外螺紋液壓管四通管接頭注塑模具設計【15張CAD圖紙+PDF圖】

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桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文） 編號： 畢業(yè)設計說明書 題 目： 外螺紋液壓管接頭四通管注塑模具設計 院 （系）： 國防生學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學生姓名： 黃志勇 學 號： 1000110103 指導教師單位： 機電工程學院 姓 名： 曹泰山 職 稱： 講 師 題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術研究 ¨軟件開發(fā) 2014年 5月 4 日 摘 要 模具設計是工業(yè)生產中的重要工藝，是我國經濟發(fā)展體系里的重要因素，好的模具能節(jié)省材料節(jié)省人力，節(jié)省時間，因此受到廣泛的關注。注塑模是模具設計里的一種重要成型工藝，它主要用于熱變形塑料的成形，也可以成形熱固性塑料。它的生產效率極高，并且非常容易實現自動化，最重要的是生產出來的塑件質量都很好。注塑模形式多樣，內容多樣，結構復雜，對于它的發(fā)展也不會就此止步。 本次畢業(yè)設計的主要任務是對外螺紋液壓管接頭四通管模具的設計，也就是設計一副注塑模具來生產外螺紋液壓管接頭四通管的塑件產品，以實現自動化提高產量。主要內容包括緒論、塑件的結構及成型工藝分析、材料的選擇及成型工藝、注射機的選擇及校核、模具的工作及結構原理、澆注系統的設計、成型零部件的設計、側向分型機構的設計、合模導向機構的設計、溫度調節(jié)系統的設計、排氣系統的設計、頂出機構的設計、支撐零部件的設計等。在設計過程種運用到了Proe3.0軟件對塑件進行三維造型，通過使用AutoCAD來設計整套模具，并運用CAXA/CAD對其裝配圖與零件圖等進行表述，設計過程中也借鑒到很多學者的著作，設計相對充實。 本文是探究四通管的注塑模具設計，詳細描述了整套模具的設計過程。通過對整個模具設計的過程，進一步加深對注塑成型工藝的了解，同時也鞏固了對成型工藝的類型、結構、工作原理等的理論知識，以及在實踐中總結并掌握模具設計的關鍵要點和設計方法。 關鍵詞： 外螺紋四通管；注塑模具；注射機；側型芯滑塊； Abstract This graduation design is the main task of the inclined tee mould design, namely a pair of injection mold is designed to produce the plastic parts of inclined tee products, in order to realize the automation to increase production. The main contents include design options and checking , mold and structural work principle , the introduction of gating system , structure and plastic parts molding process analysis , choice of materials and molding process , injection machine , designed molded parts , lateral sub- design mechanism design guide clamping mechanism , temperature control system design, the design of the exhaust system , the ejection mechanism designed to support the design of parts . This article is to explore the plastic injection mold design four line , a detailed description of the entire mold design process.Through the entire mold design process , and further deepen their understanding of the injection molding process , but also to consolidate the process of forming the type, structure and operating principles of the theory of knowledge, as well as summary and master mold design practice and design a key point methods. Key words: oblique tee; Injection mould; Injection machine; Core side slide block; 目 錄 引言 