花洒注塑摸具设计Word格式文档下载.docx
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高低端塑料水杯产品的差价在10倍以上，对于产品质量的控制也要加强。
由此而造成对于一些中高档塑料模具供不应求。
同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
由于塑料零配件形状复杂、设计灵活，对模具材料、设计水平及加工设备均有较高要求，并不是人人都可以轻易涉足的。
专家认为，目前中国与国外水平相比还存在较大差距，眼前需尽快突破制约塑料模具产业发展的三大瓶颈：
一是加大塑料材料与注塑工艺的研发力度；
二是塑模企业应向园区发展，加快资源整合；
三是模具试模结果检验等工装水平必须尽快跟上，否则塑料模具发展将受到制约[1]。
1.2本课题研究的意义和价值
花洒的注塑模设计作为注塑模设计的一个典型，同时又有很大的实用价值，通过对它的研究对于提高模具设备的整体水平具有重要意义。
对模具设备的智能化、自动化、准确度、专业化都有着很大的意义。
而目前我国模具行业理论和实际应用与先进国家相比还有着一定的差距。
通过研究实验平台提高设备水平为理论研究和实际应用提供工具保障。
促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。
有利于理论与实践的双向发展。
同时通过本课题的研究为模具设计的更新换代和前进发展打下一定的基础。
同时在前人研究的基础上完成分形面、靠破孔、浇注冷却系统、抽芯机构、推出机构设计，使得本人具有综合运用多学科的理论、知识与技能，分析与解决工程问题的能力。
使得理论认识深化、知识领域扩展、专业技能延伸。
为以后的工作打下一定的基础。
1.3本课题的基本内容，预计解决的难题
本课题的基本内容
1、根据材料的特性及制品的结构对制件进行工艺分析，制定设计方案：
塑料花洒体积较大，在设计中应注意注射机选择和型腔数的确定，以免锁模力不够。
然后确定注射机型号及分型面，型腔排放位置、模具类型等。
2、进行模具设计：
根据计算确定模具各部分尺寸，选择分形面，设计浇注系统，选择模架和零件。
绘制模具装配图、零件图。
3.尽量优化设计方案，避免出现飞边、溢料等质量问题。
探讨一下塑料模CAD/CAM/CAE，了解计算机软件在模具设计中的应用。
1.3.2预计解决的难题
注塑成型的工艺参数的确定以及分型面、主流道、浇口、分流道、推杆、导柱、推板等部分的机械结构设计。
1.4课题的研究方法、技术路线
研究方法
要完成塑料花洒模具设计的各个方面，包括花洒外形的设计，注塑材料的选用，注塑机的选用，成型部分、浇注系统、结构零件、导向零件、紧固零件的模具设计，抽芯机构的设计。
避免设计时候的各种禁忌。
同时需要充分考虑各个部分间的关系，分配功能时既要充分体现各组成部分的优势，又要考虑到各组成部分工作时序上的协调。
技术路线
资料收集→总结整理→计算数据→初步设计画出草图→修改草图→计算机绘图→校核强度→设计必要的辅助机构→编写说明书→反馈与完成。
[2]
1.5研究工作条件和基础
1．经过三年半理论学习及实践，用于进行课题的基本素质。
具有一定的机械专业知识基础。
2．拥有的资料包括部分图纸、参考资料以及机械、模具、电气设计手册等。
3．查阅文献的能力设计能力，包括通过资料的整合进行装备设计的技能。
4．拥有电脑、打印机等基础设备和开放式实验室供学生使用进行辅助设计。
5．有丰富的工厂认识实习与生产实习的经验。
2塑件的工艺分析
2.1塑件成型工艺分析
该塑件是浴室用的花洒，上下两个部件通过螺纹旋合在一起，如图2-1、图2-2所示。
