三通管的注塑模具设计毕业设计.docx

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三通管的注塑模具设计毕业设计

毕业设计

中文题目

三通管的注塑模设计

英文题目

Designoftheinjectionmouldforthreetube

系别：

系别：

光电与机电工程系

年级专业：

2009级机械设计制造及其自动化

姓名：

名：

学号：

号：

指导教师：

职称：

闽南理工学院教务处制

2013年06月日

毕业设计（论文）诚信声明书

本人郑重声明：

在毕业设计（论文）工作中严格遵守学校有关规定，恪守学术规范；我所提交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下独立研究、撰写的成果，设计（论文）中所引用他人的文字、研究成果，均已在设计（论文）中加以说明；在本人的毕业设计（论文）中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改实验数据。

本设计（论文）和资料若有不实之处，本人愿承担一切相关责任。

学生签名：

年月日

三通管注塑模具设计

【摘要】：

三通管作为一种连接件在日常生活中应用广泛。

本文主要介绍了三通管注塑模具的设计过程。

本设计通过对塑件的工艺分析，确定其主要成型工艺参数，设计了三通管注塑模具中的各个系统，如浇注系统、导向与定位机构、侧向分型和抽芯机构、脱模机构、分型面、冷却系统及排气系统等，并对所选用的注塑机参数进行了校核，最后绘制出模具的装配总图，完成本文的编写。

该注塑模具为双分型面结构，一模一腔，利用推杆将塑件脱出，结构合理，运行可靠。

整个设计过程不仅使用了传统的设计方法，还运用了CAD、PRO/E等技术，大大提高了设计的效率。

本次设计能加强对注塑模具成型原理的理解，同时锻炼了注塑模具设计和制造能力。

【关键词】：

三通管，注塑模具，侧抽芯

Three-wayPipeInjectionMoldDesignAbstract：

Thethree-waypipeasaconnectionindailylifeisusedwidely.Thispaperintroducestheprocessofthethree-waypipeinjectionmolddesign.Throughtotheanalysisofthetechnologyofplasticparts,determineitsmainmoldingprocessparameters,thedesignofinjectionmouldthree-waypipeeachofthesystem,suchasgatingsystem,orientationandthepositionoftheinstitutions,sidepartingandcore-pullingmechanism,ejectionmechanism,thepartingsurface,coolingsystemsandexhaustslot.Andcheckedtheselectedinjectionmoldingmachineparameters,finallydrawmoldassemblydrawing,completesthepreparation.Thisinjectionmoldistwojointsurfacesstructure,dyingstructureadoptedonemoduleonecavity,usedthesidecore-pullingmechanismofarollertypeslide,usingthepushrodplasticpartsprolapse,itisareasonablestructure,reliableoperation.Thewholedesignprocessnotonlyusingtraditionaldesignmethod,stilluseoftheCAD,PRO/Eandothertechnologygreatlyimprovingthedesignefficiency.Thedesignofinjectionmouldcanstrengthentheunderstandingofformingprinciple,whileexercisingtheinjectionmoldingdesignandmanufacturingability.

Keywords：

Thethree-waypipeinjectionmoldsidecore-pulling

第一章引言

1.1塑料注射模具简介

1.1.1概述

模具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母”。

在第二十一世纪的模具制造行业的基本特征是高度集成化和智能化的，灵活的，和网络，提高产品质量和生产效率的追求的目标，缩短设计和制造周期，降低生产成本，以最大限度地提高应变能力的模具制造，以满足用户的需求。

近年来，中国的模具工业得到了快速的发展。

1.1.2注射模具基本简介

注射成型也称为注塑成型，其基本原理就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射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，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，经过一段保压冷却定型时间后，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品。

它与挤出和压延成型方法相比，注射成型可以用来生产空间几何形状非常复杂的塑料制品，而挤出和压延则主要用来成型截面尺寸一定长度连续的二维塑料制品。

将注射成型与压缩和压注成型相比，它又具有应用面大、成型周期短、生产效率高、模具工作条件可以得到改善，以及制品精度高和生产条件比较好、生产操作容易实现机械化等多方面的优势。

