斜三通注塑模毕业设计End.docx

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斜三通注塑模毕业设计End

斜三通注塑模毕业设计

摘要：

本设计主要是斜三通管的注射模具设计。

通过对塑件进行工艺的分析及其结构分析，从产品结构工艺性,具体模具结构出发,对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、注射机的选择及有关参数的校核都有详细的设计。

介绍了斜三通管注塑模具的结构组成及工作原理。

该模具一模一腔,采用斜导柱和侧滑块抽芯机构,结构合理,运行可靠。

通过模具设计表明该模具能达到斜三通管的质量和加工工艺要求。

关键词：

斜三通；注塑模具；注射机；侧型芯滑块；斜导柱

InjectionMoldDesignofDiagonalTeeConnector

Zhangming

Abstract：

ThisdesignmainlyappliestoinjectionmoldofDiagonalTeeConnector.

Itanalyzestheprocessandstructurethroughplasticparts.Itgivesdetaileddesignontheinjectionsystemofmolds,thestructureofmoldingpart,push-offsystem,selectionofinjectorfromtheperspectivesofproductworkmanshipandspecificmoldstructure.Themouldfeaturesasonemouldwithonecavity,adoptingslantedguidepillarsidecore-pullingmechanisms,reasonablestructureandreliableworking.ItistoprovethemoldcansatisfythequalityandprocessrequirementsoftheDiagonalTeeConnectorthroughthedesign.

Keyword：

DiagonalTeeConnector；plasticinjectionmould；plasticinjectionmouldmachine；Slidecore-slide；slantedguidepillar

一、注塑成型概述………………………………………………………………1

二、塑件成型工艺的可行性分析……………………………………………….3

2.1塑件分析………………………………………………………………..3

2.2塑件的原材料分析…………………………………………………………3

2.3成型工艺分析如下…………………………………………………………4

三、注射成型机的选择与成型腔数的确定……………………………………5

3.1注射成型机的选择…………………………………………………………5

3.2注塑机的校核………………………………………………………………5

3.3成型腔数的确定……………………………………………………………6

四、浇注系统的设计……………………………………………………………7

4.1浇注系统的作用…………………………………………………………7

4.2浇注系统的组成……………………………………………………………8

4.3主流道设计…………………………………………………………………8

4.4主流道剪切速率校核………………………………………………………9

五、成型零件结构设计…………………………………………………………9

5.1分型面的设计……………………………………………………………9

5.2型腔的分布………………………………………………………………10

5.3凹模的结构设计…………………………………………………………10

5.4凸模的结构设计………………………………………………………….10

5.5成型零件工作尺寸的计算……………………………………………….11

5.6模具成型零件的工作尺寸计算…………………………………………12

六、排气系统的设计……………………………………………………………15

6.1排气不良的危害……………………………………………………………15

6.2排气系统的设计方法………………………………………………………15

七、导向与脱模机构的设计……………………………………………………15

7.1导向机构的作用和设计原则………………………………………………15

7.2导柱、导套的设计…………………………………………………………16

7.3脱模机构的确定……………………………………………………………17

7.4推板导柱导套的结构设计…………………………………………………20

八、侧向分型与抽芯机构的设计…………………………………………………20

8.1斜导柱抽芯机构设计原则…………………………………………………20

8.2抽芯机构的确定……………………………………………………………21

8.3斜导柱抽芯机构的有关参数计算…………………………………………21

8.4滑块的设计…………………………………………………………………25

8.5导滑槽的设计………………………………………………………………25

8.7楔紧块………………………………………………………………………27

九、冷却系统设计………………………………………………………………28

9.1冷却系统的设计原则………………………………………………………28

9.2温度调节对塑件质量的影响………………………………………………28

9.3对温度调节系统的要求……………………………………………………28

9.4冷却装置的设计要点………………………………………………………28

9.5冷却系统设计计算…………………………………………………………29

十、其它结构零部件的设计……………………………………………………31

十一、模具安装和试模……………………………………………………………32

十二模具的总装图和工作原理…………………………………………………32

十三、小结…………………………………………………………………………33

注释和参考文献……………………………………………………………………34

谢辞…………………………………………………………………………………35

一、注塑成型概述

近年来，随着我国经济的腾飞，塑料成型加工机械和成型模具发展十分迅速，高效，自动化，大型，微型，精密，高寿命的模具在整个模具行业中所占的比例越来越大。

我国大型、复杂、精密、高效和长寿命模具又上了一个新台阶，不少种类模具已能替代进口模具，模具CAD/CAM技术得到了较快推广应用并取得了良好效果，快速成形制造技术和设备有了长足发展并已开始进入实用推广阶段，高速铣等新一代制造技术已被人们重视并开始应用。

