三通注塑件注射工藝與模具設計

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。三通注塑件注射工藝與模具設計水管三接頭 常州機電職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）作 者： 學 號： 系 部： 專 業(yè)： 模具設計與制造（CADCAM） 題 目： 三通注塑件注射工藝與模具設計 指導者：評閱者：三通塑件摘要：隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，塑料生產(chǎn)及塑料成型的應用愈來愈廣泛，塑料模具的應用越來越多。因此模具設計的要求也是日新月易。生產(chǎn)出更好的服務社會，造福人類。1緒論該說明書是對三通管塑料件進行塑料模具設計。根據(jù)產(chǎn)品結構、產(chǎn)品材料、塑件分析計算結果等因素確定采用注射模。該設計大體包括：整副模具由成型部

2、分、側向分型與抽芯部分、澆注部分、導向與定位部分、推出與復位部分、固定與支承部分、等部分組成。一模兩件，采用一次分型，側澆口進料。側向分型與抽芯結構采用的是斜導槽抽芯機構；合模導向采用導柱導向；推出機構采用推管推出；復位機構采用的是復位桿。該說明書對模具各個系統(tǒng)及成型零件的設計過程做了較詳細的介紹，具體見正文。關鍵詞：三通管注射模斜導槽側抽芯 推管推出機構2塑件分析以下部分數(shù)據(jù)由PRO/E2001輔助設計測得。2.1 單件塑料制品的體積估算：1129.4632.2 單件制品的質量估算：制品材料的密度是1.351.45g/cm3，平均密度為1.4 g/cm3，則 M1=1.4g/cm3×

3、;129.46cm3 181.25g2.3 單件塑料制品在分型面上的投影面積： S1=120×58 =6960mm2 =69.6cm22.4 澆注系統(tǒng)中凝料的體積估算： V26.51 cm32.5澆注系統(tǒng)中凝料的質量估算： M2=1.4g/cm3×6.51cm3 =9.11g2.6澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積： S2=2.87cm2分析：上圖是三通管的零件圖。從制品零件圖和計算結果可知，制品的形狀比較簡單，無復雜型面，壁較厚，易形成產(chǎn)品系列。但是外觀質量要求高，表面粗糙度低，耐壓等級高，要求成型情況良好，不應有明顯和較長的熔接痕。制品材料為RPVC。3塑料材料的成型特性和工

4、藝參數(shù)根據(jù)設計課題說明書，該制品的材料為RPVC硬聚氯乙烯。硬聚氯乙烯的強度較高、質硬、介電性能好，化學穩(wěn)定性好，抗酸堿能力強。但耐熱性不高。具有抗拉、抗壓、抗彎、抗沖擊的性能，它的粒料可用來制造機械零件、電氣絕緣用品、管道、板料、型材等。3.1硬聚氯乙烯有以下成型特性：3.1.1 成型時流動性差。3.1.2成型時極易分解，特別是在高溫下與鋼、銅接觸時在200°C就會分解，分解時有腐蝕性氣體HCL產(chǎn)生。3.1.3成型的溫度范圍窄，成型溫度與分解溫度接近。3.2對模具和成型條件的要求：3.2.1對模具結構要求。模具應選用耐腐蝕的鋼材或鍍鉻；模具流道直徑應大，流道長度應短，流道和澆口表面

5、應拋光，所有常規(guī)的澆口都可以使用。如果加工較小的部件，最好使用點澆口或潛入澆口。對于較厚的部件，最好使用扇形口，點澆口或潛入式澆口的最小直徑應為1mm，扇形澆口的厚度不能小于1mm。因為三通的尺寸比較大，壁較厚4mm，就可以采用側澆口澆注。3.2.2 對成型工藝條件的要求：溫度：熔料溫度：185°C205°C，模具溫度：20°C50°C。壓力：注射壓力：可大到150MPa，保壓壓力：可大到100MPa。注射速度：為避免材料降解，一般要采用較高的注射速度。查塑料模塑成型技術，得到硬聚氯乙烯RPVC的相關工藝參數(shù)如表3-1：表3-1塑料名稱硬聚氯乙烯RPVC