在中空吹塑成型中，注射成型还常常被用来生产吹塑所用的型坯。

1.1.3注射成型的地位

注射成型在整个塑料制品生产行业占有非常重要的地位，目前，除少数几种塑料外，几乎所有的塑料品种都可以采用注射成形。

据统计，通过注塑工艺所得到的制品大约占了所有塑料制品总产量的30％，而全世界每年所需要生产的注射模其数量就约占了所有塑料成型模具数量的50％。

早期的注射成型方法主要用于生产热塑性塑料制品，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品的应用范围不断扩大，目前的注射成形方法已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。

例如，日本的酚醛（热固性塑料）制品生产过去基本上依靠压缩和压注方法生产，但目前已经有70％被注射成型所取代。

注射成型方法不仅广泛应用于通用塑料制品生产，而且就工程塑料而言，它也是一种最为重要的成型方法。

据统计，在当前的工程塑料制品中，80％以上都要采用注射成型的方法生产。

1.2国内外模具的现状及发展趋势情况

1.2.1我国塑料模具工业的发展现状

80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，2003年模具进出口统计中，我国模具的出口总额为2.52亿美元,我国模具的出口总额3亿美元,进口额则达到13亿多美元,在进口模具中的塑料模具占到50%左右。

可以看出，在塑料模具方面，我国与国外产品还存在较大差距。

在引进的塑料模具中，以科技含量较高的模具居多，如高精度模具、大型模具。

热流道模具、气辅及高压注射成型模具等。

现代塑料制品对表面光洁度、成型时间都提高了更高的要求，因而也推动了塑料模具的发展。

以电视机塑料外壳模具为例。

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个月缩短到了2个月,并且使用寿命也由过去可制10万~20万件制品延长到了可60万件制品。

从电视机外壳塑料模具的发展可以看到，高精密、长寿命、短周期、低成本是模具的发展方向。

目前我国使用覆盖率和使用量最大的模具标准件为冷冲模架、注塑模架和推杆管这三类产品。

以注塑模架为例，目前全国总产值有20多亿元，按照需求，国内约需注塑模架30多亿元，但国内市场还没有达到规模，其主要原因是模具厂的旧观念，一个小的比例较高的注塑模具，外包。

不要重复生产应该买一个标准化，延长了模具的生产周期，而且也不利于修复。

很多相关的模具标准件和没有相应的国家标准，使模具组件的标准规范是当务之急。

1.2.2国际塑料模具工业的发展趋势

美国1991年发表的“国家关键技术报告”认为:

材料领域的进展几乎可以显著改进国民经济所有部门的产品性能,提高它们的竞争能力;因此把材料列为六大关键技术的首位。

这是由于先进材料与制造技术是未来国民经济与国防力量发展的基础,是各种高、新技术成果转化为实用产品与商品的关键。

当前各种新材料市场规模超过1000亿美元,预计到2000年将达4000亿美元。

由新材料带动而产生的新产品新技术则是一个更大的市场。

以上参展项目基本上代表了当前国际和国内的先进水平和发展趋势。

总体来说，西方国家的模具事业发展较早，也比我国更先进一些。

国外的模具发展状况具体表现为以下特征：

集成化技术

现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术人员和管理方式的集成。

在开发模式制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需要。

智能化技术

应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。

表1.1国内外塑料模具技术比较表

表1.1

第二章塑料的工艺性分析

2.1塑件的原材料分析

塑件的原材料——丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS塑料）

主要用途：

ABS树脂是五大合成树脂之一，塑料ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PB，PAN，PS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、管道、接头、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。

基本性能：

塑料ABS是一种无毒、无味的，其外观呈现出象牙色的半透明状态，或透明颗粒或粉状。

其密度为1.05~1.18g/cm

收缩率为0.4%~0.9%,弹性模量值为0.2Gpa,泊松比值为0.394，吸湿性<1%，熔融温度217~237℃，热分解温度>250℃。

塑料ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；塑料ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。

ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。

ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。

ABS的力学性能受温度的影响较大。

塑料ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。

ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度范围内使用。

成型工艺：

塑料ABS也可以说是聚苯乙烯的改性，比HIPS有较高的抗冲击强度和更好的机械强度，具有良好的加工性能，可以使用注塑机、挤出机等塑料成型设备进行注塑、挤塑、吹塑、压延、层合、发泡、热成型，还可以焊接、涂覆、电镀和机械加工。

ABS的吸水性比较高，加工前需进行干燥处理，干燥温度为70~85℃，干燥时间为2~6h；ABS制品在加工中容易产生内应力，如应力太大，致使产品开裂，应进行退火处理，把制件放于70~80℃的热风循环干燥箱内2~4h，再冷却至室温即可。

2.2塑料件的结构、尺寸精度及表面质量分析

本课题设计塑件如下图

图2-1

1）塑件的结构分析：

从图上分析，该零件没有侧孔、内凹槽，塑件的壁厚较均匀，有利于零件的成型。

因此，模具设计时只需考虑型芯、型腔的加工，设计模具是必须考虑其至少有一个或两个以上的彻抽芯机构。

2）尺寸精度分析塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度．影响塑件精度（公差）的因素主要有：

具制造误差及磨损，尤其是成型零件的制造和装配误差以及使用中的磨损；

件收缩率的波动；

型工艺条件的变化；

塑件的形状，飞边厚度波动；

⑤脱模斜度和成型后塑件尺寸变化等．一般塑件的尺寸精度是根据使用要求确定的，但还必须充分考虑塑料的性能及成型工艺特点，过高的精度要求是不恰当的．

该塑件尺寸精度无特殊要求，设计如图，所有尺寸均为自由尺寸，可按

查取公差，起主要尺寸公差标注如下：

（单位均为

）（GB/T14486-1993）

塑件外形尺寸：

Φ300-0.50800-0.74.Φ250-0.50

内径尺寸：

Φ18+0.380Φ23+0.44020+0.38040+0.6025+0.5005+0.240

图2-2

3）表面质量分析：

该零件为三通管，塑件表面质量包括有无斑点，条纹，凹痕，起泡，变色等缺陷，还有表面光泽性和表面粗糙度。

为满足制品表面质量及嵌件的定位精度，采用二板模侧口进胶。

塑件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤，波纹等疵点外，主要由模具成型零件的表面粗糙度决定。

一般模具的表面粗糙度比塑件的表面粗糙度高一级。

对于透明的塑件要求型腔和型芯的表面粗糙度相同，而不透明的塑件，则根据使用情况可以不同。

该塑件要求外形美观，色泽鲜艳，外表没有斑点及溶接痕，粗糙度可取Ra0.8um，（不同加工方法和不同材料所能达到的表面粗糙度GB/T14234-1993）而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。

4）塑件壁厚设计的基本原则：

均匀壁厚或尽可能一致，否则会因固化或冷却速度不同而引起收缩不均匀，从而在塑件内部产生内应力导致塑件产生翘曲，缩孔甚至开裂等缺陷。

若塑件结构必须有厚度不均匀时，则应使其变化平缓，避免突变，否则易变形。

塑件壁厚大小主要取决于塑件品种，塑件大小及成型工艺条件，热固性塑料的小塑件壁厚取1.0-2mm，大型件取3-8mm.热固性塑料易于成型薄壁塑件，壁厚可达0.25mm，但一般不宜小于0.9mm，常选2-4mm。

综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制的较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证但是为了加工方便和模具装配方便，采用镶拼结构。

