三通头注射模具设计.docx

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三通头注射模具设计

摘要

本文介绍了注射模具的特点及发展趋势，叙述了三通头注射模具设计与计算的详细过程，介绍了该塑件的成型工艺、注射模具的结构特点与工作过程,阐述了在注射模设计中应注意的事项。

在对三通头的模具设计过程中，本设计主要设计要点如下：

塑件的设计比较的合理；分型面的选择有利于塑件成型；脱模机构的设计不但结构简单，而且脱模动作稳定可靠；进浇口的选择不影响塑件外观，而且保证塑件充填均匀；冷却水道的设计使模具效率达到最高，保证塑件质量要求；在设计的过程中借用分析软件如CAD等使设计更合理、更有效；大量使用标准件，使模具制作成本大大降低；本模具设计最关键的一点就是设计已达到实际生产的要求。

关键词三通头，注射模，分型面，滑块，侧抽芯，脱模机构。

PVCtract

Thecharacteristicsanddevelopmentsofinjectionmouldwereintroducedinthispaper.Thedesigningandcalculatingofinjectionmouldforthebackofelectronicclockwerestatedindetail.Theformingprocessoftheproductandthestructurecharacteristicsaswellasworkingprocessoftheinjectionmouldwereintroduced.Thepointsmustbepaidattentiontointhedesignoftheinjectionmouldforthepartwithlifterswerestated.Intheprocessofthedesigningoftheinjectinonmouldforelectronicclockreceiver,peopleshouldpayattentiontoseveralsuggestions:

theplasticshouldbedesignedasreasonableaspossible.Theselectionofthesub-typepartsarebenificial tomoldthepartsofplastic.Thedesignofthe structureofdrawingofpatternisnotonlysimplebutalsothemovementshouldbestableandreliable.TheselectionofJinrunnershouldensuretofilltheplasticequallyundertheprerequisiteofnotinfluencingtheappearanceoftheplastic.Thedesignofcoolingpenstockshouldmaketherateofproductionreachtothetopmost,andensureanyinfluencetodonothingtotheequalityoftheplastic.Meanwhile,intheprocessofdesigning,wecanuseanalysissoft,suchasCAM,tomakethedesignbeenmorereasonable andefficient.Makingfulluseof largeamountsofstandardpieceswillreducethecostofmoldplasticfacture.Thekeypointofthedesignofmoldplastichavereachedtherequestoftherealproduction. 

Keywordsnjectionmould，corepulling，selectiono

第1章绪论

1.1前言

作为工业生产基础工艺装备的模具，在国民经济中占有重要的地位，模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

在第十一五规划中指出，模具是工业生产的基础工艺装备，国民经济的五大支柱产业——机械、电子、汽车、石化、建筑都要求模具工业发展与之相适应。

模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低而获得广泛应用，与其他加工制造业所无法比拟的。

从工业产品生产行业看，模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、医疗器械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工艺装备。

据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机、传真机、电话及手机等电子产品中占85%以上；在电冰箱、洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占90%以上；在了弹、枪支等兵器产品中占95%以上。

我国模具工业在政府十分重视及关怀下，并提出相应的优惠政策进行模具技术开发，在模具工业中大量采用先进技术和设备，努力提高模具设计和制造水平，取得显著的经济效益。

另外，从资料获悉，目前，美国、日本、德国等发达国家的模具总产值都已超过机床总产值。

模具技术的进步极大地促进了工业产品的生产发展，模具是“效益放大器”，用模具生产最终产品的价值将超过自身价格的几十倍乃至百倍及上千倍。

据各国报导，模具工业在欧美等工业发达国家被称之“点铁成金”的“磁力工业”

如今世界模具工业的发展速度超过了新兴的电子工业，已实现了模具专业化、标准化和商业化，因而深受赞誉。

美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本称模具工业为“进入富裕社会的原动力”，在德国，被冠之以“金属加工业中的帝王”之称号，而欧盟一些国家称“模具就是黄金”，新加坡政府则把模具工业作为“磁力工业”，中国模具权威经理称为“模具是印钞机”。

可见模具工业在世界各国经济发展中具有重要的显著地位。

模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

1.2我国模具行业发展概述

近年来，我国模具行业一直保持着良好的发展势头，这种势头是否还会延续下去，这是业内人士十分关注的问题。

笔者认为，我国模具行业尽管面临着在中低端产品领域国内企业竞争日趋剧烈以及在中高端产品领域国外或外资企业压力日益增大的局面，但经过近年来的持续发展，实力已大大增强，完全有能力变压力为动力，继续保持平稳发展。

