侧抽芯液压管路三通管接头注塑模具设计毕业设计论文.docx

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侧抽芯液压管路三通管接头注塑模具设计毕业设计论文

　　编号：

毕业设计说明书

题目：

侧抽芯液压管路

三通管接头注塑模设计

学院：

国防生学院

专业：

机械设计制造及其自动化

学生姓名：

匡鹏来

学号：

1000110105

指导教师：

曹泰山

职称：

讲师

题目类型：

理论研究实验研究工程设计工程技术研究软件开发

2014年5月4日

摘要

　　塑料注射模具是成型塑料的一种重要工艺装备，通过对液压管路三通塑料模具设计,能够全面的了解塑料模具设计的基本原则、方法.并能较为熟练的使用Proe4.0、AUTOCAD软件进行塑料模具设计,提高自己的绘图能力。

为今后从事设计工作打下了坚实的基础。

　　随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业、日常生活和军事等各个领域的应用范围越来越广，质量要求也越来越高，中国已经成为全球最大的塑料市场之一，塑料制品产量全球第二。

为了做到高质、高效、低成本，从而提高市场占有率，注塑模具的开发、设计、加工与CAD/CAE/CAM技术相结合具有重大意义。

本次主要设计是对液压管路三通注射模的设计,重点对塑件的成型原理、原料选用和注射技术进行分析。

通过根据形状、尺寸、精度及表面质量要求的分析结果，确定所需的模塑成型方案，制品的后加工、分型面的选择、型腔的数目和排列、成型零件的结构、浇注系统等。

关键词：

注塑模；模具结构；侧型芯；工艺方案

Abstract

Plasticinjectionmoldisanimportanttechnologicalequipmentofplasticforming,basedonthehydraulicpipingteeplasticmolddesign,canfullyunderstandthebasicprinciples,methodsofplasticmolddesign.AndcanbeusedmoreskilledProe4.0,AUTOCADsoftwareforplasticmolddesign,improvetheirabilitytodraw.Engagedinthedesignforthefutureworklaidasolidfoundation.

Withtheneedsofthedevelopmentofmodernindustry,plasticproductsinindustry,agriculture,militaryandotherfieldsofdailylifeandtheapplicationscopeismoreandmorewide,thequalityrequirementsalsomoreandmorehigh,Chinahasbecomeoneoftheworld'slargestplasticsmarket,plasticproductsproductionintheworld'ssecond.Inordertoachievehighquality,highefficiency,lowcost,andimprovethemarketshare,injectionmolddevelopment,design,processingcombinedwithCAD/CAE/CAMtechnologyisofgreatsignificance.

Themaindesignisthedesignofinjectionmoldhydraulicpipingtee,focusontheformingprincipleofplasticparts,rawmaterialsselectionandinjectiontechnologywereanalyzed.Byaccordingtotheshape,size,precisionandsurfacequalityrequirementanalysis,todeterminetherequiredmoldingsolutions,productsafterprocessing,thechoiceofthepartingsurface,cavitynumberandarrangement,thestructureofmoldingparts,pouringsystem,etc.

Keywords:

injectionmold;Themoldstructure;Thesidecore;Theprocessingplan

1研究概况1

1.1国外研究现状.........................................................................................................1

1.2国内研究现状.........................................................................................................1

13结论………………………………………………………………30

前言

　　注射成型也称为注射或注塑，是热塑性塑料的一种重要成型方法。

到现在为止，有超过1/3的塑料原材料，是通过注射成型工业加工的，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以采用此成型方法。

它的特点是生产周期短、生产效率高的、易自动化，因此广泛应用于塑料制品的生产。

现在塑料成型生产中，塑料制件的质量与塑料成型模具、塑料成型设备和塑料成型工艺密切相关。

在这三要素中，塑料成型模具的质量最为关键，他的功能是双重的：

赋予塑料熔体以期望的形状、性能、质量；冷却并推出成型的塑件。

模具是决定最终产品的性能、规格、形状以及尺寸精度的载体，塑料成型模具是使塑料成型生产过程顺利进行、保证塑料成型质量不可缺少的工艺装备，是体现塑料成型设备高效率、高性能和合理先进塑料成型工艺的具体实施者，也是新产品开发的决定环节。

由此可见，周而复始地获得符合技术经济要求及质量稳定的塑料制件，塑料成型模具的优劣是关键，它最能反映出整个塑料成型生产过程的技术含量以及经济效益。

因此，注射成型的模具设计制造成为当今社会模具发展的热点,己发展成为热塑性塑料最主要的成型加工方法。

1研究概况

1.1国外研究现状　

在工业发达国家，据1991年统计，日本生产塑料模和生产冲压模的企业各占40；韩国模具专业厂中，生产塑料模的占43.9，生产冲压模的占44.8%;新加坡全国有460家模具企业，60%生产塑料模，35%生产冲模和夹具。

