三通接头的注塑模具设计

系：机械工程系

专业：材料成型及控制工程

学生姓名： XX 学号： XXXXXXXXXXX 指导教师： XXXXX

2010年3 月25 日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册），其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。

4．统一用A4纸，并装订单独成册，随《毕业设计（论文）说明书》等资料装入文件袋中。

毕业设计（论文）开题报告

1．文献综述：结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。

文献综述

1 塑料模具的意义

1.1塑料工业在国民经济中的地位

塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一。自从1927年聚氯乙烯塑料问世以来，随着现代高新科学技术的发展，越来越多具有优异性能的高分子材料不断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。

新型塑料品种的增加以及塑料的性能的不断提高，现在塑料制品已经开始取代了部分或全部金属材料。就全世界而言，塑料的消耗量已经超过了钢材，由此可见，塑料已经成为我们生产生活不可或缺的一部分，发挥着越来越主要的作用[1]。据有关专家的报告指出，我国塑料工业在“十一五”期间将有较大的发展，不断实施“以塑代钢”的方针，因此塑料已被广泛用于汽车、家用电器、电子及通讯、国防、机械、医疗器械、建筑以及人们日常生活等各个领域[2]。

1.2塑料模具在塑料工业中的重要性

塑料模具是当今工业生产中利用特定的形状，通过一定的方式来成型塑料制品的工艺装备或工具，属于型腔模的范畴。一般情况下，塑件质量的优劣以及生产效率的高低，其模具的要素占了大概80%。然而模具的好坏又直接与模具的设计制造有很大的关系。随着社会的发展，我们对塑料产品的质量提出了更高的要求，产品更新换代的周期越来越短，因而对模具设计制造的标准自然而然更加严格了。可以说，模具技术，特别是设计与制造大型、精密、长寿命的模具技术，已经成为了衡量一个国家机械制造水平的重要标志[1]。

2 模具发展的状况

2.1国外模具的发展

随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为动世界经济增长的重要因素。注塑模的历史不过三十余年，但发展速度很快。

美国塑料消耗量早已超过钢、铜、铝的总和[3]，美国和日本的塑料模具专业厂家已超过一万家，日本塑料模年产值1986年已达到一兆3千亿日元、美国达到60亿美元、德国达到50亿马克[4][5]。

目前，葡萄牙模具生产量位居世界第十位，其中，塑料模具的生产居世界第九位。而且葡萄牙模具制造多家企业联合起来共同发展。因为注射成型技术发展，日本注塑机产量达1.35万台以上，其中至少有9700台出口[6]。

注塑模CAD/CAE/CAM技术的发展为塑料模具设计注入了强大的活力。英国的J.R.Pearson、美国的J.F.Stevenson和K.K.Wang、加拿大的M.R.Kamal的一系列卓有成效的研究成果为注塑模分析软件奠定了基础[7]。现在注塑模CAD/CAE/CAM技术被广泛用于注塑模具设计的各个方面。在塑料成型模具的设计和制造中广泛采用CAD/CAE技术,使成型模具的技术水平提高显著,而在塑料成型模具的CAD中又引入CAE技术 ,将塑料成型模具技术的合理性、短期化提高到一个新的高水平[8]。CAE作为计算机在塑料模具行业中的一项新型应用技术，他的兴起预示着计算机技术在塑料模具的应用上将朝着集成化方向发展[9]。

2.2国内模具的发展

自2O世纪80年代起经过多年的发展,中国已进入模具生产大国之列，但还不是模具强国。现在国内可以生产单套重量达60吨的大型模具、型腔精度达0.5m的精密模具、一模7800腔的多腔模具及4 m／min以上挤出速度的高速模具[10]。

我国政府非常支持模具工业的发展，相关国家政策也向模具行业倾斜。目前国内模具生产企业共有 20000多家，从业人员150万人，年产值45亿元。国内模具生产水平低，模具的价格只有发达国家的1/5到1/3，这种相对比较低的价格成为国内模具进入国际市场并与国外模具竞争的主要优势。

