三通注塑件注射工艺与模具设计-毕业论文.doc

常州机电职业技术学院
毕业设计（论文）

作 者： 学 号：
系 部：
专 业： 模具设计与制造（CAD\CAM）
题 目： 三通注塑件注射工艺与模具设计

指导者：

评阅者：

三通塑件

摘要：
随着现代工业的快速发展，塑料生产及塑料成型的应用愈来愈广泛，塑料模具的应用越来越多。因此模具设计的要求也是日新月易。生产出更好的服务社会，造福人类。
1绪论
该说明书是对三通管塑料件进行塑料模具设计。根据产品结构、产品材料、塑件分析计算结果等因素确定采用注射模。该设计大体包括：整副模具由成型部分、侧向分型与抽芯部分、浇注部分、导向与定位部分、推出与复位部分、固定与支承部分、等部分组成。一模两件，采用一次分型，侧浇口进料。侧向分型与抽芯结构采用的是斜导槽抽芯机构；合模导向采用导柱导向；推出机构采用推管推出；复位机构采用的是复位杆。该说明书对模具各个系统及成型零件的设计过程做了较详细的介绍，具体见正文。
关键词：三通管　　　注射模　　　斜导槽侧抽芯 推管推出机构
2塑件分析
以下部分数据由PRO/E2001辅助设计测得。
2.1 单件塑料制品的体积估算：
Ｖ1≈129.46㎝3
2.2 单件制品的质量估算：
制品材料的密度是1.35~1.45g/cm3，平均密度为1.4 g/cm3，则
M1=1.4g/cm3×129.46cm3
≈181.25g
2.3 单件塑料制品在分型面上的投影面积：
S1=120×58
=6960mm2
=69.6cm2
2.4 浇注系统中凝料的体积估算：
V2≈6.51 cm3
2.5浇注系统中凝料的质量估算：
M2=1.4g/cm3×6.51cm3
=9.11g
2.6浇注系统在分型面上的投影面积：
S2=2.87cm2

分析：上图是三通管的零件图。从制品零件图和计算结果可知，制品的形状比较简单，无复杂型面，壁较厚，易形成产品系列。但是外观质量要求高，表面粗糙度低，耐压等级高，要求成型情况良好，不应有明显和较长的熔接痕。制品材料为RPVC。
3塑料材料的成型特性和工艺参数
根据设计课题说明书，该制品的材料为RPVC——硬聚氯乙烯。硬聚氯乙烯的强度较高、质硬、介电性能好，化学稳定性好，抗酸碱能力强。但耐热性不高。具有抗拉、抗压、抗弯、抗冲击的性能，它的粒料可用来制造机械零件、电气绝缘用品、管道、板料、型材等。
3.1硬聚氯乙烯有以下成型特性：
3.1.1 成型时流动性差。
3.1.2成型时极易分解，特别是在高温下与钢、铜接触时在200°C就会分解，分解时有腐蚀性气体HCL产生。
3.1.3成型的温度范围窄，成型温度与分解温度接近。
3.2对模具和成型条件的要求：
3.2.1对模具结构要求。模具应选用耐腐蚀的钢材或镀铬；模具流道直径应大，流道长度应短，流道和浇口表面应抛光，所有常规的浇口都可以使用。如果加工较小的部件，最好使用点浇口或潜入浇口。对于较厚的部件，最好使用扇形口，点浇口或潜入式浇口的最小直径应为1mm，扇形浇口的厚度不能小于1mm。
因为三通的尺寸比较大，壁较厚≧4mm，就可以采用侧浇口浇注。
3.2.2 对成型工艺条件的要求：
温度：熔料温度：185°C~205°C，模具温度：20°C~50°C。
压力：注射压力：可大到150MPa，保压压力：可大到100MPa。
注射速度：为避免材料降解，一般要采用较高的注射速度。
查《塑料模塑成型技术》，得到硬聚氯乙烯RPVC的相关工艺参数如表3-1：
表3-1
塑料名称
硬聚氯乙烯RPVC
密度（g/mm3）
1.35~1.45
计算收缩率
0.6~1.0
注射压力（MPa）
80~130
螺杆转速（r/min）
20~40
适用注射机类型
螺杆式