当今世界注射模具的基本格局是以日、美及欧洲各工业化国家作为世界模具技术的领头羊，占据了世界注射模具市场的半壁江山，他们拥有现代的设计方法和先进的模具制造设备，特别是近几年来这些国家把CAD/CAM/CAE系统作为模具工业发展的臂翼，其发展的趋势如日中天。

在注塑模具设计工业中，国外先进国家（日本、德国、美国等）从20世纪80年代中期已广泛使用计算机对塑料模进行辅助设计（CAD），辅助制造（CAM），并对模具设计的各个环节进行定量计算机和数值分析（CAE），已由经验数据逐步过渡到计算机设计，对模具浇注系统和型腔的熔料流动行为以及温度调节系统的热量分布都采用了微机辅助设计。

1.2国内研究现状

20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。

改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。

近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。

许多模具企业十分重视技术发展。

加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。

此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。

模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。

今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。

中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。

在大型模具方面已能生产48"（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。

经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。

2塑件制品分析

2.1明确制品设计要求

液压管路三通管工件如图所示，它是一种常见的塑料工件，广泛应用与建筑行业，由于塑件材料为ABS，模具浇注系统应粗短，进料口截面宜大，溶料流程不易长，因此采用侧浇口。

根据该塑件的结构特点，模具设计为上下开模，三向侧抽芯，由滑块上的型芯成型。

为了使模具与注射机相匹配以提高生产力和经济性、保证塑件精度，并考虑模具设计时应合理确定型腔数目，该模具选择一次开模及一模两腔[1]。

图2.1塑料制品的三维立体图

图2.2塑件尺寸

2.2明确制品批量

该产品生产量大，故设计的模具要求有较高的注塑效率，又考虑到模具的抽芯，结构复杂，因此模具采用一模二腔结构，浇口形式采用侧浇口。

2.3材料选择及性能

2.3.1材料选择

液压管路三通该塑件作为工业用品，要具备安全无毒，化学稳定性高，不易分解等特点和价格低廉的要求；同时，作为承重物件在一定的高度掉下或过载时，不会出现裂纹甚至断裂，这就意味着塑件所使用的材料要有一定的机械强度。

2.3.2材料品种

根据2.1中对塑件的分析要求，同时考虑原材料价格要低廉，现决定选用应用广泛的ABS工程塑料。

ABS塑料是以丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种原料为单体经过共聚而成的一种热塑性塑料（可以反复加热软化冷却成型的塑料），因此兼有三种元素的共同性能，使其具有“坚韧、质硬、刚性”的性质。

ABS塑料无毒、无味。

表2.1ABS塑料的部分技术指标

技术指标

值

密度（g/cm^-3）

1.02～1.16

收缩率（%）

0.4～0.7

透明度

不透明

比热容/（J·kg^-1·k^-1）

1470

吸水性（24小时）（%）

0.2～0.4

屈服强度/MPa

50

拉伸弹性模量/GPa

1.8

抗压强度/MPa

53

弯曲弹性模量/GPa

1.4

熔点℃

130～160

2.4成型设备

注塑成型机按结构形式可分为立式、卧式、和直角式三类。

立式注塑机是注射柱塞（或螺杆）垂直装设，锁模装置推动模板也沿垂直方向移动，主要优点是占地面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上（下模）安放嵌件，嵌件不易倾斜或坠落。

其缺点是制品自模具中顶出后不能靠重力下落，需靠人工取出，这就有碍于全自动操作，但附加机械手取产品后，也可实现全自动操作。

卧式注塑机是注射柱塞或螺杆均沿水平装设，合模运动也在水平方向上。

其优点是机体较低容易操纵和加料，制件顶出后可自动坠落，故易实现全自动操作。

直角式注塑机是注塑机柱塞或螺杆与合模运动方向相互垂直，这种注塑机的主要优点是结构简单，便于自制，适用于单件生产中心部位不允许留有浇口痕迹的平面制件，同时常利用开模时丝杆的转动来拖动螺纹型芯或型环旋转，以便脱下塑件。

考虑到生产成本和易于实现自动化，塑件还是靠自身重力下落比较合适，且重心较低安装稳妥。

经比较，成型设备采用卧式注射机较好，其优点是机体较低,容易操作和加料，塑件脱模后可以自动落下可实现自动化操作，注塑机的重心较低安装稳定，适合大中型注射机的设计制造。

