管接头注塑模设计.docx
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管接头注塑模设计
管接头注塑模设计说明书
摘要：
针对管接头制品的结构，结合注塑模设计的特点，通过对塑件进行工艺的分析和比较，最终设计出一套管接头注塑模具。
本次设计从产品结构工艺性、具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、冷却系统、顶出系统、注塑机的选择和有关参数的校核都进行了详细的设计，同时简单的编制了模具的加工工艺。
最终采用的注塑模为一模两腔的三板式模具，通过四面滑块和型芯对制品进行成型，同时采用三次分型的方法实现制品的顶出和凝料的脱除。
经设计标明该模具能够实现制品的注塑成型并满足预定的质量要求。
关键词：
注塑模具管接头UG三维设计
Abstract：
accordingtothestructureofpipefittingsproducts,combiningthecharacteristicsofinjectionmoldingdesign,throughtheprocessofplasticparts,analyzeandcomparethefinaldesignoutacasingjointinjectionmold.Thisdesignfromproductstructuremanufaturability,specificmoldstructureofmould,startingthegatingsystem,thestructureofitsmoldingpart,coolingsystem,ejectorsystems,injectionmachineselectionandrelatedparametercheckingmakesadetaileddesign,andsimplecompiledthemouldprocessingtechnology.Theinjectionmoldforfinallyadoptedthethreeexactlytwocavityboardmold,throughallthesliderandcores,shapingofproductsbyadoptingthemethodofthreepointsandrealizeproductsejectormaterialremoval.Thedesigntoindicatethismoldcanrealizeproductsmoldingandmeetpredeterminedqualityrequirements.
Keywords:
InjectionmouldPipejointUGThree-dimensionaldesign
第一章绪论
随着科学技术的发展，模具工业在国民经济中的地位越来越重要。
利用模具成型塑件的方法实质是一种少切削、无切削、多工序重合的生产方法。
采用模具成型工艺代替传统的切削加工工艺，可以大大的提高生产效率，保证零件质量，节约材料，降低成本，从而取得很高的经济效益。
因此，模具成型方法在现代工业的主要部门中得到了极其广泛的应用。
它已成为工业中进行大批量生产的重要技术手段，对于保证制品质量，缩短试制周期，进而争先占领市场，以及产品的更新换代和新产品的开发都具有决定性的意义，明显地成为国民经济发展的关键。
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，日本的模具产能约占全球的40%，居世界第一位，每年向国外出口大量模具。
模具行业在美国工业总产值中所占的比重呈现出不断下降的态势，但是美国模具在全球模具的高端产品仍然占据着重要地位。
德国拥有世界领先的汽车、船舶等制造技术，受上游行业需求影响，德国模具在世界上具有较为重要的地位。
所以在许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。
例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低。
第二章塑件的工艺性分析
2.1塑件结构工艺分析
2.1.1产品外观设计及二维尺寸图
图2-1 管接头产品图
图2-2 管接头产品图
图1-3 管接头产品2D尺寸图
2.1.2产品技术要求
塑料零件的材料为PVC，塑件要求外形美观，不允许有错牙现象,其内表面要求光洁美观，其工作面成型时不允许有浇口、顶杆痕迹，开模时要求不被动模型芯拉裂或者拉变形，以保证一定的机械强度。
此塑件高为45mm，最大宽度39.40mm。
查表-常用材料模塑件公差等级和选用（GB/T14486）、表-模塑件尺寸公差表（GB/T14486）得知，对精度要求一般，根据PVC塑料的性质及特性，其精度等级可按MT5来查并取其公差。
2.1.3塑件的工艺分析
（1）该塑件尺寸中等且塑件同轴度等级较高，其内表面要求光洁美观，成型时不允许有浇口、顶杆痕迹，开模时要求不被定模型芯拉裂或者拉变形。
所以采用的浇口形式要保证其表面精度。
（2）该塑件为中小批量生产，塑件的形状较复杂。
为了保证产品一定的机械强度，对于模具设计要求较高，产品不许有尖角，以免产生产品开裂现象。
2.2塑件材料工艺性的分析
2.2.1基本特性
PVC塑料（聚氯乙烯）是世界上产量最高的塑料品种之一。
其原料来源丰富，价格低廉，性能优良，应用广泛。
其树脂为白色或者浅黄色粉末，形同面粉，造粒后为透明块状，类似明矾。
根据不同的用途加入不同的添加剂，聚氯乙烯塑件可呈现不同的物理性能和力学性能。
在聚氯乙烯树脂中加入适量的增塑剂，可制成多种硬质、软质制品。
纯聚氯乙烯的密度为1.4g/cm3，加入了增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度范围一般为1.15~2.00g/cm3。
硬聚氯乙烯不含或含有少量增塑剂。
它的机械强度颇高，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用做结构材料；其介电性能好，对酸碱的抵抗能力极强，化学稳定性好；但成型比较困难，耐热性不高。
软聚氯乙烯含有较多的增塑剂，柔软且富有弹性，类似橡胶，但比橡胶更耐光、更持久。
在常温下其弹性不及橡胶，但耐蚀性优于橡胶，不怕浓酸、浓碱的破坏，不受氧气及臭氧的影响，能耐寒冷。
成型性好，但耐热性低，机械强度、耐磨性及介电性能等都不及硬聚氯乙烯，且易老化。
总的来说，聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可以用做低频绝缘材料，其化学稳定性也较好。
优于聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出氯化氢气体，使得聚氯乙烯变色，所以其应用范围较窄，使用温度一般在-15℃~55℃之间.