1 2 塑件成型工藝的可行性分析 3 2.1 塑件分析 3 2.2 塑件的原材料分析 3 2.2.1主要技術指標 4 2.2.2 ABS的注射工藝參數 4 2.3 塑件的成型工藝分析 4 2.3.1精度等級 4 2.3.2脫模斜度 5 2.3.3塑件壁厚 5 3 注射成型機的選擇與成型腔數的確定 5 3.1 注射成型機的選擇 5 3.1.1估算零件體積和投影面積 5 3.1.2注射量的計算 6 3.1.3鎖模力 6 3.1.4選擇注射機及注射機的主要參數 6 3.2 注塑機的校核 6 3.2.1最大注塑量校核 6 3.2.2注射壓力的校核 7 3.2.3鎖模力校核 7 3.3 成型腔數的確定 7 4 澆注系統的設計 8 4.1 澆注系統的作用 8 4.2 澆注系統的組成 8 4.3 主流道設計 8 4.3.1 主流道設計要點 8 4.3.2澆口套的尺寸設計要求 9 4.4 澆口設計 10 4.6 主流道剪切速率校核 11 4.6.1估算主流道凝料體積 11 4.6.2主流道剪切速率校核 11 5 成型零件結構設計 12 5.1 分型面的設計 12 5.1.1分型面的分類 12 5.1.2分型面的選擇原則 12 5.1.3分型面的確定 12 5.2 型腔的分布 13 5.3 凹模的結構設計 13 5.4 模具型零成件的工作尺寸計算 14 5.4.1塑件的收縮率波動誤差ds 14 5.4.3模具成型零件的磨損dc 15 5.4.4模具安裝配合誤差dj 15 5.5 型腔和型芯徑向尺寸的計算 16 5.5.1型腔徑向尺寸的計算 16 5.5.2型芯徑向尺寸的計算 16 5.5.3型腔深度和型芯高度尺寸的計算 16 6 排氣系統的設計 17 6.1 排氣不良的危害 17 6.2排氣系統的設計方法 17 7 導向與脫模機構的設計 18 7.1導向機構的作用和設計原則 18 7.1.1導向機構的作用 18 7.1.2導向機構的設計原則 18 7.2導柱、導套的設計 18 7.2.1導柱的設計 18 7.2.2導套的設計 19 7.2.3導向孔的總體布局 19 7.3 推出機構設計 19 7.4 脫模力的計算 20 7.5 推桿的設計 21 7.5.1推桿長度及強度計算 21 7.5.2推桿的形狀及固定形式 22 7.2.3推桿位置的選擇 23 8側向分型與抽芯機構的設計 24 8.1 抽芯機構設計原則 24 8.2 抽芯機構的確定 24 8.3 抽芯距S 24 8.4 滑塊的設計 24 8.5 導滑槽的設計 25 8.6 鎖緊塊 25 8.7 鎖緊塊的結構形式 26 9冷卻系統設計 26 9.1 冷卻系統的設計原則 26 9.2 溫度調節(jié)對塑件質量的影響 27 9.3 對溫度調節(jié)系統的要求 27 9.4 冷卻裝置的設計要點 27 9.5 冷卻系統設計計算 27 9.5.1冷卻水的體積流量 27 9.5.2冷卻水管直徑 28 9.5.3冷卻水道的結構 28 10 其它結構零部件的設計 29 10.1 模具安裝尺寸校核 29 10.2 開模行程的效核 29 11小結 30 參考文獻 31 致 謝 32 第 34 頁 共 41 頁 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）說明書用紙 引言 注塑成型是一項越來越成熟的加工技術，它目前是在塑性成型的各個領域加工中最常見也最常用的加工方法，其中注塑模具已經被廣泛的采用，在很多方面的應用都得到相當高的重視[12]。我國模具研究單位因此也投入了很大的科研精力，目的在于使注塑模具的發(fā)展得到最大的提高。它的生產零件的質量、模具的結構、溫度調控系統、制造精度、生產周期以及生產效率的高低，直接影響到產品的質量、產量和成本。當今社會，我們追求的正是質量與成本，統稱為性價比，模具的應用正是性價比的最高體現，有的時候我們用一個模具可以同時制造出很多個質量精良，結構復雜的高精度塑件，這在以前來說幾乎是不可能實現的[2]。注塑成型現已被廣泛的應用于機械、計算機、高科技材料、電子、航空、航天、軍工、學習用品、交通、汽車、建材、醫(yī)療器械、生物、能源和日用品等領域[1]。雖然在很多人看來一個小小的模具制造工藝能有多大的影響對于一個國家的發(fā)展，我覺得這種想法是錯誤的，因為從小方面來說這一門技術的成熟意味著對塑件成型的深入研究取得了長足進步，也就是說我們生產塑件就會更加便捷也會更加快速，這對于塑料工業(yè)來說是一個很大的貢獻，因此不容小視；大方面來說正是這種對于先進技術的渴望推動我們整個民族在進步，我們知道我們在清政府以后閉關鎖國導致在科技方面落后西方一大截，但我們中華民族從來沒有服輸過，一直都是在迎頭趕上，只為了爭這一口氣，而注塑模的研究進步正是對我們的一種肯定，因此我們應當不遺余力的繼續(xù)在這條路上走下去。我國近年來一直致力于模具的研究，現在也已經逐步跟上了歐美先進的步伐。在一些發(fā)達國家，模具產業(yè)早已形成產業(yè)鏈，成為這些國家的基礎經濟工業(yè)之一。很多國家在發(fā)展高科技產業(yè)的同時也兼顧發(fā)展輕工業(yè)，在美國，模具工業(yè)被成為“美國工業(yè)的基石”，在日本被稱為“促進社會富裕的動力、源泉”[3]。因此在輕工業(yè)行業(yè)有這么一句話：工業(yè)要發(fā)展，模具要先行。沒有高水平的模具制造工藝就沒有質量非常優(yōu)良的科技產品?