4设备的选用及相关参数的设定
4.1注射机的选用
本设计中选择的注射机型号为AT-200C，其主要参数如表4-1：
表4-1
结构类型
立式
理论注射容量/mm3
478
注射压力/MPa
145
锁模力/KN
2000
拉杆内间距/mm
490×420
开模行程/mm
400
最大模具厚度/mm
870
最小模具厚度/mm
200
喷嘴球半径/mm
15
喷嘴口直径/mm
3
顶出行程/mm
100
4.2型腔数目的确定
模具的型腔数目可以根据塑料制品的产量、精度高低、模具制造成本以及所选用的注射机的最大注射量或锁模力的大小等因素来确定。小批量生产，常采用单型腔模具；大批量生产，一般采用多型腔模具。当塑件制品尺寸较大时，型腔数目将受到所选用的注射机允许的最大成型面积和注射量的限制。由于多型腔的各个型腔的成型条件以及熔体到达各型腔的流程长度也难以取得一致，所以制品精度高的时候，型腔数以少为宜。根据所给制品的精度（查资料得有些尺寸为5级）为一般精度，而且为大批量生产，制品形状简单，但制品体积较大，且抽芯距离大，需设置侧向抽芯机构。现根据所选用注射机的最大注射量来确定型腔数目n。
n=（kv1-v2）/v3 （5-1）
式中 k——注射机最大注射量的利用系数，取k=0.8
v1——注射机最大注射容量，取478mm3
v2——模具浇注系统中凝料的体积
v3——单件塑件的体积
即 n=（0.8×478-6.51）/129.46≈3
考虑到模架的大小以及零件的布排，所以确定本设计中型腔数目为2。

5浇注系统的设计
5.1注射模具的浇注系统是指熔体从注射机喷嘴开始到型腔为止的流动通道。对其要求是：将熔体平稳地引入型腔，使之按要求填充型腔，使型腔内的气体顺利地排出；在熔体填充型腔和凝固的过程中，能充分的把压力传到型腔各部位，以获得组织致密、外形清晰、尺寸稳定的塑料制品。所以，浇注系统的设计十分重要。浇注系统的设计正确与否是注射成型能否顺利进行，能否得到高质量塑料制品的关键。
设计注射模具时，浇注系统应遵循以下基本原则：
a) 适应塑料的工艺性
b) 排气良好
c) 流程要短
d) 避免料流直冲型芯或嵌件
e) 防止塑料制品变形
f) 浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小，容积也尽量小
g) 整修方便，保证制品外观质量
h) 浇注系统的位置尽量与模具的轴线对称，浇注系统与型腔的布置应尽量减小模具的尺寸
根据注射模的结构不同，浇注系统的组成也有所不同，本设计中，浇注系统由主流道、分流道、浇口及冷料穴四个部分组成。以下为各个部分的设计过程。
5.2主流道设计
主流道一般位于模具中心线上，它与注射机喷嘴的轴线重合，以利于浇注系统的对称分布。
主流道截面形状通常采用圆形，为了便于流道凝料的脱出，主流道设计成圆锥形，其锥度a=2~6°，内壁粗糙度Ra小于0.4µm，小端直径D一般取3~6mm，且大于注射机喷嘴口直径d约0.5~1mm，主流道的长度由定模座板和定模板厚度确定，一般L不超过60mm。
本设计中，截面形状设计为圆锥形，由于塑料为RPVC，其流动性差，其主流道截面尺寸设计大一些，所以其锥度取4°。内壁Ra为0.4µm，小端直径比喷嘴直径大1mm，而所选用的注射机喷嘴直径为3mm，所以小端直径取4mm，长度L取52mm，球面半径比喷嘴大1~2mm，取16mm，主流道及浇口衬套截面形状尺寸如图5.1。

