圆管接头注塑模具设计.docx

1、圆管接头注塑模具设计摘 要塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本模具设计的课题是圆管接头，针对其进行了相关的工艺设计和模具设计。设计中利用CAD软件对模具进行计算分析，提高了模具设计合理性。介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明；最后对导柱和导套进行了参数化设计。本模具在节约模具成本、缩短生产周期、提高模具寿命取得了较大的成就。关键词：注塑模；圆管接头

2、；冷流道；浇注系统；顶出系统；第一章 绪论1.1 课题研究背景介绍圆管接头是用于家用管道连接用塑料件，其需求量巨大，易清洁、耐磨、耐腐蚀老化、强度高、使用寿命长等特点。选用材料为热塑性塑料pp，采用注射成型。注射成型是将塑料经过料筒加热之后，通过注射机将熔融的塑料注射到具有一定形状的型腔之内，而达到成型目的。它具有成型周期短，能一次成型形状复杂、尺寸精度的塑料制品。其生产率高，易实现自动化生产。在设计过程中，我先对塑件的原材料进行分析，了解它的成型工艺性能、主要用途等，然后根据塑件的形状结构，结合pp的性能，初步选取注射机。本模具利用CAD软件对模具进行计算分析，参考模具设计有关资料，最后选出

3、了顶杆等装置，让模具在精度、可行性以及脱模等方面有了较为突出的优势。设计当中，利用CAD软件进行辅助，不仅加快了模具设计的速度，更是让模具设计更为合理，并预先知道其可行性。在多种模具结构中选取最优的一种1。最后利用CAD绘图软件对模具的图纸进行清晰的表达，使模具结构让人一目了然。通过计算与对模具结构的分析，分别设计出模具的成型零部件、浇注系统、推出机构、冷却系统等。本模具通过计算与综合考虑，在节约模具成本、缩短生产周期、提高模具寿命、实现中批量生产等方面取得了较大的成就。由于本人水平有限，模具设计与制造知识不够完善，所以设计中难免出现或多或少错误，在此希望读者在阅读时加以批评指正。第二章 拟定

4、模具结构形式2.1 确定型腔数量及排列方式2.1.1 塑件成型工艺性分析该塑件是圆管接头，如下图所示，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批量很大，材料为PP（收缩率在0.4%0.8%范围内），在本设计中选用的收缩率为0.5。成型工艺很好，可以注射成型2。该产品主要用于圆管接头，要求表面光滑、无明显的浇口痕迹，故采用点式浇口。如图1所示：图1 圆管接头2.1.2 PP材料分析 PP材料是一种由聚丙烯制的的热塑性塑料，具有良好综合力学性能。聚丙烯使PP有良好的耐化学腐蚀及表面硬度。PP属于热塑性塑料，外观为粒状或粉状,呈微黄色,不透明但成型的塑件具有较好的光泽。PP无毒，无味。密度1.081.20g/cm3

5、成型温度范围（180-240）,成型时有较好的流动性。PP材料具有较高的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降(抗寒性)；有良好的的机械强度和一定的耐磨性，耐油性，化学稳定性。PP有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。2.1.3 塑料成型工艺性能分析及脱模斜度塑料成型工艺特性是塑料在成型加工过程中所表现出来的特有性质，下面，对注塑材料工艺特性进行分析： （1）收缩性 塑料从温度较高的模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积会发生收缩变化，这种性质称为收缩性。收缩性的的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示，称为收缩率。一般对于大型模具的收缩率计算，我们采用实际收缩率进行计算：SS=a-b/b100%

6、 （SS:实际收缩率；a:模具或塑件在成型温度时的尺寸；b：塑件在室温时的尺寸；c：模具在室温时的尺寸） 对我所设计的零件属于小型的模具，所以采用SJ=c-b/b%（Sj：为计算收缩率）。PP塑料成型收缩率为：0.003-0.008，由于塑件的结构，模具的结构，成型工艺条件等都会影响塑料的收缩率变化。我们取一个相对平均值：0.005。（2）流动性 塑料在一定的温度、压力作用充填模具开腔的能力，称为塑料的流动性。塑料的流动性差，就不容易充满开腔，易产生缺料或熔接痕等缺陷。但流动性太好，又会在成型时主生严重的飞边。PP材料属于热塑性塑料，分子成线型，具有良好的流动性。其次：料温，压力，模具结构都会

