机械毕业设计（论文）-塑料弯管注射模具设计【全套图纸】 .pdf

键入文字 毕业设计说明书 塑料弯管注射模具设计 学生姓名： 学号： 学 院： 材料科学与工程学院 专 业： 高分子材料与工程 指导教师： 2013 年 6 月 键入文字 第 1 页共 56 页 塑料弯管注塑模具设计 摘要摘要 本文研究的是 90带螺纹的塑料弯管及其注射成型的总体设计过程。 弯管成 90直 角，因此侧向分型抽芯是研究的重点。塑料弯管上有一段螺纹，本研究采用的是比较简 单轻便的设计模式，因此采取了瓣合模的成型方式。因为不使用复杂的脱螺纹装置，这 一点对于螺纹类的制品具有指导意义。本文选择了正确的注塑机型号，采用 proe 进行 模具的体积确定与分型面的选择，决定采取一模四腔的方式，这将会快速的提高生产量 与生产效率。本研究成功设计，将会为以后的弯管类塑料提供极高的参考价值，并且对 于生产有很高的经济效益。 关键词关键词：塑料弯管，侧向分型抽芯，瓣合模 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 键入文字 第 2 页共 56 页 plastic pipe injection mold design abrtract this paper studies a 90- degree bend with thread and plastic injection mold of design process.the bend has a 90- degre .so the focus of the study is side parting core pulling.there was a thread on plastic pip.this study uses a simple design patterns.so flap spotting is the better method .because which avoid the complex the installation of the unscrewing,which gives a guiding significance for the products of thread. by selecting the right injection molding machine type.using proe determine the volume of the mold and parting line selection.it is to decide taking a mold with a four cavity, which would rapidly increase the production capacity and production efficiency.successful design of this study will be for the future of plastic pipe classes provide a high reference value, and for the production of high economic efficiency. key words:plastic pipe,side parting core pulling,flapclamping 键入文字 第 3 页共 56 页 目录 1 前言 1 2 塑件结构与原材料工艺分析 3 2.1 带螺纹塑料弯管的设计 3 2.1.1 塑料弯管的立体示意图 3 2.1.2 塑料弯管的二维视图 3 2.1.3 塑料弯管的结构尺寸特征分析 3 2.2 塑料弯管原材料的选择分析 4 2.2.1 塑料的原材料的选择 4 2.2.2 硬质聚氯乙烯的性能指标 4 3 成型工艺方案的确定 5 3.1 塑件分型面的确定 5 3.2 型腔数量以及分布方式的确定 6 3.3 注塑机的选择与参数校核 6 3.3.1 注塑量的计算 6 3.3.2 注塑机型号的确定 7 3.3.3 型腔数量的校核 8 3.3.4 最大注射量的校核 8 3.3.5 锁模力的校核 9 3.3.6 注射压力的校核 9 3.3.7 开模行程的校核 9 3.3.8 喷嘴尺寸的校核 . 10 3.3.9 定位孔直径的校核 . 11 4 浇注系统的设计 . 12 4.1 主流道和主流道衬套以及定位环的设计 . 12 4.2 分流道的设计 . 13 4.2.1 分流道的设计原则 . 13 键入文字 第 4 页共 56 页 4.2.2 分流道的形状尺寸确定 . 13 4.2.3 分流道的形状尺寸以及分布 . 14 4.3 浇口的设计 . 15 4.3.1 浇口的设计原则 . 15 4.3.2 浇口的形状尺寸确定 . 16 4.3.3 浇口的位置 . 17 4.4 剪切速率的校核 . 17 4.5 尺寸的优化校核 . 18 4.6 冷料井的设计 . 19 4.7 排气槽的设计 . 20 5 成型零件的设计 . 21 5.1 成型零件的三视图 . 21 5.2 成型零件工作尺寸的计算原则 . 22 5.3 成型零件尺寸的计算 . 24 5.3.1 型腔型芯尺寸的计算 . 24 5.3.2 螺纹型环的计算 . 26 5.4 型芯之间的中心距的计算 . 28 5.5 型腔壁厚的设计 . 29 6 侧向分型抽芯机构的设计 . 