三通头注射模具设计

摘要本文介绍了注射模具的特点及发展趋势，叙述了三通头注射模具设计与计算的详细过程，介绍了该塑件的成型工艺、注射模具的结构特点与工作过程,阐述了在注射模设计中应注意的事项。在对三通头的模具设计过程中，本设计主要设计要点如下塑件的设计比较的合理；分型面的选择有利于塑件成型；脱模机构的设计不但结构简单，而且脱模动作稳定可靠；进浇口的选择不影响塑件外观，而且保证塑件充填均匀；冷却水道的设计使模具效率达到最高，保证塑件质量要求；在设计的过程中借用分析软件如CAD等使设计更合理、更有效；大量使用标准件，使模具制作成本大大降低；本模具设计最关键的一点就是设计已达到实际生产的要求。关键词三通头，注射模，分型面，滑块，侧抽芯，脱模机构。PVCTRACTTHECHARACTERISTICSANDDEVELOPMENTSOFINJECTIONMOULDWEREINTRODUCEDINTHISPAPERTHEDESIGNINGANDCALCULATINGOFINJECTIONMOULDFORTHEBACKOFELECTRONICCLOCKWERESTATEDINDETAILTHEFORMINGPROCESSOFTHEPRODUCTANDTHESTRUCTURECHARACTERISTICSASWELLASWORKINGPROCESSOFTHEINJECTIONMOULDWEREINTRODUCEDTHEPOINTSMUSTBEPAIDATTENTIONTOINTHEDESIGNOFTHEINJECTIONMOULDFORTHEPARTWITHLIFTERSWERESTATEDINTHEPROCESSOFTHEDESIGNINGOFTHEINJECTINONMOULDFORELECTRONICCLOCKRECEIVER,PEOPLESHOULDPAYATTENTIONTOSEVERALSUGGESTIONSTHEPLASTICSHOULDBEDESIGNEDASREASONABLEASPOSSIBLETHESELECTIONOFTHESUBTYPEPARTSAREBENIFICIALTOMOLDTHEPARTSOFPLASTICTHEDESIGNOFTHESTRUCTUREOFDRAWINGOFPATTERNISNOTONLYSIMPLEBUTALSOTHEMOVEMENTSHOULDBESTABLEANDRELIABLETHESELECTIONOFJINRUNNERSHOULDENSURETOFILLTHEPLASTICEQUALLYUNDERTHEPREREQUISITEOFNOTINFLUENCINGTHEAPPEARANCEOFTHEPLASTICTHEDESIGNOFCOOLINGPENSTOCKSHOULDMAKETHERATEOFPRODUCTIONREACHTOTHETOPMOST,ANDENSUREANYINFLUENCETODONOTHINGTOTHEEQUALITYOFTHEPLASTICMEANWHILE,INTHEPROCESSOFDESIGNING,WECANUSEANALYSISSOFT,SUCHASCAM,TOMAKETHEDESIGNBEENMOREREASONABLEANDEFFICIENTMAKINGFULLUSEOFLARGEAMOUNTSOFSTANDARDPIECESWILLREDUCETHECOSTOFMOLDPLASTICFACTURETHEKEYPOINTOFTHEDESIGNOFMOLDPLASTICHAVEREACHEDTHEREQUESTOFTHEREALPRODUCTIONKEYWORDSNJECTIONMOULD，COREPULLING，SELECTIONO目录摘要1PVCTRACT2目录3第1章绪论511前言512我国模具行业发展概述61321世纪模具发展趋势914小结15第2章注塑工艺分析及成型方法简介1621塑件（三通头）分析16211塑件16212塑料名称16213生产纲领16214塑件的结构及成型工艺分析1722材料PVC的注射成型过程及工艺参数17221注射成型过程17222材料PVC的注塑成型参数18223材料PVC性能18第3章模具设计2031拟定模具结构设计20311分型面位置的确定20312确定型腔数量及排列方式21313模具结构形式的确定21314注射机型号的确定2132浇注系统、关键零部件设计24321浇注系统形式和浇口的设计24322冷料穴的设计26323分流道设计2633分型面设计2834成型零件设计2835排气系统的设计3436温度调节系统设计3437脱模机构的设计3738抽芯结构设计38381斜导柱设计39382滑槽的设计42383楔紧设计42384滑块定位设计4339弹簧设计计算44第4章总结46参考文献47致谢48第1章绪论11前言作为工业生产基础工艺装备的模具，在国民经济中占有重要的地位，模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。在第十一五规划中指出，模具是工业生产的基础工艺装备，国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑都要求模具工业发展与之相适应。模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低而获得广泛应用，与其他加工制造业所无法比拟的。