2005年我国塑料模具近年来我国塑料模具业发展相当快，目前塑料模具在整个模具行业中约占30％左右。当前，国内塑料模具市场以注射模需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，仅汽车行业将需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量已超过3000万台。到2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30％，塑料管的普及率将达到50％，这些都会大大增加对模具的需求量[11]。

当前,我国模具行业的发展具有下特征:大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于行业总体发展水平；塑料模和压铸模成比例增长；专业模具厂家数量及其生产能力增加较快；“三资”企业及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。

3 三通接头选材

塑料材料和其他材料相比有密度小、质量轻，比强度和比刚度高，化学稳定性好，减摩、耐磨性好，成型和着色性能好等许多优点。目前全世界公认的塑料品种有：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料[1]。

现在常见的塑料管道一般为PE、PP、PVC、PET、EPS、ABS、PA管等，这里三通接头采用的材料为硬质聚氯乙烯（PVC—U）。

硬质聚氯乙烯具有较好的力学性能，电气性能优良，耐酸碱性极强，化学稳定性好，有优异的户外稳定性，以其制得的管什制品具有密度小、便于搬运、输水能力强、长期使用不结垢、安装方便、无须油漆、美观、生产技术成熟、产品规格配套齐全、施工简单、造价较低、维护量少、管理方便等优点。现在，国内生产的PVC—U管材的直径已达到800mm[12][13]。

4 三通接头塑料注射成型现状及发展趋势

三通管和三通接头因为其抽芯机构设、脱模机构较复杂，脱螺纹机构设计和制造麻烦等，有一批人专门对其进行了研究。文献[14]中南林学院工业学院的王江涛，胡泽豪，彭波等人的《塑料三通接头注射模的优化设计》讨论了一种常见的塑料三通接头注射模抽芯结构和脱螺纹结构的优化设计方案及其工作过程。简化了传统的复杂抽芯和脱螺纹结构，优化了制造过程并节约了材料。文献[15]广东轻工职业技术学院的吴茂昶在三通接头的设计中采用液压驱动螺纹脱模机构解决了内螺纹成型问题。文献[16]太原理工大学的高颜萌，池成忠，屈繁敏针对三通直管接头脱模需要较大径向尺寸的侧型芯的特点，改进了传统的斜导柱侧抽芯机构，巧妙利用导滑槽的作用．提高了侧型芯在较大距离抽芯时的稳定性。由以上材料我们可以知道三通管接头注射模设计，一方面是改进抽芯机构，使其结构紧凑，获取较大抽拔角度，满足较长的抽拔距离；一方面是改进脱螺纹机构，简化其过程，便于连续加工；还有就是尽量优化模具结构，便于模具的加工制造和产品质量的提高等。

5 三通接头注塑模具设计

5.1分型面的选择

塑料注射模制造中分型面的确定问题是一个很复杂的间题，受到许多因素的制约。有些塑件的分型面的选择简单明确并且唯一；有些塑件则有许多方案可供选择。根经验，确定分型面的原则有：保证塑料制品能够脱模，使型腔深度最浅，使塑件外形美观，容易清理，尽量避免侧向抽芯，使分型面容易加工，使侧向抽芯尽量短，保证塑件制品精度，有利于排气，使塑件留在动模内，使型腔内总压力较大的方向与分型面垂直[17]。

选择注射模分型面总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。当选定一个分型面方案以后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。

5.2型腔数目的确定和排列形式

为了使模具与注射机相匹配以提高生产率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应合理确定型腔数目。生产经验认为，增加一个型腔，塑件的尺寸精度将降低4%。为了满足塑件尺寸精度要求，应该合理布置型腔，型腔尽可能采用平衡式排列，使型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象，尽量使型腔排列得紧凑一些，以便减小模具的外形尺寸等。

5.3浇注系统的设计

塑料注射模的浇注系统分为主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。通常浇口尺寸的设置要比型腔部分小得多，以便保压过程完成后，浇口能迅速冷却封闭，防止熔料倒流，也便于浇口凝料与塑件主体之间的分割[18]。

