弯头管件注塑模设计及型腔加工仿真 （论文+CAD+UG）
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弯头管件
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I 45弯头管件注塑模设计及型腔加工仿真 I 摘要 本文阐述了 45 度塑料弯头的产品设计及其注射模的总体设计过程 。首先分析了产品结构特点与使用性能，以及所用塑料的组成与工艺特性，塑料成型工艺特点，分析了塑料件的形状特点、尺寸大小、尺寸标注方法、精度要求、表面质量和材料性质等因素。其次对注射机的选用及其参数校核、模具型腔的确定、分型面的选择、浇注系统设计、排气系统、温度调节系统、成型零件结构设计、侧向分型与抽芯机构设计、结构零部件的设计、导向与推出机构设计以及主要成型零件的加工工艺等方面作了详细的 介绍。在设计过程中也进行了大量的计算，包括对注射机的锁模力、最大注射量、注射压力、成型零件尺寸的计算和模具开模行程尺寸校核以及模具与注射机安装部分相关尺寸的校核等。在设计过程中运用了 对塑件进行分模和大量的建模分析。用 图软件进行了工程图的绘制工作。 关键词 ：注塑模；浇注系统；计算机绘图 a 45in of of of of of of of of of of as in In a of of of to of In G on a of a 录 摘要 . I . 绪论 . 1 料模具的发展 . 1 题背景及意义 . 1 2 塑件分析 . 2 件的结构设计 . 2 件尺寸及精度 . 3 件表面粗糙度 . 4 3 拟定模具结构形式 . 4 料弯头结构及设计要求 . 4 图 3. 4 头的壁厚 . 5 注收缩率 . 5 模斜度 . 6 件表面质量与尺寸精度 . 6 件材料性能用途及成型特性 . 8 本特性 . 8 要用途 . 8 型特点 . 9 4 模具的具体设计 . 9 射 机的选择 . 9 射容量的计算 . 10 模力的计算 . 10 射力的计算 . 10 射机的选择及其参数 . 11 大注射量校核 . 12 模力的校核 . 12 射压力的校核 . 12 型面的选择 . 12 注系统设计 . 13 流道设计 . 14 口的设计 . 15 气系统的设计 . 17 度调节系统的设计 . 18 型零部件的工作尺寸的计算 . 19 腔与型芯径向尺寸的计算 . 20 腔深度与型芯高度尺寸的计算 . 20 . 21 芯机构的设计 . 21 芯距的计算 . 21 芯力的计算 . 22 液压缸的选择 . 22 位装置的设计 . 23 块 、导滑槽与楔紧块的设计 . 23 架的确定及模架与注射机参数的校核 . 24 具与注塑机安装部分相关尺寸的校核 . 25 模 导向机构的设计 . 26 出机构的设计 . 27 5 型腔仿真加工 . 28 控加工仿真的意义 . 28 腔加工仿真 . 28 入零件 . 29 结论 . 31 致谢 . 32 参考文献 . 33 附录 . 34 表一：螺栓的规格 . 34 1 1 绪论 料模具的发展 近年来，我国塑料模具发展迅速 。 目前，塑料模具在整个模具行业中所占比重约为 30%，在模具进出口中的比重高达 50 70%。随着中国机械、汽车、家电、电子信息和建筑建材等国民经济支柱产业的快速发展，这一比例还将持续提高。塑料模具在塑料成型加工中占有非常重要的地位 ，且 模具生产技术也是衡量一个国家制造工艺水平的重要标志之一 。 从总体看 ， 塑料注射模具的基本发展趋势是朝高效率、高精度、高寿命方向发展 ，而 不同类型的模具有不同的加工方法 ， 同类模具也可以用不同加工技术去完成 ，模具 加工的工作量主要集中在模具型面加工、表面加工和装配 ， 它们的加工方法主要有精密铸造、金属切削加工、电火花加工、电化学加工、激光及其他高能波束加工及集复合加工等 ， 数控和计算机技术的不断发展使它们在 许 多模具加工方法得到了越来越广泛的应用。 我国的模具行业在技术上不断创新， 在模具 术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面 做出 了贡献。