图5.1
5.3分流道设计
在制品尺寸较大，采用多浇口进料的注射模或多型腔体时需设分流道。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，并能将熔体均衡分配到各个型腔。
5.3.1.分流道截面形状和尺寸确定
常见的分流道的截面形状有圆形、梯形、U形、半圆形和矩形。根据流动力学和传热学原理可知，在同等的过流横截面积的条件下，横截面为正方形的流动阻力最大，传热最快，热量损失最大，因此对热塑性塑料注射模而言，不宜采用正方形的分流道。而圆形截面流动阻力最小，热量损失最小，熔体降温最慢，因而对热塑性塑料注射模具而言，分流道截面形状宜采用圆形。加工制造困难一点。半圆形和矩形截面的分流道比表面积较大，较少采用，但是加工方便。
本设计中，考虑到塑料注射成型的需要，以及流动阻力和制造难易程度，确定分流道截面形状为圆形。
分流道截面尺寸应按塑料制品体积、制品形状和壁厚、塑料品种、注射速率、分流道长度等因素确定。在多型腔注射模具中，要求各型腔的制品表面质量和内部性能差异不大，所以流道的布置要合适，分流道的布置有平衡式和非平衡式两种，在本模具的设计过程中，为了保证制品质量，采用平衡式布局。分流道长度根据型腔布局设计，分流道表面粗糙度Ra=1.6μm。尺寸半径5㎜，长度是30㎜，结构见装配图。

5.4浇口设计
浇口的基本作用是使从分流道来的熔体产生加速，以快速充腔。
浇口的形式、大小、数量及位置的确定在很大程度上决定了制品的好坏，也影响成型周期长短。对于热敏性塑料RPVC，浇口尺寸过小时，在浇口处塑料会过热，从而导致塑料变质。在这种情况下，浇口截面面积应适当增大，但浇口过大，注射速率降低，熔体温度下降，制品可能产生明显的熔接痕和表面云层现象。因此，浇口尺寸必须适当。
浇口在通常情况下有直接浇口、中心浇口、侧浇口、点浇口、潜伏式浇口等几种形式。在本设计中采用的是侧浇口进料，它又称为边缘浇口。一般情况下，侧浇口均开设在模具的分型面上，从制品侧面边缘进料，它能方便的调整浇口尺寸，控制剪切速率和浇口封闭时间，是被广泛应用的一种浇口形式。一般浇口截面积与分流道的截面积之比为0.03~0.09。长度尽可能短，大约为1~1.5mm，大型制品取2~3mm，先取尺寸的下限，然后在试模中进行修正。浇口厚度一般取制品厚度的1/3~2/3，先取尺寸的下限，然后在试模中进行修正。侧浇口一般采用矩形浇口。
侧浇口适用于一模多件，也正适合于本设计的情况。能大大提高生产效率，去除浇口方便，但压力损失大，保压补缩作用比直接浇口小，壳体件排气不便，易产生熔接痕、缩孔等缺陷。
RPVC为热塑性塑料，且制品壁厚大于3mm，制品形状简单，本设计中采用的是截面形式为矩形的侧浇口。查有关资料，得浇口形状及尺寸如图5.3。

图5.3
5.5冷料穴设计
冷料穴是用来储藏注射间歇期间喷嘴所产生的冷料头和最先射入模具浇注系统的温度较低的部分熔体，防止这些冷料进入型腔而影响制品质量，并使熔体顺利充满型腔。
本设计中采用带顶杆的Z字形冷料穴。
6排气、引气系统设计
6.1排气系统设计
排气系统作用是将型腔和浇注系统中原有的空气或成型过程中因固化反应产生的气体顺利地排出模具之外，以保证注射过程的顺利进行。尤其是高速注射和热固性塑料注射成型，排气是很有必要的。否则，被压缩的气体所产生的高温将引起制品局部烧焦炭化，或产生气泡，还可能产生熔接痕等。
排气方式有开设排气槽和利用模具零件的配合间隙排气。
在大多数情况下可利用模具分型面或模具零件间的间隙自然排气，这时可不另开排气槽。
在本设计中，可以利用模具分型面以及滑块与型腔之间的间隙排气，也就没必要设计排气槽了。
6.2引气系统设计
排气是制品成型的需要，而引气是制品脱模的需要。对于一些深壳形的大型制品，注射成型后，型腔内气体被排出，在推出制品的初始状态，型芯外表面与制品表面之间基本形成真空造成制品脱出困难。如采取强行脱模，制品势必会变形或损坏，因此需要设置引气装置。
在本设计中，采用的是整体凹模，但是还有侧向分型与抽芯机构，滑块与型腔存在配合间隙，以及推管推出机构，因此不会形成真空，也不会对脱模造成困难，也就不需要设置引气装置了。
7成型零件的设计与校核
7.1.1分型面的选择
分型面的形状有平面、斜面、阶梯面、曲面。分型面应尽量选择平面，但是为了适应制品的成型需要及便于制品脱模，也可以采用其它三种分型面。
7.1.2 分型面选择的原则
1. 应便于塑料制品的脱模，
2. 应利于侧面分型与抽芯，
3. 应保证塑料制品的质量，
4. 应有利于防止溢料，
5. 应有利于排气，
6. 应尽量使成型零件便于加工，
7. 必须考虑注塑机的技术参数。

