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油管接头注塑模具设计

塑料制品在日常生活中是常常见到的，如在家用电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金、通信器材以及医疗器械等众多领域，塑料制品的使用比例正迅猛增加。这主要是因为以下原因：第一，塑料与金属材料相比有许多优点：容易加工，生产效率高；节约能源，绝缘性能好；质量轻，相对密度为 1.0 ～

1.4，

比铝轻一半，比钢轻3/4 ，比强度高，具有突出的耐磨、耐腐蚀性等；第二，在日用和工业产品中，一个设计合理的塑料制品往往能代替多个传统金属结构件，加上利用工程塑料特有的性质，可以一次成型非常复杂的形状，并且还能设计成卡装结构，从而减少产品中装配的各种紧固件，降低了金属材料消耗量和加工及装配工时；第三，注塑加工是塑料加工中普遍采用的方法之一。该方法使用与全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制品数量比其他常规的金属成型方法要大得多。由于注塑成型加工不仅产量多，而且适用于多种原料，能够成批、连续的生产，并且具有稳定的尺寸，容易实现生产的自动化和高速化，具有极高的经济效益。因此目前工业产品非金属化、金属制品塑料化的趋势日益明显。

获得注塑制品的过程，称之为注塑成型或者注射成型，或者简单的称之为注塑。注塑成型的基本过程是：颗粒状的高分子材料（以下简称为塑料）经过注塑机螺杆的挤压和加热，成为熔融状态的可以流动的熔体。在螺杆的推动下，塑料熔体通过注塑机的喷嘴、模具的主流道、分流道和浇口进入模具型腔，成型出具有一定形状和尺寸制品的过程。注塑的结果是生产出符合用户要求的塑料制品。

要想取得合格的制品，必须要有设计合理、制造精良的模具，还需要有何该模具配套的先进的注射设备（注塑机）以及合理的加工工艺。因此人们常将，模具、注塑机以及工艺称之为注塑过程得以顺利进行的三个基本要素。

作为注塑成型加工的主要工具之一的注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面的恶水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，并最终决定着企业在市场竞争中的反映能力和速度。

与其他机械行业相比，模具制造业主要有以下三个特点：第一，模具不能像其他机械产品那样可作为基本定型的商品随时都可以在机电市场上买到。这是因为每副模具都是针对特定的塑料制品的规格而产生的，由于塑料制品的形状、尺寸各异，差距甚大，其模具结构也是大相径庭，所以模具制造不可能形成批量生产。换句话说，模具是单件生产的，重复加工的可能性很小。因此，模具的设计、制造成本都较高。

第二，因为注塑模具是为产品中的塑料制品而订制的，作为产品，除质量、价格等因素之外，很重要的一点就是需要尽快地投放市场，所以对于为塑料制品而特殊订制的模具来说，其制造周期一定要短。

第三，模具制造时一项技术性很强的工作，其加工过程集中了机械制造中的诸多先进技术的部分精华与钳工技术的手工技巧，因此要求模具工人具有较高的文化技术水平，特别是对于企业来说要求培养“全能工人” （即多面手），使其适应多工种的要求，这种技术工人对模具单件生产方式组织均衡生产来说是非常重要的。

注塑机也是注塑成型必需的要素之一。一般来说，市场上供应的各种形式和规格的注塑机，但是在实践中，必须根据模具的实际情况和注塑厂家的设备情况进行选择。

对于采用注塑成型加工方法生产塑料制品来说，合理的成型工艺既是三个基本要素中的加工工艺。所谓成型工艺，简单来说就是将压力、温度、时间（速度）三大要素组成最合理的搭配。在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要想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很多，除制品的形状、模具结构、注塑设备、原材料等之外，电压的波动、环境温度的变化对成型都有一定的影响。到目前为止，建立最佳的成型工艺尚无简便可靠的办法，大多需要操作者具有很丰富的实践经验与耐心，根据塑料制品在成型过程出现的具体文言体认真调查，才能确立一个理想的成型工艺，高效率、高质量地生产出合格的塑料制品。

如前所述，注塑过程得以实现的三个基本要素是：注塑机、注塑模具以及加工工艺，它们缺一不可。随之市场竞争的激烈化，客户对于产品的质量要求越来越高，生产速度要求越来越快。这些要求推动人们不断设计技术更加先进，生产效率更加高的注塑机，同时设计结构更加合理，性能更加稳定的注塑模具，并寻求更为合理的注塑工艺，以满足这方面的要求。

