阀体模具设计

摘 要本文内容为阀体的注塑模设计，用塑料注射成型完成，因为塑料注射成型到目前已成为热塑性塑料成型的一种重要方法，随着现在科技的进步注塑模的应用也越来越普遍，注塑模的生产要求也越来越高，现在应用CAD或者CAM等软件，使得注塑模生产变得越来越容易，生产的质量也越来越高。做出来的塑件也越来越好。它具有成型周期短、能一次性成型复杂、尺寸精度高、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。本设计是对阀体塑件进行设计，由于该塑件精度要求比较高，且该塑件体积小、塑件上有凸缘需要用到滑块和侧抽芯结构，所以对模具的设计和加工都有较高的要求。本设计对模具的各个部分都做了分析，并用pro/e进行了建模、计算，运用CAD制出工程图，使得模具更加完善。关键词：阀体；注塑模；模具设计；滑块；侧抽芯 Abstract This paper says the body of the deep cavity plastic parts the injection mold design, because plastic injection molding to the current thermoplastic molding has become an important method, as more and more widespread application of technological advances in the injection moldproduction, injection mold requirements are getting higher and higher, CAD or CAM software, making the production of injection mold has become increasingly easy to increasingly high production quality. Made out of plastic parts. It has molding cycle short, one-time molding can be complex, size, high precision, with A metal or non-metallic inserts of plastic parts. The design is to design the body of the deep cavity plastic parts, plastic parts precision is relatively high, and the plastic parts, small size, the plastic parts on the flange need to use the structure of the slider and side core pulling, so the mold design and processing have higher requirements. Various parts of the mold, the design analysis, using pro/e modeling, computing, the use of CAD system the drawings. More perfect mold.Key words: deep cavity body；injection mold；Mold Design；slider；side core pulling1 绪论1.1 国内外发展状况1.1.1 模具工业的概况模具是现代工业，特别是汽车、无线电、航空、电机电器、仪器、仪表、兵器、日用品等工业必不可少的工艺装备。据统计，75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件由模具成型:家用电器行业80%的零件、机电行业70%以上的零件也都要靠模具加工，因此，模具又被称之为“百业之母”。据国外统计资料，模具可带动其相关产业的比例大约是1:100，即模具发展1亿元，可带动相关产业100亿元。因此在国外，模具被称为“效益放大器”、“金钥匙”、“进入富裕社会的原动力”等等。模具生产的工艺水平及科技含量的高低，已成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益、新产品的开发能力，决定着一个国家制造业的国际竞争力。1塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。塑料工业是一门新兴工业。自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。在我国，随着国民经济的高速发展，模具工业的发展也十分迅速。1999年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为330亿元，今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。1999年，国内汽车年产量为183万辆，保有量为1500万辆，到2005年汽车年产量达600万辆。仅汽车行业就将需要各种塑料件36万吨，因此发展空间十分广阔。家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。