三通管的塑料注塑模具設計【一模兩腔】【側(cè)抽芯】【說明書+CAD】

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畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯 系 別 電信息系系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 B070203 姓 名 李 勇 學 號 B0706011 外文出處 ScienceDirect International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 740–747 附 件 1. 原文； 2. 譯文 分析快速成型注塑模具加工程序 Sadegh Rahmati, Phill Dickens 摘要 隨著全球市場競爭的日益激烈，企業(yè)壓力增加，不斷調(diào)低產(chǎn)品生產(chǎn)周期。由于交貨時間和工具加工成本趨于下降的趨勢,所以現(xiàn)代工具制造廠必須在壓力下快速、準確、以較低成本來生產(chǎn)產(chǎn)品?？s短生產(chǎn)原型產(chǎn)品是時間加快新產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵?？焖俪尚湍＞呱a(chǎn)當中，特別使用快速成型技術(shù)制造注塑模具裝配可節(jié)約生產(chǎn)成本并減少時間。在本文中,快速成型技術(shù)是用來直接生產(chǎn)快速注射模這種短期生產(chǎn)工具。對快速成形工具成功注射的數(shù)量及其性能進行評價分析。快速成型環(huán)氧工具能抵抗注射壓力、注射溫度以及500次注射次數(shù)。對注射過程中工具失效機制調(diào)查得知工具的失效是由于過度的彎曲應力或是因為由于剪切應力過大而造成的。 2006年愛思唯爾出版社有限公司版權(quán)所有。 介紹 設計降低生產(chǎn)新部件時間的方法,因為產(chǎn)品的交貨時間拖很久的話無法滿足客戶需求[1,2]。設計能力提高、產(chǎn)品品種增加、交貨時間縮短，以及產(chǎn)量降低，均是快速模具技術(shù)發(fā)展的重要驅(qū)動力,生產(chǎn)期間，加工時間和生產(chǎn)成本明顯有所降低[3 - 5]。與此同時,快速成型模具加工技術(shù)正在不斷提高,并在制造商企業(yè)內(nèi)越來越受歡迎 [6 - 8]。在諾丁漢大學研發(fā)的快速成型注塑模具工具方面占有兩種優(yōu)勢。 第一種是在在應力和溫度的極端條件下針對工具的設計可提供資料數(shù)據(jù),并能從不同的測試中獲取數(shù)據(jù), 類似于真實情況[9]。第二種是研發(fā)一種理論分析快速成型注塑模具過程的方法 [10]。這證明可使用少量的快速成型注塑模具成功生產(chǎn)五百個以上數(shù)量的工具零件。 作者：S. Rahmati的郵箱，rahmati@rapidtoolpart.com。英國拉夫堡大學快速生產(chǎn)研究小組的負責人和教授。 實驗方法 在構(gòu)建快速成型注塑模具工具過程當中，根據(jù)光固化快速成型250型號快速成型機上的CAD數(shù)據(jù)，直接將環(huán)氧樹脂殼層嵌入到模具當中。這些嵌入物正好通過鋼框架插入到鋼模具當中，模具背面用鋁粉或是鋁薄片和環(huán)氧樹脂的混合物填充(圖1)。這些混合物額外增加了嵌入物力量并使模具具有散熱特點。使用50噸的巴頓菲爾注塑機測試快速成型工具，生產(chǎn)聚丙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯零件。如圖2 彈簧澆注系統(tǒng) 快速成型模具 上內(nèi)模 腔鋼框架 模后填充材料 鐵心用鋼框架 頂出 針 快速成型模具下內(nèi)膜 圖1：快速成型模具工具鑲件橫截面 圖2：從快速成型工具取出后的模具狀態(tài) 模具加工過程當中，測出型腔模具溫度和壓力，利用不同的熱電偶控制熔體溫度，以盡可能地確保型腔狀態(tài)保持一致。使用光學顯微鏡或是掃描電子顯微鏡檢測兩種模具斷裂樣本。裂縫的立方體用于橫截面和斷裂面的研究。裂縫當中嵌入模具材料的立方體，使用鑄造材料鑄好，切割然后使用光學顯微鏡將其拋光，以便于檢測?？墒?，使用掃描電子顯微鏡研究立方體斷裂面和模心，導致快速成型模具工具出現(xiàn)失效機理。 注射壓力分析 在噴射器底部放上測壓軟件來檢測壓力剖面（如圖3）。 澆道套 模制 澆鑄道 噴射器內(nèi)角 模腔邊 噴射器中間 噴射器 測壓元件 模蕊側(cè)  噴射器中間 測壓元件電纜 圖3：噴射器和測壓元件的位置 在頂針施加的壓力將轉(zhuǎn)移到放置在噴射器另一末端的測壓元件上。取五個頂針其中的三個,其中一放在噴射器中間，另外兩個放在噴射器拐角處，測量壓力。所有的測壓元件與數(shù)據(jù)記錄器連接，并用電腦操作。在注射過程中記錄的變化電壓轉(zhuǎn)換成為壓力。結(jié)果如圖4描繪所示，在噴射器中間達到最大噴射壓力1650 psi （11.4兆帕), 在噴射器拐角壓力下降到約1300psi(9兆帕)。 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個地方的壓力剖面 Corner Pressure 1 Middle Pressure Corner Pressure 3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 時間 (秒) 圖4. 快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個地方的壓力剖面。 快速成型環(huán)氧樹脂模具工具相關(guān)溫度和材料的研究 圖5記錄了在周期時間內(nèi)的典型實際溫度，在開始下一次注射前，溫度達到451攝氏足夠在規(guī)定時間內(nèi)完成使模具冷卻過程。為了計算抗?jié)q強度和剪切應力，需準備標準實驗樣品，規(guī)格按照ISO527測量剪切應力，按照ISO179檢測沖擊強度。 120 100 80 60 40  模心1 模心2 模心3 模心4 型腔1 型腔2 型腔3 型腔4 20 0 0 100 200 300 400 500 600 時間 秒) 圖5：環(huán)氧樹脂模具工具內(nèi)逐次循環(huán)溫度變化 沖擊強度平均值被測定為28.4 kJ/m2 ，不同溫度平均值如圖6描繪所示。環(huán)氧樹脂拉力和剪切力測試結(jié)果如圖7所示。 100 90 沖擊強度 80 70 60 50 40 30 20 10 20 30 40 50 60 70 80 90 溫度 (攝氏度) 圖6：飽和環(huán)氧樹脂的不同溫度下相關(guān)的沖擊強度。 70 70 60 60 抗拉強度(MPa) 50 剪切應力(MPa) 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 溫度 (°C) 圖7：快速成型環(huán)氧樹脂5170型號模具的相關(guān)溫度下的最大抗拉強度和最大剪切應力 失效機理分析 當塑膠被注入到在型腔時,型腔內(nèi)突然壓力上升, 在成型周期期間內(nèi)腔壓力達到最高(圖4)。這種壓力表現(xiàn)出核心特征,這可能導致工具斷裂,如果超過材料的極限抗拉強度極限抗撓曲強度，圖8顯示了在注塑期間各種可能發(fā)生的情況,。在8(a),沒有失敗,8(b)中出現(xiàn)一個彎曲故障，8(c)有一個剪切破壞。瞬間彎曲應力會導致過程失敗,或是裂紋擴展，疲勞失效。 立方體 模制 流動方向 旋轉(zhuǎn)點 熔體壓力傳感器 熔體壓力傳感器 (a) (b) (c) 圖8：注射期間發(fā)生不同情況下示意圖，(a) 沒有失敗; (b) 玩去破壞; (c) 剪切失敗. 在注射過程中抗彎失敗 觀察到絕大多數(shù)失敗的情況是在彎曲應力上。出現(xiàn)彎曲故障時注射壓力克服了工具的抗彎強度,致使繞軸點旋轉(zhuǎn),最終導致斷裂(圖8(b))。如果注射壓力超出了快速成型模具工具的抗彎強度這種情況可能會出現(xiàn),但通?？箯澥∈怯捎谑褂么螖?shù)過多 (圖9)。表1記錄了快速成型模具立方體的抗彎強度的相關(guān)理論計算。 