塑料弯管注塑模具毕业设计论文Word下载.docx
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第三，模具的标准化，系列化以及专业化将会更加完善。
第四，全面质量管理在日本等发达国家已经完全实施。
质量管理可以对产品的设计，制作以及注塑成型工艺方面有很重要的运用。
第五，国外已经从单纯的模具设计本身延生到对模具的结构优化设计方面，试图通过结构的优化达到高性能的产品。
国外已经从注塑模具的工艺性分析从实践经验阶段发展到理论分析。
国外更加专注于运用Moldflow等[4]软件进行模具的提前分析。
解决了原料的浪费和避免耗费资源的问题。
我们国家的模具设计方面在“十二五”规划结束后将会在模具的高效高精度高性能方面取得进步。
因此本研究的重心也在于实践“十二五”规划的发展目标。
并且基于国际视野设计的90直角弯管来进行模具设计。
2塑件结构与原材料工艺分析
2.1带螺纹塑料弯管的设计
2.1.1塑料弯管的立体示意图
本课题研究了90直角弯管并且带外螺纹的塑料弯管的设计。
弯管的立体PROE图如图2.1。
图2.1塑件结构示意图
2.1.2塑料弯管的二维视图
本研究设计的90直角弯管的二维主视图如图2.2。
图2.290塑料弯管主视图
2.1.3塑料弯管的结构尺寸特征分析
本研究设计的是90塑料弯管[5]。
弯管呈现直角的构型，在成型的过程中应该进行侧向分型抽芯机构来进行分型，塑料弯管有一段外螺纹，螺纹的参数是M502—5g—S—LH[6]。
螺纹的成型用瓣合模来进行成型。
因此本研究将会使用到侧向分型抽芯机构以及瓣合模。
设计有一定的难度。
2.2塑料弯管原材料的选择分析
2.2.1塑料的原材料的选择
选择硬质聚氯乙烯作为塑料弯管的原材料[7]，简称UPVC。
作为具有较好的抗拉抗压强度,耐腐蚀性优良,价格在各类塑料管中最便宜但低温下较脆。
广泛应用在用于住宅生活、工矿业、农业的供排水、灌溉、供气、排气用管、电线导管、雨水管、工业防腐管等方面。
在管件方面UPVC有着非常好的性能。
（1）物理性能优良，UPVC管材、管件耐腐蚀，抗冲击强度高，流体阻力小，不会结垢，内壁光滑，不易堵塞，并达到建筑材料难燃性能的要求，耐老化，使用寿命长。
室内以及埋地使用寿命可达50年以上，户外使用达50年。
（2）重量轻，便于运输、储存和安装，有利于加快工程进度和降低施工费用。
（3）节省建筑费用，使用UPVC管材、管件比使用同样规格的铸铁管道系统造价低，且便于维修。
2.2.2硬质聚氯乙烯的性能指标
聚氯乙烯的性能参数如表2.1。
表2.1UPVC的性能参数
性能参数
UPVC
密度g/
1.4
氧指数
42
吸水率
0.070.4
收缩率%
0.10.5
比热容/（KJ/kg）
1.842
脱模度数
抗拉强度/
4550
玻璃化转变温度/
85
折射率硬质成型品
1.521.55
成型温度/
160190
热导率/[kw/（m.）]
黏流态温度/
热扩散系数/（/r）
拉伸模量/
0.61
3.3
3成型工艺方案的确定
3.1塑件分型面的确定
分开模具取出塑件的面，通称为分型面[8]。
注塑模有一个分型面和多个分型面的模具，分型面的位置有垂直于开模方向，平行于开模方向以及倾斜于开模方向几种。
分型面的形状有曲面和平面。
分型面的设计是否恰当，对制件，操作难易，模具的复杂性有很大的影响，主要考虑三点：
（1）塑件从模内取出，一般只采用一个与注射机开模运动方向相垂直的分型面，特殊情况下才采用较多的分型面。
应该设法避免与开模方向垂直或倾斜的侧向分型和侧向抽芯，因为这会增加模具结构的复杂程度。
为此安排塑件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模方向相垂直或倾斜的方向有侧凹或侧孔。