从工业产品生产行业看，模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、医疗器械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占80以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机、传真机、电话及手机等电子产品中占85以上；在电冰箱、洗衣机、空调、微波炉、吸尘器、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占90以上；在了弹、枪支等兵器产品中占95以上。我国模具工业在政府十分重视及关怀下，并提出相应的优惠政策进行模具技术开发，在模具工业中大量采用先进技术和设备，努力提高模具设计和制造水平，取得显著的经济效益。另外，从资料获悉，目前，美国、日本、德国等发达国家的模具总产值都已超过机床总产值。模具技术的进步极大地促进了工业产品的生产发展，模具是“效益放大器”，用模具生产最终产品的价值将超过自身价格的几十倍乃至百倍及上千倍。据各国报导，模具工业在欧美等工业发达国家被称之“点铁成金”的“磁力工业”如今世界模具工业的发展速度超过了新兴的电子工业，已实现了模具专业化、标准化和商业化，因而深受赞誉。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”，日本称模具工业为“进入富裕社会的原动力”，在德国，被冠之以“金属加工业中的帝王”之称号，而欧盟一些国家称“模具就是黄金”，新加坡政府则把模具工业作为“磁力工业”，中国模具权威经理称为“模具是印钞机”。可见模具工业在世界各国经济发展中具有重要的显著地位。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。12我国模具行业发展概述近年来，我国模具行业一直保持着良好的发展势头，这种势头是否还会延续下去，这是业内人士十分关注的问题。笔者认为，我国模具行业尽管面临着在中低端产品领域国内企业竞争日趋剧烈以及在中高端产品领域国外或外资企业压力日益增大的局面，但经过近年来的持续发展，实力已大大增强，完全有能力变压力为动力，继续保持平稳发展。优惠政策为模具行业提供了良好的发展环境。在国家产业政策和有关配套政策导向之下，近年来已有不少地方相继出台了一些支持当地模具工业发展的优惠政策，有的见诸于文件，有的见诸于行动，都已收到很好的效果。同时，模具工业的快速发展也促进了当地经济的繁荣。随着各地之间交流活动的日益频繁，相信对模具工业发展有利的政策，及因此而带来的良好的发展环境将有进一步发展。模具行业内部体制改革和机制转换加速，产业结构渐趋合理，并且加强了管理，提高了水平。为了适应形势，我国模具行业近几年来加快了体制改革和机制转换步伐，“三资”和民营企业已占行业主导地位，装备水平和产品水平有了较大的提升，管理有了很大进步。许多企业已应用了CAD/CAM/CAE一体化技术、三维设计技术、ERP和IM3等信息管理技术以及高速加工、快速成型、虚拟仿真及网络技术等许多高新技术，不少企业已提出了“生产专业化、产品品牌化、企业现代化、市场国际化”等企业发展战略。通过各种质量体系认证的企业一年比一年多。规模经济产生效益，模具集群生产发展迅速。在“小而精专”的专业化不断发展的同时，近年来，规模效应已被愈加重视。除了把企业做强做大，使规模经济产生效益之外，模具集群生产也不断显示其优越性，因而“模具城”、“模具园区”、“模具生产基地”等各种集群生产形式在全国迅速发展。据不少企业反映，集群生产与分散生产相比，至少有下列好处市场更广阔了，协作更方便了，生产成本降低了，相互交流多了，优惠政策享受到了。目前全国年产1亿元以上模具的企业已有40多个，超过3000万元以上的企业已有200多个，具有一定规模的“模具城”已有近十个，正在建设或正在筹建的还有十多个。这些模具集聚生产基地的建设，对我国模具工业的发展起到了积极的促进作用。许多企业开始认识到了“品牌”和“专利”的重要性，自主创新的资金投入力度和能力不断提高。长期以来模具一直处于“后方”和“被动”的地位，因此也很少有“品牌”和“专利”。随着市场经济的发展，近年来企业越来越重视“品牌”和“专利”。有些企业已认识到了创新研发的重要性，投入力度提高很快。据中国模具工业协会了解到的情况，近年不少企业在创新研发方面的投入与销售收入的比例达到5左右，个别企业甚至达到8至10。模具技术含量不断提高，属于高新技术产品的模具越来越多。据了解，目前已被国家有关部门列入中国高新技术产品出口目录的已有四种模具。其实已经有不少模具的技术含量超过了这四种模具，例如汽车零部件级进模具、精密多工位级进模具、轿车大型复杂覆盖件冲压模具、自动化汽车内饰件浇注模具、高强度板热压成型模具等。随着高新技术的发展，越来越多的模具生产企业被各级政府有关部门认定为高新技术企业。据中国模协初步统计，目前模具行业国家级高新技术企业有7家，省、市级高新技术企业已有近百家。国际模具资本向我国转移的趋势十分明显，模具出口前景很好。由于我国模具特别是中、低档模具在国际市场上存在着较大的价格优势，有的模具价格甚至只有国际市场的几分之一，再加上我国有较低廉的优质劳动力资源及较好的技术基础和基础配套设施，因此近年来外商在我国模具行业的投资额一年比一年大，到我国采购模具的跨国公司也越来越多。