7、影响塑料的流动及充模能力。（3）吸湿性 吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。按吸湿或粘附水分能力的大小分类，PP塑料属于吸湿性塑料，吸水率为:0.05%-0.5%。在注塑成型过程中比较容易发生水降解，成型后塑件上出现气泡，银丝与斑纹等缺陷。因此，在成型前必须进行干燥处理。一般干燥温度取80-90，干燥时间为两小时。（4）热敏感性 塑料的化学性质对热量的敏感程度称为热敏性。热敏性塑料在成型过程中很容易在不太高的温度下发生热分解、热降解，从而影响到塑件的性能，色泽和表面质量等。 综上所述：pp收缩比较大，成型收缩后，对型芯具有比较大的包裹力，为方便塑件顺利脱模，应将脱模斜度设计为较大值：型腔40140

8、型芯30。PP溶融时具有良好的流动性；较低的热敏性；属于吸湿性塑料。于是在成型是需要控制好，成型温度，压力，注射前的干燥处理等.3由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凹模上，或由于黏附作用而紧贴在型腔,为了便于脱模，防止制品表面在脱模时划伤、擦毛等，在制品设计时应考虑其表面在合理的脱模斜度。PP的脱模斜度取0.3，本零件高度比较小，可以不采用脱模斜度。2.1.4 型腔数目及排列方式型腔数量主要是根据塑件的质量、投影面积、几何形状（有无抽芯）、塑件精度。批量大小以及经济效益来确定，以上这些因素有时是互相制约的，在确定设计方案时，须进行协调，以保证满足其主要条件。为了使模具与注射机的生产能力相匹配，

9、提高生产效率和经济性，并提高塑件精度，模具设计时应该确定型腔数目。常用的方法有两大类：一是按技术参数确定型腔数目；二是按经济性确定型腔数目。型腔数量确定之后，便进行型腔的排列。型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计及型芯的设计以及温度调节系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇注口的位置选择有关，所以在具体设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。该塑件精度要求一般，精度等级为13，生产批量比较大，可以采用一模多腔的形式。选择合适的浇口位置十分重要，对此，我充分考虑力各种各式对浇口位置，最后选择了以塑件卡紧位置为浇口位置，这样对模具对脱模，型腔的布置都十

10、分有利，结合考虑模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如图4示：图4 型腔排列方式2.2 模具结构形式的确定由于塑件外观质量要求一般，尺寸精度要求一般，且装配精度要求一般，因此我们设计的模具采用多型腔单分型面。根据本塑件圆管接头的结构，模具将会采用单分模面、单分型面，也可以采用多分型面、单分模面的结构，模具设计中，要力求简单，尽量减少加工过程，达到最高效益。相对来说采用单分模面、单分型面结构为最佳选择。第三章 成型设备的选择和成型工艺的制定3.1 成型参数的确定查中国模具设计大典、塑料成型工艺与模具设计得PP塑料的有关注塑成型参数：密 度 ： 1.081.20g/mm收

11、缩 率 ： 0.0050.008预热温度 ： 8090，预热时间23h料筒温度 ：前段200210,中段210230，后段200220喷嘴温度 ：180190模具温度 ：5070注射压力 ：60100MPa注射时间 ： 注射时间35s，保压时间1030s，冷却时间1530s.成型周期 ：4070S3.2 塑件的体积和重量的计算3.2.1 利用CAD进行体积的计算塑件根据产品图纸，将圆管接头按1:1的尺寸比例在CAD里完成三维构图。利用CAD面域/质量特性指令对圆管接头进行体积的计算4。圆管接头体积V=3752mm3。3.2.2 圆管接头重量的计算 根据分析PP材料 =1.081.20g/cm3

12、 ，取=1.20g/cm3 M=V =1.20375210-3=4.50g （1） 3.3 模具所需塑料熔体注射量根据生产批量为大批量生产，由于注塑件的尺寸比较大，初步选择采用一模四腔，按塑料模具设计指导2.1.2.4有如下模具所需塑料熔休注射量的计算公式： N M1+ M2=K MN （2） 式中，M 单个塑件所需塑料的质量或体积（g或cm3） N 初步选定的型腔数量 M1 单个塑件的质量或体积（g或cm3） M2 浇注系统的质量或体积（g或cm3），可按塑件体积的0.6倍来估算K注射机最大注射量利用系数，一般取0.8.柱塞式注射机的允许最大注射量是以一次注射聚苯乙烯的最大质量（g）为标准的