（2）分型面形状的决定：
分型面的形状一般是与注射机开模方向相互垂直的平面。
（3）分型面位置的选择：
除了必须开设在断面轮廓最大的地方才能使塑件顺利地从型腔中脱出外还要考虑四个因素：
第一，因为分型面处不可避免的留下溢料痕迹，或拼合不准确的痕迹，故分型面最好不要选在制品表面光滑的外表面或带圆弧的转角处。
第二：
从制件的推出装置方面考虑，分型面要尽可能留在动模边。
第三：
从保证同心度出发，同心度要求高的塑件，取分型面时最好把同心度的部分放在模具分型面的同一侧。
第四：
有侧凹或侧孔的制件，当采用自动侧向分型抽芯的时候，除了液压抽芯能获得较大的侧向抽芯距离外，一般的分型侧向抽芯机构都比较小。
分析本塑件的结构与特征，确定它的分型面的位置处于平面所在的位置如图3.1。
图3.1塑件的分型面
3.2型腔数量以及分布方式的确定
注射模具型腔数目的确定，与现有注塑机的规格、所要求的塑件质量、塑件的几何形状（有无侧抽芯）、塑件成本及交货期等因素有关。
从经济角度出发，订货量大时可选用大型机、多型腔模具，对于小型制件，型腔数量可由经验决定。
当尺寸精度和重复性精度要求很高时，应尽量减少型腔数目，在满足其它要求的前提下尽量采用单型腔模具。
针对于本设计的塑件，由于尺寸精度和重复性精度要求不高，而且是大量生产，因而拟采用一模多腔，同时考虑到塑件上有侧向抽芯，为使模具结构简单，采用一模四腔较为合适。
型腔的布置涉及模具尺寸、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计、模具温度调节系统的设计及模具在开合模时的受力平衡等问题，因此在设计中应根据各方面的情况进行综合考虑，并在设计中进行必要的修改，已达到较为完善的结果。
在本设计中，由于塑件需侧向抽芯，并且是一模四腔，着重考虑抽芯机构的结构，因而采用平衡式排列布置,如图3.2。
图3.2型腔的分布
3.3注塑机的选择与参数校核
3.3.1注塑量的计算
注射模具是安装在注射机上使用的。
在设计模具时，除了应掌握注射成型工艺过程外，还应对所选用的注射机有关技术参数有全面了解，才能生产出合格的塑料制件。
注射机为塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种。
注射成型时注射模具安装在注射机的动模板和定模板上，由锁模装置进行合模并且锁紧，塑料在料筒内加热呈熔融状态，由注射装置将塑料熔体注入型腔内，塑料制品固化冷却后由锁模装置开模，并由推出装置将制件推出。
本模具采用一模四腔的结构进行设计。
浇注系统的凝料体积一般按照实际情况选取，该模具设计选择四个塑件的总体积容量的20%进行预估计算。
将设计好的塑件通过PROE软件的测量。
单个塑件的体积为47734.8。
取UPVC的密度为1.4g/。
那么单个塑件的质量可以进行如下计算。
m47.73481.4g/66.8g。
四个塑件需要的总共注塑容量是V：
V47.7348=190.9。
加上浇注系统的凝料的设计注塑量：
1.2190.9229。
四个塑件总共需要的塑料质量M：
M66.8g=267.3
加上凝料系统总共的注塑质量：
1.21.2320.7g。
模具设计的时候。
塑件成型的塑料熔体总量或质量在需要在注射机额定量的0.5倍到0.8倍。
由此可以确定注射机的体积应该在286.4到458.2。
3.3.2注塑机型号的确定
在体积容量足够的前提下，还需要依靠锁模力来进行综合的选择注塑机的型号[9]。
塑件在分型面上的投影面积约为4200流道凝料在分型面上的投影面积可以按照塑件的0.2倍到0.5倍来取得，因此本浇注系统的投影面积按照0.2倍约为840。
