模具专业毕业论文塑料斜三通管注塑模设计

塑料斜三通管注塑模设计1前言1.1课题来源、目的、和意义1、课题来源：毕业设计2、目的：通过对该零件的注塑模工艺的设计，了解注塑模具的设计步骤，ABS等材料的各项性能指标，工艺方案的选择，和侧向抽芯技术的掌握。3、意义：此次毕业设计给了我亲自动手的机会，于以后的工作、学习等都有很大的帮助，是大学四年学习的一个总结，中国的塑料模具制造工业的飞速发展是需要理论和实践相结合的，所以这次毕业设计的意义十分重大。1.2 国内外注塑模具设计技术发展现状1.2.1我国塑料模具工业的发展现状80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿， 2003年模具进出口统计中，我国模具的出口总额为2.52亿美元,我国模具的出口总额3亿美元,进口额则达到13亿多美元,在进口模具中的塑料模具占到50%左右。可以看出，在塑料模具方面，我国与国外产品还存在较大差距。在引进的塑料模具中，以科技含量较高的模具居多，如高精度模具、大型模具。热流道模具、气辅及高压注射成型模具等。现代塑料制品对表面光洁度、成型时间都提高了更高的要求，因而也推动了塑料模具的发展。以电视机塑料外壳模具为例。其精度已由以前的0.050.1mm提高到0.0050.01mm,制造周期也由8个月缩短到了2个月,并且使用寿命也由过去可制10万20万件制品延长到了可60万件制品。从电视机外壳塑料模具的发展可以看到，高精密、长寿命、短周期、低成本是模具的发展方向。目前我国使用覆盖率和使用量最大的模具标准件为冷冲模架、注塑模架和推杆管这三类产品。以注塑模架为例，目前全国总产值有20多亿元，按照需求，国内约需注塑模架30多亿元，而实际上国内市场并未达到这个规模，其中主要一个原因就是模具厂家观念旧，注塑模架自产配比例较高，外购很少。这样做厂家不仅重复制造本应标准化的购件，延长了模具生产周期，又不利于维修。很多相关的模具标准件并没有相关的国家标准，因此制定模具构件的标准规范工作也是当务之急。11.2.2国际塑料模具工业的发展现状美国1991年发表的“国家关键技术报告”认为:材料领域的进展几乎可以显著改进国民经济所有部门的产品性能,提高它们的竞争能力;因此把材料列为六大关键技术的首位。这是由于先进材料与制造技术是未来国民经济与国防力量发展的基础,是各种高、新技术成果转化为实用产品与商品的关键。当前各种新材料市场规模超过1000亿美元,预计到2000年将达4000亿美元。由新材料带动而产生的新产品新技术则是一个更大的市场。以上参展项目基本上代表了当前国际和国内的先进水平和发展趋势，具体表现在如下几个方面。1、国外基于网络的 CADCAECAM一体化系统结构初见端倪随着计算机硬件与软件的进步以及工业部门的实际需求，国外许多著名计算机软件开发商已能按实际生产过程中的功能要求划分产品系列，在网络系统下实现了CADCAM的一体化。解决了传统混合型CADCAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题，以便更能符合实际应用的自然过程。例如英国达尔康公司在原有软件DUCT5的基础上，为适应最新软件发展及工业生产实际而在最近推出的CAD/CAM集成化系统Delcams Power Solution，该系统覆盖了几何建模、逆问工程、工业设计、工程制图、仿真分析、快速原型、数控编程、测量分析等领域。 2、微机CADCAM软件日益深人人心并发挥越来越重要的作用在90年代，能进行复杂形体几何造型和NC加工的CADCAM系统主要是在工作站上采用UNIX操作系统开发和应用的，如美国的Pro-E、UG、CADDS 5软件，法国的 CATIA、EUCLID软件和英国的DUCT5软件等。随着微机技术的突飞猛进、在90年代后期，新一代的微机CAD/CAM软件，如Solidworks、Solid adae崭露头角，深得用户的好评。这些微机软件不仅在采用诸如NURBS曲面、三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作站级CADCAM软件的优点，而且在Windows风格、动态导航、特征树、面向对象等方面具有工作站级软件所不能比拟的优点。 3、模具3D设计与3D分析的重要性更加明确 在型腔模CAD中我国大多数企业仍然采用的是二维设计（2D），即先将3D的产品图投影为若干二维视图后，再分别对各个视图的二维模具结构进行设计，这种沿袭传统手工设计的方式已越来越不适应现代化生产和集成化技术的要求。在本届模展上所展示的Mold expert（Cimatron公司）、Ps-mold（达尔康公司）以及Space-Emold（日立造船）均为采用3D设计的专业注塑模设计软件，它们在3D型腔和型芯设计的基础上采用交互方法进行3D的模架配置和3D的典型结构设计，其先进性十分明显。由于注塑模型腔复杂、镶件多，杆件和冷却水管布置纵横交错，用户在3D设计时经常由于显示屏幕小、构件多、视点变换少而感到眼花潦乱，这方面的缺点也正在克服之中。在注塑流动过程模拟软件方面，国内外长期使用的是基于中性层面的流动模拟软件。