13、；螺杆注射机以体积（cm3）表示最大注射量。则有：M=（4.6375210-3）/0.8=21.57cm33.4 锁模力的计算 FM=（NA1+A2）P型 （3） 式中，FM 模具所需要的锁模力（N） N 初步选定的型腔数量 A1 单个塑件在分型面上的投影面积（mm2） A2 流道凝料在分型面上的投影面积（mm2） P型 塑料熔体对型腔的平均压力(MPa)其中，A2 按分型面上投影面积A1 的0.20.5倍。取中间值0.35，A1 投影面积为：1556.7mm2根据资料塑料模具设计指导P7常用塑料注射成型时型腔平均压力表2-2中5，PP属于中等黏度塑件及有精度要求的塑件，P型 取30 MPa

14、FM=（NA1+A2）P型 （4） =（21559.9+0.3541559.9）30 =3.41559.930 =159.1 KN 3.5 设备选择根据塑化塑化温度，额定注射量，注射压力，锁模力要求，参考塑料成型工艺设计与模具设计P105表4.2常用国产注塑机的规格和性能6。初步选择采用注射机型号：G54-S200/400G54-S200/400 其有关的参数为：额定注射量 200400cm注射压力 109MPa锁模力 2540KN最大注射面积 645cm2最大开合模行程 260mm最大模具厚度 406mm最小模具厚度 165mm喷嘴圆弧半径 18mm喷嘴孔直径 4mm动定模板尺寸 53263

15、4mm拉杆间距 290mm368mm3.6 型腔数目的确定根据模具的生产批量为大批量生产，一模多腔能提高生产效率，降低每一件产品的模具费用。根据一模四腔塑件的体积V=15.01cm3，塑件体积比较大，按初步选择的注射机G54-S200/400额定的注射量为200400 cm3，可成型一模具多腔。但随着模具型腔数目的增加，塑件的精度降低，模具结构复杂，制造成本提高，注塑质量差。综合考虑，圆管接头的模具设计采用一模四腔结构。第四章 分型面位置确定4.1分型面位置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

16、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7：1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 3) 保证塑件的精度要求。 4) 满足塑件的外观质量要求。 5) 便于模具加工制造。 6) 对成型面积的影响。 7) 对排气效果的影响。 8) 对侧向抽芯的影响。对工件的仔细观察，可以发现，本塑件采用一个分型面最好，工件的其他地方最好采用侧抽芯方式进行型芯和型腔设计，如下图所示： ABC为分型面，此分型面就是水平面，采用此水平面为分型面简单方便

17、，容易设计而且有利于脱模，本设计中塑件的浇口设计采用点式浇口，浇口设计在塑件的顶端位置。分型面就以上确定的AB面以上就为型腔，如下图中显示AB面上的属于型腔，CDEF面下的属于型芯。由于本塑件结构较为简单，而且处于对称结构，可以确定为了保证脱模后塑件留在动模上，也即型芯上。塑件留在动模（此为型芯），通过脱模机构即可以把塑件脱出。图5 塑件分型面在考虑分型面的时候，必须考虑到包括产生飞边，排气，塑件表面质量等的影响，根据以上分析，所设计的分型面能很好的排气，能保证塑件表面质量，但可能会产生飞边，从整体上看选择AB水平面作为分型面最好。第五章 注塑模具的主要结构设计5.1 浇注系统形式和浇口的设计

18、5.1.1 主流道尺寸主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。根据所选注塑机，则主流道小端尺寸为： d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）=4+0.5=4.5mm （5）主流道球面半径：SR=喷嘴球面半径+（12）=18+2=120mm （6）5.1.2 主流道衬套的形式主流道是注射机喷嘴与分流道的塑料熔体的流动通道，其形状尺寸对熔体的流动和充模时间有较大的影响。为了为了使塑料凝料能从主流道中顺利拔出，注塑加工需将主流道设计成圆锥形，具有28的锥角，内壁有Ra0.8m以下的表面粗糙度，小端直径常为48mm，注意小端直径应大于喷嘴直径约1mm，否则主流道中的凝料无法