，F在，模具工業(yè)水平是衡量一個國家制造工業(yè)制造水平高低的重要標志?？梢赃@么大膽的預測，模具工業(yè)在國民經濟中的地位將與日俱增，并且扮演越來越重要的角色。因此我們必須毫無疑慮的發(fā)展模具工業(yè)，對于我們國家的生產力的進步有很大的推動作用。 模具按用途可以分為注塑模具、壓鑄模具、拉拔模具、塑料模具、橡膠模具、陶瓷模具和鍛壓模具等[2]。注塑模成型是通過一系列流程得到所需的各種產品或工件，而這樣生產出來的一個設計合理的塑件往往能夠代替幾個傳統金屬構件，甚至能起到金屬制品所不能替代的作用。利用塑性材料特有的特性，一次加工成型往往可以得到非常復雜的形狀，在速度非常快的同時還能一次得到很多數量的塑件，它所帶來的實際應用效果非傳統構件所能相比。從模具行業(yè)的發(fā)展趨勢來看，復雜化、精密化、大型化是其發(fā)展主旋律。采用模具成型工藝，運用高新技術控制對所需的零件進行加工生產，不僅可以提高生產時效，保質保量。而且還能減少生產線對材料的過度依賴，減少生產時間，壓縮了生產成本，更好的獲取經濟效益。面對激烈的市場競爭，我國如果想要成為制造業(yè)的領頭羊，那么就必須要大力發(fā)展模具生產，增強對大型、復雜、精密的模具的自主開發(fā)能力，從而提高競爭力。 注射成型在現代成型界重要程度日益增長，是一種越來越受重視的塑料成型方式，成型周期非常短，自動化程度非常高，甚至可以實現全自動生產，而且他所能制造的塑料總類非常多，基本上，除了氟塑料，其他的塑料全都能用注射成型來完成。這也正是注塑模的優(yōu)點以及優(yōu)勢所在，但是他也是有缺點的，比如造價比較昂貴，不適合小批量生產等。但是瑕不掩瑜，注射成型應當算是當代最受矚目應用最廣的一種塑料成型方式。 這也正是為什么此次設計我們要著力于注塑模的設計的原因，而此次設計的重難點在于：學會查閱專業(yè)書刊并學為所用;利用畫圖軟件進行細致的作圖;理論知識要能運用到解決實際的問題;畢業(yè)論文的撰寫;嚴謹的作風端正的態(tài)度。 2 塑件成型工藝的可行性分析 2.1 塑件分析 圖2.1塑件三維圖 結合生活實際，以及考慮到價格材料等各方面因素，選用ABS作為此次設計的材料，關于材料的介紹在后面的章節(jié)會有介紹；而在澆口方面，由于塑件結構較對稱且非常均勻分布，因此我們選擇直接澆口，采用后續(xù)處理的方法對其進行加工制造；對于結構的設計，我們選用上下凹模，四面?zhèn)瘸樾荆瑝K的型芯充當成型的作用；綜合考慮經濟效益以及制件的生產質量我們采取一模一腔的方式；推出方式為一次推出；三維圖2.1如上所示。 2.2 塑件的原材料分析 關于本次設計的原材料ABS，英文名稱:acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer，具有以下特性： （1）具有較高的耐熱性。連續(xù)使用時的溫度可達到110～120℃； （2）擁有良好的力學性能，成型加工性能良好； （3）流動性良好，溢邊值在0.003mm左右； （4）質地純凈，無毒性，透明性好，吸濕性小，電絕緣性能好； （5）冷卻速度較快，澆注系統及冷卻系統應該緩慢散熱； （6）著色性不好，模具處于50℃以下色澤不均，易產生流痕和熔接不良； （7）因收縮率較大，易發(fā)生縮孔、變形、凹痕等缺陷，方向性強； （8）塑件壁厚應均勻，盡量避免因缺口和尖角造成的應力集中。 表2-1塑件成型工藝卡 塑 件 名 稱 外螺紋液壓管四通管接頭 塑件草圖 材 料 牌 號 ABS 單 件 重 量 40.845g 成型設備型號 臥式注射機 每 模 件 數 1 成型工藝參數 成型前 熔料溫度/℃ 180～190 預干燥 溫度 /℃ 80~100 時間 /h 4 成型過程 料筒 溫度 前段 /℃ 200~210 中段 /℃ 210~230 后段 /℃ 180~200 噴嘴 /℃ 180~190 模具溫度 /℃ 50~70 時間 注射 /s 3~5 保壓 /s 15~30 冷卻 /s 15~30 壓力 注射 / MPa 70~90 保壓 / MPa 50~70 后 處 理 退火 溫度 /℃ 70~80 時間 /h 2~4 編 制 日 期 審 核 日 期 2014.05 2.2.1主要技術指標 比重：1.02~1.16g/cm3； 比容：0.86~0.98cm3/g； 吸水性：0.2~0.4% (24h)； 熔點：130~160oC； 熱變形溫度： 4.6×105Pa---- 130~160oC； 18.5×105Pa---- 90~108oC； 抗拉屈服強度：(105Pa): 500； 拉伸強度模量：1.8×104 Mpa； 彎曲強度：800×105Pa。 2.2.2 ABS的注射工藝參數 表2-2 ABS的相關注塑參數 注射類型 普通螺桿式 噴嘴溫度（℃） 180～190 噴嘴形式 直通式 螺桿轉速r/min　 30～60 料筒 溫度(℃) 前段 200～210 模具溫度(℃) 50～70 中段 210～230 注射壓力 (MPa) 70～90 料筒 溫度(℃) 前段 200～210 模具溫度(℃) 50～70 中段 210～230 注射壓力( MPa) 70～90 后段 180～200 保壓力 (MPa ) 30～50 注射時間 (S) 3～5 保壓時間( S) 15～30 冷卻時間 (S) 15～30 成型時間 (S) 40～70 預熱 溫度(℃) 80～85 后 處 理 方法 紅外線燈、鼓風烘箱 時間(h) 2～3 溫度(℃) 70 總周期(S) 50～220 時間(S) 2～4 2.3 塑件的成型工藝分析 在塑件的設計生產中想要在有限的工序中，生產出優(yōu)秀的塑件，獲取更好的經濟效益。