三通接头注射成型工艺与模具设计改.docx

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三通接头注射成型工艺与模具设计改

一．塑件成型工艺分--------------------------------------------2

二．模具结构形式的确定----------------------------------------3

三．注塑机型号选择--------------------------------------------3

四．浇注系统设计----------------------------------------------4

五．成型零件的结构设计和计算----------------------------------5

六．模具结构设计----------------------------------------------7

七．排气系统设计---------------------------------------------16

八．温度控制系统设计-----------------------------------------16

九．模具工作过程---------------------------------------------18

三通接头注射成型工艺与模具设计

一．塑件成型工艺分析

1塑件结构分析

塑件名称：

三通接头；

塑件材料：

UPVC；

生产批量：

大批量；

塑件精度：

未注公差按MT7级。

塑件结构如图1。

图1三通接头

所有塑件尺寸精度无特殊要求，均按MT7级公差查取。

2塑件原材料分析

该零件材料选用为UPVC,其基本工艺参数如下。

密度/g·cm-31.15-2.00

收缩率/%0.2-0.4

熔点/℃140

变形温度/℃60-70

模具温度/℃30-60

喷嘴温度/℃170-190

中段温度/℃165-180

后段温度/℃160-170

注射压力/Mpa80-130

注射时间/s15-60

高压时间/s0-5

冷却时间/s15-60

总周期/s40-130

该塑件材料耐酸碱力极强，化学稳定性好，因此在选用模具材料时可选用普通材料，无耐腐蚀性要求；具有一定吸湿性吸湿性，为防止发生气泡，因此成型前预先干燥；该材料流动性差，为了提高流动性，模具浇注系统流道直径不宜过大，长度不宜过长，模具温度、熔体温度不宜过低；该材料容易分解，在200℃左右易于与钢、铜接触发生分解，分解时溢出腐蚀、刺激性气体，因此料筒温度应严格控制，模具表面应镀铬，采用螺杆式注射机。

二．模具结构形式的确定

从塑件结构分析得出，塑件存在三个相互垂直且在同一平面上的型芯，因此为了简化模具结构，分型面宜选取在型芯轴线所在平面上，可采用一模两腔的结构形式，从四个方向进行抽芯。