塑料注射模的浇口是浇注系统中的关键组成部分，它的位置与数量对制品的质量影响很大[19]。注塑模的浇口位置决定了聚合物的流动方向和流动的平衡性，产品质量可以通过浇口位置的优化得到显著提高。如果浇口位置不合理，常常会造成熔体充填不均匀，从而引起过保压、高剪切应力、明显的熔接线和较大的翘曲变形等一系列形状缺陷；如果浇口数目过多，熔体在型腔中的流动流程较短，虽然所需注射压力较低，

但会导致熔接线的数目增多，成为制品的质量缺陷；如果浇口数目过少，尽管可减少熔接线的数目，但由于流程较长，所需的注射压力较高，制品内残余应力也相应增高，引起塑料分子定向不均匀，导致浇口附近的残余应力大、强度差等问题，使浇口位置成为不能承受弯曲荷载和冲击力的部位[20]。因此，合理的选择浇口的位置和数量对复杂的塑料注射模的结构设计有着很重要的意义。

在注塑成型工艺及模具设计中，浇口位置是一个重要的设计变量，它与材料性能、塑件形状和尺寸、模具结构及注射工艺等因素有关。不合理的浇口位置将会导致制件产生缺料、通体破脆、熔接痕、缩孔、白斑、烧焦、翘曲等一系列质量缺陷，甚至直接产生废品，因此正确选择浇口位置是提高塑料制件质量的重要环节[21]。随着模具CAD 技术的发展，模具设计的质量和效率有了明显的提高，如模具标准件的选择、模拟分析等模块已在模具设计的实际应用中发挥了比较重要的作用。浇注系统是注塑模具结构设计中的一个重要组成部分，CAD技术也有很大程度的应用[22]。

5.4排气系统的设计

在注射模试模过程中 ,调整好注塑工艺参数后 ,制品还常会出现填充不足、内应力高、表面流线等现象 ,这主要原因是模具的排气有问题。在注射成形时 ,模具内产生的气体主要有以下几个来源:型腔和浇注系统中存在的空气；塑料原料中含有的水分在注射温度下蒸发而成的水蒸气；高温下塑料分解所产生的气体;塑料中某些添加剂挥发或热固性塑料成形过程中交联反应所生成的气体。要保证注射成形过程的顺利进

行 ,减少制品的成形缺陷 ,在考虑注射成形工艺的同时 ,必须重视模具排气系统的设计[23]。

注射模的排气方式一般是利用模具分型面或配合间隙自然排气，只有在特殊情况下采用开设排气槽进行排气。排气槽应开设在型腔最后充填的部位，而且最好开设在凹模一侧，以便所产生的飞边随塑件脱出[1]。

5.5注射模温度调节系统

塑件的质量与模具的温度有密切关系[24]，为减少塑件收缩率，降低塑件变形，提高塑件尺寸精度，要求模具的温度宜低；为提高塑件表面质量，避免塑件收缩产生凹

陷，模具温度也应低。但对于结晶型塑件，为使尺寸稳定，使结晶在模内充分达到平衡，又必须提高模温，否则塑件在存放及使用过程中，由于后结晶会造成尺寸和力学性能的变化。从塑件的耐应力开裂能力来看，结晶度愈高该能力愈低，因此也应降低模温。非结晶型塑料，却宜提高充模速度、采用高模温。因此，注射模设计中是否加冷却装置，亦应将塑料本身的性能、生产效率、塑件质量、冷却系统加工性能等综合考虑[25]。