从模具使用角度来说，要求高效，自动化，操作简便；从模具制造角度，要求结构合理，制造容易，低成本。

现代塑料制品生产中，合理的加工工艺，高效的设备，先进的模具是必不可少的三项重要因素。

模具与其他机械产品比较，一个重要特点就是技术含量高、净产值比重大。

随着化工、轻工产业的快速发展，我国的模具工业近年来一直以每年13％～15％左右的增长速度高速发展，而各行业对模具的要求也越来越高。

面对市场的变化，有着高技术含量的模具正在市场上崭露头角。

随着工业发展，工业产品的品种、数量越来越多；对产品质量和外观的要求，更是日趋精美，华气。

因此，结合中国具体情况，学习国外模具工业建设和模具生产的经验，宣传、推行科学合理化的模具生产，才能推进模具技术的进步。

注塑成型是热塑性塑料制件最重要的加工方法。

用此方法加工成型的塑料制件，其品种与样式之多是其他成型方法无可比拟的。

起过程是借助与螺杆的推力，将已塑化的塑料熔体注入闭合的模具型腔内，经冷却固化定型后开模得到塑件。

因此，构成注塑成型的三个必要条件：

一是塑件必须以熔融状态进入模腔；二是塑料溶体必须要有足够的压力和流速，以确保及时的充满整个模腔的各个角落；三是需有符合制件形状和尺寸并满足成型工艺的要求的模具。

注塑成型技术与其他成型技术相比较有其独特的优势，表现在以下几个方面：

其一是成型物料的熔融塑化和流动造型是分别是在塑料筒和模腔两处进行，模具可以始终处于是溶体很快冷凝或交联固化的状态，从而有利于缩短成型周期；其二是先锁紧模具然后才将塑料溶体注入，加之具有良好的流动性的溶体对模腔的磨损很小，因而可以用一套模具大批量成型复杂零件，表面图形与标记清晰和尺寸精度较高的制品；其三是成型过程的合模、加料、塑化、注塑、启模和顶出制品等全部成型操作均由注塑机自动完成，从而使注塑工艺容易全自动化和实现程序控制。

但我们也要看到注塑成型的不足之处，由于冷却条件的限制，很难用这种技术制的无缺陷、壁厚的变化又较大的热塑性塑料制品，另外由于注塑机和注塑模具的造价很高，成型设备的启始投资较大，所以注塑技术不适合于小批量制品的生产。

注塑成型又称注射模塑或注射成型，是热塑性塑料制品成型的一种重要方法。

除极少数几种热塑性塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型塑件。

注塑成型可以成型各种形状、满足众多要求的塑料制件。

注塑成型已经成功地运用于某些热固性塑料制件、甚至橡胶制品的工业生产中。

注塑成型的过程是，将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送入加热的料筒，经加热塑化成熔融状态，由螺杆（或柱塞）施加压力而通过料筒底部的喷嘴注入低温的、闭合的模具型腔中，经冷却硬化而保持模腔所赋予的形样，开模取得所注塑成型塑件，在操作上完成了一个周期。

注塑成型是塑料模塑成型的一种重要方法，生产中已有广泛的应用。

它具有以下几方面的特点：

①成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸准确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。

②对成型各种塑料的适应性强。

目前，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型，某些热固性塑料也可以采用注塑成型。

③生产效率高，易于实现自动化生产。

④注塑成型所需设备昂贵，模具结构比较复杂，制造成本高，所以注塑成型特别适合大批量生产。

二、塑件成型工艺的可行性分析

2.1塑件分析

图2.1塑件三维图图2.2塑件尺寸

三通管工件如图所示，它是一种常见的塑料工件，广泛应用与建筑行业，由于塑件材料为聚氯乙烯，模具浇注系统应粗短，进料口截面宜大，溶料流程不易长，因此采用直接浇口。

根据该塑件的结构特点，模具设计为上下开模，三向侧抽芯，由滑块上的型芯成型。

为了使模具与注射机相匹配以提高生产力和经济性、保证塑件精度，并考虑模具设计时应合理确定型腔数目，该模具选择一次开模及一模一腔[1]。

2.2塑件的原材料分析

该塑件的原材料为硬聚氯乙烯（U-PVC）,其价格便宜,应用广泛．由于聚氯乙烯的化学稳定性高，所以可用于制作防腐管道，管件，输油管，离心泵和鼓风机等．聚氯乙烯硬板广泛用于化学工业上制作各种贮槽的衬里，建筑物的瓦楞板，门窗结构，墙壁装饰物等建筑用材．

