三通塑件注塑模设计调研报告汇总.docx

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三通塑件注塑模设计调研报告汇总

中原工学院机电学院

注塑模调研报告

设计题目：

三通塑件注射模设计

专业：

机械设计制造及其自动化

班级：

姓名：

学号：

日期：

目录

1.塑件工艺性分析……………………………………………………1

1.1塑件图及技术要求……………………………………………？

1.2塑料原料的成型特性与初拟工艺参数…………………………？

1.3塑件结构特点及结构工艺性分析………………………………？

2．型腔数目的选择及注塑设备的选择………………………………？

3．模具结构设计及模具工作原理……………………………………？

4.模具设计的有关理论计算及校核…………………………………？

5．模具总装图………………………………………………………12

6.结论

致谢

参考文献

一、塑件的工艺分析

（一）塑件成型工艺分析

塑件名称：

塑料三通

生产批量：

大批量

未注公差取MT4级精度

（二）原料的成型特性与工艺参数

静电喷枪的工作条件要求

1）具有足够的结构强度、刚度和强抗静电性，

2）具有抵抗喷涂所用涂料溶剂侵蚀和承受气体或液体工作压力的能力。

材料选择：

聚酰胺俗称尼龙（PA），是重要的工程塑料，其产量在五大通用工程塑料中居首位。

尼龙的使用性能：

具有良好的综合性能，既具有聚苯乙烯的良好成型性、聚丁二烯的韧性，又具有聚丙烯腈的化学稳定性和表面硬度。

尼龙耐热、耐磨、耐油、耐弱酸、耐碱，而且电绝缘性好、无毒、无味，其抗拉强度可达35~50MPa，尼龙的工艺性能：

熔体流动性好，制品壁厚可小到1mm。

尼龙的特性可以满足静电喷枪的使用要求，故选用尼龙66（PA66）为静电喷枪的注塑材料。

尼龙的工艺条件：

注射温度在260～290℃之间，模温在50℃左右，注射压力为100～140MPa，成型收缩率为1.5%，密度ρ=1.15g/cm3、弹性模量E=1.35×103MPa，泊松比µ=0.35。

（三）塑件的结构分析

塑件成型工艺分析：

1）静电喷枪三通管在直通管子的另一侧添加了盲管以便安装手柄，其结构要求在三个方向上采用侧向抽芯机构进行成型与抽芯。

2）由于制件尺寸较小、管壁较薄，且尼龙材料的流动性较好，注射模采用了点浇口浇注系统。

3）因为塑件与浇注系统凝料需要分别脱模，故采用由动模板、中间板和定模板组成的三板式注射模结构。

4）为提高生产效率采用一模两腔形式。

（四）塑件尺寸精度的分析

该塑件要求外形美观，无色透明，外表面没有斑点及熔接痕，因为塑件原材料为聚苯乙烯，所以表面采用一般精度等级4级；该塑件为透明塑件，要求型腔与型芯的表面粗糙度相同，粗糙度可取Ra0.3μm。

（五）表面质量的分析

该塑件要求无缺胶，脏污；无拉伤、拉裂、中心圈破裂；无银丝；允许有小黑点1~2个;无气泡、气纹；无明显熔接痕；表面无擦伤、修伤；无手印、指纹；无明显色差。

二、注塑设备的选择

（一）估算塑件体积

经过计算，制件单件体积为27.8cm3，注射机一次所要注射熔融塑料的体积为：

V=n（V件+V凝）=88.96cm3

式中，n=2，V凝=0.6V件。

注射机的理论注射量V理=V/0.8=111.2cm3

（二）选择注射机

1.由于卧式注射机的注射系统与合模机构的轴线重合并与地面平行，具有机身较低，加料、操作及维修较方便，且制品推出脱模后可自动坠落，易于实现机械化或自动化等优点，故首选卧式注射机。