目前，我国的彩电的年产量己超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了100万台。家用电器行业的飞速发展使之对模具的需求量极大。2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率达到50%，这些都大大增加了对模具的需求量。其它发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。21.1.2 我国塑料模具工业和技术现状我国塑料模具工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具设计制造水平有了很大提高。在大型塑料模方面，已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳模具，6kg大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等的塑料模具。模具重量可达1020吨。在精密塑料模具方面，能生产多型腔小模数齿轮模具和600腔塑封模具，还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等.在制造技术方面，首先是采用CAD/CAM技术，用计算机造型、编程并由数控机床加工己是主要手段，CAE软件也得到应用。一般均采用内热式或外热式热流道装置。少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具，完全消除了制件的浇口痕迹。气体辅助注射技术已成功得到应用。在高效多色注射的应用和抽芯脱模机构的创新设计方面，也取得较大进展。在精度方面，塑件的尺寸精度可达IT67级，分型面接触间隙为0.020.025mm，模板的弹性变形为0.05mm，分型面的表面粗糙度为Ra0.2m ，塑料模寿命已达100万次。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率不到10%,与国外的50%80%相比，差距较大。 制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UG II、美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。近年来，国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I、SM II等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。3技术比较见表1-1。表1-1 国内外塑料模具技术比较表项目国内国外注塑模型腔精度0.020.05mm0.0050.01mm型腔表面粗糙度Ra0.20 umRa0.010.05 um非淬火钢模具寿命1030万次1060万次淬火钢模具寿命50100万次160300万次热流道模具使用率总体不足10%80%以上标准化程度小于30%7080%中型塑料模生产周期24个月一个月左右在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重对知识的更新与学习，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。我国模具工业一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。1.1.3 我国模具技术的发展趋势尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。1注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。2、加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。3、推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。4、重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用4。1.1.4 设计在学习模具制造中的作用 通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。2 注塑件的设计及成型工艺分析2.1 功能设计功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能，并达到一定的技术指标。该塑件是日用品，承受外力的几率不大，如冲击载荷、振动、摩擦等情况比较少；塑件的工作温度是室温，这使得在材料选择时对热变形温度、脆化温度、分解温度的要求降低；作为一种日用品，生产批量应该是大批大量生产。这样，就必须考虑生产成本和模具寿命，在材料的选择时要综合各种因素.2.2 材料选择 2.2.1简介品名：聚酰胺6或尼龙6（PA6） 分子式：-NH-（CH2）5COn 性状：半透明或不透明乳白色结晶形聚合物 图1-1特性：热塑性、轻质、韧性好、耐化学品和耐久性好 燃烧鉴别方法：蓝底黄火焰，烧植物味 溶剂实验：耐环己酮和芳香溶剂 密度：1.13g/cm3 熔点：215 热分解温度：300 平衡吸水率：35% 具有良好的耐磨性、自润滑性和耐溶剂性。 