水管接头课程设计90度水管接头注塑模模具设计Word文件下载.docx
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引言
改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。
近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。
模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。
在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。
例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。
对模具的全面要求是：
能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。
以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；
从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。
在现代工业发展的进程中，模具的地位及其重要性日益被人们所认识。
模具工业作为进入富裕社会的原动力之一，正推动着整个工业技术向前迈进！
模具就是“高效益”，模具就是“现代化”之深刻含意，也正在为人们所理解和掌握。
当塑料品种入其成型加工设备被确定之后，塑料制品质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80％。
由此可知，推动模具技术的进步应刻不容缓！
塑料模具设计技术与制造水平，常标志一个国家工业化发展的程度。
由此可知，塑料模具设计，对于产品质量与产量的重要性是不言而喻的。
1塑件工艺分析
1.1塑件的设计要求
塑料制品设计一般要求造型优美独特，易于被人们认识、理解和记住。
它往往带有某种象征性和喻意色彩。
甚至通过它可以联想到制品的功能，某种个性特征，甚至还有一种历史感、民族感。
因此，制品造型设计的要点就是把握这种独具形态特征和艺术感染力神韵的精髓并将其融入到制品外在的形态之中，从而创造出身性兼备，令人过目不忘而爱不释手的制品。
90度水管接头是生活中的日常用品，要求外观美，光洁度要求高，能给人一种美感。
同时考虑塑件的使用环境。
要求塑件具有良好的力学性能优良，抗拉、抗压、耐碱、酸等。
1.2塑件的造型尺寸
本课程设计的对象为90度水管接头，塑件外形简单，90度圆接头不需要螺纹连接，而是通过相关器材使其相接熔达到密封，材料为ABS，精度为MT8，具体尺寸如下图1-1所示。
图1-1
1.3塑料制件工艺性分析及工艺选择
1.3.1塑料制件的结构工艺性
要想获得合格的塑料制件，除选择合理的塑件材料外，还必须考虑塑件的结构工艺性。
塑件的结构工艺性与模具设计有直接关系，只有塑件设计满足成型工艺要求，才能设计出合理的模具结构。
（1）尺寸及精度
塑件尺寸的大小取决于塑料的流动性。
在注射成型华中，薄壁塑件的尺寸不能设计的过大。
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，及所获得塑件尺寸的准确度。
由于本制品的零件图没有尺寸精度，在保证使用要求的前提下尽可能选用底精度等级的原则，所以采用SJ1372—78公差数值标准中的8级精度。
（2）表面粗糙度
塑件的外观要求越高，表面粗糙度应越低。
一般模具表面粗糙度,要比塑件的要求低1～2级。
塑件的表面粗糙度一般为Ra0.8～0.2μm。
（3）形状
塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型。
（4）斜度
为了便于从塑件中抽出型心或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设计时必须使塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度，由于本次设计所选材料为ABS，内外面均取拔模斜度为1°
。
（5）壁厚
塑件的壁厚对塑件的质量有很大的影响，塑件壁厚尽可能均匀，本次设计的壁厚均匀。
（6）圆角
塑件除了使用上要求采用尖角外，其余所有转角处均应尽可能采用圆角过渡。
1.3.2成型材料ABS的特性
ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。
这三种组分的各自特性使ABS具有良好的性能。
ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。
密度为1.02～1.05g/cm.ABS有极好的抗冲击强度，且再低温下也不迅速下降。
有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电器性能。
ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪器盘、水箱外壳等。
ABS还用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。