可选用SZ-125/630型注射机，其参数如下表。

该注塑机的各参数如下表所示：

SZ-125/630型注射机技术参数

2.塑件的注射工艺参数的确定

注射机的最大注射压力应当满足塑件成型的需要，塑件成型所需要的压力是由注射机类型、喷嘴形式、塑料流动性、浇注系统和型腔的流动阻力等因素决定的。

注射温度在260～290℃之间，模温在50℃左右，注射压力为100～140MPa，成型收缩率为1.5%，密度ρ=1.15g/cm3、弹性模量E=1.35×103MPa，泊松比µ=0.35。

尼龙材料的流动性好，所需的设备注射压力为100～140MPa，鉴于本塑件的尺寸较小，又属于厚壁件，精度要求也不高，注射压力应在100～120MPa之间，所选注射机能提供的最大注射压力为126MPa，可满足成型工艺要求

三、型腔数的确定

（一）分型面的选择

在I或者II的位置，制件投影面不是最大，但在定模部分需要安装型芯进行成型，脱模不方便，且模具结构复杂。

分型面选择在III的位置，在分型面上进行一次侧向抽芯动作即可实现四个孔的脱模，而不需在动、定模上进行抽芯，既方便三个方向的侧向分型脱模，又可降低型腔的制造难度。

虽然投影面积最大，但因制件较小，不存在超过注射机许用注射面积而造成的溢料问题。

（二）型腔数的确定

型腔数目与配置

型腔数量受注射机能力、塑件精度和生产的经济性等因素影响。

本制件需要三个方向进行侧向抽芯，同时为兼顾生产效率，采用了一模两腔结构。

四、标准模架的选择

图14-9静电喷枪三通管注射模具图

1－动模座板2－垫块3－推板4－推杆固定板5－斜导柱6－支承板7－限位柱8－滑块9－楔紧块10－定模座板11－型芯固定板12－定模镶块13－定位环14－浇口套15－动模镶块16－定模固定板17－型芯18－动模固定板19－锁紧机构20－推杆21－拉料杆22－弹簧23－定距螺钉24、27－导套25、26－导柱

2.为使浇注系统中的塑料在圣餐过程中一直保持熔融状态，本设计采用加热流道设计。

由于是多型腔加热流道，在这里采用内加热式。

将加热器安装在流道中央部位，流道中的塑料熔体阻止加热器直接向分流板或模具本身散热，所以能大幅度降低加热能量损失并相应提高加热效率。

五、浇注系统的设计

（一）主流道的设计

主流道设计卧式注射模采用直浇口式主流道，其几何形状与尺寸可参考表7-1。

其主要尺寸如下：

主流道小端直径：

d=注射机喷嘴口直径+（0.5~1mm）=5mm；

主流道球面半径：

SR=注射机喷嘴球头半径+（1~2mm）=16mm；

球面配合高度：

h=（3~5）mm，取h=4mm。

主流道长度L：

设计原则是小于60mm，故暂取L为40mm；

主流道的锥角推荐值为2°～4°，考虑到尼龙66的流动性良好，且为了方便修模，主流道的锥角取为2°，

主流道大端直径D：

D=d+40×2×tan2°=7.794mm，取D=8mm。

主流道冷料穴：

在收集前锋冷料的同时还可以用来控制浇注系统凝料的脱模。

由于采用三板式模具结构，故选择带有球头拉料杆的冷料穴，

开模时先利用穴内冷料对拉料杆头部的包紧力，将主流道凝料带出定模，

然后使拉料杆与冷料背向运动，强制两者脱开。

为使冷料能够与脱模板自动分离，冷料穴的形状不能太深太陡。

（二）分流道的设计

为保证熔体分配均衡，各模腔制件精度一致，多腔注射模应尽量采用平衡式浇注系统，即分流道的截面形状、尺寸及长度对应相等。

分流道的截面大小应与熔体的流动性相适应，一般对流动性好的尼龙等可取较小截面。

U形和圆形截面分流道的流动性好，当量直径也小，但圆形截面分流道需要开设在分型面的两侧，上、下两部分必须互相吻合，加工难度大。

而U形截面分流道常用于小型制品，且加工方便，故采用U形截面分流道。

取R=4mm，h=8mm，为方便修模

取侧壁斜角可取5°。

1.浇口设计

1、浇口设计时应考虑浇口的位置和形状。

浇口位置

根据浇口位置选择原则，将浇口设置在三通管两条轴线交点处，其优点是:

