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1、塑料弯管注射模设计摘要 这个设计的关键是对管接头注射模具的抽芯机构设计，介绍了一种成型90塑料弯管接头注塑模的抽芯机构，阐述了该机构的工作原理，提出了主要零件的设计方法。通过对塑件材料，质量 体积的分析与计算，合理选用注塑机，并对各个参数进行了校核，设计出一副合理，经济，适用的塑料注塑模具。关键词 塑料弯管接头； 注塑模； 抽芯机构Pipe Joint Injection Molding and Die Machining Process DesignAbstract: The key to the design of pipe joints injection mold design cor
2、e-pulling， An introduction is made on a special core-pulling mechanism which applied to the injection mould for the tie-in with 90. And the working principle and the method of the design on the key components of the core-pulling mechanism are detailed analyzed. With the calculation of the plastics p
3、art, such as quantity and physical volume. Select the machine with reasonable method and adjust all of the parameter. The plastics inject molding will be design and keep with reasonable, economy and comfortable used.Key words: plastics tie-in; injection mould; core-pulling mechanism.目 录引 言11.成型工艺规程编
4、制21.1塑件的工艺性分析21.1.1塑件原材料分析21.1.2塑件的结构和尺寸精度表面质量分析31.2计算制件的体积和质量41.3塑件注射工艺参数的确定42.模具结构的设计52.1分型面的选择52.2确定型腔的数量与排列方式52.3浇注系统和浇口套的设计62.3.1主流道设计62.3.2主流道衬套的形式72.3.3分流道的设计82.3.4浇口的设计92.3.5浇注系统的平衡112.3.6冷料穴的设计112.4抽芯机构设计122.4.1斜导柱抽芯机构123.模具成型零件结构设计173.1定模仁的结构设计173.2动模仁的结构设计194.顶出系统设计215.模具加热和冷却系统的设计226.模具闭
5、合高度与注射机有关参数的校核267.模具的安装278PROE在该模具的应用28结论30致谢语31参考文献3218引 言本人选的课题为塑料弯头的模具设计，首先塑料弯管在日常生活中相当常见，证明其在生活中的作用相当明显，但却很少人了解塑料弯管是如何被生产出来，本次的选题目的是为了让大家了解生产此类塑料弯头的模具是如何设计出来的，并简介此模具的工作过程。其次，由于此类塑件在生活中应用相当广泛，所以存在着许多形状相似、功能相近的衍生塑件。尽管形状相似，此类衍生的塑件的模具设计却不尽相同，但总的却是大同小异，只在细节上或实际尺寸上做出改变。本课题的塑件为90塑料弯头，并在两端管头处均有台阶接口，其内部拐
6、角处为90。由于尺寸较小，所以设计方向偏向一模多腔，本模具采用的是一模四腔。本模具的设计难点在于其抽芯机构的设计，由于是一模四腔，并每一个塑件均由两根芯子来完成成形，所以在模具的四个方向都有抽芯机构以保证顺利分型。1.成型工艺规程编制1.1塑件的工艺性分析1.1.1塑件原材料分析塑件为弯管接头，材料采用的是ABS。ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体的共聚物，属热塑性材料。，密度:1.2克/立方厘米 成型收缩率:0.4-0.7%成型温度：200-240 干燥条件：80-90 2小时。特点：1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好.2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,
7、且可表面镀铬,喷漆处理.3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。ABS的性能参数: 2.玻纤含量(体积分数):20%3.抗拉强度:72-90MPa4.断后伸长率:3%5.抗压强度:96MPa6.抗弯强度:96-120MPa7.冲击韧性:2.3-3.9 KJ.M28.拉伸弹性模量:5.1-6.1GPa9.压缩模量:5.5 GPa10.弯曲模量:4.5-5.5GPa 11.洛氏硬度:85-98HRM 肖氏硬度:107HRR12.线性膨胀系数:2.1*10-513.密度:1.18*103-1.22*103KG/M314.介电强度:18