2.5拔模斜度

由于塑件在冷却过程中产生收缩，因此在脱模前会紧紧地包住凸模（型芯）或模腔中的其他凸起部分。

为了便于脱模，防止塑件表面在脱模时划伤、擦毛等，在设计时应考虑与脱模方向平行的塑件内表面应具有一定的脱模斜度。

由于零件深度很小，所以拔模角度为一度。

2.6计算制品的体积和质量

2.6.1表面质量的分析

该零件的表面质量要求很高各个成型面都得进行抛光处理。

2.6.2塑件的体积重量

计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。

通过Proe建模分析如下图所示。

　图2.3建模分析

　计算得塑件的体积：

V＝30.8cm3　　　　

计算塑件的质量：

公式为

　　根据设计手册查得ABS的密度为1.05g/cm3，故塑件的重量为：

=30.8*1.05=32.34g

3注射机及成型方案的确定

3.1注射机的确定

根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况（主要考虑到模具的高度问题），查阅《塑料成型工艺与模具设计》初步选用注射机XS-ZY-125。

注射机XS-ZY-125参数：

额定注射量：

125mm

最大成型面积：

320cm

柱塞直径：

42mm

注射压力：

120Mpa

模板尺寸：

428×450（mm×mm）

柱杆空间：

260×290（mm×mm）

锁模力：

900KN

喷嘴圆弧半径：

12mm

喷嘴孔径：

4mm

最大开模行程：

450mm（可调整型）

模具最大厚度：

300mm

模具最少厚度：

200mm

3.2成型方案的确定

3.2.1成型设备的选择

柱塞式成型机中，塑料熔化成黏流态的热量主要由筒外部的加热器提供。

在柱塞的平稳推动下，料流是一种平缓的滞流态势。

料筒内同一横截面上不同径距的质点有着梯度变化的流速，结果靠料筒轴心的流速快，靠近料筒壁的流速慢。

料筒同一截面上的温度分布也有差异，靠近筒壁的料，因流速慢，又直接接受外壁的电热圈加热，所以温度高；而靠近轴心的料，因流动快，且又与料筒加热圈隔了一层热阻很大的塑料层，所以温度低。

可见在柱塞式料筒内，塑料的塑化程度很不均匀。

这种注射成型法虽然注射机本身结构简单，成本低，但是需要配置热炼机和炼胶工人，从而增加了设备成本和工人劳动强度，最重要的是这种注射成型方法生产效率低，塑化不均匀，从而影响到制品的质量。

螺杆式注射成型机中，在螺杆的旋转作用下受到强烈的剪切，胶温很快升高。

当胶料沿螺杆移动到螺杆的前端时，已得到充分而均匀的塑化。

螺杆一边旋转一边向后移动，当螺杆前端积聚的胶料达到所需要的注射量时，轴向动力机构以强大的推力推动螺杆向前移动，从而将胶料注入模腔。

这种往复式注射成型方法，胶料的塑化是通过机械剪切获得，因而胶料升温快，塑化均匀，这样一来生产效率和制品质量都得到提高。

另外由于这种注射成型方法可以直接将冷胶料喂入注射机中，从而省去了热炼工序，减少了设备投资和设备占地面积，同时提高了生产效率，降低了劳动强度。

因此，该液压管路三通选用螺杆式注塑机，型号为XS-ZY-125。

3.2.2成型的特点

注射成型又称注射模塑,成型周期短,能一次成型外形复杂,尺寸精密,带有嵌件的塑料制件。

制品无需修整或仅需少量修正,可得到较窄的公差,废料损耗最小,且生产效率高,易于实现自动化生产,适于多件批量较大的塑件生产等优点。

但是,产品质量有时难短期稳定,模具的结构有时不宜高效成型等缺点。

3.2.3成型的原理

注射成型工艺是塑料成型的一种最常用的方法。

它将粒状或粉状的塑料原料加入到注射机的料筒中，经过加热到流动状态，在注射机的柱塞或螺杆的推动下，以一定的流速，通过喷嘴和闭合模具的浇注系统而充满型腔，经过一定的时间的冷却定型，打开模具，从模内取出成型的塑件。

3.2.4成型过程

注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。

一般分为成型前的准备、注射成形过程以及塑件的后片理三个阶段。

1）物料准备

为使成形工艺过程能顺利进行并保证塑料制件的质量，在成形前应进行一系列必要的准备工作。

成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。

对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。

另外当改变产品、更换原料及颜色时均需清洗料筒，通常柱塞式料筒可拆卸清洗，而螺杆式料筒可采用对空注射法清洗。

2）注塑成形过程

完整的注射成型过程包括加料、加热塑化、加压注射、保压、冷却定型、脱模等工序。

但从实质上讲主要是塑化、注射充模和冷却定型等基本过程。

塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为充模（图3-1中0-t1时间段）、保压补缩（图3-1中t1-t2时间段）、倒流阶段（图3-1中t2-t3时间段）和浇口冻结后的冷却（图3-1中t3-t4时间段）冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示。

