三通管注塑工藝分析和模具設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、塑料模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)訓(xùn)說(shuō)明書目錄1 緒論.12 工藝方案分析22.1 塑件分析22.2 材料特征33 零部件的設(shè)計(jì)43.1塑件脫模斜度43.2排氣槽的設(shè)計(jì)43.3分型面的選擇及型腔布置53.3.1 分型面的選擇53.4注射機(jī)的選擇63.4.1 制件體積的計(jì)算73.4.2注射機(jī)校核783.5模架的選擇133.6 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)143.6.1 主流道的設(shè)計(jì)143.6.2分流道設(shè)計(jì)15 3.6.3 澆口設(shè)計(jì)153.7側(cè)向分型及抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)163.8 楔緊塊的設(shè)計(jì)173.9側(cè)滑塊設(shè)計(jì)183.10 滑塊的導(dǎo)滑槽193.11 定位裝置設(shè)計(jì)193.12 拉料桿和冷料穴設(shè)計(jì)203.13 側(cè)型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)203

2、.14 推出機(jī)構(gòu)213.15 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算233.15.1模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)233.15.2模具系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算23總結(jié)26致謝.27參考文獻(xiàn).271 緒論模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等各種模具。 對(duì)模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動(dòng)化操作簡(jiǎn)便；從模具制造的角度，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。 模具影響著制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度

3、、分型面、進(jìn)澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對(duì)制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機(jī)械性能、電性能、內(nèi)應(yīng)力大小、各向同性性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過(guò)程中，模具結(jié)構(gòu)對(duì)操作難以程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時(shí)，應(yīng)盡量減少開(kāi)模、合模的過(guò)程和取制件過(guò)程中的手工勞動(dòng)，為此，常采用自動(dòng)開(kāi)合模自動(dòng)頂出機(jī)構(gòu)，在全自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)還要保證制品能自動(dòng)從模具中脫落。另外模具對(duì)制品的成本也有影響。當(dāng)批量不大時(shí)，模具的費(fèi)用在制件上的成本所占的比例將會(huì)很大，這時(shí)應(yīng)盡可能的采用結(jié)構(gòu)合理而簡(jiǎn)單的模具，以降低成本。2 工藝方案分析2.1 塑件分析三通管工件如圖所示。它

4、是一種常見(jiàn)的塑料工件，從工件本身來(lái)看，屬特小型件，其抽芯脫模機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜，側(cè)向抽芯技術(shù)可以說(shuō)是這次課題的難點(diǎn)零件直通管的成型采用側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。由于抽拔距很長(zhǎng)普通的斜導(dǎo)桂抽芯結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)抽芯動(dòng)作的順利完成故采用液壓缸進(jìn)行側(cè)向抽芯。因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，以解決實(shí)際生產(chǎn)中存在的問(wèn)題。 制件尺寸圖2.2 材料特征4三通管所用的材料是ABS，全稱丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物。它將PS，SAN，BS的各種性能有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)，兼具韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學(xué)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，外觀呈淺象

5、牙色、無(wú)毒、無(wú)味，兼有韌、硬、剛的特性，燃燒緩慢，火焰呈黃色，有黑煙，燃燒后塑料軟化、燒焦，發(fā)出特殊的肉桂氣味，但無(wú)熔融滴落現(xiàn)象。它的使用性能方面：綜合性能好，沖擊強(qiáng)度高，化學(xué)穩(wěn)定好、電性能良好，尺寸穩(wěn)定性好、抗化學(xué)藥品性、染色性，成型加工和機(jī)械加工較好。ABS樹(shù)脂耐水、無(wú)機(jī)鹽、堿和酸類，不溶于大部分醇類和烴類溶劑，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烴中。與372有機(jī)玻璃的熔接性良好，可制成雙色塑料，且可表面鍍鉻。還有其它主要技術(shù)指標(biāo)是熔點(diǎn)（）：130160；抗拉屈服強(qiáng)度（Mpa）：50；拉伸彈性模量（Mpa）：1.8×103；彎曲強(qiáng)度（Mpa）：80；沖擊強(qiáng)度（kj/m2）：261（無(wú)

