毕业设计（论文）-等径三通弯管注塑模具设计（全套图纸） .pdf

i 三通弯管的注塑模具设计三通弯管的注塑模具设计 摘要：摘要：根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等 技术要求，选择塑件制件尺寸。本模具采用一模两件，直接式进料，设置冷却系 统，选择模具合理的加工方法。附上说明书，系统地运用简要的文字，简明的示 意图和和计算等分析塑件，从而作出合理的模具设计，“t”型等直径三通管在 日常生活中是比较常见的。本文通过对三通管塑件的工艺分析，进一步确定了塑 件的主要成型工艺参数，设计并且确定了三通管注塑模具中的各个系统：如浇注 系统、成型零部件设计、侧向分型和抽芯机构、脱模推出机构、分型面以及排气 槽、冷却系统、排气系统以及注射机的选用和校核等。最后用 cad 和 solidworks 绘制出模具的三维模型图、总装配图、模具爆炸图和动画仿真。本次设计能注塑 模具设计的整个流程巩固加深， 同时加强了对注塑模具中各个系统的工作原理的 理解。 关键词关键词：三通弯管；注塑模设计；模具爆炸图；动画仿真 全套图纸三维，加全套图纸三维，加 153893706 ii design of tee injection mold based on solidworks abstract：the plastic products of requirements, understand the use of plastic parts, process analysis, dimensional accuracy and other technical requirements of plastic parts, plastic parts select size .the two- piece mold using a mold, direct feed, a cooling system, a reasonable choice of mold processing methods. attach brochures, systematic use of brief text, diagrams and concise and computational analysis and other plastic parts, in order to make a reasonable die design.“t“ type, such as diameter tee is more common in our daily life. this article through the analysis of the technology of tee plastics, further determine the parts of the main forming process parameters, confirming the tee injection mold design and the system:such as the gating system, molding parts design, side parting and core- pulling mechanism, launched demoulding mechanism, parting surface and exhaust slot, cooling system, exhaust system and the choice of injection machine and check, etc. with cad and solidworks finally map out the mould 3 d model, the general assembly drawing, mold explosion diagram and animation simulation. this design to the whole process of injection mold design to consolidate deepen, at the same time to strengthen the working principle of each system in the injection mold of understanding. keywords:tee; injection mold design ;die exploded diagram; animation simulation iii 目录目录 1.前言前言 . 5 1.1 塑料的简介 5 1.2 塑料成型基础知识 5 1.3 我国塑料模具现状及发展趋势 1 1.4 国际塑料模具的发展现状 2 2.塑件工艺性分析塑件工艺性分析 . 2 2.1 塑件塑料的选择 2 2.2 塑件的尺寸精度与表面质量 4 2.2.1 塑件的尺寸及精度等级 . 4 2.2.2 塑件的表面质量 . 4 2.3 塑件的结构设计 5 2.3.1 脱模斜度 . 5 2.3.2 塑件的形状分析 . 5 2.3.3 塑件的壁厚 . 6 2.3.4 孔 . 6 3 注塑的工艺设计注塑的工艺设计 6 3.1.塑件体积和质量的计算 6 3.2 注塑机的选择 7 3.2.1 浇注系统凝料体积的初步估算 . 7 3.2.2 注射机型号及参数的确定 . 