a.浇口正对着型芯，可使熔体均匀地填充型腔，避免喷射的产生；

b.设置位置与最大管径在成型中收缩产生的残余拉应力方向一致，可消除或减小制品开裂的可能性；

c.流程较短，能保证熔体迅速、均匀地充填模具型腔，避免和减少因取向应力和收缩不均造成翘曲。

d.本制件的流程较短，每个制件只设一个浇口，以免增加熔接痕的数量。

2、浇口结构形式

适用于尼龙的浇口形式有点浇口、直接浇口、侧浇口等。

其中点浇口尺寸很小，具有增加熔体流动性、提高熔体切变速率、有利于薄壁塑件成型、浇口冻结快、痕迹小、进料部位选择自由、易于实现自动脱件等优点，广泛应用在多种塑料的单腔、多腔或多浇口注射模中。

而直接浇口、侧浇口尺寸大，痕迹明显，冷却冻结慢，容易在进料处产生较大的残余应力而导致塑件翘曲变形，不适宜于本制件，故采用点浇口形式

点浇口的直径可按式7-7计算：

d=（0.05～0.08）×

=0.87～1.39mm

可以先加工出0.8～1mm直径的点浇口，再根据试模情况调整；浇口的长度取1mm，为防止在拉断浇口凝料时损坏制品表面，在浇口与塑件连接处可采用高为0.5mm、锥角为60°～90°的锥度过渡。

成型零件设计

（1）成型零件尺寸

成型零件工作尺寸的标注原则：

外形尺寸采用单向负偏差，基本尺寸为最大值；

内形尺寸采用单向正偏差，基本尺寸为最小值；

中心距尺寸采用双向等值正、负偏差，基本尺寸均为平均值。

成型零件工作尺寸公差：

可取δz＝Δ/3、δc＝Δ/6。

根据目前机械制造和装配的技术水平，一般将IT7～8级作为模具制造公差。

由于制品尺寸较小、尺寸精度不高，故采用平均值方法。

以成型内径Φ20.8mm、外径Φ27mm的管为例进行成型零件工作尺寸计算，该孔与另一内径为Φ13mm孔的中心距为19.6mm。

按8级精度查表可得该孔内外径的制件公差Δ分别取0.88mm、0.96mm，中心距的制造公差取0.22。

由第8章内容可得模具型腔、型芯零件尺寸的计算公式及结果如表14-2所示。

（2）成型零件结构

型腔结构形式：

根据塑件的大小和结构特点，型腔采用整体式结构，分别固定在动、定模固定板上

特点：

结构简单、牢固可靠、不易变形，制品表面无镶拼接缝的溢料痕迹。

2.分流道的长度

分流道要尽可能短，且少弯折，便于注射成型过程中最经济的使用原料和注塑机能耗，减少压力损失和热量损失。

3.分流道的表面粗糙度

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因而分流道的内表面粗糙度

并不要求很低，一般取1.6

左右即可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。

（三）型芯结构形式

型芯结构形式：

均采用嵌入式，即将型芯单独加工后，采用通孔凸肩式与滑块固定连接。

成型内孔Φ27.4、Φ20.8的型芯结构分别如图所示。

（四）成型零件的强度和刚度设计

1、侧向分型与抽芯机构

本制品需要在三个方向上成型四个侧孔，因此，必须设计侧向抽芯机构，并采用斜导柱式机动侧向抽芯机构。

以成型最大孔（直径Φ27.4）为例，对侧向抽芯机构进行设计。

侧向分型与抽芯机构

（1）脱模力以内径为φ27.4mm的孔为例，其型芯直径为φ28.5mm，由于R／t=14.25/3.1=4.6＜10，属于圆环形断面的厚壁制品，其侧向脱模力可根据式（10-1）计算，即

.