针对三通塑件的结构形式，初步设定三种分型形式。如图7.1，选择此种形式，则在动、定模板上均需安装型芯，且型芯深度均较深，从模具结构上来说，动、定模板上均有深孔型腔，则成型零部件加工困难。由于型芯深度较深，在产品成型脱模时，则不知产品是否留在动模型芯上，需设置双推出机构，还需有较大的开模行程，从而致使模具结构复杂。
如图7.2，该分型形式相对前面一种，定模板深度较浅，型腔结构制造简单，在脱模时，产品留在了型芯上，只要设置一次推出机构。从而使模具结构简单。
第三种的图形和图7.2是一样的，
只是它是把三通管平放的。前面是一个接口，左右各一个接口。这种结构和第二种差不多只是把第二种的沿长的一段(120mm)的中心线旋转了90度，开模行程可以更小，但是要前方和左右三方同时抽芯也较麻烦。因为是大批量生厂，必须是≥2腔才好。而第二种就比较的好设置两腔了，
在本设计中，根据制品要求及以上分型面选择的原则综合考虑确定为第2种水平分型面形式。

图7.1

图7.2
7.2成型零件的结构设计
7.2.1凹模的结构设计
凹模是成型塑料制品外形的主要零件。根据塑料制品成型的需要和加工装配的工艺要求，凹模有整体式和组合式两种。
组合式凹模的组合方式常用的有以下几种：嵌入式、镶拼式、瓣合式。
在本设计中，采用的是整体式凹模，具体结构、尺寸见零件图。
7.2.2凸模的结构设计
凸模是成型制品内表面的成型零件。根据型芯所成型零件内表面大小不同，通常又有型芯和成型杆之分。在本设计中，成型制品的型芯均为主型芯。
型芯同样分整体式和组合式两种。整体式型芯与模板为整体，其结构简单、牢固，成型的制品质量较好，但消耗贵重钢材多，且不便于加工。而采用组合式型芯的优缺点与组合式凹模基本相同。设计和制造这类型芯时，必须注意提高拼块的加工和热处理工艺性，拼接必须牢靠紧密。
在本设计中，型芯均采用整体嵌入式，并以压入式固定，具体结构、尺寸见零件图。
7.3成型零件工作尺寸计算
成型零件工作尺寸的计算方法有两种：第一种是按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算，即平均值法；第二种是极限值法。本设计采用的是平均值法。
平均收缩率δ的取值，查资料得RPVC的收缩率范围为0.6~1.0%。本设计中取0.8%。
成型零件的制造误差δZ=△/3（△指塑料制品的公差，本设计中未标注公差的按5级精度计算）。查《塑料模塑成型技术》表3-7塑料制品公差数值表（SJ1372-78）取△值。
其型芯、型腔尺寸如表7-1所示，其中型芯的深度60mm在试模时进行修配,从而减小配合间隙。其中只有50的配合尺寸标了公差+0.45，其余的是自由尺寸，可以按8级精度取值。查《塑料模塑成型技术》表3-7塑料制品公差数值表（SJ1372-78）取△值。
表7-1
类型
模具名称
塑件尺寸
计算公式
△值
工作尺寸