6、密度（g/mm3）1.351.45計算收縮率0.61.0注射壓力（MPa）80130螺桿轉速（r/min）2040適用注射機類型螺桿式4設備的選用及相關參數(shù)的設定 4.1注射機的選用本設計中選擇的注射機型號為AT-200C，其主要參數(shù)如表4-1：表4-1結構類型立式理論注射容量/mm3478注射壓力/MPa145鎖模力/KN2000拉桿內間距/mm490×420開模行程/mm400最大模具厚度/mm870最小模具厚度/mm200噴嘴球半徑/mm15噴嘴口直徑/mm3頂出行程/mm1004.2型腔數(shù)目的確定模具的型腔數(shù)目可以根據(jù)塑料制品的產(chǎn)量、精度高低、模具制造成本以及所選用的注射機的

7、最大注射量或鎖模力的大小等因素來確定。小批量生產(chǎn)，常采用單型腔模具；大批量生產(chǎn)，一般采用多型腔模具。當塑件制品尺寸較大時，型腔數(shù)目將受到所選用的注射機允許的最大成型面積和注射量的限制。由于多型腔的各個型腔的成型條件以及熔體到達各型腔的流程長度也難以取得一致，所以制品精度高的時候，型腔數(shù)以少為宜。根據(jù)所給制品的精度（查資料得有些尺寸為5級）為一般精度，而且為大批量生產(chǎn)，制品形狀簡單，但制品體積較大，且抽芯距離大，需設置側向抽芯機構?，F(xiàn)根據(jù)所選用注射機的最大注射量來確定型腔數(shù)目n。n=（kv1-v2）/v3 （5-1）式中 k注射機最大注射量的利用系數(shù)，取k=0.8 v1注射機最大注射容量，取47

8、8mm3 v2模具澆注系統(tǒng)中凝料的體積 v3單件塑件的體積即 n=（0.8×478-6.51）/129.463考慮到模架的大小以及零件的布排，所以確定本設計中型腔數(shù)目為2。5澆注系統(tǒng)的設計5.1注射模具的澆注系統(tǒng)是指熔體從注射機噴嘴開始到型腔為止的流動通道。對其要求是：將熔體平穩(wěn)地引入型腔，使之按要求填充型腔，使型腔內的氣體順利地排出；在熔體填充型腔和凝固的過程中，能充分的把壓力傳到型腔各部位，以獲得組織致密、外形清晰、尺寸穩(wěn)定的塑料制品。所以，澆注系統(tǒng)的設計十分重要。澆注系統(tǒng)的設計正確與否是注射成型能否順利進行，能否得到高質量塑料制品的關鍵。設計注射模具時，澆注系統(tǒng)應遵循以下基本原

9、則：a) 適應塑料的工藝性b) 排氣良好c) 流程要短d) 避免料流直沖型芯或嵌件e) 防止塑料制品變形f) 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積應盡量小，容積也盡量小g) 整修方便，保證制品外觀質量h) 澆注系統(tǒng)的位置盡量與模具的軸線對稱，澆注系統(tǒng)與型腔的布置應盡量減小模具的尺寸根據(jù)注射模的結構不同，澆注系統(tǒng)的組成也有所不同，本設計中，澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口及冷料穴四個部分組成。以下為各個部分的設計過程。5.2主流道設計主流道一般位于模具中心線上，它與注射機噴嘴的軸線重合，以利于澆注系統(tǒng)的對稱分布。主流道截面形狀通常采用圓形，為了便于流道凝料的脫出，主流道設計成圓錐形，其錐度a=26