8、 KV.MM-11.1.2塑件的结构和尺寸精度表面质量分析（1）结构分析 从零件图分析，该制件总体形状比较简单，抽芯距比较大，两个方向都要抽。图1-1 制件图（2）尺寸精度分析 该零件重要尺寸如：230.05mm，查（1）书表3-7得精度为12级，次重要尺寸48mm，等的精度为34级（SJ1372-78）。由以上分析可见：零件的尺寸精度较高，需提高对应的模具相关零件的加工精度来保证。从塑件的壁厚上来看，壁厚尺寸为2.mm，壁厚较均匀，有利于零件的成型。（3）表面质量分析 该塑件的表面要求平整，没有缺陷，不允许有飞边和收缩痕，过度弧圆滑，螺纹段要与配合件互配良好，其他没有特别的表面质量要求，故比
9、较容易实现。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证，以满足客户的需要。1.2计算制件的体积和质量计算制件的体积和质量是为了选注射机及确定型腔数。经计算该制件的体积为V7432mm,查（2）书表1-8得ABS的密度为1.2g/cm。故制件的质量MV=1.210-74328.9g考虑到该制件为批量生产，本模具采用一模4件的结构,考虑外型尺寸、注射时所需要的压力和现有的设备等情况,初步选择注射机型号为XS-ZY-500。其主要技术规范及特性如下：最大理论注射容量 475 cm注射压力 145Mpa锁模力 350t最大注射面积 1000cm最大模具厚度 45
10、0mm最小模具厚度 300mm模板最大距离 950mm模板行程 300mm喷嘴圆弧半径 3mm喷嘴移动距离 280mm1.3塑件注射工艺参数的确定查（2）书表1-8得：ABS的成型工艺参数做如下选择：成型温度200249C，注射压力为70140Mpa。必须说明的是上述工艺参数在试模时可作适当调整。2.模具结构的设计该塑件的注射模具构设计主要包括：分型面的选择、模具型腔数的确定、型腔的排列方式、流道的布置、冷却水道的布置及浇口的位置、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等。2.1分型面的选择模具设计中，分型面的选择很重要，它决定模具的结构复杂程度，需要考虑的因素也比较
11、多，由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在分型面的选择要综合分析比较，从中选择最佳的方案。选择分型面一般要遵循以下几项原则：（1） 分型面应选在制件外形最大轮廓处。（2） 分型面的选择要便于制件顺利脱模，尽量使制件在开模时留在动模一边。（3） 分型面的选择要保证制件的精度要求，满足模具加工制造工艺。（4） 分型面的选择不要影响模具排气和抽芯机构。设计分型面应根据设计原则和制件成型要求来选择分型面。图2-1 分型面2.2确定型腔的数量与排列方式考虑该制件大批量生产、模具成型零件和抽芯机构
12、及出模方式以及注射机的型号，本塑件在注射时采用“一模四腔”，综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素，拟采取如图2-2的型腔排列方式： 图2-2 型腔布置方式2.3浇注系统和浇口套的设计2.3.1主流道设计主流道是一端与注射机喷嘴相连接，另一端与分流道相连的一带有锥度的流动通道。根据（2）书表8查得XS-ZY-500型注射机喷嘴的有关尺寸为：前端孔径d。=3mm，喷嘴前端球面半径R。=15mm，考虑到塑件较小，注射量不大，因此选择d。=3mm。根据模具主流道与喷嘴R=R。+（0.51）mm，取主流道球面半径R=16mm，小端直径d=3.5mm。为了便于将凝料从主流道拔出，将主流道设计成圆锥形
13、，其锥度为26，内壁粗糙度Ra小于0.4m，取锥度为2，经换算得主流道大端直径D=7mm，为了使溶料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计r=1.5的圆弧过渡。2.3.2主流道衬套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属于易磨损件，对材料要有教高的耐磨度，还有是因为模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式，以便有效的选择较好的钢材进行加工和热处理。所以采用图2-3所示浇口套：图2-3 主流道衬套主流道衬套的固定因为采用的有托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是标准件，外径为100mm，内径36mm。具体固定形式如图2-4所示：图2-4 主流道的衬套的固定2.3.3分