32 6.1 抽芯力的计算 . 32 6.2 斜导柱的设计 . 32 6.2.1 斜导柱的机构设计 . 32 6.2.2 斜导柱倾斜角的确定 . 33 6.2.3 斜导柱的尺寸计算 . 33 6.2.4 斜导柱的示意图 . 35 6.3 侧滑块的设计 . 35 6.4 导滑槽的设计 . 36 6.5 楔紧块的设计 . 36 6.6 滑块定位装置的设计 . 37 键入文字 第 5 页共 56 页 7 合模导向和定位机构 . 38 8 塑件脱模机构的设计 . 40 8.1 脱模机构的设计准则 . 40 8.2 脱模力的计算 . 41 8.3 推杆的设计 . 42 8.3.1 推杆的设计原则 . 42 8.3.2 推杆的尺寸的计算： . 42 8.3.3 推杆的形状与尺寸 . 43 8.4 复位杆的设计 . 43 8.5 拉料杆的设计 . 44 9 冷却系统的设计 . 45 9.1 模具温度设计的原则 . 45 9.1.1 模具温度与制品质量的关系 . 45 9.1.2 冷却效率对生产效率的影响及其提高的办法 . 46 9.1.3 冷却系统设计原则 . 46 9.1.4 降低入水与出水的温差 . 46 9.2 模具冷却系统设计计算 . 47 9.2.1 塑料注射量的计算 . 47 9.2.2 制品所需冷却时间的计算 . 47 9.2.3 冷却水体积流量的计算 . 47 9.2.4 水孔直径的选择 . 48 9.2.5 冷却水在管道内的流速 . 48 9.2.6 冷却水流动状态的校核 . 49 9.2.7 冷却管壁与水交界面的膜传热系数 h 49 9.2.7 计算冷却水通道的导热总面积 a 49 9.2.8 计算模具所需冷却水管道的总长度 l 49 9.2.9 冷却水路的根数 x, . 49 10.模板尺寸的选择 . 51 12.装配图的设计 . 52 键入文字 第 6 页共 56 页 参考文献 55 致谢 56 键入文字 第 7 页共 56 页 1 前言前言 我国的模具行业将会在“十二五”期间迎来有一个蓬勃发展阶段1。“十二五”规 划中曾明确提出，未来要走绿色智能环保的新型工业化道路，而对我国模具行业来说， 在“以塑代钢”、 “以塑代木”的大力倡导下，塑料模具产品的市场需求量将快速增长。 据相关数据显示，我国目前人均塑料消费量仅为发达国家的 1/3，在提倡绿色环保 发展的大背景下，未来市场需求空前广阔。专家预计， “十二五”期间我国塑料模具制 品行业仍将会保持高速发展，会维持年均 15%的市场增长率。毋庸置疑，塑料模具的蓬 勃发展，这将给我国模具产业的优化升级带来新的动力。 “十二五”期间，我国战略性新兴产业智能模具制造装备发展的总目标是以发展智 能化模具来带动高效、精密、高性能模具总体水平的提高，以满足“智能制造”配套要 求来带动模具为战略性新兴产业服务总体水平的提高，使智能模具水平得到大幅度的提 升，为我国模具行业到 2020 年步入世界模具强国奠定坚实的基础。 据悉，具体目标为： 第一，要以智能化模具为主要代表的高效、精密、高性能模具的水平，中长期目标是 要达到国际先进水平，“十二五”期末首先要使智能化模具水平能基本满足智能制造所 需。 第二，以智能化模具为主要代表的高效、精密、高性能模具占模具总量的比例从目前 的约 35%，达到“十二五”期末的 40%以上，进而达到 50%以上的中长期目标。 第三，不断缩短模具生产周期、提高模具使用寿命和稳定性，首先达到“十二五”期 末生产周期比现在缩短 20%30%，使用寿命比现在提高 20%30%，用模具制造精细化 来提高可靠性和稳定性。 第四，要不断提高数字化、信息化水平。“十二五”期末使生产高效、精密、高性能 模具的企业基本实现 cad/cam/cae/pdm 一体化，并有 40%以上企业基本实现信息 化管理。 第五，模具自动化生产是重要的发展方向，目前尚处于试验实践阶段，到“十二五” 期末争取有5家以上的模具企业可实现模具自动化生产， 并在模具智能网络化制造技术、 键入文字 第 8 页共 56 页 管理方面有重大突破。 注塑模具在国外的发展也进入到了一个更加高级的发展阶段2。国外在高速集成， 智能化，小型化，个性化和基于环保的理念方面有重大的突破。 第一，在 cda，cae，cam 等3方面外国拥有更加成熟的技术和培训，国外的工业化 更加成熟信息化的成都也更高。这些只能软件的运用使得模具朝向智能化集成化发展。 第二， 模具设计从低精度， 简单形状向高精度， 复杂形状以及高性能方面进行发展。 这也是未来模具发展的重要方向。 第三，模具的标准化，系列化以及专业化将会更加完善。 第四， 全面质量管理在日本等发达国家已经完全实施。 质量管理可以对产品的设计， 制作以及注塑成型工艺方面有很重要的运用。 第五，国外已经从单纯的模具设计本身延生到对模具的结构优化设计方面，试图通 过结构的优化达到高性能的产品。 国外已经从注塑模具的工艺性分析从实践经验阶段发展到理论分析。 国外更加专注 于运用 moldflow 等4软件进行模具的提前分析。 解决了原料的浪费和避免耗费资源的问 题。 我们国家的模具设计方面在“十二五”规划结束后将会在模具的高效高精度高性能 方面取得进步。因此本研究的重心也在于实践“十二五”规划的发展目标。并且基于国 际视野设计的 90直角弯管来进行模具设计。 