这种分析模式的最大缺点是需要用户从所生成的实体曲面几何模型中交互提取中性层面，操作步骤繁琐，工作量巨大，在很大程度上妨碍了流动模拟软件的推广和普及。虽然澳大利亚Moldflow公司推出了中性层面自动生成工具MFMidplane，但其覆盖范围不大。这次模展中展示了该公司基于实体几何模型的三维真实感流动模拟软件Moldflow Advisers，从根本上摆脱了对中性层面的依赖，这种新一代的模拟软件定将获得用户的好评和广泛应用。美国C-Cold公司这次未参展，该公司也有类似的3D流动软件3DQuickfill。华中理工大学模具技术国家重点实验室展出了同类软件HSC3D45F，已表明了我国在该项域也达到了国际当今的先进水平。2表1.1国内外塑料模具技术比较表项目国外国内 注塑模型腔精度0.0050.01mm0.020.05mm 型腔表面粗糙度Ra0.010.05mRa0.20m 非淬火钢模具寿命1060万次1030万次 淬火钢模具寿命160300万次50100万次 热流道模具使用率80%以上总体不足10% 标准化程度7080%小于30% 中型塑料模生产周期一个月左右24个月 在模具行业中的占有量3040%2530%1.3课题的产生背景和现实意义我国模具工业发展迅速，市场广阔，1996至2007年间，中国模具制造业的产值年平均增长17%左右。目前世界的模具年产值，约有800950多亿美元，但大部分是企业自产自用，作为商品销售的约占三分之一。我国生产的模具有些已经接近或达到国际水平，但总的来看，还远不适应国民经济发展的需要，大型、复杂、精密、长寿命等高档模具有很大一部分依靠进口。近五年平均每年进口模具10.58亿美元。2000年就进口9.7亿美元的模具，这还未包括随设备和生产线作为附件带来的模具。从上面的数据可以看出我国的模具业与模具发达国家存在着很大差距，这不但表现在模具材料、加工技术、加工设备的区别上，还表现在对CAD/CAM/CAE技术的应用上，目前模具发达国家已经将CAD/CAM/CAE技术贯穿于模具制造的整个环节，而我国的模具企业对CAD/CAM/CAE技术的应用仅限于大型模具企业中，对于塑料注射模具设计来说，它应正处于在大力发展中。2 塑件成型工艺性分析2.1材料的确定目前市场上的三通管所用材料主要有PVC（聚氯乙烯）和ABS（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物），这是两种非常常见的工业原料，有其各自的优点，其对比如下：PVC的优点主要有以下几方面： 1.质量轻、隔热、保温、防潮、阻燃、耐酸碱、抗腐蚀。 2.稳定性、介电性好，耐用、抗老化，易熔接及粘合。 3.抗弯强度及冲击韧性强，破裂时延伸度较高。 4.通过捏合、混炼、拉片、切粒、挤压或压铸等工艺极易加工成型，可满足各种型材规格的需要。 5.表面光滑、色泽鲜艳、极富装饰性，装饰应用面较广。 ABS的优点主要有以下几方面：1.物理性能方面具有高抗冲击性、刚性好、粘接强度高、耐压性能好、耐低温、抗震性能好；2.化学性能方面耐强酸强碱、不渗氧、不含重金属离子；3.水力性能方面管壁薄、内壁光滑、水流量大、水阻小；4.卫生性能方面内壁光滑、不易滋生细菌、水质指标大大高于国标、可以用于直饮水系统并且通过了ISO9001和ISO14001双认证；施工与维护方面安装操作简单且后期维护简便。5.ABS管材可以用作冷、热水管。它的材质耐压高,远远大于普通的PVC塑料管。所以PVC管多用于排水方面6.此外还具有其他性能，如材料难燃、离火自熄，使用寿命长（50至70年）且绿色环保，废料可全部回收利用。综上所述，本文选择ABS作为原材料。以下表1.2为ABS各项性能参数。表1.2 ABS各项性能参数表密度(g/)105抗拉屈服强度(mpa)50比容(/g)092拉伸弹性模量(mpa)吸水率24h(%)03无缺口261收缩率(%)130-160缺口11熔点()130160弯曲强度(mpa)800.45mpa90108强度(hb)9.71.80mpa83103体积电阻率()2.2 塑件分析塑件所采用的塑料名称ABS图1斜三通管塑件的体积和重量见表1.3表1.3塑件主要参数材料密度(density)体积(volume)质量(mass)g/cm3mm31239g2.3塑件的结构尺寸精度及表面质量的分析塑件形状的成型准则是：各部分都能够顺利的，简单的从模具中取出，应尽量避免侧壁凹槽或与塑件脱模方向垂直的孔，这样可以避免采用瓣合分型或侧抽芯等复杂的模具结构使分型面上留下飞边。对于较浅的内外侧凹槽或凸台并带有圆角的塑件，可以利用塑件在脱模温度下具有足够弹性的特性和凸凹深度尺寸不大的特点，以强行脱模而不必采用组合型芯的方法。塑件的形状还要有利于提高塑件的强度和刚度，为此薄壳状塑件可设计成球面或拱形曲面，可以有效的增加刚度和减少变形。紧固用的凸耳或台阶应有足够的强度和刚度，以承受紧固时的作用力，为此，应避免台阶突然变化和尺寸过小而应逐步过渡。塑件的形状还应考虑成型时分型面位置，脱模后不易变形等。综上所述，塑件的形状必须便于成型，以简化模具结构，降低成本，提高生产率和保证塑件的质量。