7 3.3 注射机相关参数的校核 8 4 3.4 塑件注射成型工艺系数确定 8 4 模具结构形式的设计模具结构形式的设计 9 4.1 分型面的确定 9 4.2 型腔数量和排列方式的确定 9 4.3 浇注系统的设计 . 10 4.3.1 主流道的设计 10 4.3.2 分流道的设计 11 4.3.3 浇口的设计 12 4.4 冷料穴和拉料杆的设计 . 13 4.5 校核主流道的剪切速率 . 14 5 成型零件的结构设计成型零件的结构设计 14 5.1 成型零件的结构设计 . 15 5.2 成型零件工作尺寸的计算 . 15 5.2.1 凹模结构设计与计算 15 5.2.2 型芯的结构设计与尺寸计算 16 6 模架的确定模架的确定 . 17 7 排气机构的设计排气机构的设计 . 17 8 脱模推出机构的设计脱模推出机构的设计 . 17 8.1 脱模推出机构设计原则 . 18 8.2 脱模机构类型的设计 . 18 9 冷却系统的设计冷却系统的设计 . 18 9.1 冷却介质 . 18 9.2 冷却系统的简单设计 . 19 设计总结设计总结 20 参考文献参考文献 21 致致 谢谢. 22 5 1.前言前言 1.1 塑料的简介塑料的简介 塑料是一种高分子材料，主要由天然树脂和合成树脂组成，除此之外，在实 际应用的塑料中还添加有各种添加剂， 虽然在塑料的成分中树脂对塑料的化学性 能起决定性作用， 但是不是起完全决定性作用的， 添加剂的作用也是不可忽略的。 不同添加剂的加入对塑料性能的影响也是非常大的。 塑料在一定压力和温度具有 充满模具型腔的能力，称之为塑料的流动性，除此之外，塑料还具有收缩性、结 晶性、吸湿性和热稳定性。可以通过模具加工原材料（塑料），使其成型为具有 一定的几何形状、尺寸及满足使用性能的制品。塑料在工业生产中具有很多优越 性，它广泛的应用于现代制造领域的方方面面，它具有密度小、质量轻、比强度 高、绝缘性能好、介电损耗低、化学稳定性高、减摩耐磨性能好、减振隔音性能 好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐腐蚀等 特殊性能。塑料已经慢慢的开始代替部分金属制品、木材、及无机非金属材料， 在国民生产中已经发展成为制造行业中不可缺少的一种新型年轻的化学材料。 1.2 塑料成型基础知识塑料成型基础知识 随着科学技术的不断发展和先进制造技术的不断升级， 为了满足市场的需求， 市场对制造业的原始材料提出来更加高的要求。由于塑料具有质量轻、耐腐蚀、 防震、隔热、隔音以及具有良好的绝缘性能，可塑性强并且易于成型，成本低廉 易于成型加工。正因为塑料产品有这么多的优越性，才使得塑料制品在各个行业 各个领域都越来越广泛的被使用。 塑料成型是指将原材料经过加工设备最总生产 出塑料成品的全部过程， 这个过程主要包括四个必备因素： 即塑料成品的原材料， 成型模具，成型设备，成型工艺 1。 1 注射成型工艺过程主要包含了三个工艺因素：温度、压力、时间。在塑料的 成型过程当中，尤其是对一些精密塑料制品的成型加工，要通过查表、计算、然 后选取出一组最优的成型条件对其进行加工， 但是在实际生产中要确定出一组最 佳的成型工艺条件是非常难得，因为影响塑料制品成型条件的因素很多，除主要 温度、压力、时间三个因素之外，还包括塑料制品的几何形状、模具结构、注射 成型设备、原材料性能等等。 塑料常用的成型加工方法有：注射、挤出、压缩、压注、吹塑、层压、浇铸、 滚塑、发泡、压延、材料成型、快速成型。在模具工业生产中具体选用哪一种成 型加工方法，还要根据塑料制品本身的工艺性能、塑料原材料的化学性能以及原 材料在受热变化时的变化特点，具体选择塑料的成型加工方法 2。 表表 1.1 常用的成型加工方法与模具常用的成型加工方法与模具 3 成型方法 成型模具 用 途 注射成型 注射模 电视机外壳、食品周转箱、塑料盆、桶、汽车仪表盘 挤出成型 口模 棒、管件、板材、薄膜、电缆护套、异形型材 压缩成型 压缩模 复杂制品加工（凹槽、侧抽芯、小孔、镶件等） 传递模塑 传递模 设备和模具成本高、原料损失大、生产大尺寸受限制 中控吹塑 吹塑模具 中空或管状制品 热成型 真空成型模 简单的制品（此方法可供选择的原料很少） 1.3 我国塑料模具现状及发展趋势我国塑料模具现状及发展趋势 在我国，塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的，因为我国模具工 业起步较晚，与国际塑料模具的先进水平还有一定的差距，但是随着我国制造业 先进技术的飞速发展，模具工业就像一头沉睡的狮子，以飞快的速度正在向国际 向先进制造技术正在慢慢的靠拢， 模具工业的先进技术已经在国内和国外得到各 方的认可，特别是改革开放至今，我国的塑料模具水平在技术要求和制造能力方 面都有很大的提高，正在大步向国际化行业标准的一流水平进军。 当代我国的塑料模具的发展趋势为：在模具设计制造中将全面推广 cad/cam/cae 技术；快速原型制造(rpm)及相关技术将得到更好的发展；高速铣 削加工将得到更广泛的应用； 模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更 2 大作用；电火花铣削加工技术将得到发展；超精加工和复合加工将得到发展；热 流道技术将得到推广；气体辅助注射技术和高压注射成形等工艺将进一步发展。 