Z Y X軸方向的彎曲應力 X a h Y Y 中性軸 塑性流動 圖9立方體壓力參量和迎風氣流示意圖 表 1 快速成型模具立方體彎曲應力 慣性矩 力矩 彎曲應力 40 1攝氏度 撓曲強度 （m4) (N m) (Mpa) (Mpa) 立方體1 108 x 10—12 1.687 46.85 65.0 然而,在實踐當中,產(chǎn)生了數(shù)以百計的快速成型模具工具零件失效情況,過高地估計理論模型的彎曲應力。這兩個理由，第一，最小寬高比為10時彎曲應力方可承擔,而實驗當中高寬比為四。第二, 在注射過程中注射壓力施加應該在在立方體的前面,但是現(xiàn)實中這種壓力施加在熔壓方塊的后面。 疲勞裂紋擴展 圖10是一幅拍攝在實際故障發(fā)生前的制模斷面圖，圖中顯示的是在后續(xù)注射制模時真實的逆裂紋方向，也就是裂紋產(chǎn)生的相反方向。圖11顯示了一個簡單的立方體的抗彎失敗圖,而圖10是經(jīng)過大量的鏡頭拍攝得到的。在快速成型模具工具在設置應力集中時發(fā)生裂紋萌生,如尖銳的角度和階梯(此為快速成型模具工具零件固有性質(zhì))。 圖10：制模過程失敗前產(chǎn)生的多余的裂紋 圖11：抗彎失敗后裂紋擴展圖 裂縫破壞的跡象如圖12所示,能看到在破裂面條紋形式排列,每條裂紋都代表裂紋擴展狀態(tài)。 圖12 掃描式電子顯微鏡下觀察到的斷裂面上的真實條紋 剪切破壞 剪切破壞在熔體流動的方向剪切時出現(xiàn)。圖13展示了快速成型模具立方體的剪切斷面圖。值得注意的是,快速成形模具立方體是通過塑料流動堆積而成的表2記錄了剪切應力的計算結(jié)果, 在操作期間產(chǎn)生快速成型工具的最大剪切應力，均低于快速成型工具工具的抗剪強度。此外, 在表2最后一列所示注射溫度超過401攝氏度時快速成型工具可以被制做成功。圖14,描繪立方體各點最大剪切應力的剪切應力與平均剪切應力比較，以及最大剪切應力各點拋物曲線情形。 表 2 快速成型模具立方體個點剪切應力 剪切面積 AS (mm2) 剪切力 V (N) 剪切應力 tave (Mpa) 剪切強度（40 1攝氏度） (Mpa) 最高溫度 (1C) 立方體1 36 421.64 11.71 24.3 65.3 立方體2 2 30 421.64 14.05 24.3 61.5 立方體3 3 24 421.64 17.57 24.3 55.9 立方體4 18 421.64 23.42 24.3 46.4 ? ? N.A. 圖14：最大立方體底部剪切壓力分布圖 結(jié)論 該技術(shù)成功的關(guān)鍵是快速成形工具必須有極低的導熱系數(shù)和較短的注射時間 (圖15)。這兩個因素是快速成型注塑模具成功的關(guān)鍵, 可大多情況下都被忽略了。 圖15：注射期間壓力與溫度相關(guān)分布圖 工作的結(jié)果可歸納如下: ?使用環(huán)氧樹脂過以生產(chǎn)超500個零件，并且使用外間空氣冷卻型腔到451攝氏度。 ?在注射過程中工具的失效歸因于塑料溫度。 ?在注射過程中在工具韌性不好,或在工具溫度過高時可能會出現(xiàn)失敗。 ?經(jīng)驗和理論計算確認,在注射過程中大多是由于抗彎曲應力失效而失敗。減少了長寬比的特征會降低工具抗彎曲失敗的現(xiàn)象。 ?在注射過程中很少可能由于彎曲破壞而導致剪切應力失效，由于快速成形工具要求特定條件，溫度超過401攝氏度才能注射。 參考文獻 1. [1] D. Chen, F. Cheng，《工業(yè)技術(shù)一體化的產(chǎn)品和工藝開發(fā)過程使用快速成型和工作細胞仿真技術(shù)雜志》16(1)(2000)。 2. J.A. McDonald, C.J. Ryall, D.H. Wimpenny快速原型個案資料，專業(yè)工程出版，英國，2001。 3. M.A. Evans, R.I. Campbell，使用快速成型模型比較評估工業(yè)設計和加工技術(shù)研討會，快速樣機成型雜志 9（5）（2003） 4. A. Venus, S. Crommert,快速成型注塑模具工業(yè)生產(chǎn)，快速原型法，容積2（2）。美國迪爾伯恩市1996。 5. Y. Li, M. Keefe, E.P. Gargiulo,研究直接加工快速成型模具工具，第六快速成形制造方法歐洲會議，諾丁漢,英國,1997年7月,ISBN:0-9519759-7-8，頁數(shù)：253-266。 6. P. Decelles, M. Barritt, AIM原型工具,三維系統(tǒng),1996年P(guān) / N 70275/11-25-96。 7. T. Greaves, (Delphi-GM),研究:利用快速成型技術(shù)發(fā)展注塑模制模工具，生產(chǎn)廠家會議,1997年。 8. P. Jacobs,快速成型模具進展,快速成型會議，10月，美國馬里蘭大學,1996年。 9. S. Rahmati, P.M. Dickens,快速成型注塑模具工具,第六個快速成形及其制造方面的歐洲會議，諾丁漢,英國,ISBN:0-9519759-7-8,1997年,第213-224頁。 10. S. Rahmati, P.M. Dickens,注塑模具的失效分析,第八年度固體成形技術(shù),德克薩斯州,1997年,頁數(shù)295-305。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計說明書/論文 1緒 論 1.1注塑成型概述 近年來，隨著我國經(jīng)濟的騰飛，塑料成型加工機械和成型模具發(fā)展十分迅速，高效，自動化，大型，微型，精密，高壽命的模具在整個模具行業(yè)中所占的比例越來越大。我國大型、復雜、精密、高效和長壽命模具又上了一個新臺階，不少種類模具已能替代進口模具，模具CAD/CAM技術(shù)得到了較快推廣應用并取得了良好效果，快速成形制造技術(shù)和設備有了長足發(fā)展并已開始進入實用推廣階段，高速銑等新一代制造技術(shù)已被人們重視并開始應用。從模具使用角度來說，要求高效，自動化，作簡便；從模具制造角度，要求結(jié)構(gòu)合理，制造容易，低成本。現(xiàn)代塑料制品生產(chǎn)中，合理的加工工藝，高效的設備，先進的模具是必不可少的三項重要因素。模具與其他機械產(chǎn)品比較，一個重要特點就是技術(shù)含量高、凈產(chǎn)值比重大。隨著化工、輕工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，我國的模具工業(yè)近年來一直以每年13％～15％左右的增長速度高速發(fā)展，而各行業(yè)對模具的要求也越來越高。面對市場的變化，有著高技術(shù)含量的模具正在市場上嶄露頭角。隨著工業(yè)發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)品的品種、數(shù)量越來越多；對產(chǎn)品質(zhì)量和外觀的要求，更是趨精美，華氣。因此，結(jié)合中國具體情況，學習國外模具工業(yè)建設和模具生產(chǎn)的經(jīng)驗，宣傳、推行科學合理化的模具生產(chǎn)，才能推進模具技術(shù)的進步。 注塑成型是熱塑性塑料制件最重要的加工方法。用此方法加工成型的塑料制件，其品種與樣式之多是其他成型方法無可比擬的。起過程是借助與螺桿的推力，將已塑化的塑料熔體注入閉合的模具型腔內(nèi)，經(jīng)冷卻固化定型后開模得到塑件。 因此，構(gòu)成注塑成型的三個必要條件：一是塑件必須以熔融狀態(tài)進入模腔；二是塑料溶體必須要有足夠的壓力和流速，以確保及時的充滿整個模腔的各個角落；三是需有符合制件形狀和尺寸并滿足成型工藝的要求的模具。 注塑成型技術(shù)與其他成型技術(shù)相比較有其獨特的優(yōu)勢，表現(xiàn)在以下幾個方面：其一是成型物料的熔融塑化和流動造型是分別是在塑料筒和模腔兩處進行，模具可以始終處于是溶體很快冷凝或交聯(lián)固化的狀態(tài)，從而有利于縮短成型周期；其二是先鎖緊模具然后才將塑料溶體注入，加之具有良好的流動性的溶體對模腔的磨損很小，因而可以用一套模具大批量成型復雜零件，表面圖形與標記清晰和尺寸精度較高的制品；其三是成型過程的合模、加料、塑化、注塑、啟模和頂出制品等全部成型作均由注塑機自動完成，從而使注塑工藝容易全自動化和實現(xiàn)程序控制。