这些技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面 ，都具有很大优越性。 在 我国 ， 模具工业地域特点明显，主要表现为：东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。模具生产最集中的地区在珠江三角和长江三角地区，约占全国模具产值的 2/3以上。塑料模具与模具整个行业的地域分布相似，浙江、江苏、广东塑料模具位于全国前列，其产值在全国模具总产值中的比例达到 70%。 未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括 ：（ 1） 、提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平； （ 2） 、在模具设计制造中广泛应用 术；（ 3） 、大力发展快速制造成形和快速制 造模具技术； （ 4） 、在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； (5)、提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； (6)、发展优质模具材料和先进的表面处理技术； (7)、逐步推广高速铣削在模具加工的应用； (8)、进一步研究开发模具的抛光技术和设备；(9)、研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程 ； (10)、开发新的成形工艺和模具 。 题背景及意义 【配套三维模型， 2 【更多设计， 如今各行各业对 塑料制品的应用日渐广泛， 这也为 塑料模具 发 展 提供了一个广阔的市场，同时对模具也提出了更高的要求 ， 大型化、高精密度、多功能复合型的模具将受到青睐。在管路系统中，弯头是改变管路方向的管件 ， 按角度分有 45 、90 、 180 三种最常用的，另外根据工程需要还包括 60 等其 它的 弯头。 其中的90度的 用于给水、排水管，自来水、 纯 净水输送管，空调工程配管，冰水系统，海水输送管，集排污水管，流体处理，电气配管，游泳池用管，饮料用输送管，压缩空气配管，环保工程用管等。 其塑料性能特点 在一定温度范围内具有良好的抗冲击强度和表面硬度，有较好的尺寸稳定性、 易成 型加工， 一定的耐化学药品性和良好的电气绝缘性 ，由于它的需求量大，且价格低廉，所以该产品的生产制作过程要实现大批量生产，来降低制造成本，这就要求模具技术应用到该产品的制造过程中，而如今塑料模具的发展已是相对比较成熟，不管是在塑件材料选择还是在模具设计方面的学习都会是很大的帮助。在模具标准化方面已经实现了专业化生产，大大提高了模具设计的周期。 2 塑件分析 件的结构设计 在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模 具结构和模具精度 （ 1）、脱模斜度 由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取 ，塑件材料 1 30/ ，型芯脱模斜度为 30/ 1 （ 2）、塑件的壁厚 3 塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。因为壁 厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在 1 4最常用的数值为 2 3该管连接件壁厚均匀，周边和底部壁厚均为 3右。（ 3）、塑件的圆角 为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于 1圆角。一般外圆弧半径大于壁厚的 ，内圆角半径应是壁厚的 该塑料件表面圆角半径和内部转弯处圆角为 1 （ 3）、孔 塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔，原则上讲，这些孔均能用 一定的型芯成型。