三通管注塑工艺分析和模具设计毕业论文.pdf

《三通管注塑工艺分析和模具设计毕业论文.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三通管注塑工艺分析和模具设计毕业论文.pdf（30页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、塑料模具设计与制造实训说明书 目录 1 绪论.1 2 工艺方案分析 . . 2 2.1 塑件分析 . 2 2.2 材料特征 . 3 3 零部件的设计 . . 4 3.1 塑件脱模斜度 . . 4 3.2 排气槽的设计 . VI 3.3 分型面的选择及型腔布置 . 5 3.3.1 分型面的选择 5 3.4 注射机的选择. 6 3.4.1 制件体积的计算 7 3.4.2注射机校核 7 . 8 3.5 模架的选择 13 3.6 浇注系统的设计 . . 14 3.6.1 主流道的设计. 14 3.6.2分流道设计 . 15 塑料模具设计与制造实训说明书 3.6.3 浇口设计 15 3.7 侧向分型及抽

2、芯机构的设计 16 3.8 楔紧块的设计 . . 17 3.9 侧滑块设计 18 3.10 滑块的导滑槽 . 19 3.11 定位装置设计 . 19 3.12 拉料杆和冷料穴设计. 20 3.13 侧型芯结构设计 . 20 3.14 推出机构 . 21 3.15 冷却系统的计算. 23 3.15.1模具温度调节系统的设计. 23 3.15.2模具系统的热平衡计算 23 总结. 26 致谢27 参考文献 27 塑料模具设计与制造实训说明书 1 绪论 模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种 材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或 压铸模具、金属压

3、力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。对模 具的全面要求是： 能生产出在尺寸精度、 外观、物理性能等各方面都满足 使用要求的公有制制品。 以模具使用的角度， 要求高效率、 自动化操作简 便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。模具影 响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、 进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及 制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质 量、表面光洁度、 气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。 其次， 在加工过程中， 模具结构对操作难以程度影响很大。在大批量生产塑料制 品时，应尽

4、量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此， 常采用自动开合模自动顶出机构， 在全自动生产时还要保证制品能自动从 模具中脱落。 另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时， 模具的费 用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而 简单的模具，以降低成本。 塑料模具设计与制造实训说明书 2 工艺方案分析 2.1 塑件分析 三通管工件如图所示。它是一种常见的塑料工件，从工件本身来看， 属特小型件， 其抽芯脱模机构较为复杂， 侧向抽芯技术可以说是这次课题 的难点零件直通管的成型采用侧向抽芯机构。由于抽拔距很长普通的斜导 桂抽芯结构难以实现抽芯动作的顺利完成故采用液压缸进

5、行侧向抽芯。 因此本次毕业设计主要是针对以上问题进行模具设计，以解决实际生产中 存在的问题。 制件尺寸图 塑料模具设计与制造实训说明书 2.2 材料特征 4 三通管所用的材料是ABS ，全称丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物。它 将 PS ，SAN ，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优 良力学性能。 ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯 腈，B 代表丁二烯， S 代表苯乙烯。 ABS工程塑料一般是不透明的，外观 呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄 色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴 落现象。 它的使用性能方

6、面：综合性能好，冲击强度高，化学稳定好、电性能 良好，尺寸稳定性好、 抗化学药品性、 染色性，成型加工和机械加工较好。 ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容 易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。与372有机玻璃的熔接性良好，可制 成双色塑料， 且可表面镀铬。 还有其它主要技术指标是熔点（）：130 160；抗拉屈服强度（ Mpa ）：50；拉伸弹性模量（ Mpa ）：1.8 103；弯 曲强度（ Mpa ）：80；冲击强度（ kj/m2 ）：261（无缺口时）、 11（有缺 口时）；体积电阻率为（cm ）：6.9 1016。ABS工程塑料的缺点：热 变形温度较低，可燃

7、，耐候性较差。因而ABS适用于制作一般机械零件、 减摩耐磨零件、传动零件和电讯零件。 塑料模具设计与制造实训说明书 3 零部件的设计 3.1 塑件脱模斜度 据资料 6 ，型腔脱模斜度范围为40120；型芯脱模斜度范围 在 351之间。但在设计中，开模后，塑件必然留在型腔内，所以无 需考虑型腔与型芯的脱模斜度大小。 3.2 排气槽的设计 采用排气槽排气是最简单可行的方法，同时利用顶杆与孔的配合间 隙排气，其间隙为 0.03mm 0.05mm,不过最可靠有效的方法是在分型面上 开设专用排气槽。 3.3 分型面的选择及型腔布置 3.3.1 分型面的选择 分型面的位置直接影响模具使用、制造及塑件质量，