但我們也要看到注塑成型的不足之處，由于冷卻條件的限制，很難用這種技術(shù)制的無缺陷、壁厚的變化又較大的熱塑性塑料制品，另外由于注塑機和注塑模具的造價很高，成型設備的啟始投資較大，所以注塑技術(shù)不適合于小批量制品的生產(chǎn)。 注塑成型又稱注射模塑或注射成型，是熱塑性塑料制品成型的一種重要方法。除極少數(shù)幾種熱塑性塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用此方法成型塑件。注塑成型可以成型各種形狀、滿足眾多要求的塑料制件。注塑成型已經(jīng)成功地運用于某些熱固性塑料制件、甚至橡膠制品的工業(yè)生產(chǎn)中。 注塑成型的過程是，將粒狀或粉狀塑料從注射機的料斗送入加熱的料筒，經(jīng)加熱塑化成熔融狀態(tài)，由螺桿（或柱塞）施加壓力而通過料筒底部的噴嘴注入低溫的、閉合的模具型腔中，經(jīng)冷卻硬化而保持模腔所賦予的形樣，開模取得所注塑成型塑件，在作上完成了一個周期。 注塑成型是塑料模塑成型的一種重要方法，生產(chǎn)中已有廣泛的應用。它具有以下幾方面的特點： ①成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸準確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件。 ②對成型各種塑料的適應性強。目前，除氟塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用此方法成型，某些熱固性塑料也可以采用注塑成型。 ③生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。 ④注塑成型所需設備昂，模具結(jié)構(gòu)比較復雜，制造成本高，所以注塑成型特別適合大批量生產(chǎn)。 1.2我國塑料模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 80年代以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產(chǎn)值為245億， 2003年模具進出口統(tǒng)計中，我國模具的出口總額為2.52億美元,我國模具的出口總額3億美元,進口額則達到13億多美元,在進口模具中的塑料模具占到50%左右?？梢钥闯?，在塑料模具方面，我國與國外產(chǎn)品還存在較大差距。 在引進的塑料模具中，以科技含量較高的模具居多，如高精度模具、大型模具。熱流道模具、氣輔及高壓注射成型模具等。現(xiàn)代塑料制品對表面光潔度、成型時間都提高了更高的要求，因而也推動了塑料模具的發(fā)展。以電視機塑料外殼模具為例。其精度已由以前的0.05~0.1mm提高到0.005~0.01mm?,制造周期也由8個月縮短到了2個月,并且使用壽命也由過去可制10萬~20萬件制品延長到了可60萬件制品。從電視機外殼塑料模具的發(fā)展可以看到，高精密、長壽命、短周期、低成本是模具的發(fā)展方向。目前我國使用覆蓋率和使用量最大的模具標準件為冷沖模架、注塑模架和推桿管這三類產(chǎn)品。以注塑模架為例，目前全國總產(chǎn)值有20多億元，按照需求，國內(nèi)約需注塑模架30多億元，而實際上國內(nèi)市場并未達到這個規(guī)模，其中主要一個原因就是模具廠家觀念舊，注塑模架自產(chǎn)配比例較高，外購很少。這樣做廠家不僅重復制造本應標準化的購件，延長了模具生產(chǎn)周期，又不利于維修。很多相關(guān)的模具標準件并沒有相關(guān)的國家標準，因此制定模具構(gòu)件的標準規(guī)范工作也是當務之急。 1.3 國際塑料模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 美國1991年發(fā)表的“國家關(guān)鍵技術(shù)報告”認為:材料領(lǐng)域的進展幾乎可以顯著改進國民經(jīng)濟所有部門的產(chǎn)品性能,提高它們的競爭能力;因此把材料列為六大關(guān)鍵技術(shù)的首位。這是由于先進材料與制造技術(shù)是未來國民經(jīng)濟與國防力量發(fā)展的基礎(chǔ),是各種高、新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為實用產(chǎn)品與商品的關(guān)鍵。當前各種新材料市場規(guī)模超過1000億美元,預計到2000年將達4　000億美元。由新材料帶動而產(chǎn)生的新產(chǎn)品新技術(shù)則是一個更大的市場。以上參展項目基本上代表了當前國際和國內(nèi)的先進水平和發(fā)展趨勢 1.4 我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向 1）提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平及比例。 2）在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術(shù)?；诰W(wǎng)絡的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪，CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。 3）推廣應用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。氣助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制體輔，而且其常用于較復雜的大型制品，模具設計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。 4）開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應多品種、少批量的生產(chǎn)方式。 　 5）提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)、提高商品化程度、提高標準件質(zhì)量、降低成本;再次是要進一步增加標準件規(guī)格品種。 6）應用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。 7）研究和應用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和應用多樣、調(diào)整、廉價的檢測設備是實現(xiàn)逆向工程的必要前提。 8）“十一五”期間我國塑料模具發(fā)展方向，塑料模具占模具總量近40%，而這個比例仍不斷上升。塑料模具中為汽車和家電配套的大型注塑模具，為集成電路配套的精密塑料模具，為電子信息產(chǎn)業(yè)和機械及包裝配套的多層、多腔、多材質(zhì)、多色精密注塑模，為新型建材及節(jié)水農(nóng)業(yè)配套的塑料異型材擠出模及管路和噴頭模具等，目前雖然已有相當技術(shù)基礎(chǔ)并正在快速發(fā)展，但技術(shù)水平與國外仍有較大差距，每年進口達幾億美元，因此“十一五”期間應重點發(fā)展。 1.5本次設計的目的 此次畢業(yè)設計給了我親自動手的機會，于以后的工作、學習等都有很大的幫助，是大學三年學習的一個總結(jié)，中國的塑料模具制造工業(yè)的飛速發(fā)展是需要理論和實踐相結(jié)合的，所以這次畢業(yè)設計的意義十分重大。目的是通過對該零件的注塑模工藝的設計，了解注塑模具的設計步驟， ABS等材料的各項性能指標，工藝方案的選擇，和側(cè)向抽芯技術(shù)的掌握。 2 塑件成型工藝性分析 2.1 塑件（三通管）分析 2.1.1三通管的塑件圖如下所示： 2.1.2 塑件分析 三通管工件如圖所示。它是一種常見的塑料工件，從工件本身來看，屬特小型件，其抽芯脫模機構(gòu)較為復雜，側(cè)向抽芯技術(shù)可以說是這次課題的難點零件直通管的成型采用側(cè)向抽芯機構(gòu)。由于抽拔距很長普通的斜導桂抽芯結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)抽芯動作的順利完成．故采用液壓缸進行側(cè)向抽芯。因此本次畢業(yè)設計主要是針對以上問題進行模具設計，以解決實際生產(chǎn)中存在的問題。 