10、6;，內壁粗糙度Ra小于0.4µm，小端直徑D一般取36mm，且大于注射機噴嘴口直徑d約0.51mm，主流道的長度由定模座板和定模板厚度確定，一般L不超過60mm。本設計中，截面形狀設計為圓錐形，由于塑料為RPVC，其流動性差，其主流道截面尺寸設計大一些，所以其錐度取4°。內壁Ra為0.4µm，小端直徑比噴嘴直徑大1mm，而所選用的注射機噴嘴直徑為3mm，所以小端直徑取4mm，長度L取52mm，球面半徑比噴嘴大12mm，取16mm，主流道及澆口襯套截面形狀尺寸如圖5.1。 圖5.15.3分流道設計在制品尺寸較大，采用多澆口進料的注射?；蚨嘈颓惑w時需設分流道。分流道

11、應使熔體較快地充滿整個型腔，流動阻力小，熔體降溫少，并能將熔體均衡分配到各個型腔。5.3.1.分流道截面形狀和尺寸確定常見的分流道的截面形狀有圓形、梯形、U形、半圓形和矩形。根據(jù)流動力學和傳熱學原理可知，在同等的過流橫截面積的條件下，橫截面為正方形的流動阻力最大，傳熱最快，熱量損失最大，因此對熱塑性塑料注射模而言，不宜采用正方形的分流道。而圓形截面流動阻力最小，熱量損失最小，熔體降溫最慢，因而對熱塑性塑料注射模具而言，分流道截面形狀宜采用圓形。加工制造困難一點。半圓形和矩形截面的分流道比表面積較大，較少采用，但是加工方便。本設計中，考慮到塑料注射成型的需要，以及流動阻力和制造難易程度，確定分流

12、道截面形狀為圓形。分流道截面尺寸應按塑料制品體積、制品形狀和壁厚、塑料品種、注射速率、分流道長度等因素確定。在多型腔注射模具中，要求各型腔的制品表面質量和內部性能差異不大，所以流道的布置要合適，分流道的布置有平衡式和非平衡式兩種，在本模具的設計過程中，為了保證制品質量，采用平衡式布局。分流道長度根據(jù)型腔布局設計，分流道表面粗糙度Ra=1.6m。尺寸半徑5，長度是30，結構見裝配圖。5.4澆口設計澆口的基本作用是使從分流道來的熔體產(chǎn)生加速，以快速充腔。澆口的形式、大小、數(shù)量及位置的確定在很大程度上決定了制品的好壞，也影響成型周期長短。對于熱敏性塑料RPVC，澆口尺寸過小時，在澆口處塑料會過熱，從

13、而導致塑料變質。在這種情況下，澆口截面面積應適當增大，但澆口過大，注射速率降低，熔體溫度下降，制品可能產(chǎn)生明顯的熔接痕和表面云層現(xiàn)象。因此，澆口尺寸必須適當。澆口在通常情況下有直接澆口、中心澆口、側澆口、點澆口、潛伏式澆口等幾種形式。在本設計中采用的是側澆口進料，它又稱為邊緣澆口。一般情況下，側澆口均開設在模具的分型面上，從制品側面邊緣進料，它能方便的調整澆口尺寸，控制剪切速率和澆口封閉時間，是被廣泛應用的一種澆口形式。一般澆口截面積與分流道的截面積之比為0.030.09。長度盡可能短，大約為11.5mm，大型制品取23mm，先取尺寸的下限，然后在試模中進行修正。澆口厚度一般取制品厚度的1/3

14、2/3，先取尺寸的下限，然后在試模中進行修正。側澆口一般采用矩形澆口。側澆口適用于一模多件，也正適合于本設計的情況。能大大提高生產(chǎn)效率，去除澆口方便，但壓力損失大，保壓補縮作用比直接澆口小，殼體件排氣不便，易產(chǎn)生熔接痕、縮孔等缺陷。RPVC為熱塑性塑料，且制品壁厚大于3mm，制品形狀簡單，本設計中采用的是截面形式為矩形的側澆口。查有關資料，得澆口形狀及尺寸如圖5.3。圖5.35.5冷料穴設計冷料穴是用來儲藏注射間歇期間噴嘴所產(chǎn)生的冷料頭和最先射入模具澆注系統(tǒng)的溫度較低的部分熔體，防止這些冷料進入型腔而影響制品質量，并使熔體順利充滿型腔。本設計中采用帶頂桿的Z字形冷料穴。6排氣、引氣系統(tǒng)設計6.