8、 因此必须选择合 理的分型面，一般应考虑到的因素有：塑件形状，尺寸厚度，浇注系统的 布局，塑料性能及填充条件，成型效率及成型操作，排气及脱模，模具结 构简单，使用方便，制造容易等等 7 。 对于该塑料制件分型如下： 塑料模具设计与制造实训说明书 图 4.1 分型面的选择 对以上两种分型面进行比较， 根据分型面的选择要求， 可以看出图 b 较好； 图 4.1 所示截面作为分型面，它是塑件最大截面。大孔在开模方向上 成采用一模两件，能够适应生产的需求，潜伏式点浇口，浇口去除方便， 模具结构孔不复杂，容易保证塑件质量。 塑料模具设计与制造实训说明书 3.4 注射机的选择 8 由图可知本制件应用一模两

9、腔。 3.4.1 制件体积的计算 由于塑件形状不规则，可通过 CAD 制图软件 pro/e 对其进行体积分析， 分析得其体积为： V 件=57.9cm 3 =1.021.16g/cm 3 浇注系统的体积取塑件的20% ，则： V浇注= V 件20%=57.9 20%=11.58cm 3 塑料模具设计与制造实训说明书 V总=2V件+ V 浇注=127.37cm 3 其总质量为：M总= V 总=127.371.10=140.11g 2.1.2注射机的选择 为了保证制件的质量， 又可充分发挥设备的能力， 注射模一次成型的塑料 重量应在注射机理论注射量的50% 80% 之间为好，则： V注=V总80%

10、=159.22cm 3 初选注射机型号： SZ-160/1000，由上海第一塑料机械厂生产的卧式塑料 注射机，其相关数据见表2.1。 表 4.1 SZ-160/1000型注射机相关数据 理论注射量 / cm 3 179 螺杆直径 / 44 拉杆间距 /mm 360260 注射压力 /Mpa 132 锁模力 /KN 1000 模具厚度 / 360 塑料模具设计与制造实训说明书 最大 最小 170 移模行程 / 280 喷嘴/ 球 半径 孔 直径 10 3 3.4.2 注射机校核 7 1、最大注射量的校核 模具型腔能否充满与注塑机允许的最大注射量密切相关，设计模具 时，应保证注射模内所需熔体总量在

11、注射机实际的最大注射量的范围内。 根据生产经验，注射机的最大注射量是起允许最大注射量（额定注射量） 的 80% ，由此有： nm1+m280%m 式中 m1 单个塑件质量体积 m2浇注系统所需质量或体积 m注射机允许的最大注射量 nm1+m2=127.3780%m=80%179=143.2 符 合 要 求 塑料模具设计与制造实训说明书 2、锁模力的校核 注射机锁模力（ 锁 F ）的校核关系式应为： 锁 F = q P （n A1+A2）/1000 式中 n-型腔数目； n=2； q P - 塑料件熔体对型腔的成型压力（MPa ）； A1-单个塑料件在模具分型面上的投影面积（cm 2 ）； A1

12、=1.9 2.8+3.14 （2.12-1.552 ）cm2=11.7 cm 2 A2- 浇注系统在模具分型面上的投影面积（cm 2）；A2=3.141.82=10.17 （cm 2）。 由资料8 查表 2-2 可知，ABS的熔体压力为 30/MPa 。 代入数据得： 锁 F =30（211.7+10.17 ）102/1000=100.7 KN 该注射机型号的锁模力为1000 KN100.7 KN 故符合要求。 3、最大注射压力的校核 注射机的最大注射压力应大于或等于塑件成型时所需的注射压力，即 max P KP 塑料模具设计与制造实训说明书 式中 max P - 注射机的最大注射压力； P-

13、 塑料件成型时所需的注射压力。ABS取 7090MPa ； K- 安全系数，取K=1.3。 代入数据得： KP=1.380=104 MP max P =132 MP 104 MP 故符合要求。 4、模具厚度校核 由于注射机可安装模具的厚度有一定限制，所以设计模具的闭合厚度 m H 必须在注射机允许安装的最大模具厚度 max H 及最小模具厚度 m in H 之 间，即 max H m H min H 式中 min H -注射机合模部件允许的最小模厚（mm ）； max H - 注射机允许的最大模厚（mm ）。 代入数据得： m H =278 mm 满足 min H =200 mm m H =2