此产品材料为PS，收缩率为0.005，客户要求生产出的塑件表面光滑，不能有明显凹痕、气泡、飞边、喷痕擦伤等缺陷，易于装配，配合处应该严密布漏水。
图2-1花洒实物图
图2-2花洒零件图
2.2进胶方案分析
该塑件外结构简单，由曲面构成，两产品均有螺纹倒扣。
鉴于PS料的硬脆特性，不能直接脱模，主体部分的把柄处为筒状结构，需要油缸抽芯[3]。
产品在模具中的排位如图2-3所示。
图2-3产品排位图
该产品材料为聚苯乙烯，是以钟透明材料，分流不能为直流道，应采用如图2-4所示的圆形弯流道，避免塑料熔体直冲而形成流纹，影响产品外观[3]。
图2-4流道设计图
2.3拔模分析
为了方便塑件脱模，首先对塑件进行拔模分析，对未拔模的部分进行拔模处理。
由于花洒主体部分的基准面与产品分型方向成一定的角度，给产品调入分模档带来很多不便，为方便起见，调入分模档之前应为其建立新的基准面及坐标系。
运行拔模检测，如图2-5所示所示。
分别对两塑件进行拔模检测，仔细查看塑件各个部件是否拔模。
图2-5（a）手柄拔模检测图
图2-5（b）盖子拔模检测图
根据拔模检测结果发现螺纹产生倒扣，分模时将采取斜顶顶出机构，所以不会影响产品顶出，故无需拔模。
拔模有利于产品顺利脱出模具而不致变形，这是个重要工作，十分烦琐，尤其是塑件结构复杂，对产品进行拔模更不容易，需要仔细查看各部位的拔模情况，对未拔模部位进行拔模[4]。
2.4花洒原料（PS）成型特性与工艺参数分析
PS聚苯乙烯化学和物理特大多数商业用的PS都是透明的、非晶体材料。
PS具有非常好的几何稳定性、热稳定性、光学透过特性、电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向。
它能够抵抗水、稀释的无机酸，但能够被强氧化酸如浓硫酸所腐蚀，并且能够在一些有机溶剂中膨胀变形。
典型的收缩率在0.4~0.7%之间[5]。
注塑模干燥处理：
除非储存不当，通常不需要干燥处理。
如果需要干燥，建议干燥条件为80C、2~3小时。
熔化温度：
180~280C。
对于阻燃型材料其上限为250C。
模具温度：
40~50C。
注射压力：
200~600bar。
注射速度：
建议使用快速的注射速度。
流道和浇口:
可以使用所有常规类型的浇口。
典型用途产品包装，家庭用品（餐具、托盘等），电气（透明容器、光源散射器、绝缘薄膜等）[5]。
3注塑设备的选择
3.1注塑成型工艺简介
注射成型也称注塑，是塑料的一种重要成型方法。
除极少数几种热塑性塑料外，几乎所有的热塑性塑料部可用此法成型。
注射成型也能加工某些热固性塑料，如酚醛塑料等。
注射成型是将粒状或粉状塑料从注射成型机的料斗送入机简内加热熔融塑化后，在柱塞或螺杆加压下，物料被压缩并向前移动，通过机简前端的喷嘴，以很快的速度注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间的冷却定型后，开启模具即得制品。
这种成型方法是一种间歇式的操作过程。
注射成型周期从几秒钟到几分钟不等。
周期的长短取决于制品的壁厚、大小、形状、注射成型机的类型以及所采用的塑料品种和工艺条件等。
注射成型制品的重量从一克到几十公斤不等，视需要而定。
注射成型具有生产周期快、生产效率高、能成型形状复杂、尺寸精确或带微件的制品以及易于实现自动化等特点，因此广泛用于各种塑料制品的生产。
其成型制品占目前全部塑料制品的20～30％。
注射成型是一种比较先进的成型工艺，目前正继续向着高速化和自动化方向发展[6]。
3.2注塑成型工艺条件
对于一定的塑料制品，当选择了适当的塑料品种、成型方法及成型设备，设计了合理的成型工艺过程和塑料模结构之后，在生产中，工艺条件的选择和控制就是保证成型顺利和制品质量的关键。
注射成型的主要工艺条件是温度、压力和时间。
