三通管塑料模具设计毕业论文.docx
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三通管塑料模具设计毕业论文
三通管塑料模具设计
摘要：
随着现代工业的迅速发展，模具技术得到了越来越广泛的运用，尤其在汽车、电器、电机、仪表、日用品工业中。
本次设计以三通管塑料模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构设计，最后到模具总的装配等一系列模具生产的所有过程设计。
在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。
在设计中除使用传统方法外，同时引用了CAD、UG等技术，提高工作效率。
本次毕业设计课题来源于生活，应用广泛，对模具工作人员是一个很好的考验。
它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。
关键词：
三通管塑料模具成型工艺分析模具结构设计、装配
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
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作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
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指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
第一章概述
1.1塑料成型在塑料工业中的地位
塑料工业包含塑料生产和塑料制品生产（称为塑料加工或塑料成型工业）两个系统。
没有塑料生产，就没有塑料制品生产；没有塑料制品生产，塑料就不能变成产品或生活资料。
这是一种密切的、相互依存的关系。
塑料制品的生产主要由塑料的成型、机械加工、修饰和装配四个基本工序组成。
有些塑料在成型之前需要经过预处理（预压、预热、干燥等）。
因此，塑料制品生产的完整工序为：
预处理、成型、机械加工、修饰、装配。
这个生产顺序不能颠倒，否则会影响制品质量。
在五个基本工序中，塑料的成型是最重要的，是一切塑料制品和塑料生产的必经过程。
其他四个工序却是根据塑料制品的要求而定，不是每个制品都需要经过这四个工序，甚至有可能都不需要这四个工序中的任何一个工序。
后三个工序有时统称为二次加工。
因此，可以说塑料的成型在塑料制品生产乃至塑料工业中占有重要地位。
1.2塑料模塑成型及塑料成型模具
塑料成型的种类很多，有各种塑料成型、压层及压延成型等。
其中塑料模塑成型种类较多，如挤出成型、压缩模塑、传递模塑、注射模塑等。
他们的共同特点是利用塑料模来成型具有一定的形状和尺寸的塑料制品。
塑料成型模具（简称塑料模）是塑料模塑成型关键的工艺装备。
这是因为在现代塑料制品生产中，正确的加工工艺、高效率的设备、先进的模具是影响塑料制品生产的三大重要因素，而塑料模对塑料塑模工艺的实现，保证塑料制品的形状、尺寸及公差起着极其重要的作用，高效率全自动的设备只有配备了适应自动化生产的塑料模才可能发挥其效能；产品的更新也是以模具的制造和更新为前提。
目前，对塑料制品的品种、质量和产量的要求越来越高，因而对塑料模的要求也越来越迫切。
1.3塑料模具成型技术的发展动向
为了使各种性能优良的塑料在国民经济的各个领域中进一步得到应用，必须在发展塑料生产的同时，努力发展塑料成型工业，研究塑料加工新技术。
塑料模塑成型的发展动向如下：
（1）加深理论研究加深塑料成型理论基础和工艺原理的研究，借以改进成型工艺方法、成型模具及成型设备。
（2）高效率、自动化简化塑料制品成型工艺过程，缩短生产周期是提高生产率的有效方法。
高速自动化的塑料成型机械配合先进的模具也是提高塑料制品质量，提高生产率的有效方法。
（3）大型、微型、高精度为了适应国民经济各个部门对塑料成型工业的要求，塑料制品正向大型、微型、高精度的方向发展，塑料模也相应向大型、微型、高精度的方向发展，大型、小型和新型的塑料成型设备亦不断涌现。
如有适应于一次注射量达96Kg的大型注射机，也有适应于制造手表零件的一次注射量仅为0.02g的超小型精密注塑机。
（4）高寿命和简单经济模具为了适应大批量生产，正在从模具结构设计、模具材料及热处理、模具表面强化、模具制造等方面提高模具寿命。
当前正研究和推广应用易切削钢、预硬钢、耐腐蚀钢以及模具表面强化新技术，使塑料模的精度和寿命大大提高。
同时，为了适应小批量生产，正在注意简易经济模具的应用。
（5）模具制造先进设备及先进工艺现在高效、精密、数控、自动化的模具加工设备发展很快，数控铣床、仿形铣床、各种加工中心、坐标磨床、各种数控电加工机床及模具装配与检测机械和仪器不断发展和应用，这对于保证塑料模具的加工精度和缩短周期其到了关键性的作用。
（6）模具的标准化与专业生产化这是提高模具质量，缩短模具制造周期的根本性措施，也是塑料模发展的方向。
（7）计算机辅助设计和计算机辅助制造模具技术虽然在塑料模方面应用这种新技术比在冷冲模方面难度大，但同样被塑料模行业所重视，成为塑料模设计与制造的发展方向。
此外，对于一些特殊的塑料制品，采用了各种特殊的成型工艺、模具及设备。
第二章塑件的工艺分析
2.1塑料件的原材料分析
塑件的材料采用PP（即聚丙烯），收缩率为1.0%---2.5%，是继尼龙之后发展的又一优良树脂品种。
从使用性能上看，综合性能良好，是一种高密度、无侧链、高结晶必的线性聚合物，且在低温下也不迅速下降，耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好，水、无机盐、碱、多种酸对ABS几乎无影响，尺寸稳定，易于成型和机械加工。
未着色时呈白色半透明，经过调色可配成任何颜色，且可作双色成型塑件，且表面可镀铬；从成型性能上看，流动性较好，成型收缩率小，比热容较低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固也较快，模塑周期短，但ABS的吸水性大，成型前必须充分干燥，表面要求光泽的制品应进行较长时间的干燥；透明度也较聚乙烯好，比聚乙烯刚硬。
2.2塑料件的结构、尺寸精度、及表面质量分析
图2塑料件三维图
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，该零件属于一般难度。
2）尺寸精度分析：
零件有精度尺寸要求均为6级塑件精度，属于一般精度，在模具设计和制造过程中要保证这些尺寸精度的要求。
其余尺寸均无特殊要求，可按7级塑料精度查取公差值。
且该工件尺寸适中，一般精度要求为一模两腔，并要求不对其进行后加工。
3）表面质量分析：
该零件为三通管，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。
