三通管注塑模具设计.doc

xx纺织大学

毕业设计（论文）课题名称：三通管注塑模具设计

姓名：

院系：机械工程与自动化

专业：机械设计制造及其自动化

班级：机械类班

指导教师:

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摘要

模具工业是国民经济的基础工业，而塑料模具又是整个模具行业的霸主。本次设计的是聚氯乙烯塑件（三通管），三通管作为一种连接件在日常生活中得到广泛应用。本文主要介绍了三通管注塑模具的设计过程。通过对塑件的工艺分析，确定其主要成型工艺参数，设计了三通管注塑模具中的各个系统，如浇注系统、导向与定位机构、侧向分型和抽芯机构、脱模机构、分型面、冷却系统及排气系统等，并对所选用的注塑机参数进行了校核，最后绘制出模具的装配总图，完成本文的编写。该注塑模具为双分型面结构，一模一腔，利用推杆将塑件脱出，结构合理，运行可靠。整个设计过程不仅使用了传统的设计方法，还运用了CAD、PRO/E等技术，大大提高了设计的效率，符合实际应用，能够生产结构合理、精度高、表面质量好的塑料模具；并能加强对注塑模具成型原理的理解，同时锻炼了注塑模具设计和制造能力。

关键词：三通管；注射模；型腔；型芯； CAD

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ABSTRACT

The mold industry is the national economical foundation and the plastic mold is also the overlord in the entire mold industry. The design is plastic parts of HPVC. Three-way Pipe Injection Mold Design Abstract. The three-way pipe as a connection in daily life is used widely. This paper introduces the process of the three-way pipe injection mold design. Through to the analysis of the technology of plastic parts, determine its main molding process parameters, the design of injection mould three-way pipe each of the system, such as gating system, orientation and the position of the institutions, side parting and core-pulling mechanism, ejection mechanism, the parting surface, cooling systems and exhaust slot. And checked the selected injection molding machine parameters, finally draw mold assembly drawing, completes the preparation. This injection mold is two joint surfaces structure, dying structure adopted one module one cavity ,using the push rod plastic parts prolapse. It is a reasonable structure, reliable operation. The whole design process not only using traditional design method, still use of the CAD, PRO / E improving the design efficiency. The design is reasonable and it can produce right construction, high precision, well surface quality plastic mold. And the design of injection mould can strengthen

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the understanding of forming principle, while exercising the injection molding design and manufacturing ability.

Key word: The three-way pipe; Injection mold; Cavity; Core; CAD

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目录

第1章绪论 (1)

1.1 模具在国民经济中的地位 (1)

1.2 我国模具技术和模具工业的现状及发展趋势 (1)

1.3 国外模具工业的发展情况 (4)

第2章塑件工艺性分析 (5)

2.1 明确塑件设计要求 (5)

2.2 计算塑件的体积与重量 (5)

2.3 塑料的特性 (6)

2.4 塑件的外观及基本尺寸 (7)

第3章注射机的选择 (9)

3.1 型腔数量的确定 (9)

3.2 型腔的排列 (9)

3.3 分型面的选择 (10)

3.4 注射机的选用 (11)

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3.4.1 根据最大注射量选用注射机 (11)

3.4.2 模架的选择 (12)

3.5注射机的校核 (13)

3.5.1 注射量的校核 (13)

3.5.2 锁模力的校核 (14)

3.5.3 注射压力的校核 (14)

第4章浇注系统设计 (15)

4.1 浇注系统设计原则 (15)

4.2 主流道的设计 (16)

4.2.1 冷料穴设计 (18)

4.3 分流道设计 (19)

4.4浇口的设计 (21)

第5章成型零件设计与计算 (23)

5.1型腔结构设计 (24)

5.2 型芯结构设计 (25)

5.3上下模板型腔尺寸的计算 (26)

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5.3.1型腔径向尺寸的计算 (26)

5.3.2 型腔深度尺寸的计算 (27)

5.4 型芯尺寸的计算 (29)

5.4.1 型芯径向尺寸的计算 (29)

5.4.2 型芯长度尺寸的计算 (29)

5.5 冷却与加热系统 (29)

第6章导向机构的设计 (31)

6.1 导向机构的功用 (31)

6.2 导向机构的设计 (31)

6.3 设计导套和导柱须注意的事项 (32)