浇注系统采用热流道。

注射机为卧式螺杆式注射机。

三．注塑机型号选择

1估算塑件体积

V=πRh=π*（1.82-12）*1*3+π*（1.42-12）*2.5*2=36.2cm3

该模具暂定采用一模两腔的模具形式，所以：

2V≤0.8V额

V额=90.5cm3

2所需锁模力的计算

F=PnA

其中A为塑件在分型面上的投影面积=3*36*10+28*11+50*28=2788mm2；

P大小为注射压力的80%=120*0.8=96Mpa。

则F=96*2*2788=535296N=535.3KN

根据算出的塑件体积和所需锁模力，选用螺杆式注射机XS-ZY-125如下。

额定注射量/cm125

螺杆直径/mm42

注射压力/MPa120

注射行程/mm115

锁模力/KN900

最大成型面积/cm2320

最大开合模行程/mm300

模具最大厚度/mm300

模具最小厚度/mm200

喷嘴圆弧半径/mm12

喷嘴孔半径/mm4

顶出形式两侧设有机械顶出

动定模固定板尺寸/mm428*458

合模方式液压-机械

液压泵流量/（L·min-1）100,12

液压泵压力/Mpa6.5

拉杆空间/mm260*290

电动机功率/kW11

加热功率/kW5

螺杆驱动功率/kW4

机器外形尺寸/mm3340*750*1550

四．浇注系统设计

为了减小压力损失，没有浇注系统凝料，实现无废料加工，省去去除浇口的工序，节省人力、物力,该模具采用多腔绝热流道浇注系统。

为了使内部的塑料熔体起到绝热作用，其流道截面形状采用圆形。

UPVC的分流道直径一般取6.5-16mm，根据模具结构尺寸，取分流道直径10mm。

采用点浇口，点浇口直径取1mm。

主流道：

始端球面半径=注射机圆弧半径+（1-2）=12+（1-2）=13mm。

小端直径d=注射机喷嘴半径+（0.5-1）=4+（0.5-1）=4.5mm。

主流道厚度约等于定模座厚度40mm。

材料采用T10A钢，热处理淬火后表面硬度53-57HRC。

浇注系统如图2。

图2浇注系统

五．成型零件的结构设计和计算

成型零件尺寸：

用平均收缩率法计算，取S平=1%，δz=1/3△,δc=1/6△，螺纹中径34.051，小径32.752。

查表[1]，塑件公差如下：

70

50

36

28

20

25

35

700-2.1

50+1.320

360-1.34

280-1.2

20+0.880

25+1.20

350-1.34

成型零件的工作尺寸计算公式如下：

型腔径向尺寸：

Lm0+δz=（1+S平）Ls-（△+δc+δz）/2=（1+S平）Ls-3/4△0+δz

型腔高度尺寸:

Hm0+δz=（1+S平）Hs-1/3△0+δz

中心距尺寸：

Cm±δz=（1+S平）Cs±δz

型芯高度尺寸：

hm0-δz=（1+S平）hs+1/3△0-δz

型芯径向尺寸：

lm0-δz=（1+S平）ls+3/4△0-δz

螺纹型环工作尺寸：

Dm大径0+δz=（1+S平）Ds大径-△中0+δz

Dm中径0+δz=（1+S平）Ds中径-△中0+δz

Dm小径0+δz=（1+S平）Ds小径-△中0+δz

1型腔：

采用整体式型腔，如图3。

图3型腔

R14m0+δz=（1+S平）Hs-2/3△0+δz=（1+1%）*14-1/3*0.880+0.293=13.850+0.293

L700+δz=（1+S平）Ls-3/4△0+δz=（1+1%）70-3/4*2.10+0.7=69.130+0.7

L350+δz=（1+S平）Ls-3/4△0+δz=（1+1%）35-3/4*1.140+0.38=34.500+0.38

L250-δz=（1+S平）Ls+3/4△0-δz=（1+1%）25+3/4*1.20-0.4=26.150-0.4

L500-δz=（1+S平）Ls+3/4△0-δz=（1+1%）50+3/4*1.320-0.44=51.490-0.44

螺纹型环的工作尺寸：

螺纹大径36mm，中径34.051mm，小径32.752mm。

Dm大径0+δz=（1+S平）Ds大径-△中0+δz=（1+1%）36-1.140+0.38=35.220+0.38

Dm中径0+δz=（1+S平）Ds中径-△中0+δz=（1+1%）34.051-1.140+0.38=33.250+0.38

Dm小径0+δz=（1+S平）Ds小径-△中0+δz=（1+1%）32.752-1.140+0.38=31.940+0.38

2侧壁厚度和底板厚度的计算

2.1侧壁厚度S：

如上图，根据经验得：

S=17mm,满足强度要求。

2.2底板厚度h：

按强度度条件计算底板厚度：

h≥（apb2/[σ]）1/2

式中b——型腔侧壁短边长,70mm；

P——型腔压力，25Mpa；

[σ]——钢的许用应力，160Mpa。

代入数据算得，h≥19.51mm,取22mm。

3型芯

采用侧抽芯的形式,用T10A钢制造，热处理硬度为50HRC，如图4。

图4型芯

φ200-δz=（1+S平）ls+3/4△0-δz=（1+1%）20+3/4*0.880-0.293=20.820-0.293

h350-δz=（1+S平）hs+1/3△0-δz=（1+1%）35+1/3*1.140-0.38=35.680-0.38

LR100+δz=（1+S平）Ls-3/4△0+δz=（1+1%）10-3/4*0.580+0.193=9.670+0.193

六．模具结构

根据所选注射机要求的动定模板为428*458mm，模具最大厚度300mm，模具最小厚度200mm，拉杆空间:

260*290mm，设置以下零部件。

1模架

1.1动定模型腔

在模具中其安装和固定合模导向机构以及推出脱模机构等零部件并且成型塑件的作用。

如图5、6。

图5定模型腔

图6动模型腔

定动模定模板长*宽为400*400mm,厚度H1=40mm。

用合金结构钢制造，调质达50HRC。

1.2支撑板

防止固定板固定的零部件脱出固定板，承受部件传递的压力。

长*宽400*400mm,厚度H2为50mm,用45钢制造，经热处理调质至28-32HRC。

如图7。

图7支撑板

1.3垫块

主要是在动模支撑板和动模座板之间形成推出机构所需的动作空间。

采用中碳钢制造，垫块的高度应符合注射机的安装要求和模具的结构要求。

H3=h1+h2+h3+S+（3-6）mm

h1——推板厚度；

h2——推杆固定板厚度；

h3——推板限位钉高度；

S——脱出塑料制件所需顶出行程。

从模架高度数据可算出垫块高度为80mm，宽*长为68*400mm。

1.4动定模座

厚度均为H4=35mm,宽*长为400*450mm,用碳素结构钢或合金结构钢，经调质处理硬度达28-32RHC。

如图8、9。

图8动模座板

图9定模座板

模具闭合高度H=2H1+H2+H3+2H4=40*2+50+80+2*35=280mm

该闭合高度，介于注射机要求的最大闭合高度和最小闭合高度之间，且小于注射机的拉杆空间，因此符合要求。

2合模导向机构

模具采用四根导柱进行导向，导柱固定部分与模板之间采用H7/m6的过渡配合。

导柱规格为35*220*35GB/T4169.4-2006。

导套固定部分采用H7/n6的过盈配合，其规格为35*50GB/T4169.2-2006。

3脱模推出机构

该模具采用推杆推出机构。

3.1推板

厚度为25mm，宽*长为260*400mm。

如图10。

图10推板

3.2推杆固定板

厚度为25mm，260*400mm。

如图11。

图11推杆固定板

3.3推杆

共设置四根，均匀布置，与推杆固定板的配合为单边0.5mm,与支承板也采用单边0.5mm的配合，工作部分与模板采用H8/f7的间隙配合。

直径为φ5，长度为160.3mm。

材料选用T10A钢，热处理硬度为50—54HRC。

如图12

图12推杆

3.4复位杆

同样设置四根，与推杆固定板的配合为单边0.5mm,与支承板也采用单边0.5mm的配合，工作部分与模板采用H8/f7的间隙配合；采用弹簧装置进行先复位，安装在复位杆上。

直径为φ10mm，长140mm，如图13。

图13复位杆

3.5限位钉

设置四颗，材料选用45钢，热处理硬度为40-45HRC。

规格为8GB/T4169.9-2006。

因此，脱模推出机构如图14。

图14推出机构

4侧向分型与抽芯机构设计

液压侧向分型与抽芯机构，以压力油作为分型与抽芯动力，在模具上配置专门的的抽芯液压缸，通过活塞的往复运动来完成侧向抽芯与复位。

这种抽芯方式传动平稳，抽芯距较长，抽芯实时间顺序可以自由设置。

考虑到现代注射机随机均带有抽心的液压管路和控制系统和塑件抽芯距和抽芯力均较大，采用液压侧向分型与抽芯机构。

注射后，先侧向液压抽芯，再推出塑件；合模时，先侧型芯液压复位，再合模。

该抽芯机构由侧型芯、侧滑块、楔紧块、拉杆、连接器、支架、液压缸等几部分组成。

下面依次确定其结构尺寸：

4.1抽芯力计算

F=Ap（μcosα-sinα）

A——塑件包络型芯的面积：

A=hπR=35*3.14*20=2198mm2；

P——塑件的包紧力，取107pa；

α——脱模斜度，为0°；

μ——塑件对钢的摩擦系数，取0.2。

代入计算得：

F=439.6KN

4.2抽芯距

抽芯距要保证侧型芯从型腔中顺利抽出。

S=h+2-3mm=38mm

4.3侧型芯

上面已经设计出了侧型芯的结构尺寸。

4.4侧滑块

与侧滑块组合成侧滑块型芯，采用45钢制造，硬度大于40HRC,镶拼组合粗糙度为0.8μm,镶入配合精度为H7/m6；用销φ10*40连接侧滑块和侧型芯；结构形式如图15。