但是要做到上述三个方面并不容易。因为从制品质量方面讲，塑料模具以及注塑成型工艺对其影响甚大；从制品的生产效率方面讲，注塑机、模具以及生产工艺则发挥着巨大的作用。而整个注塑的工艺又是有制品的形状和大小、塑料的种类、模具的结构以及注塑机的类型来决定的。

为了能够使我们在毕业后的工作过程中能够独立分析和解决实际问题，在三年的学习将要结束的时候，学校安排了“毕业设计”这个环节。本设计题目为“油管接头注塑模” , 在设计中经过分析选用了“一模两腔”的型腔排列方式，能够满足中等批量的生产任务；浇口的设计中根据模具结构选择了潜伏式浇口，在开模过程中能够自动切断浇口凝料，提高了生产效率；由于制件有侧孔，需要设置侧向分型抽芯机构，本模具中采用了斜导柱抽芯机构；在顶出机构的设计中，由于制件包紧在型芯上造成脱模力较大，为保证塑件质量，采用了顶管脱模；顶管必须在侧型芯滑块回位时提前退会复位，为避免侧型芯与顶管在合模过程中发生干涉，设置了弹簧式优先复位机构，需要注意的是选用的弹簧要有迫使顶出机构复位的足够力矩.

毕业设计是塑料模设计课程重要的综合性和实践性教学环节。通过这个环节使我能够综合运用塑料模具设计课程和其他先修课程的知识，分析和解决塑料模具设计问题，进一步巩固、加深和拓宽所学知识，逐步树立正确的设计思想，增强创新意识和竞争意识，熟悉掌握塑料模具设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力；通过设计计算、绘图以及运用技术规范、标准、设计手册等有关设计资料，进行全面的塑料模具设计基本技能的训练。

在设计过程中得到了杨占尧老师的大力指导与帮助，此外还参考了有关同学的设计内容和资料，他们为我的设计提供了许多宝贵意见，在此我表示衷心的感谢！

第 1 章模塑工艺规程的编制

塑件的工艺性分析

塑件的原材料分析

塑件的材料采用聚甲醛（POM），属热塑性塑料，是一种具有优异综合性

能的工程塑料。从使用性能上看，该塑料具有硬度大、耐磨性强、弹性好、化学稳定性高、尺寸稳定性好，其耐油性能与温度、湿度等外界条件无关等优点，并且具有突出的耐溶剂性和良好的耐热性【2】。从成型性能上看，该塑料熔料的流动性较好，受温度变化的影响较小，而受压力的影响比较敏感，在注塑成型时只要控制压力的大小就可获得适合的流动性，使得成型较容易。但是制件的成型收缩率较大，使得成型后制件上易产生折皱、凹痕、斑纹、熔接痕等缺陷，因此应注意注塑工艺的合理控制，例如在成型时应采用较高注射压力，适当延长保压时间以减小收缩率等。

塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析

（1）结构分析。从零件图上分析，该零件总体形状类示一个三通管道，在下端有一个直径为35mm，深度为3mm的凹坑。在上端有一个外径为

40mm，内径为30mm，高度为3mm的凸缘。在三通的一端是一段M12mm的螺纹，其长度为10mm。因此，模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构，该零件属于中等复杂程度。

（2）尺寸精度分析。从零件图可知，该零件各个尺寸均未注明公差，为提高经济效益，则按未注明公差尺寸来处理。根据表2—15【1】查得POM 材料的适用未注公差等级为MT6级（GB/T14486-1993）。从以上分析可见，该零件的尺寸精度等级不高，对应的模具相关零件的尺寸加工容易保证。

从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为9mm，最小处为5mm，壁厚差为4mm, 相差较大，成型时可能会在塑件内部产生缩孔和残余应力，应在成型工艺上采

取措施，比如延长保压时间和冷却时间，改善浇注系统，开设冷却水道，使模具冷却均匀等，防止缺陷的产生。

（3）表层质量分析。该零件的表面要求没有缺陷、毛刺，内部表面应光洁，

以利于液体的流动。除此之外没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。综上分析可以看出，注塑时在工艺参数控制的较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。