键入文字 第 9 页共 56 页 2 塑件结构与原材料工艺分析塑件结构与原材料工艺分析 2.1 带螺纹塑料弯管的设计带螺纹塑料弯管的设计 2.1.1 塑料弯管的立体示意图 本课题研究了 90直角弯管并且带外螺纹的塑料弯管的设计。 弯管的立体 proe 图如图 2.1。 图 2.1 塑件结构示意图 2.1.2 塑料弯管的二维视图 本研究设计的 90直角弯管的二维主视图如图 2.2。 图 2.290塑料弯管主视图 2.1.3 塑料弯管的结构尺寸特征分析 本研究设计的是 90塑料弯管5。弯管呈现直角的构型，在成型的过程中应该进行侧向 分 型 抽 芯 机 构 来 进 行 分 型 ， 塑 料 弯 管 有 一 段 外 螺 纹 ， 螺 纹 的 参 数 是 m5025gslh6。螺纹的成型用瓣合模来进行成型。因此本研究将会使用到侧向 分型抽芯机构以及瓣合模。设计有一定的难度。 键入文字 第 10 页共 56 页 2.2 塑料弯管原材料的选择分析塑料弯管原材料的选择分析 2.2.1 塑料的原材料的选择 选择硬质聚氯乙烯作为塑料弯管的原材料7，简称 upvc。作为具有较好的抗拉抗 压强度,耐腐蚀性优良,价格在各类塑料管中最便宜但低温下较脆。广泛应用在用于住宅 生活、工矿业、农业的供排水、灌溉、供气、排气用管、电线导管、雨水管、工业防腐 管等方面。在管件方面 upvc 有着非常好的性能。（1）物理性能优良，upvc 管材、 管件耐腐蚀，抗冲击强度高，流体阻力小，不会结垢 ，内壁光滑，不易堵塞，并达到 建筑材料难燃性能的要求，耐老化，使用寿命长。室内以及埋地使用寿命可达 50 年以 上，户外使用达 50 年。（2）重量轻，便于运输、储存和安装，有利于加快工程进度和 降低施工费用。（3）节省建筑费用，使用 upvc 管材、管件比使用同样规格的铸铁管 道系统造价低，且便于维修。 2.2.2 硬质聚氯乙烯的性能指标 聚氯乙烯的性能参数如表 2.1。 表 2.1upvc 的性能参数 性能参数 upvc 性能参数 upvc 密度 g/ 1.4 氧指数 42 吸水率 0.07 0.4 收缩率% 0.1 0.5 比热容/（kj/kg） 1.842 脱模度数 抗拉强度/ 45 50 玻璃化转变温度/ 85 折射率硬质成型品 1.52 1.55 成型温度/ 160 190 热导率/kw/ （m. ） 黏流态温度/ 热扩散系数/ （/r） 拉伸模量/ 0.61 3.3 键入文字 第 11 页共 56 页 3 成型工艺方案的确定成型工艺方案的确定 3.1 塑件分型面的确定塑件分型面的确定 分开模具取出塑件的面，通称为分型面8。注塑模有一个分型面和多个分型面的模 具，分型面的位置有垂直于开模方向，平行于开模方向以及倾斜于开模方向几种。分型 面的形状有曲面和平面。分型面的设计是否恰当，对制件，操作难易，模具的复杂性有 很大的影响，主要考虑三点： （1）塑件从模内取出，一般只采用一个与注射机开模运动 方向相垂直的分型面，特殊情况下才采用较多的分型面。应该设法避免与开模方向垂直 或倾斜的侧向分型和侧向抽芯，因为这会增加模具结构的复杂程度。为此安排塑件在型 腔中的方位时，要尽量避免与开模方向相垂直或倾斜的方向有侧凹或侧孔。 （2）分型面 形状的决定：分型面的形状一般是与注射机开模方向相互垂直的平面。 （3）分型面位置 的选择：除了必须开设在断面轮廓最大的地方才能使塑件顺利地从型腔中脱出外还要考 虑四个因素：第一，因为分型面处不可避免的留下溢料痕迹，或拼合不准确的痕迹，故 分型面最好不要选在制品表面光滑的外表面或带圆弧的转角处。第二：从制件的推出装 置方面考虑，分型面要尽可能留在动模边。第三：从保证同心度出发，同心度要求高的 塑件，取分型面时最好把同心度的部分放在模具分型面的同一侧。第四：有侧凹或侧孔 的制件， 当采用自动侧向分型抽芯的时候， 除了液压抽芯能获得较大的侧向抽芯距离外， 一般的分型侧向抽芯机构都比较小。 分析本塑件的结构与特征，确定它的分型面的位置处于平面所在的位置如图 3.1。 图 3.1 塑件的分型面 键入文字 第 12 页共 56 页 3.2 型腔数量以及分布方式的确定型腔数量以及分布方式的确定 注射模具型腔数目的确定，与现有注塑机的规格、所要求的塑件质量、塑件的几何 形状（有无侧抽芯） 、塑件成本及交货期等因素有关。从经济角度出发，订货量大时可 选用大型机、多型腔模具，对于小型制件，型腔数量可由经验决定。当尺寸精度和重复 性精度要求很高时，应尽量减少型腔数目，在满足其它要求的前提下尽量采用单型腔模 具。针对于本设计的塑件，由于尺寸精度和重复性精度要求不高，而且是大量生产，因 而拟采用一模多腔，同时考虑到塑件上有侧向抽芯，为使模具结构简单，采用一模四腔 较为合适。 型腔的布置涉及模具尺寸、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计、模具温度调节系统 的设计及模具在开合模时的受力平衡等问题，因此在设计中应根据各方面的情况进行综 合考虑，并在设计中进行必要的修改，已达到较为完善的结果。在本设计中，由于塑件 需侧向抽芯，并且是一模四腔，着重考虑抽芯机构的结构，因而采用平衡式排列布置, 如图 3.2。 图 3.2 型腔的分布 3.3 注塑机的选择与参数校核注塑机的选择与参数校核 3.3.1 注塑量的计算 注射模具是安装在注射机上使用的。在设计模具时，除了应掌握注射成型工艺过程 外，还应对所选用的注射机有关技术参数有全面了解，才能生产出合格的塑料制件。