哈尔滨华德学院本科生毕业设计论文.docx

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哈尔滨华德学院本科生毕业设计论文

摘要

这次设计的是普通三通管的塑料模具设计，对三通管的结构和生产工艺进行分析，通过对产品的结构、加工工艺模具的浇注系统、模具成型部分的结构、注射机、顶出系统以及相关参数的校核做出详细的设计。

介绍了三通注塑模具的结构组成及工作原理。

该模具采用一模二腔,采用斜导柱和侧滑块抽芯机构,设计结构合理,实际运行可靠。

通过对模具的具体设计达到塑件的质量和加工工艺要求。

关键词：

三通管；注塑模具；侧型芯滑块；斜导柱

Abstract

Thisdesigniscommonteeplasticmolddesign,thestructureandproductionprocessofthree-waytubewereanalyzed,andbasedonthestructureofproducts,processingtechnologyofgatingsystem,moldingpartofthemouldstructure,injectionmachine,ejectionsystemandrelatedparametersofcheckingtomakethedetaileddesign.Introducesthethreelinksofinjectionmoldstructureandworkingprinciple.Themouldwithonemoduleandtwocavities,adoptstheinclinedguidepillarandslideblockcore-pullingmechanism,designreasonablestructure,practicalandreliable.Throughthespecificdesignofthemoldmeettherequirementsofthequalityofplasticpartsandprocessingtechnology.

Keywords:

tee;Injectionmould;Coresideslideblock;Inclinedguidepillar

第1章绪论

1.1概论

注射成型简称为“注塑”，英文名是InjectionMolding，。

注射成型在现代制造业中十分的重要。

其基本原理是：

它的基本原理是：

通过注射机的塑化系统将固态的物料融化后，将一定量的熔融物料注射到模具的型腔内。

然后，通过反应固化或冷却系统将型腔里面的物料冷却，从而得到物料。

所有的热塑性塑料都可以通过注射成型，而且某些橡胶和热固性塑料也可以用来成型。

注射成型的特点有：

成型周期短、工艺适应性强、生产效率高。

注射成型制品允许的重量可由不足1克到几十千克，能够一次成型塑件，且塑件的尺寸精切，可以带有金属或者非金属嵌件。

1.2塑料模具产业在中国经济中的地位

塑料模具是塑料成型的工艺装备，是轻工模具。

塑料成型模具可分为注射成型模具、中空成型模具和挤出成型模具三种类型。

在塑料工业领域中最为广泛的是注射成型工艺，绝大多数的塑料制品都是通过注射成型来实现的，在塑料模具中注射模具超过一半以上。

我国现在注射成型模具在整个模具制造的行业中水平最高。

现在，塑料的成型技术正朝着微型化、超大型化和精密化发展。

微型化的发展方面，德国目前已经研制出注射量只有0.1克的微型注射机。

可以生产0.05g左右的微型制件。

在超大型注射机方面，目前，法国已经研制出的超大注射机的注射量可以达到170kg，在我们国家，海天集团是世界最大的注射机生产企业，它生产出了注射量达80kg、锁模力为80MN的超大型注射机。