试模时可根据实际情况做适当调整。
3.3注塑机选择
注塑机基本参数
注塑机的技术规范:
类型,最大注射量,最大注射压力,最大锁模力、最大成型面积、最大最小模厚、最大开模引程、定注孔尺寸、嘴喷的球面半径、注射机动模板的顶出孔、机床模板安装螺钉孔或丁字槽的位置与尺寸。
1、类型：
卧式、立式、直角式。
2、最大注射量的选择：
注射机一次注射聚本乙烯的最大熔料的重量或容积的量为注射机公称注射量。
塑件十浇注流的总量=0.8公称注射量。
3、注射面积核定：
最大注射面积指模具分型面上允许的塑件最大投影面积.作用于该面积上的型腔总压力小于注射机[7]。
初选注塑机
a.计算塑件的体积
根据零件的三维模型，利用Pro/E软件可查询到塑件的体积为：
V1=21968.379+10609.397=22577.776mm3，浇注系统的体积：
V2=25%V1=5644.444mm3。
一次注射所需的塑料总体积为（一模一件）：
（V1+V2）/0.8=35277.775mm3=35.278。
b.计算塑件的质量
塑件与浇注系统的总质量：
M=ρV=g[5]
根据塑料制品的体积或质量，查书可选定注塑机型号为SZ-40/25,其基本参数如表3-1所示：
表3-1SX—ZY-40/25型柱塞式注射机的主要技术参数
序号
主要技术参数项目
参数数值
1
最大注射量（cm³
）
40
2
注射压力（MPa）
200
3
注塑速率（g/s）
50
4
塑化能力（Kg/h）
20
5
锁模力（KN）
2500
6
注塑机拉行间距（mm）
250×
250
7
顶出行程（mm）
55
8
最小模厚（mm）
130
9
最大模厚（mm）
220
10
模板行程（mm）
230
11
注塑机定位孔直径（mm）
12
喷嘴球半径（mm）
SR15
数据来源：
2008年《塑料成形模具设计技术手册[M].注塑机参数》
4花洒模具3D分模及成型零件设计
4.1建立分模档
建立分模档，就是建立一个新的分模文件，然后调入参照模型，再建立待分割的毛坯（工件）的一系列工作[8]。
把处理好的参照模型调入到分模档后，再放缩水及建立毛坯，如图4-1所示。
图4-1分模毛坯图
4.2分型面的设计
镶件分型面设计
为方便加工，两产品后模需要做镶件，绘制相应草图并拉伸合并，且花洒手柄后模镶件需要做出高度为5mm的挂台，最后用镶件主体分型面和挂台分型面进行合并，至此镶件分型面设计完毕，如图4-2所示。
斜顶分型面设计
花洒手柄处有分段内螺纹，该处需要做斜顶，选择草绘平面，并对草绘进行拉伸，拉伸出滑槽，拉伸后和斜顶主体进行合并，对相应位置进行倒圆角，圆角半径为1mm，倒圆角后的分型面和之前复制下的镶件主体分型面进行合并，做出最终的斜顶分型面，另一半只需镜像即可，如图4-3所示[9]。
图4-2镶件分型面设计图4-3斜顶分型面设计
滑块分型面设计
1．花洒盖子扣位滑块设计
花洒盖子旋合位置是全螺纹，花洒是长手柄空腔，需要做滑块抽芯，先对盖子全螺纹扣位进行设计，此处是对称的两部分，只需做出一半，然后镜像得到完整结构。
第一步先做滑块成型部分，在相应面进行草绘，草绘图形应保证完全覆盖花洒盖子的截面尺寸，这里我们分别取取如图4-4所示，并拉伸65mm（模仁的一半），对两侧面进行拔模，拔模角度为
；
第二步确定滑块的主体部分，滑块的滑槽设计，如图4-5所示，对称拉伸总距离为80mm，最后将之前所做的面组需要逐一进行合并，然后是设计滑槽，在现有图的基础上画出草图拉伸86mm（滑槽的尺寸宽为3mm，高为5mm）；
第三步是斜导柱部分的设计，也是滑块机构设计在3D分模的最后一步，在绘制斜导柱草图时要注意关键尺寸，均需为整数，然后进行拉伸曲面，合并曲面；
由于斜导柱常用规格为
，斜导柱斜度最大不超过
，最小不要小于
在这里我们选用的斜导柱直径为