14、流道的设计分流道的形状及尺寸应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率、分流道长度因素来确定，分流道应使熔体较快地充满整个型腔，流动阻力小熔体降温少，并且能将熔体均衡地分配到各个型腔中。分流道的设计要注意以下几个问题：a. 分流道与型腔的排列要紧凑，以减少模具尺寸和缩短流程，使熔体到达浇口时，温度和压力减小到最底。b. 分流道对熔体流动阻力要小，流道凝料要少，以保证熔体充满型腔，减少耗料，使材料的利用率达到最高。c. 分流道的设计应能保证各个行腔均衡进料，为此，同一模具成型同一制件时各流道截面面积和长度要相等；同一模具成型不同制件时各流道的截面面积和长度应与制件应相适应，以保证各行腔成型
15、条件相同。d. 对于成型热塑性塑料时，分流道表面不要修的很光滑，表面光洁度1.6m就可以，这样流道内料的外层流速较低，容易冷却而形成固定表面层，有利于流道保温（相当与决热层的作用）。e. 在考虑型腔与分流道布置时，最好是制件和流道在分型面上总投影面积的几何中心和锁模力中心重合，这对于合模的可靠性和合模机构均匀性都有利。本制件的形状不算复杂，熔料填充型腔比较容易，考虑到动模设置滑块的问题，为了便于加工及顺利脱模，因此将分流道设置在定模，并且选用截面形状为半圆形分流道，查（1）书表5-5取R=5mm，根据型腔的排列方式可知分流道较长，并且采用圆弧过渡的流道，因此将分流道设计成S型，如图2-5所示：
16、 图2-5 分流道示意图由于分流道中与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为理想，因而分流道的表面粗糙度不要求很高，一般取1.6m就好了，这样的表面稍不光滑，有助与塑料熔体之间产生一定的速度差和剪切热。2.3.4浇口的设计浇口也叫进料口，是连接分流道与型腔的通道，一般开设在分型面上。浇口是浇注系统中关键的部分，浇口的位置、形状及尺寸对制件有很大的影响。根据塑件的成型要求几型腔的排列方式，选用侧浇口较为理想，由上面分型面选择可得，设计时考虑选择从41.5mmx2.5mm的凸缘处进料，料由厚往薄处流。并且采用截面为矩形的侧浇口，塑料熔体在型腔的侧面充模，其截面形状为矩形狭
17、缝，调整截面的厚度和宽度可以调整熔体的充模速率和浇口的封闭时间，侧浇口加工容易，调整方便，并且可以根据制件的形状特性灵活地选择进料位置，且对各种塑料适应性较强。初选浇口尺寸为2.9mm0.5mm1.2mm（blh），试模时可再修正。浇口的形式如图2-6所示：图2-6浇口 模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需要进一步修改浇口的尺寸，无论采取那一种浇口，其开设的位置对塑件成型性能及质量影响都很大，因此合理选择浇口的位置是提高塑件质量的重要环节，同时浇口的位置的不同还影响模具的结构，总之：要使模具具有良好的性能和外表，一定要认真考虑浇口的位置，通常要考虑以下几项原则：a. 尽量缩
18、短流动距离。b. 浇口应开设在塑件壁厚最大处。c. 必须尽量减少熔接痕。d. 应有利于型腔中气体的排出。e. 考虑分子的定向移动，避免产生喷射和蠕动。f. 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。g. 注意对塑件的外观质量影响。根据本制件的特征，综合考虑以上几点原则，每个型腔设计一个侧浇口。图2-7 进胶点2.3.5浇注系统的平衡由于本模具采用一模多腔的形式，设计时要尽量保证所有的型腔同时得到均衡的填充和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等，形状截面尺寸相同的形式，否则就要通过调节浇口的流量及成型工艺条件达到一致。由上面分流道的设计及浇口的选择可知，本模
19、具从主流道到各型腔的分流道的长度相等，形状及截面完全相同。2.3.6冷料穴的设计在完成一次注射循环的时间间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段的熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体温度，从喷嘴端部到注射机料筒内约1020mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料溶体温度。在于这一区域内的塑料流动性能和成型性能不好，如果这里的成型温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品，为了避免这一现象的产生，用一个井穴将主流道延长以接受冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳冷料的井穴称为冷料穴。冷料穴开设在主流道对面的镶块上，其标称直径与主流道大端直径相等，深度是直径的1-1.