在分型面上的投影：
4200840
20160
645.1KN
式中：
—注射机的公称锁模力（）；
—塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；
—为型腔内熔体压力，取；
结合上述的情况，选择注射机的型号为：
海天HTF200X/1。
该注射机的主要技术参数如表3.1。
表3.1注射机HTF200X/1的技术参数
技术参数
内容
结构类型
理论注射量/
卧式
412
拉杆间距/
移模行程/
470
螺杆直径/
最大模具厚/
550
注射压力/
170
最小模具厚/
200
注射速率/
152
锁模形式
双曲肘
锁模力/KN
2000
定位孔直径/
螺杆转速/
0-150
喷嘴球半径/
10
塑化能力/
24
喷嘴孔直径/
3.3.3型腔数量的校核
为了使模具与注射机相匹配以提高生产率和经济性，并保证精度，模具设计前应合理的确定型腔的数目。
按照注射机的最大注射量校核型腔的数量：
（式3.1）
其中：
—注射机最大注射量/；
浇注系统凝料量/；
—单个塑件的容积/；
通过上面的计算知道单个塑件的体积为47.7；
浇道凝料的体积为38.1。
而凝料的容量和最小注射量应不小于注射机额定最大注射量的，故可得,，所以型腔的数目取：
。
3.3.4最大注射量的校核
在注射中，塑件的总重量加上浇注系统的重量不应该超过注射机规定的克数。
在额定注射量的80%以内。
229.1
（式3.2）
由此可见，最大的注射量满足要求。
3.3.5锁模力的校核
当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向方向的很大推力，其大小等于制品与浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和乘以型腔内塑料熔体的平均压力。
该推力应小于注射机的额定锁模力，否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现象。
在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：
F（式3.3）
—注塑机额定锁模力，；
—为型腔内熔体压力（），；
代入数据得:
由此可见，满足锁模力的要求。
3.3.6注射压力的校核
注射压力的校核是检验注射机的最大注射压力能否满足制品成型的需要。
为此注射机的最大注射压力应大于或等于塑件成型时所需要的注射压力，即
（式3.4）
注塑机的最大压力MPa
P塑件需要的成型压力；
制品成型时所需的注射压力一般很难确定，它与塑料品种，注射机类型，喷嘴形式制品的形状的复杂程度以及浇注系统等因素相关。
在确定制品的注射压力的时候，一般采取类比法。
UPVC的注射压力要小于140Mpa。
由此可知，注塑机符合要求。
3.3.7开模行程的校核
注射机的开模行程是有限制的，取出制件所需要的开模距离必须小于注塑机的最大开模距离。
开模距离分为两种情况。
本设计按照注塑机最大开模行程与模厚无关的时候进行校核，开模行程按照下面进行校核：
S+510（mm）
塑件顶出距离，mm；
塑件高度，包括浇注系统在内，mm；
S注射机的最大开模行程，mm；
对于带有侧向抽芯机构的模具，分型抽芯动作是由斜导柱完成的，这时模座行程S的计算还必须考虑分型抽芯机构的抽拔距离，当，模座行程可由公式S（mm）进行计算。
本塑件采取的是侧向分型抽芯机构。
最小开模行程是指抽出侧滑块所必须的开模运动距离。
由于本模具设计的滑块与开模运动方向一致。
因此根据公式：
S
S为滑块移动的距离；
为所需要的开模行程；
是倾斜角，在本设计中选择为20；
S54.5mm；
计算出136mm；