，斜度为
，而又规定斜导柱与滑块中的导柱孔之间的最小间距为0.5mm[10]，所以最终我们将滑块主体部分除去一个直径为21mm的斜导柱孔，最后还需要进行倒半径2mm的圆角处理，另一半的滑块只需镜像即可，最后处理完成后的效果图如4-6所示。
图4-4滑块成型部分草图图4-5滑块主体部分草图
图4-6盖子扣位滑块设计
2．花洒手柄处长抽芯滑块设计
花洒手柄处长轴芯滑块设计很特殊，经过测量抽芯距离为163cm左右，由于塑料包紧力，此处抽芯力必然很大，所以此处我们使用油缸抽芯进行实现。
第一步是成型部分：
复制芯管的内表面并补上里面的破孔，处理分型面时，将突出的尖面和花洒手柄内表面进行合并以出去尖面，花洒手柄内表面我们用旋转的方法做出。
然后旋转做曲面，最后合并曲面。
第二步是做基台部分：
为了更好的封胶，增加成型部分和滑块之间的连接强度，在此做一个长度为20mm，拔模斜度为
的拔模基台。
第三步是滑块主体部分的设计，此处要连着油缸，尺寸应大一些，以保证完全覆盖基台，且工作的安全耐用，然后是滑块主体部分的滑槽设计，由于模具毛坯对应宽度为60.3mm，所以我们定抽芯滑块的宽度和高度均为70mm，长度为80mm，然后先草绘出T形块然后拉伸，对称拉伸长度为76mm（通常滑槽宽度为3mm，高度为5mm），最后还要将此滑槽分型面和滑块主体分型面进行合并，如图4-7所示，考虑到最后滑块有一部分进入模仁里面，会造成后模加工有一定的难度，所以此处设计时将模仁去除一块，外边界和滑块靠在一起，如图4-8所示[14]。
图4-7手柄长抽芯滑块图图4-8模拟抽芯装配草图
主分型面的设计
镶件、斜顶和滑块分型面设计完成后，就需要设计主分型面，将前、后模分开，该主分型面较为简单，选取模具中心面作为草绘面，进行草绘，然后拉伸做出主分型面[11]，如图4-9所示。
图4-9主分型面设计图
4.3分割、抽取模具体积块
分型面全部做完以后，即可分割模具。
分割的时候要注意顺序：
先分割产品内部，在分割产品外围。
即先分割内部镶件，再分割大分型面。
我们需要先分割有破孔的地方，然后斜顶、镶件，最后再用主分型面进行前后模分开。
具体步骤为：
1.分割破孔处；
2.分割斜顶；
3.分割后模镶件；
4.分割滑块；
5.分割模仁多余的体积块；
6.分割大分型面；
最后利用Pro/E抽取模具成型部分的体积块[12]。
最终抽取后的模具前、后模及各个零件如图4-10所示。
（a）手柄侧抽内芯（b）滑块
（c）镶件（d）斜顶
（e）后模（f）前模
图4-10分割体积块
4.4分模后处理
分完模之后，还要逐个零件仔细检查，运用拔模检测看看是否有倒扣，镶件的挂台是否做避空，加工基准角有没有做等。
先做基准及镶件避空，为利于加工及装配，前、后模仁需做个基准角，大小为
此外该模具有两处镶件，但只有一处需做1mm的避空。
然后对抽取完成后的滑块进行后处理，把滑块的主体部分也做出来，用之前的主体分型面曲面进行实体化，然后和滑块进行合并。
最终可得到的分模结构如图4-11所示。
图4-11总体分模结构图
5花洒模具2D排位
5.1镜像、做产品基准、放缩水
对产品前、后面视图进行镜像，镜像后删除对应视图上下不应出现的线条作为排位所需的前、后模视图。
注意剖视图无需做镜像，完成镜像任务后，选择产品的中心，特殊部位做中心线作为产品的基准，以方便排位。
然后把产品各个视图做成块，注意也要讲整个块归入产品层然后再放缩水，全部做完以后，要在图上打入标以示区分[8]。
如图5-1所示。
图5-1零件放缩水图
5.2定模仁、调模架
绘制水平和垂直构造线，以其交点为模具坐标中心。
然后以产品各个视图的基准为基点进行排位。
注意：
由于流道采用环形进胶，所以两产品之间的距离约为40mm，注意：