15、1排氣系統(tǒng)設計排氣系統(tǒng)作用是將型腔和澆注系統(tǒng)中原有的空氣或成型過程中因固化反應產(chǎn)生的氣體順利地排出模具之外，以保證注射過程的順利進行。尤其是高速注射和熱固性塑料注射成型，排氣是很有必要的。否則，被壓縮的氣體所產(chǎn)生的高溫將引起制品局部燒焦炭化，或產(chǎn)生氣泡，還可能產(chǎn)生熔接痕等。排氣方式有開設排氣槽和利用模具零件的配合間隙排氣。在大多數(shù)情況下可利用模具分型面或模具零件間的間隙自然排氣，這時可不另開排氣槽。在本設計中，可以利用模具分型面以及滑塊與型腔之間的間隙排氣，也就沒必要設計排氣槽了。6.2引氣系統(tǒng)設計排氣是制品成型的需要，而引氣是制品脫模的需要。對于一些深殼形的大型制品，注射成型后，型腔內氣體被

16、排出，在推出制品的初始狀態(tài)，型芯外表面與制品表面之間基本形成真空造成制品脫出困難。如采取強行脫模，制品勢必會變形或損壞，因此需要設置引氣裝置。在本設計中，采用的是整體凹模，但是還有側向分型與抽芯機構，滑塊與型腔存在配合間隙，以及推管推出機構，因此不會形成真空，也不會對脫模造成困難，也就不需要設置引氣裝置了。7成型零件的設計與校核7.1.1分型面的選擇分型面的形狀有平面、斜面、階梯面、曲面。分型面應盡量選擇平面，但是為了適應制品的成型需要及便于制品脫模，也可以采用其它三種分型面。7.1.2 分型面選擇的原則1. 應便于塑料制品的脫模，2. 應利于側面分型與抽芯，3. 應保證塑料制品的質量，4.

17、應有利于防止溢料，5. 應有利于排氣，6. 應盡量使成型零件便于加工，7. 必須考慮注塑機的技術參數(shù)。 針對三通塑件的結構形式，初步設定三種分型形式。如圖7.1，選擇此種形式，則在動、定模板上均需安裝型芯，且型芯深度均較深，從模具結構上來說，動、定模板上均有深孔型腔，則成型零部件加工困難。由于型芯深度較深，在產(chǎn)品成型脫模時，則不知產(chǎn)品是否留在動模型芯上，需設置雙推出機構，還需有較大的開模行程，從而致使模具結構復雜。如圖7.2，該分型形式相對前面一種，定模板深度較淺，型腔結構制造簡單，在脫模時，產(chǎn)品留在了型芯上，只要設置一次推出機構。從而使模具結構簡單。第三種的圖形和圖7.2是一樣的，只是它是把

18、三通管平放的。前面是一個接口，左右各一個接口。這種結構和第二種差不多只是把第二種的沿長的一段(120mm)的中心線旋轉了90度，開模行程可以更小，但是要前方和左右三方同時抽芯也較麻煩。因為是大批量生廠，必須是2腔才好。而第二種就比較的好設置兩腔了，在本設計中，根據(jù)制品要求及以上分型面選擇的原則綜合考慮確定為第2種水平分型面形式。 圖7.1 圖7.27.2成型零件的結構設計7.2.1凹模的結構設計凹模是成型塑料制品外形的主要零件。根據(jù)塑料制品成型的需要和加工裝配的工藝要求，凹模有整體式和組合式兩種。組合式凹模的組合方式常用的有以下幾種：嵌入式、鑲拼式、瓣合式。在本設計中，采用的是整體式凹模，具體