第7章脱模机构设计 (34)

7.1 确定推出机构 (34)

7.1.1脱模力的计算 (34)

7.2 抽芯距和抽芯力的计算 (35)

7.2.1抽芯距的确定 (35)

7.2.2抽芯力的计算 (35)

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7.3 斜导柱的设计 (36)

7.3.1斜导柱的倾角 (36)

7.3.2斜导柱的长度计算 (37)

7.3.3斜滑块的确定 (38)

7.3.4楔紧块的设计 (40)

结论 (43)

参考文献 (45)

附录 (46)

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第1章绪论

1.1 模具在国民经济中的地位

模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60～80%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用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。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

1.2 我国模具技术和模具工业的现状及发展趋势

20世纪80年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具发展十分迅速，模具工业一直以15% 左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业，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”已经取得了共识。目前，中国有17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占11%。近年来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外，还有集体企业、合资企业、

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独资企业和私营企业，他们都得到了迅速的发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。

随着电子、信息等高新技术的不断发展，模具技术的发展呈现以下趋势：

1．模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展2．模具制造向精密、高效、复合和多功能方向发展

3．快速经济制模技术得到应用

4．特种加工技术有了进一步的发展

5．模具自动加工系统的研制和发展

6．模具材料及表面处理技术发展迅速

7．模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同

模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加；“三资”及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上

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海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。

十大发展趋势：

1．模具日趋大型化。这是由于用模具成形的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的“一模多腔”所造成的。

2．模具的精度将越来越高。10年前，精密模具的精度一般为5微米，现在已达到2～3微米，不久1微米精度的模具将上市。这要求超精加工。

3．多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成形零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高。

4．热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应用在国外发展很快，许多塑料模具厂所生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术，有的厂家使用率达到80%以上，效果十分明显。热流道模具在我国也已生产，有些企业使用率上升到20%～30%。

5．随着塑料成形工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制，所以对模具钢的性能要求很严。

6．标准件的应用将日渐广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。

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7．快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量生产时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到75%以上。由此，一方面是制品使用周期缩短，另一方面花样变化频繁，要求模具的生产周期愈短好。

8．随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。

9．以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。

10．模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。

1.3 国外模具工业的发展情况

国外模具制造业正在向通用化、标准化、系列化、高效率、短制造周期发展，CAD和CAM的应用日益普及。为了适应模具制造业发展的需要，模具材料日益向多品种、精细化、制品化的方向迅速发展。随着模具工作条件的日益苛刻，对模具的质量，特别是钢的纯净度、等向性的水平提出了更高的要求。为达此目的，国外普遍采用电炉加炉外精炼工艺生产纯净度高的模具钢，对于大截面锻压模块和大型的钢材规定采用真空处理。对于纯净度要求更高的模具钢，大部分采用电渣重熔，以进一步提高钢的纯净度、致密度、等向性和均匀性，减少偏析。因此，模具钢的质量有了较大提高。为了加强竞争力量，适应经济全球化的发展趋势，国外模具钢的生产从分散趋向于集中，并多家公司进行跨国合并。为了更好地进行竞争，这些公司都建

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成了完善的技术先进的模具钢生产线和模具钢科学研究基地，形成几个世界著名的工模具生产和科研中心，以满足迅速发展的模具工业。

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第2章 塑件工艺性分析

2.1 明确塑件设计要求

塑件表面质量包括有无斑点，条纹，凹痕，起泡，变色等缺陷；分型面选择不能有损美观；不能出现接痕；色泽一致,外形圆整无缺陷。

2.2 计算塑件的体积与重量

硬聚氯乙烯3/45.1~35.1cm g =ρ，故取平均密度3/4.1cm g =ρ，使用PRO/E 软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形浇道凝料和制件体积。

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通过计算塑件体积为V=122.557，质量为m=176.48g 。

2.3塑料的特性

硬聚氯乙烯（UPVC ）：

比重：3/38.1cm g ；成型收缩率：0.6-1.5%；成型温度：160-190℃。聚氯乙烯是热敏性的物料，一般分为硬质PVC 和软质PVC ，其区别在于原料中加入增塑剂的多少，少于10%为硬质，多于30%为软质。力学性能，电性能优良，耐酸碱力极强，化学稳定性好，但软化点低。适于供水管道、制作薄板、电线电缆绝缘层、密封件等。