基本特性：

聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末，是线型结构，非结晶型的高聚物，其可溶性和可熔性较差，加热后塑性也很差，故纯聚氯乙烯不能直接用作塑料，一般都应加入添加剂．在聚氯乙烯树脂中加入少量的增塑剂，可制成硬质聚氯乙烯，而软质聚氯乙烯树脂中则含有较多的增塑剂，起塑性，流动性比硬质聚氯乙烯好．纯聚氯乙烯．加入了增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度范围一般为1.2～1.5g/cm3．

成型特点：

聚氯乙烯成型性能较差，又是热敏性塑料，在成型温度下容易分解放出氯化氢．因此，在成型时，必须加入稳定剂和润滑剂并严格控制温度及溶体的滞留时间．应采用带预塑化装置的螺杆式注射成型．模具浇注系统也应粗短，进料口截面宜大，模具应有冷却装置．

硬聚氯乙烯U-PVC物理性能和成型参数[3]

密度/g·cm-31.15－2.00

收缩率/%0.2－0.4

熔点/℃140

变形温度/℃60－70

模具温度/℃30－60

喷嘴温度/℃170－190

中段温度/℃165－180

后段温度/℃160－170

注射压力/Mpa80－130

注射时间/s15－60

高压时间/s0－5

冷却时间/s15－60

总周期/s40－130

查阅相关资料确定本模具的注射参数如下：

模具温度：

40℃模具温度范围：

20℃-70℃

熔体温度：

190℃

定出温度：

75℃

最大注射压力：

120MPa

注射时间：

1.5s

2.3成型工艺分析如下

2.31精度等级

影响塑件精度的因素很多，塑料的收缩、注塑成型条件（时间、压力、温度）等，塑件形状、模具结构（浇口、分型面的选择），飞边、斜度、模具的磨损等都直接影响制品的精度。

按GB/T14486----1993标准，塑料件尺寸精度分为7级，本塑件精度取MT5级[1]。

2.32脱模斜度

由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脱出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。