22.3.1塑件几何形状及结构分析从塑件图可以看出，该塑件为斜三通管，且整体形状为斜凸字形，各尺寸及形状皆如图所示因此在设计模具是必须考虑其至少有一个或两个以上的彻抽芯机构3图2斜三通管正视图2.3.2塑件尺寸精度分析塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度影响塑件精度（公差）的因素主要有：模具制造误差及磨损，尤其是成型零件的制造和装配误差以及使用中的磨损；塑件收缩率的波动；成型工艺条件的变化；塑件的形状，飞边厚度波动；脱模斜度和成型后塑件尺寸变化等一般塑件的尺寸精度是根据使用要求确定的，但还必须充分考虑塑料的性能及成型工艺特点，过高的精度要求是不恰当的该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按查取公差，起主要尺寸公差标注如下：（单位均为） （GB/T14486-1993）塑件外形尺寸： 127 0 -0.50；283 0 -0.74.；191 0 -0.50内形尺寸：65 +0.38 0；79 +0.44 0；43 +0.38 0；141 +0.5 0；161 +0.44 0 2.3.3塑件壁厚设计的基本原则均匀壁厚或尽可能一致，否则会因固化或冷却速度不同而引起收缩不均匀，从而在塑件内部产生内应力导致塑件产生翘曲，缩孔甚至开裂等缺陷。若塑件结构必须有厚度不均匀时，则应使其变化平缓，避免突变，否则易变形。塑件壁厚大小主要取决于塑件品种，塑件大小及成型工艺条件，热固性塑料的小塑件壁厚取1.0-2mm，大型件取3-8mm.热固性塑料易于成型薄壁塑件，壁厚可达0.25mm，但一般不宜小于0.9mm，常选2-4mm。2.3.4塑件表面质量分析 塑件表面质量包括有无斑点，条纹，凹痕，起泡，变色等缺陷，还有表面光泽性和表面粗糙度。表面缺陷必须避免；表面光泽性和表面粗糙度应根据塑件使用要求而定，尤其是透明塑件，对光泽性和表面粗糙度有严格要求。塑件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤，波纹等疵点外，主要由模具成型零件的表面粗糙度决定。一般模具的表面粗糙度比塑件的表面粗糙度高一级。对于透明的塑件要求型腔和型芯的表面粗糙度相同，而不透明的塑件，则根据使用情况可以不同。该塑件要求外形美观，色泽鲜艳，外表没有斑点及溶接痕，粗糙度可取Ra0.8um，而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。42.4脱模斜度的选择为了便于塑件脱模，以防脱模时擦伤塑件表面，与脱模方向平行的塑件表面一般应具有合理的脱模斜度。脱模写睹的大小主要取决于塑料的收缩率，塑件的形状和壁厚以及塑件的部位等因素。收缩率大的塑料取较大的脱模斜度，一般情况下，脱模斜度30 30，但应根据具体情况而定。脱模斜度的确定要点：当塑件有特殊要求或精度要求时，应选用较小的斜度，外表面斜度可小致5。 高度不大的塑件，还可以不要脱模斜度；尺寸较高，较大的塑件，应选用较小的脱模斜度。收缩率大的塑料应取较大的脱模斜度。塑件形状复杂的，不易脱模的，应取较大的脱模斜度。塑件上的凸起或加强筋单边应有的斜度。侧壁带皮革花纹应有的斜度。当塑件壁厚较大时，因成型时塑件的收缩量大，故也应选用较大的脱模斜度，如果要求脱模后塑件保持在型芯的一边，那么要求塑件的内表面脱模斜度宜比外表面的小，反之，如果要求脱模后塑件保持在凹模一边，则外表面的脱模斜度应小于内表面的脱模斜度，但是当内外表面的脱模斜度不一致时无法保证壁厚的均匀。脱模斜度的取向原则：内孔以小端为基准，斜度由扩大方向取得；外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得，一般脱模斜度值不包括在塑件尺寸的公差范围内，但塑件精度要求高时，脱模斜度应包括在公差范围内。 综上所述，该制品的脱模斜度适当，适合脱模。52.5塑件生产批量分析单件生产 单件生产是指产品品种多，而每一种产品的结构，尺寸不同，且产量很少，各个工作地点的加工对象经常改变，且很少重复的生产类型。大量生产 大量生产是指产品数量很大，大多数工作地点长期的按一定节拍进行某个零件的某一道工序的加工。成批生产 成批生产是指一年中分批轮流的制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地点的加工对象周期性的重复。按照成批生产中每批投入生产的数量（即批量）大小和产品的特征，成批生产又可分为小批生产，中批生产和大批生产三种。小批生产与单件生产相似，大批生产与大量生产相似，常合称为单件小批生产，大批大量生产，而成批生产仅指中批生产。该塑件制品根据课题要求属单件大批生产，故设计的模具要求对注塑效率的要求不高，采用一模一腔结构，且制品为圆筒类零件，可采用中间进料的侧浇口。2.6成型工艺过程与参数1、注射成型工艺过程 预烘干装入料斗预塑化注射装置准备注射注射保压冷却脱模塑件送下工序 清理模具、涂脱模剂合模注射2、ABS的注射成型工艺参数料筒温度：控制在ABS的粘流温度和热分解温度之间，这里后段取190，中段220 ，前段取205喷嘴温度：一般应在180190之间，这里取185注射压力：一般应在7090，这里取90MPa型腔压力：70充模时间：4s保压压力：70保压时间：25s冷却时间：25s 模具温度：603 模具的设计3.1 拟定模具结构形式根据所需设计的斜三通管三维模型，拟定模具结构装配图，具体如下图3所示。