则易于老化，导致制品表面变色，力学性能下降。
一般加入炭黑、胺类和酚类稳定剂后明显提高其耐候性。
2.1.4尼龙的主要用途
通过注射成型可以制得各种形状复杂、尺寸精度高的PA制品。
由于其品种较多，各类注射制品在材料选择上既要注意其共性，又要了解各种品种的特性，根据实际使用环境和条件进行选用。
作为耐磨和自润滑材料，PA齿轮在各方面
得到了广泛应用，而各种PA齿轮的性能不同，具有各自的应用范围。
如PA-6较6齿轮具有较高的力学强度和刚性，优良的耐磨性、自润滑性、耐疲劳性及耐热性稍低于PA-66，但是，它的吸水率低，具有较好的尺寸稳定性，湿度波动大，无润滑或少润滑的条件下使用。
除制造齿轮外，还可用来制作轴承、轴瓦、凸轮、滑块、滑轮等耐磨件。
2.1.5尼龙的注射成型工艺参数
密度（g/cm3）：
1.02～1.15；
吸水率（%）（24h）：
0.3%～9.0%
收缩率（%）：
1.5～2.2；
热变性温度/℃：
80
拉伸强度（MPa）：
65；
弯曲强度（MPa）：
98；
弹性模量（MPa）：
；
冲击强度：
无缺口，不断；
适用注塑机类型：
螺杆式、柱塞式均可。
2.2塑件的成型工艺
塑料的种类很多，其成型的方法也很多，有注射成型、压缩成型、压注成型、挤出成型、气动与液压成型、泡沫塑料的成型等。
其中前四种方法最为常用。
本塑件的成型采用注射成型。
注射成型又称为注射模塑，是热塑性塑料制件的一种主要成型方法，除个别热塑性塑料外，几乎所有热塑性塑料都可用此方法成型。
近年来，注射成型已成功的用来成型某些热固性塑件。
注射成型所用的设备是注塑机。
目前注塑机的种类很多，但普遍采用的是柱塞式注塑机和螺杆式注塑机。
2.2.1注射成型的原理
注射成型的原理是将颗粒状态或粉状塑料从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔融塑化成为粘流态熔体，在注射剂柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过喷嘴注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件，这样就完成了一次工作循环。
如图2.1所示。
[2]
图2.1注射成型工作循环
2.2.2注射成型的工艺过程
注射成型工业过程包括：
成型前的准备、注射成型过程以及塑件的后处理三个阶段。
a.成型前的准备为确保注射过程顺利进行和保证质量，应对所用设备和塑料进行一下准备工作：
（1）成型前对原料的预处理根据各种塑料的特性及供料状况，一般在成型前对原料进行外观和工艺性能检验。
如果来料为粉料，则有时还需进行捏合、塑炼、造料等操作。
（2）料筒的清洗在注射成型前，如果料筒内残余塑料与将要使用的塑料不一致以及需要调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对料筒进行清洗或更换。
（3）螺杆式注nbm射机通常是直接换料清洗为节省时间和原料，换料清洗应根据塑料的热稳定性成型温度范围及各种塑料之间的相容性的因素采用正确的清洗步骤。
当新料的成型温度高预料筒内存料的成型温度时，先将料筒温度升至新料的最低成型温度，然后加入新料，并连续“对空注射”，直至全部存料清洗完毕，在调整料筒温度进行正常生产。
当新料成型温度比存料成型温度低，则先将料筒温度升高到存料最好的流动温度后切断电源，用新料在降温下进行清洗。
当新料与存料成型温度相近时，则不必变更温度，直接清洗即可。
（4）脱模剂的使用脱模剂是使塑件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。
常用的脱模剂有硬脂酸锌液体石蜡和硅油等。
b.注射成型过程注射过程是塑料转变为塑件的主要阶段。
它包括加料、塑化、加压、注射、保压、冷却定型和脱模等步骤。
（1）加料由注射剂料斗落入一定量的塑料，以保证操作稳定、塑料塑化均匀，最终获得良好的塑件。
通常其加料量由注射机装置来控制。
（2）塑化塑化是指塑料在料筒内经加热达到熔融流动状态，并具有良好的塑性的全过程。
（3）加压注射注射机用柱塞或螺杆推动具有流动性和温度均匀的塑料熔体，从料筒中经过喷嘴、浇注系统直至注入模腔。
（4）保压保压是自注射结束到柱塞或螺杆开始后移的这段过程，即压实工序。