6、缺口時(shí)）、11（有缺口時(shí)）；體積電阻率為（cm）：6.9×1016。ABS工程塑料的缺點(diǎn)：熱變形溫度較低，可燃，耐候性較差。因而ABS適用于制作一般機(jī)械零件、減摩耐磨零件、傳動(dòng)零件和電訊零件。 3 零部件的設(shè)計(jì)3.1塑件脫模斜度據(jù)資料6，型腔脫模斜度范圍為401°20；型芯脫模斜度范圍在351°之間。但在設(shè)計(jì)中，開(kāi)模后，塑件必然留在型腔內(nèi)，所以無(wú)需考慮型腔與型芯的脫模斜度大小。3.2排氣槽的設(shè)計(jì) 采用排氣槽排氣是最簡(jiǎn)單可行的方法，同時(shí)利用頂桿與孔的配合間隙排氣，其間隙為0.03mm0.05mm,不過(guò)最可靠有效的方法是在分型面上開(kāi)設(shè)專用排氣槽。3.3分型面的選擇及型

7、腔布置3.3.1 分型面的選擇分型面的位置直接影響模具使用、制造及塑件質(zhì)量，因此必須選擇合理的分型面，一般應(yīng)考慮到的因素有：塑件形狀，尺寸厚度，澆注系統(tǒng)的布局，塑料性能及填充條件，成型效率及成型操作，排氣及脫模，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，制造容易等等7。對(duì)于該塑料制件分型如下： 圖4.1分型面的選擇對(duì)以上兩種分型面進(jìn)行比較，根據(jù)分型面的選擇要求，可以看出圖b較好； 圖4.1所示截面作為分型面，它是塑件最大截面。大孔在開(kāi)模方向上成采用一模兩件，能夠適應(yīng)生產(chǎn)的需求，潛伏式點(diǎn)澆口，澆口去除方便，模具結(jié)構(gòu)孔不復(fù)雜，容易保證塑件質(zhì)量。3.4注射機(jī)的選擇8由圖可知本制件應(yīng)用一模兩腔。3.4.1 制件體積的計(jì)

8、算由于塑件形狀不規(guī)則，可通過(guò)CAD制圖軟件pro/e對(duì)其進(jìn)行體積分析，分析得其體積為： V件=57.9cm3=1.021.16g/cm3澆注系統(tǒng)的體積取塑件的20%，則：V澆注= V件×20%=57.9×20%=11.58cm3V總=2V件+ V澆注=127.37cm3其總質(zhì)量為：M總= V總=127.37×1.10=140.11g 2.1.2注射機(jī)的選擇為了保證制件的質(zhì)量，又可充分發(fā)揮設(shè)備的能力，注射模一次成型的塑料重量應(yīng)在注射機(jī)理論注射量的50%80%之間為好，則：V注=V總÷80%=159.22cm3初選注射機(jī)型號(hào)：SZ-160/1000，由上海第

9、一塑料機(jī)械廠生產(chǎn)的臥式塑料注射機(jī)，其相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2.1。表4.1 SZ-160/1000型注射機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)理論注射量/ cm3179螺桿直徑/44拉桿間距/mm360×260注射壓力/Mpa132鎖模力/KN1000 模具厚度/ 最大 最小360170移模行程/280 噴嘴/ 球半徑 孔直徑1033.4.2注射機(jī)校核71、最大注射量的校核模具型腔能否充滿與注塑機(jī)允許的最大注射量密切相關(guān)，設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)保證注射模內(nèi)所需熔體總量在注射機(jī)實(shí)際的最大注射量的范圍內(nèi)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，注射機(jī)的最大注射量是起允許最大注射量（額定注射量）的80%，由此有： nm1+m280%m 式中 m1單個(gè)塑件質(zhì)量體

10、積 m2澆注系統(tǒng)所需質(zhì)量或體積 m注射機(jī)允許的最大注射量 nm1+m2=127.3780%m=80%×179=143.2 符合要求2、鎖模力的校核注射機(jī)鎖模力（）的校核關(guān)系式應(yīng)為：= （n A1+A2）/1000式中 n-型腔數(shù)目；n=2； -塑料件熔體對(duì)型腔的成型壓力（MPa）； A1-單個(gè)塑料件在模具分型面上的投影面積（cm2）； A1=1.9×2.8+3.14×（2.12-1.552）cm2=11.7 cm2A2-澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積（cm2）；A2=3.14×1.82=10.17 （cm2）。由資料8查表2-2可知，ABS的熔體壓力為