密 度：(g/cm3) 1.14-1.15 熔 点：215-225 拉伸强度： 600Mpa 伸 长 率： 30% 弯曲强度： 90.0Mpa 缺口冲击强度：(KJ/m2) 52.2.2加工工艺干燥处理： 由于PA6很容易吸收水分，因此加工前的干燥特别要注意，如果材料是用防水材料包装供应的，则容器应保持密闭。如果湿度大于0.2%，建议在80以上的热空气中干燥16小时。如果材料已经在空气中暴 露超过8小时，建议进行温度为105，8小时以上的真空烘干。融化温度： 230-280，对于增强品种为250-280。 模具温度： 80-90。模具温度很显著地影响结晶度，而结晶度又影响着塑件的机械特性。对于结构部件来说结晶度很重要，因此建议模具温度为80-90。对于薄壁的、流程较长的塑件也建议施用较高的模具温度。增大模具温度可以提高塑件的强度和刚度，但却降低了韧性。如果壁厚大于3mm，建议使用20-40的低温模具。对于玻璃纤维增强材料模具温度应大于80。 注射压力： 一般在750-1250bar之间（取决于材料和产品设计） 注射速度： 高速（对增强材料要稍微降低） 流道和浇口： 对于PA6的凝固时间很短，因此浇口的位置非常重要。浇口孔径不要小于0.5*T（这里T为塑件的厚度）。如果使用热流道，浇口尺寸应比使用常规流道小一些，因为热流道能够帮助阻止材料过早凝固。如果用潜入 式浇口，浇口的最小直径应当是0.75mm2.2.3化学和物理特性PA6的化学物理特性和PA66很相似，然而，它的熔点较低，而且工艺温度范围很宽。它的抗冲击性和抗，溶解性比PA66要好，但吸湿性也更强。因为塑件的许多品质特性都要受到吸湿性的影响，因此使用PA6设计，产品时要充分考虑这一点。为了提高PA6的机械特性，经常加入各种各样的改性剂。玻璃纤维就是最常见的，添加剂，有时为了提高抗冲击性还加入合成橡胶，如EPDM和SBR等。对于没有添加剂的产品，PA6的收缩1%到1.5%之间。加入玻璃纤维添加剂可以使收缩率降低到0.3%（但和流程相垂直的方向还要稍高一些）。 成型组装的收缩率主要受材料的结晶度和吸湿性影响。实际的收缩率还和塑件设计、壁厚及其它工艺参数成函数关系。 2.2.4 PA6与PA66区别 PA6产品性能熔点： 210 - 220 C 分解温度： 300 C 闪点： 400 C 自燃温度： 450 C 物态： 固体颗粒 臭味： 无 毒性： 无 循环利用： 可以 最终处理： 土壤(无害工业废品) 灭火剂： 可用各种灭火剂(水，泡沫，粉剂，CO2，沙) 运 输： 非危险品，适用各种运输工具 欧共体标准：非危险品 2.2.5 PA6塑料特性成型工艺及用途对于没有添加剂的产品，PA6的收缩率在1%到1.5%之间。加入玻璃纤维添加剂可以使收缩率降低到0.3%（但和流程相垂直的方向还要稍高一些）。成型组装的收缩率主要受材料结晶度和吸湿性影响。实际的收缩率还和塑件设计、壁厚及其它工艺参数成函数关系。 注塑模工艺条件：干燥处理：由于PA6很容易吸收水分，因此加工前的干燥特别要注意。如果材料是用防水材料包装供应的，则容器应保持密闭。如果湿度大于0.2%，建议在80C以上的热空气中干燥16小时。如果材料已经在空气中暴露超过8小时，建议进行105，8小时以上的真空烘干。熔化温度：230280C，对于增强品种为250280C。模具温度：8090C。模具温度很显著地影响结晶度，而结晶度又影响着塑件的机械特性。对于结构部件来说结晶度很重要，因此建议模具温度为8090C。对于薄壁的，流程较长的塑件也建议施用较高的模具温度。增大模具温度可以提高塑件的强度和刚度，但却降低了韧性。如果壁厚大于3mm，建议使用2040的低温模具。对于玻璃增强材料模具温度应大于80。注射压力：一般在75125MPa之间（取决于材料和产品设计）。注射速度：高速（对增强型材料要稍微降低）。流道和浇口：由于PA6的凝固时间很短，因此浇口的位置非常重要。浇口孔径不要小于0.5t（这里t为塑件厚度）。如果使用热流道，浇口尺寸应比使用常规流道小一些，因为热流道能够帮助阻止材料过早凝固。如果用潜入式浇口，浇口的最小直径应当是0.75mm。 典型用途：由于有很好的机械强度和刚度被广泛用于结构部件。由于有很好的耐磨损特性，还用于制造轴承。3 塑件结构分析3.1塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析结构分析：从零件图上分析，该零件属于简单的零件，总体形状为圆柱体，但中间有凸起，这给脱模带了麻烦。图3-1图3-2尺寸精度分析：该零件重要尺寸有：10、7.8、7、5.2、h14等，由于图中标注尺寸精度的等级可知该零件要求精度比较高。该零件的尺寸精度高，对应的模具零件的尺寸精度中也应该较高。从塑件的壁厚上来看，壁厚不怎么均匀，且塑件比较小，浇口采用顶浇口，便于熔融塑料充满型腔、塑件成形质量不受影响，该零件的表面除要求光滑、没有飞边、毛刺、凹陷。3.2分析塑件的体积与重量并确定型腔数以及设备的选定该塑件属小型塑件，且形状简单，又为大批量生产，但考虑到是初次设计模具，对设计没有一定的经验，初定为一模一腔的模具形式，为了保证塑件表面质量要求，选择点浇口成型，浇口位置安排在塑件顶部。3.3体积和重量计算通过pro/e计算得该塑件的体积为，质量为。此时流道凝料的体积未知，可按塑件质量的0.6倍进行估算，所以注射量为: 4 注塑机选择及其校核4.1注塑机选择5 确定分型面5.1 分型面的设计分型面是决定模具结构形式的重要应素，它与模具的整体结构和模具的制造