19、拔出8。主流道一般设计在浇口套中，为更容易的拔出，主流道的衬套结构如右图6所示。 图6 主流道衬套5.1.3 主流道衬套的固定因为采用可以拆卸的主流道衬套，所以用定位圈固定在定模板上，下为定位圈，图7所示：图7 定位圈5.2 分流道设计在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段9。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。分流道的作用是改变熔体流向，使其以

20、平稳的流态均衡地分配到各个型腔。其主要形式有：圆形、梯形、U形、半圆形、矩形、六角形8所示。图8 分流道其中，梯形和半圆形加工较为容易，且热量损失与压力损失均不大，所以在此设计中，选用半圆形流道。根据经验，梯形的主流道热量损失与压力损失，所以分流道设置为梯形。5.2.1 分流道的布置形式分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑件熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道，本塑件比较特殊，因此采用平衡式10。5.2.2 分流道长度图9 分流道布局如图9所示：分流道L1=20mm5.3 浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。除直接浇口外，它是浇注系统

21、中截面积最小的部分，但却是浇注系统的关键部分。浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响很大。5.3.1 浇口的选用浇口可分限制性浇口和非限制性浇口两种。浇口的作用可以概述为，非限制性浇口起着引料、进料的作用；限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分馏道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速而均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑料表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。因圆管接头的要求表面光滑，对精度要求不高，故采取点浇口。熔融塑

22、料流通过浇口时流速增高,加上摩擦力的作用，塑料流的温度升高。这样，能获得外形清晰，表面光泽的塑件。开模后点浇口可自动拉断，有利于自动化操作。去除浇口以后，塑件上留下的痕迹不明显，不影响塑件表面的美观。确定浇口的位置很灵活11。5.3.2浇口位置的选择模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模之后有时还需修改浇口尺寸。无论采用什么形式的浇口，其开设的位置对塑件的成型性能及成型质量影响均很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高塑件质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之，如果要使塑件具有良好的性能与外表，要使塑件的成型在技术上可行、经济上合理，一定要认真考虑浇口位置的选择12。

23、通常需要考虑以下几点： 1) 尽量缩短流动距离。2) 浇口应开设在塑件壁厚最大处。3) 必须尽量减少熔接痕。4) 应有利于型腔中气体排出。5) 考虑分子定向影响。6) 避免产生喷射和蠕动。7) 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。8) 注意对外观质量的影响根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，每个型腔设计一个进浇点。对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平

24、衡13。图11 点浇口考虑浇口的灵活性，加工方便，及零件的表面质量要求，所以选用点浇口进料，减少了浇注系统塑料的损耗量，同时去除浇口容易，且不留明显痕迹。如上图11所示。5.4 开模行程的校核与推出矩离 合理的开模行程，能保证制件的顺利脱落，同时可以缩短成形周期，提高生产效率。塑料成型工艺与模具设计P103 开行程校核的公式如下14：SH1+H2+（510）mm （7）式中S注射机最大开模行程，mmH1 推出距离（脱模矩离），mmH2 包括浇注系统在内的塑件高度，mm根据注射机型号有S=500 mm、H1 推出距离，一般取塑件高度加上一个安全距离（310）mm则H1 =58+10=68mm H

25、2 =68+165+10=243于是有：SH1+H2 +10 （8）综合考虑，螺杆式注射机XS-ZY-500，满足模具最大行程要求。且塑件的推出行程为68mm。5.5 推出方式的确定 由分型面的设计来看，塑件能在顶出零件的作用下，通过一次顶出动作，就能将塑件全部脱出。其推出机构如下图12所示：图12 一次推出机构5.6 冷却系统的设计5.6.1冷却通道设计的基本原则（1）冷却通道离凹模既不能太远有不能太近，以免影响冷却效果和模具的强度。通常其边距为10-20mm。（2）冷却通道的不应通过镶块和镶块接缝处，以防止漏水。（3）冷却通道内不应有存水和产生回流的部位，应畅通无阻。冷却通道直径一般为8m