1.3.3ABS的注射成型过程及工艺参数
（1）注射成型过程
混料—干燥—螺杆塑化—充模—保压—冷却—脱模—塑件后处理
（2）成型前准备
对ABS的色泽，粒度和均匀度等进行检验。
因为ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在ABS成型前还必须进行干燥和预热，不但能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝，而且还有有助于塑料的塑化，减少制件表面色斑和云纹，ABS原料需要控制水分在0.3%以下。
（3）注射成型时各段温度
ABS塑料非牛顿性较强，在融化过程温度升高时，其黏度减低较大，但一旦达到成型温度（适宜加工温度的温度范围，如200℃~300℃）,如果继续盲目升温，必须导致耐热性不太高的ABS热降解反而使熔融黏度增大，注射更加困难，塑件的机械性能也下降。
ABS温度相关工艺参数如下表2-1：
表2-1ABS工艺参数表
工艺参数
通用型ABS
工艺性参数
料筒后段温度/℃
160~180
喷嘴温度/℃
170~180
料筒中段温度/℃
180~200
模具温度/℃
50~80
料筒前段温度/℃
200~220
（4）注射压力
ABS熔融的黏度比聚苯乙烯高，在注射时需要比较高的注射压力。
但并非所有的ABS制件都需要用高压，考虑到本塑件不大、结构不复杂，厚度适中，可以用比较低的注射压力。
注射过程中，浇口封闭瞬间型腔内的压力大小决定了塑件的表面质量及银丝状缺陷的程度。
压力过小，塑件收缩大，与型腔表面脱离接触的机会大，制件表面容易雾化。
压力过大，塑件与型腔表面摩擦作用强烈，容易造成粘模。
对于螺杆式注塑机一般取60Mpa~100Mpa。
（5）注射速度
ABS塑料采用中等注射速度效果较好。
当注射速度过快时，塑料易烧焦或分解析出气化物，从而在制件上出现熔接痕，光泽差及浇口附件塑件发红等缺陷。
但塑料壳体为薄壁制件，且浇口又为侧浇口，故又要有足够高的注射速度，否则塑料熔体难以充满整个型腔。
（6）模具温度
ABS适宜取高料温、模温、料温对物性影响较大，料温过高易分解，对于精度要求较高，塑料件模温取50℃~60℃，要求光泽及耐热型塑料宜取60℃~80℃。
塑料壳体属于中小型制件，形状比较规则，故不需专门对模具加热。
（7）料量控制
注塑机在注塑ABS塑料时，其每次注射量仅达标准注射量的80%。
为了提高塑件质量及尺寸稳定，表面光泽、色调的均匀，注射量选为标定注射量的50%为宜。
2模具的结构形式和初选注射机
2.1分型面位置的确定
分型面是指模具上用来取出塑件和（或）浇注系统凝料可分离的接触表面。
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等有关，因此分型面的选择是注塑模设计中的一个关键步骤。
2.1.1分型面的形式
（1）平直分型面；
（2）倾斜分型面；
（3）阶梯分型面；
（4）曲面分型面；
（5）垂直分型面。
2.1.2分型面的设计原则
（1）分型面应设计在塑件外形最大轮廓处；
（2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模；
（3）分型面的选择应保证塑件的精度要求；
（4）分型面的选择应满足塑件外观质量要求；
（5）分型面的选择便于模具的加工制造；
（6）分型面的选择应有利于排气。
根据制品的实际情况，分型面选在制品外型轮廓最大处作为模具的分型面。
2.2型腔数量和排列方式确定
2.2.1型腔数量的确定
由于该塑件精度MT8要求一般，塑件尺寸较小，但塑件采用的是两侧侧抽芯。
如采用一模一腔固然可以简化模具结构，但考虑到经济效益和生产效率，结合模具结构，初步拟定模具型腔为一模四腔。
2.2.2型腔排列形式的确定
由于在塑件是90度水管接头，且表面精度较高，可以选择点浇口，综合一模四腔的小型模具结构，分型面的承压面宽度
10mm。
流道采用扩口平衡对称排列，使型腔进料平衡。
2.3注射机型号的确定
2.3.1注射量的计算
通过PRO/E建模分析得塑件质量属性如下图2-1：
图2-1
塑件体积：
V
1=12.4cm
塑件质量：
=
=12.4×
1.05=13g
式中
根据参考文献取1.05g/cm
2.3.2浇注系统凝料体积初步计算
由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积0.2～1倍估算。
由于本次设计采用的流道简单但较深且弯曲，因此浇注系统的凝料按塑料的0.8倍来来计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和）为V
=1.8nV
=1.6×
4×
12.4=79.36cm
2.3.3注射机的选择
根据以上计算得出，在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为79.36cm
，初步选择公称注射量应大于79.36cm
，初定注射机型号为XS-ZY-125卧式注射机，主要参数如下表1-2。
表2-2注射机主要技术参数
理论注射量/cm
104106125
拉杆空间/mm
260×
360
螺杆注塞直径/mm
304542