图15侧型芯

4.5楔紧块：

根据模具结构和滑块尺寸，设计楔紧块如图16：

图16楔紧块

因此侧向分型抽芯机构如图17。

图17抽芯机构

七排气系统设计

为了使模具顺利充满型腔，必须将浇注系统和型腔内的空气以及塑料成型过程中产生的低分子挥发气体顺利的排除模外，设置排气系统非常必要。

因为该模具属于简单小型模具，所以利用推杆、活动型芯与模板间的配合间隙进行排气，配合间隙取0.03-0.04mm。

八温度控制系统设计

1冷却系统

水的热容量大，传热系数大，成本低廉，所以该模具采用水冷的方式冷却。

冷却回路的设置应做到回路系统内流动的水能充分吸收成型塑件所传导的热量，使模具成型表面温度稳定的保持在所需温度范围内，根据模具的具体特点灵活的设置冷却回路。

根据经验冷却水孔直径取10mm。

1.1冷却水回路所需面积计算

冷却回路所需总面积按下式计算：

A=Mq/H*（θm-θw）

式中A——冷却回路总表面积，m2；

H——传热模系数，为7.3*103；

M——单位时间内注入模具中塑料的质量，kg/h；

q——单位质量塑料在模具内释放的热量，取2.105J/kg；

θm——模具成型表面的温度，取40℃；

θw——冷却水的平均温度，22℃。

根据UPVC的工艺参数，预设成型周期T=120s，则:

M=30*2*ρ*v=30*2*90.5*1.5=8.1kg/h

查表[1],q=2.5*105J/kg

A=8.1*2.5*105/7.3*105*（40-22）=0.154m2

1.2冷却回路总长度

冷却回路总长度用下式计算：

L=A/πd=0.154/（3.14*10*10-3）=4.9m

1.3冷却水体积流量的计算

qv=Mq/（60cρ（θ1-θ2））

式中c——冷却水的比热容，取4.18J/（kg·K）；

ρ——冷却水密度，1000kg/m3；

θ1——冷却水出口温度，取25℃；

θw——冷却水的入口温度，20℃。

代入数据得，qv=8.1*2.105/（60*4.18*1000*（25-20））=0.65m3/min。

1.4冷却水回路的布置

冷却水道与型腔表面的距离尽量相等，在型腔壁厚的地方，冷却水尽量到型腔表面的距离近一些，间距也可适当小一些；水道孔边至型腔表面的距离10-15mm；冷却应沿着塑料收缩的方向设置；冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的地方。

冷却回路如图18。

图18冷却水道

2加热系统

由原材料的工艺参数可知，模具温度为30℃-60℃，所以无需加热系统。

九．模具工作工程过程

图19三通接头总装图

1-限位钉2-推板导柱3-推板导套4-螺钉5-螺钉6-推杆7-支架8-抽芯液压机9-连接器10-拉杆11-侧滑块12-楔紧块13-销14-侧型芯115-侧型芯16-浇口套17-螺钉18-定位圈19-复位杆20-导柱21-导套22-定模座板23-定模型腔板24-动模型腔板25-螺钉26-支撑板

27-垫块28-动模座板

如图19所示。

该模具采用液压抽芯机构；模架由动模座板、定模座板、动模型腔、定模型腔、支撑板、垫块、推杆固定板、推板组成。

工作原理：

合模时，由楔紧块锁紧侧型芯滑块；开模时，动模部分向下移动，塑件随动模一起下移，在液压抽芯机构的作用下，侧滑块带动侧型芯在动模型腔板上的导滑槽内向四周做侧向抽芯，侧向分型与抽芯结束。

然后推杆推出塑件，再次合模时，利用复位机构复位再合模。

【1】.屈华.塑料成型工艺与模具设计.高等教育出版社.北京.2007.8

【2】.史铁梁.《模具设计》.北京.机械工业出版社.2006

【3】.伍先明.塑《料模具设计指导》.北京国防工业出版社.2006

【4】.塑料模具设计手册编委会.《塑料模具技术手册》.北京机械工业出版社.2001

【5】.阎亚林.《塑料模具图册》.北京高等教育出版社.2004