1.4 国际塑料模具的发展现状国际塑料模具的发展现状 美国在九十年代初发表了一篇关于“国家关键技术报告”中认为：塑料工业 的优化发展可以促进国民生产中各个领域的产品的高速、高效、高标准的要求， 从而在很大程度上提高了模具制造行行业在国际上的知名度； 各个领域之间的相 互竞争也可以促进模具原材料的不断优化、性能不断提高，这是由于塑料模具的 发展是随着塑料工业的发展而发展的， 是将高新技术应用于塑料并且转化为塑料 成品的一个验证，这样就大大的推动了模具行业的市场 4。 表表 1.2 国内外塑料模具技术对照表国内外塑料模具技术对照表 4 项目 国内 国外 注塑模型腔精度 0.0050.01mm 0.020.05mm 型腔表面粗糙度 ra0.010.05um ra0.20um 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 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 在模具行业中的比例 3040% 2530% 2.塑件工艺性分析塑件工艺性分析 2.1 塑件塑料的选择塑件塑料的选择 由于模具市场的发展空间很大，市场的需求量很大，这就使得塑料制件的原 材料塑料的品种繁多。根据塑料的成形性能，可以将塑料产品分为热固性塑料和 热塑性塑料。热固性塑料是指原材料在一定条件下（一定的温度下，经过一定的 时间），塑料内部结构发生变化，产生化学反应而固化。固化后的塑料性能与原 材料发生了恨得变化，与原材料相比，固化后的塑料具有质地硬脆，加热不易融 化， 如果温度继续升高则会分解碳化。 常见的热固性塑料有氨基塑料、 环氧塑料、 dap 塑料等；热塑性塑料是指原材料在一定条件下（一定的温度下，经过一定的 时间）发生形态变化，变成可流动的粘稠状液体。温度降低、冷却又可以恢复固 3 塑料原始状态，这一个变化过程可以多次往复变化。热塑性塑料既有抗化学腐蚀 的能力，又可以溶解于某些相应的有机溶剂当中。综合对比本次设计三通管的使 用性能，即选择其原材料为热塑性塑料。 通过查表选择热塑性塑料中的聚氯乙烯（pvc）和聚丙烯（pp）进行对比。 聚氯乙烯（pvc）的产量很大、仅次于聚乙烯，是一种使用较早、应用较广 泛的塑料。纯度高的 pvc 树脂是无色透明，在实际应用中可以根据需求加入不同 成分的化学成分，可以制得各种硬质和软质的 pvc。聚氯乙烯的缺点是耐热性差 （只能在-1555 温度范围内使用）；热稳定性差（温度超过熔点后塑件分解）。 但是因为 pvc 的化学稳定性很高，所以通常可用于防腐管道、管件、输油管、离 心泵、鼓风机等设备上，还因为其具有良好的绝缘性能，所以广泛的应用于电子 工业中，如生活中常见的插板上下座、闸刀、开关盒、电缆线等等。流动性差， 温度过高时特别容易分解， 所以在使用中必须在塑料原材料中加入稳定剂和增塑 剂，并严格控制各种添加剂的比例。模具工作中要严格控制模具的工作温度及熔 料在浇注系统中的滞留时间，这种塑料模具设计的浇注系统应粗而短，浇口截面 不宜选的太小，不的有熔料滞留，应设置有冷却系统，其表面应镀铬 6。 聚丙烯（pp）的密度为 0.900.91 g/,具有良好的机械性能。聚丙烯具有良 好的刚性、耐热性、热稳定性好。在没有外界干扰作用的情况下，即使温度高至 150 塑料的形态也不会变的。在通用塑料产品中它是唯一的可以在水中煮沸且在 高温蒸汽（135 蒸汽）中消毒而不被破坏的塑料。在机械领域也随处可见，可以 被用来制作机械零件；可用作强弱酸、冷热水、蒸汽等耐腐蚀物质的输送管道； 和 pvc 一样也具有良好的绝缘性能。不足之处在于收缩性大，在成型过程中塑件 制品容易发生缩孔、表面易形成凹痕。热容量大，聚丙烯在注射成型模具中必须 设计有能充分冷却的冷却系统。如果温度过低会造成制品的表面光泽度差、容易 产生熔接痕和凹；温度过高会使塑件出现翘曲现象 7。 综上所述：以上分别从热塑性塑料聚氯乙烯（pvc）和聚丙烯（pp）的基本 特性、主要用途、成型特点三个方面进行详细的阐述，综合本次设计要求，最总 选择本次 t 型三通弯管模具设计的材料为聚氯乙烯（pvc）。 表表 2.1 聚氯乙烯（聚氯乙烯（pvc）的性能指标）的性能指标 7 基本性能 用途 4 聚 氯 乙 烯 聚氯乙烯树脂为白色或黄色粉末，形同面 粉，造粒后为透明块状，类似明矾。聚氯乙 烯有较好的电绝缘性能， ， 其化学性能稳定， 由于聚氯乙烯的热稳定性差， 长时间加热会 导致分解， 使聚氯乙烯变色所以应用范围较 窄，使用温度一般在 1555 由于化学稳定性高，用于防 腐管道；绝缘性能好，可在 电气、电子工业中用于制造 插座、插头、开关以及电缆。 日常生活中用于制造凉鞋、 雨衣、玩具和人造革等。 2.2 塑件的尺寸精度与表面质量塑件的尺寸精度与表面质量 2.2.1 塑件的尺寸及精度等级塑件的尺寸及精度等级 影响塑料制件精度的因素很多颇多，模具的制造精度、磨损程度、塑件收缩 率的波动、塑件成型工艺条件的变化、塑件的形状，脱模斜度及成型后的尺寸变 化等等都会影响塑件的精度等级。 塑件的尺寸精度会直接影响模具结构的设计和 模具的制造精度，因而就牵扯到模具 的制造成本，所以在实际生产中要合 理的选择模具结构和模具的制造精 度。在一般的模具生产过程中，为了 降低模具的加工难度和模具的生产 成本，要求在满足塑件的技术要求和 精度等级的前提条件下尽量选择低的 图图 1 三通管零件图三通管零件图 精度等级。 由于塑料制品和金属制品的性能差异较大， 所以不能按照金属零件的选取精 度等级的方式来确定塑件的精度等级。