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水泵
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水泵过滤网注塑模具设计,水泵,过滤网,注塑,模具设计
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摘 要随着工业化与塑料加工技术的发展，社会对注塑件以及注塑模具设计的要求越来越高，研究设计符合实际生产要求的模具尤为重要。本课题设计了一款水泵过滤网注塑模具，通过注塑件工艺性分析即材料分析和结构形状分析确定了注塑模具设计方案，是包含侧向分型的注射模。设计过程中分别对型腔数目、分型面选择、浇注系统、成型零部件、结构零部件和脱模机构做了详细的阐述。另外，对侧向分型和温度调节系统也做了详细的设计。在注塑模具结构设计方面，由于塑料侧向有倒扣无法开模，需用到侧向分型机构，所以型腔数目确定为一模一腔；其浇注系统是带有直接浇口的普通浇注系统，此种方式完全满足工艺生产需求；然后对成形零部件包括凹模和凸模做了详细阐述，对结构零部件包括注塑模架、支撑板、垫块、座板和合模导向机构做详细了说明。另外，还做了详细的侧向分型设计和温度调节系统的设计。采用机动侧向分型与抽芯机构，利用注射机的开模力，通过传动件使模具中的侧向分型零件移动一定距离而完成侧向分型与抽芯，能够实现塑件的自动化生产，提高了生产效率的同时节约了人工成本；制件最大直径为150mm，高为195mm，厚度为5mm，制件厚度不大、重量轻，所需脱模力比较小，因此采用推杆作为脱模机构；因为是一模一腔，所以在塑件周围做了左右对称的温度调节系统，确保塑件有更好的品质。在此基础上，对注塑模具结构的总体布局和主要零部件进行了UG三维结构设计。该结构方案结构简单、成本低、操作简单，易于实现机械化和自动化，满足注塑模具结构设计要求，比较符合实际生产需求。关键词：水泵过滤网；ABS；注射成型；模具22AbstractWith the development of industrialization and plastic processing technology, the society has higher and higher requirements for injection parts and injection mold design. This topic has designed a water pump filter net injection mold, through the injection molding part technology analysis namely the material analysis and the structure shape analysis has determined the injection molding mold design plan, is the injection mold which includes the side parting. In the design process, the number of cavities, parting surface selection, casting system, forming parts, structural parts and demoulding mechanism are described in detail. In addition, the side parting and temperature regulating system are also designed in detail.In the injection mold structure design, because the plastic side has inverted can not open mold, need to use the side parting mechanism, so the number of cavity is determined as a cavity mold; The pouring system is an ordinary pouring system with a direct gate, which fully meets the production requirements of the process. Then the forming parts including die and punch are described in detail, and the structural parts including injection mold frame, support plate, pad, seat plate and mold guide mechanism are described in detail. In addition, detailed side parting design and temperature regulation system design are also done. By using the side parting and core-pulling mechanism, the side parting and core-pulling can be completed