注 射机为塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种。注射 成型时注射模具安装在注射机的动模板和定模板上，由锁模装置进行合模并且锁紧，塑 料在料筒内加热呈熔融状态，由注射装置将塑料熔体注入型腔内，塑料制品固化冷却后 由锁模装置开模，并由推出装置将制件推出。 本模具采用一模四腔的结构进行设计。浇注系统的凝料体积一般按照实际情况选 键入文字 第 13 页共 56 页 取，该模具设计选择四个塑件的总体积容量的 20%进行预估计算。 将设计好的塑件通过 proe 软件的测量。单个塑件的体积为 47734.8。取 upvc 的密度为 1.4g/。那么单个塑件的质量可以进行如下计算。 m47.73481.4g/66.8g。 四个塑件需要的总共注塑容量是 v： v47.7348=190.9。 加上浇注系统的凝料的设计注塑量： 1.2190.9229。 四个塑件总共需要的塑料质量 m： m66.8g=267.3 加上凝料系统总共的注塑质量： 1.21.2320.7g。 模具设计的时候。塑件成型的塑料熔体总量或质量在需要在注射机额定量的 0.5 倍 到 0.8 倍。由此可以确定注射机的体积应该在 286.4到 458.2。 3.3.2 注塑机型号的确定 在体积容量足够的前提下，还需要依靠锁模力来进行综合的选择注塑机的型号9。 塑件在分型面上的投影面积约为 4200 流道凝料在分型面上的投影面积可以按照塑 件的 0.2 倍到 0.5 倍来取得，因此本浇注系统的投影面积按照 0.2 倍约为 840。 在分型面上的投影： 4200840 20160 645.1kn 式中： 注射机的公称锁模力（ ） ； 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和； 为型腔内熔体压力，取； 结合上述的情况，选择注射机的型号为：海天 htf200x/1。 键入文字 第 14 页共 56 页 该注射机的主要技术参数如表 3.1。 表 3.1 注射机 htf200x/1 的技术参数 技术参数 内容 技术参数 内容 结构类型 理论注射量/ 卧式 412 拉杆间距/ 移模行程/ 470 螺杆直径/ 最大模具厚/ 550 注射压力/ 170 最小模具厚/ 200 注射速率/ 152 锁模形式 双曲肘 锁模力/kn 2000 定位孔直径/ 螺杆转速/ 0-150 喷嘴球半径/ 10 塑化能力/ 24 喷嘴孔直径/ 3.3.3 型腔数量的校核 为了使模具与注射机相匹配以提高生产率和经济性，并保证精度，模具设计前应合 理的确定型腔的数目。 按照注射机的最大注射量校核型腔的数量： （式 3.1） 其中： 注射机最大注射量/； 浇注系统凝料量/； 单个塑件的容积/； 通过上面的计算知道单个塑件的体积为 47.7；浇道凝料的体积为 38.1。 而凝料的容量和最小注射量应不小于注射机额定最大注射量的，故可得,， 所以型腔的数目取：。 3.3.4 最大注射量的校核 在注射中，塑件的总重量加上浇注系统的重量不应该超过注射机规定的克数。在额 键入文字 第 15 页共 56 页 定注射量的 80%以内。 229.1 412 （式 3.2） 由此可见，最大的注射量满足要求。 3.3.5 锁模力的校核 当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向方向的很大推力，其大小 等于制品与浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和乘以型腔内塑料熔体的平均压力。 该推力应小于注射机的额定锁模力，否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料 现象。 在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力： f （式 3.3） 式中： 注塑机额定锁模力，； 为型腔内熔体压力（） ，； 代入数据得: 645.1kn 由此可见，满足锁模力的要求。 3.3.6 注射压力的校核 注射压力的校核是检验注射机的最大注射压力能否满足制品成型的需要。为此注射 机的最大注射压力应大于或等于塑件成型时所需要的注射压力，即 （式 3.4） 式中： 注塑机的最大压力mpa p 塑件需要的成型压力； 制品成型时所需的注射压力一般很难确定，它与塑料品种，注射机类型，喷嘴形式 键入文字 第 16 页共 56 页 制品的形状的复杂程度以及浇注系统等因素相关。在确定制品的注射压力的时候，一般 采取类比法。upvc 的注射压力要小于 140mpa。 由此可知，注塑机符合要求。 3.3.7 开模行程的校核 注射机的开模行程是有限制的，取出制件所需要的开模距离必须小于注塑机的最大 开模距离。开模距离分为两种情况。本设计按照注塑机最大开模行程与模厚无关的时候 进行校核，开模行程按照下面进行校核： s+5 10（mm） 式中： 塑件顶出距离，mm； 塑件高度，包括浇注系统在内，mm； s 注射机的最大开模行程，mm； 对于带有侧向抽芯机构的模具，分型抽芯动作是由斜导柱完成的，这时模座行程 s 的计算还必须考虑分型抽芯机构的抽拔距离，当，模座行程可 由公式 s（mm）进行计算。 