优惠政策为模具行业提供了良好的发展环境。

在国家产业政策和有关配套政策导向之下，近年来已有不少地方相继出台了一些支持当地模具工业发展的优惠政策，有的见诸于文件，有的见诸于行动，都已收到很好的效果。

同时，模具工业的快速发展也促进了当地经济的繁荣。

随着各地之间交流活动的日益频繁，相信对模具工业发展有利的政策，及因此而带来的良好的发展环境将有进一步发展。

模具行业内部体制改革和机制转换加速，产业结构渐趋合理，并且加强了管理，提高了水平。

为了适应形势，我国模具行业近几年来加快了体制改革和机制转换步伐，“三资”和民营企业已占行业主导地位，装备水平和产品水平有了较大的提升，管理有了很大进步。

许多企业已应用了CAD/CAM/CAE一体化技术、三维设计技术、ERP和IM3等信息管理技术以及高速加工、快速成型、虚拟仿真及网络技术等许多高新技术，不少企业已提出了“生产专业化、产品品牌化、企业现代化、市场国际化”等企业发展战略。

通过各种质量体系认证的企业一年比一年多。

规模经济产生效益，模具集群生产发展迅速。

在“小而精专”的专业化不断发展的同时，近年来，规模效应已被愈加重视。

除了把企业做强做大，使规模经济产生效益之外，模具集群生产也不断显示其优越性，因而“模具城”、“模具园区”、“模具生产基地”等各种集群生产形式在全国迅速发展。

据不少企业反映，集群生产与分散生产相比，至少有下列好处：

市场更广阔了，协作更方便了，生产成本降低了，相互交流多了，优惠政策享受到了。

目前全国年产1亿元以上模具的企业已有40多个，超过3000万元以上的企业已有200多个，具有一定规模的“模具城”已有近十个，正在建设或正在筹建的还有十多个。

这些模具集聚生产基地的建设，对我国模具工业的发展起到了积极的促进作用。

许多企业开始认识到了“品牌”和“专利”的重要性，自主创新的资金投入力度和

能力不断提高。

长期以来模具一直处于“后方”和“被动”的地位，因此也很少有“品牌”和“专利”。

随着市场经济的发展，近年来企业越来越重视“品牌”和“专利”。

有些企业已认识到了创新研发的重要性，投入力度提高很快。

据中国模具工业协会了解到的情况，近年不少企业在创新研发方面的投入与销售收入的比例达到5%左右，个别企业甚至达到8%至10%。

模具技术含量不断提高，属于高新技术产品的模具越来越多。

据了解，目前已被国家有关部门列入《中国高新技术产品出口目录》的已有四种模具。

其实已经有不少模具的技术含量超过了这四种模具，例如汽车零部件级进模具、精密多工位级进模具、轿车大型复杂覆盖件冲压模具、自动化汽车内饰件浇注模具、高强度板热压成型模具等。

随着高新技术的发展，越来越多的模具生产企业被各级政府有关部门认定为高新技术企业。

据中国模协初步统计，目前模具行业国家级高新技术企业有7家，省、市级高新技术企业已有近百家。

国际模具资本向我国转移的趋势十分明显，模具出口前景很好。

由于我国模具特别是中、低档模具在国际市场上存在着较大的价格优势，有的模具价格甚至只有国际市场的几分之一，再加上我国有较低廉的优质劳动力资源及较好的技术基础和基础配套设施，因此近年来外商在我国模具行业的投资额一年比一年大，到我国采购模具的跨国公司也越来越多。

虽然我国模具行业已经驶入发展快车道，但由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面，与国际水平和工业先进国家相比尚有较大差距，所以还不能满足我国制造业发展的需求。