虽然我国模具行业已经驶入发展快车道，但由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面，与国际水平和工业先进国家相比尚有较大差距，所以还不能满足我国制造业发展的需求。特别是在精密、大型、复杂、长寿命模具方面，仍旧供不应求。因此，每年尚需大量进口。现阶段模具原材料价格和人员工资不断上涨，但模具价格却不涨反落，致使模具企业利润不断下降，部分企业出现亏损，亏损额增大。据中国模具工业协会对全国270个主要模具生产企业调查，2005年产值利润率比上年下降了21个百分点，销售收入利润率比上年下降了31个百分点。全国规模以上企业全年亏损额2005年达26亿元，大幅增加【7】。这一趋势，还在延续。对外资的依存逐年增大。我国加入世贸组织已过6年，外贸高速发展，我国经济对外贸的依存度从30上升到70。同时，近年来，正是外资大量进入我国的时期，随着对外开放政策的不断扩大和深化，外资在我国模具行业的投资也越来越多，致使对外资的依存度也逐年增大。例如广东省是我国模具第一大省，其产能约占全国的40左右。该省的模具产能中，外资企业已占60左右，合资企业约占10左右。该省模具出口约占全国的50左右，其中由外资、合资企业出口的也占其出口量的多数【7】。对外资和外贸依存度大，会对行业安全，乃至整个国家的经济安全产生重大影响。人才紧缺日益突出。虽然近年来我国模具行业职工队伍发展迅速，估计目前已达近百万人，但仍然跟不上行业发展需求。一是总量不足，二是素质不够，适应不了行业发展的需求。根据有关资料，全国模具行业从业人员约缺口30万50万人，其中工程技术人员约占20。目前尤其紧缺的是高素质和高水平的模具企业管理人员和中高层技术人员及高级技术工人。市场竞争加剧。我国模具市场竞争在不断加剧，其表现是模具产品价格连年走低。中高档模具市场上主要是我国重点骨干企业与境外企业及境内“三资”企业的竞争，中低档模具市场上主要是民营企业之间的竞争。有的已经是进入无序状态，到了扰乱正常市场秩序的地步。由于过低价格所必然造成的低质量，已严重影响一些企业的生存，迫使某些企业加速调整其定位，少数企业面临被淘汰局面也是不足为奇的。虽然近几年模具出口增幅每年大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是进口大于出口，致使模具外贸逆差一年比一年大。模具外贸逆差增大主要有两方面原因一是国民经济持续高速发展，特别是汽车企业的高速发展带来了对模具旺盛需求，有些高档模具国内的确生产不了，只好进口，但也确实有一些国内可以生产的模具也在进口，这与我国现行的关税政策及项目审批制度有关。二是对模具出口鼓励不够。当前全球制造业转移的规模不断加大，速度也不断加快，并正向深度和广度延伸，而我国的模具制造业正是承接转移的较为理想之地。加之“十一五”期间，国家将继续大力支持我国模具工业的发展，在多重有利条件下，我国内模具行业的未来将展现出一派美好景色。1321世纪模具发展趋势加入WTO后的中国，全球制造业正以垂直整合的模式向亚太地区转移，我国正成为世界制造业的重要基地，据权威报告，中国已成为世界第一制造大国。目前，在参与世界产品市场的激烈竞争下，各行业产品的品种和数量不断增加，换型加快，对产品质量、样式和外观也不断提出新要求，使模具需求量增加，对模具质量要求也越来越高，模具技术直接影响制造业的发展、产品更新换代和产品竞争能力。因此，迅速提高模具技术水平已成为当务之急。例如日本汽车、计算机、电视机、手机等产品的品种，数量，质量在国际市场占有优势地位，其重要原因之一就是日本模具技术居于世界领先水平。为了解决高精度、长寿命、高效的复杂型腔结构的现代模具，其发展趋势主要有如下三方面1模具材料及表面处理技术模具工业要上水平，材料应用是关键。因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45以上。在模具材料方面，常用冷作模具钢有CRWMN、CR12、CR12MOV和W6MO5CR4V2，新型冷作模具钢有65N6、012A1、CG2、LD、GD、GM等；常用新型热作模具钢有美国H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具钢有预硬钢（P20、SM1、B30）、时效硬化型钢（P21、PMS、SM2、日本NAKS5等）、热处理硬化型钢（MNCRWV、日本SSTAR、瑞典一胜百S136等）、粉末模具钢（日本DEX40等）。多工位精密冲模硬质合金（YG20、YG25等）及钢结硬质合金（TLW50、GW50等）。在模具表面处理方面，其主要趋势是渗入单一元素向多元素共渗、复合渗（如TD法）发展；由一般扩散向CVD、PVD、PVCD、离子渗入、离子注入等方向发展；可采用的镀膜有TC、TN、TCN、TAN、CRN、CR7C3、W2C等，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术也日益受到普遍重视【9】。2模具设计与制造技术当代模具的设计与制造技术广泛采用计算机辅助设计与制造（CAD/CAM），设计过程程序化和自动化，使用程序、模拟成形过程、采用交互式设计方法，发挥人和计算机的各自特长。数据库和计算机网络技术使设计人员拥有大量资料和信息。设计与制造之间的直接传输便于设计中的反复修正改变。先进设计和加工方法的日益普及，为高质量、短周期地开发模具并且保证模具有足够长的使用寿命，提供了技术保证，为模具工业发展奠定了坚实基础。