根据25mm+80mm149.73mm；
因此（mm）136S=470mm；
3.3.8喷嘴尺寸的校核
为了使注塑模具能够合理的安装在注塑机上并且生产出合格的产品，在设计模具时候必须校核注塑机上与模具安装有关的尺寸。
因为不同型号和规格的注塑机，其安装模具部分的形状与尺寸各不相同。
一般情况下设计模具时候应该校核的部分包括喷嘴尺寸，定位圈尺寸，最大模具厚度，最小模具厚度，模具板上的螺孔尺寸等。
这里先对喷嘴尺寸进行校核。
其他的校核需要在模具结构设计完成以后进行校核。
注射机喷嘴前端的球面半径r和孔径d与模具浇口套的球面半径R及小孔径D应该吻合，以避免高压塑料熔体从缝隙处溢出。
它们一般应该满足下列关系：
R=r+（12）mm；
D=d+（0.51）mm；
如果Rr，将会出现死角，而积存塑料，使得主流道的塑料凝料将无法脱出。
所以注射机喷嘴尺寸是标准。
模具的制造以它为准则。
该模具r=10mm取R=11mm，符合要求。
该模具d=3mm，取D=3.5mm，符合要求。
选择主流道的单边斜度1.5。
3.3.9定位孔直径的校核
浇口套与为了保证模具主流道中心线与注射机喷嘴中心线相重合，注射机固定模板上设计有定位孔，模具的定模板上应该设计凸起的定位圈，两者按照H9/f9间隙配合。
为了让定位圈直径与注射机定位孔配合，应该按选用注射机的定位孔直径确定。
定位环与注射机定模固定模孔相配合，配合精度为H11/b11，以便于装模。
定位圈用内六角螺钉固定在定模座上。
注射机的定位孔直径为160mm。
因此定位圈的直径也选取；
4浇注系统的设计
浇注系统控制着塑件在注塑过程中充模和补料两个重要的阶段，对塑件的质量关系影响极大。
浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔人口为止那一段流道。
浇注系统包括：
主流道,分流道,浇口,冷料井几部分组成。
浇注系统的设计原则主要有六条：
（1）对模腔的填充迅速有序；
（2）可同时充满各个型腔；
（3）压力和热量损失最小；
（4）可能消耗较少的塑料；
（5）够使型腔顺利排气；
（6）注系统凝料容易与塑件分离或切除；
（7）不会使冷料进入型腔；
口痕迹对塑件外观影响小。
4.1主流道和主流道衬套以及定位环的设计
主流道是指注机喷嘴在同一轴心线上，物料在流道中不改变方向，主流道形状一般为圆锥形或圆柱形。
由于主流道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰触，所以设计成独立的主流道衬套，选用优质的刚才制作并提高硬度。
主流道衬套要求承受交变应力，
主流道应专门开设在主流道衬套上。
由于主流道要与高温的塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套，以便选用优质钢材单独进行加工和热处理。
当主流道贯穿几块模板时，若无主流道衬套，则模板间的拼合缝可能溢料，以至主流道凝料无法脱出，有时将主流道衬套大端的圆盘凸出定模板端面5～10mm，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合，起定位环作用。
也常有将模具定位环与主流道衬套分开设计的。
本模具的定位环与主流道衬套分开设计。
主流道以及定位圈的尺寸确定。
按照选用的注塑机设计主流道的小端直径d；
主流道小端球面半径r；
主流道的斜度选择；
定位环的外径根据注射机的定位环的大小选择160mm的标准件，如图4.1。
图4.1流道衬套
4.2分流道的设计
4.2.1分流道的设计原则
分流道是主流道与浇口之间的一段将塑料熔体沿分型面引入各个型腔的那一段流道，因此它开设在分型面上，分流到的断面可以呈圆形、半圆形、梯形、矩形、U字形，它可以由动模和定摸两边的沟槽组成，如圆形，也可单开在定模或动模一侧，如梯形、矩形等。