PVC 注塑工艺及模具条件：

a) 干燥处理：通常不需要干燥处理

b) 溶化温度：185-205℃

c) 模具温度：20-50℃

d) 注射压力：可达到130MPa

e) 保压压力：可达到100MPa

f) 注射速度：为避免材料降解，一般要用相当低的注射速度

g) 流道和浇口：采用常规的浇口。如果注射成型较小的塑件，最好采

用针状浇口或潜伏式浇口；对于较厚的部件，最好使用扇形浇口。

针状浇口或潜伏式浇口的最小直径应为1mm ；扇形浇口的厚度不能

小于1mm 。

其成型性能如下:

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1．无定形料，吸湿小，流动性差。为了提高流动性，防止发生气泡，塑料可预先干燥。模具浇注系统宜粗短，浇口截面宜大，不得有死角。

2．极易分解，在200度温度下与钢。铜接触更易分解，分解时逸出腐蚀。刺激性气体。

3．采用螺杆式注射机喷嘴时，孔径宜大，以防死角滞料。最好不带镶件，如有镶件应预热。

4．成型温度范围小，必须严格控制料温。

2.4塑件的外观及基本尺寸

塑件维图形如下及二维尺寸：

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图2-1 塑件外观及基本尺寸

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第3章注射机的选择

3.1型腔数量的确定

型腔数的计算有以下4种方法：

1．据所采用的注射机的最大注射量；

2．根据注射机的锁模力来计算；

3．根据塑件的精度来确定型腔的数目；

4．根据经济性来确定型腔的数目。

本设计根据制品的精度要求确定型腔数目n。

（1）对于注射模来说，塑料制件精度为3级和3A级，重量小于5g，型腔数取4-6个。

（2）塑料制件为一般精度（4-5级），塑料制件重量12-16g，型腔数取8-12个；而重量为50-100g的塑料制件，型腔数取4-8个，当再继

续增加塑料制件重量时，就很少采用多腔模具。

（3）7-9级精度塑料制件最多型腔数比4-5级精度的塑件增多至50%。

根据工厂实际生产为小批量生产的要求，并结合塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、模具制造难易程度、模具成本等实际情况，设计时做成一模一腔。这样更符合实际生产需要。

3.2型腔的排列

多型腔的排列原则有以下4条：

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1．尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡浇注系统，确保塑件质量的均一和稳定；

2．型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模具产生偏载而产生溢料现象；

3．尽量使型腔排列得紧奏些，以减小模具外形尺寸；

4．型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注系统的平衡，但加工麻烦，除圆形制品和一些高精度制品外，一般用直线排列和H行排列，从平衡角度看尽量选H形排列。

本设计采用一摸一腔，所以不必考虑型腔的排布问题。

3.3分型面的选择

为了将塑件和浇注系统凝料等从密闭的模具内取出，以及为了安放嵌件，将模具适当的分成两个或两个以上主要部分，这些可以分离部分的接触表面，通称为分型面。选择模具的分型面应考虑以下基本原则：1．确保塑件尺寸精度，保持外观唯美原则；

2．加工方便原则；

3．考虑锁模力；

4．尽量简化模具部件；

5．尽量方便浇注系统的布置；

6．便于嵌件安放；

7．模具总体结构简化；

因此，在设计中，分型面的选择很重要，它对塑件的质量操作难易，模

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具结构及制造影响很大。分型面要求设计在塑件的最大截面积处，而且不宜设在曲面或圆弧面上，由于该塑件为三通管，在设计时，也应该充分考虑该塑件的塑性。

对于该塑件来说，分型面的选择如下：

图3-1 分型面选择方案

3.4注射机的选用

注射机的大小必须与模具大小相匹配。注射机太小，难以生产出合格的制品；注射机太大，运转费用高，且动作缓慢，增加了模具的生产成本。在选用注射机时，一般要校核其额定注射量、锁模力、注射压力、模具在注射机安装部分相关尺寸、开模行程和推出装置等。

3.4.1 根据最大注射量选用注射机

通过Pro/E 测量塑件实体体积为122.557cm 3；材料密度为 1.4g/cm 3。模具型腔能否充满与注射机允许的最大注射量有关，设计模具时，应保证注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射量范围内，根据塑料制品的体积