模具设计与加工方法的发展主要有以下三方面（1）模具软件功能集成化模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国DELCEM公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统等。集成化软件较高的软件还包括UG、CATIA和PRO/E等。（2）快速原型法和快速制模技术（RPM/RMT）该技术被称为自数控技术以来的又一次革命，尤其对模具工业的发展起到了极大的推动作用。它是一项集激光、材料、信息及控制等技术于一体的先进制造技术，其突出特点就是能直接根据产品的CAD数据快捷地制造出具有一定结构和功能的原型甚至产品，而不需要任何工装夹具，面迭加形成三维实体。RPM技术与RMT技术的结合，将是传统快速制模具技术进一步深入发展的方向。RPM技术与陶瓷型精密铸造相结合，为模具型腔精铸成型提供了新途径。应用RPM/RMT技术从模具的概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右，因而具有广阔的发展前景。如美国DTM公司的RAPIDTOOL专利技术，它能在510天内制造生产用的注塑模，可注塑零件5万件以上，属于直接用于批量生产的模具。（3）高速铣削技术高速铣削是目前切削技术中应用最多的一种工艺技术，是一种以高主轴转速、快速进给、较小的切削深度和间距为加工特征的高效、高精度数控加工方式。高速铣削具有工件温度低、切削力小、加工平稳、质量好、效率高（为普遍铣削加工的510倍）及可加工硬质材料（60HRC）等诸多优点，因而在模具加工中日益受到重视。高速铣削机床（HSM）一般主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、变速箱体压铸模、大型注塑模等曲面加工，其曲面加工精度可达001MM。国外高速加工机床主轴最高转速已超过100000R/MIN，快速进给速度可达120M/MIN，加速度可达12G，换刀时间可提高到12S【9】。3专业化生产及标准化专业化生产是现代化工业生产的重要特征之一，国外工业先进的国家模具专业化生产已达75以上。美、日两国的模具厂，80是10人以下的小工厂，90是20人以下小而专的企业。一般一个模具专业厂只生产12种模具。这种专业化小模具厂易于管理，反应灵活，易于提高产品质量和经济效率，有较强的竞争力。标准化是实现模具专业化生产的基本前提，能系统提高整个模具行业技术水平和经济效益，是机械制造业的深层次发展必由之路。国外企业都极为重视模具的标准化，我国的模具标准化程度不足30，而且标准品种少、质量低、交货期长，严重阻碍模具的合理流向和效能发挥，需大力制订标准化规范。总之，随着模具技术的迅速发展及机械各类产品的多样化、复杂化，模具应用的广度和深度将不断向纵深发展，模具需求增长速度将继续高于国民经济总体发展的速度，供小于求的被动状态将大有改变。因此，在模具设计与制造中，采用新技术、新工艺、新设备可持续发展模具工业，更将成为所有企业得以占据市场制高点的必由之路。CAD即计算机辅助设计的英文简称COMPUTERAIDEDDESIGN。计算机的应用，使得设计人员在设计过程中，能充分发挥计算机的强大算术逻辑运算功能、大容量信息存储与快速信息查找的能力，完成信息管理、数值计算、分析模拟、优化设计和绘图等项任务；而设计人员集中精力进行有效的创造性思维，从而更好地完成从设计方案的提出、评介、分析模拟与修改到具体设计实现的设计全过程对于机械行业来讲，通用的CAD件是AUTOCAD，但AUTOCAD是一种通用的绘图软件，对机械行业针对性差，不过幸运的是，AUTOCAD是个开放性软件，可以对它进行二次开发，如采用AUTOLISP，ADS，ARX甚至采用VB语言等，现今的高华CAD、天目CAD就是在该软件的基础上开发的机械专业CAD。由于二次开发的深入，加强了参数化设计、智能化设计等，这样充分发挥了计算机的强大的搜索功能和运算功能。在模具设计中，模架及某些零件，如导柱、导套、推杆、支撑块、浇口套、定位圈等分别已形成厂标、行标或国标。对于这些标准的或本单位采用的模架及零件可在通用的二维工程图CAD系统中建立模架、零件库，以被设计时调用。对于浇注系统、温控系统、模架结构强度计算等内容，已有一些较成熟的计算方法或经验计算方法，可设置这些计算公式的模块，以便设计人员进行快速计算。另外对于一些设计中常用的数据库资料也可以设置在CAD系统中以便设计人员快速查询，根据各个工厂的不同要求和情况，还可以在系统中设置本单位所特有的内容。这样建立的CAD系统可大幅度减轻设计人员的工作强度、提高设计速度并可实现模具设计的规范化及标准化。对于某些在原成型制品的基础上作局部修改而需重新设计的模具来说，其效果就更加明显。总体来说，注塑模CAD的内容有以下几点1注塑制品的几何造型采用几何造型系统，如线框造型、面造型和实体造型，在计算机中生成注塑制品的几何模型，这是注塑模结构的CAD的第一步。由于注塑制品大多数是薄壁件，且又有复杂的表面，因此，常用表面造型的方法来产生制品的几何模型。2模腔面形状的生成在注塑模具中，行腔用来生成制品的外表面，型芯用来生成制品的内表面，由于塑料的成型收缩率，模具磨损及加工精度的影响，制品的内外表面尺寸并不就是模具型芯面、型腔面的尺寸，两者之间需要比较复杂的换算。目前流行的商品化注塑模CAD软件并未能很好的解决这种换算，因此，制品的形状和型腔的形状要分别输入，工作量较大且比较繁琐，如何由制品形状方便、快捷的生成型腔和型芯表面形状仍是当前的研究课题。