在近些年，模具行业在我们国家发展相当迅速，在制造能力、技术和质量等各个方面取得了很大的进步，不过基础还是相对薄弱，对国外的先进技术还没有彻底的掌握。

并且发展不均衡，我国在塑料模具上的总体水平与现在世界上先进的模具技术相比较还是有很大的差距的，以下这几个方面就是现在最主要的差距：

（1）产品结构不够合理

（2）企业组织结构不合理

（3）工艺装备水平低

（4）材料品种少

（5）技术型人才严重短缺，经济效益不好

考虑到塑料模具的设计和制造以及材料的选择等方面，塑料模具技术发展趋势大概分为：

（1）塑料模具标准化

（2）CAD/CAM/CAE技术的发展向着三维化、集成化、智能化发展

（3）模具加工的新技术与发展

（4）加强理论研究

（5）塑料模具专用材料的研究与开发

第2章塑件成型工艺的分析

2.1设计书任务

（1）塑件制品名称：

直三通；

（2）塑料原料：

ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）；

（3）收缩率：

0.4%-0.9%；

2.2塑件分析

三通管工件如图2-1所示。

它本身结构简单表面加工较为复杂，塑件自身属于特小型零件，其抽芯脱模机构复杂，本次设计的重难点在于抽芯机构的设计，本次采用斜导柱和斜滑块来实现侧抽芯。

由于塑件本身较小但是抽芯较长。

所以本次设计主要对以上这问题与实际生产想联系来解决这些生产难题。

图2-1三通管零件

2.3材料特性

三通管所用的材料是ABS，名称Acrylonitritle-Butadiene-Styrenecopolymer,全称丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物。

材料本身有着相当好的综合性能，具韧、硬、刚相均衡的优良力学性能。

ABS为热塑性塑料，抗拉强度30～50MPa，抗弯强度41～79MPa，拉伸弹性模量1587～2277MPa，弯曲弹性模量1380～2690MPa，密度1.05～1.07g/cm3，收缩率0.3%～0.8%。

该材料综合性能好、尺寸稳定、容易成型、抗冲击强度高、不仅耐热而且耐腐蚀性也较好。

是目前产量最大、运用面最广的一种塑料。

外观黑色，制品表面光滑美观，精度等级一般（4级精度）。

因为是选取笔记本电源适配器材料，首先材料的绝缘性能要好，而ABS除了绝缘性良好外几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。