模板最大行程/mm
300
注射压力/MPa
150
最大模具厚度/mm
注射行程/mm
160
最小模具厚度/mm
200
注射时间/s
1.8
模具定位直径/mm
125
螺杆转速/r·
min
10～140
喷嘴孔直径/mm
4
合模力/kN
9×
105
喷嘴球半径/mm
12
2.3.4注射机的有关工艺参数校核
（1）型腔数量的确定和校核
由于制品为小尺寸的塑件，为了不浪费材料为提高效率，选用一模四腔。
（2）最大注射量的校核
nm+m1<
=kmp
n——型腔的数量为4；
m——单个塑件的质量或体积，g/cm3
m1——浇注系统所需塑件质量或体积g/cm3
k——注射机最大注射量的利用系数，一般为0.8；
mp——注射机允许的最大注射量g/cm3;
设系统凝料为0.6nm，则m1=0.6×
12.4=29.76cm3
∴左边=4×
12.4+29.76=79.36cm3
右边=0.8×
125=100cm3
∴不等式成立！
因此，注射量的标准符合要求！
（3）注射压力校核
主要校核所选注塑机的额定压力Pe能否满足塑件成型时所需要的注射力Po，塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性﹑塑件结构和壁厚以及浇注系统类型等因素所决定，在生产实践中其值一般为70—150MPa。
设计中要求：
Pe≥k，Po
k，—注射压力安全系数，一般取1.25～1.4所以
Pe≥k，Po——150Mp≥1.3×
110Mp=143Mp
因此，注射压力符合要求！
（4）锁模力的校核
锁模力是指注塑机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力。
当高压的塑料熔体充满型腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。
因此，注塑机的锁模力必须大于该模的胀型力，即
F锁≥PF=1.35PNA
P———熔融塑料成型时的型腔压力，ABS塑料的型腔压力为30MPa；
F锁——注射机的额定锁模力；
F———浇注系统和塑件在模具分型面上的投影面积总和；
N———型腔数目；
A———单个塑件在分型面上的投影面积——36.8×
20.5=754.4mm2
左边：
F锁=900KN
右边：
PF=30×
1.35×
754.4≈123KN
∴不等式成立！
因此，锁模力符合要求！
2.3.5喷嘴尺寸
设计时，主流道始端球面必须比注射机喷嘴头部球面半径略大一些，主流道小端直径要比喷嘴直径略大，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模。
具体的主流道与喷嘴尺寸如1-3图所示：
图2-1
已知：
r=12mmd=4mm
又R=r+（1～2）mm
所以：
D=d+（0.5～1）mm∴取R=13mmD=5mm
2.3.6定位圈尺寸
为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线重合模具定模板的凸同的定位圈应与注射机固定模板上的定位孔呈较松动的间隙配合。
2.3.7最大、最小模厚：
在模具设计中，应使模具的总厚度位于注射机可安装模具的最大模具厚度与最小模具之间。
同时应校核模具的外形尺寸，使得模具能从注射机的拉杆之间装入。
所以模具的总厚度应200mm到300mm之间。
2.3.8安装螺纹尺寸
注射模具的动模和定模固定板上的螺孔尺寸应分别与注射机动模板和定模板上的螺孔尺寸相适应。
模具在注射机的安装方法有两种：
一种是螺钉直接固定；
另一种是用螺钉、压板固定。
当用螺钉直接固定时，模具固定板与注射机模板上的螺孔应完全吻合；
而用压板固定时，只要在模具固定板需安放在压板的外侧附近有螺孔就能紧固，因此，压板固定具有较大的灵活性。
对于重量较大的大型模具，采用螺钉直接固定则较为安全，而本设计中，由于制品较小，所设计出的模具重量也较小，所以只需用螺钉、压板固定即可。
由上述数据可见，选用XS-ZY-125型号注射机符合要求。
3浇注系统的设计
3.1浇注系统设计分析
浇注系统是指模具中由注塑机喷嘴到型腔之间的进料通道。
浇注系统的作用是将塑料熔体充满型腔，并将注射压力传递到模腔的各个部位，以获得组织致密、外形清晰、表面光洁和尺寸精确的塑件。
浇注系统可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两大类。
而普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴等部分组成。
3.2确定浇注系统的原则
在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：
（1）塑料成型特性：
设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。
（2）模具成型塑件的型腔数：
设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。
（3）塑件大小及形状：
根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。
（4）塑件外观：
