饮水机分流阀塑料模具毕业设计.docx

1、饮水机分流阀塑料模具毕业设计饮水机分流阀塑料模具设计摘 要根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求，选择塑件制件尺寸。本模具采用一出四件，侧入式浇口进料，注射机采用海天120W1B型号，设置冷却系统，用CAD绘制二维总装图和零件图，选择模具合理的加工方法。附上说明书，系统地运用简要的文字，简明的示意图和和计算等分析塑件，从而作出合理的模具设计。关键词：机械设计；模具设计；CAD绘制二维图；侧向抽芯机构Drinking fountains shunt valve plastic mold designAbstractTo understand the use of

2、 plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products, analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process, dimensional accuracy, select the workpiece size of the plastic parts. The mold using a two side gate feed injection machine adopts Haitian the 120W1

3、B models, and set a cooling system, CAD drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a concise diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design.Keywords: mechanical design;

4、mold design; CAD drawing two-dimensional map; injection machine selection毕业设计（论文）知识产权声明.42毕业设计（论文）知识产权声明.431 绪论模具制造是国家经济建设中的一项重要产业，振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士的共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用

5、模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。1.1 塑料简介塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能1。塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展

6、成为各个部门不可缺少的一种化学材料，在国民经济中，塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。1.2 注塑成型及注塑模将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射，挤出，压缩，压注，压延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的30%左右。但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机是注射

7、成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。注射机为热塑性或热固性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，由注射装置、锁模装置、脱模装置，模板机架系统等组成。注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注

8、射成型生产的工艺装备。注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成。注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。注射成型工艺的核心问题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的

9、质量。注射机和模具结构确定以后，注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。注射成型有三大工艺条件，即：温度、压力、时间。在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件决非易事，因为影响成型条件的因素太多，有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用计算机辅助工程（CAE）技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模

10、，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。目前国际市场上主要流行的，运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利亚的MOLDFLOW、美国的CFLOW、华中科技大学的H-FLOW等。其中MOLDFLOW软件包括三个部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （产品优化顾问，简称MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模拟分析，简称MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型过程控制专家，简称MPX）。采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制

11、品设计到生产的完整解决方案，在模具制造加工之前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。2 塑料材料分析2.1 塑料材料的基本特性 ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合理学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二

12、烯使ABS坚韧，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。ABS价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。是一种良好的热塑性塑料。 ABS无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，、不透明，密度为1.02-1.05。既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎没有影响， ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀，在酮，醛，酯，氯代烃中会溶解或形成乳浊液。ABS表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂， ABS有一定的硬度，他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺

13、寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70左右，热变形温度约为93耐气候性差，在紫外线作用下ABS易变硬发脆。ABS的性能指标： 密度 1.021.05（），收缩率 ，熔点，弯曲强度80Mpa，拉伸强度3549Mpa，拉伸弹性模量1.8Gpa，弯曲弹性模量1.4Gpa，压缩强度1839Mpa，缺口冲击强度1120，硬度6286HRR，体积电阻系数，收缩率范围内。ABS的热变形温度为93118，制品经退火处理后还可提高10左右。ABS在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。2.2 塑件材料成型性能ABS易吸水，使成型塑件表面

14、出现斑痕、云纹等缺陷。因此，成型加工前应进行干燥处理；ABS在升温时黏度增高，黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用侧浇口形式，成型压力较高，塑件上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应该注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响及小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在5060，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在6080。ABS比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。2.3 塑件材料主要用途 ABS在机械工业上用来制造壳体、泵业轮、轴承、把手、管道、产品、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等，汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空

15、气调节导管等，还可用ABS夹层板制小轿车车身。ABS还可用来制造水表壳，纺织器材，电器零件、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。3 塑件的工艺分析在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。分流阀如图3.1所示，呈90弯管结构，两端接头为外螺纹，成型时采用型芯，型腔直接成型，中通结构采用抽芯机构，滑块侧抽芯成型，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构中等复杂程度，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度要求不高。图3.1 分流阀3D视图3.1 塑件的结构设计(1) 脱