本塑件采取的是侧向分型抽芯机构。最小开模行程是指抽出侧滑块所必须的开模运 动距离。由于本模具设计的滑块与开模运动方向一致。因此根据公式： s 式中： s 为滑块移动的距离； 为所需要的开模行程； 键入文字 第 17 页共 56 页 是倾斜角，在本设计中选择为 20； s54.5mm；计算出136mm； 根据25mm+80mm149.73mm； 因此（mm）136s=470mm； 3.3.8 喷嘴尺寸的校核 为了使注塑模具能够合理的安装在注塑机上并且生产出合格的产品，在设计模具时 候必须校核注塑机上与模具安装有关的尺寸。因为不同型号和规格的注塑机，其安装模 具部分的形状与尺寸各不相同。一般情况下设计模具时候应该校核的部分包括喷嘴尺 寸，定位圈尺寸，最大模具厚度，最小模具厚度，模具板上的螺孔尺寸等。这里先对喷 嘴尺寸进行校核。其他的校核需要在模具结构设计完成以后进行校核。 注射机喷嘴前端的球面半径r和孔径d与模具浇口套的球面半径r 及小孔径d应该 吻合，以避免高压塑料熔体从缝隙处溢出。它们一般应该满足下列关系： r=r+(1 2)mm； d=d+(0.5 1)mm； 如果 rr，将会出现死角，而积存塑料，使得主流道的塑料凝料将无法脱出。 所以注射机喷嘴尺寸是标准。模具的制造以它为准则。 该模具 r=10mm 取 r=11mm，符合要求。 该模具 d=3mm，取 d=3.5mm，符合要求。 选择主流道的单边斜度1.5。 3.3.9 定位孔直径的校核 浇口套与为了保证模具主流道中心线与注射机喷嘴中心线相重合，注射机固定模板 键入文字 第 18 页共 56 页 上设计有定位孔，模具的定模板上应该设计凸起的定位圈，两者按照 h9/f9 间隙配合。 为了让定位圈直径与注射机定位孔配合，应该按选用注射机的定位孔直径确定。定位环 与注射机定模固定模孔相配合，配合精度为 h11/b11，以便于装模。定位圈用内六角螺 钉固定在定模座上。注射机的定位孔直径为 160mm。因此定位圈的直径也选取 ； 4 浇注系统的设计浇注系统的设计 浇注系统控制着塑件在注塑过程中充模和补料两个重要的阶段，对塑件的质量关系 影响极大。浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔人口为止那一段流道。 浇注系统包括：主流道,分流道,浇口,冷料井几部分组成。浇注系统的设计原则主要有 六条： （1）对模腔的填充迅速有序； （2）可同时充满各个型腔； （3）压力和热量损失最 小； （4）可能消耗较少的塑料； （5）够使型腔顺利排气； （6）注系统凝料容易与塑件分 离或切除； （7）不会使冷料进入型腔；口痕迹对塑件外观影响小。 键入文字 第 19 页共 56 页 4.1 主流道和主流道衬套以及定位环的设计主流道和主流道衬套以及定位环的设计 主流道是指注机喷嘴在同一轴心线上，物料在流道中不改变方向，主流道形状一般 为圆锥形或圆柱形。由于主流道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰触，所以设计成独立 的主流道衬套，选用优质的刚才制作并提高硬度。主流道衬套要求承受交变应力， 主流道应专门开设在主流道衬套上。由于主流道要与高温的塑料和喷嘴反复接触和碰 撞，所以模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套，以便选用优质钢材单独 进行加工和热处理。当主流道贯穿几块模板时，若无主流道衬套，则模板间的拼合缝可 能溢料，以至主流道凝料无法脱出，有时将主流道衬套大端的圆盘凸出定模板端面 5 10mm，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合，起定位环作用。也常有将模具定位环 与主流道衬套分开设计的。 本模具的定位环与主流道衬套分开设计。 主流道以及定位圈的尺寸确定。 按照选用的注塑机设计主流道的小端直径 d；主流道小端球面半径 r；主 流道的斜度选择；定位环的外径根据注射机的定位环的大小选择 160mm 的标 准件，如图 4.1。 图4.1流道衬套 键入文字 第 20 页共 56 页 4.2 分流道的设计分流道的设计 4.2.1 分流道的设计原则 分流道是主流道与浇口之间的一段将塑料熔体沿分型面引入各个型腔的那一段流 道，因此它开设在分型面上，分流到的断面可以呈圆形、半圆形、梯形、矩形、u 字形， 它可以由动模和定摸两边的沟槽组成，如圆形，也可单开在定模或动模一侧，如梯形、 矩形等。 设计原则： （1）充模要保证融合线最小； （2）对熔体流动的阻碍尽可能小； （3）所 占注射重量比尽可能小； （4）易于脱模； （5）分流道长度在工艺条件允许下应尽可能短， 以保证将压力温度以及材料的损耗为最小； （6）分流道横截面所选的尺寸应使冷却时间 等于或略大于塑件的冷却时间，只有这样才能在塑件固化前保证足够的保压压力。 4.2.2 分流道的形状尺寸确定 长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置。从输送熔体时减少压力损失和热量 损失出发应力求缩短。 断面尺寸视制品大小、塑料品种、注射速率以及分流道的长度而定。圆形分流道的 直径一般在 510mm 之间变动；但对于流动性特别好的 pp、pa 等，当分流道很短时， 可小到2；对于流动性特别差的塑料，可大于10。