除了要對塑件的材料進行分析，檢測和實驗外，還需對塑件的結構和工藝問題進行特定的分析和處理。這種方法的目的有兩個：可以使成型工藝方便，順利的進行；滿足塑件和模具在經濟上要求，達到提高產品生產率和減少成本。 2.3.1精度等級 由于受到很多方面的影響，比如分型面的選擇、模具的磨損、塑件成型時的外界條件等，因此根據經驗，我們取本塑件的精度取MT5級。 2.3.2脫模斜度 注塑模具的材料是先加熱到熔融態(tài)或粘稠態(tài)時，通過注射機注射到模具中當溫度降低之后也就是材料冷卻后，材料必然會出現部分收縮現象，使他緊緊的包緊在型芯上。然后就會導致脫出比較困難，甚至傷害到模具，因此必須設置型芯以及型腔的脫模斜度。依據《模具設計與制造簡明手冊》，查表設置產品的脫模斜度，可得： 型腔脫模斜度35ˊ 型芯脫模斜度30′ 2.3.3塑件壁厚 塑料制品應具有一定的厚度，因為具有一定的厚度才具有一定的強度和剛度，才能滿足使用性能方面的要求。同時具有一定的厚度，才能使熔融時的材料在型腔中成型的時候能保持良好的流動性。并且具有一定的厚度，才能承受脫模力，才能順利脫模。對于同一塑件的壁厚，壁厚大小應盡量保持一致。不然會因為厚度不一，造成冷卻速度的不一，使成品產生內應力，造成塑件的變形、縮孔等缺陷。所以同一塑件的壁厚應盡量做到一致，盡量避免因壁厚大小所帶來的缺陷出現。由于熱塑性塑件的壁厚一般都在1～4mm，故本塑件的壁厚選用3mm。 2.3.4粗糙度 影響塑件外觀質量的主要因素就是塑件表面粗糙度，而塑件表面粗糙度的主要影響與模具型腔的表面粗糙度密不可分，是最直接的影響。一般來說，模具的表面粗糙程度一般比塑件的表面粗糙程度要求低一到兩個等級。所以設定此四通管的表面粗糙度為0.8um。 3 選擇注射成型機與確定成型腔數 3.1 注射成型機的選擇 正所謂好鋼要用在刀刃上，模具也是如此，好的模具必須用在合適的注塑機上，這樣配合起來才能達到最佳效果，因此對于注塑機的選擇應該引起我們的重視，而注塑機的選擇主要考慮以下幾個方面：最大注射量、注射速率、鎖模力等。 3.1.1估算零件體積和投影面積 利用PROE建模分析知塑件體積：V=38.9cm3，單側投影面積為：A=4756.4064mm3，查閱相關資料可知，ABS的密度：1.02～1.05g/cm3 ，取其為1.05 g/cm3 ，則單個塑件重量 （3-1） 此次設計采用的是一模一腔 ，因此估計澆注系統的體積為 10cm3，則： （3-2） 3.1.2注射量的計算 通過建模的分析，通過計算可以得出塑件的質量為40.845g，塑件體積為38.9cm3，根據流道凝料質量M2是塑件質量的3/5我們進行大概估算，即M2=0.6nM1 ，而我們設定此模具為一模一腔，所以注射量為： （3-3） 3.1.3鎖模力 鎖模力：注射機為模具合模所提供的最大夾緊力，在此力的作用下，模具不應被流動的熔料所頂開。計算其所需鎖模力為： （3-4） 3.1.4選擇注射機 從生產效益以及模具的各項屬性綜合考慮，加上對ABS材料的帶入了解，查表（型腔模具設計與制造，第65頁），選用注射機型號XS-ZY-125。 表3-1 注射機XS-ZY-125主要技術參數 項 目 數 據 項 目 數 據 理論注射容量/ 125 鎖模力 900 螺桿直徑/ mm 42 拉桿內間距/mm 260×290 注射壓力MPa 120 移模行程/mm 300 注射時間/s 1.6 最大模厚/mm 300 最大成型面積/ 320 最小模厚/mm 200 螺桿轉速r/min 30～100 電動機功率/kw 10 噴嘴球半徑/mm 12 噴嘴孔直徑/mm 4 鎖模方式 液壓-機械 3.2 注塑機的校核 3.2.1最大注塑量校核 3.2.2注射壓力的校核 查表可知注塑機的注塑壓力為120，我們知道ABS的壓力范圍是80到120，因此注塑機的注塑壓力大于其所需要的壓力，因此滿足條件。 3.2.3鎖模力校核 當塑件成型時，塑件和澆注系統在分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數值越大，所需鎖模力也越大。為了可靠的鎖模，不讓模具在注射成型的過程中產生溢料現象，應對注射機的鎖模力進行校核： Pc計算： （3-5） 式中： Pc：型腔壓力， MPa； P：注射壓力， MPa； K：損耗系數，這里我們取值0.37。 所以 ， Pc=45MPa，所以我們現在已經可以確定模具的整個型腔所受壓力，所以可以對注射機鎖模力校核，根據公式： （3-6） 式中： T：注塑機里的所能承受的最大鎖模力（KN）； A：塑件的最大橫截面積（mm2）； K：系數， 取1.2； 所以KPcA比最大鎖模力小，意思就是我們選定的注塑機符合要求。 3.3 成型腔數的確定 (1)我們知道，當注射機在注射時，為了防止它的熔料溢出，我們設定注射機床每次的注射量應當還留有其最大量的五分之一的余量： （3-7） =2.2 式中： N： 型腔數 S： 注射機的注射量 （g） ： 澆注系統的重量 ，這里取10 （g） ： 塑件的重量（g） 因為，N=2.2>1 因此我們對設計腔數的選擇是合理的。 （2）利用第二種方式校核模具的型腔數N，由注射機公稱塑化量來衡量： （3-8） 式中 ： 注塑機的利用系數，取4/5； ： 注塑機額定塑化量（13.89g/s）； ： 成型周期，取30s； ： 單個塑件的質量（g），取40.845g； ： 澆注所需原材料的質量（g），取10。 由計算可知，設計符合要求。 4 澆注系統的設計 注塑機的噴嘴注射出來的熔料想要進入模具，必須有一條通道，這條通道必須是設計好的科學完整的，這就是澆注系統。對于一個塑件模具來說，澆注系統就像他的生命管道，它的重要性自然也就不言而喻，合理的設計澆注系統對于制造優(yōu)秀的制件起到非常大的決定性作用，其中主流道以及澆口的選擇更是重中之重，因此我們必須對其引起足夠的重視，從而使得模具的設計更加優(yōu)異，獲得更加理想的制件。 4.1 澆注系統的作用 前面我們已經強調了澆注系統的重要性，其作用主要是為熔料進入型腔設定好合理的線路，使其能順利到達并且充滿整個型腔，從而得到我們預期想要的制件，而對于澆注系統設計的要求是： (1) 對熱量和壓力損失較小； (2) 防止嵌件產生位移或者導致凸模改變形狀； (3) 按照預先設定好的順序依次完整的填充整個型腔； (4) 對于澆注口上的凝料必須方便處理，后續(xù)加工應該相對簡單； (5) 能夠使型腔順利排氣； (6) 盡可能消耗較少塑料； (7) 合理的設計冷料穴，使得冷料不會影響制件的形成； (8) 盡量避免產生熔接痕。 (9) 盡量剪短流程，以免不必要的浪費。 4.2 澆注系統的組成 澆注系統的組成是： 主流道：主流道是液體熔料進入模具最先經過的地方，是注射劑的噴嘴與模具接觸的一段重要通道也是首先接觸的部位。它的結構形式必須根據噴嘴的連接相吻合才不會導致熔料外流。 分流道：有的模具是一次制造多個制件的，我們稱之為多型腔模，這個時候在澆注系統的設計中我們就要加入分流道，是為了使熔料能平均平穩(wěn)的注入到每一個型腔里面，設計中要注意減少流動過程中壓力以及熱力的損失，同時還要使流道里的殘余熔料降到最低。 澆口：在澆注系統中有一個部位是整個系統里尺寸最小長度最短的，但是卻起到非常關鍵的作用，這個部位就是澆口，他是連接流道跟型腔的一扇窗戶，它的設計避免了熔料充滿整個型腔后會倒灌入注射機，也提高了流動性，有利于塑件的成型。 冷料井：在模具進行一輪制件生產后會在主流道中留下一段凝料，這段凝料也可以稱為冷料，而冷料穴的作用則是將這一段凝料從澆口套里面拉出來，同時也防止它進入澆注系統導致破壞塑件的成型。 4.3 主流道設計 4.3.1 主流道設計要點 主流道是模具中第一個噴嘴接觸的部位，其設計的好壞直接影響到塑件的成型。因此在設計中必須從多個角度考慮，其設計要點主要有這幾個： (1)在噴嘴的對接中，主流道的軸心與噴嘴的軸心必須在同一直線上； (2)同時它跟分型面之間的角度為90度； (3)在澆注過后主流道里面會留下一段冷凝的熔料，即是冷料，為了便于將其取出， 必須 為主流道設計一定的角度這個角度為錐角α，通常設計時取值在2°到4°之間； (4)主流道通常設計在澆口套以內，目的是為了防止與噴嘴的碰撞導致主流道的 損壞； (5)主流道設計時直徑不能太大也不能太小，太小不方便注射，太大則會導致內部壓力過大從而使反作用力增大； (6)其材料一般用 T8 A、T10 A，熱處理要求到 HRC50～55. 4.3.2澆口套的尺寸設計要求 （1）主流道襯套在與噴嘴接觸時會有一個接觸面，這個接觸面必須要吻合，這樣才不會導致熔料外流制造浪費； （2） 在設計時為了使主流道與噴嘴契合度更高，我們應當讓澆口套的進口要比噴嘴孔稍微大。通過對制件的分析以及經驗，我們設定模具的澆口套長度為，L=50mm，而噴嘴直徑為3mm，所以澆口套的進口直徑設置為3.5mm。而其錐度為2° （3）其3d圖如下所示 圖4.1澆口套 （4）主流道襯套的固定 模具在安裝時與注射機必須有定位，因此在設計時通常要加入定位圈，多數情況我們是將定位圈與襯套分開設計，然后再配合（H9/f9）固定在模板上，小型模具也可以是整體式。定位圈的尺寸通常都是固定的，因此選外徑100mm,內徑則是70mm。具體如下圖所示： 圖4.2定位圈 4.4 澆口設計 前面我們已經說到澆口就像一扇窗戶，其重要性自然無須贅述。在實際生產中，澆口的尺寸通常要經過多次試驗按情況修改選擇，形式非常的多，因此尺寸也是不一樣的，常見的幾種澆口主要有：主流道澆口（直接澆口），邊緣澆口（側澆口），扇形澆口，環(huán)形澆口，點交口，隧道式澆口等。澆口的位置選擇也是澆注系統很關鍵的一個步驟，如果選擇不當會導致塑件變形等缺陷，位置的選擇應當使熔料能在最短時間最短路程充滿型腔，同時有利于排氣補縮，也應避免塑件長生熔接痕，更不能使制品變形。 對于本模具，由于四通管的結構較簡單，選用材料是ABS，不過為了不使交口留下痕跡過大，于是采用點澆口示意圖如下： 圖4.4 澆口形式 4.5 冷料穴的設計 冷料穴的作用是容納原先留在主流道中的冷凝熔料，避免其在后面熔料進入主流道后將其推入型腔中，以至于影響制品的質量導致浪費原材料，同時它還能將凝料拉住，在開模時使塑件以及凝料等能被順利頂出同時跟在動模這一邊一起運動。 （1）主流道冷料穴的設計 冷料穴形式多樣，有Z形拉料桿，有帶球行頭拉料桿，這種主要是用于脫模注射模，同時還有兩者的各種變異形式冷料穴。