两产品的中心距如果不是整数，则微调一下产品的位置，使其为整数。
至于模仁的尺寸，按产品单边取30mm，如果此时不能保证尺寸为整数，则可微调一下尺寸，保证为整数即可。
模仁尺寸设计的估算规则通常为：
（1）产品最外边到模仁侧面的距离不小于15mm，通常取30mm。
产品与产品的距离，若无流道，则常取10mm以上；
若有流道，则常取30mm以上。
然后根据这些尺寸，可算出模仁产品的总长和总宽值。
（2）产品顶端至定模仁底面的距离大于10mm，常取25mm以上。
（3）产品底端到动模仁底面的距离大于15mm，常取30mm以上。
注意要在模仁上打上基准角所图5-2所示，以便装配。
则前模仁底面的距离取30mm左右，后模仁底面至产品的距离取80mm左右，并注意要使得模仁厚度为整数，最终分别确定尺寸，方便加工装配[13]。
分别如图5-2、图5-3所示。
图5-2前、后模仁图
图5-3前、后模仁视图
模架的尺寸参数通常采用的规则为：
（1）模仁边沿到模板边沿之间的距离不小于35mm，常取50mm以上。
（2）定模仁底面到定模板之间的距离不小于20mm，常取30mm以上。
定模仁镶入到定模板里面的厚度不得超过定模板厚度的
。
（3）动模仁底面到动模板底面之间的距离不小于30mm，常取35mm以上。
动模仁嵌入到模板里面的厚度不得超过定模板厚度的
（4）顶出行程=产品总高度+（10~20）mm的最小安全量。
（5）C板高度=顶出行程+上、下顶出板厚度（一般取40~45mm）+垃圾钉厚度（一般取5mm）[10]。
最终模架的尺寸可按模仁的单边取50mm来计算，其中厚度尺寸，前模仁加上30mm，后模仁加50mm。
本套模具，模仁尺寸为130mm
390mm，单边加50mm后，变为
前模仁厚度为55mm，则A板可取80mm；
后模仁厚度为90mm，则B板可取130mm。
根据以上数据，可调用模架3550，也可以通过量取模仁X，Y来确定模架的大小。
在“模具标准件”中选择模胚工具，在弹出的模胚工具框中，按要求设置如图5-4参数。
设置好参数后，最终调入的模架如图5-5所示。
图5-4调用标准模坯参数设置
图5-5标准模坯图
5.3镶件结构设计及装配模仁
镶件结构设计
将分模时拆分好的镶件3D模型通过Pro/E转图过来，然后复制到CAD途中的相对应位置，也可直接在CAD中画出来。
盖子镶件采用螺钉固定；
手柄头部镶件要做挂台。
装配模仁
装配模仁就是将已经设计好的前模、后模仁移动到模架合适的位置，这是进行模具设计的前提条件，装配模仁的步骤如下：
1.移动复位杆，因为复位杆是在模架主视图中显示，而主视图通常需要做顶出系统，为了方便看图，可将复位杆移到左视图中，移动时要测量一下复位杆中心到模仁边的距离，以作参考。
2.装配模仁，把动、定模仁分别调入模架中的相应位置，装配完毕后如图5-6所示。
3.模仁避空，在模板上对应于模仁四角位置做避空角。
4.锁螺钉，用10M的螺钉，分别在前、后模六个位置锁紧，后模右下角两个螺钉的位置应向模具中心偏移28mm。
图5-6装配草图
5.4浇注系统设计
浇注系统是指塑料熔体自注射机的喷嘴射出后到达入模具的型腔以前在模具内所流径的一段路程的总称,浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道浇注系统两大类。
浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良的性能和理想外观的塑料之间以及最佳的成型效率有直接影响，是模具设计工作者十分重视的技术问题。
普通浇注系统主要是由主流道、分流道、浇口、冷料井和排气槽或溢流槽等部分组成。
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