2.3塑件形状分析

三通管接头如图所示，该零件材料为ABS，表面要求光滑，不允许有飞边、凹痕等缺陷，故采用三向侧抽芯。

图2-3

第三章注塑工艺设计

3.1工艺参数的计算

3.1.1塑件的体积和质量的计算

根据塑件ABS材料分析，得知材料密度

=1.03~1.08g/cm

，故取平均密度

=1.05g/cm

。

根据塑件图的尺寸，假设塑件是实体，计算出它的体积，再减去空心部分的体积。

（也可直接通过proe直接计算出质量）

图3-1

3.1.2注塑机的选择

注塑机又名注射成型机或注射机。

它是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。

分为立式、卧式、全电式。

注塑机能加热塑料，对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。

1）初选设备该塑件制品初步选定注射机类型为螺杆式注射机。

2）注射机的最大注射量

确定成型塑件所需的注射量Mr

浇注系统凝料的重量（体积）在模具没有最后确定之前是一个未知数：

若是流动性好的普通精度塑件，浇注系统凝料为塑件质量或体积的15%-20%（注塑厂统计资料），若是流动性不太好或是精密塑件，根据每个塑件所需浇注系统的质量或体积是塑件的0.2倍，当塑件溶体黏度高，塑件愈小，壁越薄，型腔越多又做平衡式布置时，浇注系统的质量或体积甚至还要大，所以以塑件总重量（体积）的60%估算。

成型塑料所需的注射量Mr=成型塑件的质量+浇注系统的质量。

即：

Mr=25.60+25.60X60%=40.96g

确定注射机最大注射量Mmax

注射机的最大注射量是指注射机螺杆或柱塞以最大注射行程注射时，一次所能达到的塑料注射量，不同类型的注射机最大注射量有不同的标定方法，螺杆式注射机是以一次所能注射出的塑料溶体体积（以cm

）表示。

这种方法的优点是不论何种塑料，最大注射量的数值都是相同的，因此，对任一种塑料，一次所能注射的熔体克数为

Mmax=V

式中V--注射机最大注射量cm

--所注射的塑料熔体密度g/cm

生产实践表明：

应使塑料制品的用料量之和为其的公称注射量的25%~75%，最低不得低于10%，则有：

40.96/0.25=163.84cm

40.96/0.75=54.61cm

故注塑机的公称注射量可在60cm3、125cm3、250cm3中选择，初选公称注射量为125cm3。

即：

Mmax=V

=125×1.575=196.875g

注射机的初步选定根据注射机的最大注射量以及最大注射压力初步选定注射成型机为XS-ZY-125,其主要参数如表

表3.1

3.2塑件注塑成型工艺参数

查阅参考资料《塑料模具设计》，可得ABS塑料的注射工艺参数如下：

预热干燥：

温度100-110℃时间0.5-1.0h

料筒温度：

前部150-170℃中部170-190℃后部180-200℃

喷嘴温度：

170-180℃

模具温度：

50-70℃

注塑压力：

70-90MPa

保压压力：

50-70MPa

注射时间：

2-5s

保压时间：

10-15s

冷却时间：

15-30s

总周期：

30-60s

后期处理：

设备红外线烘箱温度70℃时间0.5-1h

第四章模具结构方案的确定

4.1分型面的选择，型腔的数目和排列方式

4.1.1分型面的选择

分型面的选择很重要，它对塑件的质量，操作难易，模具结构及制造影响很大。

在选择分型面的时候应遵循以下基本原则：

分型面应选在塑件外形最大轮廓处；

②确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模；

③保证塑件的精度要求；

④满足塑件的外观质量要求；

⑤考虑成型面积和锁模力；

⑥便于模具加工；

⑦对侧抽芯的影响；

⑧考虑排气效果。

因此，在设计中，分型面的选择很重要，它对塑件的质量操作难易，模具结构及制造影响很大。

分型面要求设计在塑件的最大截面积处，而且不宜设在曲面或圆弧面上，由于该塑件为三通管，在设计时，也应该充分考虑该塑件的塑性。

因此设计了其两种分型面。

分型面

图4-1图4-2

如图4-1所示，如果按此位置作为分型面，模具考虑用一个彻抽芯机构即可。

而模具分析，如果按照图4-1其前后模则需要增加滑块才能脱模，使得大大增加了模具的制作难度，如果按照图4-2作为分型面，模具如图4-2所示，按此位置作为分型面，模具考虑用三个彻抽芯机构。

虽然图4-1的分型面可减少彻抽芯数目，模具加工简单，但对工件成型影响较大，三通管直孔位置排气相对图4-2相差很大，容易造成气纹，使得三通管内部精度不足，成型难，而图4-2选用这个位置作为分型面，三个孔位排气良好，虽要三个彻抽芯数目，但是能够使得工件成性优良，精度准确，因此，通过以上两种分型面综合考虑，最后选择以图4-2所示位置为分型面，