就我国目前的成型水平来说，塑件尺寸公 差可以根据（gb/t14486-1993）选取对应的公差精度等级。通过查表选择本次塑 件标注公差尺寸均采用一般精度中的mt3级精度， 未注公差尺寸采用mt5级精度。 2.2.2 塑件的表面质量塑件的表面质量 塑料制品的表面质量指标主要有两个方面：表面缺陷和表面粗糙度。 表面缺陷，如缺料、飞边、气泡、银纹、斑纹、无光泽、翘曲、扭曲、龟裂 等 1。主要与与塑料的配方、塑件设计、成型模具、成型设备、成型工艺等多 因素有关。塑件的表面粗糙度主要取决于模具型腔型芯的的表面精度，一般情况 下型腔型芯的的表面粗糙度应该比塑件制品的表面粗糙度低。 塑件制品的精度等 5 级要求越高，则对模具型腔型芯的粗糙度要求越高，模具的制造成本就越高。另 外，由于在模具加工过程中型腔不断地磨损，应该定时的对模具型腔进行抛光修 复，以至于延长模具的寿命。塑件表面的粗糙度是根据实际使用性能而定的。 塑件的表面粗糙度可参照 gb/t14234-1993塑料件表面粗糙度标准不同 加工方法和不同材料所能达到的表面粗糙度选取。一般情况下塑件外部需要的 表面粗糙度比内部要高许多查表取塑件的外部为 ra0.2um ，内部为 0.4um。 2.3 塑件的结构设计塑件的结构设计 2.3.1 脱模斜度脱模斜度 塑件在脱模过程中， 由于塑件本身的冷却收缩性及表面对模具型腔面的粘附、 摩擦等作用，有时会出现模具难以脱模，强行脱模会导致塑件表面质量。所以在 模具设计时就应该在塑件的内表面和外表面， 沿脱模方向应设计足够的脱模斜度。 表表 2.2 塑件常用的脱模斜度塑件常用的脱模斜度 8 塑料名称 型腔 型芯 pe、pp、ipvc、pa、cpt、pc、psf 2545 2045 pvc、pc、psf 3540 3050 ps、pmma、abs、pom 3530 3040 pf、uf、mf、dap、ep 2540 2050 塑件常用的脱模斜度范围为 3030。塑件脱模斜度的选取受塑料特性、收 缩率、摩擦系数、塑件结构形状有关。在具体选择脱模具的模斜度时应该考虑一 下几个因素：性能硬脆的塑件，其脱模斜度比性能柔韧的大；形状复杂或壁厚大 的塑件，由于脱模时的表面粘附力及收缩率大，所以塑件的内表面脱模斜度比外 表面大；按照塑料的收缩率规律（体积缩小），一般塑件向心收缩，所以塑件的 内表面脱模斜度要比外表面大； 增强塑件的收缩率虽小于普通塑件， 但缩紧力大， 脱模时易擦伤塑件和模具的型腔面，故脱模斜度应取大值；对于塑件上数值较大 的尺寸，为防止因脱模斜度而使一端超出公差范围，脱模斜度宜取小值 6。 2.3.2 塑件的形状分析塑件的形状分析 塑料制品应尽量避免侧面有凹槽的出 现以及应避免与脱模方向垂直的孔，如此 6 就可以避免采用瓣合分型或侧向抽芯等比较复杂的模具结构。如图示，该零件的 材料为 pvc，为满足塑件的使用性能，表面要求光滑、不允许出现飞边、气泡、 银纹、斑纹、无光泽、翘曲等缺陷。故采用三向侧抽芯。 图图 2 塑件三维图塑件三维图 2.3.3 塑件的壁厚塑件的壁厚 塑件的壁厚是塑件结构中最重要的结构要素， 在设计分析塑件的结构时首先 应该考虑塑件的壁厚。塑件壁厚的设计与塑件的原材料的化学性能、塑件的结构 性能、 成型条件、 以及塑件的表面质量都有密切的关系。 塑件壁厚的设计原则是： 在满足使用性能的前提条件下尽量选取小的壁厚， 据经验同一个塑件的壁厚尽量 一致 7。因为塑件的壁厚选取不合适，将会影响一系列的不良因素，如塑件成 本、模具制造成本等等。不仅如此，如果同一个塑件的壁厚不等、相差很大，则 会导致塑件在型腔内冷却时间延长，影响塑件的技术要求。还有如果壁厚不等则 会在塑件的表面形成气泡、凹痕。塑件的壁厚要恰当，壁厚如果太小，会影响熔 料的填充，并且填充阻力增大；如若塑件的壁厚过大，就会增加塑件的成本，冷 却时间和保温时间都会延长，导致模具的制造效率降低，成本加大,另外也容易 在塑件表面形成凹陷、缩孔等缺陷。塑件壁厚一般在 14mm,最常用的数值为 23mm。 2.3.4 孔孔 塑件上的孔一般常见的有通孔、盲孔、异型孔等等，从理论实际来说，这些 孔都应该采用型芯成型。实际的塑件中往往不是单一的孔，如孔的结构比较复杂 时，会导致塑件熔料流动缓慢，型腔型芯结构复杂，脱模推出机构设计难度大， 因此再设计塑件上的孔的结构时，因尽量采用结构简单的而且单一的孔。孔径的 大小也应该合理的选取，孔径太小在成型时模具的型芯容易弯曲和折断；但是孔 径如果太大就会影响塑件的整体结构性能。 3 注塑的工艺设计注塑的工艺设计 3.1.塑件体积和质量的计算塑件体积和质量的计算 根据选取的塑件的材料 pvc 的的分析可知，其材料密度 = 1.351.45g/，塑 件的质量和体积采用三维软件 proe3d 测量，在 proe 软件中（分析模型质 量属性），选取 pvc 的密度为 1.40 g/并输入。 即，可得出体积 v=22.3 7 m=v=22.3x1.4 g/=31.22g 3.2 注塑机的选择注塑机的选择 3.2.1 浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料体积在设计之前还不能计算出来准确的体积， 但是可以根据 经验公式，按照塑件体积的 0.2-1 倍来计算。有以前说明可知本次设计采用的浇 注系统主流道简单且较短，浇注系统的凝料体积可取上式范围内的最小值，因此 按塑件体积的 0.2 倍估算。