型芯的 计算

主型芯

60
h
1.40
61.41
16
0.80
16.66
46
l
1.20
47.31
50
0.40
50.73

侧型芯
120
h
2.00
122.29
16
0.80
16.66
50
l
0.40
50.73
46
1.20
47.31

型腔
的 计算

定模型腔
58
L
1.40
59.82
120
H
2.00
119.63

动模型腔
58
L
1.40
57.41
120
H
2.00
119.63
60
1.40
59.82

7.4塑料模型腔侧壁和底板厚度的计算
由于型腔的形状、结构形式和支承方式是多种多样的，因此型腔侧壁和底板厚度的计算比较复杂。设计计算时必须根据模具的结构，型腔受力状态，建立较为符合实际的力学模型，应用合适的强度和刚度计算公式进行计算。
对于大尺寸的型腔，刚度是主要矛盾，应首先对模具刚度提出较高要求，设计型腔侧壁和底板厚度时应按刚度计算。在本设计中，型腔采用的是整体嵌入式组合凹模，形状为圆形，所以在计算型腔侧壁和底板厚度的时候，按照圆形计算，取最大值。具体过程如下：
7.4.1侧壁厚度计算
圆形：t=r（-1） (7-1)
t——指侧壁厚度
r——指型腔半径，在本设计中r=29mm
——型腔材料的许用应力，45号钢为160Mpa，一般常用模具钢为200Mpa
P——型腔内塑料熔体压力，查资料得取p=24.5Mpa
所以 t=29×（-1）
≈4.38mm
因此，该模具型腔厚度取5mm。
7.4.2底板厚度的计算
圆形 h= (7-2)
P——型腔内塑料熔体压力，查资料取p=24.5Mpa
R——型腔半径，本设计中r=29mm
——型腔材料的许用应力，一般常用模具钢为200Mpa
所以 h=
≈11.17mm
因此，该模具型腔底板厚度取12mm。
8侧向分型与抽芯机构设计
本设计中，制品侧壁上有与开模方向不同的侧向孔，阻碍制品成型后直接脱模，因此须将成型侧孔的零件做为活动的，即做成型型芯。在制品脱模之前抽出侧型芯，然后再从模具中推出制品。
侧向分型与抽芯机构按其动力来源可分为手动、机动、液压或气动三大类。在本设计中，选用斜导槽抽芯机构。
8.1抽芯距的确定
抽芯距是指侧型芯从成型位置抽到不妨碍制品取出位置时，侧型芯在抽拔方向所移动的距离。抽芯距一般应大于制品侧孔深度或凸台高度2～3mm，即
S抽=h+（2～3）mm （8-1）
S抽——抽芯距
h——最大侧孔深度，在本设计中，h=60mm
所以 S抽=60+2=62mm
8.2抽芯力的计算
影响抽芯力的因素很多且相当复杂，精确计算抽芯是十分困难的。在设计抽芯机构时，应全面分析，找出主要影响因素进行粗略计算。
如图8.1所示侧型芯受力分析：

图8.1
从图8.1中可知：摩擦力F3=f×（F2-F1×sina） （8-2）
式中：F3——摩擦力
F1——因塑料制品收缩产生的对侧型芯的包紧力造成的抽芯阻力
a——脱模斜度，a=1°
f——摩擦系数，一般取0.5～1.0，本设计中取f=0.5
依据受力图可列出平衡方程式：
=0
即 F3×cosa=F1+F2×sina
f（F2-F1×sina）cosa=F1+F2×sina
F1=/（1+ ×sina×cosa）
F2=P×A （8-3）
式中P——塑料制品收缩对型芯单位面积的正压力。制品在模内冷却，P取19.6Mpa
A——塑料制品包紧侧型芯的侧面积
所以F2=19.6×（21×23×60）
≈169861.44N
那么F=/（1+ 0.5×0.9998×0.0175）
≈81231.12N
所以，要将侧型芯从塑料制品中抽出，抽出力Fz为
Fz=F =81231.12N
8.3 滑块与导滑槽的设计
8.3.1侧型芯与滑块的连接方式
在本设计中，侧型芯与滑块采用销钉固定。见图8.2。