19、結構、尺寸見零件圖。7.2.2凸模的結構設計凸模是成型制品內表面的成型零件。根據(jù)型芯所成型零件內表面大小不同，通常又有型芯和成型桿之分。在本設計中，成型制品的型芯均為主型芯。型芯同樣分整體式和組合式兩種。整體式型芯與模板為整體，其結構簡單、牢固，成型的制品質量較好，但消耗貴重鋼材多，且不便于加工。而采用組合式型芯的優(yōu)缺點與組合式凹?；鞠嗤ＴO計和制造這類型芯時，必須注意提高拼塊的加工和熱處理工藝性，拼接必須牢靠緊密。在本設計中，型芯均采用整體嵌入式，并以壓入式固定，具體結構、尺寸見零件圖。7.3成型零件工作尺寸計算成型零件工作尺寸的計算方法有兩種：第一種是按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損

20、量計算，即平均值法；第二種是極限值法。本設計采用的是平均值法。平均收縮率的取值，查資料得RPVC的收縮率范圍為0.61.0%。本設計中取0.8%。成型零件的制造誤差Z=/3（指塑料制品的公差，本設計中未標注公差的按5級精度計算）。查塑料模塑成型技術表3-7塑料制品公差數(shù)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在試模時進行修配,從而減小配合間隙。其中只有50的配合尺寸標了公差+0.45，其余的是自由尺寸，可以按8級精度取值。查塑料模塑成型技術表3-7塑料制品公差數(shù)值表（SJ1372-78）取值。表7-1類型模具名稱塑件尺寸計算公式值工作尺寸 型芯的

21、計算主型芯60h1.4061.41160.8016.6646l1.2047.31500.4050.73側型芯120h2.00122.29160.8016.6650l0.4050.73461.2047.31型腔的 計算定模型腔58L1.4059.82120H2.00119.63動模型腔58L1.4057.41120H2.00119.63601.4059.82 7.4塑料模型腔側壁和底板厚度的計算 由于型腔的形狀、結構形式和支承方式是多種多樣的，因此型腔側壁和底板厚度的計算比較復雜。設計計算時必須根據(jù)模具的結構，型腔受力狀態(tài)，建立較為符合實際的力學模型，應用合適的強度和剛度計算公式進行計算。 對于

22、大尺寸的型腔，剛度是主要矛盾，應首先對模具剛度提出較高要求，設計型腔側壁和底板厚度時應按剛度計算。在本設計中，型腔采用的是整體嵌入式組合凹模，形狀為圓形，所以在計算型腔側壁和底板厚度的時候，按照圓形計算，取最大值。具體過程如下： 7.4.1側壁厚度計算 圓形：t=r（-1） (7-1) t指側壁厚度 r指型腔半徑，在本設計中r=29mm 型腔材料的許用應力，45號鋼為160Mpa，一般常用模具鋼為200Mpa P型腔內塑料熔體壓力，查資料得取p=24.5Mpa 所以 t=29×（-1） 4.38mm 因此，該模具型腔厚度取5mm。7.4.2底板厚度的計算 圓形 h= (7-2) P型

23、腔內塑料熔體壓力，查資料取p=24.5Mpa R型腔半徑，本設計中r=29mm 型腔材料的許用應力，一般常用模具鋼為200Mpa 所以 h= 11.17mm 因此，該模具型腔底板厚度取12mm。8側向分型與抽芯機構設計本設計中，制品側壁上有與開模方向不同的側向孔，阻礙制品成型后直接脫模，因此須將成型側孔的零件做為活動的，即做成型型芯。在制品脫模之前抽出側型芯，然后再從模具中推出制品。 側向分型與抽芯機構按其動力來源可分為手動、機動、液壓或氣動三大類。在本設計中，選用斜導槽抽芯機構。 8.1抽芯距的確定 抽芯距是指側型芯從成型位置抽到不妨礙制品取出位置時，側型芯在抽拔方向所移動的距離。抽芯距一般