2.1.3 成型工藝分析如下 1）精度等級 影響塑件精度的因素很多，塑料的收縮、注塑成型條件（時間、壓力、溫度）等，塑件形狀、模具結(jié)構(gòu)（澆口、分型面的選擇），飛邊、斜度、模具的磨損等都直接影響制品的精度。按SJ1372—1978標準，塑料件尺寸精度分為8級，本塑件所用材料為丙烯烴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）,由此查塑料模具設計手冊可知，本塑件宜選用一般精度5級。 2）脫模斜度 由于塑件冷卻后產(chǎn)生收縮，會緊緊地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脫出困難，強行取出會導致塑件表面擦傷、拉毛。為了方便脫模，塑件設計時必須考慮與脫模（及軸芯）方向平行的內(nèi)、外表面，設計足夠的脫模斜度。只有塑件高度不大、沒有特殊狹窄細小部位時，才可以不設計斜度。最小脫模斜度與塑料性能、收縮率、塑件的幾何形狀等因素有關(guān)。 塑件脫模斜度為： 35＇~ 1o30＇?? 考慮到本塑件的結(jié)構(gòu)以及模具的側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)，可以使開模后塑件自動留在型腔中，所以不需要考慮脫模斜度。 2.2 ABS的注射成型過程及工藝參數(shù) 2.2.1注射成型過程 1）成型前的準備 對ABS的色澤、細度和均勻度進行檢驗。 2）注射過程 塑料在注塑機料筒里進行加熱、塑化達到流動狀態(tài)后由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可以分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻5個階段。 3)塑件的后處理 采用調(diào)濕處理，紅外線燈烘箱，熱處理溫度70℃，處理時間2小時。 2.2.2ABS的注射工藝參數(shù) 1）注射機： 螺桿式 2）螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）: 30 3) 料筒溫度（℃）： 150—170（后段） 165—180（中段） 180—200 （前段） 2.2.3ABS的物力和化學特性 三通管所用的材料是ABS，全稱丙烯晴—丁二烯—苯乙烯共聚物。它將PS,SAN,BS的各種性能有機的統(tǒng)一起來，兼具韌，硬，剛相均勻的優(yōu)良力學性能。ABS是丙烯晴、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯晴，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。ABS工程塑料一般是不透明的，外觀呈前象牙色，無毒、無味、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，但無熔融低落現(xiàn)象。 1.使用性能 綜合性能好，沖擊強度高，化學穩(wěn)定性好、電性能良好、抗化學藥品性好，染色性、成型加工和機械加工性好。ABS樹脂耐水、碘和酸類，不溶于大部分醇類和烴類溶劑，而容易溶于醛酮脂和一些氯代氫中。ABS工程塑料的缺點：熱變形溫度較低，可燃耐火性差。因而ABS適用于制作一般的機械零件、減摩耐磨零件、傳動零件和電訊零件。ABS塑料的適用范圍為-40～100℃。 2.成型特性 1）無定形塑件，其品種很多，各品種的機電性能及成性特性也有差異，應按品種確定成型的方法及成型條件。 2）吸濕性強，含水量因小于0.3％，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應要求長時間預熱干燥。 3）流動性中等，溢邊料0.04mm左右（流動性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯，聚氯乙烯好 ）。 4)比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、模溫（對耐熱、高沖擊和中沖擊型樹脂，料溫更宜取高）。料溫対物性影響較大，料溫過高易分解（分解溫度為250℃左右，比聚苯乙烯易分解），對其要求精度較高。 3 擬定模具結(jié)構(gòu)形式 3.1分型面的選擇 塑件設計階段，就應考慮成型時分型面的形狀和位置，否則無法用模具成型。在模具設計階段，應首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結(jié)構(gòu)。分型面設計是否合理，對塑件質(zhì)量、工藝操作難易程度和模具的設計制造都有很大的影響。因此，分型面的選擇是注射模具設計中的一個關(guān)鍵因素。 3.1.1分型面的選擇原則 1）有利于保證塑件的外觀質(zhì)量； 2）分型面因選擇在塑件的最大截面處； 3）盡可能使塑件留在動模一側(cè)； 4）有利于保證塑件的尺寸精度； 5）盡可能滿足塑件的使用要求； 6）盡量減少塑件在合模方向上的投影面積； 7）長型芯應置于開模方向上； 8）有利于排氣； 9）有利于簡化模具結(jié)構(gòu)。 3.1.2 分型面的確定 根據(jù)本三通管的具體結(jié)構(gòu)和以上確定分型面的基本原則，本設計確定分型面的位置如圖2-1所示。在該結(jié)構(gòu)中，有外側(cè)抽芯，所以在確定分型面時，還要確定好側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)。外側(cè)抽芯采用斜導柱側(cè)抽芯，具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。 圖3-1分型面的選擇 對以上兩種分型面進行比較，根據(jù)分型面的選擇要求，可以看出圖b較好； 1）圖 b所示截面作為分型面，它是塑件的最大截面，大孔在開模方向上成型，而小孔在側(cè)面，便于抽芯。 2)圖a所示截面為分型面，有兩個側(cè)孔，且側(cè)孔大而深，抽芯力較大，抽芯結(jié)構(gòu)相對復雜 3.2型腔數(shù)目的確定 為了使模具與注塑機的生產(chǎn)能力相匹配，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性，并保證塑件精度，模具設計時應確定型腔的數(shù)目。型腔數(shù)目的確定一般可以根據(jù)經(jīng)濟性、注塑機的最大注射量、制品的精度等。一般來說，大中型塑件和精度要求高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，但對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求），形狀簡單，又是大批量生產(chǎn)時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)率大為挺高。該塑件要求不高，生產(chǎn)批量適中，且具有兩邊抽芯，抽芯距較長，從模具加工成本考慮，故擬定為一模兩腔。采用一模兩件，能夠適應生產(chǎn)的需求，潛伏式澆口，澆口去除方便，模具結(jié)構(gòu)孔不復雜，容易保證塑件質(zhì)量。 型腔布置形式如圖3-2所示； 圖3-2 型腔布置 4注塑機型號的確定 注塑模是安裝在注塑機上使用的工藝設備，應此設計注射模是應該詳細了解注塑機的技術(shù)規(guī)范才能設計出符合要求的模具。 注塑機規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔的數(shù)目和排列方式，在確定模具結(jié)構(gòu)形式及初步估算外形尺寸的前提下，設計人員應對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出行程、開模距離等進行計算。根據(jù)這些參數(shù)選擇一臺和模具相匹配的注塑機，倘若用戶已提供了注塑機的型號和規(guī)格，設計人員必須對其進行校核，若不能滿足要求，則必須自己調(diào)整或與用戶商量調(diào)整。 4.1所需注射量的計算 利用Pro/E三維軟件定性測得該塑件的實際體積為Ⅴ1=51.16cm3,塑件質(zhì)量ｍ1為56.28g。設澆注系統(tǒng)的體積為素間的0.6倍。