20、5倍。2.4抽芯机构设计该塑件包含倒扣部分，这会阻碍成型后塑件从模具中脱出，因此须设置抽新芯机构。2.4.1斜导柱抽芯机构（1） 确定抽芯距因该塑件侧向分型时采用二等分侧滑块，查（1）书得滑块的抽芯距应为：S抽=(2.1)由产品图可得抽芯距S抽=35mm（2） 确定斜导柱倾角斜导柱的倾角是斜抽芯机构的主要技术数据之一，它于抽拔力以及抽芯距有直接关系，一般取=15-23，因此选择=22。（3） 确定斜导柱的尺寸斜导柱的直径取决于抽拔力及其倾斜角度，考虑到成型外螺纹的滑块的长度较大，因此在一个滑块上设置两根斜导柱，取斜导柱的直径d=12mm，斜导柱的长度根据抽芯距、固定端模板的厚度、斜销直径及斜角
21、大小确定。L/cos+ S抽/sin (2.2) 其中 L-斜导柱总长 -斜导柱安装板厚度 S抽-抽芯距 -斜导柱倾角考虑到结构合理，因些我们取L=152mm。(包括倒圆角部分)直径为12mm,台肩直径D17mm。其完成抽芯时所需要的开模行程：H= S抽 x ctg计算可得：至少开模行程H 35mm。（4） 滑块与导滑槽的设计滑块的形式考虑到模具采用一出四的结构，因此侧型芯须成型四个外螺纹，同时也作为型腔成型制件的外侧壁，因此见侧型芯与滑块做成整体式结构。滑块的导滑方式为了确保滑块可靠地抽出和复位，保证滑块在移动过程中平稳，上下窜动和卡死现象，滑块与导滑槽必须很好地配合和导滑。滑块与导滑槽的配
22、合一般采用H7/f7，为使模具结构紧凑，降低模具装配复杂程度，拟采用整体式滑块和整体导向槽的形式，同时考虑到经济性问题，可将导滑槽的厚度设计得小一些，在导滑槽的侧面加一固定块。为提高滑块的导向精度，装配时可对导向槽或滑块采用配磨，配研的装配方法。 滑块的导滑长度和定位装置设计由于侧抽芯距较短，故导滑长度只要符合滑块在开模时的定位要求即可，滑块采用弹簧及钢球的定位方式。其成型的关键部位的形状如图2-8所示：图2-8 侧抽芯整个行位截面形状设计成图2-9所示的样子，总长94mm，总高60mm，由于我们设计的斜导柱的倾斜角为22，所以行位的锁紧角+203022+224。图2-9 行位截面图2-10是
23、芯子的连接方式。图2-10 芯子固定图2-11是滑块与芯子固定板的连接方式图2-11滑块与芯子固定板的连接滑块这部分结构的最终结构如图2-12：图2-12 滑块结构图更详细的情况请参见零件图纸3.模具成型零件结构设计模具中决定塑件的几何形状称为成型零件，包括型芯、凹模、镶块、成型杆等。成型零件工作时，直接与塑件接触，塑件熔体的高压、高温、料流的冲刷、脱模时还和塑件摩擦，因此成型零件要求要有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较底的表面粗糙度，此外成型零件还要求结构合理，有较高的强度、硬度及耐磨性。设计成型零件时，要根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构选择分型面的位置和浇口的位置
24、、确定脱模的方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件需要进行强度和刚度校核。3.1定模仁的结构设计图3-1 定模仁结构图3-2 定模仁相关尺寸3.2动模仁的结构设计图3-3动模仁结构动模仁的长度方向的情况与总体尺寸如图3-4所示，其中两条运水直径为8mm，4个螺丝孔为M10用来将动模仁固定在动模板上，深度从底面上来22.5mm。流道尺寸前面已论述，中间直径为6mm，两边为6mm。图3-4动模仁相关尺寸4.顶出系统设计模具的顶出方式主要有顶针顶出顶出块顶出顶出板顶出，根据产品的外形，尺寸大小，产品结构，我决定采用顶针的
25、顶出方式。顶针直径为7mm，图3-5中绿色为顶针位置.图4-1 顶针分布5.模具加热和冷却系统的设计不论是热塑性材料还是热固性材料的模塑成型，模具温度对塑料制件的质量和生产率的影响都很大。主要表现在以下两个方面：（1） 模具温度对塑料制品质量的影响模具温度极其波动对制品的收缩率、尺寸稳定性、力学性能、变形、应力开裂和表面质量均有很大的影响。模具温度过底，熔体流动性差，制品轮廓不清晰，甚至充不满型腔或形成熔接痕，制品表面不光泽，缺陷多，力学性能降低。对于热固性材料，模具温度过底造成固化程度不足，降低了制品的物理化学性能。对于热塑性的材料注射成型时，模具温度过底，在充模速度不高的情况下，容易引起曲