16、模斜度由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取0.51.5，根据文献1，塑件材料ABS的型腔脱模斜度为0.35130/，型芯脱模斜度为30/1(2) 塑件的壁厚塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它

17、与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在14，最常用的数值为23。该产品壁厚均匀，周边和底部壁厚均为2左右。(3) 塑件的圆角为防止塑件转角处的应力集中，改善其成

18、型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于0.51的圆角。一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍，内圆角半径应是壁厚的0.5倍。(4) 孔塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔，原则上讲，这些孔均能用一定的型芯成型。但当孔太复杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大，生产成本提高，困此在塑件上设计孔时，应尽量采用简单孔型。由于型芯对熔体有分流作用，所以在孔成型时周围易产生熔接痕，导致孔的强度降低，故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径，孔的周边应增加壁厚，以保证塑件的强度和刚度。3.

19、2 塑件尺寸及精度塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为ABS，流动性较好，适用于不同尺寸的制品。塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。根据我国目前的成型水平，塑件尺寸

20、公差可以参照文献2表3-2塑件的尺寸与公关（SJ1372-1978）的塑料制件公差数值标准来确定。根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT3级精度，未注采用MT5级精度。3.3 塑件表面粗糙度塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般为Ra 0.021.25之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即Ra 0.010.63。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高，为Ra0.8，内部为Ra1.2。3.4 塑件的

21、体积和质量本次设计中，塑件的质量和体积采用3D测量，如图3.2,在软件中，使用塑模部件验证功能，可以测量塑件的体积，再乘以材料密度，即可可出产品质量（ABS的密度为1.05），该塑件制品的单个质量为8.9克。图3.2 分流阀3D测量4 注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定4.1 注射成型工艺过程分析5根据塑件的结构、材料及质量，确定其成型工艺过程为：第一步：为使注射过程顺利和保证产品质量，应对所用的设备和塑料作好以下准备工作。(1) 成型前对原材料的预处理ABS材料具有吸湿性，加工前的干燥很重要。干燥条件为100到200，23小时。加工前的湿度必须小于0.02%。(2) 料筒的清洗在初用某种

22、塑料或某一注射机之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注射机（主要是料筒）进行清洗或拆换。柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难，因为柱塞式料筒内的存料量较大而不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。对螺杆式通常是直接换料清洗，也可采用对空注射法清洗。 (3) 脱模剂的选用脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。一般注射制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件与正确的模具设计。在和产上为了顺利脱模，常用的脱模剂有：硬脂酸锌，液体石蜡（白油），硅油，对ABS材料，可选用硬脂酸锌，因为此脱模剂除聚酰胺塑料外，一般塑料都可

23、使用。第二步: 注射成型过程完整的注射过程表面上共包括加料、塑化、注射入模、稳压冷却和脱模几个步骤，但实际上是塑化成型与冷却两个过程。第三步：制件的后处理注射制件经脱模或机械加工后，常需要进行适当的后处理，目的是为了消除存在的内应力，以改善和提高制件的性能及尺寸稳定性。制件的后处理主要有退火和调湿处理。该塑料制件材料为ABS，就采用退火处理13小时。4.2 浇口种类的确定注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。其中浇口

24、的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。由于本设计中分流阀塑件外表面质量要求较高，所以选用侧入式浇口。侧入式浇口在端面处，成形后切除浇口, 零件组装时浇口被遮挡起来。侧入式浇口主流道需要设置钩针，分流道与产品相连，顶出产品包含流道连接在一起。4.3 型腔数目的确定因为本设计中采用侧入式浇口，且塑件的尺寸不大，为提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一出四腔，进行加工生产。4.4 注射机的选择和校核由于采用一出四腔，需要至少注射量为8.9x4=35.6g，流道水口废料5g（测量和计算方法与产品相同），总注塑量达到40.6g，再根据工艺参数（主要是注射压