3模具结构方面的设计采用计算机软件来辅助计算最佳型腔的数目，引导模具设计者布置型腔，构思浇注系统、冷却系统和推出机构，为选择标准模架和设计动模部装图和定模部装图做准备。4标准模架选择采用计算机软件来设计模具的前提是尽可能多地实现模具标准化，包括模架标准化、模具零件标准化、结构标准化及工艺参数标准化等。一般而言，用作标准模架选择的设计软件应具用两个功能，一是能引导模具设计者输入本企业的标准模架，以建立专用的标准模架库；二是能方便地从已建好的专用标准模架库中，选出本次设计中所需的模架类型及全部模具标准件的图形和数据。5部装图及总装图的生成根据已选定的标准模架及已完成型腔布置，模具设计软件以交互方式引导模具设计者生成部装图和总装图。模具设计者在完成总装图时，能利用光标在屏幕上拖动模具零件以搭积木的方式装配模具总图。6模具零件图的生成模具设计软件能引导用户根据模具部装图、总装图以及相应图形库完成模具零件的设计、绘图和标注尺寸。7常规计算和校核模具设计软件可将理论计算和行之有效的设计经验相结合，为模具设计师提供对模具零件全面的计算和校核，以验证模具结构等有关参数的正确性。注塑模CAD中的数据处理注塑模结构CAD的重点在于注塑制品的造型、模具设计、绘图和数控加工的模拟，注塑模CAD的过程就是数据处理的过程。通常，由于注塑模结构CAD涉及面广，程序规模很大，结构相当复杂，一个高效率的注塑模CAD系统不仅涉及到程序的结构和算法，同时也涉及数据结构和管理方法。在应用程序的执行过程中，经常需要利用一些标准数据和其他程序的设计及结果，系统各部分是通过交换数据相互联系的。因此，数据的处理在注塑模结构CAD中又十分重要的作用。注塑模CAD系统中，数据类型十分广泛，除了数字型、字符型数据之外，图形/模型及其文本数据项也是注塑模CAD系统的数据。而图形/模型数据又是由基本图形元素、图形符号、模型部分及各级图形/模型数据组成。注塑模CAD系统中数据可分为组合数据和基本数据，可将组合数据逐层分解至基本数据为止。根据这种分解模式，可以对总体、部件、详细数据这三类数据分别进行处理。1总体数据它是一种模型数据，可以表达为如下格式文件名总装图；组成各部件数据名定位关系数据；组织依次记录各部件名，定位数据。2部件数据它可定义为一种图形/模型数据，以标准模架为例说明其表达格式文件名部件名；组成基准件名各组成零件名定位关系尺寸关系零件图形关联性；组织依次记录个零件名、定位关系、主特征尺寸。3零件数据它可定义为一种图形文本数据，为注塑模系统的基本单元数据，该数据类型可表达为如下格式文件名零件名；组成图形信息尺寸信息文本信息；组织依次按图形记录图形节点信息、尺寸标注及文本信息。14小结塑料模具CAD技术是一种全新的设计技术，有助于提高产品及模具设计的质量和实现产品的最佳性能。塑料模具CAD的工作主要在于理解注塑过程模拟的分析结果，判读数据并做出合适的变更设计抉择，熟悉CAD技术并有效地应用于模具设计也有赖于设计人员的素质和经验。塑料模具CAD的难点在于建立丰富的材料性能数据库，以及模具零件的标准化。第2章注塑工艺分析及成型方法简介21塑件（三通头）分析211塑件三通头塑件结构如图31所示。图31注塑零件3D图该零件尺寸中等大小，平均厚度18MM，最大厚度2MM，最小厚度1MM。212塑料名称根据各材料的注塑性能及加工使用性能，综合市场价格，选择材料为PVC。213生产纲领大批量，自动化生产。214塑件的结构及成型工艺分析1结构分析该塑件端部带有连接运动部分，两个连接运动部分分别在不同的型腔内成型，故在模具设计和制造上要有一定的定位措施和良好的加工工艺，以保证转动的顺畅和零件的使用寿命。该塑件装配在复印机表面，对表面美观有一定要求，设计时要注意对外边面的处理。2成型工艺分析精度等级采用一般精度5级。脱模斜度该注塑零件壁厚约为18MM，其脱模斜度查参考文献【1】中的表34有塑件内表面351，塑件外表面40120。由于该塑件没有特殊狭窄细小部位，所用塑料为PVC，流动性较好，而且，主要部分有较好的弧度，可顺势脱模，所以塑件外表面没有放脱模斜度。同时，侧面采用滑块机构，脱模时，滑块抽去，两壁处脱模没有困难，所有也不放脱模斜度。22材料PVC的注射成型过程及工艺参数221注射成型过程1成型前的准备对PVC的色泽、细度和均匀度进行检验。由于PVC的吸水率大约为0208，容易吸湿，成型前应进行充分的干燥，干燥至水分含量H最小；故满足要求。3开模行程校核此处所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机）。注塑机的开模行程应满足下式S机（H模H最小）H1H2（510）MM43因为S机H模H最小360（270220）310MMH1H2（510）10010010210MM即S机（H模H最小）H1H2（510）MM故满足要求。式中H1推出距离，单位MM；H2包括浇注系统在内的塑件高度，单位MM；S机注塑机最大开模行程。32浇注系统、关键零部件设计321浇注系统形式和浇口的设计浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统，包括主流到，分流到、冷料穴，浇口。