11、30/MPa。代入數(shù)據(jù)得： =30×（2×11.7+10.17）×102/1000=100.7 KN該注射機(jī)型號(hào)的鎖模力為1000 KN100.7 KN故符合要求。3、最大注射壓力的校核注射機(jī)的最大注射壓力應(yīng)大于或等于塑件成型時(shí)所需的注射壓力，即 式中 -注射機(jī)的最大注射壓力； -塑料件成型時(shí)所需的注射壓力。ABS取7090MPa； -安全系數(shù)，取=1.3。代入數(shù)據(jù)得： =1.3×80=104 MP=132 MP104 MP 故符合要求。4、模具厚度校核由于注射機(jī)可安裝模具的厚度有一定限制，所以設(shè)計(jì)模具的閉合厚度必須在注射機(jī)允許安裝的最大模具厚度及最小模

12、具厚度之間，即 式中 -注射機(jī)合模部件允許的最小模厚（mm）； -注射機(jī)允許的最大模厚（mm）。代入數(shù)據(jù)得： =278 mm 滿足 =200 mm=278 mm=300 mm 故符合要求。5、開(kāi)模行程的校核單分型面注射模SmaxS=式中 Smax -注射機(jī)動(dòng)模板的開(kāi)模行程（mm）； -塑件頂出距離（mm）； -包括澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的塑件高度（mm）。 代入數(shù)據(jù)得： =300 mm50+80+10=140 mm 滿足條件。故可以選擇SZ-160/1000型注射機(jī)。3.5模架的選擇本方案采用GB/T1225.612556.2-1990中小型標(biāo)準(zhǔn)A2型模架9，模具定模和動(dòng)模均采用兩塊模板，設(shè)置推桿推

13、出機(jī)構(gòu)。適用于直接澆口，其模板尺寸選用355×560。模具的實(shí)際閉合高度為278mm在該模架的最大閉合高度和最小閉合高度之間，符合設(shè)計(jì)要求。圖4.2 標(biāo)準(zhǔn)模架3.6 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問(wèn)題。澆注系統(tǒng)的作用，是將塑料熔體順利地充滿到模腔深處，以獲得外形輪廓清晰，內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑料制件。澆注系統(tǒng)的好壞，直接影響到熔體的充填程度，氣孔的存在與否，甚至制件的工藝性能，通常要求充模過(guò)程快而有序，壓力損失小熱量散失少，排氣條件好，澆注系統(tǒng)凝料易于與制品分離。澆注系統(tǒng)一般均由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成10。 3.6.1 主流道的設(shè)計(jì)主流道是澆注系統(tǒng)中

14、從注射機(jī)噴嘴與模具相接觸的部位開(kāi)始，到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道。因主流道部分在成型過(guò)程中，其小端入口處與注射機(jī)噴嘴及一定溫度、壓力塑料熔體要冷熱交替反復(fù)接觸，屬于易損件，對(duì)材料要求較高，所以模具的主流道部分設(shè)成可拆卸更換的主流道襯套式，以便有效地選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理。主流道襯套設(shè)置在模具的對(duì)稱中心位置上。主流道設(shè)計(jì)如圖4.3所示 ，其主要參數(shù)為：d=碰嘴直徑+1mm=4mm；R=碰嘴球面半徑+23mm=13mm；=2°6°；r=D/8；H=（1/32/5） R=4mm。 3.6.2分流道設(shè)計(jì)選擇分流道的截面形狀為梯形。梯形截面分流道容易加工，且塑料熔體的熱

15、量散失及流動(dòng)阻力均不大，一般可以采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算截面尺寸： B= =0.2654×140.11×1/2×18×1/4=6.6mmH=2/3B=2/3×6.6=4.4其中，B梯形的大底邊寬度（mm）m塑件的質(zhì)量（g） L分流道的長(zhǎng)度（mm）H梯形的高度（mm） 梯形的側(cè)面斜角a常取5°10°3.6.3 澆口設(shè)計(jì)澆口是塑料熔體進(jìn)入型腔的閥門，對(duì)塑件質(zhì)量具有決定性的影響。為了保證三通管外觀質(zhì)量，應(yīng)設(shè)計(jì)為潛伏式澆口，這類澆口的分流道位于分型面上，而澆口本身設(shè)在模具內(nèi)的隱蔽處，塑料熔體通過(guò)型腔側(cè)面斜向注入型腔，因而塑件外表不受