为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面，设计足够的脱模斜度。

制品上内孔深度较深,为便于脱模,应设计足够的脱模斜度,否则会发生脱模困难，本设计内孔脱模斜度都为0.8°[4]。

三、注射成型机的选择与成型腔数的确定

3.1注射成型机的选择

3.1.1估算零件体积和投影面积。

用Pro/e建模分析知塑件体积为体积：

V=491.34cm3，单侧投影面积为：

A=46663mm3，由于此模具浇注系统采用直接浇口，其浇注系统凝料较小，估算浇注系统的体积为10cm3，所以可地一次总的注射量约为500cm3。

3.12锁模力

计算其所需锁模力为：

F锁=A·P型=46663×45Mp=2099.8KN（3.1）

3.13选择注射机及注射机的主要参数

查《塑料模具设计手册》P15，可知PVC的注射压力为100-150MP，宜用螺杆式注射机，螺杆带止回环，喷嘴宜用自锁式。

初选SZ-800/3200型。

其主要参数如下[2]：

型号：

SZ—800/3200

螺杆直径：

ø67mm

最大理论注射量：

840cm3

注射压力：

150MPa

最大模具厚度：

650mm最小模具厚度：

300mm

拉杆间距：

750×750mm

合模力：

3200KN

移模行程：

550mm

喷嘴圆弧半径：

20mm喷嘴孔径：

ø4mm

定位孔直径：

ø150mm

注射机顶出杆孔径：

ø100mm

3.2注塑机的校核

（1）最大注塑量效核材料的利用率为500/840=0.60，符合注塑机利用率在0.3～0.80的要求。

（2）注射压力的效核所选注塑机的注塑压力需大于成型塑件所需的注射压力，UPVC塑件的注塑压力一般要求为100～150MPa，所以该注塑机的注塑压力符合条件。

（3）锁模力效核高压塑料熔体充满型腔时，会产生使模具沿分形面分开的胀模力，此力的大小等于塑件和流道系统在分形面上的投影等于型腔压力的成积。

胀模力必须小于注塑机额定锁模力。

型腔压力Pc可按下式粗略计算：

Pc=kP（MPa）（3.2）

式中：

Pc为型腔压力，MPa；

P为注射压力，MPa；

K为压力损耗系数，通常在0.25～0.5范围内选取。

所以，Pc=KP=0.37×120=45MPa，型腔压力决定后，可按下式校核注塑机的额定锁模力：

T>KPcA（3.3）

式中：

T为注塑机的额定锁模力，KN；

A为塑件和流道系统在分形面上的投影面积，mm2；

K为安全系数，通常取1.1～1.2；

KpcA=1.2×45×4.67×104=2522KN（3.4）

所以T=3200KN>KPcA成立，即该注塑机的锁模力符合要求。

3.3成型腔数的确定

以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%计算：

（3.5）

=1.3

式中：

N----型腔数

S----注射机的注射量（g）

W浇----浇注系统的重量（g）

W件----塑件重量（g）

因为，N=1.3<2

所以，此模具型腔为一模一腔结构合理。

四、浇注系统的设计

4.1浇注系统的作用

浇注系统是塑料熔体由注塑机喷嘴通向模具型腔的流动通道，因此它应能够顺利的引导熔体迅速有序地充满型腔各处，获得外观清晰，内在质量优良的塑件。

对浇注系统设计的具体要求是：

（1）对模腔的填充迅速有序；

（2）可同时充满各个型腔；

（3）对热量和压力损失较小；

（4）尽可能消耗较少的塑料；

（5）能够使型腔顺利排气；

（6）浇注道凝料容易与塑料分离或切除；

（7）不会使冷料进入型腔；

（8）浇口痕迹对塑料外观影响很小。

4.2浇注系统的组成

浇注系统组成是：

主流道、分流道、浇口、冷料井。

4.3主流道设计

主流道通常位于模具的入口处，其作用是将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。

其形状为圆锥形，以便于塑料熔体得流动及流道凝料的拔出。

热塑性塑料注塑成型用的主流道，由于要与高温塑料及喷嘴反复接，所以主流道常设计成可拆卸的主流道衬套[1]。

浇口套的尺寸设计要求：

（1）浇口套与注射机喷嘴接触处球面的圆弧度必须吻合。

设模具浇口套球面半径为R，注射机球面半径为r，其关系式如下：

R=r+0.5～1mm=20+1=21mm;（4.1）

（2）浇口套进口的直径d应比注射机喷嘴孔d1直径大0.5～2mm。

很据模具特点和设计要求浇口套的长度为146mm。

D=4+0.5=4.5mm（4.2）

（3）浇口套的形式如下，浇口锥度为3°，长度为146mm。

图4.1浇口套

（4）主流道衬套的固定

因为采用的有托浇口套，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。

定位圈也是标准件，外径为Φ150mm，内径Φ50mm。

具体固定形式如下图所示：

图4.2定位圈

（4）浇口设计

浇口是连接分流道和型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），是塑料熔体进入型腔的入口。

它是浇注系统的关键部分。

浇口的形状、数量、位置及尺寸对塑件的成型性能及成型质量影响很大。