所以一次總的注射量為： 流道凝料的質(zhì)量ｍ2=2×0.6m1=67.536g 流道凝料的體積 v0=2v1+v2=51.16×2+61.39=163.7 cm3 公稱注射量為：v公=v0/0.8=163.7/0.8=204.6 cm3 4.2塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖模力的計算 流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積A2在模具設計前是個未知數(shù)，根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計分析，大致是每個塑件在分型面上的投影面積的0.2～0.5倍。因此可用0.35nA1來進行估算，所以： A=nA1+A2= nA1+0.35 nA1=1.35 nA1 =1.35×2×1198.9=3237mm2 式中 A1—為塑件在分型面上的投影面積 N—型腔數(shù) 鎖模力是指注塑機的鎖模機構(gòu)對模具所施加的最大夾緊力。即： F鎖=A*P型 A—塑件和澆注系統(tǒng)在分型面的投影面積之和（mm2） F=A×P型=3237×30 ≈97100N=97.1kN 4.3選擇注塑機 注塑成型機按結(jié)構(gòu)形式分可分為立式、臥式、和直角式三類。立式注塑機式注射柱塞（或螺桿）垂直裝設，鎖模裝置推動模板也沿垂直方向移動，主要優(yōu)點是占地面積小，安裝或拆卸小型模具很方便，容易在動模上安放嵌件，嵌件傾斜或墜落。其缺點是制品自模具中頂出后不能靠重力下落，需要人工取出，這就有礙于全自動操作，但附加機械手取產(chǎn)品后，也可實現(xiàn)全自動操作。臥式注塑機是注射柱塞或螺桿與合模運動方向沿水平裝設，其優(yōu)點是機體較低容易操縱和加料，制件頂出后可自動墜落，故易實現(xiàn)全自動操作。直角式注塑機是注塑機柱塞或螺桿與合模運動方向相互垂直，這種注塑機的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，便于自動，適用于單件生產(chǎn)中心部位不允許留有澆口痕跡的平面制件，同時常利用開模絲杠的轉(zhuǎn)動來拖動螺紋型芯或型環(huán)旋轉(zhuǎn)，以便脫下塑件。考慮到生產(chǎn)成本和易于實現(xiàn)自動化，塑件還是靠自身重力下落比較合適，且重心較低安裝穩(wěn)妥。 通過上述的分析，該塑件的注射量和鎖模力較大，由于本模具具有抽芯機構(gòu)，設計較為復雜，同時考慮到開模行程和脫模力的原因，所以應該采用臥式注塑機。 根據(jù)每以生產(chǎn)周期的注塑量和鎖模力的計算值，差資料，可選用SZ-200/1000臥式注塑機。 表4-1 注塑機主要技術(shù)參數(shù) 項目 數(shù)據(jù) 項目 數(shù)據(jù) 理論注射容量/cm3 210 鎖模力 100 螺桿直徑/mm 42 拉桿內(nèi)間距/mm 370×320 注射壓力Mpa 150 開模行程/mm 300 注射速率g/s 110 最大模厚/mm 350 塑化能力/s 14 最小模厚/mm 150 螺桿轉(zhuǎn)速r/min 10～250 定位孔直徑/mm 125 噴嘴球半徑/mm 15 噴嘴直徑/mm 4 鎖模方式 雙曲軸 4.4注塑機有關(guān)參數(shù)的校核 4.4.1型腔數(shù)量的校核 1）由注塑機料筒塑化速率校核模具的型腔數(shù)n. N≤kMt-m2 =0.8×14×30-0.6×2×56.28/56.28 =4.77＞2,型腔數(shù)校核合格。 式中 k—注塑機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8； M—注塑機的額定塑化量（14g/s） t—成型周期，取30s. 2）按注塑機的最大注射量校核型腔數(shù)量n。 N≤kMn-m2/m1 =0.8×231-0.6×2×56.28/56.28 =2.08＞2,符合要求。 式中 MN—注塑機的允許最大注射量（cm3或g），該注射機為210 cm3×1.1g/ cm3=231g。其他符號意義與取值同前。 4.4.2注塑機工藝參數(shù)的校核 1）最大注射壓力的校核 塑料壓力校核的目的式校核注塑機的最大注射壓力能否滿足塑件成型的需求。注塑機最大注射壓力應稍大于塑件成型所需要的壓力。即 Pe≥kP0=1.3×100=130MPa 而Pe=150 MPa，注射壓力校核合格。 式中， Pe—注塑機額定壓力（MPa）； K—注射壓力安全系數(shù)，取1.3； P0—成型所需要的注射壓力（MPa）； 2）鎖模力校核 F≥KFm=KAP 型=1.2×97.1=116.52KN 而F=1000KN，鎖模力校核合格。 4.4.3安裝尺寸 1）噴嘴尺寸 (1)主流道的小端直徑D大于注塑機噴嘴d，通常 D=d+（0.5～1）mm 對于該模具d=4 mm，取D=4.5 mm，符合要求。 （2）主流道入口的凹球半徑SR0應大于注射機噴嘴半徑SR，通常為 SR0=SR+（1～2）mm 對于該模具SR=15 mm取17 mm，符合要求。 2)最大與最小模具厚度 模具厚度H應滿足Hmin＜H＜Hmax 式中Hmin=150 mm，Hmax=350 mm 4.4.4開模行程的校核 H≥H1+H2+（5～10）mm 式中 H—注塑機動模板的開模行程 H1—塑件推出行程（mm），取6 mm（塑件壁高處的高度）； H2—包括流道凝料在內(nèi)的塑件高度（mm），其值為 H2=46+（5～10）mm=51～56 mm（46 mm由裝配圖直接量?。? 所以，H=300 mm＞50+80+10=140 mm 由計算得到符合要求。 4.4.5模架尺寸與注塑機拉桿內(nèi)間距校核 該套模具模架的外形尺寸為370 mm×468 mm，而注射機拉桿內(nèi)間距為370 mm×320 mm，因370 mm等于370 mm，符合要求。 注：對上面4.4.2～4.4.5的校核內(nèi)容與后面的模具結(jié)構(gòu)設計交叉進行，但為了行文整體形式與內(nèi)容的統(tǒng)一，所以將部分在此進行。 綜上所述，注塑機選擇SZ-200/1000臥式注塑機符合該模具設計要求。 5澆注系統(tǒng)的形式和澆口的設計 所謂注射模的澆注系統(tǒng)是指從主流道的始端到型腔之間的熔體流動通道。 澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注塑機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳物質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對塑件質(zhì)量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。 該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流道、分流道、冷料穴、澆口。 5.1主流道的設計 主流到普通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注塑機噴嘴射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形。以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的勝利拔出。 5.1.1主流道設計要點 1）為便于凝料從主流道中拉出，主流道通常設計成錐形，其錐角ａ=20～60。內(nèi)比表面粗糙度一般為Ra=0.8。 2）為防止主流道與噴嘴處溢料及便于將主流道凝料拉出，主流道與噴嘴應緊密接觸，主流道進口處應制成球面凹坑，其球面半徑為R2=R1+（1～2）mm,凹入深度3～5 mm。 3）為了物料的流動阻力，主流道末端與分流道連接處呈圓角過渡，其圓角半徑r=1～3 mm。 4）主流道長度L應盡量短，否則將增加主流道凝料，增大壓力損失，一般主流道長度由模具結(jié)構(gòu)和模板厚度所確定，一般不大于60 mm，取L=40 mm 5）因主流道和塑料熔體反復接觸，進口處與噴嘴反復碰撞，因此，長將主流到設計成可拆卸的主流道襯套，用較好的鋼材制造并進行熱處理，一般用T8、T10制造，熱處理硬度為HRC50～55。 5.1.2主流道尺寸 1）主流道小端直徑 D=注塑機噴嘴直徑+（0.5～1） =4+（0.5～1），取D=4.5mm。 