14、78 mm max H =300 mm 故符合要求。 塑料模具设计与制造实训说明书 5、开模行程的校核 单分型面注射模 Smax S= )105( 21 HH 式中 Smax -注射机动模板的开模行程（mm ）； 1 H - 塑件顶出距离（ mm ）； 2 H - 包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm ）。 代入数据得： H=300 mm 50+80+10=140 mm 满足条件。 故可以选择 SZ-160/1000 型注射机。 3.5 模架的选择 本方案采用 GB/T1225.612556.2-1990 中小型标准 A2型模架 9 ，模 具定模和动模均采用两块模板，设置推杆推出机构。 适用于

15、直接浇口， 其 模板尺寸选用 355560 。模具的实际闭合高度为278mm 在该模架的最 大闭合高度和最小闭合高度之间，符合设计要求。 塑料模具设计与制造实训说明书 图 4.2 标准模架 3.6 浇注系统的设计 浇注系统设计是注塑模具设计中的一个重要问题。浇注系统的作用， 是将塑料熔体顺利地充满到模腔深处，以获得外形轮廓清晰， 内在质量优 良的塑料制件。 浇注系统的好坏， 直接影响到熔体的充填程度，气孔的存 在与否，甚至制件的工艺性能， 通常要求充模过程快而有序， 压力损失小 热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与制品分离。 浇注系统一般均由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成 10

16、 。 3.6.1 主流道的设计 主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流 道为止的塑料熔体的流动通道。因主流道部分在成型过程中， 其小端入口 处与注射机喷嘴及一定温度、 压力塑料熔体要冷热交替反复接触，属于易 损件，对材料要求较高， 所以模具的主流道部分设成可拆卸更换的主流道 衬套式，以便有效地选用优质钢材单独进行加工 和热处理。主流道衬套设置在模具的对称中心位 置上。 R d H L 塑料模具设计与制造实训说明书 主流道设计如图 4.3 所示 ，其主要参数为： d=碰嘴直径 +1mm=4mm； R= 碰嘴球面半径 +23mm=13mm； =26； r=D/8 ； H= （

17、1/3 2/5） R=4mm 。 3.6.2分流道设计 选择分流道的截面形状为梯形。 梯形截面分流道容易加工， 且塑料熔 体的热量散失及流动阻力均不大， 一般可以采用下面的经验公式来计算截 面尺寸： B= 4 1 2 1 2654.0Lm =0.2654 140.111/2 181/4=6.6mm H=2/3B=2/36.6=4.4 其中，B梯形的大底边宽度（ mm ） m 塑件的质量（ g） L分流道的长度（ mm ） H梯形的高度（ mm ）梯形的侧面斜角 a 常取 510 3.6.3 浇口设计 浇口是塑料熔体进入型腔的阀门，对塑件质量具有决定性的影响。 为 了保证三通管外观质量， 应设计

18、为潜伏式浇口， 这类浇口的分流道位于分 型面上，而浇口本身设在模具内的隐蔽处，塑料熔体通过型腔侧面斜向注 入型腔，因而塑件外表不受损伤， 不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量 塑料模具设计与制造实训说明书 及美观效果。如图4.4 图 4.4 3.7 侧向分型及抽芯机构的设计 按动力来源的不同 , 侧向分型与抽芯机构一般可分为手动, 机动, 气动 或液压三类 . 这里我们选用的是机侧向抽芯机构中的斜导柱分型抽芯. （1）型芯 : 塑件为形状有规则排列而又难于整体加工, 所以采用由多块分 解的小型芯镶拼组合而成的组体型芯, 即镶拼组合式型芯 . （2）脱模力 (抽芯力 ) 塑件在模具中冷却定型时，

19、由于冷缩的原因， 物料温度降低， 直至复 原到常温这个过程， 尺寸逐渐减小， 塑件对型芯产生一个包紧力。 因此在 塑料模具设计与制造实训说明书 塑件脱模时必须克服这一包紧力所产生的脱模力的阻力，塑件同时还需克 服与型芯之间的黏附力和摩擦力及抽芯机构本身所产生的运动摩擦合力 才能将型芯脱开。这几种合力即为脱模力M ，在侧抽芯动作中称抽芯力， 在顶出动作中称顶出力 10 。 塑件底面带通孔的脱模力（抽芯力）的计算公式: )sincos( fpAFc p -塑件对侧型芯的收缩应力。一般模内冷却的塑件， p =(0.8-1.2) 107 pa A- 塑件包紧侧型芯成型部分的侧面积，m2 f - 塑件与