63.2 确定型腔数量及排列形式为了制模具与注塑机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。型腔数目的确定一般可以根据经济性、注射机的额定锁模力、注射机的最大注射量、 制品的精度等。一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。该塑件精度要求不高，生产批量适中，且具有两边抽芯， 抽芯距较长，从模具加工成本，制品生产时的成本考虑，故拟定为一模一腔。能够适应生产的需求，潜伏式点浇口，浇口去除方便，模具结构孔不复杂，容易保证塑件质量。多型腔模具排列形式设计的要点：(1) 尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定；(2) 型腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象；(3) 尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸3.3 分型面的确定分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键。分型面的设计应遵循以下几项基本原则：(1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处；(2)分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量；(3)分型面的选择应有利于塑件顺利脱模；(4)分型面的选择应有利于模具的加工；(5)应尽量方便浇注系统的布置；(6)有利于排气。根据以上原则，可确定该模具的分型面如下图4图4分型面该模具采用上下分型，3个方向抽芯的设计思路，这样的模具分型面简单，上、下模镶块型腔形状相同，易于加工制造和检验。3.4 注射机型号的确定3.4.1 注射机的选择注塑成型机按结构形式可分为立式、卧式、和直角式三类。立式注塑机是注射柱塞（或螺杆） 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（下模）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，但附加机械手去产品后，也可实现全自动操作。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。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。通过上述的分析，该塑件的注射量和锁模力较大，由于本模具具有抽芯机构，设计较复杂，同时考虑到开模行程和脱模力的原因，所以应该采用卧式注射机。根据每一生产周期的注塑量和锁模力的计算值，查阅参考书，可选用SZ-200/1000卧式注塑机。3.4.2注射机主要技术参数表 3.1注射机主要技术参数项目理论注射容量/cm3数据210项目锁模力数据1000螺杆直径/42拉杆内间距/370320注射压力 MPa150移模行程/300注射速率 g/s110最大模厚/350塑化能力/s14最小模厚/150螺杆转速 r/min10250定位孔直径/125喷嘴球半径/15喷嘴孔直径/4锁模方式双曲轴3.4.3注塑机的校核1 制品的体积估算把45斜三通管分为三部分，三段直径为127mm的端部为,主干直径为110.4mm部分为，分支直径为110.4mm部分为 691585.86mm 292425.46mm 204067.66mm 2. 根据体积选择注射机（1） 得 1188078.98/0.8 1485098.73 1485.10由此确定是用卧式螺杆式（其容量60） （2） 根据塑件的计算体积，选择设备型号规格注射机额定注射量n:型腔数：浇注系统重量（g）:塑件重量（g）:注射机额定注射量（g）估算浇注系统的体积，根据浇注系统初步设计方案选择直接浇口算得1952.822则浇注系统重量（式中为塑料容重，ABS的容重1.05）塑件重量由于模具型腔数选择为1个，即n1，所以从计算结果，并根据塑料注射机技术规格选用SZ-200/1000型注射机（参考塑料模设计手册）。（3）锁模力的校核： F式中：注射力，由实用模具设计与制造手册查得80130Mpa,由于选用单腔注射，所以取100Mpa。 塑件在分型面上得投影面积（） 浇注系统在分型面上得投影面积（） F注射机额定锁模力，参考塑料模设计手册F6000kn投影面积计算： =则：由于F6000KN，故满足F3.5浇注系统设计3.5.1 浇注系统的设计原则浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大，而且还与塑件所用塑料的利用率、成型生产效率等相关，因此浇注系统设计是模具设计的重要环节。