by moving the side parting parts in the mould by a certain distance through the driving parts by using the opening force of the injection machine. The automatic production of plastic parts can be realized, which improves the production efficiency and saves the labor cost at the same time. The maximum diameter of the workpiece is 150mm, the height is 195mm, the thickness is 5mm, the workpiece thickness is not big, the weight is light, the demolding force required is small, so the push rod is used as the demolding mechanism; Because it is one mold one cavity, so the plastic parts around the left and right symmetry of the temperature regulation system, to ensure that the plastic parts have better quality.On this basis, the overall layout of the injection mold structure and the main parts of the UG three-dimensional structure design. The structure scheme has the advantages of simple structure, low cost, simple operation, easy to realize mechanization and automation, and can meet the requirements of injection mold structure design and actual production requirements.Key words：Water pump strainer; ABS; Injection molding; The mould目 录第1章 绪论11.1 课题研究背景及意义11.2 塑料模具的行业现状21.3 塑料模具的发展趋势4第2章 产品工艺性能分析52.1 材料性能52.2 塑件结构分析52.3 塑件生产批量6第3章 设计成型方案及模具结构73.1 分型面的设计73.2 型腔数量及排布形式确定83.3 浇注系统的设计83.4 温度调节系统93.5 成型零部件设计及工作尺寸计算113.5.1 型腔径向尺寸（A类尺寸）123.5.2 型腔深度尺寸（A类尺寸）123.5.3 型芯径向尺寸（B类尺寸）123.5.4 型芯高度尺寸（B类尺寸）123.5.5 型芯之间或成型孔之间等中心距尺寸（C类尺寸）133.6 导向与定位机构设计133.7 推出机构的设计133.7.1 脱模力计算153.7.2 推杆直径计算153.7.3 推杆强度校核153.8 排气机构设计163.9 型腔壁厚的计算与校核163.9.1 型腔侧壁厚度的计算与校核163.9.2 型腔底板厚度的计算与校核163.10 模架的选用163.11 模具钢材的选用173.12 注塑机的选择183.12.1 选择合理的注塑机183.12.2 注塑机最大注射量校核193.12.3 锁模力校核193.12.4 安装尺寸校核193.13 定位环及浇口套的选择20第4章 侧向分型与抽芯机构的设计21第5章 模具相关图形绘制225.1 装配图225.2 型腔225.3 型芯22总结25致谢26参考文献27第1章 绪论作为工业生产行业中重要的组成部件，模具充当着工业体系中工艺配置重要的环节，其形状能够使原材料成型。由于模具成形具有质量好、产量高、节约成本等特点，现已在化工、轻工业产品等组成，并落实了工业化生产的广泛应用。有资料显示，我国目前以模具制作的电器配件、设备仪器、飞机元件等机电产品约为百分之七十范畴。1.1 课题研究背景及意义当今，工业是代表国家的经济指标与经济实力，是经济发展的主导产业。中国实现了工业的腾飞，成为二战后发展中国家中唯一一个真正意义上完成了工业化的国家。伴随着中国的工业化进程，中国塑料制作行业迅速发展并不断壮大，在工业中占有不可或缺的地位，世界各个国家和地区都能看到中国塑料生产的产品。注塑模具加工技术是塑料加工生产技术中具有代表性的技术之一，对我国经济产生了巨大的发展，促进了我国经济的发展。注塑件的需求量越来越大，质量要求也越来越高，注塑工艺在基础工业中的地位和对社会经济的影响显得日益重要。众所周知，注塑模是制作塑料制品的主要加工方法。塑料分为两大类，其中一种是热塑性塑料，在一定的温度范围内，它能够回收利用是因为可以反复加热变软和冷却变硬。此类产品有聚碳酸酯PC、聚苯乙烯PS、ABS塑料、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC等等；另外一种是热固性塑料，与热塑性塑料的特性正好相反，不能够回收利用是因为不能够反复加热，加热后不能够重塑，此类产品有聚胺酯、酚醛树脂、发泡聚苯乙烯、环氧树脂等等。