表2-1为ABS的性能指标。

表2-3_ABS的性能指标

密度/（g·cm

）

1.02～1.05

屈服强度/MPa

50

比体积/（cm

·g

）

0.86～0.98

拉伸强度/MPa

38

吸水率/﹪

0.2～0.4

拉伸弹性模量/MPa

1.4×10

熔点/℃

130～160

抗弯强度/MPa

80

计算收缩率/%

0.3～0.8

拉压强度/MPa

53

比热容/[J·（kg·℃）

1470

弯曲弹性模量/MPa

1.4×10

2.4本章小结

本章主要论述了规范进行详细的分析,明确设计的目的和意义,然后仔细研究塑料原材料,确定了材料的一些成型性能参数。

进一步分析技术的塑料部件,考虑如何可以得到更好的质量部分,以及如何避免的缺陷部分。

第3章注射成型机与模架的选择

3.1注射成型机的选择

由于塑件的形状不规则，可通过制图软件Pro/E对其进行体积分析，分析体积为：

V=2.026cm3

=1.05～1.18g/cm3

浇注系统取塑件的20%，则：

V浇注=V件ⅹ20%=0.405cm3

V总=2V件+V浇注=4.457cm3

理论注射量：

M总=V总

=4.457ⅹ1.10=4.90g

既要得到质量好的塑件并且充分发挥设备能力，所以应该保持在理论注射量的50%～80%之间最好，则：

V注=V总÷80%=5.57cm3

初选注射机型号：

XS-ZY-125相关的数据见表3-1。

表3-1XS-ZY-125注射机的主要技术参数

额定注射量/cm3

125

螺杆直径/mm

42

注射压力/MPa

109

注射方式

螺杆式

锁模力/KN

900

模具厚度最大

/mm最小

300

200

最大开合模行程/mm

300

喷嘴圆弧半径/mm

12

喷嘴孔直径/mm

4

3.2注射机的相关参数校核

3.2.1锁模力的校核

注射机锁模力（F锁）的校核公式为：

FM=（NA1+A2）P型（3-1）

式中FM——模具所需要的锁模力（N）；

N——初步选定的型腔数量；

A1——塑件在分型面上的最大投影面积（mm2）；

A2——流道凝料在分型面上的最大投影面积（mm2）；

P型——熔体塑料对型腔的平均压力（MPa）。

利用绘图软件CAD对塑件的投影面积进行分析，其面积A1=1091.563mm2，对浇口凝料分析，A2=77.2898mm2

根据前面对ABS塑料的性能分析可知，ABS的熔体压力为30/MPa

FM=（NA1+A2）P型（3-2）

=（2ⅹ1091.563+77.2898）ⅹ30

=2260.415ⅹ30

=67812.45N

=67.8KN

注射机的额定锁模力为900KN>67.8KN

所以符合要求。

3.2.2最大注射压力的校核

注射机的额定注射压力必须大于或等于塑件成型所需要的注射压力,即：

≥

（3-3）

式中：

——注射机的最大注射压力（MPa）；

——塑料件成型时所需的注射压力。

ABS取70～90MPa；

——安全系数，取

=1.3。

带入数据计算：

=1.3ⅹ80=104MPa

故：

=109MPa>104MPa符合要求

3.2.3开模行程校核

校核公式为H1+H2+（5～10）mm

式中：

H1——为制品脱模距离30（mm）；

H2——为制件的高度，包括流道凝料在内，130（mm）；

S——为选择的注射机的最大开模行程，300（mm）；

所以30+130+10=170mm<300mm;