20、模体钢材的摩擦系数，一般取 f =0.1-0.3 - 脱模斜度 0 NF173001073.110 37 （3）抽芯距 抽芯距是指侧抽芯从成型位置侧抽至不妨碍塑件顶出的位置时，侧型芯所 移动的距离 . mmSS33)32(30)32( 1 (2.10) 1 S -侧向凸台高度， mm S- 实际抽芯距， mm 塑料模具设计与制造实训说明书 3.8 楔紧块的设计 楔紧块用于在模具闭合后锁紧滑块， 承受成型时塑料熔体对滑块的推 力，以免斜导柱弯曲变形。但是在开模时，又要求楔紧块迅速离开滑块， 以免阻挡斜导柱带动滑块抽芯， 因此楔紧块的倾斜角度应稍大于斜导柱的 倾斜角度，一般取比斜导柱的倾斜角度大2

21、3 度，所以选择楔紧块的倾 斜角为 22，如图 4.6。 图 4.6 楔紧块 3.9 侧滑块设计 滑块是斜导柱侧向分型抽芯机构中的一个重要零件，它上面安装有侧 向型芯，滑块结构形式有整体式和组合式。本设计采用组合式。 滑块材料 通常用 45 钢或 T10，T8制造，淬硬至 45HRC 以上，在设计中取用 T8来制 造，形状尺寸如图4.7 。 塑料模具设计与制造实训说明书 图 4.7 侧滑块 3.10 滑块的导滑槽 为了滑块的滑动，应该设置有导滑槽，导滑槽应使滑块运动平衡可靠， 二者之间上下、左右各有一对平面配合，配合取H7/f7 ，其余各面留有间 隙， 滑块的导滑部分设计的长度是130mm,

22、超过了滑块滑动的最大距离，因 此，长度足够，可以避免滑动时产生倾斜。此外，导滑槽应该有足够的耐 磨性，由 45 钢或 T10，T8 制造，硬度在 50HRC 以上。 3.11 定位装置设计 限位装置起限制滑块的滑动终止位置的作用，本设计采用弹簧钢球式定位 装置。 弹簧直径可选 11.5mm ，钢球直径可取510mm 。 3.12 拉料杆和冷料穴设计 冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相 同或略大一些，深度约为直径的11.5 倍，最终要保证冷料的体积小于 塑料模具设计与制造实训说明书 冷料穴的体积。 本设计采用带倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。结 构如图 4.9：

23、图 4.9 冷料穴及拉料杆 3.13 侧型芯结构设计 型芯的结构如图 4.10 所示，采用燕尾形式联结。 塑料模具设计与制造实训说明书 图 4.10 侧型芯 3.14 推出机构 1. 导柱、导套 本次设计，选用=32mm 、L=50mm 的导柱以及与之配合的导套。如 图 4.11 2. 推板、复位杆 塑料模具设计与制造实训说明书 为了不影响滑块的滑动，可布置四个直径为=20、L=130 的复位杆。在 合模状态下介于滑块导滑板与推板之间，利用合模力复位。 开模后，塑件 包紧动模型芯的力比较大， 采用推板推出塑件， 推出力比较平稳， 塑件不 易发生变形。由于型芯结构的特殊性，故将推管设计成图4.1

24、2 形状。 塑料模具设计与制造实训说明书 图 4.11 导柱和导套 塑料模具设计与制造实训说明书 图 4.12 推板 3.15 冷却系统的计算 3.15.1模具温度调节系统的设计 因 ABS要求的模温为 4070 摄时度，不超过 80 摄时度，故无须设置 加热装置。 3.15.2模具系统的热平衡计算 7 进行注射过程热平衡计算，就是计算单位时间内熔体固化放出 热量等于冷却水所携走的热量 nGmQ ipiin 式中： in Q - 塑料熔体每小时冷却固化所放出的热量（KJ/h） ； 塑料模具设计与制造实训说明书 n- 每小时注射次数； G- 每次注射的塑料用量（ Kg）； p m - 每小时注射