实验证明，对多数塑料，分流道 直径在 56mm 以下时，对流动性影响较大。但在8 以上时，再增大其直径对流动性 的影响就很小了。因为塑件的质量小于 200g。因此用以下公式进行计算： d=0.2654 （式 4.1） 式中： w l 流道的长度，mm； 分流道的设计分为两部分，第一部分为主分流道，第二部分分流道为直接连接塑件 的分流道。形状为梯形。底面为 w，h=w，x=w； （1）第一部分分流道 =0.2654mm 键入文字 第 21 页共 56 页 =7.4mm 按照当量面积相等 =（+） =8.6mm；=5.7mm；=6.5mm； （2）第二部分分流道 =0.2654mm =5.5mm 按照当量面积相等 =（+） =6.4mm；=4.3mm；=4.8mm； 4.2.3 分流道的形状尺寸以及分布 分流道的分布如图 4.1。分流道的尺寸如图 4.2，4.3。 图 4.1 分流道的分布 键入文字 第 22 页共 56 页 图 4.2 第一部分分流道的截面尺寸 图 4.3 第二部分分流道的截面尺寸 4.3 浇口的设计浇口的设计 4.3.1 浇口的设计原则 浇口指流道末端将塑料引入型腔的狭窄部分，是进入型腔的门户，一般说来，其断 键入文字 第 23 页共 56 页 面尺寸比分流道断面尺寸小，长度也短，起着控制料流速度，补料时间的作用，其断面 形状常见的有圆形、矩形。浇口是连接分流道和型腔或者说是塑件的桥梁，是整个浇注 系统的最薄点。其形状和安放位置应根据各种实际需要来确定。 浇口在塑件上开设的位置与数目，对制品的质量影响很大。因此在选择浇口位置与 数目时，应对塑料熔体在流道和型腔中的流动状况，填充顺序、排气、补缩等作全面考 虑，以获得尽可能好的制品质量。设计的原则有六个：避免在制件上产生缺陷；有利 于流动、排气和补缩；减少熔接痕，增加熔接牢度；取向方位对制品性能的影响； 考虑流动距离比；防止料流将型芯或嵌件挤歪变形。 4.3.2 浇口的形状尺寸确定 本模具的设计采用边缘浇口10， 边缘浇口一般开设在分型面上， 从制件的边缘进料， 边缘浇口具有矩形或接近矩形的形状， 其优点是便于机械加工， 且易于保证加工的精度， 而且试模的时候尺寸易于调整，适于各种塑料，其最大的优点是可以调整充模的剪切速 率和浇口的封闭时间。浇口封闭时间即补料时间，主要由浇口的厚度决定。当厚度决定 后，根据塑料的流动性能选择适当的剪切速率和流动速度，再依据制品的重量确定浇口 的宽度。 浇口的深度 h 为： h 式中： 制品厚度，mm； 材料系数，upvc 的系数选择 0.9。 h0.9； 浇口的宽度可按下式进行计算: 式中： a 凹模边型腔表面积，即塑件外表面积，。 键入文字 第 24 页共 56 页 本模具的浇口的尺寸计算为： 3.39mm 塑件边缘浇口的典型尺寸为深度 0.5，宽 1.5，浇口台阶长度 0.5。 按照塑件易于修模以及经验确定浇口的深度尺 h=1.5mm； 宽度 w=2； 长度 l=1mm。 浇口的截面如图 4.4。 图 4.4 浇口的截面尺寸 4.3.3 浇口的位置 浇口的位置如图 4.5 所示。 图 4.5 浇口的位置 4.4 剪切速率的校核 （1）确定注塑的时间 一次注入模具的总体积： 190.9； 实际注射质量： 1.41.4； 键入文字 第 25 页共 56 页 由此确定 t=3s。 （2）主流道剪切速率的校核 主流道的体积流量的计算： 77 主流道的剪切速率的计算： （式 4.2） 3.6 （3）分流道剪切速率的校核 第一部分分流道的剪切速率的计算： 35.3 分流道的当量直径的计算 ）h/2= 3.7mm 7.32 第二部分分流道当量计算 17 ）h/2= 2.75mm 8.59 （4）浇口的剪切速率的计算： 16 键入文字 第 26 页共 56 页 浇口的当量直径 wl 0.97mm 1.93 4.5 尺寸的优化校核尺寸的优化校核 按照允许流动阻力优化分流道尺寸，在型腔模具中要降低流动阻力，应该使分流道 尽量短而且转弯少。此外分流道的断面尺寸要足够大，以降低压力损失和温度损失，缩 短充模时间，使得能够生产出高质量的产品。但是粗大的流道也会增加冷却时间和增加 浇注系统的凝料。比较合理的方法是根据塑件的大小和形状设置一定的充模时间，通常 在型腔入口处设定一适当的压力，根据注塑机压力 p 确定浇注系统的压力降， （） ，本注塑机给出的注塑压力是 170mpa，中型塑件的入口处大压力大概需 要 50mpa。通过示差法可以得出最小的尺寸。根据本塑件的浇注浇注系统的形状分布。 根据公式： （式 4.3） 式中： 流道各段长度； 各段流道半径； 各段流道体积流量； 各段流道中的体积流量； 压力降的校核： 根据压力降的公式： 键入文字 第 27 页共 56 页 当剪切速率在163 时候的表观粘度依次是： 90pa； 1000pa r； 1100pa r； 32pa r 11。 )pa 94.4mpa120mpa 由此可见分流道的布置以及大小的选择符合压力降的需求。 4.6 冷料井的设计冷料井的设计 卧式或立式注射机用模具的冷料井，设在主流道正对面的动模上，直径稍大于主流 道大端直径，以利冷料流入。冷料井底部常作成曲折的钩形或下陷的凹槽，使冷料井兼 有分模时将主流道凝料从主流道中拉出附在动模边的作用。在分流道的末端，为了防止 冷料进入模具，因此也需要开设冷料井。 