通过计算开模行程符合要求

3.3模架的选着

本方案采用标准A2型模架，模具定模和动模采用两块模板，选着推杆推出机构。

适用于矩形侧浇口，采用斜导柱侧抽芯的注射成形模具。

其模板尺寸选用270×300㎜。

图3-1标准模架

3.4本章小结

本章主要通过计算塑件的一些本身参数，通过这些数据来初步选着注射机ZS-ZY-125。

然后校核注射机是否符合生产，确定下注射机以后就可以确定一些成型的工艺参数。

选定模架的基本类型和尺寸。

第4章浇注系统与分型面设计

4.1分型面的选择与型腔排布

4.1.1分型面的选择

一般来说，将分型面按照形状分类包括平面、曲面、阶梯和斜面分型面五种。

在此设计中模具选择的是平面分型面。

分型面的选择，主要是根据制件的结构、精度要求及浇注系统形式等各种因素，进行全面考虑，做出合理选择。

分型面的选择通常要遵循一定的原则：

保证塑件的表面精度，使其外观漂亮，美观，“不留”痕迹；应尽量使模具的结构简单，便于加工，而且满足其质量要求；满足注塑生产时的排气要求等等。

同时还应该考虑以下因素：

（1）应该对模具的结构进行简化，有利于塑件的顺利脱模；

（2）分型面的选择应该不影响塑件外观；

（3）有利于排气；

（4）方便零件的加工。

一般分型面应与熔体流动的最后部分重叠。

对于无严格外观要求的高度比较高的产品，分型面可选择在中间。

另外还应考虑到塑件的表面外观质量要求、尺寸精度、模具加工难易程度等因素。

分型面的选择是注射模设计中的一个关键所在，变向的决定了模具的结构。

设计时应根据分型面选择要求和塑料产品的成型条件来选择我们所需要的分型面。

对于该件的分型面选择有以下两种方案如下图4-1。

图4-1分型面的选择

（1）图4-1中A如果作为分型面，由于抽拔距离很长，会造成开模行程很大。

而且上模设计复杂，加工复杂。

不便于开模。

（2）图4-1中B如果作为分型面，上下模腔加工简单。

开模距离短，方便塑件顶出，抽芯力稍大，侧向分型稍显复杂。

根据实际设计要求，和合理考虑。

我选择图B作为分型面

4.1.2最佳浇口位置分析

运用Moldflow对塑件的最佳浇口位置进行分析，如图4-2所示，可以看出最佳浇口位置分布在三通管中间连接处相交部分区域。

图4-2最佳浇口分析

4.1.3型腔排布

对于型腔的排布，在模具设计时应综合加以考虑。

在确保模具的结构紧凑、浇注系统的流道流程短、而且模具能够正常化运行工作的大前提下，再尽可量的使模具型腔能够对称、均衡、取件方便。

本次设计中，塑件的加工为一模两件的形式，也就需要两个型腔。

根据塑件的表面特征，以及成型要求并联系实际生产加工，型腔分布如图4-3所示：

图4-3型腔排布

4.2浇注系统设计

 浇口是指分流道末端与型腔入口之间狭窄且短小的一段通道，连接分流道和型腔。

其功能是使塑料的熔融体加快流速从而注入型腔内，并有序的充满型腔。

  因浇口直接与型腔相连，塑料的熔融体通过浇口进入到型腔，浇口在大多数情况下应该是整个浇注系统中横截面积最小的部位，对于型腔的填充过程可以说有着控制性的作用。

因此，浇口的设计很是重要。

  浇口在设计时应该满足熔融状态下的物料快速充满型腔，减小热量，距离，压力的损失，利于排气，便于成型。

浇口在选择时应该在断面厚的地方，如果薄的话，熔融物料进入流道后会增大阻力，冷却速度快，不利于塑件成型，不能保证物料充满型腔，还有就是在薄壁处易产生气泡、凹陷等缺陷，为了保证塑件流动性、保压、保温要选择在壁厚的地方。

浇口设计要点

1）浇口在设计时应该满足熔融状态下的物料快速充满型腔，减小热量，距离，压力的损失，利于排气，便于成型。

2）浇口在选择时应该在断面厚的地方，如果薄的话，熔融物料进入流道后会增大阻力，冷却速度快，不利于塑件成型，不能保证物料充满型腔，还有就是在薄壁处易产生气泡、凹陷等缺陷，为了保证塑件流动性、保压、保温要选择在壁厚的地方。

3）成型零件在成型时，在充填型腔时有多股流道的液体汇合，在汇合处易产生熔接痕，熔接痕影响塑件的外观形状。

在这方面一般采用点浇口、直接浇口等避免它的产生，所以在选择浇口时还要考虑塑件的质量、强度这样才能更好的选择浇口位置。

4.2.1主流道设计

选用矩形侧浇口，开在定模上。

由于浇口尺寸大、熔体压力损失小、流体阻力小、进料快、容易成型、适用于任何塑料，常用于成型单腔模，大而深的壳体制品。

材料选用T8A，热处理硬度为HRC50～55。

浇口衬套如图4-4。

图4-4主流道衬套

D=d+（L+R）tg

（4-1）

式中

——喷嘴直径（mm）；

——喷嘴球半径（mm）。

，取d＝10.06mm

，取

，取R=11mm

将d，R，L，

，代入式（4-1）得：

16.65mm

在该模具设计中，将浇口套的长度设计为55mm

由于该设计采用的一体式的的浇口套，所以用过盈配合在上模座板上面。

4.2.2分流道设计

在设计分流道时不仅要注意在流动过程中减少的热量和损失的压力，而且还要考虑下面几点：

（1）分流道的尺寸和形状；

（2）分流道的长度；

（3）分流道在分型面上的分布形状；

（4）分流道的表面粗糙度；

这次设计的塑胶产品结构形状比较简单，所以熔融状态的原材料在进入型腔比较容易，根据前面设计的型腔排布，可以计算出分流道的长度，为了加工方便，这次选用半圆分流道截面，截面半径取值R=3mm。