注塑是产品成型方法之一，是将塑料放入成型模具中，获得所需特定形状和尺寸的塑件。所以注塑的加工方法需要对原材料进行加热，对生产设备要求稍高，所以成本更低、效率更高，是现代化加工中更为常用的加工方法。在汽车摩托车、轮船、航空、办公用品、电机、电器、仪器仪表、办公用品、生活器皿以及日常生活用品中注塑产品随处可见。如：鞋子、相机外壳、鼠标外壳、塑料饭盒、玩具、风机叶片、油筒、塑料杯、键盘外壳、电脑外壳、手机外壳、钟表、灯饰、塑料文具盒、塑料碗、塑料筐、塑料洗脸盆、风机风阀附件、注塑螺丝螺母等等。在日常生活用品的注塑产品就高达80%以上为注塑所生产，另外，在电子附件中高达70%的产品也由注塑所生产，其应用范围广范程度仅次于冲压制品。与五金模具生产加工相比，虽然塑料模具的设备要求较高，但是原材料成本更低，在产品需求和尺寸精度允许的情况下，可以将部分五金产品用塑料产品代替，以大大降低生产成本。塑料模具的种类繁多，常见的种类有塑料注塑模（也称之为注射模）、塑料压塑模、塑料挤出模，其他种类还有塑料吹塑模、塑料吸塑模等等。其中使用最为广泛的类型是塑料注塑模，对于员工来说，注塑工艺操作更为简单，只需设置好注塑工艺的相关参数比如料筒温度、喷嘴温度、注射压力、注射时间、保压时间和冷却时间等，一定时间内完成加热、成型、保压、冷却、出件的工序。其生产效率高，材料利用率高，易于实现机械化和自动化。另外，注塑工艺产生的废料极少，便于组织生产，大批量生产时，产品成本低。1.2 塑料模具的行业现状近年来，我国注塑模水平有了很大提高，不断满足用户质量好、价格低的需求；在精度和粗糙度方面，国内多家企业能够生产高精度的精密模具；在尺寸方面，已经能够生产大型化的塑料模具，为模具制造业迈出新的台阶。模具设计中的有力辅助是计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)和计算机辅助制造(CAM-Computer Aided Manufacturing)，是将计算机技术和机械制造技术应用到机械设计中，辅助我们更快捷更完美的进行机械设计。计算机绘图技术以及数控加工技术已经在各个企业普遍使用，如美国Autodesk（欧特克）公司的AutoCAD（Autodesk Computer Aided Design），可以绘制任意二维图形及基本三维图形，不仅在国内流行使用，在国际上也是应用最为广泛的软件之一。它支持多种硬件设备和操作平台，能够在各个操作系统的计算机上使用，另外，它还有具有较强的数据交换能力，即可以进行文件多种格式的转换，以获得我们在特定设备上能打开的格式。UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的一款软件，是交互式CAD/CAM系统，是一款强大的设计软件，可以轻松实现多种复杂的实体的构建，特别是UG -NX的加工模块，可以创建刀具和加工工序，实现对零件的模拟加工并可以自动编程，应用到数控加工中的定心、钻孔、攻丝等，是模具行业主流的三维设计软件。三维软件Pro/Engineer是美国参数技术公司（PTC)旗下的一款软件，它有草图绘制、零件设计、装配设计、钣金设计和加工处理等模块，用户可以根据自身需要选择不同的模块，将CAD/CAM/CAE一体化，是目前主流的CAD/CAM软件之一。目前我国注塑模的设计与制造能力已经有较高水平，江浙一带以及珠江三角洲一带是许多企业进行注塑模具设计与制造的集中区域，注塑模具无论在数量、质量方面还是在技术和生产方面都有明显的进步和发展，但是与部分发达国家相比，仍存在着差距，部分注塑模具以及结构复杂的模具仍然需要参考国外的相关资料和数据，所以，我们更应该快速发展模具设计与模具制造的发展水平，通过不断提高设计能力和制造能力缩短与世界的差距。在科学发展观指导下，在国家政策下，不断提高我国的自主创新能力和自主研发能力，不断提高塑料模具的发展，我国的注塑模具的水平也必然会提高一个台阶。在国外，一些技术领先的国家在模具制造业的发展形势开始往标准化、系列化、高效性、制造用时短及通用化方向推进。以计算机网络为设计构思的方式成为主要运营方式。为了满足模具制造领域的基本需求，模具市场开始注重起模具原材料及设计样图的质量。对模具原材料的品种、精细化、制品化要求有所提升。伴随模具制造业条件日渐苛刻，针对模具成品质量的指标不断增高，从而要求模具行业的技术体制必须往高水平提高。为了满足这个目的，国外一些研究团队借助电炉与炉外工艺制纯技术来进行模具钢构，被广泛应用于制造环节，以调动模具成品的精纯度、致密性等，降低偏析。所以，模具钢的水平得以充分体现。全球化经济时代的到来，一方面给予大众发展的舞台，一方面也致使模具产业的生产模式趋向集中化，以多个企业为主体的跨度合作，跨国交流模式成为了社会运营趋势。为了更好的迎接市场竞争，带动企业发展，就必须形成高品质的制造工艺与设计出合理性的科研方案。宏观立场上解析，国内在模具冲压领域的发展已经得到前所未有的发展。针对一些大型的冲压模具形势，其已经抬升至一定的高度，能够为一些小型轿车及配套零件提供良好的依托。在国家的正确引导下，通过漫长的一段探索时期，我国在模具系统中的成果已经获得了全面的提升，制造水平及设计能力得以深化。我国模具落后和差距主要表现在下列5方面：我国模具生产厂家多数由自配模具车间为主，自产自配的行业比例较高，约为市场份额的过半数目。