式中，尼龙平均成型收缩率S取1.5%，

弹性模量E取1350MPa，

泊松比μ取0.35；

制品对型芯的包容长度l为36mm；

制品与型芯之间的静摩擦系数f取0.26；

型芯的脱模斜度φ取1°；

无因次系数K2=1+fsinφcosφ≈1；

无因次系数K1由式10-5决定

式中，λ是型芯半径与塑件壁厚之比，λ=r/t=4.6。

可得脱模力

2、斜导柱

1）斜导柱的结构

采用斜导柱结构图11-4a所示，倾斜角一般取12°≤α≤22°。

本制品抽拔距比较大，取α=22°。

斜导柱的端部应设计成锥形，以使斜导柱能够顺利进入斜导柱孔。

其锥台斜角θ应大于斜导柱倾斜角α，一般θ=α+2°～3°，取θ=25°。

斜导柱与其固定板之间采用过渡配合H7/m6，斜导柱的材料选为T8钢，表面粗糙度Ra≤0.8μm。

2）抽拔距

设计时实际采用的抽拔距S应比理论抽拔距S1大2～3mm，即S=S1+2～3mm=36+2~3mm取S=39mm。

3）斜导柱的长度。

由式（11-7）可得斜导柱的总长度：

L总=L+L1+L2+L3+5～10mm

=S/sinα+d2/（2ctgα）+h/cosα+5～10mm

=39/sin22+20/（2ctg22）+25/cos22+7mm

=142mm

式中，斜导柱固定部分大端直径d2取20mm；

斜导柱固定板厚度h取25mm。

4）斜导柱的直径。

由式（11-11）可得斜导柱的直径为：

式中，Lw≈为斜导柱弯曲力臂，取27mm；

45钢许用弯曲应力取[σw]=250MPa。

3、侧滑块简称滑块。

是斜导柱侧向抽芯机构中的重要零件，它上面安装有侧向型芯，注射成型时塑件尺寸的准确性和移动的可靠性都需要靠它的运动精度保证。

侧滑块采用T型槽导滑方式。

1）滑块与侧向型芯的联接。

采用组合装配结构，可节省优质钢材，并使加工比较容易。

2）导滑槽设计。

侧向抽芯和复位过程中，滑块必须在滑槽内往复运动，并要求运动平稳和一定导向精度。

滑槽设计采用T形槽导滑的整体式结构。

3）侧向型芯的结构与固定。

型芯单独制造，采用台肩结构固定在滑块上。

因最小两个侧孔的型芯距离近，利用凸肩固定时，将凸肩重迭干涉的部分去掉

4）楔紧块

在注射成型过程中，侧型芯受到塑料熔体的推力通过滑块传给斜导柱，为使斜导柱不发生变形，保证滑块和型芯位置，在定模板上设计了斜楔形式的楔紧块，以便合模后锁住滑块并承受塑料熔体给予侧向成型零件的推力。

4、排气结构设计

在注射充模过程中，为避免形成气孔、接缝、表面轮廓不清等缺陷，应虑排气的问题。

本制件属于小型制品，排气量较小，且模腔中有多个侧向型芯和推杆，利用分型面间隙及型芯、推杆的间隙即可顺利排除腔内气体，因而不需再开设专门的排气槽。

（四）冷料穴设计

冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。

其作用是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。

冷料穴的直径应大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。

1.主流道冷料穴

常用冷料穴与拉料杆形式

1—主流道；2—冷料穴；3—拉料杆；4—推杆；5—脱模板；6—推块

（a）Z形推料杆的冷料穴；（b）倒锥孔冷料穴；（c）圆环槽冷料穴；（d）圆头形冷料穴；（e）菌头形冷料穴；（f）圆锥头形冷料穴；

图（a）~（c）是底部带推杆的冷料穴；（d）~（f）是底部带拉料杆的冷料穴。

本设计采用图（b）倒锥孔冷料穴。

2.分流道的冷料穴

本设计的分流道的冷料穴是在端部加长了3mm（约1.5

）而作为分流道的冷料穴。

六、排溢系统的设计

塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型腔及流道原有的空气，除此之外，塑料熔体会产生微量的分解气体，这些气体必须及时排出，否则，被压缩的气体会产生高温，会引起塑件局部炭化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑件熔接不良而引起强度下降，甚至充填不满等。