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。
第三章成型设备的选择与模塑工艺参数的编制
3.1计算塑模的体积及浇注系统体积
图2塑料件的实体图
计算塑件的体积：
V1≈5308.6mm3
图3浇注系统
浇注系统的体积为V2=1000mm3
一次注射所需的塑料总体积为V=2V1+V2=11616mm3
3.2计算塑模的质量
图4一模两腔图
由于工件要求采用一模两腔如上图图所示
按工件图纸经三维造型得
Vs=2.7L
查表得塑料pp密度为1.02---1.16g/cm
单件塑料重量m=ρv=1.06×2.7≈2.86g
3.3选用注塑机
根据以上分析，计算，查表初选注射机型号为XS-ZY-125。
注射机XS-ZY-125有关技术参数如下：
额定注射量/cm：
125
注射压力/mpa：
120
锁模力/KN：
900
最大成型面积/cm：
320
最大开合模行程/mm：
300
模具最大厚度/mm：
300
模具最小厚度/mm：
200
喷嘴圆弧半径/mm：
12
喷嘴孔径/mm：
4
动定模板尺寸/mm×mm：
428×458
拉杆空间/mm：
260×290
3.4塑件注射成型工艺参数
塑件注射成型工艺参数如表一所示，试模时，可根据实际情况作适当调整模。
表一ABS塑料的注射成型工艺参数
工艺参数
规格
工艺参数
规格
预热和干燥
温度：
80～85℃
成型时间S
注射时间：
20～90
时间：
2～3h
保压时间：
0～5
料筒温度℃
后段：
150～170
冷却时间：
20～120
中段：
165～180
总周期：
50～220
前段：
180～200
螺杆转速r/min
30
喷嘴温度℃
170～180
后处理
方法：
红外线、烘箱
模具温度℃
50～80
温度℃：
70
注射压力MP
60～100
时间h：
2～4
第四章模具结构方案的确定
4.1分型面的选择
塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。
定模和动模相接触的面称分型面。
模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。
应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。
通常有以下原则：
（1）分型面的选择有利于脱模：
分型面应取在塑件尺寸的最大处。
而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。
如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。
拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有分型的痕迹。
（2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。
（3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。
（4）分型面应有利于侧向抽芯。
分型面的形状有平面、斜面、阶梯面和曲面。
分型面应尽量选择平面的，但为了适应塑件成型的需要和便于塑件的脱模，也可以采用后三种分型面，后三种分型面虽然加工较困难，但型腔加工却比较容易。
此注射模具的分型面形状为平面，目的为了适应塑件成型的需要和满足塑件质量要求，使型心留在定模一侧。
选择塑件的最大轮廓处为分型面，不仅减小了由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异，还有利于排气和防止溢流。
综上所述，设计如图所示：
图5分型面图
4.2型腔的排列方式
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。
本塑件在注射时采用一模两件，即模具需要有两个型腔。
如图5所示。
4.3定模与动模结构的确定
由于制品比较简单，定模结构与动模结构都采用整体式结构如图6、如图7所示。
图6定模结构
图7动模结构
4.4浇注系统的设计
普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。
1主浇道主浇道是指从注射机喷嘴与模具接触开始，到分浇道支线为止的一段料流通道。
它起始将熔体从喷嘴引入模具的作用，其尺寸的大小直接影响熔体的流动速度和填充时间。
2分浇道分浇道是主浇道与行腔进料口之间的一段流道，主要起分流和转向作用，即使熔体由主浇道分流到各个型腔的过渡通道，也是浇注系统的断面变化和熔体流动转向的过渡通道。
此次塑件无分流道。
3浇口浇口是指料流进入行腔前最狭窄的部分，也是浇注系统中最短一段，其尺寸狭小且短，目的是使料流进入行腔前加速，便于充满行腔，且有利于封闭行腔口，防止熔体倒流。
另外也便于成型后冷料与塑件分离。
4冷料穴在每个注射成型周期开始，最前端的料接触低温模具后会降温变硬被称之为冷料，为防止此冷料堵塞浇口或影响制件的质量，而设置的料穴，其作用就是储藏冷料。
冷料穴一般设在主浇道的末端，有时在分流道的末端也增设冷料穴。
在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，可以才用一模两腔，浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都有直接的影响，设计时必须按如下原则：
（1）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。
（2）型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。
（3）系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）：
尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。
（4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。
（5）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。
（6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。
根据以上，设计如8下所示:
图8浇口设计
（1）确定分型面位置由制品本身的外观形状确定制品的分型面为最大投影面积处。
（2）确定浇口形式及位置由于采用二板模结构，浇口的形式为侧浇口。
初步设计主流道及分流道形状和尺寸，主流道设计成圆形，内壁粗糙度取0.4mm。
分流道截面设计成圆型截面加工较容易，且热量损失与压力损失均不大为常用形式。
圆型截面分流道直径可根据塑料流动性等因素确定，该塑料件采用ABS塑料，流动性中等所以选圆型截面。
根据经验分流道直径d可取2到3.5mm,所以我选择3mm。