故以此注入模具型腔塑料熔体的总体积（浇注系统的 凝料和 2 个塑件体积之和）为： =（1+0.2）2 3-1 上式中=22.3，代入公式 3-1 可得： =（1+0.2）2=31.221.22=74.93 3.2.2 注射机型号及参数的确定注射机型号及参数的确定 模具设计时，在设计模具的注射系统时，必须使塑料制品所需要注射的塑料 容积的容量或质量要所选取的注射机额定注射量的 80以内。 注射机的公称注射量： =/0.8 3-2 上式中=74.93，代入公式 3-2 可得： =/0.8=93.66 初选注射机 xs-zy-125（z 注射形成、y 螺杆式、最大注射量 125） 表表 3.1 注射机主要技术参数注射机主要技术参数 10 项目 参数 项目 参数 一次注射量/ 125 最大开合模行程/mm 320 结构形式 卧式 模具最大厚度/mm 300 螺杆直径/mm 42 模具最小厚度/mm 200 注射压力/mpa 150 动、静模固定板尺寸 ab(mmmm) 420450 注射方式 螺杆式 拉杆空间 a 或 ab(mmmm) 260360 锁模力/kn 900 喷嘴球半径（mm） 12 最大注射面积/ 320 喷嘴孔半径（mm） 4 定位圈直径（mm） 100 螺杆转速（r/min） 10- 140 8 3.3 注射机相关参数的校核注射机相关参数的校核 1）注射压力校核。 p= 3-3 上式中，注射压力安全系数 =1.251.4 ,可取=1.3； pvc 所需注射压力 100-120，这里可取 =110mpa； 工程注射压力 =150 mpa ； 则：p= = 1.3110=143 mpa =150 mpa 所以，注射机注射压力合格 2）锁模力的校核 塑件在分型面上的投影面积，=（）+2426 = 900.32 浇注系统在分型面上的投影面积，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投 影面积数值，可以按照多型腔模的统计分析来确定，分流道较短，因此流道凝料 投影面积可以适当取小一些。 =0.2 3-4 =n(+) 3-5 则： =n(+)=21.2900.32=2160.77 模具型腔内的胀型力： = 3-6 上式中，是型腔的平均计算压力值。型腔的平均注射压力通常取公称注射压力的 2040，范围为 2540mpa。对于粘度高技术要求较高的的塑件制品应取最大 值，pvc 属粘度性差及有精度要求的塑件。故=40mpa =2160.7740n=86.43kn f= 3-7 上式中，锁模力系数=1.11.2，可取=1.2，则： =1.286.43=103.72 kn 900 kn 所以，注射机锁模力合格 3.4 塑件注射成型工艺系数确定塑件注射成型工艺系数确定 确定下表成型工艺参数: 9 表表 3.2 常用的热塑性塑料成型工艺参数常用的热塑性塑料成型工艺参数 9 项目 参数 项目 参数 料筒温度（） 前部 150160 保压压力（mpa） 4060 中部 165170 注射时间（s） 25 后部 170180 保压时间（s） 1020 喷嘴温度 150170 冷却时间（s） 1030 模具温度（） 3060 周期（s） 2055 注射压力（mpa） 80130 喷嘴形式 直通式 收缩率（） 0.50.7 4 模具结构形式的设计模具结构形式的设计 注塑模具的总体结构设计是本次设计的主要内容，主要包括分型面的确定、 型腔数量和排列方式的确定、浇注系统的设计、冷料穴和拉料杆的设计、导向机 构的设计、脱模机构的设计、成型零部件的设计、排气系统的设计。 4.1 分型面的确定分型面的确定 模具上用以取出塑件和浇注系统 凝料可分离的接触表面称为分型面 7。 分型面是决定模具结构形式的重要因 素， 并直接影响着塑料熔体的流动、 充 填性能及塑件的脱模。 在选择分型面时要遵循一下几个原则 3： 图 图 1 塑件分型面确定塑件分型面确定 分型面应设置在塑件外形最大轮廓处，否则塑件无法取出 分型面应设置在动模一侧，方便塑件顺利脱模 分型面选择应保证塑件的精度要求和外观质量 分型面选择应考虑排气效果且有利于侧向抽芯 尽可能满足制品的使用要求并且有利于防止溢料 4.2 型腔数量和排列方式的确定型腔数量和排列方式的确定 1）型腔数量的确定 该塑件采用一般精度中的 mt3 级精度，未注公差尺寸采 用 mt5 级精度，为大批量生产，可采取一模多腔的结构形式。同时考虑塑件的尺 寸，模具结构尺寸的大小关系， 10 以及制造费用和各种成本费等因素，初步定为一模两腔结构形式。 2）型腔排列形式的确定 多型腔模具尽可能采用平衡时排列布置，且要力 求紧凑，并与浇口开设的部位对称。由于设计选择的是一模两腔，故用直线对称 排列。 图图 4 型腔数量的排列布置型腔数量的排列布置 4.3 浇注系统的设计浇注系统的设计 浇注系统一般又主流道、分流道、浇口和冷料穴四个部分组成。浇注系统的 设计是注射模设计的一个重要环节，它对塑件的性能、尺寸精度、成型周期以及 模具结构、塑料的利用率等有直接的影响，设计应遵循以下几个原则：充分考虑 塑料熔体的流动性和结构工艺性；热量和压力损失要小；确保均衡进料；排气性 好；塑料耗量要少 13。 4.3.1 主流道的设计主流道的设计 在卧式或历史注射机使用的模具中，主流道一般都垂直于模具分型面。为了 便于拉出流道中的冷凝料，通常将主流道设计成圆锥形，锥角 a 为6，内壁粗糙 度值ra为0.80um， 圆锥孔小头直径d为48mm， 但必须比注射喷嘴d大0.51mm， 主流道的长度有定模板的厚度确定。 