1主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主要的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模是主流道凝料的顺利拔出（1）主流道尺寸主流道小端直径D注射机喷嘴直径（051）443（051），取D4主流道球面半径SR0注射机喷嘴球头半径（12）451512，取SR017球面配合高度H35MM，取H3MM主流道长度L40MM主流道大端直径DD2LTAN4240TAN2679，取D7MM46浇口套总长LOLH245MM47（2）主流道衬套的形式主流道小端入口处于注塑机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严格，因而模具主流道部分设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用幼稚钢材进行单独加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为50HRC55HRC。322冷料穴的设计（1）主流道冷料穴的设计开模时应将主流道中的凝料拉出，所以冷料穴的直径应稍大于主流道大端直径。由于该模具型腔分布对称，所以冷料穴可设在中心位置。冷料穴直径D2729MM48冷料穴深度3/4D7MM49（2）分流道冷料穴的设计此模具分流道比较短，所以可以不加冷料穴。323分流道设计（1）分流到布置形式分流道在分型面上的布置与型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，应该遵循两方面原则一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量段、锁模力力求平衡。改模具的流道布置形式采用平衡式。流道分布如图46所示。图46流道分布示意图（2）分流道的长度长度应尽量短，减少弯折。该模具的分流道长度在设计过程中由绘图的出，L5MM。（3）分流道的形状及尺寸为了便于加工及凝料脱模，分流道设置在分型面上，采用圆形截面，PVC经验值D（4895）MM，由D（1112）D上级，所以得出D58，取为6MM。（4）分流道表面粗糙度由于流道中于模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的内表面粗糙度RA并不要求很低，一般取06316微米，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，是中心层具有较高的剪切速率，此处RA08。4浇口的设计浇口是连接流道于型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口截面积通常为分流道的007009倍，浇口截面积取为圆形。（1）浇口类型及位置的确定该模具是中小型塑件的多型腔模具，同时，对外观要求较高。模具一定设置点浇口，大型塑件由于使用多浇口进料也需设置分流道。由于模具有分流道，要从行腔点注入，分流道应是点浇口，因为塑件的壁厚为173MM，质量34200G，所以可以根据公式D02654W1/2L1/4来计算D分流道的直径（MM）W塑件的质量（G）L分流道的长度（MM）因为型腔为一模2腔按均匀分布，型腔的最小直线距离在7MM8MM33分型面设计在3D软件工作环境下，可以对简单零件自动产生分型面。但三通头塑件，形状不规则，分型面大部分不是平面，所以需要手动创建曲面之后合并为分型面。在此，仅对曲面合并举例说明。图所示为对基础分型曲面进行合并的过程，分别选取两个面组，然后选择合并方式已保留所需曲面。34成型零件设计直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑件外形的成型零件成为凹模，构成塑件内部形状的成型零件成为凸模（型芯）。由于凹、凸模件直接与高温、高压的塑料接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生翘曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响脱模。1凹模型腔侧壁厚度计算凹模型腔为组合式型腔，按强度条件计算公式SRRR/2P1/21进行计算。式中各参数分别为P50MPA选定值；005MM；160MPAR28MMSRRR/2P1/2128160/1602501/21168MM一般在加工时为了加工方便，我们通常会取整数，所以凹模型腔侧壁厚度为17。2凹模底板厚度计算按强度条件计算，型腔地板厚为P50MPAR28MM160MPAH122PR2/1/212250282/1601/2173MM一般在加工时为了加工方便，我们通常会取整数，所以凹模型腔侧壁厚度为18MM。（3）型腔尺寸已知在规定条件下的平均收缩率S，塑件的基本尺寸LS是最大的尺寸，其公差为负偏差，因此塑件平均尺寸为LS，模具型腔的基本尺寸LM是最小尺寸，公差为正偏差，型腔的平均尺寸为LMZ/2。型腔的平均磨损量为C/2，如以LMZ表示型腔尺寸,ABS平均收缩率S055LMZ/2C/2LS/2LS/2S经整理最终公式为LM0Z1SLS050750Z类名塑件计算公式工作（3）经济效益分析注塑生产达到“优质、高效、低耗”是每个塑胶企业追求的目标。如果注塑生产中管理工作不到位，就会出现生产效率低、不良率高、机台加工人手多、料耗大、批量退货、人为损伤模具（机器）、延误货期、修机/修模频繁、甚至发生安全事故等问题，给企业造成巨大的经济损失，企业的利润就会大大减少，甚至出现亏损。