现时我国自配率仅为百分之八十范畴，处于中低档水平，技术水平依然亟待提高，中档阶段的模具自配率在百分之四十范畴。我国在模具制造领域的技术水平相对落后，模具生产周期也相对过长。能力较差，经济效益欠佳。随之而来的较大的经济压力，滞后了我国模具产业链的构筑，同时也造成一些企业面临亏损，缺乏后继动力。模具企业的管理体制不适用于新时期内部需要，技术水平过低，管理能力不到位也满足不了经营的需求。一些模具生产厂家过度追求传统管理模式，渐渐披露出了陈旧体制的弊端，不利于企业的发展。1.3 塑料模具的发展趋势在国外，一些技术领先的国家在模具制造业的发展形势开始往标准化、系列化、高效性、制造用时短及通用化方向推进。以计算机网络为设计构思的方式成为主要运营方式。为了满足模具制造领域的基本需求，模具市场开始注重起模具原材料及设计样图的质量。对模具原材料的品种、精细化、制品化要求有所提升。伴随模具制造业条件日渐苛刻，针对模具成品质量的指标不断增高，从而要求模具行业的技术体制必须往高水平提高。伴随社会经济体系的不断壮大，大众对工业生产领域的关注度日渐加深，经由工业产品推广、生产等方面带动下，工业产品从数目、类型、质量、款式方面都有所提升。为了达到大众需求，满足社会科研发展的水平，现阶段，全球范围内多个国家针对工业生产进行了规范化管理，其中之于模具技术的重视力度得以体现，人们开始了解到，模具制作是工业领域发展的有利要素，同时如何提升模具制作工艺，以促进经济效益的提高，成为了当前企业乃至研发人员聚焦的热点。探索模具制作工艺，了解模具技术制造水平，是二十一世纪以来，工业化领域重大的开拓指标。第2章 产品工艺性能分析2.1 材料性能ABS是由丙稀腈、丁二烯、苯乙烯单体合成，不同的单体应当具有不同的属性，苯乙烯的加工较易，光泽度高，强度稳定，而丁二烯则有着抗冲击及坚韧性特征。此外，丙烯腈的热稳定性较高。ABS工程塑料不透明，浅象牙色、无毒、无味，具有韧、硬、刚的特点，从形态上看，ABS是非结晶型材料。ABS牌号的材料综合性能较好，实际生产中应用的范围非常广，具有很好的尺寸稳定性，而且其易加工成型，外观特性也超强，还有其低蠕变性。成型过程有以下特点：（1） 容易吸水，使用ABS材料前要使用干燥设备对其烘干，时间3小时，温度8090，如果产品表面要求光泽则干燥要求更高。 （2） 适合选用较高的模具温度和塑料温度，其中塑料温度一般要小于270，太高塑料会被分解掉。对精度较高的塑件，温度选 50-60，对于高光泽度、耐热的模具，选60-80。（3）对于夹水纹须提高材料的流动性。解决方法多种多样，比较常用的是采取较高的模具温度和塑料温度，或是改变入水位置。（4）如成形耐热级或阻燃级材料，材料的成型周期通常在一周范畴左右，一些塑料分解物会留在表层，表层从而亮光，需进行清理，同时表面需有排气位置。2.2 塑件结构分析图2.1 水泵过滤网三维图由图2.1可知，该产品大小一般，侧面有一个侧口无需采用侧抽机构，厚度较均匀，平均厚度为5mm，经过测量得到其体积约为430cm。本次设计之中，会将同一塑件壁厚进行协调，以满足冷却或固化速度，并不加外力压迫，避免塑件出现扭曲，缩小，裂纹等现象。为了避免脱模时损伤塑件，同时也为了方便脱模，在设计时，需要充分考虑到封头内外的表面处，沿着可以脱模的地方留下大概数值的倾斜角。通常取决于塑件的形状、壁厚及收缩程度。通常取值范围在0.5至1.5区间，斜度方向为内孔并以小端为主。进行塑料制品设计阶段，可以在制品的转角位置进行弧度设计，应用弧度来减低尖角问题，同时为了防止受力或冲击震荡产生碎裂，甚至在脱模阶段出现损毁，就需要尤其留意塑件内圆角的调动，理想化的圆角半径大致在壁厚三分之一范畴之上，从而降低了震荡力，促进了高塑化材质的制备水平。2.3 塑件生产批量该产品生产批量大，应选择自动化生产，但由于产品结构较特殊，因此选择采用半自动化生产模式，利用大水口进胶方式，模具开模时将整个浇注系统顶出，后续由人工切断浇口来完成。第3章 设计成型方案及模具结构3.1 分型面的设计为了保证塑件在冷却完成后能够顺利脱模，需要根据塑件结构适当的将型腔分为几个部分，这些被分离的型腔的表面叫做分型面，对于注塑模具，其分型面至少有两个，也可以更多，但是过多的分型面导致塑件表面质量差，外观不光滑，所以应当根据产品加工需求适当选择分型面的数目和位置。塑件结构不单一，尺寸精度要求不同，所以分型面形状也不相同，常见的分型面有平直分型面和倾斜分型面。在进行注塑模分型面选择时，应考虑以下几个方面的原则：若分型面不在塑件尺寸最大的位置，由于凹槽或是凸起的更大尺寸的阻挡导致塑件不能够从型腔与型芯上脱离，模具的凸模和凹模无法打开，或者即使打开也必然损坏塑件，所以注塑模的分型面应当选在塑件尺寸最大的地方，这是选择分型面的首要原则，也是最重要的原则；其次是分型面的位置应能够保证塑件脱模的有利进行，在一般情况下，塑件脱模时要留在动模，因为注塑模具的推出机构一般固定在动模上，这样有利于塑件冷却完成后的推出与脱模；在选择分型面的位置时，应考虑到塑件的尺寸加工精度和塑件的表面质量，即使保证了塑件顺利脱模，但是导致塑件表面不光滑，连接痕迹较多，塑件精度和质量下降的分型面也很少选用，比如塑件有加工精度要求较高的螺纹、方孔、凹槽或凸起等等；在选择注塑模分型面位置时，还应考虑到是否有侧向分型和抽芯机构，避免侧向分型与主型芯脱模发生干涉；另外，还有几个方面需要注意，比如是否有利于塑件的排气，是否有利于模具的加工制造等等。