一般有以下几种排气方式；

（1）排气槽排气

对于大中型塑件的模具，通常在分型面上的凹模一边开设排气槽，排气槽的位置以处于熔体流动末端好，聚苯乙烯分型面上的排气槽深度h=0.02mm。

（2）分型面排气

对于小型模具可利用分型面间隙排气，但分型面必须位于熔体流动末端。

（3）利用型心、顶杆、镶拼件等的间隙排气

七、成型零件的设计

直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑料外形的成型零件称为凹模，构成塑件内部形状的成型零件称为凸模（或型芯）。

由于凹、凸模件直接与高温，高压的塑料接触，并且在脱模时反复与塑料摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。

（一）成型零件的结构设计

1.凹模

因为组合式凹模简化了复杂凹模的加工工艺，减少了热处理变形，拼合处有间隙利于排气，便于模具检修，节省贵重模具钢等优点；所以本设计采用组合式凹模，同时为了保证组合式型腔尺寸精度和装配的牢固，减少塑件上的镶拼痕迹，对于镶块的尺寸、形状位置公差要求较高，组合结构必须牢靠，镶块的机械加工性能要好。

2.凸模和型芯

凸模和型芯都是成型塑件内表面的零件；凸模一般是指成型塑件中较大的、主要内形零件；型芯一般是指成型塑件上较小控槽的零件。

为此，本设计采取最常用的设计方法，即通孔凸肩式；该种设计中，凸模用的台肩和模板连接，再用垫板螺钉紧固，连接牢固可靠。

小型芯结构：

小型芯是用于成型塑件上的小孔和槽；小型芯单独制造，再镶嵌到模板中。

本设计中，因蛋盒塑件上有孔就需要这样的小型芯。

八、合模导向机构设计

（一）导柱的设计

导柱可以安装在动模一侧，也可以安装在定模一侧。

但更多的是安装在动模一侧，因为作为成型零件的主型芯一般都安装在动模一侧。

导柱和主型芯安装在同一侧，在合模时起到保护作用。

1.导柱的布置方式

导柱应均匀分布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，常取导柱中心到模具边缘距离为导柱直径的1~1.5倍，以保证模具强度。

2.导柱的尺寸长度

导柱的长度应比型芯端面的高度高出8~12

，以免出现导柱未导正方向而型腔进入凹模时与凹模相碰撞而损坏。

3.导柱材料的选用

导柱应具有足够的耐用磨度和强度，常采用

钢经渗碳淬火处理或

、

钢经淬火处理，硬度为

，导柱和导套配合部分表面粗糙度为

，固定部分的表面粗糙度为

4.导柱的形状

为了使导柱能顺利进入导套，导柱端部应作成锥台形或半球形。

导柱的基本结构形式有两种，一种是除了安装部分的凸肩外其余部分直径相同，称为带头导柱。

另一种是除安装部分的凸肩外安装用的配合部分直径比外伸工作部分直径大，称为带肩导柱。

5.配合精度

导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6过渡配合；导柱的导向部分通常采用H7/f7或H8/f7的间隙配合