我們這一次設計選擇的是第一種也是普遍被選用的Z形拉料桿冷料穴。 如下圖所示： 圖4-5冷料穴 4.6 主流道剪切速率校核 4.6.1主流道中凝料的體積計算 （4-1） 4.6.2主流道剪切速率校核 由經驗公式計算： （4-2） 式中： qv=Q主+Q塑件=10.8+490=500.8cm3 （4-3） 5 成型零件結構設計 5.1 分型面的設計 分型面是模具開模時的分離面，在決定模具的結構時起非常重要的作用。 5.1.1分型面的分類 分型面有多種形式，根據形狀分類，可以是平面、斜面、曲面、矩形面等，但實際生產主要還是以平面為主；根據結構來分類的話，它可以使制件在上模成型，也可以在下模成型，同時在上下模成型也有，我們此次分型面正是選擇上下凹模的成型。 5.1.2分型面的選擇原則 在選擇分型面時，我們需要注意很多問題，選擇合理的分型面對于塑件的成型有著至關重要的作用，如果分型面選得不好，那么有可能導致脫模不方便或者浪費原材料不利于抽芯導致浪費時間，甚至會影響到塑件的質量，因此我們有選擇分型面的幾個主要準則： （1）脫出塑件方便； （2）有利模具抽芯； （3）型腔排氣順利； （4）確保塑件質量； （5）無損塑件外觀。 5.1.3分型面的確定 根據以上準則，我們從方便快捷，確保質量的角度出發(fā)，結合經濟效益以及材料特性，選擇了以四通管的橫剖截面作為分型面，主要理由有：橫截面積最大且使得上下凹模分離時能同時完成抽芯動作，并且這樣設計能保證塑件的表面質量達到省時省力的效果，其示意圖如下： 圖5.1 分型面位置 5.2 型腔的分布 模具型腔的排列方式多樣化，主要有以下幾種： （1）圓形排列 （2）H形排列； （3）直線排列； （4）對稱排列； （5）復合排列。 前面我們已經確定本模具是一模一腔的結構，為了生產的便捷以及質量，本模具設計的凹模結構是上凹模與下凹模，由側型芯充當型芯來形成塑件內表面。具體請看裝配圖 。模具型腔的分布如圖所示： 圖5.2 型腔的分布 5.3 凹模的結構設計 凹模的主要作用是形成塑件的外表面，它決定了塑件的表面質量，對于塑件的表面質量可以說起到決定性的作用，，有時候我們也可以稱凹模為型腔。我們知道，凹模的形式是多種多樣的，主要有以下幾種類型： （1）整體式凹模； （2）整體嵌入式； （3）局部嵌入式； （4）四壁嵌入式； （5）局部鑲嵌式。 總的來說，整體式應用較為普遍，因為其制作比較簡單，而且整體不易變形，但缺點也很明顯，比如只能制造簡單制件，稍微復雜一點的就很難能用整體式了，而且整體式一旦受損就很難繼續(xù)用了；后面幾種主要是加工結構比較復雜的制件，主要也是由整體式演變而來，其基本理念都是一樣的，優(yōu)點很明顯就是可以制造復雜高難度的制件，缺點則是價格較昂貴，并且生產出來的制件表面沒有整體式的光滑，容易有熔接痕。我們的四通管注塑模由于結構比較簡單，尺寸也不大，因此采用的是整體式凹模。示意圖如下： 圖5-3上下凹模 5.4 影響塑件尺寸公差的因素 在設計時，我們不僅僅要考慮塑件的本身尺寸，還要考慮到制作模具的成型零件的誤差，比如塑件的收縮率波動誤差、零件的磨損、安裝時的配合誤差等。下面我們會一一對其進行考慮與分析。 5.4.1收縮率波動誤差ds 我們知道理論收縮率與實際收縮率會有一定的差異，在大多數情況下，實際收縮率會因為塑件的外界原因產生變化，這與塑件本身有關，通常我們這么要求，由塑料收縮率波動誤差引起的誤差必須控制在塑件公差的1/3之內，否則為不合格。它的變化值公式為： （5-1） 式中 ：——塑料收縮率波動誤差； ：——塑料的最大收縮率； ：——塑料的最小收縮率； ：——塑件的基本尺寸。 5.4.2模具成型零件的制造誤差dz 在實際生產中我們知道，成型零件的制造精度與塑件尺寸精度成正比，制造精度越高，則尺寸精度也越高，反之亦然，因此我們可以說，零件的制造精度在對塑件尺寸的影響方面起到非常大的作用，所以我們必須對制造誤差有一點的限制，一般來說，成型零件的制造公差應當在塑件公差的三分之一以內，有些精度要求較高的可能要在四分之一甚至更高，也可以使成型零件的制造誤差在IT7到IT8取值。由于四通管精度要求一般，在此，我們取誤差為其塑件公差的1/3。 5.4.3模具成型零件的磨損dc 我們知道成型零件在成型過程中會有一定的磨損，這種磨損來自方方面面，有可能是熔料流動后帶來的磨損，也有可能是塑件在脫模時剮蹭到了成型零件導致磨損，這種磨損主要體現在型芯上，還有可能是成型零件經過外界環(huán)境的變化自身發(fā)生老化，這些都是不可避免的誤差，而其引起的結果是會讓型腔越來越大型芯越來越小導致塑件達不到設計要求。關于成型零件磨損的磨損量確定，我們要根據不同的材料，不同的塑件結構進行衡量評估，并不是所有塑件的磨損量都是一樣的，根據制件的大小，我們一般這么認為： （1）小型制件通常不考慮模具成型零件磨損； （2）中型制件的模具成型零件最大磨損量是其公差的六分之一； （3）大型制件則要取其公差的六分之一以上。 由于四通管接頭尺寸較小，在這里，我們取dc=0.08。 5.4.4模具安裝配合誤差dj 成型零件裝配誤差，指的是在成型過程中成型零件之間的配合誤差，比如導柱與導套的配合誤差、斜導柱的配合誤差，或者上下開模過程中導致的接觸面縫隙，以及滑塊與導滑槽的配合誤差等都會引起其塑件尺寸的變化。它們有些會引起塑件徑向尺寸的誤差，比如導套導柱；有些會引起深度尺寸誤差比如上下凹模間隙。 