特别是在精密、大型、复杂、长寿命模具方面，仍旧供不应求。

因此，每年尚需大量进口。

现阶段模具原材料价格和人员工资不断上涨，但模具价格却不涨反落，致使模具企业利润不断下降，部分企业出现亏损，亏损额增大。

据中国模具工业协会对全国270个主要模具生产企业调查，2005年产值利润率比上年下降了2.1个百分点，销售收入利润率比上年下降了3.1个百分点。

全国规模以上企业全年亏损额2005年达2.6亿元，大幅增加【7】。

这一趋势，还在延续。

对外资的依存逐年增大。

我国加入世贸组织已过6年，外贸高速发展，我国经济对外贸的依存度从30%上升到70%。

同时，近年来，正是外资大量进入我国的时期，随着对外开放政策的不断扩大和深化，外资在我国模具行业的投资也越来越多，致使对外资的依存度也逐年增大。

例如广东省是我国模具第一大省，其产能约占全国的40%左右。

该省的模具产能中，外资企业已占60%左右，合资企业约占10%左右。

该省模具出口约占全国的50%左右，其中由外资、合资企业出口的也占其出口量的多数【7】。

对外资和外贸依存度大，会对行业安全，乃至整个国家的经济安全产生重大影响。

人才紧缺日益突出。

虽然近年来我国模具行业职工队伍发展迅速，估计目前已达近百万人，但仍然跟不上行业发展需求。

一是总量不足，二是素质不够，适应不了行业发展的需求。

根据有关资料，全国模具行业从业人员约缺口30万～50万人，其中工程技术人员约占20%。

目前尤其紧缺的是高素质和高水平的模具企业管理人员和中高层技

术人员及高级技术工人。

市场竞争加剧。

我国模具市场竞争在不断加剧，其表现是模具产品价格连年走低。

中高档模具市场上主要是我国重点骨干企业与境外企业及境内“三资”企业的竞争，中低档模具市场上主要是民营企业之间的竞争。

有的已经是进入无序状态，到了扰乱正常市场秩序的地步。

由于过低价格所必然造成的低质量，已严重影响一些企业的生存，迫使某些企业加速调整其定位，少数企业面临被淘汰局面也是不足为奇的。

虽然近几年模具出口增幅每年大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是进口大于出口，致使模具外贸逆差一年比一年大。

模具外贸逆差增大主要有两方面原因：

一是国民经济持续高速发展，特别是汽车企业的高速发展带来了对模具旺盛需求，有些高档模具国内的确生产不了，只好进口，但也确实有一些国内可以生产的模具也在进口，这与我国现行的关税政策及项目审批制度有关。

二是对模具出口鼓励不够。

当前全球制造业转移的规模不断加大，速度也不断加快，并正向深度和广度延伸，而我国的模具制造业正是承接转移的较为理想之地。

加之“十一五”期间，国家将继续大力支持我国模具工业的发展，在多重有利条件下，我国内模具行业的未来将展现出一派美好景色。

1.321世纪模具发展趋势

加入WTO后的中国，全球制造业正以垂直整合的模式向亚太地区转移，我国正成为世界制造业的重要基地，据权威报告，中国已成为世界第一制造大国。

目前，在参与世界产品市场的激烈竞争下，各行业产品的品种和数量不断增加，换型加快，对产品质量、样式和外观也不断提出新要求，使模具需求量增加，对模具质量要求也越来越高，模具技术直接影响制造业的发展、产品更新换代和产品竞争能力。

因此，迅速提高模具技术水平已成为当务之急。

例如：

日本汽车、计算机、电视机、手机等产品的品种，数量，质量在国际市场占有优势地位，其重要原因之一就是日本模具技术居于世界领先水平。

为了解决高精度、长寿命、高效的复杂型腔结构的现代模具，其发展趋势主要有如下三方面：

1.模具材料及表面处理技术

模具工业要上水平，材料应用是关键。

因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。

在模具材料方面，常用冷作模具钢有CrwMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，新型冷作模具钢有65N6、012A1、CG-2、LD、GD、GM等；常用新型热作模具钢有美国H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具钢有预硬钢（P20、SM1、B30）、时效硬化型钢（P21、PMS、SM2、日本NAKS5等）、热处理硬化型钢（MnCrWV、日本S-STAR、瑞典一胜百S-136等）、粉末模具钢（日本DEX40等）。

多工位精密冲模硬质合金（YG20、YG25等）及钢结硬质合金（TLW50、GW50等）。

在模具表面处理方面，其主要趋势是：

渗入单一元素向多元素共渗、复合渗（如TD法）发展；由一般扩散向CVD、PVD、PVCD、离子渗入、离子注入等方向发展；可采用的镀膜有：

T:

C、T:

N、T:

CN、T:

AN、CrN、Cr7C3、W2C等，

同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。

另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术也日益受到普遍重视【9】。

2.模具设计与制造技术

当代模具的设计与制造技术广泛采用计算机辅助设计与制造（CAD/CAM），设计过程程序化和自动化，使用程序、模拟成形过程、采用交互式设计方法，发挥人和计算机的各自特长。