设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。
（5）注射机安装模板的大小：
在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止模具偏单边开设进料口，造成注射时受力不匀。
（6）成型效率：
在大量生产时设置浇注系统还应考虑到在保证成型质量的前提下尽量缩短流程，减少断面积以缩短填充及冷却时间，缩短成型周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。
（7）冷料：
在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。
3.3主流道的设计
主流道通常位于模具的入口处，其作用是将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于塑料熔体的流动及流道，由于要与高温塑料及喷嘴反复接触，所主流道常设计成可拆卸的主流道衬套，如图3-1所示：
主流道始端直径：
D=d+（0.5～1）mm
图3-1
本模具的注射机选XS—ZY—125查表得：
d=4
D=4+（0.5～1）mm
球面凹坑半径：
R2=R1+（0.5～1）mm
R1=12mm
R2=12+（0.5～1）mm
半锥角：
1°
～2°
主流道的长度L﹤60mm本设计中取L=37mm
3.4分流道的设计
分流道是主流道与浇口之间的通道。
分流道要求熔体的阻力尽可能小，转折处应圆弧过度，各型腔保持均衡进料。
由于本设计中分流道较长，在分流道的末端应开设冷料穴，分流道的截面形状，常用的有圆形、梯形、U字形和六角形等。
由于本设计中，分型面不是平面。
常采用梯形或半圆形截面的流道，又梯形截面形状的流道与U字形截面流道特点相似，但比U字形截面形状的流道的热量损失及冷凝料都多；
加工也较方便，因此较常用，本设计中也采用圆形截面的流道。
分流道截面尺寸应根据塑件的成型体积、壁厚、形状、注塑温度、压力及所用塑料的工艺性能，注塑速率以分流道的长度等因素来确定。
具体的分流道形状及尺寸如图3-2所示：
图3-2
其中r=4mm
3.5浇口的设计
3.5.1浇口的形状
浇口是分流道和型腔之间的连接部分，也是注射模具浇注系统的最后部分，熔融塑料经过浇口进入型腔。
浇口的基本作用是使从分流道来的熔体产生加速，以快速充满型腔。
一般浇口尺寸比型腔部分小的多，因此，型腔充满塑料后，浇口能迅速冷却封闭，能防止熔料倒流，而且也便于浇口凝料与塑件的分离。
另外，当熔体通过狭小浇口时，其剪切速率增高，同时由于摩擦作用，熔体温度升高，熔体黏度降低，流动性提高，有利于充满型腔，获得外形清晰的塑件。
浇口的基本作用是加速从分流道来的熔体，以便快速充满型腔。
当熔体通过狭小的浇口时，剪切速率增高，摩擦生热使熔体的温度升高，结果是熔体的黏度降低，流动性变好，有利于填充型腔，获得外形清晰的制品。
由于浇口小，所以总是首先凝固，能防止熔料倒流，便于流道凝料与制件分离。
浇口是塑料熔体进入型腔的阀门，对塑料件质量具有决定性的影响，因而浇口类型与尺寸、浇口位置与数量便成为浇注系统设计中的关键。
浇口结构形式较多，不同类型的浇口其尺寸、特点及应用情况不同。
常见的有直接浇口、点浇口、侧浇口、扇形浇口及潜伏式浇口等。
（1）直接浇口又叫中心浇口，无分流道，注射压力直压入型腔，所以产品较坚实，流量快且大，适合注射大型产品，但产品内应力大、易变形、注塑保压时间长、浇口去除困难、痕迹明显、影响外观。
（2）点浇口这是一种截面形状小如针点的浇口。
其优点是去除浇口后，塑件上留下的痕迹不明显，开模后可自动拉断，成型时可减少熔接痕，但压力损失比较大，塑件收缩大，制造困难，而且模具必须设计成三板式模，以脱出流道凝料。
（3）侧浇口在分型面上，从塑件边缘进料，形状为长矩形或接近矩形，加工方便、简单，应用灵活，既可以从产品外侧，也可以从产品内侧进料。
可以一模多腔，浇口痕迹小，不太影响外观，去除浇口方便。
但压力损失大，保压补缩作用比直接浇口小，壳形件排气不便，易产生熔接痕、缩孔及气孔等缺陷。
（4）扇形浇口扇形浇口是逐渐展开的浇口，是侧浇口的变异形式。
适合于大面积薄壁塑件。
（5）潜伏式浇口潜伏式浇口是点浇口演变来的且吸收了点浇口的优点，也克服了由点浇口带给模具的复杂性。
其进料部分一般选在制件较隐蔽处，使不致影响制品的美观。
在顶出时流道和制件被自动切断。
故顶出时必须有较强的冲击力。
对于过于强韧的塑料，潜伏式浇口是不适宜的。
加工比较困难，容易磨损。
在本次设计中，综合考虑以上浇口的优点，且ABS塑料的流动性较好，容易充型。
通过分析，采用侧浇口，两板模结构比较合适。
所选浇口形式如图1-6所示：
图3-3
3.5.2浇口位置的选择
选择浇口的位置时，需要根据塑件的结构与工艺特征和成型的质量要求，并分析塑料原材料的工艺特性与塑料熔体在模内的流动状态，成型的工艺条件，综合进行考虑，同时还要避免制件上产生喷射等缺陷，浇口应开设在塑件截面尺寸的最大处，要有利于熔体的流动，型腔的排气。
在本模具中，由于制品是一个圆壁件，并且在制品的中间
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