4.4.1主流道的设计
（1）为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形，因ABS的流动性为中性，故其锥度取3度，过大会造成流速减慢，易成涡流，内壁粗糙度为R0.3um，小端直径取4mm。
（2）主流道大端呈圆角，其半径取r=1～3mm,以减少流速转向过渡的阻力，r=1.5mm。
（3）在保证塑件成形良好的情况下，主流道的长度应尽量短，否则会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多影响注射成形。
（4）为使熔融塑料完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注射机的喷嘴紧密对接，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径为R2=R1+（1～2）,其小端直径D=d+（0.5～1）,凹坑深度常取3～4mm。
在此模具中取R2=11～12mm。
由于主流道要与高温高压的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套图9，以便选用优质钢材单独加工和热处理，其大端兼作定位环图10，圆盘凸出定模端面的长度H=5～10mm。
图9衬套图10定位环
4.4.2冷料井的设计
冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是接受料流前锋的“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。
冷料井的直径宜大于大端直径，长度约为主流道大端直径。
常见的冷料穴及拉料杆的形式有如下几种：
1.钩形（Z形）拉料杆
2.锥形或钩槽拉料穴
3.球形头拉料杆
4.分流锥形拉料杆
5.无推杆的拉料穴
基于本次设计的模具，可采用底部带有拉料杆的冷料井，这类冷料井的底部由一个拉料杆构成。
拉料杆装于型腔固定板上，因此它不能随脱模机构运动。
利用Z头形的拉料杆配合冷料井图10或圆柱T字头如图11所示。
图10T字拉料杆
图11圆柱头拉料杆
4.4.3分流道的设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。
分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。
但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。
分流道设计要点：
（1）.在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。
（2）.分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。
对于此模来说在分流道上不须开设冷料井。
（3）.分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。
（4）.分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。
4.4.4浇口设计
浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。
其主要作用是：
（1）型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。
（2）易于在浇口切除浇注系统的凝料。
浇口截面积约为分流道截面积的0.03～0.09，浇口的长度约为0.5mm～2mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模是逐步纠正。
当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内磨檫加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。
但浇口尺寸过小会使压力损失增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。
浇口位置的选择：
（1）浇口位置应使填充型腔的流程最短。
这样的结构使压力损失最小，易保证料流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质，温度，注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。
（2）浇口设置应有利于排气和补塑。
（3）浇口位置的选择要避免塑件变形。
采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔，在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理；而设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。
（4）浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。
熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向，浇口数量多，产生熔接痕的机会很多。
流程不长时应尽量采用一个浇口，以减少熔接痕的数量。
对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长，熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使料流的流程短，熔接处强度高。
为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢溜槽，是冷料进入溢溜槽。
筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口会使熔接痕产生。
（5）浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。
综上本模具用侧浇口较为浇口理想，采用截面为矩形的侧浇口，尺寸为1×1.2×3.2m。
浇口位置如图12所示。
图12浇口位置
4.5推出方式的选择
因此模具的型腔内壁可以不进行任何表面处理，有较高的粗糙度，使塑件可以留在动模上，采用推杆推出，可以保证塑件的推出，模具结构也比较简单。
推杆推出机构是最简单最常用的一种形式。
推杆的截面形状可以根据塑件的情况而定，如圆形、矩形等，此推杆采用的是圆形。
圆形推杆如图13所示。
图13推杆
推出力F=Ap（ucosα-sinα）+qA1
A≈2πRh=3.14×16×77.24
=3880mm
Ft=3880×1.
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