25、的塑料量（Kg） i - 每千克塑料熔体凝固时放出热焓量（KJ/Kg）； 由资料 11 表 4.9-1 得 i=400 KJ/Kg 。 设注射周期为60s，则 n=3600/60=60 in Q =400600.14 3360KJh-1 冷却水每小时从模具携走热量 out Q )( inoutwwout ttCmQ 式中 w m - 冷却水每小时的用量（kg/h ）； w C - 冷却水的比热容， 4.187KJ/Kg o C； out t - 模具的出水温度oC； in t - 模具的进水温度oC。 由热平衡条件 out Q = in Q 可得： inoutw i inoutw pi w t

26、tC nG ttC m m 其中，取 out t 为 28oC； in t 为 22oC； 塑料模具设计与制造实训说明书 则 w m = 3360 4.1872822 133.75 （kg/h ） 湍流计算 经计算保证冷却水在水管中处于湍流状态，从而获得冷却水的 体积流量 V ，并确定相应的管径 d ，由水的密度= 3 /1000mkg 和每小时 用水量 w m ，可换算得 冷却水的体积流量 V = 60 w m = inout i tt nG 5 10398. 0 （ min/ 3 m ） = 5 3360 0.398 10 28220.0022min/ 3 m 由资料 11 表 4.9-2

27、 查得：冷却水管的直径为 3 4 10m。 则冷却水流速 22 0202.0 60 4 d V d V v （ sm/ ） =0.0202 2 3 0.0022 4 10 2.78 sm/ 冷却面积计算 以冷却水的平均温度 cp t =25查资料表 4.9-3 得冷却水物理性质 参量的函数 0 A =6.48。由式 0.80.8 0 0.20.2 3 1000 2.78 3.63.6 6.48 4 10 v A d =40118.5 hmkJ 2 / 塑料模具设计与制造实训说明书 则所需冷却面积= t mp i 则所需冷却面积= t mp i 代入数据= 400600.14 40118.525

28、 0.00335m 2 模具应开设的冷却管道的孔数为 n= dL= 0.00335 3.140.0040.355=0.75 取 n=1。 所以在分型面两侧各布置了一尺寸为4，长度 355mm 的冷却管道， 足以使塑件及模具达到冷却要求，具体位置如图4.13 。 整个工作过程如下：模具开启后，制件的上半部分从定模板27 中脱出，拉料杆17 将浇注系统拉出，同时斜导柱4 带动滑块 1 向两 侧分开，模具开启到一定程度时，定模板27 推动复位杆 14，由复位 杆 14 带动推管固定板22，带动推 塑料模具设计与制造实训说明书 管 16 将制件和余料出。 总结 本模具的分型面的选择为后面的设计工作带来

29、了很大方便，由 于采用了比较合理的分型方案，由于分型面的位置适中使得冷却系 统在竖直方向上有充足的空间。又因为冷却系统与其它系统是参照 布局的，这样冷却系统就可以轻易地穿叉于其它系统之间。可见， 模具的各系统互不干涉，整个模具结构又很紧凑，减少了模具的整 体体积。从总体上看模具的设计是合理的，并在生产实际中得到应 用。 致谢 这次的设计是本人第一次独立完成的一套较为专业的模具，设 计过程中，从选材到确定模板尺寸到螺钉的选用，均为个人完成， 真正做到了将理论知识与实践相结合，让我对模具设计进一步有了 较为系统的了解，这对我即将参加工作起了很大的帮助，同时也深 深的感觉到，要想做个出色的模具设计师

30、，一定还要好好的学习， 努力的工作，不断的掌握新的知识，增加工作经验，感谢指导老师 在我设计过程中对我的帮助才能让我更好地完成这次任务。 参考文献 【1】杨占尧主编塑料成型工艺与模具设计. 机械工业出版社， 【2】 朱光力万金保 . 塑料模具设计 . 清华大学出版社出版， 【3】 彭建声 . 简明模具工实用技术手册. 机械工业出版社， 【4】塑料模设计手册编写组. 塑料模设计手册 . 机械工业出版 塑料模具设计与制造实训说明书 社， 【5】黄毅宏 . 模具制造工艺. 机械工业出版社， 【6】模具制造手册编写组. 模具制造手册 . 机械工业出版社， 【7】翁其金 . 塑料模塑成型技术. 机械工业出版社， - 33 -