26、翘变形和应力开裂，成型收缩率大，影响形状及尺寸精度。所以，要保证制品的质量，模具温度必须适当、稳定、均匀。（2） 模具温度对模塑周期的影响缩短模塑周期就是提高模塑效率。对于注射模塑，注射时间约占成型周期的5%，冷却时间约占80%，推出时间约占15%。可见缩短模塑周期的关键在于缩短冷却硬化时间，可以通过调节塑料和模具的温差。因此保证制品的质量和成型工艺顺利的前提下，适当降低模具温度有利于缩短冷却时间，提高生产效率。综上所述：模具温度对塑料成型、制品质量以及生产效率是至关重要的。冷却装置的设计一般要遵循以下几项原则：1.在满足冷却所需要的传热面积和模具结构的条件下，冷却回路尽量多，冷却孔径要尽量大
27、。2.冷却通道的布置要合理。冷却通道要尽量避免靠近可能产生熔接痕的部位。3.冷却回路应有利于减小冷却水进、出口水温度的差值。4.冷却回路结构应便于加工和清理，其孔径一般取812mm。由于本塑件注射成型时模温低于80，并且流道流程短，因而在模具可不设置加热系统。是否需要冷却系统可做如下设计计算：假设模具工作的平均温度是50度，用常温20度的水作为模具的冷却介质。其出口温度为35度，产量初算0.5min/套。查（1）书P140可得，塑料注射模冷却时所需的冷却水量可按下式计算：m=nm1h/C（t1-t2） (5.1)式中 m-所需冷却水的质量Kg/min m1-包括浇注系统在内的每次注入模具的塑料
28、质量Kg h-热焓量KJ/Kg C-冷却水的比热容KJ/Kg t1-冷却水出口温度 t2-冷却水出口温度 带入公式计算得 m=32.2Kg/h由上述计算可知，因为模具所要的水体积较小，查（1）书表4-15选择冷却水道的直径为8mm。最后根据注射模结构及加工工艺性，合理布置冷却水回路。型芯、滑块的冷却回路见模具的结构设计，其它板冷却回路排列方式如图5-1：图5-1 定模座板冷却水道布置示意图图5-2 定模座板冷却水道分布图5-3 动模仁冷却水道布置示意图6.模具闭合高度与注射机有关参数的校核根据支撑与固定零件的设计中提供的经验数据，确定垫块与支撑板的高度，最后根据模具总装配图测量得：模具闭合高度
29、为360mm，模具总长为400mm，宽度为350mm，所以本模具外形尺寸为400mm350mm360mm。查（3）书可得，XS-Z-500型注射机模板的最大距离为450mm280mm，注射机允许模具最小厚度是Hmin300mm，最大厚度是Hmax450mm。所以该注射机可以满足使用要求。即模具满足HminHHmax。XS-Z-500型注射机的最大开模行程S300mm。而模具的开模距离为85mm。经验证，XS-Z-500型注射机能够满足使用要求，可以使用。7.模具的安装a. 模具安装前要清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物、毛刺等杂质。b. 因为模具外形尺寸不大，所以可以采用整体法安装。先在机
30、器下面两根导轨上垫好垫板，模具从侧面进入机架，定模入定位孔，并放置正确，在慢慢闭合模板，压紧模具，然后用螺母锁紧定模，再慢慢开闭模具，找正动模，应保证开闭模具时平稳、灵活、无卡滞现象，最后固定动模。c. 调节锁模机构，保证有足够的开模距离及锁模力，使模具闭合适当。d. 慢慢开启模板到模板停止，调节顶出装置，保证顶出距离开启模具观察顶出机构运动情况，动作是否平稳、灵活、协调。e. 模具安装好以后，待料筒及喷嘴温度上升到距离预定温度2030度的时候，就可校正浇口套的相对位置及弧面接触情况，可用一纸片放在喷嘴与浇口套之间，观察两者接触情况，必须松紧合适，校正好后拧紧注射机定位螺钉紧固定位。f. 开空车运转，观察模具各部分运行是否正常，然后可以注射试模。PROE在该模具的应用我使用PROE 软件的实体建模，特征建模，装配建模功能进行模具设计。这次毕业设计主要通过设计模具分型面及所有三维零件，装配成总装图。然后通过PROE转变二维图形并导入AUTOCAD中进行编辑修改，把要加工的零件尺寸标注好。图8-1模具三维装配图模具脱模得到的制件凝料如图8-2：图8-2制件半成品要的联系邮箱