若分型面的位置不利于塑件排气，则严重影响塑件的内部质量与表面质量，造成废品。若模具结构复杂，模具加工制造困难无疑会增加塑件的生产成本，并且模具维修不方面，间接影响生产周期，降低生产率。通过第三章锁模力的校核可知，锁模力与塑件在分型面上的投影面积成正比，所以，在选择注塑模的分型面时，还应考虑到分型面对锁模力的影响，否则会导致塑料熔融体张力过大而从分型面位置溢出。分型面的选择基本依循一个定理，就是保障塑件的整体质量，使模具结构简单的同时要有利于成型件脱出模仁；分型面受到塑件的成型影响，其从浇注过程到塑件架构阶段就长久存在于机构区间之内。为了确保分型准确性与精确度，就需要在模具制造过程中，选择适当的工艺进行，避免发生问题。宏观立场上，研发人员将模具中的浇注系统的凝料和可以取出的塑件进行分离处理，并且基于这两种部件形成分型面顾虑到塑件外观质量问题，需要将分型面设置在合理截面处，产品水泵过滤网，没有异形曲面，分型面设置在断面最大轮廓处。如图所示：图3.1 分型面位置图3.2 型腔数量及排布形式确定模具的型腔除却一些具体的尺寸之外，其他都和塑件完全吻合，仅仅将凹、凸模放在相反区间。出于注射机与模具生产力配套的需求，为了更好的提升生产效益与经济性，需要确保塑件的精确度，达到整体设计定型的目的。根据塑件的大小，本次模具设计能够应用一模一腔的方式进行架构。3.3 浇注系统的设计浇注系统是塑料熔融体由注射机传入到型腔的管道，合理的布置浇注系统能够减少原材料的浪费，还能有利于型腔内的气体能顺利地排出，且将压力传递到型腔的各个部位，以获得内部质量和外部质量更高的塑件。普通的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴组成，由于本文的水泵过滤网注塑模只有一个型腔，所以只设置主流道，没有设置分流道。综合塑件的成型特点和浇注系统的设计原则，本文水泵过滤网的注塑模具浇注系统采用普通浇注系统，直浇注系统，结构较为简单。合理的流道的浇注系统其目的就是在于可使从注塑机喷嘴射出来的塑料熔体既能够达到总体平稳性，进行压实、保压.通常情况下，人们在设计一个合理的流道浇注系统时需要考虑主流道、冷料井、多级分流道和流道浇口这几个关键部位。浇注系统的型腔规划需要按照设计方向，其关系到成型的塑件质量。浇注系统的大小对其内部质量等的妨碍性也相对之高，同时由于采用的塑料利用率和成型率等因素，导致塑件成型后还将受到各种因素的牵扯。浇注系统的设计一般需要综合下列几个要求进行：1. 分型面上进行分流道的设置，分流道的浇口可以和隧道的形态保持一致，潜伏于分型面下方的定模板上，同时也能够在分型面的动模板上潜伏，能够使熔体沿着斜面潜入到型腔之中。2.浇口位置通常选在制件的侧面位置，能够避免塑件外观出现痕迹。3.进行设置时为了防止浇口出现痕迹，能够借助推杆安设二次浇口的形式，进行机体的维护，同时可以把二次浇口末端和塑件形成互通的内壁。4.浇口在模具开模期间，可以自动切断，同时无须进行浇口处理，不过需要塑件的侧面位置留下浇口痕迹。5.分流道和潜伏浇口的夹角需要维持在三十度至五十度范畴，通常借助圆形或者椭圆形进行截面。6.确保塑件外观及其质量，提供良好的修葺方式；7.应当结合型腔布局需求，进行适当的考量；8.要求热量及压力损失最小。图3.2 浇注系统图3.4 温度调节系统此带水泵过滤网模具设置了温度调节系统，设置温度调节系统进行温度调节，以提高塑件质量和生产率。不但注塑机的注射力和螺杆的注射速度影响着塑件内部质量和外表面质量，模具温度也是影响塑件质量的主要因素之一，塑料熔融体通过注塑机注入到型腔内其热量必然传递给模具的凸模和凹模，模具温度就是指注塑模具型腔和型芯的表面的温度。若使塑件获得更好的质量，就需要对模具的温度进行控制，比如对注塑模具的加热或冷却，就需要设置注塑模具的温度调节系统。温度调节系统可以在型腔或型芯内部设置不同的管路，管路的设置不影响模具结构以及塑件的脱模。本文水泵过滤网注塑模的温度调节系统设置在了定模的型腔内部，管路呈左右对称分布，管路加工方便，且不影响模具的正常动作。根据塑件材料的要求，因此不需要加热系统，但是为了缩短生产周期、提高生产率所以需要设计冷却系统注射模具冷却系统的设计原则有下列几条：1由于型芯的冷却状况和凹模的状况有一定差别，所以采用这两种手法需要应用上不同的回路进行架设，并对接不同的冷却凹模和型芯。2模具冷却水的温度升幅会影响热传递，一般情况下，模具出水口温度和入水口温度相差不可以超出五摄氏度范围，冷却回路的长度应当维持在1.2-1.5米区间，并防止回路弯数超出五个。3借助又多又细的冷却管道进行架设时，更有利于进行模具调节。不过导管也不能过细，以防止堵塞现象出现，通常直径为8-25毫米。4当模具仅仅规划了单个的接水口和单个的出水口时，即需要将冷却管串联，当需要联结时，可以针对回路中的各处水量调整压力。经过对该水泵过滤网分析设计如下图所式的冷却水路：图3.3 冷却水路图其中热量计算公式为： (3-1)：冷却水体积流量计算公式为： (3-2)根据计算结果确定冷却水路孔直径为8mm。冷却水在圆管中的平均流速计算公式为： (3-3)。冷却管道孔壁与冷却水之间的热传导系数计算公式为： (3-4)冷却管道孔壁与冷却水之间的热传导系数计算公式为： (3-5)冷却系统总传热面积的计算公式为： (3-6)模具应开设的冷却管道的数目计算公式为： (3-7)，为了保证冷却效果，在定模设置6条冷却水路，动模设置2条冷却水路。