24、應大于制品側孔深度或凸臺高度23mm，即 S抽=h+（23）mm （8-1） S抽抽芯距 h最大側孔深度，在本設計中，h=60mm 所以 S抽=60+2=62mm 8.2抽芯力的計算 影響抽芯力的因素很多且相當復雜，精確計算抽芯是十分困難的。在設計抽芯機構時，應全面分析，找出主要影響因素進行粗略計算。 如圖8.1所示側型芯受力分析：圖8.1 從圖8.1中可知：摩擦力F3=f×（F2-F1×sina） （8-2） 式中：F3摩擦力 F1因塑料制品收縮產(chǎn)生的對側型芯的包緊力造成的抽芯阻力 a脫模斜度，a=1° f摩擦系數(shù)，一般取0.51.0，本設計中取f=0.5 依據(jù)

25、受力圖可列出平衡方程式： =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塑料制品收縮對型芯單位面積的正壓力。制品在模內冷卻，P取19.6Mpa A塑料制品包緊側型芯的側面積 所以F2=19.6×（21×23×60） 169861.44N 那么F=/（1+ 0.5×0.9998×0.0175） 81231.12N 所以，要將側型芯從塑料制品中抽出，

26、抽出力Fz為 Fz=F =81231.12N8.3 滑塊與導滑槽的設計 8.3.1側型芯與滑塊的連接方式 在本設計中，側型芯與滑塊采用銷釘固定。見圖8.2。 圖8.2 8.3.2滑塊的導滑方式 為了確保側型芯可靠的推出與復位，確保側滑塊在移動的過程中平穩(wěn)，無上下竄動和卡死現(xiàn)象?；瑝K和滑槽必須很好發(fā)配合和導滑?；瑝K和導滑槽的配合一般采用H8/f7。 9脫模機構設計9.1脫模力的計算F=P×A P型腔內熔體壓力，查資料得P=24.5Mpa A型腔內表面接觸面積，在本設計中，A=10440mm 所以F=24.5×10440 255.78KN9.2推出機構設計推出機構設計原則（a）

27、盡量使塑件留在動模上 （b）保證制品不變形、不損壞 （c）保證制品外觀良好 （d）結構可靠 9.2.1推出機構選用在本設計中，選擇推管推出，推管以壓入式固定在推管固定板上。所選推管的結構如圖9.1。 如圖9.19.2.2復位機構選用在本設計中選擇復位桿復位，具體結構形式見裝配圖。10合模導向機構設計設計導向機構是為了模具合模有正確的位置，以提高制品成型質量。另外，它還可以提高模具壽命。一般注射模具采用的導向機構是導柱、導套，在本設計中采用的是四對導柱導套導向，且均為標準件。是標準模架帶來的，直接在燕秀工具箱插入。11支承零件的選用11.1支承零件的選用塑料模具的支承零件包括動模座板、定模座板、動模板、定模板、支承板等。本設計查相關資料塑料模具設計，選取標準三板式模架，該模具支承零件的組合圖如下：11.2連接零件的選用在本設計中所用到的連接零件主要為螺釘，均為標準件。12注射機相關參數(shù)的校核12.1最大注射量的校核為了保證正常的注射成型，注射機的最大注射量應大于制品的質量或體積。當注射機最大的注射量以最大注射體積標定時，按下式校核：KVV= （12-1）式中 V注射機的最大注射量 一個制品的體積 流道凝料的體積 V制品的總體積（包括制品、流道凝料在內） n型腔數(shù)，n=2 K注射機最大注射