设计原则：
（1）充模要保证融合线最小；
（2）对熔体流动的阻碍尽可能小；
（3）所占注射重量比尽可能小；
（4）易于脱模；
（5）分流道长度在工艺条件允许下应尽可能短，以保证将压力温度以及材料的损耗为最小；
（6）分流道横截面所选的尺寸应使冷却时间等于或略大于塑件的冷却时间，只有这样才能在塑件固化前保证足够的保压压力。
4.2.2分流道的形状尺寸确定
长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置。
从输送熔体时减少压力损失和热量损失出发应力求缩短。
断面尺寸视制品大小、塑料品种、注射速率以及分流道的长度而定。
圆形分流道的直径一般在5～10mm之间变动；
但对于流动性特别好的PP、PA等，当分流道很短时，可小到φ2；
对于流动性特别差的塑料，可大于φ10。
实验证明，对多数塑料，分流道直径在5～6mm以下时，对流动性影响较大。
但在φ8以上时，再增大其直径对流动性的影响就很小了。
因为塑件的质量小于200g。
因此用以下公式进行计算：
D=0.2654（式4.1）
W
L流道的长度，mm；
分流道的设计分为两部分，第一部分为主分流道，第二部分分流道为直接连接塑件的分流道。
形状为梯形。
底面为w，h=w，x=w；
（1）第一部分分流道
=0.2654mm
=7.4mm
按照当量面积相等
=（+）
=8.6mm；
=5.7mm；
=6.5mm；
（2）第二部分分流道
=5.5mm
=6.4mm；
=4.3mm；
=4.8mm；
4.2.3分流道的形状尺寸以及分布
分流道的分布如图4.1。
分流道的尺寸如图4.2，4.3。
图4.1分流道的分布
图4.2第一部分分流道的截面尺寸
图4.3第二部分分流道的截面尺寸
4.3浇口的设计
4.3.1浇口的设计原则
浇口指流道末端将塑料引入型腔的狭窄部分，是进入型腔的门户，一般说来，其断面尺寸比分流道断面尺寸小，长度也短，起着控制料流速度，补料时间的作用，其断面形状常见的有圆形、矩形。
浇口是连接分流道和型腔或者说是塑件的桥梁，是整个浇注系统的最薄点。
其形状和安放位置应根据各种实际需要来确定。
浇口在塑件上开设的位置与数目，对制品的质量影响很大。
因此在选择浇口位置与数目时，应对塑料熔体在流道和型腔中的流动状况，填充顺序、排气、补缩等作全面考虑，以获得尽可能好的制品质量。
设计的原则有六个：
⑴避免在制件上产生缺陷；
有利于流动、排气和补缩；
⑶减少熔接痕，增加熔接牢度；
⑷取向方位对制品性能的影响；
考虑流动距离比；
⑹防止料流将型芯或嵌件挤歪变形。
4.3.2浇口的形状尺寸确定
本模具的设计采用边缘浇口[10]，边缘浇口一般开设在分型面上，从制件的边缘进料，边缘浇口具有矩形或接近矩形的形状，其优点是便于机械加工，且易于保证加工的精度，而且试模的时候尺寸易于调整，适于各种塑料，其最大的优点是可以调整充模的剪切速率和浇口的封闭时间。
浇口封闭时间即补料时间，主要由浇口的厚度决定。
当厚度决定后，根据塑料的流动性能选择适当的剪切速率和流动速度，再依据制品的重量确定浇口的宽度。
浇口的深度h为：
h
制品厚度，mm；
材料系数，UPVC的系数选择0.9。
h0.9；
浇口的宽度可按下式进行计算:
A凹模边型腔表面积，即塑件外表面积，。
本模具的浇口的尺寸计算为：
3.39mm
塑件边缘浇口的典型尺寸为深度0.5，宽1.5，浇口台阶长度0.5。
按照塑件易于修模以及经验确定浇口的深度尺h=1.5mm；
宽度w=2；
长度L=1m
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