25、力），综合考虑各种因素，选定注射机为海天120W1B。注射方式为螺杆式，其有关性能参数为：表 海天120W1B注塑机参数型号参数单位120W1B螺杆直径mm40理论注射容量cm3214注射重量PSg195注射压力Mpa171注射行程mm170螺杆转速r/min0190料筒加热功率KW9.75锁模力KN1200拉杆内间距(水平垂直)mm410410允许最大模具厚度mm450允许最小模具厚度mm150移模行程mm360移模开距(最大)mm810液压顶出行程mm120液压顶出力KN33液压顶出杆数量ABS5油泵电动机功率KW13油箱容积l280机器尺寸(长宽高)m4.831.261.96机器重量t4

26、.6最小模具尺寸(长宽)mm2902904.4.1注射量的校核模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。校核公式为： (4.1)式中： -型腔数量 -单个塑件的重量(g) -浇注系统所需塑料的重量(g)本设计中：n=4 8.9 g =5 g M=4x8.9+5=40.6g注塑机额定注塑量为214g所以注射量符合要求。4.4.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核注射成型时塑件的模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。如果这一数值超过了注射机所允许的最大成型面积，则成型过程中会出现涨模溢料现象，必须满足以下关系。 (4.2)式中：n -型腔

27、数目 -单个塑件在模具分型面上的投影面积 -浇注系统在模具分型面上的投影面积 n=4 =1120 =555 =4x1120+555=5035注射成型时为了可靠的锁模，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力。即： （）P F (4.3)式中： P塑料熔体对型腔的成型压力（MPa）F注射机额定锁模力（N）其它意义同上根据教科书表5-1，型腔内通常为20-40MPa，一般制品为24-34MPa，精密制品为39-44MP（）P=5035x30x1.1x0.001=166KN1200KN锁模力符合要求图4.1 产品投影面积3D测量4.4.3 模具与

28、注射机安装模具部分相关尺寸校核(1) 模具厚度（闭合高度）模具闭合高度必须满足以下公式 (4.4)式中： -注射机允许的最大模厚 -注射机允许的最小模厚本设计中模具厚度为281mm，150H450，符合要求(2) 开模行程（S）的校核模具开模后为了便于取出制件，要求有足够的开模距离，所谓开模行程是指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注塑机的开模行程是有限的，设计模具必须校核所选注射机的开模行程，以便与模具的开模距离相适应。对于卧式注射机，其开模行程与模具厚度有关，对于单分型面注射模应有：SmaxS= H1 + H2 + H3 + C (4.5)式中：H1-模具厚度 H2-顶出行程H3 -包括

29、浇注系统凝料在内的塑件高度H4为塑件外抽心的脱模距离，此模具中为140mm；C 安全距离本设计中=810 = 281 mm =15mm H3 =120mm H4 =140mm C取30mm总的开模距离需要S=586mm以上. 经计算，符合要求。(3) 顶出装置的校核在设计模具推出机构时，需校核注射机顶出的顶出形式，要注意在两侧顶出时模具推板的面积应能覆盖注射机的双顶杆，注射机的最大顶出距离要保证能将塑件从模具中脱出。海天120W1B型注射机为两侧推出机构。经检查能满足将模具脱出的要求。5 注射模具结构设计5.1 分型面的设计将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够

30、取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。选择分型面时，应从以下几个方面考虑：a. 分型面应选在塑件外形最大轮廓处；b. 使塑件在开模后留在动模上；c. 分型面的痕迹不影响塑件的外观；d. 浇注系统，特别是浇口能合理的安排；e. 使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；f. 使塑件易于脱模。综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，采用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处如图5.1，开模后塑件留在动模一侧。图5.1 分型面的选择5.2 型腔的布局型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的排布应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力,以保证塑料熔体均匀地充满每个型腔,使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能短，同时采用平衡流道。型腔布局由图5.2所示：图5.2 型腔布局设计5.3 浇注系统的设计浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通侧入式浇口浇注系统。正确设计浇注系统对获得优