浇口凝料如图4-5

图4-5浇口凝料

如上图使用半圆型分流道，采用矩形侧浇口

4.3本章小结

这一章，我们把注塑模具最主要的部分浇注系统进行了设计，通过合理的设计主流道、分流道以及浇口在制件上的位置，可以优化模具的结构，改善塑件成型的工艺性。

冷料穴的设计，也可以保证塑件在生产过程中的质量要求，避免缺陷的产生。

再综合上一章节的设计，基本可以确定模具的结构形式，以及工作原理。

第5章导向与脱模机构设计的设计

5.1导柱与导套的设计

注射模导向机构的作用是保证动模和定模两大部分之间的准确配合以及可靠的分开，能够避免产生由于内部零件的碰撞和干涉导致的模具损坏。

5.1.1导柱的设计

导柱导向机构一般是利用导柱和导柱孔之间的间隙配合来确保模具合模的准确性和精度的可靠性。

导柱具有两种形式，分别为带头导柱和有肩导柱，通常情况下，小型的模具采用带头导柱，大型的模具选用有肩导柱。

如图5-1所示，有时为减少导柱与导柱孔之间的摩擦，在导柱的工作部分设置储油槽来储存润滑剂。

图5-1带头导柱

a）有储油槽b）无储油槽

导柱设计要点：

（1）导柱应有足够的抗弯强度；表面要耐磨；芯部具有足够的韧性。

导柱的材料一般用低碳钢，经过淬火处理让它的硬度达到50～55HRC。

（2）导柱比凸模高，高出6～8mm避免导柱与型腔碰撞导致破损。

（3）导柱的底部设计成半圆形方便进入导向孔。

（4）本次设计中使用四组导柱导套，导向机构常采用间隙配合，根据模架本身的位置定位。

导柱与导套之间的配合为H7/f6。

并采用适当方法，防止导柱从导向孔孔中脱出。

本次设计选用（a）类导柱，直径为25mm，长度为112mm的带头导柱。

5.1.2导套的设计

导套分为：

（1）带头导套

（2）直导套。

如图5-2所示：

（a）（b）

图5-2导套

在这次设计中，选着带头导套与导柱进行配合，尺寸为d=36mm，L=60mm；

5.2脱模机构设计

脱模机构的作用是把塑件和浇注系统冷凝料从模具中推出。

脱模机构有很多确定因素，例如塑件的形状、复杂的程度和注射机的推出机构等。

推出机构一般可以分为四种：

推管推出、推件板推出、多元件联合推出、推杆推出等。

5.2.1脱模机构的设计原则

脱模机构种类虽然很多，但是具有相同的设计原则，具体设计原则有以下几点：

（1）注射机的推出机构带动脱模机构的运动，所以通常把脱模机构设置在动模一侧；

（2）确保在推出的过程中塑件不发生；

（3）确保在开模的过程中，塑件随着动模移动；

（4）尽量设计的简单可靠，有适合的推出距离，减少设计成本；

（5）如果需要把塑件留在定模内，那么需要把脱模机构设置

在定模一侧。

综上原则，在本设计中，采用一次顶出脱模，选择推杆推出机构，并设置在动模一侧。

5.2.2推杆尺寸的确定

推杆分为普通顶杆、成形顶杆、锥面顶杆，我在本次设计时采用的是普通顶杆形式。

根据该模具的成型特点以及塑件的结构特点，在塑件成型后将会产生收缩的现象，将不能顾包紧凹模型腔，而且还会自动的松开，因此，脱模力可以忽略不计。

根据经验选择推杆直径d=2mm。

由于推杆直径太小，为了保证推杆的强度所以选择了带肩推杆。

推杆总长度为：

（5-1）

式中：

h1——推杆的总长度；

h2——凸模的总高度；

h3——动模垫板的厚度；

S1——顶出行程；

h4——顶杆固定板的厚度；

δ1为富裕量，取值范围在（0.05～0.1）mm之间；

δ2为顶出行程富裕量，取值范围在3～6mm之间。

经过计算得出推杆的长度L=110mm。

推杆的分布应尽量均匀且不破坏塑件外观，根数应尽量少，在本设计中选择单件上设置3根推杆，并且均匀的分布在塑件的三个位置，具体形式如图5-3所示：

图5-3推杆分布图

5.3复位机构的设计

于模具的下一个工作周期的需要，脱模推出机构需要在完成脱模的动作后准确的返回到原来的位置。