该冷却水路的设计师，首先需要在模具的上下模板通过加长钻钻出水孔并磨孔，然后再在下模和上模上钻出水孔，最后把它们各水路相互之间通过钻孔以达到连接的作用，形成多个完整的水路并保证充分的循环性，为了保证水路的密封性，需要模板连接处之间加防水垫片，生料带等密封，同时用锥螺纹铜塞或堵头把多余的孔堵上。3.5 成型零部件设计及工作尺寸计算构成塑料模具模腔的零件统称为成型零部件。成型零部件有凸模和凹模，亦称作型芯和型腔，在塑料熔融体通过射速机注塑到型腔内时，对型腔产生巨大的压力和冲击，所以成型零部件不但要具有一定的结构、尺寸、精度，还应当具有较大的强度、刚度，以减少成型零部件的损坏甚至报废，延长模具寿命。成型零部件构筑形态需要按照塑件需求进行调动，并基于稳定的基础下，对后期使用进行检测、维护。观察分析可知，本次产品的核心部件有以下几个：主要是型腔及型芯。由于该产品的高度落差大，所以模具的型腔采用整体结构，型芯采用分体式的结构。根据日常加工经验，我们需要在零件的尖锐位置做倒C2角处理。避免装配中对人员造成划伤，以及工件的锐边带来的毛刺拉伤型面，造成装配干涉等，更有利用模仁与型腔板等其他零件之间的装配。上图所示为组成模具成型零部件的重要部分，其成型过程由三维数控加工保证，加工成型之后，由螺钉固定在模具的定模板和动模板上。模具内部跟产品内外形状有关的尺寸被称为工作尺寸。结合该零件实际情况取MT5精度。其相关尺寸计算公式如下：3.5.1 型腔径向尺寸（A类尺寸）型腔径向尺寸计算公式为： （3-8）,3.5.2 型腔深度尺寸（A类尺寸）型腔深度尺寸计算公式为： （3-9）计算得：、3.5.3 型芯径向尺寸（B类尺寸）型芯径向尺寸计算公式为： （3-10）、。3.5.4 型芯高度尺寸（B类尺寸）型芯高度尺寸计算公式为： （3-11）3.5.5 型芯之间或成型孔之间等中心距尺寸（C类尺寸）依照参考文献1可知，型芯之间或成型孔之间等中心距尺寸计算公式为： （3-12）计算得：、（式中，为塑件相关尺寸公差；是ABS的收缩率，取0.5%；是模具制造差，对于该水泵过滤网产品取0；是修正系数，取1/2。）3.6 导向与定位机构设计为确保动模与定模两个板块及模内其余零部件的准确对合，导向机构的存在十分有必要，其推动着机构的定位与导向发展。借助导柱与导向孔间的联系，导柱导向机构可以相互结合，有效落实模具的精度对准。合模导向机构是注塑模具必不可少的结构，在模具的动模与定模合模时起导向作用，使其合在特定的位置，防止动模与定模的错位而导致产品不合格，甚至发生塑料熔融体大量溢出或是型芯型腔的损坏。常用的合模导向机构主要有两种形式，导柱导向和锥面定位，本文注塑模具选用导柱导向机构，由于动、定模尺寸较大，采用四个导柱作为导向，导柱导套材料选用GCr15，具有一定强度和耐磨性，4个导柱分布在四个角上，呈对称分布，其导向更为平稳，满足其使用性能要求。根据之前确定的模具结构方案，决定采用导柱导向的方式。导柱导套的具体形式如下图所示： 图3.7 模具导柱 图3.8 模具导套可以看出该模具的导柱和导套都是采用的带肩类型。采用这样设计的原因是其具有导向作用，在模具生产加工中与导柱无阻滞、耐磨。从而有效提高了模具的使用寿命和更换零件的成本。导柱和导套的配合优先采用基孔制。由于产品没有特殊的精度要求，利用注塑机的定位系统及模具的导柱导套辅助定位即可，所以不需单独设置定位机构。 3.7 推出机构的设计注塑模具的推出机构是指将塑件从型腔或是型芯上顺利脱出的机构，以获取塑件，以便在型腔留出位置继续下一个塑件的注塑。推出机构也常叫做脱模机构，脱模机构的动作与结构影响着塑件的加工效率与加工质量。常见的塑件推出基本方式有三种：推杆脱模机构、推件板脱模机构、推管脱模机构。推杆脱模机构是用推杆推出塑件，其结构简单,放置位置的自由度较大，因而推杆脱模机构是最常用的脱模机构；推件板脱模机构是用推件板从型芯上推出塑件。其主要特点是脱模力大而均匀，运动平稳、不需设置复位装置；推管脱模机构是用推管通过顶整个周边来推顶塑件，具有使塑件受力均匀，无变形、无推出痕迹等优点。一次推出机构又称简单推出机构，它是指开模后在动模仅用一次推出动作完成塑件的推出。因为塑件常常留在动模一侧，所以推出机构也同样留在动模一侧，在不影响模具正常动作的前提下，这样更有利于塑件的推出；推出机构应具有一定的强度和刚度，在脱模过程中，推出机构需要在塑件上施加较大的力，克服在型芯上的包紧力和塑件的重量，将塑件从型芯上推出。同样，塑件的推出部位也应具有一定的强度和刚度，这样无论是推出机构还是塑件都不容易在脱模过程中的撞击下损坏，延长推出机构的寿命，间接减少模具维修率，延长模具寿命；在设计注塑模具推出机构时，应不妨碍干涉其他结构零件的工作，还应当制作简单，易于更换，在完成一个塑件进行下塑件注塑合模后，应当自动回到原来位置，以能够循环动作，重复推出塑件。首先确定推杆的形状，推杆的截面形式应根据塑件的几何形状、型腔和型芯结构的不同来设定，我们采用截面形状为圆形的推杆；然后确定推杆的数目、尺寸和固定形式。推杆在推件时，应有足够的刚性，以克服塑件的包紧力及摩擦力，因此在条件允许的情况下，应选用直径较大的推杆。推杆的端面应高出型腔0.05mm，即使顶杆有磨损，也不会影响其正常使用。在保证塑件质量和顺利脱模的前提下，推杆的数目不宜过多，以简化模具结构，并且可以减少对塑质量件的影响，推杆的数目过少的话，不但推杆力度不够而且容易损坏塑件，所以选择合适的推杆数目尤为重要。设计脱模机构时，需要依循一定的原理进行：（1）为了确保脱模机构在推出时能够具备稳定、简单、稳固的性能，在开模时，需要把塑件存留在动模当中，以备注射机在移动过程中或推杆操作中的使用需求。