三通管注塑工艺分析和模具设计

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摘要

三通管作为一种连接件在日常生活中应用广泛，本文对塑料模具的设计方法及过程进行了阐述。通过用Moldflow模拟对其工艺分析，确立了合理的成型工艺参数。设计了三通管塑料模具中的各个系统如注射系统、温度调节系统、导向与定位机构、侧向分型与抽芯机构、脱模机构、分型面及排气槽。并对塑件的材料性能进行了分析。

关键词：三通管注塑模导向分型脱模顶出

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ABSTRACT

The Three Links Pipeline as a kind of attachment is widely used in daily life. In the paper, the design method and processes of the plastics mould have been described. In design, some parts of plastics mould have been designed, such as: injecting system, temperature-control system, director, joint face, pushing off system, mould unloading system, air evacuation groove. And material function of the plastic piece has been analysized.

Keywords: Three links pipeline, Injection mould, director , joint face , stripping , drive out.

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目录

摘要 ............................................................... I ABSTRACT .............................................................. II 第一章概论 .. (1)

1.1课题来源、目的、和意义 (1)

1.2 国内外注塑模具设计技术发展现状 (1)

1.2.1我国塑料模具工业的发展现状 (1)

1.2.2国际塑料模具工业的发展现状 (2)

1.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向 (4)

第2章工艺方案分析 (6)

2.1 塑件分析 (6)

2.2 材料特征 (6)

第三章模拟分析 (8)

3.1 浇口位置分析 (8)

3.2 CFW分析 (10)

3.3 冷却分析 (11)

3.4 成型工艺条件 (13)

第四章零部件的设计 (14)

4.1塑件脱模斜度 (14)

4.2排气槽的设计 (14)

4.3分型面的选择及型腔布置 (14)

4.3.1 分型面的选择 (14)

4.4注射机的选择 (15)

4.4.1 制件体积的计算 (15)

4.4.2注射机校核[7] (16)

4.5模架的选择 (18)

4.6 浇注系统的设计 (19)

4.6.1 主流道的设计 (19)

4.6.2分流道设计 (20)

4.6.3 浇口设计 (20)

4.7侧向分型及抽芯机构的设计 (20)

4.8斜导柱的结构形式 (21)

4.9 楔紧块的设计 (23)

4.10侧滑块设计 (23)

4.11 滑块的导滑槽 (24)

4.12 定位装置设计 (24)

4.13 拉料杆和冷料穴设计 (25)

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4.14 侧型芯结构设计 (25)

4.15 推出机构 (26)

4.16 冷却系统的计算 (27)

4.16.1模具温度调节系统的设计 (27)

4.16.2模具系统的热平衡计算 (27)

设计小结 (32)

致谢 (33)

参考文献 (34)

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第一章概论

1.1课题来源、目的、和意义

1、课题来源：生产实践

2、目的：通过对该零件的注塑模工艺的设计，了解注塑模具的设计步骤，ABS 等材料的各项性能指标，工艺方案的选择，和侧向抽芯技术的掌握。

3、意义：此次毕业设计给了我亲自动手的机会，于以后的工作、学习等都有很大的帮助，是大学四年学习的一个总结，中国的塑料模具制造工业的飞速发展是需要理论和实践相结合的，所以这次毕业设计的意义十分重大。

1.2 国内外注塑模具设计技术发展现状

1.2.1我国塑料模具工业的发展现状[1]

80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，2003年模具进出口统计中，我国模具的出口总额为2.52亿美元,我国模具的出口总额3亿美元,进口额则达到13亿多美元,在进口模具中的塑料模具占到50%左右。可以看出，在塑料模具方面，我国与国外产品还存在较大差距。

在引进的塑料模具中，以科技含量较高的模具居多，如高精度模具、大型模具。热流道模具、气辅及高压注射成型模具等。现代塑料制品对表面光洁度、成型时间都提高了更高的要求，因而也推动了塑料模具的发展。以电视机塑料外壳模具为例。其精度已由以前的0.05~0.1mm提高到0.005~0.01mm ,制造周期也由8个月缩短到了2个月,并且使用寿命也由过去可制10万~20万件制品延长到了可60万件制品。从电视机外壳塑料模具的发展可以看到，高精密、长寿命、短周期、低成本是模具的发展方向。目前我国使用覆盖率和使用量最大的模具标准件为冷冲模架、注塑模架和推杆管这三类产品。以注塑模架为例，目前全国总产值有20多亿元，按照需求，国内约需

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注塑模架30多亿元，而实际上国内市场并未达到这个规模，其中主要一个原因就是模具厂家观念旧，注塑模架自产配比例较高，外购很少。这样做厂家不仅重复制造本应标准化的购件，延长了模具生产周期，又不利于维修。很多相关的模具标准件并没有相关的国家标准，因此制定模具构件的标准规范工作也是当务之急。

1.2.2国际塑料模具工业的发展现状

美国1991年发表的“国家关键技术报告”认为:材料领域的进展几乎可以显著改进国民经济所有部门的产品性能,提高它们的竞争能力;因此把材料列为六大关键技术的首位。这是由于先进材料与制造技术是未来国民经济与国防力量发展的基础,是各种高、新技术成果转化为实用产品与商品的关键。当前各种新材料市场规模超过1000亿美元,预计到2000年将达4 000亿美元。由新材料带动而产生的新产品新技术则是一个更大的市场。以上参展项目基本上代表了当前国际和国内的先进水平和发展趋势，具体表现在如下五个方面。