计算塑件的体积和重量

为了选用注塑机型号及确定模具型腔数，应该先确定塑件的质量。

计算塑件的体积：用分割法求得塑胶体积V = 25680 mm3（具体过程略）。

计算塑件的质量：根据设计手册【3】查得POM 的密度为 1.41g / cm3，故塑件的质量为： W V = 25680×1.41 ×10 3

= 36.2g 采用一模两件的模具结构，考虑其外形尺寸，注塑时所需压力等情况，初选用注塑机XS—ZY —250 型。

塑件注塑工艺参数的确定

由于聚甲醛塑料的热稳定性较差，在210℃下停留时间不得超过20min, 在正常加工温度范围内受热时间稍长也会发生分解。所以在保证物料流动性的前提下，尽量采用较低的成型温度和较短的停留时间。查相关文献资料，聚甲醛的成型工艺参数可作如下选择【2】：（试模时，可根据实际情况作适当调整）

注塑温度：包括料筒温度和喷嘴温度。

料筒温度：后段温度 t1 选用165℃；

中段温度 t2 选用175℃；

前段温度 t3 选用185℃；

喷嘴温度：选用175℃；

注塑压力：选用100Mpa;

注塑时间：选用40s；

保压：选用40Mpa;

保压时间：选用10s；

冷却时间：选用35s。另外，为了提高制品的尺寸稳定性和减少内应力，可将注塑成型后获得的制件置于120℃～130℃的环境中进行空气浴，停留时间约4 小时，然后缓慢冷却至室温。

第 2 章注塑模的结构设计

2.1 分型面的选择

根据分型面选择原则和塑件的成型要求选择分型面。该塑件为油管接头，表面质量无特殊要求，分析后可取如下图所示的分型面，它是塑件最大截面，大孔在开模方向上成型，而小孔在侧面，便于抽芯。若选图1 所示的分型方式即可降低模具的复杂程度，减少模具加工难度又便于成型后取件。故选用如图1 所示的分型方式较为合理。

图 1 分型面的选择

图 2 分型面的选择（ 2 ）

若采用图2 所示的分型方式，虽然侧向抽芯距大大减小，但要想使制件脱模，模具的开模行程将增加很多，模具结构也成倍增大，所需设备要有很大的开模行程才行，势必降低生产效率。

2.2 确定型腔的排列方式

本塑件在注塑时采用一模两件，即模具需要两个型腔。综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素，拟采取如图3 所示的型腔排列方式。

采用图3 所示的型腔排列方式能够适应生产批量的需求，模具结构也不复杂，容易保证塑件的质量。

若采用图4 所示的型腔排列方式，虽然较图3 在模具结构上少了一侧的抽芯机构，但将两个侧型芯放在同一侧，由于侧型芯较细小，并且抽芯距较长，造成抽芯力大，抽芯机构相对复杂，并且模具纵向尺寸将随之增大，模具制造成本提

图 3 型腔排列方式

（ 1 ）

图 4 型腔排列方式（ 2）

另外一种型腔排列方式如图5 所示，一模四件对称布置，生产效率最高，但是在模具上有四个侧型芯，侧向分型抽芯机构设置相对复杂，抽芯力大，将成倍增大模具结构的复杂程度。

2.3 浇注系统设计

（1）主流道设计。根据设计手册【1】查得XS—ZY—250 型注塑机喷嘴的有关尺寸：

喷嘴前端孔直径：d0 = 4mm；喷嘴前端球面半径：R0=18mm；根据模具主流道与喷嘴的关系【1】：

R=R0 +（1—2）mm

D =d 0+（0.5 —1）mm 取主流道球面半径

R=19mm；主流道的小端直径d= 5mm。为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度取为30，经换算得主流道大端直径D =9.5mm，为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r =6mm的圆弧过渡。

（2）分流道设计。分流道的形状及尺寸，应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注塑速率、分流道的长度等因素来确定。本塑件形状不算太复杂，熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流道长度较短, 为

了便于加工起见，选截面形状为梯形的分流道，查有关文献【1】初确定梯形尺寸b1=9mm,h =6mm。

（3）浇口设计。根据塑件的成型要求、型腔的排列方式及模具结构，拟选潜伏式浇口较为理想，可以自动切除浇口凝料，提高生产率，模具结构孔也不复杂。根据设计手册初步确定浇口尺寸，浇口长度L= 2mm，直径d=

1.2mm， 350，试模时修正。

2.4 抽芯机构设计

制件的一侧有一个侧孔，垂直于脱模方向，阻碍成型后塑件从模具脱出。因此成型油管接头的零件必须做成活动的型芯，即须设置抽芯机构。本模具采用斜导柱抽芯机构。

2.4.1 斜导柱尺寸的确定

（1）确定抽芯距。抽芯距一般应大于成型孔的深度，本题目中塑件侧孔深度为45mm，另加3mm的抽芯安全系数，可取抽芯距 S抽=48mm.