（2）确保塑件不会因外力发生变形或者损坏，这是最基本的脱模机构需求。（3）推出运动过程中需要具有灵动性、稳定性、精确性等特点，同时脱模机构本身具有适宜的刚度，有着较强的耐磨性。同时为了满足脱模目的，需要提供动力源，其中分化出机动脱模、气动脱模、液压脱模以及手动脱模这四种动力源。基于注射成型阶段后期塑件成型脱离模具的工艺要求，需要藉由相关的推出零件与辅助零件构成脱模机构。根据该水泵过滤网的大小、形状，选择推件板将成型的制件从模具中推出。综上，结合模具结构，组成模具推出结构，其推出机构图如下：图3.9 模具脱模推出机构图3.7.1 脱模力计算脱模力计算公式如下： （3-13）据脱模力计算公式，计算得出脱模力为2.35kN。3.7.2 推杆直径计算根据压杆稳定公式： （3-14）计算得出，推杆直径为2.1mm，根据实际情况，决定选用直径为25mm的顶针。3.7.3 推杆强度校核推杆强度校核公式如下： （3-15）根据所列出的公式计算，可以得到顶针受到186.5MPa的力，查询资料的到该顶针材料允许受到的力是480MPa，由此可以校核出顶针是满足生产需求的。3.8 排气机构设计本次模具设计可以利用分型面和顶针与模板配合的间隙以及顶针与模仁的配合间隙排气即可，不需要设置单独的排气系统。如在后期试模过程中发现产品存有缺陷是因为排气质量不太优所影响，为了解决这一质量问题设计在模具的PL面用铣刀加工出一些排气槽，但需要注意的是，不能排气槽的深度不能大于ABS塑料最大的溢料间隙值0.04mm。3.9 型腔壁厚的计算与校核3.9.1 型腔侧壁厚度的计算与校核型腔侧壁厚度按照刚度的计算公式为： (3-16) 。，所以。型腔侧壁厚度按照强度的计算公式为： (3-17) 。，所以。3.9.2 型腔底板厚度的计算与校核型腔底板厚度按照强度的计算公式为： (3-18) 。，所以。型腔底板厚度依照刚度的计算公式为： (3-19) 计算得：。，所以的取值符合要求。其中，；，取MPa；，取0.05tmm；，取2545MPa。3.10 模架的选用模架标准化的意义在于缩短模具加工周期，且方便模具替换，方便行业统一，利于市场发展。我国制订出了与注塑模具相关的国家规范，见下表。表3.1 有关塑料模架的国家标准序号标准名称标准号1塑料注射模零件GB/T 4169-20062塑料注射模零件技术条件GB/T 4170-20063塑料成型模术语GB/T 8846-20054塑料注射模技术条件GB/T 12554-20065塑料注射模模架GB/T 12555-20066塑料注射模模架技术条件GB/T 12556-2006根据塑件结构和模具结构特点，决定采纳规范GB/T 12555-2006中大水口AI型模架，如下图所示：图3.11 大水口CI型模架选择模架型号为大水口AI 4050-21070130 GB/T 12555-2006，模具的尺寸最大为400500321（mm），A、B、C板厚度分别为210mm、70mm、130mm，模具顶出距离是130mm。3.11 模具钢材的选用模具材料的性能要求主要体现在硬度，强度，塑性和韧性上。表征钢的抗变形和接触应力的硬度，硬度和强度之间的关系以及钢的成分和组成之间的关系； 强度是钢的使用过程中对塑性变形和断裂的抵抗力，并且对于模具而言，整个表面或部分钢在使用期间抗拉力和压缩力，弯曲力，扭力或综合力的能力；模具钢的可塑性差，尤其是冷冲压模具钢，很容易发生脆断，一般采用断后伸长率和端面收缩率两个指来衡量模具钢塑性好坏；韧性是模具钢的一种重要指标，韧性是指材料在冲压载荷作用下抵抗破坏的性能，韧性越高，材料脆断的概率越低，热疲劳度强度也越高。本次模具设计选用的部分模具材料如下表所示。表3.2 模具零件材料表序号名称材料1模坯452型腔P203型芯P204浇口套455定位环T8A6支撑柱457限位块458内六角螺钉35CrMo8垃圾钉459推杆SKH5110导柱GCr1511导套GCr1512复位杆4Gr5MoSiV113O型圈橡胶14喉塞黄铜15快速水接头黄铜3.12 注塑机的选择3.12.1 选择合理的注塑机注塑机成型机是工业生产的一种工装设备，用于塑料注射成型。采取适当措施，获得良好的塑料熔体，作为注射成型工艺的关注重点，根据它的形状，它可分为立式注塑机、卧式注塑机和角式注射机。注射成型需要经过良好的冷却定型过程，为了满足定型需求，在塑料定型过程中，工艺条件通常需要选取质量较高的素材。此外温度的冷却时间、压力机运行区间等都是影响塑化成型的关键因素。为了提升对于各个参数的控制精度，本文选取卧式注射机采用液压传动和电器控制注射的方式。选用注射机时根据注射机公称注射量GB选择注射机，初选SZ-500/200注塑机，其具体参数如下表所示：表3.3 注塑机参数表名称参数理论注射容量/cm500螺杆直径/mm55注射压力/MPa150锁模力/KN2000拉杆内间距/mmmm570570移模行程/mm500最大模具厚度/mm650最小模具厚度/mm280喷嘴球头半径/mm16喷嘴孔直径/ mm33.12.2 注塑机最大注射量校核因为注塑成型机在注射成型制件时熔融塑胶会有一定损耗，所以，需要计算整个浇注系统的体积质量，结合一定的损耗比（一般为浇注系统的0.20.8）来选择符合要求的注塑成型设备。根据对产品的三维尺寸进行分析计算，得到单个产品的体积约为430cm，由此可以看出该注塑机的注射量500cm3远大于成型产品所需要的注射量，完全符合要求。