16、損傷，不致因澆口痕跡而影響塑件的表面質(zhì)量及美觀效果。如圖4.4 圖4.4 3.7側(cè)向分型及抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)按動(dòng)力來(lái)源的不同,側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)一般可分為手動(dòng),機(jī)動(dòng),氣動(dòng)或液壓三類.這里我們選用的是機(jī)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)中的斜導(dǎo)柱分型抽芯.（1）型芯:塑件為形狀有規(guī)則排列而又難于整體加工,所以采用由多塊分解的小型芯鑲拼組合而成的組體型芯,即鑲拼組合式型芯.（2）脫模力(抽芯力)塑件在模具中冷卻定型時(shí)，由于冷縮的原因，物料溫度降低，直至復(fù)原到常溫這個(gè)過(guò)程，尺寸逐漸減小，塑件對(duì)型芯產(chǎn)生一個(gè)包緊力。因此在塑件脫模時(shí)必須克服這一包緊力所產(chǎn)生的脫模力的阻力，塑件同時(shí)還需克服與型芯之間的黏附力和摩擦力及抽芯機(jī)構(gòu)本身所

17、產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)摩擦合力才能將型芯脫開(kāi)。這幾種合力即為脫模力M，在側(cè)抽芯動(dòng)作中稱抽芯力，在頂出動(dòng)作中稱頂出力10。塑件底面帶通孔的脫模力（抽芯力）的計(jì)算公式: -塑件對(duì)側(cè)型芯的收縮應(yīng)力。一般 模內(nèi)冷卻的塑件，=(0.8-1.2)×107 pa-塑件包緊側(cè)型芯成型部分的側(cè)面積，m2-塑件與模體鋼材的摩擦系數(shù)，一般取=0.1-0.3-脫模斜度 0°（3）抽芯距抽芯距是指?jìng)?cè)抽芯從成型位置側(cè)抽至不妨礙塑件頂出的位置時(shí)，側(cè)型芯所移動(dòng)的距離. (2.10)-側(cè)向凸臺(tái)高度，-實(shí)際抽芯距，3.8 楔緊塊的設(shè)計(jì)楔緊塊用于在模具閉合后鎖緊滑塊，承受成型時(shí)塑料熔體對(duì)滑塊的推力，以免斜導(dǎo)柱彎曲變形。但是

18、在開(kāi)模時(shí)，又要求楔緊塊迅速離開(kāi)滑塊，以免阻擋斜導(dǎo)柱帶動(dòng)滑塊抽芯，因此楔緊塊的傾斜角度應(yīng)稍大于斜導(dǎo)柱的傾斜角度，一般取比斜導(dǎo)柱的傾斜角度大23度，所以選擇楔緊塊的傾斜角為22°，如圖4.6。圖4.6 楔緊塊3.9 側(cè)滑塊設(shè)計(jì)滑塊是斜導(dǎo)柱側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)中的一個(gè)重要零件，它上面安裝有側(cè)向型芯，滑塊結(jié)構(gòu)形式有整體式和組合式。本設(shè)計(jì)采用組合式?；瑝K材料通常用45鋼或T10，T8制造，淬硬至45HRC以上，在設(shè)計(jì)中取用T8來(lái)制造，形狀尺寸如圖4.7。圖4.7 側(cè)滑塊3.10 滑塊的導(dǎo)滑槽為了滑塊的滑動(dòng)，應(yīng)該設(shè)置有導(dǎo)滑槽，導(dǎo)滑槽應(yīng)使滑塊運(yùn)動(dòng)平衡可靠，二者之間上下、左右各有一對(duì)平面配合，配合取H7