5.4.4總尺寸誤差 通過前面的分析，我們已經知道造成塑件誤差的諸多因素，在尺寸設計過程中，我們要了解這些誤差的存在，并控制它們在我們所能接受的范圍以內，使得生產出來的制品能夠達到要求?？偟膩碚f，塑件的尺寸誤差應該是上面介紹的各種誤差的總和，即： （5-2） 式中：——制品的總成型誤差 ：——模具成型零件的制造誤差 ：——模具成型零件的磨損誤差 ：——制品的收縮率波動引起的誤差 ：——模具成型零件的間隙變化引起的塑件尺寸誤差 ：——模具配合誤差 從上面的分析我們知道塑件的尺寸誤差為所有各項誤差的總和，是一個可以累加的標量單位，它包括了塑料收縮率波動引起的誤差等幾個方面，我們在設計時首先就是要保證塑件制品的公差要比我們算出來的總誤差之和要大，這樣才能保證制品的質量，這可以說是制品生產出來的先決條件，如果這都達不到，那么生產出來的塑件極有可能為不合格品或者次品。當然，我們也必須清楚并不是所有制件的尺寸都與上述幾種誤差有直接關系，我們還是要根據實際情況作特定的分析，不能一概而論。而通常情況下對尺寸影響較大的誤差因素是成型零件的制造誤差。對于模具成型零件我們有下面這條公式來算出其實際尺寸： （5-3） 式中——成型零件的實際尺寸； ——塑件的實際尺寸； ——塑料的平均收縮率。 ABS的平均收縮率我們可以由以下公式算出來： （5-4） 通過5-3跟5-4我們可以初步估算出模具成型零件尺寸，但還是要經過反復的實際操作才能確定最終的實際尺寸，這就要求我們在操作時要進行詳細而精確的試模，然后對于得出的結果進行相對應的補償，這樣才能得到我們理想的制作精良的合格制品。 5.5 型腔和型芯徑向尺寸的計算 成型零件的一些主要尺寸中，起到決定性作用的，即是工作尺寸。主要包括： （1）型腔徑向尺寸 （2）型芯徑向尺寸 （3）型腔深度尺寸 （4）型芯高度尺寸 （5）中心距尺寸 前面我們分析了并不是所有塑件的尺寸都與幾種誤差有直接關系，當我們所要制作的塑件尺寸比較大且對于精度的要求并不是那么高的時候，成型零件的制造誤差以及成型零件在使用過程中引起的最大磨損誤差都可以不用計算，而公式中塑件尺寸公差的前面數字X的取值我們取0.5；對于較小尺寸，而且對于精度等級要求相對較高的塑件，則取成型零件最大磨損誤差為Δ/6，同時取制造誤差為Δ/3。我們的四通管接頭注塑模由于尺寸并不是特別大，精度要求也不是特別高。因此在尺寸公差前的數字我們定為0.5，而成型零件的制造誤差我們定為Δ/3。 5.5.1型腔徑向尺寸的計算 在前面我們已經介紹過本模具采用的是ABS材料，精度等級為5，通過查閱資料，我們知道MT5級塑件各尺寸公差值如下： 表5-1 MT5級ABS塑件各尺寸公差 基本尺寸 尺寸公差值 10～14 0.22 18～24 0.28 24～30 0.32 50～65 0.46 65～80 0.52 80～100 0.60 當塑件徑向外形尺寸為Ls時，型腔徑向尺寸： （5-5） =（1+0.0055）×70－0.5×0.52 =69.955 其中：Lm——塑件徑向最大尺寸，mm； ——塑件的平均收縮率0.55%； △——塑件的尺寸公差，mm； δz——模具制造公差，取公差的1/3mm。 5.5.2型芯徑向尺寸的計算 當塑件徑向內形尺寸為Ls時,根據公式計算出型芯的徑向尺寸如下： （5-6） =（1+0.0055）×69+0.5×0.52 =68.809 其中：lm——塑件徑向最大尺寸，mm； ——塑件的平均收縮率0.55%； △——塑件的尺寸公差，mm； δz——模具制造公差，取公差的1/3mm 5.5.3型腔深度的計算 在型腔深度與型芯高度的計算中，我們不考慮磨損，而塑件尺寸公差前面的系數我們取0.5 當塑件徑向內形尺寸為Hs時,根據公式計算出型芯的徑向尺寸如下： （5-7） =（1+0.0055）×26－0.5×0.32 = 其中：lm——塑件徑向最大尺寸 ——塑件的平均收縮率0.55%； △——塑件的尺寸公差，mm； δz——模具制造公差，取公差的1/3mm 5.5.4型芯高度尺寸計算 我們知道本塑件的型芯直徑為20mm，當塑件內行深度尺寸為Hs時，型芯的徑向尺寸為： （5-8） =（1+0.0055）×20+0.5×0.28 = 其中：lm——塑件徑向最大尺寸 ——塑件的平均收縮率0.55%； △——塑件的尺寸公差，mm； δz——模具制造公差，取公差的1/3mm 6 排氣系統的設計 排氣系統指的是將熔料充滿型腔的時候，必須將里面殘留的氣體分子排出去，這時候需要我們設計一個科學有效的裝置或者一種方式使氣體排出去，這就是排氣系統。排氣系統是一個重要的設計內容，如果在設計中遺漏了這一步很有可能會導致生產出來的制件質量都不合格。 6.1 排氣不良的危害 （1）殘留氣體導致制件表面產生褶皺等使制品報廢； （2）氣體太多填充了型腔導致沖模時間過久； （3）熔料在流動時所受到的阻力增大，影響成型； （4）氣體被壓縮后會產生高溫影響熔體澆注 （5）制件力學性能過差 6.2排氣系統的設計方法 （1）當模具開模時，利用分型面與外界接觸的時候進行排氣； （2）當頂桿將制件推出時，推孔會有縫隙，此時排氣； （3）有些成型零件是鑲嵌零件，這種零件通常會有縫隙，也可以用來排氣； （4）利用專業(yè)的結塊排氣； （5）在熔合的地方通常會有融合縫，增加冷料井進行排氣。 本模具可以通過分型面在開合模間隙進行排氣，也可以用推桿在推動過程中排氣，也可以利用抽芯機構在抽芯時進行排氣，總的來說排氣性能較優(yōu)良，因此這里不再單獨設計排氣槽。 