1)主流道具体尺寸的确定： 主流道的长度：小型模具 60mm,本次设计初选 60mm,进行设计 主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=(3+0.5)mm=3.5mm 主流道大端直径： =d+2tan(a/2)4-1 上式中，d=60mma=代入 3-8 式中可得： 6mm 主流道球面直径：=注射机喷嘴球头半径+（12）=（12+2）mm=14mm 2）主流道凝料体积： =（+） 4-2 =（+）=3.14/360(+1.753)=1.09 3)主流道当量直径=2.34mm 4)主流道浇口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。 主流道小端入口处与注射机 11 喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求严格，因而尽管小型注射模可以将主流道 浇口套与定位圈设计成一个整体，但是考虑上述因素通常仍将其分开来设计，以 便于拆卸方便。 图图 5 主流道浇口套结构设计主流道浇口套结构设计 同时也便于选用优秀钢材进行单独加工和热处理。 如图主流道浇口套的结构设计。 4.3.2 分流道的设计分流道的设计 多型腔或单型腔多浇口的模具应设置分流道。 分流道即为连接主流道和浇口 的进料通道，起分流和转向作用。分流到设计时要求塑料熔体在流动时热量和压 力损失小，流道凝料少，各型腔能均衡进料。为便于分流道的加工和凝料脱模， 分流道大都设置在分型面上 1）分流道的布置形式 在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽 可能避免熔体温度降低，同时还要考虑分流道的容积和压力平衡，因此采用直接 式分流。 2）分流道的长度 由于分流到设计简单，根据两个型腔的结构形式，分流 道较短，故设计时适当选小一些，单边分流道长度取 16mm 3）分流道的当量直径 =0.26544-3 上式中，塑件的=31.22g； 分流道的长度=16mm； 代入 4-3 式中可得：=0.2654=0.2654=3.0mm 4)分流道截面形状 常用的分流道截面形状有圆形、梯形、u 形、六角形、 半圆形及矩形等。圆形和矩形流道截面的比表面积（流道表面积与体积之比）最 小，热量损失小，流道的效率最高，担架工困难且正方形、矩形流道截面不易脱 模，所以在实际生产中常用梯形、u 形及半圆形截面。本次设计采用梯形截面， 且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大。 5）分流道截面尺寸 设梯形的下底宽为 x,底面 圆角 r=1mm，梯形的高为 h=3.5mm，则该梯形的截 面面积为： =(x+3.5tan8)3.5 12 再根据该面积与当量直径为 3.0mm 的圆面积相等，可得(x+3.5tan8)3.5=， 代入上式中，可的 x4mm 则梯形的上底约为 5mm ,如右图所示图图 6 分流道截面设计分流道截面设计 6）凝料体积 分流道的长度=162=32mm 分流道截面积=3.5=15.75 凝料体积=32mm15.75=504 7)校核剪切速率 确定注射时间：查表由以上塑件的成型工艺参数表，可取 t=2.5s 计算分流道体积流量： =4-4 上式中，凝料体积=504； 塑件体积=22.3； 代入公式 4-4 可得：=9.12/s 剪切速率： = 4-5 上式中，分流道体积流量=9.12/s； 分流道半径=2.25mm； 代入公式 4- 5 中可得： =0.84 该流道的剪切速率处于浇主流道与分流道的最佳剪切速率 5-5。 所以，分流道内熔体的剪切速率合格。 8）分流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取 ra1.25-2.5um 即可，此处取 ra1.6um。 4.3.3 浇口的设计浇口的设计 浇口也称为进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口是浇注系统中最 关键的部分，浇口的设计与位置的选择恰当与否，直接关系到塑件的质量。按浇 口截面尺寸大小的结构特点，浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两大类；按 浇口位置可分为中心浇口和边缘浇口；按浇口形状可分为扇形、盘形、轮辐式、 点浇口、潜伏式、护耳式等 9。 13 1）侧浇口尺寸的确定 计算侧浇口的深度： h=nt 4-6 上式中，t 是塑件的厚度，这里 t=2mm； n 是塑料的成型系数，对于 pvc，其成型系数 n=0.9； 代入公式 4- 6 中可得：h=nt=0.92mm=1.8mm 在工厂进行设计时，浇口深度常常先取小值，以便在今后试模时发现问题进 行修模处理，并根据表 4-10 表中推荐的 pvc 侧浇口的厚度为 0.52.0mm，故此 处浇口深度 h 取 1.5mm. 计算侧浇口的长度： 根据表 4-10， 可得侧家口的长度一般选用 0.72.5mm， 这里取浇口的长度为 2）侧浇口剪切速率的校核 计算浇口的当量半径 由面积相等可得=bh,由此可得浇口的当量半径为 校核浇口的剪切速率 确定注射时间：查表 4- 8，可取 t=2.5s； 计算浇口的体积流量： = 4-7 上式中，t=2.5s； 浇流道体积为=22.3； 代入公式 4-7 中可得：=8.92/s=8.92/s 由此可由公式 4-5 计算侧浇口的剪切速率，则 =，代入数据的=2.02 该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 5-5之间， 所以，浇口的剪切速率校核合格。 