1、国外基于网络的 CAD／CAE／CAM一体化系统结构初见端倪[2]

随着计算机硬件与软件的进步以及工业部门的实际需求，国外许多著名计算机软件开发商已能按实际生产过程中的功能要求划分产品系列，在网络系统下实现了CAD ／CAM的一体化。解决了传统混合型CAD／CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题，以便更能符合实际应用的自然过程。例如英国达尔康公司在原有软件DUCT5的基础上，为适应最新软件发展及工业生产实际而在最近推出的CAD/CAM集成化系统Delcam's Power Solution，该系统覆盖了几何建模、逆问工程、工业设计、工程制图、仿真分析、快速原型、数控编程、测量分析等领域。

2、微机CAD／CAM软件日益深人人心并发挥越来越重要的作用

在90年代，能进行复杂形体几何造型和NC加工的CAD／CAM系统主要是在工作站上采用UNIX操作系统开发和应用的，如美国的Pro-E、UGⅡ、CADDS 5软件，法国的 CATIA、EUCLID软件和英国的DUCT5软件等。随着微机技术的突飞猛进、在90年代后期，新一代的微机CAD/CAM软件，如Solidworks、Solid adae崭露头角，深得用户的好评。这些微机软件不仅在采用诸如NURBS曲面、三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作站级CAD／CAM软件的优点，而且在Windows风格、动态导航、特征树、面向对象等方面具有工作站级软件所不能比拟的优点。

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3、CAD／CAM软件的智能化程度正在逐渐提高

由于在现阶段，模具设计和制造在很大程度上仍然依靠着模具设计与制造工程师的经验。仅凭CAD／CAM软件有限的数值分析功能无法为用户提供完善和正确的设计结果，软件的智能化功能必不可少。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具设计与制造软件先进性与实用性的重要标志之一。在模架的设计过程中实现了模架零件的全相关，并能自动产生材料明细表和供NC加工的钻孔表格。在NC加工方面，实现了智能化的粗加工、加工参数的设定以及对整个加工过程进行加工结果的校验分析，这些具有智能化的功能可以显著地提高注塑模具的生产效率和产品质量。

4、模具3D设计与3D分析的重要性更加明确

在型腔模CAD中我国大多数企业仍然采用的是二维设计（2D），即先将3D的产品图投影为若干二维视图后，再分别对各个视图的二维模具结构进行设计，这种沿袭传统手工设计的方式已越来越不适应现代化生产和集成化技术的要求。在本届模展上所展示的Mold expert（Cimatron公司）、Ps-mold（达尔康公司）以及Space-E／mold （日立造船）均为采用3D设计的专业注塑模设计软件，它们在3D型腔和型芯设计的基础上采用交互方法进行3D的模架配置和3D的典型结构设计，其先进性十分明显。由于注塑模型腔复杂、镶件多，杆件和冷却水管布置纵横交错，用户在3D设计时经常由于显示屏幕小、构件多、视点变换少而感到眼花潦乱，这方面的缺点也正在克服之中。在注塑流动过程模拟软件方面，国内外长期使用的是基于中性层面的流动模拟软件。这种分析模式的最大缺点是需要用户从所生成的实体／曲面几何模型中交互提取中性层面，操作步骤繁琐，工作量巨大，在很大程度上妨碍了流动模拟软件的推广和普及。虽然澳大利亚Mold－flow公司推出了中性层面自动生成工具MF／Midplane，但其覆盖范围不大。这次模展中展示了该公司基于实体几何模型的三维真实感流动模拟软件Moldflow Advisers，从根本上摆脱了对中性层面的依赖，这种新一代的模拟软件定将获得用户的好评和广泛应用。美国C-Cold公司这次未参展，该公司也有类似的3D流动软件3DQuickfill。华中理工大学模具技术国家重点实验室展出了同类软件HSC3D4．5F，已表明了我国在该项域也达到了国际当今的先进水平。

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表1.1国内外塑料模具技术比较表[3]

1.3我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向

1、提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。

2、在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。基于网络的CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪，CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。

3、推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。气助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制体辅，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。

4、开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。

5、提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本;再次是要进一步增加标准件规格品种。

6、应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。

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7、研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。

8、“十一五”期间我国塑料模具发展方向，塑料模具占模具总量近40%，而这个比例仍不断上升。塑料模具中为汽车和家电配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑料模具，为电子信息产业和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，为新型建材及节水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，目前虽然已有相当技术基础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距，每年进口达几亿美元，因此“十一五”期间应重点发展。

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第2章工艺方案分析

2.1 塑件分析

三通管工件如图所示。它是一种常见的塑料工件，从工件本身来看，属特小型件，其抽芯脱模机构较为复杂，侧向抽芯技术可以说是这次课题的难点零件直通管的成型采用侧向抽芯机构。由于抽拔距很长普通的斜导桂抽芯结构难以实现抽芯动作的顺利完成．故采用液压缸进行侧向抽芯。因此本次毕业设计主要是针对以上问题进行模具设计，以解决实际生产中存在的问题。

图2.1 三通管零件

2.2 材料特征[4]

三通管所用的材料是ABS，名称Acrylonitritle-Butadiene-Styrene copolymer,全称丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物。它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。

它的使用性能方面：综合性能好，冲击强度高，化学稳定好、电性能良好，尺寸稳定性好、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机