数据库和计算机网络技术使设计人员拥有大量资料和信息。

设计与制造之间的直接传输便于设计中的反复修正改变。

先进设计和加工方法的日益普及，为高质量、短周期地开发模具并且保证模具有足够长的使用寿命，提供了技术保证，为模具工业发展奠定了坚实基础。

模具设计与加工方法的发展主要有以下三方面：

（1）模具软件功能集成化

模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。

如英国Delcem公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统等。

集成化软件较高的软件还包括：

UG、CATIA和PRO/E等。

（2）快速原型法和快速制模技术（RPM/RMT）

该技术被称为自数控技术以来的又一次革命，尤其对模具工业的发展起到了极大的推动作用。

它是一项集激光、材料、信息及控制等技术于一体的先进制造技术，其突出特点就是能直接根据产品的CAD数据快捷地制造出具有一定结构和功能的原型甚至产品，而不需要任何工装夹具，面迭加形成三维实体。

RPM技术与RMT技术的结合，将是传统快速制模具技术进一步深入发展的方向。

RPM技术与陶瓷型精密铸造相结合，为模具型腔精铸成型提供了新途径。

应用RPM/RMT技术从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右，因而具有广阔的发展前景。

如美国DTM公司的RapidTool专利技术，它能在5～10天内制造生产用的注塑模，可注塑零件5万件以上，属于直接用于批量生产的模具。

（3）高速铣削技术

高速铣削是目前切削技术中应用最多的一种工艺技术，是一种以高主轴转速、快速进给、较小的切削深度和间距为加工特征的高效、高精度数控加工方式。

高速铣削具有工件温度低、切削力小、加工平稳、质量好、效率高（为普遍铣削加工的5～10倍）及可加工硬质材料（＜60HRC）等诸多优点，因而在模具加工中日益受到重视。

高速铣削机床（HSM）一般主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、变速箱体压铸模、大型注塑模等曲面加工，其曲面加工精度可达0.01mm。

国外高速加工机床主轴最高转速已超过100000R/min，快速进给速度可达120m/min，加速度可达1～2g，换刀时间可提高到1～2s【9】。

3.专业化生产及标准化

专业化生产是现代化工业生产的重要特征之一，国外工业先进的国家模具专业化生产已达75%以上。

美、日两国的模具厂，80%是10人以下的小工厂，90%是20人以下小而专的企业。

一般一个模具专业厂只生产1～2种模具。

这种专业化小模具厂易于管理，反应灵活，易于提高产品质量和经济效率，有较强的竞争力。

标准化是实现模具专业化生产的基本前提，能系统提高整个模具行业技术水平和经济效益，是机械制造业的深层次发展必由之路。

国外企业都极为重视模具的标准化，我国的模具标准化程度不足30%，而且标准品种少、质量低、交货期长，严重阻碍模具的合理流向和效能发挥，需大力制订标准化规范。

总之，随着模具技术的迅速发展及机械各类产品的多样化、复杂化，模具应用的广度和深度将不断向纵深发展，模具需求增长速度将继续高于国民经济总体发展的速度，供小于求的被动状态将大有改变。

因此，在模具设计与制造中，采用新技术、新工艺、新设备可持续发展模具工业，更将成为所有企业得以占据市场制高点的必由之路。

CAD即计算机辅助设计的英文简称（ComputerAidedDesign）。

计算机的应用，使得设计人员在设计过程中，能充分发挥计算机的强大算术逻辑运算功能、大容量信息存储与快速信息查找的能力，完成信息管理、数值计算、分析模拟、优化设计和绘图等项任务；而设计人员集中精力进行有效的创造性思维，从而更好地完成从设计方案的提出、评介、分析模拟与修改到具体设计实现的设计全过程.对于机械行业来讲，通用的CAD件是AutoCAD，但AutoCAD是一种通用的绘图软件，对机械行业针对性差，不过幸运的是，AutoCAD是个开放性软件，可以对它进行二次开发，如采用Autolisp，ADS，ARX甚至采用VB语言等，现今的高华CAD、天目CAD就是在该软件的基础上开发的机械专业CAD。