“注塑开机不等于赚钱”，必须提升工作质量和工作效率，努力提升注塑技术，管理水平，增强成本意识，严格控制“料、工、费”。别称尺寸尺寸3861005638770187042160038428101270型腔的尺寸LM（1SCP）LS0750Z5235001522300330型腔计算型芯的尺寸LM（1SCP）LS0670Z注塑成本是指生产过程中的成本及全部损耗，包括人工、水电费、模具、原料、色粉（配料）、维修费、设备损耗（折旧）、工具、包装材料及辅料等。影响注塑经济效益的因素主要有注塑模具注塑机及其它设备保养意识低、水口料控制不好、修模修机次数多、机位人手超员、各岗位人员职业技能低（凭经验做事、观念落后、注塑技术管理水平低、预防工作不到位，跟着问题后面跑、工作方法欠佳、生产周期长、排机不当、原料混杂、废品多、欠产超单生产、退货返工、改模频繁及培训工作不到位等。一、周期时间与生产成本的关系注塑周期时间在保证产品质量的前提下越短越好，注塑周期时间约短生产数量越多，单位产品的制造成本就越低。注塑周期时间包括射胶时间、保压时间、冷却时间（熔胶时间）、开模时间、顶出时间、关门时间及锁模时间等（特殊情况还包括射台前进后退时间和喷脱模剂时间）。缩短注塑周期时间最主要的方法有减小塑件壁厚流道尺寸、减少合模距离顶出行程、快速取出产品、机械手等辅助设备速度提高、缩短关门时间及锁模时间（尽量额外时间的增加，比如射台及喷化学剂等时间），合理设定开合模速度及顶针速度次数、减少、避免制件粘模等异常现象出现等。其经济效益分析结果如下标准日产量为234（360024）13800PCS实际日产量为234（360028）11829PCS一天的产量会减少1971PCS，就相当于一天减少33小时的生产时间，生产该胶件的制造成本就会增加3323100143如果某企业有80台注塑机，一台机每小时的加工利润是50元，每天就会减少利润165元。该企业每月的经济损失为8016530396万元该企业一年的经济损失为396128364万元二、模腔数与生产成本的关系每个注塑企业在对客户报价时通常都是以总模腔数来计算产量和制造成本的，如果在注塑生产过程中某个模腔因品质或其它原因需堵塞生产，就会造成注塑生产成本明显增加，利润减少甚至出现亏损现象。其经济效益分析的结果如下标准日产量为23（360020）833120PCS时间日产量为23（360020）728980PCS30万产量的标准生产天数为30000033120906天实际生产天数为30000028980104天完成该订单的生产需要多花134天的时间，就会减少2219元利润，该胶件的生产利润就会变为00500740043元（是原来利润的86），如果一个注塑车间平均每天有5套模具像这样堵塞型腔生产，该企业一年就要减少37万元的利润。三、不良率与生产成本的关系“废品时最大的浪费”，如果注塑生产过程中出现不良率高、报废量大或退货现象，则原料、电费、人工、设备损耗（不含其它方面的费用）等损失就会很大。其经济效益分析的结果如下每个产品的原料成本为20301000060元一天的生产数量为2336002526624PCS如一台机每天的电费、人工费及其它费用需1000元，每个胶件的加工费用平均为10006624015元PCS10不良率一天所造成的损失为6620606620154963元一天生产所得利润为（6624662410）008477元一天生产的实际利润为47749631934元即每天亏损1934元（不包括模具、机器设备损耗及场地费用等）如水口料可以回收利用，则每台机一天的利润就会减少100元以上，100台注塑机的企业一年的经济损失为100360100360万元四、模具保压与生产成本的关系模具保养工作如果做到不周全，生产过程中就会经常出现模具故障，需频繁停产落模维修，既影响生产的顺利进行和产品的质量稳定，又会给企业造成经济损失（如模具维修费、塑胶原料电耗及机器停产的损失等）。据统计分析平均每套模具的维修费为350元，原料电的浪费为100元，上落模的人工费为50元，几台停产损失费用为200元（约700元左右）。其经济效益分析的结果如下一个月模具维修所造成的经济损失为410070028万元一年所造成的损失为2812336万元因此对对模具的维护及保养至关重要，合理设定锁模力、开合模速度、顶针参数、正确设定低压保护参数，在注塑生产过程中对模具做到清洁、润滑、保养及防锈工作。五、原料控制与生产成本的关系根据统计，大型塑件的成本中原料费用占7080，中型塑件的成本中原料费占5060，小型塑件的成本中原料约占30左右。原料成本是注塑生产成本的主要部分，注塑生产过程要加强水口料、废品、胶头及原料控制；注塑车间造成原料损耗的环节有混错料、用错色粉（色母）、超单配料、水口料混杂、碎错料、加错料、烘料结块、烘料桶未彻底清理干净、原料污染、不良率高、调机时间长、胶头未分类处理（压扁回用）、修机修模造成的停开机、生产排机不当、生产中频繁调换机台、辅料生产、长时间处理问题、水口料分类不彻底、试模次数多及喷嘴漏料等。根据注塑成本分析统计，转换一套模具生产平均损耗2KG料，每公斤原料平均价格20元，每转换一套模具（包括转料、转色、补啤、更换原料、修模修机、试模、转换机台等转模）最低损失原料费40元，用错料（包括混错料、用错色粉色母、碎错料、加错料、超单生产、超单配料、原料污染、水口料混杂等）每包料平均成本为500元，有些特殊的工程塑料高达100元KG（每包原料成本2500元）。