对浇注系统进行总体设计时一般遵循以下原则：(1)重点考虑型腔布局，包括以下几点：尽可能采用平衡布置，以便设置平衡式分流道，型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸(2)热量及压力损失要小，为此浇注系统流程应尽量短，截面尺寸应尽可能大，弯折尽量少，表面粗糙度要低；(3)均衡进料，尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，即分流道尽可能采用平衡式布置；(4)塑料耗量要少，在满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量；(5)消除冷料，浇注系统应能收集温度较低的“冷料”，防止其进入型腔，影响塑件质量；(6)排气良好，浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔各个角落，使型腔的气体能顺利排出；(7)防止塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力、翘曲变形或尺寸偏差过大以及塑料流将嵌件冲压位移或变形等各种成型不良现象；(8)塑件外观质量，根据塑件大小、形状及技术要求，做到去除修整浇口方便，浇口痕迹无损塑件的美观和使用；3.5.2 浇注系统的组成与作用普通流道浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳的输送到型腔，同时使型腔内的气体能及时顺利排出。在塑料熔体填充及凝固的过程中，将注射压力有效地传递到型腔的各个部位，以获得形状完整、内外质量优良的塑料制件。3.5.3流道系统设计流道系统包括主流道、分流道和冷料穴及其结构设计。（1）主流道设计主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注射机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道和型腔，其形状为圆锥形，其尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，甚至塑料的内在质量。主流呈圆锥形，便于充模时既能顺利通过又能在脱模时拔出，锥角=24，内壁粗糙度Ra=0.63,喷嘴的球窝深度h=35,喷嘴的球窝半径SR=喷嘴的球面半径+（12）。主流道一般由主流道衬套构成，如图3.2所示。7 图3.2主流道衬套、主流道尺寸1）主流道小端直径D =注射机喷嘴直径（0.51）=4（0.51），取 D =4.5mm。2）主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径（12）=15（12），取 SR0=17mm。主流道设计要点1）为便于将凝料从主流道中拉出，主流道通常设计成锥形，其锥角 =26。内壁表面粗糙度一般为 Ra=0.8。2）为防止主流道与喷嘴处溢料及便于将主流道凝料拉出，主流道与喷嘴应紧密对接，主流道进口处应制成球面凹坑，其球面半径为 R2 =R 1 +(12)mm,凹入深度 35mm。3) 为了物料的流动阻力，主流道末端与分流道连接处呈圆角过渡，其圆角半径 r=13mm。4) 主流道长度 L 应尽量短，否则将增加主流道凝料，增大压力损失，一般主流道长度由模具结构和模板厚度所确定，一般不大于 60mm，取 L=40mm。5) 因主流道与塑料熔体反复接触，进口处与喷嘴反复碰撞，因此，常将主流道设计成可拆卸的主流道衬套，用较好的钢材制造并进行热处理，一般选用T8A、T10A制造，热处理硬度为 HRC5357。8（2）分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上， 起分流和转向的作用。多型腔模具一般需设置分流道，单型腔大型塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。分流道的截面形状有圆形、半圆形、矩形、梯形、U形等多种。在流过同等横截面积的条件下，横截面为正方形的流动阻力最大，传热最快，热量损失最大，因此对热塑性塑料注射模而言，不宜采用正方形的分流道。而圆形横截面流动阻力小，热量损失最小，熔体降温也最慢，但从加工来说，它需要同时在动模和定模上开设半截面，要使两者完全吻合，制造较困难。半圆形和矩形截面的分流道比表面积（即表面积/体积比）较大，较少采用。而梯形截面、U形截面的分流道，加工容易且热量散失和流动阻力也不大。为了便于机械加工及凝聊脱模，本设计的分流道设置在分型面上，截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面。