4.4 冷料穴和拉料杆的设计冷料穴和拉料杆的设计 注射机喷嘴前端要和温度较低的模具接触， 所以喷嘴前端部位的熔料温度也 较低，在注射时应防止这部分材料进入型腔，否则将影响塑件的质量。为此，在 主流道的末端开设冷料穴，使这部分冷料停留在此处。当分流道较长时，料流的 前端又会产生新的冷料，最好在分流道的末端也开设冷料穴。冷料穴内的冷凝料 14 和整个浇注系统的冷凝料连成一体的， 利用冷料穴的冷凝料脱出整个浇注系统有 两种： 拉杆脱料式：拉料干和顶料杆都固定在顶出板上，拉出主流道内的冷凝料 后，随着顶出板的移动，强制顶出冷凝料 推板脱料式：拉料杆头部的形状可将主流道内冷凝料拉出，然后，由推板 的顶出动作，将拉料杆上的冷料推下 综上所述，选择拉杆脱料式中的 z 型冷料穴 4.5 校核主流道的剪切速率校核主流道的剪切速率 上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积以及主流道的 当量直径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率 1）计算主流道的体积流量 =4-8 上式中，主流道凝料体积=1.09； 分流道凝料体积=504 表示塑件的体积，=22.3 = = =18.48 /s 2)计算主流道的剪切速率 由公式 4-5 可得：主流道的剪切速率 = = =1.52 主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 5- 5 ， 所以，主流道的剪切速率校核合格。 5 成型成型零零件的结构设计件的结构设计 模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间 称为型腔。构成模具型腔的零部件称成型零部 件。一般包括凹模、凸模、型环和镶块等。成 型零部件直接与塑料接触，成型塑件的某些部 分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与 精度，因此成型零部件的设计是注射模具的重 要部分。 成型零部件在注射成型过程中需要经常承 受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用 图图 7 型腔设计型腔设计 15 长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准确 计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。 5.1 成型零件的结构设计成型零件的结构设计 1）凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的 不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构 分析，本设计中采用整体式凹模。如右图 2） 凸模的结构设计 型芯是成型塑件内表 面凸状零件，有整体式和组合式两类。 整体式型芯是与模板制成一体，其结构牢 固，但工艺性较差，同时模具材料耗费多，这 类型芯主要用于形状简单的单型腔模具中；组 合式型芯是将型芯单独加工后镶入模板中组成， 这样可以节约贵重模具材料，便于加工，尺寸 精度容易保证。 当凸模结构复杂或加工困难时， 将型芯分成容易加工的几个部分，然后拼起来 图图 8 型芯设计型芯设计 装配入模板中，其相互之间的配合也采用 h7/m6。 5.2 成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸的计算 8 采用表 4-15 中的平均尺寸计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件 图中的公差计算。 5.2.1 凹模结构设计与计算凹模结构设计与计算 凹模是成型塑件外表面的部件，它的结构形式分为整体式和组合式。就此设 计而言，若采用整体式，则会导致侧向抽芯的难度大大增加，而且增加成本；所 以采用组合式，可以改善加工工艺，减少热变形。 1）型腔的径向尺寸计算 塑件外形径向尺寸：240.35 260.35 = 5-1 上式中， -型腔的基本尺寸（mm）； -塑件的平均收缩率（）=0.6； -塑件外形基本尺寸（mm）； 16 -模具的制造公差，这里取=； -塑件的尺寸公差值； -随塑件精度和尺寸的变化，一般在 0.50.8； 代入公式可得： =mm=mm =mm=mm 2）型腔高度尺寸计算 塑件外形深度尺寸：54 = 5-2 上式中，-型腔深度尺寸（mm）； -塑件高度尺寸（mm）； 、同上； 代入上式可得： =mm= 5.2.2 型芯的结构设计与尺寸计算型芯的结构设计与尺寸计算 1）型芯的径向尺寸计算 塑件的内形径向尺寸：160.29 = 5-3 上式中，-塑件的内形尺寸（mm）； -塑件的内形基本尺寸（mm）； 、同上； 代入上式中可得： =mm=mm =mm=mm 2)型芯的高度计算 塑件的高度尺寸：160.29 = 5-4 上式中，-塑件的深度尺寸（mm）； -塑件深度基本尺寸（mm）； 17 、同上； 代入上式中可得： =mm=mm 6 模架的确定模架的确定 模架的模具的重要组成部分，模架的选取设计是模具设计的基础部分。