3.12.3 锁模力校核塑料制件在注射成型时，需要一定的压力来使熔融塑胶快速射入型腔之中，而且在注射完成之后还需要一定压力来保压以减小产品的翘曲变形。锁模力校核： （3-20）式中 Pm注射压力，取Pm=70MPa； As塑件处于分型面的投射数值，取As=4.368103mm； Aj浇注系统处于分型面上的投射数值，取Aj=54.86mm； n塑料材料系数，这里取n=0.7；计算得需要锁模力为170kN，而注塑机额定锁模力为2000kN，由此可知锁模力符合要求。3.12.4 安装尺寸校核所选模架类型AI 4050-21070130 GB/T 12555-2006，就是所谓的大水口两板模具。本次设计的模具尺寸是400500590（mm），可以根据选择的注塑机参数表得到该型号注塑机的模具容纳量是280650mm，可以满足要求。注塑机的拉杆之间的距离是570570mm，是能够安装该模具的；该模具开模（前后模分型）130mm，选择注塑机开模行程500mm，能够有效保证模具前后模分型；顶出行程经过比较模具与注塑机参数也看出符合生产要求。3.13 定位环及浇口套的选择根据所选注射机的规格，采用定位环定位环的直径为99.8mm。定位环的详细尺寸如下图所示：图3.12 定位环根据所选定位环的尺寸，对应选用35mm的浇口套。浇口套具体尺寸如下图所示：图3.13 浇口套第4章 侧向分型与抽芯机构的设计注塑模具的侧向分型与抽芯机构多种多样，其中最常用的是机械传动形式，开模时，开模力通过斜导柱作用于滑块，迫使滑块在动模板的导滑槽内向两边移动，完成抽芯动作；另外还有液压传动的方式，此种结构比机械传动的方式较为复杂，需要添加液压系统装置，增加了生产成本，一般用在塑件尺寸较大，结构复杂，抽芯力与抽芯距较大的场合；侧向分型与抽芯还可以选用手动操作，但是手动操作的方式需要人力物力，不但增加人工成本，而且效率较低，所以除非结构特殊需要很少选择手动的传动方式。综合这几种侧向分型与抽芯机构的特性与应用场合，本文选用机动的带滑块的分型机构，因为这类机构的劳动强度小，操作方便，生产率高，易实现自动化，故生产中应用较为广泛，所以本设计选用机动的机构，且选用最常用的斜导柱分型与抽芯机构。侧向分型与抽芯机构必不可少的结构就是滑块，滑块在另一方向上起到型腔或型芯的作用。在此注塑模的滑块结构中，设计有底脚，增加了滑块移动时的稳定性。锲紧块的作用是保证侧型芯在成型过程中能抵抗型腔的内压力不使滑块产生移动。契紧块位于滑块的两边，同样为左右对称的两块。注塑模具中，最常用的侧向分型与抽芯零件是斜导柱，它利用注塑模具的开模力，通过斜导柱将力传递给滑块，完成侧部倒扣的成型。此种斜导柱侧向分型与抽芯机构原理简单、结构简单，加工制造简单，不需额外的传送力的装置。但是对于尺寸比较大的分型或抽芯表现出不足的地方，所以一般适用与抽芯距和抽芯力不大的场合。第5章 模具相关图形绘制5.1 装配图在模具相关结构设计完毕之后，为了更直观的让人了解该水泵过滤网模具，需要根据所设计的结构进行整合，然后绘制出该模具的装配图，以此表达各机构的运行原理，以及模具的工作过程。根据该水泵过滤网的成型各机构组成，绘制其模具装配图如下：图5.1 模具装配图图5.2 型腔图5.2 型腔5.3 型芯图5.3 型芯5.4 成型工艺卡在模具设计之后，需要对成型工艺卡片进行编写，如下表：表5.1 成型工艺卡表塑料成型工艺卡片资料编号车间共1页第1页零件名称水泵过滤网材料牌号ABS设备型号SZ-500/200装配图号材料定额每模件数1零件图号单件重量432g工装号材料干燥设备烘箱温度/8085时间/h23料筒温度（）后段/160中段/170前段/200喷嘴/180模具温度/50时间/s注射/s1.284保压/s10冷却/s30压力/MPa注射压力150背压后处理温度/70时间定额辅助/min时间/24单件/min检验编制校对审核组长车间主任检验组长总结本次毕业设计完成的主要任务是水泵过滤网的注塑模的设计。在模具设计的过程当中，首先对模具的整体结构设计，然后进行零部件的设计，并运用UG软件进行了三维结构设计，运用二维软件AutoCAD绘制了工程图，整个研究课题我完成了以下几个方面的内容：第1， 水泵过滤网的注塑工艺分析，包括工件的材料分析和结构分析。第2， 第二，设计了水泵过滤网的注塑模具的总体结构，包括型腔数目的确定、分型面的选择、浇注系统的设计等，在此过程中充分考虑到加工精度、加工成本和加工效率，设计出了符合生产需求的总体结构。第三，成型零部件和结构零部件的设计，本次设计中我们确定了型腔、型芯、动定模板、动定模座板的结构和尺寸。然后进行了注射模架的选取以及合模导向机构的设计；第三，塑件侧面有倒扣，对倒扣的成型本注塑模采用侧向分型与抽芯机构，详细设计了滑块、契紧块和斜导柱；另外，对水泵过滤网的注塑模具增加了温度调节系统，呈左右对称分布，保证了水泵过滤网塑件的质量。第四，运用二维软件AutoCAD以及三维软件UG绘制模具总装图和零件图。水泵过滤网的注塑模具设计过程中借鉴参考了模具设计手册中的设计优点，在原有的基础上加以创新和改进，本设计的优点是利用侧向分型机构来成型倒扣部分，模具结构简单，模具加工制造方便，操作方便，提高了模具的生产效率，同时提高了塑件的质量，塑件精度比较高。虽然已经成功的完成了本次课题水泵过滤网注塑模具的设计，但是还存在部分缺点和不足之处值得继续探讨和研究，
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