2）主流道球面半徑 SR0=注塑機噴嘴球頭半徑+（1～2） =15+（1～2），取SR0=170mm 圖5-1 主流道襯套 由于本模具主流道較長，定位圈和襯套設計形式較宜，其定位圈結(jié)構(gòu)尺寸如圖5-2所示。 圖5-2 定位圈 5.1.3主流道襯套的固定 主流道襯套的固定形式如圖5-3所示 圖5-3 固定主流道襯套的形式 1—內(nèi)六角螺釘；2—定位圈；3—定模板；4—主流道襯套 5—定模板 5.2冷料穴的設計 當注塑機未注射塑料之前，噴嘴前面的熔體塑料的溫度降低，形成冷凝料頭，為了防止這些冷凝料進入型腔而影響塑件質(zhì)量，在進料口的末端的動模板上開設一洞穴或者在流道的末端開設洞穴，這個洞穴就是冷料穴。它的作用是儲存因兩次注塑間隔而產(chǎn)生的冷料頭以及熔體流動的前鋒冷料防止冷料進入型腔而形成冷接縫。冷料穴的尺寸宜大于主流大端的直徑，長度約為主流道大端的直徑。為了是主流道凝料能勝利地從主流道襯套中脫出，往往是冷料穴兼有開模時將主流道凝料從主流道拉出而附在動模一邊的作用，根據(jù)拉料方式的不同，冷料穴的形式又可分為與推桿匹配的冷料穴、與拉料桿匹配的冷料穴和無拉料桿的冷料穴 1）主流道冷料穴的設計 該設計采用Z型拉料桿。 2）分流道冷料穴的設計 該模具設計采用潛伏式澆口形式，無須考慮分流道的冷料穴設計。 5.3分流道的設計 分流道是連接主流道和澆口的進料通道。在單腔模中，長不開設分流道，而在多腔模中，一般都設置有分流道，塑料沿分流道流動時，要求通過它盡快地充滿型腔，流動中溫度降低盡可能小，阻力盡可能低。同時，應能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔，因此，采用平衡式分流道，分流道應短而粗。但為了減少澆注系統(tǒng)的回料量，分流道也不能過粗。過粗的分流道冷卻緩慢，還會增長模塑周期。 5.3.1分流道的長度 長度應盡量取短，且少折彎。該模具分流道的長度很短。 分流道長度 第一級分流道：L1=15×2=30mm 第二級分流道：L2=19 mm 5.3.2分流道的形狀及尺寸 分流道的截面形狀有圓形、半圓形、矩形、梯形、U形等多種。在流過同等橫截面積的條件下，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。而圓形橫截面流動阻力小，熱量損失最小，熔體降溫也最慢，但從加工來說，它需要同時在動模和定模上開設半截面，要使兩者完全吻合，制造較困難。半圓形和矩形截面的分流道比表面積(即表面積/體積)較大，較少采用。而梯形截面、U形截面的分流道，加工容易且熱量散失和流動阻力也不大。為了便于機械加工及凝料脫模，本設計的分流道設置在分型面上，截面形狀采用加工工藝性比較好的梯形截面。梯形截面分流道容易加工，且塑料熔體的熱量散失及流動阻力均不大，一般可以采用下面的經(jīng)驗公式來計算截面尺寸： B=0.2654 查參考文獻：《模具設計與制造手冊》表6-150，取B=6.6mm 式中，B——梯形大底邊的寬度（mm） m ——塑件的質(zhì)量（g） L——單向分流道的長度（mm） H=2/3B=2/3×6.6=4.4mm 5.3.3分流道的表面粗糙度 由于分流道終于模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較理想，因此分流道的內(nèi)表面粗糙度R a并不要求很低，一般取0.63um～1.6um, 這樣的表面稍不光滑，有助于增大塑料熔體的外層流動阻力。避免熔體表面滑移，使中心層具有較高的剪切速率。此處Ra=1.6um。 5.4澆口的設計 澆口亦稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短通道(除了直接澆口外)，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。 澆口的主要作用： (1) 型腔充滿后，熔體在澆口處首先凝結(jié)，防止其倒流； (2) 易于切除澆口尾料； (3) 對于多型腔模具，用以控制熔接痕的位置。 當塑料熔體通過澆口時，剪切速率較高，同時熔體的內(nèi)摩擦加劇使料流的溫度升高，黏度降低，提高流動性能，有利于充型，但是澆口尺寸過小會使壓力增大，凝料加快，補縮困難，甚至形成噴射現(xiàn)象，影響塑件質(zhì)量。 5.4.1澆口的形式 澆口的形式有很多但是要根據(jù)具體情況來選擇。 注射模常用澆口形式有以下幾種： 1） 側(cè)澆口 2） 重疊式澆口 3） 點澆口 4） 潛伏式澆口 5.4.2澆口位置的選擇 澆口的位置選擇，應遵循如下原則： 1） 避免制件上產(chǎn)生噴射等缺陷（避免噴射有兩種方法：a加大澆口截面尺寸，降低熔體流速；b采用沖擊形澆口，改善塑料熔體流動狀況）該模具采用方法a； 2） 澆口應開設在塑件截面最厚處； 3） 有利于塑件熔體流動； 4） 有利于型腔排氣； 5） 考慮塑件使用時的界面狀況； 6） 減少或避免塑件的熔接痕； 7） 考慮分子取向?qū)λ芗阅艿挠绊懀? 8） 考慮澆口位置和數(shù)目對塑件成型尺寸的影響； 9） 防止將型芯或嵌件擠歪變形。 5.4.3澆口尺寸的確定 澆口截面積通常為分流道截面積的0.07～0.09倍，澆口截面積形狀多為矩形和圓形兩種，澆口長度約為0.5～2 mm左右。澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗確定，取其下限值，然后在試模時逐步修正。 d=nk 式中 d——澆口直徑（mm） n—塑料系數(shù)，由塑料性質(zhì)決定 k——系數(shù)。塑件壁厚的函數(shù)， k=0.206=0.0206×=0.5045 A——型腔表面積（mm） t—塑件壁厚（mm） d=1035 mm 5.5澆注系統(tǒng)的平衡 對于該模具，從主流道到各個型腔的分流道的長度相同，形狀及截面尺寸對應相同，各個澆口也相同，澆注系統(tǒng)顯然是平衡的。 5.6澆注系統(tǒng)凝料體積計算 1）主流道與主流道冷料穴凝料體積 V=1/3∏×7.65/22×200-1/3∏×4.52/22×110≈2479.8 mm 2) 分流道凝料體積 V分=2×（15+19）=68mm3 3)澆口凝料體積 V澆約等于零，可以忽略不計。 4）澆注系統(tǒng)凝料體積 V總=V主+V分+V澆=2547.8mm3≈2.55 cm3 該值小于前面4.1中澆注系統(tǒng)凝料的估算值61.39cm3,所以前面有關(guān)澆注系統(tǒng)的各項計算與校核符合要求，不需要重新設計計算。 5.7澆注系統(tǒng)各截面流過熔體的體積計算 1）流過澆口的體積 V3=V型=51.16cm3 2)流過分流道的體積 V2=V塑+V分/2≈51.228 cm3 3）流過主流道的體積 V1=2V2+V主=104.936 cm3 6成型零件的結(jié)構(gòu)設計和計算 型腔通常包括凹模、凸模、小型芯、螺紋等。由于這種成型零件直接與高溫、高壓的塑料容體接觸，并且脫模是反復與塑件摩擦，因此要求它有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨性和較低的表面粗糙度。同時還應考慮零件加工性及模具的制造成本。應通過強度和剛度計算來確定型腔壁厚，尤其對于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能單純憑經(jīng)驗來確定型腔壁厚和底板厚度。 6.1成型零件的結(jié)構(gòu)設計 三通管有三個孔，分模時無法脫出，需要使用側(cè)抽芯才能勝利的脫模。型芯一般單獨制造，側(cè)面的孔采用一個側(cè)抽芯，長孔方向采用兩個相同的主型芯，選擇在中心處分模。這樣易于加工，并且在生產(chǎn)中方便替換，提高生產(chǎn)效率。 6.2成型零件工作尺寸的計算 成型零件工作尺寸是指凹模和凸模直接用以構(gòu)成塑件的尺寸，它通常包括凹模和凸模的徑向尺寸，凹模和凸模高度尺寸以及位置（中心距）尺寸等。成型零件的加工精度和質(zhì)量決定了塑件的精度和質(zhì)量，工作尺寸的計算受塑件尺寸精度的制約，影響塑件尺寸精度的因素甚多，主要有模具制造公差、模具的磨損量和塑件收縮率等因素，因此，計算工作零件尺寸時應根據(jù)上述三個因素進行考慮。本設計采用平衡收縮法計算模腔各工作尺寸。 在計算成型零件型腔和型芯的尺寸時，塑料制品和成型零件尺寸均按單向極限值，即孔類尺寸均以其最小尺寸作為公稱尺寸，即公差值為正；凡是軸類尺寸均以其最大尺寸作為公稱尺寸，公差值為負。