但当孔太复杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大，生产成本提高，困此在塑件上设计孔时，应尽量采用简单孔型。由于型芯对熔体有分流作用，所以在孔成型时周围易产生熔接痕，导致孔的强度降低，故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径，孔的周边应增加壁厚，以保证塑件的强度和刚度。 件尺寸及精度 塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发，只要 能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为 动性较好，适用于不同尺寸的制品。 塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差可以参照文献 2表 3塑料制件公差数值标准来确定。根据任务书和 图纸要求，4 本次产品尺寸均采用 注采用 精度。 件表面粗糙度 避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般为 m 之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即 m 。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。 该塑件外部需要的表面粗糙度比塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。这除了 在成型时从工艺上尽可能内部要高许多，为 m ，内部为 0.4 m 。 3 拟定模具结构形式 料弯头结构及设计要求 在实际运用中，塑料弯头的种类较多，既有两通管，也有三通管，角度也有很多的选择，结合现有实际，此次毕业设计设产品为 45 度塑料弯头，其结构如图 3 图 3件 塑件的设计要求： 5 （ 1）注出的塑件产品无变形，表面光滑，无气泡或其他缺陷，无飞边或是少飞边。 （ 2）塑件要有一定的抗拉、抗弯、抗压及抗冲击等性能。 （ 3）塑件收缩率控制在 头的壁厚 作为水管的连接件，要经常承受液体所造成的压力， 为了塑料制品本身在 使用中有足够的强度和刚度，而且也是为了塑料在成型时有良好的流动状态 有标准作为参考，所以塑件的设计要有一定的壁厚要求， 塑件壁厚受使用要求、塑料材料性能、塑件几何尺寸以及成型工艺等众多因素的制约，热塑性塑料的壁厚应该控制在 1据成型工艺的要求，应尽量使制件各部分壁厚均匀，避免有的部位太厚或者太薄，否则成型后会因收缩不均匀而使制品变形或产生缩坑，凹陷烧伤或者填充不足等缺陷。 通常来说， 同一塑件的壁厚应该尽可能一致，否则会因冷却或固化速度不同产生应力，使塑件产生变形、缩孔及凹陷等缺陷，当然，在有 时候为了使用连接的方便，塑件的壁厚也允许有一定差异。下表是常见塑料的壁厚标准： 表 2塑料 P C 壁厚 次设计的塑件公称直径为 50件的外径为 56了塑件在使用中连接方便，塑件的内孔成阶梯型，用于连接的内径为 44度 20厚为 3 注收缩率 在产品的注射过程中，影响塑件尺寸精度的因素有很多，其中有塑料的收缩率，不同塑料的收缩率也不同，常用塑料的收缩率可参考表 2 塑料种类 收缩率 /% 塑料种类 收缩率 /% 聚乙烯（高密度） 苯醚 丙烯 碳酸酯 聚苯乙烯（通用） 甲醛 龙 66 砜 塑料 6 氯化聚醚 酸纤维素 于塑件材料为 过上表可知 理论收缩率为 结合实际生产，此次的设计的塑件收缩率取 模斜度 塑件注射成型后，塑件在模内冷却定形，由于体积收缩，会对型芯产生包紧力，当从其从模具中推出时候，就必须克服因包紧力而产生的摩擦力，而塑件刚开始脱模时所需的脱模力最大，其后推出力的作用是克服推出机构的摩擦力。脱模力的大小随着塑件包络型芯的面积增加而增大，随着脱模斜度的增大而减小，同时也和塑料与型芯材料之间的摩擦系数由关。 为了使塑件能从模具中顺利的取出，在进行塑件 的设计时因根据需要有脱模斜度要求，由塑件三维图可以看出，塑件的外壁不需要考虑脱模斜度，其圆弧本身就具备有斜度的作用，而只需在成型内孔的时提出脱模斜度设计，结合塑件内孔直径考虑，其脱模方向上设计一个 1的斜角。