2.2.2材料的成型工艺性
由于其熔体黏度高，所需的注射成型压力较高，因此塑件对型芯的包紧力较大，故塑件应采用较大的脱模斜度。
另外熔体黏度较高，使PVC制品易产生熔接痕，所以模具设计时应注意尽量减少系统对料流的阻力。
PVC易吸水，成形加工前需要进行干燥处理。
在正常的成形条件下，PVC制品的尺寸稳定性较好
2.2.3塑件成型工艺参数
查有关手册得到PVC（抗冲）塑料的成形工艺参数：
密度1.01~1.04g/cm3
收缩率0.3%~0.8%
预热温度80℃~85℃,预热时间2~3h
料筒温度后段150℃~170℃,中段165℃~180℃前段180C~200℃;
喷嘴温度170℃~180℃
模具温度50℃~80℃
注射压力60~100MPa
成形时间注射时间20~90s，保压时间0~5s，冷却时间20~150s
2.2计算塑件的体积和质量
用UG软件测量出塑件的体积为5.744cm3，查《塑料注射模具设计实用手册》表2.1国产常用注射成型塑料名称及成型特性可知PVC的密度为1.20g/cm3,计算可得其质量为5.744cm3×1.20g/cm3=6.9328g。
第三章注塑模的结构设计
3.1分型面位置的确定
如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。
选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
a）保证塑料制品能够脱模
这是一个首要原则，设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。
根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。
分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。
b）使塑件外形美观，容易清理
尽管塑料模具配合非常精密，但塑件脱模后，在分型面的位置都会留有一圈毛边，我们称之为飞边。
即使这些毛边脱模后立即割除，但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故分型面应避免设在塑件光滑表面上。
d）尽量避免侧向抽芯
塑料注射模具，应尽可能避免采用侧向抽芯，因为侧向抽芯模具结构复杂，并且直接影响塑件尺寸、配合的精度，且耗时耗财，制造成本显著增加，故在万不得己的情况下才能使用。
e）使分型面容易加工
分型面精度是整个模具精度的重要部分，力求平面度和动、定模配合面的平行度在公差范围内。
因此，分型面应是平面且与脱模方向垂直，从而使加工精度得到保证。
如选择分型面是斜面或曲面，加工的难度增大，并且精度得不到保证，易造成溢料飞边现象。
g）使侧向抽芯尽量短
抽芯越短，斜抽移动的距离越短，一方面能减少动、定模的厚度，减少塑件尺寸误差；另一方面有利于脱模，保证塑件制品精度。
h）有利于排气
对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可借助分型面的缝隙排气。
因此，选择分型面时应有利于排气。
按此原则，分型面应设在注射时熔融塑料最后到达的位置，而且不把型腔封闭。
综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。
当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。
对于本塑件的分型面选择，如图2-3所示。
图3的分型面Ⅰ位置，塑件割除毛边后，在塑件光滑表面留下痕迹，但是模具结构为哈夫模结构，塑件的分型面不得不在Ⅰ处，在Ⅱ处分型面是产品竖直方向上的最大轮廓处，此处分型面用于塑件的顶出，选在Ⅱ处分型面也是考虑到顺利顶出的因素。
所以在图3中的Ⅰ、Ⅱ处分型面分别代表竖直方向和水平方向上的分型面。
3.2确定型腔数量及布置方式
当塑件分型面确定之后，就需要考虑是采用单型腔还是多型腔模。
由表一可以看出单型腔、多型腔的优缺点及适用范围，但由于以上确定的二次分型方式，及PVC料的固有性质，以致于其浇注系统的特殊性。
因此考虑到生产批量，本模具采用一模两腔的排列方式。
表1单型腔、多型腔的优缺点及适用范围
类型
优点
缺点
适用范围
单型腔模具
塑件的精度高；工艺参数易于控制；模具结构简单；模具制造成本低，周期短。
塑料成形的生产率低，塑件的成本高。
塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产。
多型腔模具
塑料成形的生产率高，塑件的成本低。
塑件的精度低；工艺参数难以控制；模具结构复杂；模具制造成本高，周期长。
大批量、长期生产的小型塑件。
3.3模具结构形式的确定
根据以上分析计算、型腔尺寸及数量和分型结构可确定模架的结构形式和规格。
模具的大小取决于塑件的大小和结构，对于模具而言，在保证足够强度和刚度的条件下，结构越紧凑越好。
为了节约模具钢材和便于热处理，根据产品的外形尺寸（平面投影面积与高度），以及产品本身结构，可以确定镶（模仁）的外形尺寸，确定镶件的尺寸后，就可大致确定模架的大小。
查《塑料模具设计指导》表7-6得：
选择LKN－TP—FCI型结构
脱料板厚度为20mm
定模板厚度：
A=70mm
动模板厚度：
B=70mm
垫快厚度：
C=80mm
模具厚度：
H=30+20+A+B+C+25+动定模板间隙=（30+20+70+70+80+25+1）mm=296mm
模具外形尺寸：
280mm×400mm×296mm。
3.4浇注系统的设计
浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。
浇注系统控制着塑件成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件质量关系极大。
浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。
普通模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成。
3.4.1浇口设计
浇口的形式众多，通常都有边缘浇口、扇形浇口、平缝浇口、圆环浇口、轮辐浇口、点浇口、潜伏式浇口、护耳浇口、直浇口等。
但由于管接头塑件结构的限制，且塑件尺寸不大，因此采用点浇口最合适。
如下图：
图2-1局部放大图
3.4.2主流道的设计
从上面分析中可知，本模具采用一模两腔，单列直排，且还有侧型芯分型。
滑块和推件板及型芯构成成型零部件。
流道采用平衡式获得良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地经流道均衡地分配到各个型腔。
浇口采用点浇口。
浇口直径为
0.5mm，主流道为圆锥形，锥角为
，主流道小端直径与注射机喷嘴配合。
小端直径d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1mm）=4+1=5mm，大端直径为
8mm，主流道高度为50mm，主流道球面半径SR=喷嘴球面半径＋（1~2mm）=18+2=20mm。
其余尺寸如图2-1示。
浇注系统和浇口套如下图主流道与喷嘴的接触处多做成半球形的凹坑。
二者应严密接触以避免高压塑料的溢出，凹坑球半径比喷嘴球头半径大1-2mm；主流道小端直径应比喷嘴孔直径约大0.5-1mm，常取Ф3.5-6mm，视制品大小及补料要求决定。
大端直径应比分流道深度大1.5mm以上，其锥角不宜过大，一般取2°～6°。
为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈还是设计成分体式，主流道长度取43mm。
衬套如图示，大端直径为50mm，小端直径为16mm，材料采用T10A钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC~57HRC。
如下图：
图3-2浇口套放大图
3.4.3冷料穴的设计
冷料穴是浇注系统的结构组成之一。
冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔，既影响熔体充填的速度，又影响成型塑件的质量。
主流道冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处），其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的0.5－1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。