26、m左右。进水管直径的选择，应使进水处的流速不超过冷却通道中的水流速度，要避免过大的压力降。（4）水管的接头部位，要设置在不影响操作的方向，通常朝向注射机的背面。（5）水管与水嘴的连接处必须密封，防止漏水。（6）进出口冷却水温差不宜过大，避免造成模具表面冷却不均匀。另外，一般生产PP材料塑性的注射模具不需要外加热，由于塑件不是很大，所以无需设计加热系统。5.6.2冷却装置的结构塑料制件的形状是多种多样的，对于不同形状的塑件，冷却水道的位置与形状是不一样的。封头塑件属于中等深度的塑件，当考虑到塑件较小，壁厚不大，分型面为一平面，采用只在定模板一侧等距离钻孔的形式15。5.7 模架的确定以上内容确定

27、之后，便根据所定内容设计模架。根据塑料模具设计手册可以确定出标准模架的形式，规格及标准代号。标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件，顺序分型机构及精密定位用标准组件等。图14 本模具单分型面注射模结构图（1）根据模具的主要结构，选择派生型的三板模架P4型如上图14所示。（2）模具安装尺寸校核模具整体尺寸长宽高：长550、宽500、高500mm，注射机的模具尺寸要求为：长634mm、宽532mm高496mm模具的整体尺寸不符合注射机对模具的尺寸要求。故，从模具的综合因素考虑，最终注塑机

28、确定为：XS-ZY-500。长550mm、宽450mm高496mm模具的整体尺寸符合注射机对模具的尺寸要求，模具的闭合高度小与注塑机的最大模具厚度要求450mm17。模具的整体尺寸符合注射机对模具的尺寸要求，可方便的安装到注射机上。XS-ZY-500，其有关的参数为：额定注射量 500cm注射压力 145MPa锁模力 3500KN最大成型面积 1000cm2最大开合模行程 500mm最大模具厚度 450mm最小模具厚度 300mm喷嘴圆弧半径 18mm喷嘴孔直径 4mm动定模板尺寸 700mm850mm拉杆间距 540mm440mm5.8 凹模的结构设计型腔是直接和高温高压的塑件相接触，它的质

29、量直接关系到制件质量，要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性，以承受塑件的挤压力和料流的摩擦力，有足够的精度和适当的表面粗糙度（一般Ra0.4m以下），保证塑件制品表面的光洁美观和容易脱模18。该设计采用整体式凹模，具体的形式见图15：图15 整体式凹模5.9 凸模的结构设计图16 整体式凸模凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种类型。本零件表面比较简单，因为此零件结构较简单，所以可以采用整体式凸模。该凸模图如图16：5.10 成型零件工作尺寸的计算所谓工作尺寸是指成形零件上直接用以成形塑件部位的尺寸，主要有凹模和型芯的径向尺寸（包括矩形和异形的长度和宽度尺寸）

30、、凹模的深度和型芯的高度尺寸，中心距尺寸等。工作尺寸计算受塑件尺寸精度的制约19。影响塑件精度的因素甚多，且十分复杂，因此塑件尺寸难以达到高精度。为计算简便起见，规定凡是孔类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，即公差为正；凡是轴类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。 5.10.1平均收缩率计算型腔尺寸PP的收缩率一般为0.5%。计算径向尺寸。由塑料模具技术手册得出PP的一般精度等级为4级。同时得出塑料制件的尺寸公差。又由于塑件的宽度尺寸为68.2mm，所以查表得=0.64（1）按照平均收缩率计算凹模径向尺寸公式 （9）式中LM凹模的径向尺寸，mmScp塑料的平均收缩率，%Ls塑件径向公称尺寸，mm塑件公差值，mmz凹模制造公差，mm已知Ls=70mmScp=0.005 =0.64mm所以z=/5=0.128mmLM=70(1+0.005)-3/40.64+0.128 =70.061+0.128塑件的长度尺寸是109.6mm时，查表得=0.82，z凹模制造公差，mm取/5（下面的计算都按此计算）。依据上面的公式得出： =109.6(1+0.005)-3/40.82+0.164=109.533+0.164 （2） 凹模深度尺寸由塑料模具技术手册得出PP的一般精度等级为4级20。同时得出塑料制件的尺寸公差。又由于塑件的深度尺寸Hs=0.58mm，所