4.1.2型腔的设计

为了使模具与注射机相匹配以提高生产率和经济性，并保证塑件精度、模具设计前应确定合理的型腔数目。

由于型腔的排布与浇注系通密切相关的，所以在模具设计时应综合加以考虑。

型腔的排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够压力，以保证塑料熔体能同时均匀地充填每个型腔，从而使各个型腔的塑件内在质量均一稳定，因此，设计型腔如图4.3所示。

图4-3

4.2成型零件结构设计

成型零部件的设计应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。

其中最重要的是凹模和凸模尺寸的设计。

成型零部件工作尺寸时指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要包括型腔和型芯的径向尺寸及高度尺寸，及孔中心距等。

本设计中采用平均值法计算，其中，塑件的未注公差取IT7级精度。

塑件尺寸的公差值可查相关资料得到。

模具制造精度取∆=31δ。

4.2.1凹模结构设计

凹模是成型塑件外表面的零部件，用于成型制件的外表面，有被称为阴模、型腔。

其结构类型不同主要可分为有整体式和组合式。

（1）整体式

整体式凹模是由整块金属材料直接加工而成，用于形状简单的中小型模具。

其特点是强度高、刚度好，如图:

图4-4

（2）组合式

组合式是将整体式凹模作为一种凹模块，直接嵌入到固定板中，或嵌入模框中，在将模框嵌入到固定板中。

适用于制作尺寸不到的多型腔。

其特点是加工方便，易损件便于更换，凹模可用冷挤压或其他方法单独加工，型腔形状与尺寸一致性好。

设计如图：

图4-5

而本塑料若采用整体式，则会导致侧向抽芯的难度加大，增加成本。

所以采用组合式。

这样可以改善加工工艺性，减少热变形，并且能更有效的排气。

所以采用组合式的设计。

4.2.2型芯设计

凸模和型芯是成型塑件内表面的主要零件，本设计中塑件对称性好，结构简单，只需三个大型芯，不必再设小型芯，其型芯设计成图4-6

图4-6

4.3成型零件的底版与侧壁厚度尺寸的确定

塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料和出现飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。

因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔侧壁和底板厚度。

模具型腔壁厚的计算，应以最大压力为准。

而最大压力是在注射时，熔体充满型腔的瞬间产生的。

随着塑料的冷却和浇口的冻结，型腔内的压力逐渐降低，在开模时接近常压。

理论和实践表明，大尺寸的模具型腔，刚度不足是主要矛盾，型腔壁厚应以满足刚度条件为准；而对于小尺寸的模具型腔，在发生大的弹性变形前，其内应力往往超过了模具材料的许用应力，因此强度不够是主要矛盾，设计型腔壁厚应以强度条件为准。

刚度计算的条件则由于模具特殊性，可以从以下几个方面加以考虑：

1要防止溢料。

模具型腔的某些配合面当高压塑料熔体注入时，会产生足以溢料的间隙。

为了使型腔不致因模具弹性变形而发生溢料，此时应根据不同塑料的最大不溢料间隙来确定其刚度条件。

2应保证塑件精度。

塑件均有尺寸要求，尤其是精度要求高的小型塑件，这就要求模具型腔具有很好的刚性，即塑料注入时不产生过大的弹性变形。

最大弹性变形值可取塑件允许公差的1/5，常见中小型塑件公差为0.13-0.25㎜，可按塑件大小和精度等级选取。

上述要求在设计模具时其刚度条件应以这些项中最苛刻者（允许最小的变形值）为设计标准，但也不宜无根据的过分提高标准，以免浪费材料，增加制造难度。

型腔壁厚的计算根据经验数据法教材表4-8型腔底壁厚度

的经验数据。

=（0.12~0.13）b=0.12*30=3.6mm

单型腔侧壁厚度

的经验计算公式为：

=0.20t+17（型腔压力

＜490MPa）。

多型腔模具的型腔与型腔之间的壁厚

的经验计算公式为

≥

/2。