而孔心距尺寸則按公差帶對稱分布的原則進行計算。 查閱資料，該設計的公式如下： 型腔徑向尺寸的計算： LM=[（1+Scp）Ls-3/4△] 型芯高度尺寸的計算： HM=[(1+Scp)hS+2/3△] 上式中，LM—型腔徑向尺寸（mm） Lsls—塑件徑向尺寸（mm） Scp—塑料的平均收縮率（%）[Scp=(0.004+0.007)/2] △—塑件公差值（mm） —模具制造公差（mm）（一般取=△/3） 1）型腔尺寸的計算 對于型腔來說，具體尺寸見圖6-1。 圖5-6 腔尺寸型 已知型腔徑向尺寸,Ls1=31, △=0.20, =0.07將以上數(shù)據(jù)代入上式，可得 LM1=[（1+0.55%）×31-3/4×0.20]= 31.02 已知型腔深度尺寸，Hs1=30.25, △=0.26, 1=0.09;Hs2=9,Hs3=9.5, △2=0.12, 2=0.04,將以上數(shù)據(jù)代入上式，可得 2）側(cè)型芯尺寸的計算 對于側(cè)型芯來說，具體尺寸見圖6-2。 圖6-2 側(cè)型芯 已知型芯徑向尺寸，ls1=18,△1=0.12,=0.04;ls2=63,△2=0.22, =0.07;ls3=41,△3=0.20,=0.07,將以上數(shù)據(jù)帶入公式，可得； LM1=[(1+0.55%)×18+3/4×0.12]=18.26 LM2=[(1+0.55%)×63+3/4×0.22]=63.53 LM3=[(1+0.55%)×41+3/4×0.20]=41.3 已知型芯高度尺寸，Hs1=10, △1=0.12,=0.04;Hs2=31,△2=0.18,=0.06;Hs3=3, △3=0.08,=0.03,將以上數(shù)據(jù)代入公式，可得 H=[(1+0.55%)×10+2/3×0.12]=10.13 H= [(1+0.55%)×31+2/3×0.18]=31.25 H= [(1+0.55%)×3+2/3×0.08] =3.0 3)主型芯尺寸的計算 對于主型芯尺寸來說，具體尺寸見圖6-3。 6-3 主型芯 已知型芯徑向尺寸，ls1=50, ls2=42△=0.20,=0.07;,;ls3=31,△1=0.18,=0.06,將以上數(shù)據(jù)帶入公式，可得； LM1=[(1+0.55%)×50+3/4×0.20] =50.27 LM1=[(1+0.55%)×42+3/4×0.20] =42.38 LM3=[(1+0.55%)×31+3/4×0.18] =31.30 6.2.1根據(jù)側(cè)壁厚校核強度、剛度 查閱資料，選擇下面公式： 按剛度條件計算 S≥r[()-1] =15×[() =0.838mm 按強度計算有 s≥2.26mm 根據(jù)上面剛度、強度比較，取s=2.26mm＜8mm符合要求。 6.2.2根據(jù)底板厚度校核強度、剛度 按剛度條件計算有 h≥0.90() 按強度條件計算有 h≥1.1（） 式中， Mpa E—模具材料的彈性模量 (Mpa),碳鋼為2.1×10 Mpa P—型腔的壓力（Mpa） []—剛度條件，即允許變形量（mm）; []—模具材料的許用應力（Mpa）； R—型腔內(nèi)徑，r=15mm。 已知：[]=25 Mpa，E=2.1×10 Mpa，P=30 Mpa，[]=0.04，按剛度條件計算有 h≥0.90() =0.9 =5.1mm 按強度計算條件有 h≥1.1（） =1.1×（） =5.77mm 所以取h值必須大于5.77mm 7模架的確定和標準件的選用 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，在根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標準模架尺寸為355mm×450mm的標準模架，實際選擇尺寸為370mm×468mm。 1）定模座板（546mm×370mm，厚27 mm） 定模座板是模具與注塑機固定連接的板，材料為45鋼。 通過4個M12的內(nèi)六角圓柱螺釘與定模固定板連接；定位圈通過4個M8的內(nèi)六角圓柱螺釘與其連接；定模座板與澆口套為H7/m6配合。 2）定模板（型腔固定板）（468mm×370mm厚65mm） 用于固定型腔、導套。固定板應有一定的厚度，足夠的強度，一般選擇45鋼，調(diào)質(zhì)230HB～270HB。 其上的導套孔與導套一端采用H7/k6配合，另一端采用H7/f7配合。定模板與澆口套采用H7/m6配合。 上面還開有4個斜導柱孔，定模板上的斜導柱孔與斜導柱為H8/f7配合。 3）動模板型芯固定板（468mm×370mm厚67mm） 用于固定型芯、導柱，其上還有斜導柱孔、滑塊孔，一般選擇45鋼，調(diào)質(zhì)230HB～270HB。整體式型芯通過兩翼的鋼條固定在其上，用內(nèi)六角螺釘固定在其上。 導柱固定孔與導柱為H7/k6配合；斜導柱孔與斜導柱為H8/f7配合。 4）墊塊（50mm×468mm、厚度為100 mm） （1）主要作用 在動模座板與支撐板之間形成推出機構(gòu)的動作空間，或調(diào)節(jié)模具的總厚度，以適應注射機的模具安裝厚度要求。 （2）結(jié)構(gòu)形式 可以是平行墊塊或拐角墊塊，改模具采用平行墊塊。 （3）墊塊材料 墊塊材料為Q235A，也可用HT200、球墨鑄鐵等。該模具墊塊采用Q235A 制造。 （4）墊塊的厚度h 校核 h =h1 +h2 +h3 +s +δ=0+22+17+26+3.5=68.5mm<100mm，符合要求。 式中 h1—頂出板限位釘?shù)暮穸?，該模具沒采用限位釘，故其值為0； h2—推板的厚度，為22mm； h3—推桿固定板厚度，為17mm； s—推出行程，為26mm； δ—推出行程富余量，一般為3mm~6mm，取3.5mm。 5）推桿固定板（368mm×270mm、厚17mm） 材料為45 鋼。 6）推板（368mm×270mm、厚22mm） 材料為45 鋼。 8 合模導向機構(gòu)的設計 為了保證注塑模準確合模和開模，在注塑模中必須設有導向機構(gòu)。導向機構(gòu)主要起定位、導向以及承受一定側(cè)壓力的作用。導柱導向機構(gòu)，包括導柱和導套兩個主要零件，分別安裝在動、定模兩邊。 導柱的基本機構(gòu)形式有兩種。一種是除安裝部分的凸肩外，長度的其余部分直徑相同，稱帶頭導柱，另一種是除安裝部分的凸肩外，使安裝的配合部分直徑比外伸的工作部分直徑大，稱有肩導柱。帶頭導柱用于生產(chǎn)批量不大的模具，可以不用導套。有肩導柱用于采用導套的大批量生產(chǎn)并高精度導向的模具。裝在模具另一邊的導套安裝孔，可以和導柱安裝孔以同一尺寸一次加工而成，保證了同軸度。 導柱前端均須有錐形引導部分，并可割有儲油槽。導柱直徑尺寸隨模具模板外形尺寸而定。模板尺寸愈大，導柱間的中心距應愈大，所選導柱直徑也應愈大。當采用標準模架時，因模架本身帶有導向裝置，一般情況下，只要按照模架規(guī)格選用即可。若需采用精密導向定位裝置，則需根據(jù)模具結(jié)構(gòu)進行具體設計。 8.1 導向結(jié)構(gòu)的總體設計 1）導向零件應合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應有足夠的 距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后變形。 2）該模具采用4根導柱，其布置由標準模架決定。 3）該模具導柱安裝在支承板上，導套安裝在定模板上。 4）為了保證分型面很好的接觸，導柱和導套在分型面處應制有承屑槽，即可削去一個面或在導 套的孔口倒角，該模具采用后者。 5）在合模時，應保證導向零件首先接觸，避免凸模先進入型腔，導致模具損壞。動定模板采用 合并加工時，可確保同軸度要求。 8.2 導柱設計 1）該模具采用帶頭導柱，加油槽； 2）為使導柱能順利地進入導向孔，導柱的端部常做成圓錐形或球形的先導部分； 3）導柱的長度必須比凸模高度高出6mm～8mm； 4）導柱直徑應根據(jù)模具尺寸來確定，應保證具有足夠的抗彎強度（該導柱直徑有標準模架可知為φ16mm）； 5）導柱的安裝形式，導柱固定部分與模板按H7/k6配合，導柱滑動部分按H7/f7或H8/f7的間隙配合，該模具滑動部分采用H7/f7的間隙配合； 6）導柱工作部分的表面粗糙度為Ra=0.4μm。 