7 導向與脫模機構的設計 7.1導向機構的作用和設計原則 模具在工作時，會經常進行頻繁的開合模，動模與定模之間的活動需要精確的導向以及定位，這種時候就需要設置導向機構，稱之為合膜導向機構。其中有導柱型與錐面型，通常我們廣泛采用的是以導套與導柱為主要零件的導柱導向型機構，也有一些情況是直接用一個孔代替導套，但原理都是一樣的；而錐面型則主要用于高精度的制件生產中，使用較少。 7.1.1導向機構的作用 導向機構是保證塑料注射模具的動模與定模合模時正確定位和導向的重要零件，通常采用導柱導向，主要零件包括導柱和導套。其具體作用有： （1）定位作用，使得模具裝配時不會搞錯方向； （2）導向作用，引導動模定模正確閉合； （3）承載作用，承受一定側壓力。 （4）保持運動平穩(wěn)作用 （5）錐面定位機構作用 7.1.2導向機構的設計原則 （1）合理布置位置，不能距離模具中軸線太近，并不一定要對稱但是直徑一定要相等，這樣有利于加工； （2）導柱不能影響到正常的塑件生成，也不能對模具本身產生危險增加，因此不可以設置在比較薄或者比較重要的橫面上，且應當距離型腔有直徑的距離以上； （3）導柱（導套）的材料以及尺寸應當根據模具本身情況而定，基本上工作長度要比型芯端面長5mm以上，； （4）導柱可以裝在動模也可以在定模，各起到不同的作用，前者方便脫模，后者保護型芯。 （5）根據模具的大小，通常一副模具需要2個以上的導柱； （6）各導柱與導套的中心線應保證是平行的。 7.2導柱、導套的設計 7.2.1導柱的設計 導柱的形式隨著模具的結構以及塑件的不同而隨之改變，常用的有以下幾種形式： （1）臺階式導柱導柱，最常用的注射模導柱，有帶頭導柱與有肩導柱兩種； （2）鉚合式導柱，主要用于小型簡單的移動式模具； （3）合模鞘，用于垂直分型面。 本設計采用的是4根帶頭導柱的導向結構，其中在工作部分開設油槽，增加潤滑劑，減少摩擦力。導柱材料這里取T8A，淬火50～55HRc處理，導柱固定端與模板之間采用H7/k6配合，導柱導向部分用H7/f8配合。尺寸為直徑30mm,長度126mm,其3d圖如下： 圖7-1 導柱 7.2.2導套的設計 前面已經確定了導柱的尺寸材料等的設計，因此導套的各項數據都應配合導柱，所以直徑取30mm，長度定位160mm，固定部分用H7/k6配合鑲入模板，其3d圖如下： 圖7-2 導套 7.2.3導向孔的總體布局 本設計我們采用的四根導柱對稱分布在模具的四個角落，這樣能合理的起到導向作用，同時保證了我們所設計模具的總體強度，再有同時也能承受相應的側壓力，防止模具的損壞也保證了制件的質量。 7.3 推出機構設計 當我們設計的模具完成一系列工作制成我們想要的制品時，它需要把制品推送出型腔，這時候就需要我們設計一個科學合理的推出機構，目的就是為了能將塑件退出同時對其質量以及外表面的損傷降到最低。推出塑件是一個塑件成型的最后一步，因此我們必須引起足夠的重視，可以這么說推出機構的好壞影響制件的最終質量，而推出機構的設計主要有以下幾個原則： （1）最好不要把推出機構設置在定模這一邊，因為推出時主要是頂桿在起作用，而如果設置在定模這一邊的話不好操作比較麻煩，相反如果設置在動模這一邊的話能使得推出動作實施起來更加方便，機構設計也趨于合理。所以，在設計分型面的時候就應當有意使開模后塑件能留在動模這一邊。 （2）推出的過程中不能損壞塑件，設計時應當進行精確的計算分析各種力的大小，從而確定合理的推出力的大小以及在什么位置進行推出，而位置的選擇則盡量在塑件剛度硬度較高的部位，不要選擇在比較脆弱的地方以免用力過猛導致塑件損壞，在推出時也要注意用均衡的力來推出制件從而保證質量。 （3）推出機構動作越簡單越好，本身推出桿的質量就要好，剛度強度要得到保證，以免在推出過程中由于承受力過大導致推出桿損壞從而影響制件質量 （4）推出裝置在推出塑件的時候最好把推出點設置在塑件比較隱蔽的地方，這樣對于塑件的外表面?zhèn)δ芙档阶畹? （5）當推出塑件后，模具要能正常的合模，不能使推出桿與抽芯機構或者其他零件打住導致模具的損壞，這需要進行多次試模得出結論。 本次設計我們選用推桿推出機構。 7.4 脫模力的計算 當塑件冷卻以后，由于熱脹冷縮會導致塑件體積稍微收縮，這樣子的話就會讓塑件包圍住型芯，這個時候如果想把塑件從模具中推出，則需要克服這個摩擦力，當然還有其他很多的阻力比如空氣阻力，塑件本身熔料的粘附力等等，但是在實際計算中，我們通常采用簡便的估算方式，主要取脫模阻力以及封閉型腔里的真空吸力，其余阻力通常忽略不計，特殊模具會有特殊計算方式。 由簡單估算法我們可以知道： （7-1） 式中——客服塑件包圍住型芯時所需要的摩擦力（N）； ——在接近真空的型腔內脫模時的空氣阻力（N）； ——為被塑件包圍住的凸模的橫截面積（mm2）。 從前文的介紹我們知道我們本次設計的型芯是圓柱型芯，查閱書籍得到厚壁圓柱形型芯包緊的脫模阻力計算公式如下： （7-2） 其中——塑料的拉伸彈性模量，（Mpa）； ——塑料的平均收縮率，取0.55%； ——塑料的松泊比，取0.3； ——型芯的脫模斜度，取0； h——型芯脫模方向的高度，45mm； ——修正系數，其計算公式為 =≈=0.45 （7-3） ——靜摩擦因數，取0.45； ——計算系數，其計算公式為 ==3.85 （7-4） 整合7.2,7.3,7.4，將算出來的數據代入計算得其脫模阻力≈3