19、/f7，其余各面留有間隙，滑塊的導(dǎo)滑部分設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度是130mm, 超過(guò)了滑塊滑動(dòng)的最大距離，因此，長(zhǎng)度足夠，可以避免滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生傾斜。此外，導(dǎo)滑槽應(yīng)該有足夠的耐磨性，由45鋼或T10，T8制造，硬度在50HRC以上。3.11 定位裝置設(shè)計(jì)限位裝置起限制滑塊的滑動(dòng)終止位置的作用，本設(shè)計(jì)采用彈簧鋼球式定位裝置。彈簧直徑可選11.5mm，鋼球直徑可取510mm。 3.12 拉料桿和冷料穴設(shè)計(jì)冷料穴一般開(kāi)設(shè)在主流道對(duì)面的 動(dòng)模板上，其標(biāo)稱直徑與主流道直徑相同或略大一些，深度約為直徑的11.5倍，最終要保證冷料的體積小于冷料穴的體積。本設(shè)計(jì)采用帶倒錐形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。結(jié)構(gòu)如圖4.9： 圖4.

20、9 冷料穴及拉料桿3.13 側(cè)型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)型芯的結(jié)構(gòu)如圖4.10所示，采用燕尾形式聯(lián)結(jié)。 圖4.10 側(cè)型芯3.14 推出機(jī)構(gòu)1. 導(dǎo)柱、導(dǎo)套本次設(shè)計(jì)，選用=32mm、L=50mm的導(dǎo)柱以及與之配合的導(dǎo)套。如圖4.112. 推板、復(fù)位桿為了不影響滑塊的滑動(dòng)，可布置四個(gè)直徑為=20、L=130的復(fù)位桿。在合模狀態(tài)下介于滑塊導(dǎo)滑板與推板之間，利用合模力復(fù)位。開(kāi)模后，塑件包緊動(dòng)模型芯的力比較大，采用推板推出塑件，推出力比較平穩(wěn)，塑件不易發(fā)生變形。由于型芯結(jié)構(gòu)的特殊性，故將推管設(shè)計(jì)成圖4.12形狀。 圖4.11導(dǎo)柱和導(dǎo)套 圖4.12 推板3.15 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算3.15.1模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)因AB

21、S要求的模溫為4070攝時(shí)度，不超過(guò)80攝時(shí)度，故無(wú)須設(shè)置加熱裝置。3.15.2模具系統(tǒng)的熱平衡計(jì)算7 進(jìn)行注射過(guò)程熱平衡計(jì)算，就是計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)熔體固化放出熱量等于冷卻水所攜走的熱量 式中： -塑料熔體每小時(shí)冷卻固化所放出的熱量（KJ/h）；-每小時(shí)注射次數(shù)；-每次注射的塑料用量（Kg）；-每小時(shí)注射的塑料量（Kg）-每千克塑料熔體凝固時(shí)放出熱焓量（KJ/Kg）；由資料11表4.9-1得=400 KJ/Kg。設(shè)注射周期為60s，則 n=3600/60=60=400×60×0.143360KJ·h-1冷卻水每小時(shí)從模具攜走熱量 式中 -冷卻水每小時(shí)的用量（kg/h

22、）；-冷卻水的比熱容，4.187KJ/Kg·ºC；-模具的出水溫度ºC；-模具的進(jìn)水溫度ºC。由熱平衡條件=可得：其中，取為28ºC；為22ºC；則 = 133.75 （kg/h）湍流計(jì)算經(jīng)計(jì)算保證冷卻水在水管中處于湍流狀態(tài)，從而獲得冷卻水的體積流量，并確定相應(yīng)的管徑，由水的密度=和每小時(shí)用水量，可換算得冷卻水的體積流量 = （） =0.0022由資料11表4.9-2查得：冷卻水管的直徑為 。則冷卻水流速 （） =0.0202 2.78 冷卻面積計(jì)算以冷卻水的平均溫度=25查資料表4.9-3得冷卻水物理性質(zhì)參量的函數(shù)=6.48。由式 =40118.5則所需冷卻面積 =則所需冷卻面積 =代入數(shù)據(jù) =0.00335m2模具應(yīng)開(kāi)設(shè)的冷卻管道的孔數(shù)為 n=0.75 取n=1。所以在分型面兩側(cè)各布置了一尺寸為4，長(zhǎng)度