本模具的设计采用的是冷料井底部带有推料杆的设计模式。设计的样式是倒锥形冷 料井，冷料的推杆固定在推板上，分模的时候依靠倒锥起拉料作用，然后再强制脱出。 这是基于主流道不需要左右移动，容易实现自动脱模。冷料井的示意图如图 4.6 所示。 图 4.6 冷料井 4.7 排气槽的设计排气槽的设计 当塑料熔体注入型腔时候，如果型腔里面原有气体，蒸汽等不能顺利排出，将在制 品上形成气孔,银丝,灰雾,接缝,表面轮廓不清晰，型腔不能完全充满等弊病，同时还会 因气体压缩而产生高温，引起流动前沿物料温度过高，黏度下降，容易从分型面溢出， 发生飞边，重则灼伤制件，使之产生焦痕。而且型腔内气体产生的反压力会降低充模速 度，影响周期和产品数量。因此设计产品的时候排气系统的设计是必须考虑的问题。 排气槽的设计一般采取四种方法进行。 （1）利用分型面或配合间隙排气：对于一般的小 键入文字 第 28 页共 56 页 型塑件，当不采用特殊的高速注射时，可利用分型面或利用推杆与孔，推管与孔，脱模 板与型芯，活动型芯与孔的配合间隙排气。 （2）开设专用的排气槽：对于大型塑件或告 诉注塑模，应开设专用的排气槽，最常见的是在型腔周边的分型面上开设排气槽，槽深 在 0.01 0.03mm 之间变化， 宽约 0.02 0.03mm。 对于具体塑料还需要按照实际情况进 行分析。 （3）用多孔烧结金属排气：如果制品形状特殊，型腔最后充满的部位远离分型 面和推杆而无法排气时，可在型腔表面气体聚集处镶嵌圆形的烧结金属排气。 （4）负压 及真空排气：通过冷却水道排气是在负压冷却技术基础上发展起来的新技术。模具内冷 却水通过特殊的容积泵抽吸流动，因此整个冷却水道在负压下操作，型腔内的气体通过 排气间隙从冷却水道中随水带出，其中最好的办法就是通过推杆间隙排气，推杆穿过冷 却水道而与型腔相通。 本塑件由于比较小型，不需要开设专门的排气槽。因此依靠分型面的粗糙程度进行 排气。 5 成型零件的设计成型零件的设计 构成模具型腔的零件统称为成型零件，它主要包括凹模,凸模,型芯,镶块以及各种 成型杆，各种成型环。由于型腔直接与高温高压塑料相接触，它的质量直接关系到制件 质量，因此要求它有足够的强度,刚度,硬度以及耐磨性，以承受塑料的挤压力和料流的 摩擦力，有足够的精度和适当的表面粗糙度（一般0.4m 以下） ，以保证塑料制品表 面的光亮美观,容易脱模。对于容易产生腐蚀性气体的塑料如聚氯乙烯，还应该选用腐 蚀性的钢材或者表面镀铬。 键入文字 第 29 页共 56 页 本模具的凹模形状简单，容易加工，并且为了保证模具的精确尺寸，因此选择整体 式凹模。型芯采用组合式进行成型的设计。 5.1 成型零件的三视图成型零件的三视图 本模具采用的型芯的设计是整体式型芯。型芯的主视图如图 5.1。俯视图如图 5.2。 本设计是整体型腔，型腔的俯视图如图 5.3。 图 5.1 型芯的主视图 图 5.2 型芯的俯视图 键入文字 第 30 页共 56 页 图 5.3 动模型腔的俯视图 5.2 成型零件工作尺寸的计算原则成型零件工作尺寸的计算原则 所谓工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸12。 主要有型芯和型腔 的径向尺寸（包括矩形或异形型芯的长和宽） ，型芯和型腔的深度尺寸，中心距尺寸等。 任何塑料制品都有一定的尺寸要求，在使用或安装中有配合要求的塑料制品，其尺寸精 度要求较高。在设计模具时，必须根据制品的尺寸和精度要求来确定相应的成型零件的 尺寸和精度等级。影响塑料制品精度的因素较为复杂，主要有以下四个方面：第一：与 成型零件制造公差有关，显然成型零件的精度越低，生产的制品的尺寸精度也越低。第 二： 设计模具时， 估计的塑料收缩率与实际收缩率的差异和生产制品时收缩率的波动值。 第三：型腔在使用过程中不断磨损，使得同一模具在新和旧的时候生产的制品尺寸各不 相同。第四：模具可动成型零件配合间隙变化值。模具固定成型零件安装尺寸变化值。 塑件所可能出现的最大公差值为这些误差值的总和。 式中: 塑件成型公差； 成型零件制造误差； 型腔使用过程中的总磨损量； 键入文字 第 31 页共 56 页 塑料收缩率波动引起塑件尺寸变化值 （包括工艺波动和材料批号变化所引起的波动 和设计时收缩率估计的误差）; 可动成型零件因配合间隙变化而引起制件尺寸变化值； 固定成型零件因安装误差而引起制件尺寸变化值。 制品规定公差值 应大于或等于以上各项因素带来的累积误差。 1.成型零件制造公差的影响 绝大多数的模具成型尺寸都是机械加工得到的，其加工误差直接影响制品尺寸，精 度相同的模具零件其制造公差数值与零件尺寸大小有一定关系。在 0 500mm 以内，按 国家标准规定规定： i a（0.45） 式中: 成型零件制造公差值，um； 成型零件的尺寸，mm； a常数，由加工精度等级决定； 组合式型腔的制造公差应根据尺寸链决定。实践证明制造公差约占塑件总公差的 1/3 左右，因此在确定成型零件工作尺寸公差时可取塑件总公差的 1/3。通常取 gb1800-79 中 it7 it10 级精度作模具制造公差。 2.型腔成型零件的磨损量 磨损的形成： （1）塑料在型腔中的流动； （2）塑件脱模时与型腔壁的摩擦（主要） ； （3） 重新打磨、抛光。 键入文字 第 32 页共 56 页 3.