35排气系统的设计该套模具是属于小型模具，排气量很小，可利用分型面、滑块和顶杆等间隙进行排气，不需要单独开设排气槽。36温度调节系统设计1加热系统由塑料模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产率。PVC材料的注塑成型温度为5080，查参考文献【1】中表610常用热塑料的模具C温度表，可以得知所选塑件材料模具温度为100C，所以可以不设置加热装置。2冷却系统一般注射到模具内的塑料温度为200左右，而塑件固化后从模具性强中取出时其温度在60以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽量快的传给模具，一是塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。1设计原则冷却水孔数量尽可能的多，孔径尽可能大；冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等；浇口处要加强冷却；冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位，以防漏水；冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处；进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机的背面。（2）设计过程已知材料PVC，塑件厚度2MM左右，一次注塑质量80多G，PVC单位热流量系数Q1350KG/KG,解冷却时间41121124LNMQSTS2807L63340根据PVC性能，取10S1T注射时间2S，保压2S2T注射周期为T1022（58）20S412每小时注射次数N3600/20180总热量QWNG41311800021535013545KJ/H模具四侧面积4142129086215637MAM分型面面积234M开模率415102104NTT散热表面积004M241612MMA模温70，室温20对流所散发的热量417433604187257207/CKJH辐射所散发的热量41844127302730081RMA446273065501086/KJH注塑机所散发的热量4237052047205/LMAKJH19应由冷却系统从模具中带走的热量为2为负421345708452LRCQ20所以模具靠自身可以散热。但为更加安全和提高效率，仍添加冷却系统。（3）冷却系统的布置该塑件分型面为大致为阶梯形，把模仁分为上下两部分，上部分由分流道，应重点加强冷却，因此布置在偏上位置。由上面计算可知，该模具塑料释放的总热量不大，旨在模具型腔周围开始冷却水管即可，凹模水管直径为10MM，凸模水管直径为8MM。水管具体分布线如图423所示。其中，为了表达清晰，只保留水管的中心线。水线示意图37脱模机构的设计注射成型的每一循环中，塑件必须准确无误的从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置成为脱模机构，也称为推出机构。1脱模推出机构的设计原则塑件推出是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构时，应遵循下列原则。（1）推出机构应尽量设置在动模一侧；（2）保证塑件不因推出而变形损坏；（3）机构简单、动作可；（4）良好的塑件外观；（5）合模时的准确复位。2塑件推出的基本方式选择由于产品结构所限制，因此用推板推出，能够更好的推出塑件3顶管布局38抽芯结构设计抽芯距SS15MMS1为空深度在这里空深度为壁厚所以S20MM抽芯力的计算FCCHPCOSASINA4937682009107015COS180SIN180317103NFC抽芯力C侧型芯成行部分的截面的平均周长MX123678MMH侧型芯成行部分的高20MMP塑件对侧型芯的收缩应力包紧力一般P0812X107PA模外冷塑件P2439107PAU015,A侧型芯的脱模斜度或倾斜角180381斜导柱设计1在确定斜滑块结构尺寸之前，应了解其设计要点斜滑块的导向斜角一般取18O，斜滑块的推出高度必须小于导滑槽总长的2/3。斜滑块在导滑槽内的活动必须顺利。内抽芯斜滑块的端面不应高于型芯端面，而应在零件允许的情况下低于型芯端面005010。2斜导柱尺寸的确定斜导柱的形状如图412所示其工作端的端部设计成半球形。图412斜导柱的形状其材料选用45碳素工具钢,热处理要求硬度HRC55,表面粗糙度为RA08NM,斜导柱与固定板之间采用过渡配合H7/M6,滑块上斜导柱之间采用间隙配合H11/B11,或在两者之间保留05MM间隙。斜导柱倾斜角度的确定A为倾斜角LS/SIN（A）经查资料得A取18O比较理想。3斜导柱的长度计算斜导柱的长度如图413所示其工作长度LZSCOS（）/SIN（A）410为滑动定向模一侧的倾角因0O所以LS/SIN（A）65/SIN（18O）21MMLZ斜导柱的总长度（MM）；D1斜导柱固定部分大端直径（12MM）；H斜导柱固定板厚度（20MM）；D斜导柱工作部分直径（16MM）；S抽芯距（10MM）。54321LLLZSINTA/COSTANDHD40/2TAN18O20/COS0O30/SIN18O53MM斜导柱安装固定部分长度为TAN2COS12DHLLA20/COS18O40/2TAN18O145MM斜导柱安装固定部分长度斜导柱固定部分的直径（