梯形截面分流道容易加工，且塑料熔体的热量散失及流动阻力均不大，一般可以采用这个经验公式来计算截面尺寸：B=0.265式中，B 梯形大底边的宽度（mm）m 塑件的质量（g）L 单向分流道的长度（mm）取分流道截面形状如图3.3所示图3.3分流道截面形状表3.1常用的分流道截面的形状及其效率效率0.25D0.25D0.217D0.153D0.195Dd=D/40.166DD/40.100DD/60.071D1）分流道要尽可能短，且少弯折，以利于最经济地使用原料和减少注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。若分流道设计得比较长时，其末端应留有冷料穴，以防前锋冷料堵塞浇口或进入模腔。2）流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度一般取1.6um左右，不需要很低，这样的表面有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。3）分流道的布置 在多型腔模具中分流道的布置中有平衡式和非平衡式两类。平衡式布置是指分流道到各型腔浇口的长度，端面形状，尺寸都相同的布置形式。它要求各对应部位的尺寸相等，这种布置可实现均衡送料和同时充满型腔的目的，使成型的塑件力学性能基本一致。但是，这种形式的布置使分流道比较长。非平衡式布置是指分流道到各型腔浇口长度不相等的布置，这种布置使塑件进入各型腔有先有厚，因此不利于均衡送料，但对型腔数量多的模具，为了不使流道过长，也常采用。为达到同时充满型腔的目的，各浇口的断面尺寸要制作得不同，在试模中要多次修改才能实现。4）分流道的设计要点 保证足够的注塑压力使塑料熔体顺利充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过渡。 流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。 分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动定模板上，合模后形成分流道截面形状。 分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡。（3）冷料穴的设计 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用是冷料、拉料和顶料。冷料穴直径应大于主流道大端直径主要有以下几类： 底部带有推杆的冷料穴 这类冷料穴的地步由一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上。因此它常与推杆或推杆脱模机构连用但仅适用于韧性塑料。 底部带有拉料杆的冷料穴 这类冷料穴的底部有一根拉料杆组成，装于型芯固定板上，常见结构有球头型，菌头型，倒锥头型，圆锥头型。底部无杆的冷料穴 对具有垂直分型面的注射模，冷料穴置于左右两半模的中心线上，当开模时分型面左右分开，塑件与流道凝料一起去处，冷料穴底部不用设置杆件。本设计采用带球形头底部无杆的冷料穴，起到拉料作用 ，一般情况下，主流道冷料穴圆柱体的直径为612，其深度为610，本设计3。9 图3.4冷料穴3.5.4浇口的设计浇口是连接流道与型腔之问的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的设计或选择恰当与否，直接关系到制品能否被完好的注射成型，浇口的种类包括有直浇口、侧浇口、扇形浇口，环形浇口以及点浇口。根据制品的要求，采用点交口。浇口位置的选择 浇口位置与数目对塑件质量的影响极大。选择浇口位置时应遵循如下原则：避免塑件上产生缺陷；浇口应开设在塑件截面最后处；有利于塑料熔体流动；有利于型腔排气；考虑塑件受力状况；增加熔接痕牢度。 图3.5浇口在浇口位置的选择方面，本设计有两个方案：一、浇口设置在主流道衬套内结构；二、浇口设置在成型凹模内。 综合考虑，由于第一种方案脱模凝料去除后，有可能在端面留下痕迹影响塑件质量。而第二种方案在模去除凝料后，由于痕迹留在了内壁，不会影响使用。这里采用第二种方案3.5.5 排气系统设计模具型腔在塑料熔体充填过程中，除了型腔内原有的空气外，还有塑料受热或凝固而产生的低分子挥发气体，尤其是在高速注射成型时，考虑排气是很必要的。一般是在塑料充填的同时，必须将气体排出体外。否则，被压缩的气体所产生的高温，引起塑件局部碳化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑件熔接不良而引起塑件强度降低，甚至阻碍塑料填充等。为了使这些气体从型腔中即时排出，可以采用开设排气槽等办法。有时排气槽还能溢出少量料流前锋的冷料，有利于提高塑件熔接强度。（1）排气不良的危害 增加熔体充模流动的阻力，是型腔充不满； 在制品上呈现明显可见的熔接缝，其力学性能降低； 滞留气体时塑件产生质量缺陷； 型腔内气体受到压缩后产生瞬时局部高温，使塑料熔体分解； 由于排气不良，降低了充模速度。（2）排气系统的设计方法 利用分型面排气是最好的方法，排气效果与分型面的接触精度有关； 对于大型模具，可以用镶拼的成型零件的缝隙排气； 利用顶杆与孔的配合间隙排气； 利用球状合金颗粒烧结块渗导排气； 在熔合缝位置开设冷料穴 排气槽出口不要对着操作人员，以防熔融塑料喷出伤人。排气槽与塑件接触段的深度不应超过塑料的溢料值，其断面为矩形或梯形。