常用塑料的脱模斜度见表 2 表 2用塑料的脱模斜度 塑料名称 脱模斜度 型腔 型芯 聚酰胺 25 20 聚乙烯 25 20 聚苯乙烯 35 30 30 聚甲基丙烯酸甲酯 35 30 30 5 30 35 聚碳酸酯 35 30 聚甲醛 25 20 氯化聚醚 35 30 30 热固性塑料 25 20 脱模斜度的取向由塑件的内外形状尺而定，一般情况下脱模斜度不包括在塑件的公差范围之内。 件表面质量与尺寸精度 塑件的表面质量与所选用的塑料种类，注射成型工艺，成型零件的制造精度以及模具的磨损等情况有关。通常来说塑件的表面粗糙度主要决定于模具的光洁度，且要比模具的成型部分粗糙度低 1 7 塑件的尺寸精度是指成型后所获得 的塑料产品的实际尺寸与图纸中所标尺寸的相符程度，而影响塑件尺寸精度的因素主要有如下几点： (1)塑件的收缩率波动； （ 2）模具成型零件的制造误差； （ 3）成型零件的磨损程度； （ 4）模具安装配合间隙； 在设计过程中，常用的塑件的精度等级选取可参考表 2 表 2材料代号 公差等级 标注公差尺寸 未标注公差 高精度 一般精度 E P S C A F P 2件精度等级的选用 类别 塑件材料 建议采用的精度等级 高精度 一般精度 低精度 1 聚苯乙烯 聚苯醚 砜 氨基塑料 3 4 5 8 聚碳酸酯 2 聚酰胺 6、 66610、 9、1010 氯化聚醚 聚氯乙烯 4 5 6 3 聚甲醛 聚丙烯 聚乙烯 5 6 7 4 聚氯乙烯（软） 聚乙烯（低密度） 6 7 8 塑件的表面粗糙度与塑料的品种、成型工艺条件、模具成型零件的表面粗糙度及其磨损情况有关，其中成型零件的粗糙度是决定塑件表面粗糙度的主要因素。一般模具的表面粗糙度要比塑件的表面粗糙度低一级。由于该塑件要求表面光滑、平整，无气孔等缺陷，故其表面粗糙度值取 精度等级为 件材料性能用途及成型特性 塑件所用的 注射材料为 是一种共聚物，是有丙烯晴、丁二烯、苯乙烯共聚而成，这三种组分各自的特性使 烯晴使 二烯让其坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性。 本特性 味、成微黄色，成型的塑件有较好的光泽，密度为 在低温下也不迅速下降，有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能，水、无机盐、酸和碱类对 在酮、醛、酯、氯 代烃中会溶解或形成乳浊液。 物油等化学药的侵蚀会引起应力开裂，其不溶于大部分醇类和烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。 成型加工，经过调色可配成多种颜色。缺点是耐热性不高，连续工作温度为 70左右，热变形温度为 93，且耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。 要用途 承、管道、仪表盘、电机外壳等，在汽车工业领域里用于制造汽车挡泥板、扶手、加热器等，也可以用来制作玩具壳体，食品包装容器等 。 9 型特点 以成型压力较大，故塑件上的脱模斜度可以大些，成型加工前要进行干燥处理，其次易产生熔接痕，模具设计时候尽量减少浇注系统对料流的阻力，在正常情况下，壁厚、熔料温度对收缩率的影响极小，在要求塑件精度高时，模具温度可控制在 50而在强调塑件光泽和耐热时候，模具温度应控制在 60。 4 模具的具体设计 射机的选择 注射机是热塑性塑料和部分热固性塑料的注射成型的主要设备，按其外形注射机可以分为立式、卧式和角式三种，立式注塑机是注射柱塞垂直装设，锁模装置推动模 板也沿垂直方向移动，主要优点是占地面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上安放嵌件，嵌件不易倾斜或坠落。其缺点是制品自模具中顶出后不能靠重力下落，需靠人工取出，这就有碍于全自动操作。卧式注塑机是注射柱塞或螺杆与合模运动方向均沿水平装设，其优点是机体较低容易操纵和加料，制件顶出后可自动坠落，故易实现全自动操作。