（2）确定斜导柱倾角。斜导柱倾斜角与抽拔力以及抽芯距有直接关系。本题取为=200。

（3）确定斜导柱的尺寸。根据抽拔力及其倾斜角度，按设计资料的有关公式进行计算。本题中经验估值，斜导柱的直径 d 16 mm。确定最小开模行程H 【1】

H S抽cot 48 cot 200mm 134mm

取固定凸肩D 1.8d ，暂选安装斜导柱的定模板厚h =50mm则, 斜导柱总长L 可按下式计算【1】：

L D d tan h s 12

2 cos sin

1 1.8 1 16 tan 200 50

048

12

2 cos200sin 200

213mm

如果设计中h有变化，则就修正L 的长度

2.4.2 滑块与导滑槽设计

（1）滑块与侧型芯的连接方式设计。本题中侧向抽芯机构主要是用于成型零件的侧向孔，由于侧向孔的深度较大，考虑到型芯强度和装配问题，采用组合式结构。型芯和滑块的连接采用镶嵌方式，并用螺钉加固。其结构如图6 所示（2）滑块的导滑方式。本题中为使模具结构紧凑，降低模具装配复杂程度，拟采用整体式滑块和整体式导向槽的形式。其结构如图7 所示。为提高滑块的导向精度，装配时可对导向槽或滑块采用配磨、配研的方法。

图 6 型芯的连接方式

图 7 滑块的导滑方式

3）滑块的导滑长度和定位装置设计。导滑长度要保证侧向抽芯后，滑块

与导滑槽的配合长度不小于其总长度的2 / 3，滑块的限装置采用弹簧滚珠形式。其结构如图8 所示。

图 8 滑块的限位方式

图 9 型腔的组合方式

1- 定模板2- 主型芯3- 浇口套4- 定模镶块5- 滑块

6- 导滑槽7- 动模镶块8- 动模板9- 推管10- 侧型芯

2.5 成型零件结构设计面有螺纹需要成型，考虑加工的难易程度和材料

的价值利用率等因素，型腔拟采用镶拼式结构，将成型螺纹的工作零件做成

瓣合模形式，可以在其损坏后很容易的更换。此外，由于开模后塑件包紧型

芯的力比较大，为确保脱模过程中制件的完好无损，拟采用推出力比较平稳

的推管形式推出制件，塑件不易发生变形，所以推管顶部也构成了型腔的一

部份。其结构形式如图9 中件9 所示。

1) 凹模的结构设计本题中模具采用一模两件的结构形式，由于制件上

根据本题中分流道与浇口的设计要求，分流道设置在动模板上，而浇口设

置在定模板上。其结构如图9 所示。

（2）凸模结构设计。凸模主要是与凹模相结合构成模具型腔，其凸模

和侧型芯的结构形式如图9 中件2、10所示。

第3章 模具设计的有关计算

本题中成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公 差和平均磨损量来计算。

查表【5】得聚甲醛的收缩率为S= 1.4%～2.0%，故平均收缩率为 S cp = （1.4+2.0 ）%/2=1.7%，模具制造公差取 z = /3 （ 为塑件公差）。

3.1 型腔和型芯工作尺寸计算

型腔、型芯工作尺寸计算见表 1。

3.2 螺纹瓣合块的尺寸计算

3.2.1 螺纹瓣合块型腔侧壁厚度及底厚计算

（1） 螺纹瓣合块型腔侧壁厚度计算。 螺纹瓣合块型腔侧壁厚度的计算应

根据组合式矩形型腔侧壁厚计算公式 【6

】进行计算。

式中 P ——型腔压力（ MPa ）

E ——模具材料的弹性模量（ MPa ）

[ ] ——刚度条件，即允许变形量（ mm ） 本题中取 P =40MPa （选定值）；

h =8mm ；

L 1=20.17mm （根据表 1 型腔工作尺寸计算得长、宽尺寸，取大值进行计 算）；

E=2.1 105 MPa;

[ ] =0.04 ～0.05mm,取 [ ] =0.045mm 。

代入公式计算得

phL 14 S1 32EH

40 8 (20.17) 4

S 3

2.7mm S132 2.1 105 10 0.045

考虑到瓣合块需要由螺钉固定，故取螺纹瓣合块的外形尺寸为50mm× 15mm

考.