排气槽宽度b=3-5mm，深度h=0.03-0.05mm。长度l=5-10mm，此后可加深到0.8-1.5mm。本模具可利用模具分型面和模具零件间的配合间隙自然地排气，本模具可以利用配合间隙排气，通常中小型模具的简单型腔，可利用推杆、活动型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，可不分设排气槽，间隙的大小为0.02-0.04mm。3.6成型零件的结构设计和计算注射模具闭合时，成型零件构成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凹模、凸模、型芯镶拼件，各种成型杆与成型环。成型零件承受高温高压塑料熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了塑件的形状，尺寸和表面。在开模和脱模时需克服与塑件的粘着力。成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑料制品的相对质量。成型零件的结构，材料，和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。3.6.1成型零件钢材的选用选用要求 机械加工性能良好 要选用易于切削，且在加工后能得到高精度零件的钢种，为此，以中碳钢和中碳合金钢最常用，这对大型模具尤其重要。对需要电火花加工的零件，还要求该钢种的烧伤硬化层较薄。 抛光性能优良 注射模成型零件工作表面，多需抛光达到镜面，R 0.05m。要求钢材硬度HRC3540为宜。过硬表面会抛光困难。刚才的显微结构应均匀致密，极少杂质。 耐磨性和抗疲劳性能好 注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变的应以作用。一般的高碳合金钢，可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹，不宜采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模的次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。具有耐磨性 对有些塑料品种，如聚氯乙烯和阻燃性塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性的钢材。我国钢铁冶金行业标准YB/T0941997推荐的塑料模具钢的用途见表3.2表3.2 塑料钢主要性能钢号特性和用途SM45价格低廉、机械加工性能好，用于日用杂品、玩具等塑料制品的模具SM50硬度比SM45高，用于性能要求一般的塑料模具SM55淬透性好、强度比SM50好，用于较大型的、性能要求一般的塑料模具SM1CrNi3塑性好，用于需冷挤压反印法压出型腔的塑料模具制作SM45钢属碳素塑料模具钢，其化学成分与高强中碳优质结构钢45钢相近，但钢的洁净度更高，碳含量的波动范围更窄，力学性能更稳定。SM45钢经正火或调质处理后，具有一定的硬度、强度和耐磨性，而且价格便宜，切削加工性能好，适宜制造形状简单的小型塑料模具或精度要求不高、使用寿命不需很长的模具等。综上所述，再根据本塑件斜三通管，为日常用品，其生产批量中等，本设计的成型零件的材料取SM45钢。103.6.2成型零件工作尺寸计算成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来成型塑件的尺寸。主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，在使用中有配合要求的尺寸，还有较高的精度要求的尺寸。模具设计时应根据塑件的尺寸及精度等级要求确定模具成型零件的工作尺寸及精度要求。影响塑件尺寸精度的因素相当复杂，主要因素有：（1）塑件收缩率的影响（2）模具成型零件的制造误差（3）模具成型零件的磨损（4）模具安装配合的误差成型零件工作尺寸计算的方法有两种：1）平均法 即按平均收缩率，模具平均制造公差和平均磨损量为基准的计算方法。2）极限法 即按极限收缩率，模具极限制造公差和极限磨损量为基准的现以塑料的平均收缩率为基准计算。（1）型腔尺寸计算：材料平均收缩率：平均磨损量 模具型腔零件制作公差： 取IT8由实用模具设计与制造手册查得该塑件为5级精度，按该精度等级从表645中查到尺寸 基本尺寸L （mm） 公差数值 5065 0.46 80100 0.60 100120 0.68 120140 0.76 200225 1.10280315 1.40成型零件得制造公差,一般取塑件公差得1/31/6，对中小型塑件取对大型塑件取。1.型腔径向尺寸：式中：塑料平均收缩率。塑件公差（mm）-成型零件制造公差（mm）-修正系数，一般为1/23/4，公差值大取小值型腔径向尺寸（mm）塑件外形基本尺寸（mm）,取1/2，1/6=2.型腔高度： 式中： 型腔高度(mm) 塑件高度基本尺寸(mm) -修正系数，一般为1/21/3，当制品尺寸较大，精度较低时取小值，反之取大值。 