图中0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T=t1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。

从时间t1到t2，塑料仍处于螺杆的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。

由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段，p1为浇口冻结时的压力。

这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。

从螺杆开始后退到浇口处熔体冻结为止（时间从t2-t3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。

其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。

从浇口处塑料完全冻结起到制件脱模取出时为止，倒流不再继续进行，模腔内的塑料塑料冷却并凝固定型。

在冷却阶段中，随着温度的迅速下降中，模腔内的塑料体积收缩，压力也逐渐下降。

开模时，模腔内的压力不一定等于外界大气压。

有可能有一个残余压力（即图3-1中p2）。

当残余压力为下值时，脱模比较困难，塑件容易被刮伤甚至破裂；当残余压力为负值时，塑件表面出现凹陷或内部产生真空泡；当残余压力接近零时，塑件不仅脱模方便，而且质量较好。

图3.1　注射成形过程中塑料压力的变化

3）制件后处理

由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。

故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。

退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的10-20度至热变形温度以下10-20度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121℃，加热温度为100～121℃，保温时间与制件厚度有关，通常取2～9小时。

4型腔数的确定及分型面的选择

4.1型腔数的确定

　以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%计算：

=2.76

式中：

N----型腔数

S----注射机的注射量（g）

W浇----浇注系统的重量（g）

W件----塑件重量（g）

因为，N=2.76>2

所以，此模具型腔为一模2腔结构合理。

4.2分型面的选择

4.2.1分型面的主要选择原则

分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺的有关，一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以与合模方向平行或倾斜。

因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键。

根据分型面的选择原则：

（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；

（2）在开模时尽量使塑件留在动模；

（3）分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量；

（4）有利于排气和模具的加工方便；

（5）有助于避免侧抽芯或便于侧抽芯。

该塑件对美观不太要求，无斑点和熔接痕，表面质量要求一般。

在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量以及成型后能顺利取出塑件，属于薄壁壳小型塑件，塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上，所以，应有利于塑件滞留在动模一侧，以便于脱模，并不影响塑件的质量和尺寸精度，以及外观形状。

综上所述，合理的分型面应选择在下部。

如图所示：

图4.1分型面位置

4.3确定型腔的排列方式

多型腔有模板上的排列形式通常有圆形、H形、直线型及复合型等。

在设计时有以下原则：

在分流道的设计时，应考虑尽量减小在流道内的压力损失，尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。

在此，选择半圆形，取半圆直径6mm.参见《塑料制品成型及模具设计》。

6.3浇口的设计

浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的熔体通道，它是浇注系统的关键部分。

其主要作用是：

（1）熔体充模后，浇口处首先凝固，可防止其倒流；

（2）熔体在流经狭窄的浇口时产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模；

（3）易于在浇口切除浇注系统的凝料。

浇口截面积的0.03-0.09，浇口的长度约为0.5mm-2mm,浇口的具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值。

当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内摩擦加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。

根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为合适。

6.4平衡进料

作为一模2腔的多腔模具，其浇注系统的平衡进料很重要，一模多腔浇注系统的平衡。

图6.1平衡式浇注系统

6.5冷料穴设计

常用的冷料穴有Z形拉料杆的冷料穴、倒锥孔冷料穴、圆环槽冷料穴、圆头形冷料穴、菌头形冷料穴、圆锥头形冷料穴。

本设计采用带Z型拉料杆。

由于拉料杆头部的侧凹将主流道凝料钩住，分模是即可将凝料从主流道中拉出。

拉料杆的根部固定在推出板上，在推出塑件时，冷料也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍微许动，即可脱钩将塑件连同浇注系统凝料一道取下。

图6.2冷料穴示意图

7排气与冷却系统的设计

塑料在成型过程中，模具温度会直接影响塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。

所以，我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。

一般注射模内的塑料熔体温度为200℃左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60℃以下。

所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效地冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。

对于熔融黏度低、流动性比较好的塑料，如聚丙烯、有机玻璃等等，当塑件是小型薄壁时，如我们的塑件，则模具课简单地进行冷却或利用自然冷却不设定冷却系统：

当塑件是大型的制品时，则需要对模具进行人工冷却。

通过比较最终确定本次设计的冷却系统采用循环水冷却方法。

7.1冷却系统设计的原则

（1）冷却水孔数量尽可