图8.2
8.3.2滑块的导滑方式
为了确保侧型芯可靠的推出与复位，确保侧滑块在移动的过程中平稳，无上下窜动和卡死现象。滑块和滑槽必须很好发配合和导滑。滑块和导滑槽的配合一般采用H8/f7。
9脱模机构设计
9.1脱模力的计算
F=P×A
P——型腔内熔体压力，查资料得P=24.5Mpa
A——型腔内表面接触面积，在本设计中，A=10440mm
所以F=24.5×10440
≈255.78KN
9.2推出机构设计
推出机构设计原则
（a）尽量使塑件留在动模上
（b）保证制品不变形、不损坏
（c）保证制品外观良好
（d）结构可靠
9.2.1推出机构选用
在本设计中，选择推管推出，推管以压入式固定在推管固定板上。所选推管的结构如图9.1。

如图9.1

9.2.2复位机构选用
在本设计中选择复位杆复位，具体结构形式见装配图。

10合模导向机构设计
设计导向机构是为了模具合模有正确的位置，以提高制品成型质量。另外，它还可以提高模具寿命。一般注射模具采用的导向机构是导柱、导套，在本设计中采用的是四对导柱导套导向，且均为标准件。
是标准模架带来的，直接在燕秀工具箱插入。
11支承零件的选用
11.1支承零件的选用
塑料模具的支承零件包括动模座板、定模座板、动模板、定模板、支承板等。本设计查相关资料《塑料模具设计》，选取标准三板式模架，该模具支承零件的组合图如下：

11.2连接零件的选用
在本设计中所用到的连接零件主要为螺钉，均为标准件。
12注射机相关参数的校核
12.1最大注射量的校核
为了保证正常的注射成型，注射机的最大注射量应大于制品的质量或体积。当注射机最大的注射量以最大注射体积标定时，按下式校核：
KV≥V= （12-1）
式中 V——注射机的最大注射量
——一个制品的体积
——流道凝料的体积
V——制品的总体积（包括制品、流道凝料在内）
n——型腔数，n=2
K——注射机最大注射量的利用系数，取K=0.8
所以 V≥（）/K
=（129.46×2+6.51）/0.8 cm
≈331.79 cm
而在本设计中所选用的注射机的最大注射量V=500cm≥331.79cm，所以注射机最大注射量参数合格。
12.2模具开模行程的校核
开模行程的校核，按下列公式校核
S≥H1+H2+（5～10）mm （12-3）
式中 S——注射机的最大开模行程，取400mm。
H1——制品的推出距离，取60mm
H2——凝料的高度，取110mm
即 S≥60+110+10
=180mm
符合注射要求。
12.3模具厚度校核
模具厚度的校核，利用下列公式校核：
H1≤h1+h2+h3+h4+h5+h6≤H2 （12-4）
式中 H1——注射机最小模厚，H1=200mm
H2——注射机最大模厚，H2=870mm
h1——定模座板厚度，h1=25mm
h2——定模厚度，h2=40mm
h3——动模厚度，h3=70mm
h4——支承板厚度，h5=50mm
h5——垫块厚度，h6=115mm
h6——动模座板厚度，h7=25mm
所设计模具总高度为325mm，在注射机的模具范围内。

12.4注塑机拉杆间距校核
注塑机的拉杆间距是490mm×420mm，而模具的最大外形为350mm×350mm×325mm,因此校核成功。

致谢
通过这次毕业设计，我学习了许多知识，对以前的知识有了更进一步的了解，了解作为一名设计人员所需具备的知识量及思考问题、解决问题的能力。同时也让我巩固了自己的专业知识，在设计的过程中对CAD、 Pro/e绘图软件、Office办公软件等应用更加熟练，同时在设计的过程中让我遇到了以前未遇到的问题，但经过反复思考、查阅资料以及在老师和同学的热心指导帮助下，终于把设计作好了。我觉得在设计中我们要学会查阅资料是很重要的，遇到问题先自己要努力去解决，这要自己的水平才会提高的快。通过认真的查阅资料和反复的思考计算，在老师的精心教育和严谨的要求下，我相信这次设计会成功的。
通过三年的大学生活，我在这里不仅学到了专业知识，其他方面的技能也提高了，在此特感谢在这三年来一直精心培养我们的老师，
我即将走向工作岗位，会遇到不同的困难，我相信这次毕业设计将为我将来的工作打下坚实的基础。

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