取1/2，按1/6代入公式，得： 3.型芯径向尺寸： 式中：型芯径向尺寸（mm） 塑件内形基本尺寸（mm）4.型芯高度： 式中： 型芯高度(mm) 塑件孔深基本尺寸（mm）（2）底板厚度：A.刚度计算 式中：凹模底板厚度（mm）P模腔压力（Mpa）E弹性模量（Mpa）凹模型腔内半径（mm） 成型零件的许用变形量（mm） B.强度计算 所以取值必须大于20.18mm。113.7模架的确定和标准件的选用模架也称模体，模具的每一部分都寄生其中，也是型腔未加工的组合体。模架的主要零件如图所示，从图中可以看出，除凹模和型芯取决于塑件外，模架的其余部分都及其相似。这就使得模架的标准化成为可能。 模具标准化的意义：模具标准化的实施，能有助于稳定提高和保证模具设计质量和制造中心须达到的质量规范，使工业产品零件的不合格率减少到最低程度。模具标准化可以提高专业化协作生产水平，缩短模具生产周期，提高模具制造质量和使用性能。实现模具标准化后，模具标准件和标准模架可由专业厂大批量生产和供应。模具标准化可使模具工作者摆脱大量重复的一般性设计，将主要精力用来改进模具设计，解决模具关键技术问题，进行创造性的劳动。模具标准化，是采用现代化模具生产技术和装备，实现模具CAD/CAM技术的基础。模具标准话有利于模具技术的国际交流和组织模具出口外销。 因此，模具标准化对于提高模具设计和制造水平，提高模具质量，缩短制模周期，降低成本，节约材料和采用高新技术，都有十分重要的意义。3.7.1 标准模架的选用 1）模架与镶块尺寸的确定 模具的大小主要取决于塑件的大小和结构，对于模具而言，在保证足够强度的前提下，结构越紧凑越好。如图3.6所示，根据产品的外形尺寸（平面投影面积与高度），以及产品本身结构（侧向分型滑块等结构）可以确定镶件的外形尺寸，确定好镶件的大小后，可大致确定模架的大小了。 图3.6模架2）垫块高度的确定 垫块的高度应保证足够的推出行程，然后留出一定的余量（5-10mm），以保证完全推出时，推杆固定板不至于撞到动模板或动模支承板。 3）模架整体结构的确定 在基本选定模架之后，应对模架整体结构进行校核，看所确定的模架是否合适所选定或客户给定的注射机，包刮模架外形的大小，厚度，最大开模行程，推出方式和顶出行程等。 我国于1990年正式颁布了塑料注射模具模架的国家标准如图3.7：图3.7标准模架由于塑料制件需要侧向抽芯与分型机构，所以在标准模架中的基本型模架中选用型模架。同时，由于塑件属于薄壁的通用件，脱模力大，也适宜型的模架。123.7.2标准件的选用1.定位环定位环用于模具在注射机上的定位。定位环的直径根据注射机的型号确定。在标准模架上开设有与定位环直径相匹配的凹槽，用于安装定位环，如图3.8所示。 2.支撑柱 图3.8定位环支撑柱是用来对模具的垫板进行支撑，以提高垫板的刚度，如图3.9所示支撑柱的截面为圆形，其高度应与模具的垫块相同。 1-支撑板；2-支撑柱；3-紧固螺钉；4-推杆固定板；5-推板；6-动模座板图3.9支撑柱3.定模座板 定模座板是模具与注射机连接固定的板，材料为 45 钢。通过 4 个 M12 的内六角圆柱螺钉与顶模固定板连接；定位圈通过 4 个 M8 的内六角圆柱螺钉与其连接；定模座板与浇口套为 H7/m6 配合。4.定模板（型腔固定板）（560mm560mm、厚125mm） 用于固定型腔、导套。固定板应有一定的厚度，并足够的强度，一般选择 45 钢，调质 230HB270HB。其上的导套孔与导套一端采用 H7/k6 配合，另一端才用 H7/f7 配合；定模板与浇口套采用 H7/m6配合。上面还开有3个斜导柱孔，定模板上的斜导柱空与斜导柱为 H8/f7 配合。如图3.10图3.10 定模板5.动模型芯固定板（560mm560mm、厚100mm） 用于固定型芯、导柱，其上还有斜导柱孔、滑块孔，一般选择 45 钢，调质 230HB270HB。整体式型芯通过 2 翼的钢条固定在其上，长内六角螺钉固定在其上。 导柱固定孔与导柱为 H7/k6 配合；斜导柱空与斜导柱为 H8/f7 配合。6.垫块（50mm560mm、厚度 100mm）（1）主要作用 在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。（2）结构形式 可以是平行垫块或拐角垫块，改模具采用平行垫块。（3）垫块材料 垫块材料为 Q235A，也可用 HT200、球墨铸铁等。该模具垫块采用 Q235A 制造。137.推杆固定板（250mm250mm、厚25mm） 材料为 45 钢。如图3.11 图3.11推杆固定板3.8 合模导向机构的设计3.8.1 合模导向零件机构的作用(1)定位作用 模具闭合后，保证动定模位置正确，保证型腔的形状和尺寸正确；导向机构在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和调整。(2)导向作用合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。(3)保持机构运动平稳 对于大、中型模具的脱模机构，导向机构有使机构运动灵活平稳的作用。(4)承载作用 当采用脱模板脱模