脱模机构一般都需要设计复位机构，除了推件板推出机构。

见的复位机构还有弹簧推出和复位杆两种类型可以选择。

在本次设计由于推杆太小不好设计弹簧，所以本次设计中的复位机构选择复位杆。

5.4本章小结

导向机构和脱模机构是本章设计的重点。

导向机构主要作用是保证模具在开合过程中，开合部位的相对位置的准确性。

通过本章的设计，可以有效的防止意外发生，也可以保证开合模的准确性，进一步保证了制件的质量。

脱模机构，其主要作用是在注射成型之后，将成型的制件推出，方便塑件的取出。

第6章成型零部件的设计

6.1凹模的结构设计

凹模是用于成型塑件的外表面，一般可以分为整体式、整体嵌入式、瓣合式镶拼组合式四种。

整体式具有刚性好和强度高的优点，但是成本很高。

主要用于小型件的成型；整体嵌入式使复杂型腔加工变得简单化；需要避免采用同一种材料，可以利用拼接间隙进行排气，但其刚度较差，很容易在塑件的表面上留下镶嵌块拼接的痕迹，使模具的结构变得更加复杂化。

该塑件的外形轮廓比较复杂，模具又属于中小型模具，所以对其外表面的质量要求不高，因此可以选择整体嵌入式型腔，凹模嵌块的结构如图6-1。

图6-1凹模镶块

6.2凸模的结构设计

凸模是用于成型塑件的内表面的，根据成型方法不同分为：

整体嵌入式、镶拼组合式、整体嵌入式、整体式和活动式。

整整体式凸模具有不易变形、结构稳定的特点，但是当塑件的内表面不好加工时就不适用了，它主要应用在小型塑件上；镶拼组合式它的特点在于，我们可以将结构复杂的零件分开加工，这样就可以使加工、更换和维修更加方便。

由于该制件内表面有凸起，中间小两边大，整体式凸模无法完成脱模，因此采用镶拼组合式凸模，其结构如图6-2所示：

图6-2镶拼组合式凸模

6.3成型零件工作尺寸的计算

成型零部件中塑料接触并且能够决定塑件几何形状的各处尺寸被称为工作尺寸。

工作尺寸有：

型芯的高度和径向尺寸、型腔的高度和径向尺寸、成型零部件的中心距等等。

根据熔体和塑件之间磨损后尺寸变化的趋势，可以将尺寸分为轴类、孔类以及中心尺寸三种尺寸。

收缩率的确定方法和原则有以下几种：

（1）通常情况下，如果塑料的收缩率范围较小，则选取平均收缩率。

（2）如果嵌件相对比较多时，应该选择收缩率的最小值；

（3）塑件的收缩量可以通过成型参数来进行调节。

6.3.1型腔、型芯尺寸计算

查得塑件ABS：

=0.9%，

=0.4%

平均收缩率：

=

根据公式：

（6-1）

式中：

——塑料平均收缩率；

——塑件公差（mm）；

——成型零件制造公差（mm）；

——型腔径向尺寸（mm）；

——塑件外形基本尺寸（mm）。

由塑件的特性，选择5级精度，按照精度等级得到以下数据，如表6-1。

表6-1塑件精度

基本尺寸L

公差数值

30～40

0.42

40～50

0.48

50～65

0.56

65～80

0.64

80～100

0.72

100～120

0.82

120～140

0.92

140～160

1.02

160～180

1.12

故型腔的径向尺寸为：

型芯的径向尺寸根据公式：

（6-2）

模腔高度的根据计算公式：

（6-3）

式中：

——型腔高度（mm）；

——塑件高度基本尺寸（mm）。

型芯高度根据公式：

（6-4）

6.4型腔内壁和底板厚度的计算

模具在注射成型时需要注射压力、锁模力等。

如果模具的型腔不具有一定的刚度与强度，那么型腔很容易发生形变或者断裂，会使生产出的零件不合格，让生产无法继续。

所以有对模具进行刚度和强度的校核是极其重要的，可以从根本上避免塑件缺陷的产生。

该型腔可近似的看做圆形，故可用以下公式进行计算。

（1）型腔壁厚。

从刚度的观点计算，型腔的最小壁厚为

（6-5）

式中P--型腔内熔体的压力，取值范围在25～45Mpa之间,这里取45Mpa；

μ--泊松比，钢材取0