（二）导套的设计

导向孔可带导套，也可以不带导套，带导套的导向孔用于生产批量大或导向精度高的模具。

无论是带导套还是不带导套的导向孔，都不应设计为盲孔（盲孔会增加模具闭合时的阻力，并使模具不能紧密闭合）带导套的模具应采用阶带肩导柱。

1.导套的形状

导套的结构形式也有两种，一种是带有轴向定位台阶，称为带头导套；另一种是不带轴向定位台阶，称为直导套。

本设计采用的是带头导套。

2.导套的尺寸

导套的壁厚一般为

，由内孔大小来决定，导套孔工作部分的长度取决于含导套的模板厚度，一般是孔径的

倍。

导套的前端应倒角，倒角半径为

。

3.导套的安装方法

带头导套安装需要垫板，装入模板后加盖垫板即可。

直导套用于模板后面不带垫板的结构，为防止在使用时被拔出，可采用如下几种方法固定：

a）导套外圆柱加工出凹槽，用螺钉固定；

b）导套外圆柱面局部磨出一小平面，用螺钉固定；

c）导套侧向开一小孔，用螺钉固定；

d）采用铆接的方法。

九、推出机构设计

在水平开模方向，制件的卡头加强筋处的脱模阻力最大，且塑件此处的强度刚度也较大，因此将推杆设在此处为防止塑件被顶坏、变形。

本制件无特殊要求，采用普通结构即可。

推杆材料常用T8钢，硬度HRC≥50，工作端配合部分的表面粗糙度Ra≤0.8μm。

十、各项参数校核

注射机的校核

（1）注射压力的校核

注射机的最大注射压力应当满足塑件成型的需要，塑件成型所需要的压力是由注射机类型、喷嘴形式、塑料流动性、浇注系统和型腔的流动阻力等因素决定的。

尼龙材料的流动性好，所需的设备注射压力为100～140MPa，鉴于本塑件的尺寸较小，又属于厚壁件，精度要求也不高，注射压力应在100～120MPa之间，所选注射机能提供的最大注射压力为126MPa，可满足成型工艺要求。

（2）合模力的校核

合模力可由式（6-3）变形后进行校核，即

P（NAs+Aj）/K3≤FI

式中，K3是安全系数，取0.8；N是模腔数量，N＝2；P是模腔平均压力，因尼龙材料的流动性好，浇注系统较短阻力较小，故取压力损耗系数为0.5，设备压力为120MPa，则P＝60MPa；As是制品在分型面上的投影面积，As=4134mm2；Aj是凝料在分型面上的投影面积，本例的凝料与制品不在同一分型面上，又Aj＜As，故不予考虑；FI为注射机额定合模力，FI=630000N。

可知

P（NAs+Aj）/K3＝620100N＜630000N

故锁模力满足要求。

（3）模具安装尺寸校核

根据设计过程，模具的喷嘴尺寸和定位环尺寸满足要求。

模具厚度应和注射机的动模与定模固定板之间的距离相一致。

模具的外形尺寸为380×400×208mm，而选用注射机允许的最大模具厚度为300mm，最小模具厚度为150mm。

故模具的外形尺寸满足注射机的要求。

（4）注射机的开模行程

开模行程S的大小直接影响模具所能成型的塑件高度。

由于SZ-125/630是带有液压和机械联合作用的注射机，其开模距离均由连杆机构的冲程或其他机构的冲程所决定，不受模具厚度的影响，注射机最大开模行程Smax与模具厚度无关

为保证开模顺序，本模具设有锁紧机构，其结构如图所示。

1、5－圆柱销2－螺钉3－固定板4－拉钩6－弹簧7－丝堵

十、模具装配图设计

模具的两个分型面分别为定模座板10与定模固定板16之间的表面I和动模镶块15与定模镶块12之间的表面II。

模具采用弹簧和锁紧机构顺序分型脱模。

开模时，由于弹簧22的作用，模具首先在第I分型面间打开，由于拉料杆21和分流道末端斜孔的作用将流道废料从浇口套和浇口处拉出。

同时，在斜导柱5带动滑块8进行侧向抽芯脱模，且在侧向抽芯动作完成以前，锁紧机构19的作用使得第II分型面锁紧；当动模运动到定距螺钉23的末端时，定距螺钉带动定模固定板16克服锁紧机构的作用进行二次分型，然后推杆21开始工作推出制件。

两次分型分别由导柱26、25进行导向。

静电喷枪三通管注射模具图

1－动模座板2－垫块3－推板4－推杆固定板

5－斜导柱6－支承板7－限位柱8－滑块

9－楔紧块10－定模座板11－型芯固定板

12－定模镶块13－定位环14－浇口套

15－动模镶块16－定模固定板17－型芯

18－动模固定板19－锁紧机构20－推杆

21－拉料杆22－弹簧23－定距螺钉

24、27－导套25、26－导柱