合理选择浇口的位置是提高塑件质量的重要环节，浇口位置不同，也将直接影响模具的结构。

因为直接浇口被广泛采用且生产效率好，容易实现，尤其适用热敏性及高粘度材料，故浇口采用直接浇口。

其示意图如下[1]：

图4.3浇口形式

4.4主流道剪切速率校核

4.41估算主流道凝料体积：

Q塑件=

=4.8cm3（4.3）

4.42主流道剪切速率校核

由经验公式计算：

<5*103m/s-1（4.4）

式中：

qv=Q主+Q塑件=4.8+490=495cm3

（4.5）

五、成型零件结构设计

5.1分型面的设计

5.12分型面的分类

实际的模具结构基本上有三种情况：

A、型腔完全在动模一侧；

B、型腔完全在定模一侧；

C、型腔各有一部分在动定、模中。

5.13分型面的分类及选择原则

分型面的选择不仅关系到塑件的正常成型和脱模，而且设计末句结构和制造成本。

一般来说，分型面的总体选择原则有以下几条：

1）脱出塑件方便；

2）模具结构简单；

3）型腔排气顺利；

4）确保塑件质量；

5）无损塑件外观；

6）合理利用设备。

5.14分型面的确定

鉴于以上的要求，在该模具中分型面设在塑件截面尺寸最大的部位，如下图C-C截面位置。

图5.1分型面位置

5.2型腔的分布

模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、H形排列、直线排列、对称排列及复合排列等。

该模具涉及三侧面抽芯，结构较为复杂，综合考虑模具设计为一模一腔，模具位于模板上的位于中心位置。

5.3凹模的结构设计

凹模用于成型塑件的外表面，又称为阴模、型腔。

按其结构的不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和四壁镶嵌式5种。

总体上说，整体是强度、刚度好，但不适于复杂的型腔。

镶嵌式采用组合的模具结构，是复杂型腔加工相对容易，可避免采用同一材料，可利用拼接间隙排气，但刚度较差易于在塑件表面留下镶嵌块的拼接痕迹，模具结构复杂[5]。

由于该模具结构相对复杂，又属于中小型模具，外表面又要求一般，所以凹模板采用镶嵌式。

凹模嵌块的的结构形式如下：

图5.2凹模

5.4凸模的结构设计

凸模用于成型塑件的内表面，又称型芯、阳模。

凸模按结构分为整体式和镶拼组合式两类。

由于凸模的加工相对凹模容易，所以大多数的凸模是整体式的，尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一体，大、中型模具采用镶拼组合式。

由于该塑件是三向抽芯，两头大中间小，侧壁有孔，所以采用镶拼组合式型芯。

凸模的分割形式如下图[5]：

图5.3凸模

5.5成型零件工作尺寸的计算

设计模具时应该对成型零件的结构形式、计算尺寸、强度校核给以足够的重视。

该模具型腔和圆形型腔磨具类似，故可按圆形型腔近似计算[1]。

1.按刚度设计计算：

（5.1）

应使：

（5.2）

则

=

=54mm（5.3）

2.按强度条件计算：

（5.4）

应使：

（5.5）

则：

（5.6）

式中：

E——模具材料的弹性模量（Mpa），碳钢为2.1×105Mpa；

P——型腔压力（Mpa）；取45Mp

[δ]——刚度条件，即允许变形量（mm）为0.05mm

[σ]——模具材料的许用应力（Mpa）；为160Mp

r——型腔内径，r=68mm。

综上型腔厚度初选为70mm，但根据《塑料模具设计指导》[2]P108页“中小模架的选择”中的经验方法确定凹模嵌块的型腔壁厚为50mm，凹模板底部厚度为也50mm，故总的凹模壁厚为100mm，凹模板厚度为160mm。

5.6模具成型零件的工作尺寸计算

工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要包括：

凹模、凸模的径向尺寸（含长、宽尺寸）与高度尺寸，以及中心距尺寸等。

为了保证塑件质量，模具设计时必须根据塑件的尺寸与精度等级确定相应的成型零部件工作尺寸与精度。

其中影响模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下几个方面[7]：

1、成形收缩率：

在实际工作中，成形收缩率的波动很大，从而引起塑件尺寸的误差很大，塑件尺寸的变化值为

δs=（Smax-Smin）Ls（5.7）

式中：

δs为塑件收缩波动而引起的塑件尺寸误差（mm）；

Smax为塑料的最大收缩率（%）；

Smin为塑料的最小收缩率（%）；

Ls为塑件尺寸（mm）。

一般情况下，由收缩率波动而引起的塑件尺寸误差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以内。

2、模具成形零件的制造误差：

实践证明，如果模具的成形零件的制造误差在IT7～IT8级之间，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。

3、零件的磨损：

模具在使用过程中，由于种种原因会对型腔和型芯造成磨损，对于中小型塑件，模具的成形零件最大磨损应取塑件公差的1/6，而大型零件，应在1/6之下。

4、模具的配合间隙的误差：

模具的成形零件由于配合间隙的变化，会引起塑件的尺寸变化。

模具的配合间隙误差不应该影响成形零件的尺寸精度和位置精度。

综上所述，在模具型腔与