由于二次开发的深入，加强了参数化设计、智能化设计等，这样充分发挥了计算机的强大的搜索功能和运算功能。

在模具设计中，模架及某些零件，如导柱、导套、推杆、支撑块、浇口套、定位圈等分别已形成厂标、行标或国标。

对于这些标准的或本单位采用的模架及零件可在通用的二维工程图CAD系统中建立模架、零件库，以被设计时调用。

对于浇注系统、温控系统、模架结构强度计算等内容，已有一些较成熟的计算方法或经验计算方法，可设置这些计算公式的模块，以便设计人员进行快速计算。

另外对于一些设计中常用的数据库资料也可以设置在CAD系统中以便设计人员快速查询，根据各个工厂的不同要求和情况，还可以在系统中设置本单位所特有的内容。

这样建立的CAD系统可大幅度减轻设计人员的工作强度、提高设计速度并可实现模具设计的规范化及标准化。

对于某些在原成型制品的基础上作局部修改而需重新设计的模具来说，其效果就更加明显。

总体来说，注塑模CAD的内容有以下几点：

1.注塑制品的几何造型

采用几何造型系统，如线框造型、面造型和实体造型，在计算机中生成注塑制品的几何模型，这是注塑模结构的CAD的第一步。

由于注塑制品大多数是薄壁件，且又有复杂的表面，因此，常用表面造型的方法来产生制品的几何模型。

2.模腔面形状的生成

在注塑模具中，行腔用来生成制品的外表面，型芯用来生成制品的内表面，由于塑料的成型收缩率，模具磨损及加工精度的影响，制品的内外表面尺寸并不就是模具型芯面、型腔面的尺寸，两者之间需要比较复杂的换算。

目前流行的商品化注塑模CAD软件并未能很好的解决这种换算，因此，制品的形状和型腔的形状要分别输入，工作量较大且比较繁琐，如何由制品形状方便、快捷的生成型腔和型芯表面形状仍是当前的研究课题。

3.模具结构方面的设计

采用计算机软件来辅助计算最佳型腔的数目，引导模具设计者布置型腔，构思浇注系统、冷却系统和推出机构，为选择标准模架和设计动模部装图和定模部装图做准备。

4.标准模架选择

采用计算机软件来设计模具的前提是尽可能多地实现模具标准化，包括模架标准化、模具零件标准化、结构标准化及工艺参数标准化等。

一般而言，用作标准模架选择的设计软件应具用两个功能，一是能引导模具设计者输入本企业的标准模架，以建立专用的标准模架库；二是能方便地从已建好的专用标准模架库中，选出本次设计中所需的模架类型及全部模具标准件的图形和数据。

5.部装图及总装图的生成

根据已选定的标准模架及已完成型腔布置，模具设计软件以交互方式引导模具设计者生成部装图和总装图。

模具设计者在完成总装图时，能利用光标在屏幕上拖动模具零件以搭积木的方式装配模具总图。

6.模具零件图的生成

模具设计软件能引导用户根据模具部装图、总装图以及相应图形库完成模具零件的设计、绘图和标注尺寸。

7.常规计算和校核

模具设计软件可将理论计算和行之有效的设计经验相结合，为模具设计师提供对模具零件全面的计算和校核，以验证模具结构等有关参数的正确性。

注塑模CAD中的数据处理注塑模结构CAD的重点在于注塑制品的造型、模具设计、绘图和数控加工的模拟，注塑模CAD的过程就是数据处理的过程。

通常，由于注塑模结构CAD涉及面广，程序规模很大，结构相当复杂，一个高效率的注塑模CAD系统不仅涉及到程序的结构和算法，同时也涉及数据结构和管理方法。

在应用程序的执行过程中，经常需要利用一些标准数据和其他程序的设计及结果，系统各部分是通过交换数据相互联系的。

因此，数据的处理在注塑模结构CAD中又十分重要的作用。

注塑模CAD系统中，数据类型十分广泛，除了数字型、字符型数据之外，图形/模型及其文本数据项也是注塑模CAD系统的数据。

而图形/模型数据又是由基本图形元素、图形符号、模型部分及各级图形/模型数据组成。

注塑模CAD系统中数据可分为组合数据和基本数据，可将组合数据逐层分解至基本数据为止。

根据这种分解模式，可以对总体、部件、详细数据这三类数据分别进行处理。

1.总体数据

它是一种模型数据，可以表达为如下格式：

文件名：

总装图；

组成：

各部件数据名+定位关系数据；

组织：

依次记录各部件名，定位数据。

2.部件数