主流道末端的冷料穴除了上述作用外，还便于在该处设置主流道拉料杆，注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后由推出机构将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。
本模具中的冷料穴是在定模板上开设的锥度的冷料穴。
3.4.4浇注系统最终方案的确定
图2-3浇注系统
3.5注射机型号的选定
3.5.1注塑机的初选
本次设计与实际在工厂中的设计有所不同。
工厂中的注塑机是已有固定的，模具设计人员通常都是根据车间内的注塑机来确定最大的之间产量，即是说厂中的注塑机选择是有限的。
而在本次设计中，我们选择注塑即的原则则是按我们想象中的产品产量和实际的塑件形状来选择任何一款注塑机，最后校核能满足使用要求即可。
在查阅《塑料注射模具设计实用手册》后，初选G54-S200/400型注塑机。
其有关参数如下：
额定注射量
200/400cm3
注射压力
109MPa
锁模力
2540KN
最大注射面积
645cm2
模具厚度
165～406cm
最大开合模行程
260mm
喷嘴圆弧半径
18mm
喷嘴直径
4mm
拉杆间距
290
368mm
3.5.2注射机有关参数的校核
3.5.2.1注射量的校核
根据带有浇注系统的塑件的三维模型，如上图，利用三维软件直接可查询到可得出其体积约为30.903cm3，查《塑料注射模具设计实用手册》表2.1国产常用注射成型塑料名称及成型特性可知PVC的密度为1.02g/cm3,计算可得其质量为31.52106g。
由上述注塑机参数
满足注射量V机≥V实即200cm3≥30.903cm3
式中
V机——额定注射量（cm3）
V实——塑件与浇注系统凝料体积和（cm3）
因此注塑机注射量满足要求
3.5.2.2注射压力的校核
Pe≥
=1.3ⅹ70
=91
而Pe
109
，注射压力校核合格。
式中
——取1.3；
——取70
（属薄壁窄浇口类）。
3.5.2.3锁模力校核
锁模力是指当高压熔体充满模具型腔时，会在型腔内产生一个很大的力，力图使模具分型面涨开，其值等于塑件和流道系统在分型面上总的投影面积乘以型腔内塑料压力。
作用在这个面上的力应小于注塑机的额定锁模力。
F
KA
=0.8
2517.7
30=775.325KN,
而F=2540KN,所以锁模力校核合格
3.6侧向抽芯机构
由于塑件类似“工”字型，因此应有侧向抽芯机构，由于抽出距离较短，抽出力较小，所以采用斜导柱，滑块抽芯机构。
斜导柱安装在定模板上，滑块装在推件板上。
斜导柱的倾角
，斜导柱的材料为T10A，由于斜导柱经常与滑块摩擦，因此热处理硬度为55HRC，表面粗糙度值为Ra为0.8um。
斜导柱与定模板间采用过渡配合H7/m6,且滑块与斜导柱之间采用间隙值为1mm。
斜导柱直径经计算，且考虑到弯曲应力取16mm。
具体相关数值及尺寸如下：
抽芯距计算：
抽芯力：
Fc=chp（ucos
3.7成型零件的设计
3.7.1模具成型部分的结构设计
型腔是模具上直接成型塑料制件的部位。
直接构成模具型腔的所有零件的所有零件都称为成型零件，通常包括：
凹模、凸模、成型杆、成型环、各种型腔镶件等。
按结构主型芯可分为整体式和组合式两种。
采用组合式型芯，可简化结构复杂的型芯的加工工艺，减少热处理变形，便宜模具的维修，节省贵重的模具钢。
为了保证组合后的型芯尺寸的精度和装配的牢固，要求镶件的尺寸、形位公差等级较高，组合机构必须牢固，镶块的机械加工工艺性要好。
因此，选择合理的组合式结构是非常重要的。
下图是用UG软件进行对塑件3D拆模后模具成型部分的结构设计。
由于本产品管接头的特殊结构形式，在模具成型部分采用四面滑块结构，因此哈夫块和侧抽滑块是产品成型的主要部件，也是构成型腔部件。
所以在设计计算哈夫块和侧抽滑块的尺寸时，尤其要求严格的配合。
具体各部件的尺寸结构在CAD图档中已详细注明。
在这里需要解释的是，由于本塑件尺寸结构复杂，特别是哈夫块。
所以在哈夫块直接与塑件成型的部分不表明尺寸，直接将哈夫块的3D图档给制造部进行CNC加工。
据我了解，现今制造企业对与复杂曲面的部件加工将以UG的3D图档形式输入CNC加工，由CNC自动生成加工程序。
如果设计人员直接将曲面部分标注，这将使得图面相当复杂，而且也是没有必要的。
本塑件型芯的也是不适合完完全全标注在图纸上，部分曲面也是给CNC加工。
型芯与动模板做成镶件配合形式，以节省贵重材料，降低成本
3.7.2成型零件工作尺寸的计算
3.7.2.1成型零件的工作尺寸