虑到加工和装配时的实际情况，可取动、定模瓣合块的厚度分别和对应的动、定模板相匹配以方便用螺钉固定。螺纹瓣合块的结构形式如图10 所示。

图 10 螺纹瓣合块（一对）

第 4 章模具冷却与加热系统的计算

本塑件在注射成型时不要求有太高的模温（约80℃左右即可），因而在模具上可不设加热系统，而采用模具温度控制器来对模具温度进行控制，自动实现模具冷却、加热的交替，使模具在成型过程中达到较好的热平衡。是否需要冷却系统可作如下设计计算：

设定模具平均工作温度为80℃，用20℃的常温水作为模具的冷却介质，其出口温度为25℃，产量为（初算每2 分钟一套）2.17kg/h 。

（1）求塑件在硬化时每小时释放的热量Q3，查有关文献【5】得聚甲醛的单位热流量为42×104 J/kg

4

Q3 WQ2 2.17 42 104J /kg

91.14 104J/kg

（2）求冷却水的体积流量V【1】

G

i

60C t1 t 2

91.14 104

60 103 4.187 103 25 20

7.3 10 4m3 /min

式中V ——冷却水的体积流量（m3 /min ）；

G ——单位时间内注入模具内的塑料熔体的质量（kg/h）；

i ——塑料成型时在模具内释放的热焓量（J/kg ）；

C ——冷却水的比热容[J/ （kg K）] ；——冷却水的密度（kg/m

3）；

t1 ——冷却水的出口温度

（℃）； t2 ——冷却水的进口

温度（℃）。

由体积流量V查表【1】可知所需的冷却水管的直径d 为12mm。为达到较

好的冷却效果，根据模具整体结构设置4 个冷却水道，平均布置在

制件周围，其结构见装配图

第 5 章模具闭合高度的确定

在支撑和固定零件的设计过程中，根据经验确定：定模座板： H1 =32mm 考, 虑

模具整体结构的协调取定模板： H2 =50mm，动模板： H 3 =40mm，支撑板： H 4 =32；动模座板： H6 =32mm。

根据推出行程和推出机构的结构尺寸确定垫块高度 H5 =80mm 因而模具闭合高度：

H H1+H2+H 3+H4+H5+H6 =32+50+40+32+80+32

=266mm

第6章注塑机有关参数的校核

本模具的外形尺寸为315mm×440mm×266mm.XS—ZY—250 型注塑机拉杆间距为448mm×370mm，故能满足模具的安装要求。

由上述计算模具的闭合高度H =242mm，XS—ZY—250 型注塑机所允许模具的最小厚度 H min =200mm，最大厚度 H max =350mm，即模具满足的安装条件【

1

】：

H min≤ H≤ H max

经查资料XS—

塑件的要求：

ZY —250 型注塑机的最大开模行程S=500mm，满足下式【

1

】顶出

S H1 H2 5~10 mm

25 30 10

65mm

此外，由于侧向分型抽芯距较大，需校核开模距离的增加量

按照式【

1

】

S H C 5~10 mm=144mm

式中 H C ——最小开模行程，本题中取 H C =134mm。

经校核，注塑机的开模行程足够，XS—ZY—250 型注塑机能满足使用要求，故可采用

第7章绘制模具总装图和非标准零件工作图

本模具的总装图见装配图所示。非标准件工作图见零件图。

本模具的工作原理：模具安装在注塑机上，定模部分固定在注塑机的定模板上，动模固定在注塑机的动模板上。合模后，注塑机通过喷嘴将熔料经流道注入型腔，经保压、冷却后塑件成型。开模时动模部分随动模板一起运动渐渐将分型面打开，与此同时在斜导柱的作用下侧抽芯滑块向两边分离并脱离塑件，完成侧向抽芯动作，当分型面打开到144mm时，动模停止运动，在注塑机顶出装置作用下，推动推管运动将塑件从型芯上顶出。合模时，推管在弹簧的弹力作用下首先复位，随着分型面的闭合滑块带着侧型芯复位。

图 11 油罐接头注塑模三维图