保压的目的一方面是防止注射压力解除后，如果浇口尚未冻结，发生型腔中熔料通过浇口流向浇注系统，导致熔体倒流；另一方面则是当型腔内熔体冷却收缩时，继续保持施压状态的柱塞或螺杆可迫使浇口附近的熔料不断补充进模具中，使型腔中塑料能成型出形状完整而致密的塑件。
（5）冷却定型当浇注系统的塑料已经冷却凝固，继续保压已不再需要，此时可退回柱塞或螺杆，同时通入冷却水或空气等冷却介质，对模具进一步冷却，这一阶段称冷却定型。
（6）脱模塑件冷却到一定温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外。
C.塑料的后处理塑件经注射成型后，除去浇口凝料，修饰浇口处余料及飞边毛刺外，常需要进行适当的后处理，借以改善和提高塑件的性能，塑件的后处理主要指退火和调湿处理。
（1）退火处理退火处理是使塑件在定温的加热液体介质（如热水甘油和液体石蜡）或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却的过程。
其目的在于减少由于塑件在料筒塑化不均匀或在型腔内冷却速度不一致，而形成内应力，这在生产厚壁或带有金属镶件得塑件时尤为重要。
（2）调湿处理将刚脱模的塑件放在热水中进行处理，以隔绝空气，防止塑件氧化而变色，同时，加快达到吸湿平衡的一种处理方法。
2.2.3注射成型工艺参数
对于一定的塑件，当选择了适当的塑料品种、成型方法及设备，设计了合理的成型工艺过程及模具结构之后，在生产中，工艺条件（参数）的选择及控制就是保证成型顺利进行和塑件质量的关键。
注射成型最主要的工艺参数是塑化流动和冷却的温度、压力，以及相应的各个作用时间。
a.温度注射成型过程需控制的温度有料筒温度、喷嘴温度、模具温度等。
前两种温度主要影响塑料的塑化和流动；而后一种温度主要影响塑料的充模和冷却定型。
b.压力注塑成型过程中的压力包括塑化压力和注射压力。
它们关系到塑化和成型的质量。
c.时间（成型周期）完成一次注射成型所需要的时间，称为成型周期。
它是决定注射成型生产率及塑件质量的一项重要因素。
2.2.4注塑模的机构组成
注射模具包括动模和定模两部分，动模安装在注射机的移动模板上，定模安装在注射机的固定模板上。
注射时动模与定模闭合，构成型腔和浇注系统，开模时动模与定模分离，以便取出塑料制品。
根据模具中各个部件所起的作用，可将模具分为以下几个基本组成部分：
a.成型零部件主要用来决定制品的几何形状和尺寸，如凸模决定制品的内形，而凹模决定制品的外形，通常由凸模、凹模、型芯和成形杆、镶块等构成。
b.合模导向机构主要用来保证动模和定模两大部份或模具中其它零部件（如凸模和凹模）之间的准确对和，以保证制品形状和尺寸的精确度，并避免模具中各种零件发生碰撞和干涉。
c.浇注系统是将注射机射出的塑料熔体引向闭合模腔的通道，对熔体充模时的流动特性以及注射成型质量都具有重要影响。
由主浇道、分流道、浇口及冷料穴等组成。
d.顶出机构在开模过程中，将塑件从模腔的型芯上顶出脱落机构，有顶杆、固定板、导向零件等组成。
e.温度调节系统凸模和凹模上开有加热及冷却孔，从安放加热元件和通冷却介质起到调节模具温度，使模具保持工艺要求温度下进行正常生产、提高生产效率等。
f.排气系统注射模中设置排气结构是为了在塑料熔体充模过程中排除模腔中的空气和塑料本身挥发出的各种气体，以避免他们造成缺陷。
排气结构即可以是排气槽，也可以是模腔附近的一些配合间隙。
g.支承零部件这类零部件在注射模中用来安装固定或支承成型零部件等上述七种功能结构，将支承零部件组装在一起，可以构成模具的基本骨架。
2.3方案论证
此次设计的塑料模具的塑件图如图2.2所示。
a、导管二维图
b、导管三维图
图2.2导管
方案一：
采用单分型面，直浇道，侧浇口，一模两腔。
采用侧浇口，模具结构简单。
方案二：
采用双分型面，直浇道，点浇口，一模两腔。
浇口采用点浇口，点浇口尺寸小，冷凝快，成型周期快，点浇口塑件一般不需要修正工序，因而省去了修正工序，生产率高。
而且点浇口在塑件上留下的痕迹小，使塑件表面质量得到了提高。
方案一：
采用单分型面,侧浇口，虽然模具设计结构比较简单，但是塑件容易产生变形或者破坏。
同时采用直接浇口，需要专门去除浇注系统产生的凝料。
方案二采用双分型面，点浇口，可以自动去除浇注系统中的凝料，大大提高生产效率。
经过以上两种方案综合比较，决定采用第二种方案，其模具结构草图如图2.3所示。
图2.3导管的模具结构草图
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