形零件工作尺寸指直接用来构成塑件型面的尺寸，例如型腔和型芯的径向尺寸、深度和高度尺寸、孔间距离尺寸、孔或凸台至某成形表面的距离尺寸、螺纹成形零件的径向尺寸和螺距尺寸等。
塑件成形的总误差δ＝δs+δz+δe+δi应小于塑件的公差值，即δ≤△
式中δs——塑件的收缩率波动；
δz——模具成形零件的制造误差；
δe——模具成形零件的磨损；
δi——模具安装配合的误差；
3.7.2.2考虑塑件尺寸和精度的原则
在一般情况下，塑料收缩率波动、成形零件的制造公差和成形零件的磨损是影响塑件尺寸和精度的主要原因。
对于大型塑件，其塑料收缩率对塑件的尺寸公差影响最大，应稳定成形工艺条件，并选择波动较小的塑料来减小塑件的成形误差；对于中、小型塑件，成形零件的制造公差及磨损对塑件的尺寸公差影响最大，应提高模具精度等级和减小磨损来减小塑件的成形误差。
3.7.2.3成型零件工作尺寸的计算
（1）型腔径向尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6;模具的制造公差δz=△/3;取x=0.5。
（2）型腔深度尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6;模具的制造公差δz=△/3;取x=0.5。
（3）型芯径向尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6;模具的制造公差δz=△/3;取x=0.5。
（4）型芯高度尺寸
模具最大磨损量取塑件公差的1/6;模具的制造公差δz=△/3;取x=0.5。
3.7.3脱模推出机构设计
由于管接头的特殊结构形式，且不易用顶针推出，所以本产品用推管推出机构。
推管推出实用来推出圆筒形、环形塑件或带有孔的塑件的一种特殊结构形式，其脱模运动方式和推杆相同。
而且推管是一种空心推杆，故整个周边接触塑件，推出塑件的力量均匀，塑件不易变形，也不会留下明显的推出痕迹，很显然推管推出最使用与本产品管接头的推出机构。
下图所示
有关推管的配合形式。
推管的内径与型芯相配合，小直径时选用H8/f7的配合，大直径取H7/f7配合；外径与模板上的孔相配合，直径较小时采用H8/f8配合。
推管与型芯的配合长度一般比推出行程大3~5mm，推管与模板的配合产度一般为推管外径的1.5~2倍，推管固定端外径与模板有单边0.5mm装配间隙，推管的材料、热处理硬度要求及配合部分的表面粗糙度要求与推杆相同。
3.7.4冷却系统的设计
由于冷却水道的位置、结构形式、表面状况、水的流速、模具的材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水传递，精确计算比较困难。
实际生产中，通常都是根据模具的结构来确定冷水水路，通过调节水温、水速来满足要求。
由于模具成型部分由型芯、哈夫块和A板组成，制品平均壁厚为1.5mm左右，制品尺寸不大，在哈夫块上冷却水路的直径做为6mm，在A板上的冷却水路做直径为8mm。
哈夫块上和A板上的冷却水路布置如下图所示。
图2-7冷却水道示意图
3.7.5模具结构草图的绘制
3.7.6开合模过程
首先分型面Ⅰ－Ⅰ分型，脱料板与A板分开拉断塑件上的点浇口，拉出A板上的分流道凝料。
完成浇注系统凝料与塑件分离后模具继续开模，当定距拉杆作用与A板时，Ⅱ－Ⅱ分型面开始分型,此时脱料板与定模底板分离从而使得凝料脱除。
当Ⅱ－Ⅱ分型面结束后主分型开始此时由于斜导柱和哈夫块之间有一定间隙，动模型芯先与塑件脱离一小段距离，之后斜导柱带动哈夫块、弯销带动滑块同时与塑件分离。
此时完成开模。
模具开模结束，注塑机的液压机构作用与顶针底板，顶针底板作用与套筒进行塑件顶出动作。
当塑件顶出完毕取下塑件和凝料时，注塑机作用与顶针底板的顶出力移除，此时开始合模状态。
在复位杆弹簧的作用与顶针板下模具完成先复位动作防止定模在合模时板套筒撞伤。
同时斜导柱和弯销分别带动哈夫块和滑块移动到开模前的精确位置，模具合模完毕。
3.7.7成型零件的加工工艺
哈夫块的加工工艺
序号
工序名称
工序内容
1
下料
锯床下料155mmX85mmX65mm
2
铣
铣上、下平面至尺寸60.5mm；以底面为基准，铣四侧面至尺寸151mmX80.5mm；
3
磨
平磨A、B面至尺寸60，四侧面至尺寸150.00mmX80.0
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