影响磨损量大小的因素： （1）与脱模方向垂直的面不计磨损； （2）磨损量随模具 使用寿命的增加而增加； （3）考虑塑料特性对磨损的影响； （4）模具材料的耐磨性与热 处理状况的影响； （5）中小型塑件的模具，最大磨损量可取制件总公差的 1/6 （0.02mm 0.05mm） ，对于大型塑件应取 1/6 以下。对于小型塑件来说，成型零件磨 损对制件总公差影响较大，而大型制件则影响较小。 4.成型收缩率的影响 （1）设计选取的计算收缩率与实际收缩率的差异（系统误差） ； （2）生产制品时由 于工艺条件波动，材料批号发生变化而造成制件收缩率的波动。 （偶然误差） 。 收缩率波动引起尺寸变化值： 式中： 塑料的最大收缩率； 塑料的最小收缩率； 塑料制件的名义尺寸； 本设计按照平均收缩率进行计算。 5.3 成型零件尺寸的计算成型零件尺寸的计算 5.3.1 型腔型芯尺寸的计算 1.型腔径向工作尺寸的计算 型腔的径向尺寸一共分为四个基本尺寸 50mm，48.9mm，20mm， 105.6mm。 根据公式： （式 5.1） 式中： 键入文字 第 33 页共 56 页 型腔的基本尺寸（） ； 塑料的平均收缩率，upvc 的收缩率取 0.005； 塑件外形基本尺寸()； 模具制造公差，这里取； 塑件尺寸公差值。 mm =mm mm =mm mm =mm mm =mm 2.型芯径向尺寸 型芯的径向尺寸分为:20mm，9mm，54.51mm， 97.6mm。 根据公式： 键入文字 第 34 页共 56 页 （式 5.2） 塑件的内径尺寸()； 塑料的平均收缩率,； 塑件内径基本尺寸()； 模具制造公差，这里取； 塑件尺寸公差。 mm =mm mm mm mm mm mm mm 键入文字 第 35 页共 56 页 3.型腔深度尺寸 根据公式： （式 5.3） 式中： 型腔的基本尺寸尺寸；25mm,22.87mm。 型腔深度尺寸； 模具制造公差； 塑件尺寸公差； 塑料的平均收缩率,取 0.005。 mm =mm mm =mm 4.型芯高度尺寸 型芯高度的基本尺寸 42mm，36.07mm。 式中： 键入文字 第 36 页共 56 页 （式 5.4） 型芯的基本高度尺寸； 型芯高度尺寸； 模具制造公差，这里取； 塑件尺寸公差； 塑料的平均收缩率,取 0.005。 mm mm mm mm 5.3.2 螺纹型环的计算 1.螺纹型环的尺寸计算 螺纹塑件从模具中成型出来后，径向和螺距尺寸都要缩小。为了使螺纹塑件与标准 金属螺纹较好的配合，提高成型后塑件螺纹的旋入性能，成型塑件的螺纹型芯或型环的 径向尺寸都应考虑收缩率的影响，即适当缩小螺纹型环的径向尺寸和增大螺纹型芯的径 向尺寸。由于螺纹中径是决定螺纹配合性质的最重要参数，所以计算模具螺纹大，中， 小的径向尺寸，均以塑件螺纹中径公差中为依据。 键入文字 第 37 页共 56 页 螺纹型环大径尺寸计算公式： （式 5.5） 螺纹型环中径尺寸计算公式： （式 5.6） 螺纹型环小径尺寸计算公式： （式 5.7） 式中: 螺纹型环大径基本尺寸。 螺纹型环中径基本尺寸； 螺纹型环小径基本尺寸； 塑件外螺纹大径基本尺寸；在此处键入公式。 塑件外螺纹中径基本尺寸； 塑件外螺纹小径基本尺寸； 塑料平均收缩率。 塑件螺纹中径公差，由于目前我国尚无专门的塑件螺纹公差标准，故可参 照金属螺纹公差标准中精度最低者选用。本模具查表 gb/t1971981； 螺纹型环中径制造公差，其值取 。 本塑件有一个 m50 的外螺纹，设计的小径为 46.54mm，经过计算其中径为 48.27mm，通过查询，取其最小值公差值，得到中径公差为 0.09mm。由此进行如下计 键入文字 第 38 页共 56 页 算： mm =mm mm mm mm mm 2.螺距的计算 塑件成型之后，螺距也会进行收缩，因此有必要对螺距的长度进行计算： 根据公式： （式 5.8） 式中： 螺纹型环的螺距尺寸； p 塑件螺纹的螺距尺寸； 键入文字 第 39 页共 56 页 螺纹型环的制造公差，取 0.03； 塑料的收缩率。 经过计算，得到mm。 5.4 型芯之间的中心距的计算型芯之间的中心距的计算 模具上型芯的中心距对应着制件上孔的中心距，模具上成型孔的中心距对应着制件 上突出部分的中心距。 制件上中心距尺寸公差标注一般采用双向等值公差表示，模具上中心距的公差也用双 向等值公差表示。 影响模具中心距的因素由有：制造误差，在坐标镗床上加工孔时，轴线位置尺寸偏 差不会超过0.015 0.02mm，并与名义尺寸无关。若型芯与模具呈动配合，配合间 隙会影响模具的中心距尺寸，对于一个成型杆来说，当偏移到极限位置时引起中心距的 偏差为 0.5。 型芯或成型孔中心距尺寸的计算根据公式： 标注上制造偏差后，得： （式 5.9） 制造公差应根据模具的精度，加工方法确定或取制件公差 的四分之一。 式中： -型芯之间的基本尺寸； 键入文字 第 40 页共 56 页 -型芯之间的尺寸； -塑料的平均收缩率； -模具制造公差，这里取。 =mm 5.5 型腔壁厚的设计型腔壁厚的设计 型腔应具有足够的壁厚以承受塑料熔体的高压。 如果壁厚不够， 可表现为刚度不足， 即产生过大的弹性变形值；也可表现为强度不够，即型腔产生塑性变形甚至破裂。型腔 壁厚计算以最大压力为准。理论分析和实践证明：对于大尺寸的型腔，刚度不足是主要 矛盾，应按刚度计算；而小尺寸的型腔在发生大的弹性形变前，其内应力就超过许用应 力。因此应按强