实际 生产中为了提高模具的制造精度、 缩短模具的制造成本我国在八十年代就对塑料 注塑模具进行了国家标准的制定。 从标准模架中选择实际生产所需要的模架， 可以简化模具的设计和制造， 这样就大大的节约了模具的制造时间和制造成本， 标准化以后就可以方便更换模 具中损坏的零部件。本次设计的模架采用 a4 型模架。 7 排气机构的设计排气机构的设计 11 当塑料熔体填充型腔时， 必须顺序排出型腔和浇注系统内的空气以及塑料受 热或凝固产生的低分子挥发气体。 如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除 干净，将会在制品上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等缺陷；此外气 体受压，体积缩小而产生高温会导致制品局部碳化或烧焦（褐色斑纹）；同时积 存的气体还会产生反向压力而降低充模速度。因此，设计型腔时必须考虑排气的 问题。 注塑模成型时的排气方式通常有以下三种： 利用配合间隙排气 对于中小型模具的简单型腔， 可利用推杆和推杆孔的 配合间隙排气，也可利用活动型芯孔的配合间隙排气； 利用烧结金属块排气 如果型腔最后填充的部位不在分型面上， 其附近又 无可供排气的推杆或型芯，可在型腔深处镶嵌排气塞； 开设排气槽排气 对于分型容易产生气体的塑料熔体， 或在成型具有部分 薄壁的制品以及采用快速注射工艺时，常在分型面上开设排气槽进行排气。 因本次设计中模具尺寸不大，故采用配合间隙排气的方式。 8 脱模推出机构的设计脱模推出机构的设计 脱模推出机构在模具的注射的每个周期都会用到， 塑件从模具上取下以前还 有一个从模具的成型零部件上脱出的过程， 使塑件从成型零部件上脱出的机构称 18 为脱模机构。它是将成型的塑料制件和浇注系统从模具中推出的机构。脱模推出 机构一般推出机构、导向杆、复位杆三大元件组成。 8.1 脱模推出机构设计原则脱模推出机构设计原则 12 模具设计时尽量将推出机构设置在动模一侧。 因为推出机构的工作过程是 通过注射机中的顶杆来驱动的； 要保证塑件在脱模推出时，塑件不能变形、塑件表面不可有损坏。一般情 况下，塑件根据实际的使用要求，会做出相应的技术指标要求，所以应保证塑件 的技术要求； 推出机构动作可靠结构简单。推出机构应尽量简单、灵活增大其实用性。 另外，推出机构该应该满足工作所需的强度； 推出机构应保证塑件的外观。推出机构的推出部位应设置在塑件的内部， 避免留有痕迹影响塑件的外观； 合模时要能保证正确复位。在设置复位机构时，必须考虑合模机构能不能 正确复位，要避免零件之间的相互干涉。 8.2 脱模机构类型的设计脱模机构类型的设计 推出机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构，机动推出机构，液压 和气动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、套管推出机构、 推板推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和多元件综合推出机构等。 本设计中采用推板加推杆推出机构使塑料制件顺利脱模。 本设计中采用台肩形式的圆形截面推杆， 设计时推杆的直径根据不同的设置 部位选用不同的直径。推杆端平面不应有轴向窜动。推杆与推杆孔配合一般为 9/98/8fhfh或，其配合间隙不大于所用溢料间隙，以免产生飞边，pvc 塑料 的溢料间隙为mm06. 004. 0。 9 冷却系统的设计冷却系统的设计 冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对 流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出 的热量应等于冷却水所带走的热量。 9.1 冷却介质冷却介质 19 pvc 属化学稳定性高的材料，其成型温度计模具温度分别为 180 和 3060。 所以模具温度初步选定为 30，用常温水对模具进行冷却。 9.2 冷却系统的简单设计冷却系统的简单设计 1）单位时间注入模具中的塑料熔体的总质量 w 由以前计算可知塑件的m=31.22g =2.5s =12s 可以查表4-34 =10.1则， 注射周期：t=+=2.5+12+10.1=24.6s。 由此的每小时注射次数：n=(3600/24.6)次=146 次 则：w=nm=1460.03122kg/h=21.36kg/h 2）单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 q 查表 4-35 直接可知 pvc 的单位热流量 q 的值范围在 （160-360） kj/kg 之间， 故可取 q=260kj/kg 3）计算冷却水的体积流量 = 9-1 上式中，冷却水到入口的水温为=22； 取水的密度为=1000kg/； 水的比热容 c=4.187kj/(kg)； 出水口的水温为=25； 代入公式 9-1 中可得：=/min=0.00737/min 4）确定冷却水路的直径 d 由 =0.00737/min，查表 4.30，为了使冷却系统处于急流状态，取模具冷却 水孔的直径 d=8mm 5）冷却水在管内的流速 v v= 9-2 上式中，冷却水的体积流量=0