直角式注塑机是注塑机柱塞或螺杆与合模运动方向相互垂直，这种注塑机的主要优点是结构简单，便于自制，适用于单件生产中心部位不允许留有浇口痕迹的平面制件，同时常利用开模时丝杆的转动来拖动螺纹型芯或型环旋 转，以便脱下塑件。 但是无论那种注塑机，其基本功能有两个： （ 1）加热塑料，使其达到熔化状态； （ 2）对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具 型腔。 影响射出机选择的重要因素包括模具、产品、塑料、成型要求 ，在进行热塑性塑料模具的设计时，要考虑所设计的注射模具能与现有使用的注射机匹配，注射机的选用要遵循的原则为 : 一是确定注塑机的型号，根据塑件、塑料、注塑模及注射工艺等所需要求的注塑机的规格参数在所选注塑机的规格参数范围之内；二是调整注塑机的技术参数至所需要的参数，根据塑料的品种、塑件的结构、成型方法、生产批量、 现有设备及注射工艺等进行选择。考虑到生产成本和易于实现自动化，塑件还是靠自身重力下落比较合适，且重心较低安装稳妥。通过分析，本塑件选用卧式注塑机进行注射，而常用注射机本身自带的液压系统有限，在模具有多方向需要用液压进行侧抽时，需要另外加装相应的液压系统，以满足模具完成侧向抽芯的需要 10 射容量的计算 注射机的理论注量是指在对空注射时能完成一次注射熔料的体积量，其单位为模具安装后，对模腔注射容量的计算 ,可以制件产品为主，计算其体积量，然后确认总体积注射量。注射模一次成型的塑料重量 (塑件与流道凝 料之和 )应在注塑机理论注射量的 10%间，既能保证制品的质量，又可充分发挥设备的能力，则选在 50%间为宜。 通过在 的建模分析得知，单个塑件的体积1V=17921 所以体积为 V=17921质量为： 流道凝料的质量是个未知数，可按塑件质量的 以注射量为 ; 因此，注塑机额定注塑容量 300 模力的计算 锁模力是注射机的合模装置对模具的最大夹紧力，其作用是防止注射成型时模具的分型面张开，造成塑件有飞边产生。锁模力由： F=式来计算确定 ,其中 单个塑件投影面积为 注系统在分型面上的投影面积可根据公式 : 1来获得 ,大小一般是注射压力的 80， 0 1=4613则注射模的锁模力大小为： 6 94 6 1 1 ）（）（锁在模具设计时，模具所需的锁模力必须小于注射机额定锁模力的 1/2，否则模具分型面可能会分开产生飞边。 射力的计算 要使熔融塑料能快速的充满模具型腔，在注射模上得到成型塑件，必须要有一定的注射力，在设计时，塑件成型时所需的注射压力要小于注射机的最大注射压力，即： 1 8 8 . 2 g=0 . 0 0 11 . 0 51 7 9 2 1=m 11 式中 注射机最大额定注视力（ N/ 塑件成型时所需的注射压力（ N/； K 压力损失系数。 在实际生产中，成型所需的注射压力一般很难确定，它与塑料品种、塑件形状、塑件尺寸大小、注射成型条件、注射机种类、喷嘴形式及模具采用的浇注系统都有关，一般可取 7000 射机的选择及其参数 在实际塑料件生产中，通常可选用的是注射机种类很多，各型号的参数也是不同的，在注射机的选择中要考虑是否更有利于生产的自动化控制，塑件的脱落，模具安装的方便等，以达到提高生产效率的目的，根据前文计算出的塑件所需注射量、锁模 力和注射力的大小，以及市场上可选择的注射机型号，初步选定 主要技术参数如表 4 表 4要技术参数 结构形式 卧式 额定注射量 /1000 螺杆直径 /5 注射压力 /21 注射行程 /60 注射方式 螺杆式 锁模力 /500 最大成型面积 /1800 最大开合模行程 /00 模具最大厚度 /00 模具最小厚度 /00 喷嘴圆弧半径 /8 喷嘴孔直径 /出形式 中心液压顶出，两侧顶杆机械顶出 动定模固定尺寸 /00杆空间 /50模方式 两次动作液压式 液压泵流量（ L/ 200、 18、 力 /4 电动机功率 /0、 杆驱动 /3 加热功率 /器外形尺寸 /6702 大注射量校核 由前面
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