7）導柱應具有堅硬而耐磨的表面、堅韌而不易折斷的內(nèi)芯。多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理或碳素工具鋼T8A、T10A經(jīng)淬火處理，硬度為50HRC以上或45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)、表面淬火、低溫回火，硬度為50HRC以上，該設計采用碳素工具鋼T8A。 8.3 導套設計 導套與安裝在另一半模上的導柱相配合，用以確定動、定模的相對位置，保證模具運動導向精度的圓套零件。導套常用的結(jié)構(gòu)形式有兩種： 直導套（ GB/T4169.2—1984 ）、帶頭導套（GB/T4169.3—1984）。 1）結(jié)構(gòu)形式 采用帶頭導套（I型）。 2）導套的端面應倒圓角，導柱孔最好做成通孔，利于排出孔內(nèi)剩余空氣。 3）導套空的滑動部分按H8/f7或H7/f7的間隙配合，表面粗糙度0.4μm，該設計采用H7/f7。 4）導套材料可用淬火鋼或銅（青銅合金）等耐磨材料制造，該模具采用T8A。 9 脫模推出機構(gòu)的設計 注射成型的每一周期中，必須將塑件從模具型腔中脫出，這種把塑件從型腔中脫出的機構(gòu)稱為脫模機構(gòu)，也可稱為頂出機構(gòu)或推出機構(gòu)。脫模機構(gòu)的作用包括脫出、取出兩個動作。 推出機構(gòu)的設計原則： 1）推出機構(gòu)應盡量設置在動模一側(cè)。 2）使制品在推出過程中不變形不損壞。 3）機構(gòu)簡單，推出動作可靠。 4）使脫模后的制品有良好的外觀。 5）合模時的準確復位。 式中 p —塑件對型芯產(chǎn)生的單位包緊力，一般p =8～12MPa； A—塑件包緊型芯的側(cè)面積（mm2），由塑件的型芯零件圖可算得A ≈28260mm2。取p 為12MPa；f —摩擦系數(shù)，取0.21；α —脫模斜率，取0° 9.1 脫模機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設計 由該塑件的外形特征及內(nèi)部型芯的情況，設置脫模機構(gòu)為Ⅱ型推管： 1）Ⅱ型推管，如圖9-1 所示。每個塑件由1 根推管推出，共2 根。 2）推管應設在脫模阻力大的地方。 3）推管應均勻布置。 4）推管應設在塑件強度、剛度較大的地方。 5）推管形式為標準的直推管，不帶肩。 6）推管直徑與模板上的推管孔采用H8/f8間隙配合。 7）通常推管入模具后，其端面應與型腔底面平齊或高出型腔地面0.05mm～0.10mm。 8）該模具采用推管與推管固定板單邊為0.25mm的間隙，這樣可以降低加工要求，又能在多推管的情況下，不因個板的推管空加工誤差引起的軸線不一致而發(fā)生卡死現(xiàn)象。 9）推管的常用材料為T8、T10碳素工具鋼，熱處理要求硬度50HRC以上，工作端配合不問的表面粗糙度為Ra =0.8μm。 10 側(cè)向抽芯機構(gòu)的設計 當塑件上具有與開模方向不一致的孔或側(cè)壁有凹凸形狀時，除極少數(shù)情況下可以強制脫模外，一般都必須將成型側(cè)孔或側(cè)凹的零件做成可活動的結(jié)構(gòu)，在塑件脫模前，先將其抽出，然后才能將整個塑件從模具中脫出。完成側(cè)向活動型芯的抽出和復位的這種機構(gòu)就叫做側(cè)向抽芯機構(gòu)。這種模具脫出塑件的運動有兩種情況：一是開模時優(yōu)先完成側(cè)向分型和抽芯，然后推出塑件；二是側(cè)向抽芯與塑件的推出同時進行。側(cè)向分型的抽芯機構(gòu)按動力來源可分為手動、氣動、液壓和機動四種類型。手動抽芯機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，但勞動強度大，生產(chǎn)效率低，故僅適用于小型制品的小批量生產(chǎn)；液壓或氣動抽芯側(cè)向分型的活動型芯可以依靠液壓或氣壓傳動的機構(gòu)抽出。 由于注塑機沒有抽芯液壓缸或氣壓缸，因此需要另行設計液壓或氣壓傳動機構(gòu)及抽芯系統(tǒng)；機動抽芯是利用注塑機的開模力通過傳動機構(gòu)改變運動方向，將側(cè)向的活動型芯抽出。機動抽芯機構(gòu)的結(jié)構(gòu)比較復雜，但抽芯不需人工操作，抽拔力較大，具有靈活、方便、生產(chǎn)效率高、容易實現(xiàn)自動化操作、無需另外添置設備等優(yōu)點，由于該塑件在與開模方向不一致的方向上有兩個小孔，不能順利分模，需要側(cè)向抽芯，綜合上述分析，本設計選擇機動抽芯機構(gòu)進行抽芯。 10.1 抽芯距與抽芯力的計算 1）由塑件外形尺寸可以計算的抽芯距S=s+(2～3)=26+2=28mm 完成抽拔芯距S，滑塊在開模方向所需移動的距離，即完成抽拔所需的開模行程。 H=Sctgα 2）由于塑件冷縮時，只有側(cè)壁塑料包住型芯，也就是兩個小孔的內(nèi)壁與型芯接觸，而兩個小孔的內(nèi)壁是“n”狀的，沒有脫模斜度。所以這塊活動型芯的抽拔阻力，也就是塑件收縮產(chǎn)生對側(cè)型芯的摩擦力， 即 F = f 塑F =0.21×15835 = 3325.4N 式中，F(xiàn)Q—抽芯力（N） F塑 —因塑件收縮產(chǎn)生對側(cè)型芯的正壓力（N） f —塑件與型芯的摩擦系數(shù)（取0.21） p —塑件收縮對型芯單位面積的正壓力，取p=12MPa F塑=pA =12×=15835N 10.2 斜導柱截面尺寸的確定 本設計采用的是在中小型模具中常用的一種結(jié)構(gòu)形式，其臺肩部相平于模面，角度與抽拔角一致。材料多為T8、T10 等碳素工具鋼，也可用20 鋼作滲碳處理，由于斜導柱經(jīng)常于滑塊摩擦，熱處理要求硬HRC≥55,表面粗糙度Ra≤0.8μm。 斜導柱固定部分與模板的配合精度為H7/m6 的過渡配合。 如圖10-1 所示。 圖10-1 斜導柱 1）圓柱形斜導柱直徑的確定 圓柱形斜導柱直徑取決于斜導柱所受的彎曲力，而彎曲力又取決于抽拔力F ，抽拔角α 以及受力點的位置。 一般地，斜導柱和斜滑塊的斜孔的配合都有一定的間隙δ （0.2-0.4），在開模瞬間定程距為M， d= H= d ——斜導柱直徑，mm F c——抽芯力，N Hw ——受力點到固定板平面的距離, Hw =21mm α ——抽拔角 [w]—斜導柱鋼材的許用彎曲應力， MPa 。 碳素鋼取[σ ] =137 MPa d=≈16mm,取20 mm 2) 斜導柱傾斜角α 的選擇 斜導柱傾斜角α 與斜導柱的有效工作長度L ，抽芯距S ,斜導柱完成抽芯時所需最小開模行程H有關(guān)。α 增大，L 和H 減小，有利于減小模具尺寸，但斜導柱所受的彎曲力和側(cè)抽芯時的開模力將增大；反之亦反，綜合兩方面考慮，一般最常用為12～° ≤α ≤ 22° 本設計取α 為20°。 3) 圓柱形斜導柱總長度的計算 斜導柱的總長度 L=+=～10)mm L——斜導柱總長度，mm D——斜導柱臺肩直徑，mm 11 排氣系統(tǒng)的設計 在注射成型過程中，模具內(nèi)除了型腔和澆注系統(tǒng)中原有的空氣外，還有塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低揮發(fā)氣體，這些氣體若不能順利排出，型腔內(nèi)氣體將產(chǎn)生很大的壓力，阻止塑料熔體正?？焖俪淠＃瑫r氣體壓縮產(chǎn)生高溫，可能是塑料燒焦。在充模速度大、溫度高、物料粘度低、注射壓力大和塑件 壁厚較厚的情況下，氣體在一定的壓縮程度下會滲入塑件內(nèi)部，造成氣孔、組織疏松等缺陷。 注塑模的排氣方式，大多數(shù)情況下是利用模具分型面或配合間隙自然排氣，只在特殊情況下采用開設排氣槽的排氣方式。排氣槽一般設在分型面上凹模一側(cè)，以便于模具制造與清理。排氣槽尺寸一般為寬1.5～6mm，深0.02～0.05mm，以塑料不從排氣槽溢出為宜，即應小于塑料的溢料間隙。 該塑件為小型塑件，即模具是屬小型模具，且不須采用特殊的高速注射，故利用分型面和推桿的配合間隙排氣即可，因此本設計不單獨開設排氣槽。 12 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計 塑料在成型過程中，模具溫度會直接影響到塑料的充模、定型、成型周期和塑件質(zhì)量。模具溫度過高，成型收縮大，脫模后塑件變形率大，而且還容易造成溢料和粘模；溫度過