注射模冷却系统设计的原则。设计冷却系统需要考虑模具的具体结构、塑件的尺寸和壁厚、镶块的位置、熔接痕的产生位置等。

a.塑件厚度均匀时，冷却通道至型腔表面的距离相等，亦即冷却通道的排列与型腔的形状相吻合，塑件壁厚处冷却通道应靠近型腔，问距要小以加强冷却。一般冷却通道与型腔表面的距离大于10mm，为冷却通道直径的1～2倍。

b.在模具结构允许的前提下，冷却通道的孔径尽量大，冷却回路的数量尽量多，以保证冷却均匀。

c.为防止漏水，镶块与镶块的拼接处不应设置冷却通道，并注意水道穿过型芯、型腔与模板接缝处时的密封以及水管与水嘴连接处的密封，同时水管接头部位设置在不影响操作的方向，通常在注射机的背面。

除了以上几点，冷却系统还应该注意浇口处应加强冷却；降低入水与出水的温度差，避免模具表面冷却不均匀；冷却通道要避免接近塑件熔接痕的产生位置，以免降低塑件的强度；冷却通道内不应有存水和产生回流的部位，应避免过大的压力降等[26]。

5.6脱模抽芯机构的设计

当塑件上具有与开模方向不一致的孔或侧壁有凹凸形状时，一般都必须将成型侧孔或侧凹的零件做成可以活动的结构，在塑件脱模之前，先将其抽出，然后才能够将整个塑件从模具中拖出[1]。直三通接头注射模一共有三个型芯，在进行完注射保压后，要从三个方向拖出型芯，这个过程是非常复杂的。由于采用三向侧抽芯机构，型芯之

间会发生动作干涉，应注意开合模侧抽芯动作的先后顺序。

6 结论

模具作为一种产品加工方法具有许多加工方法不具备的优越性，它是大批量生产最好的手段，因为是“一模一件”，所以用模具生产出的产品外形一样，性质也相同，所以它具有很好的互换性，现在应用十分广泛。直三通接头是管道分流必须要用到的，因此采用一种行之有效的方法进行制造是十分迫切的。现在管道都有相应的国家标准。接头也相当是一种标准件，应该具有很好的互换性，因此，利用模具对其进行加工是一种很好的手段。又因为三通接头形状较为复杂，因此，如何设计一套注射模具顺利进行三通的加工就是本课题的目的。上面提到了三通接头注射模设计面临的问题和困难，我们作为一名设计者，应该针对这些问题，对模具进行优化与设计。

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毕业设计（论文）开题报告

２．开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题发展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施

开题报告

一、课题的目的与意义

本课题是针对三通接头注射模的的研究。现在塑料产品因为它的许多优良的特性，

已被人们用于生产生活的各行各业。塑料能够采用多种方式进行成型加工，而利用注射

模对塑料进行注射成型是目前应用最广、效率最高的一种加工方法。三通接头是管道分

流和管道阀门设计必然要用到的。本课题的目的就是设计一套直三通接头注射模。

二、课题发展现状和发展趋势

1.国内模具发展现状

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。不过，虽然中国模具工业发展迅速，但与需求

相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在

模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较

大差距，因此，每年需要大量进口模具。

中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技

术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高

档模具发展，向进出口结构的改进，多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计

制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。

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、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。

2注射模的发展方向

与金属及合金相比，塑料具有很多实用特点及工艺优点，所以各种机械结构装置中的零件，都将“以塑代钢”的方针进一步加快代替，因此塑料模的比例将不断扩大，尤其是注射模，同时，由于机械零件形状的复杂程度和精度不断提高，对注射模的结构设计也越来越高。现将注射模的发展方向略述如下

（1）热塑性塑料热流道注射模(无流道注射模)。这个成型系统中，注射模的浇注系统始终处于熔融的热流道状态，这样塑件脱模后，浇注系统不需要脱模，并在下一成型周期时，与从注射机料简中来的新料一起，再注入型腔，而成型塑件。

（2）热固性塑料注压成型模。它是一种综合注射和压塑两种成型工艺优点的新型生产技术，如果同时在模具中采用冷流道，则又称之为冷流道注压成型，它可以同时兼有三种成型工艺的优点。

（3）气体辅助注射模。当型腔中注射了部分塑料以后，紧接着通过喷嘴、流道将压缩空气 (一般是氮气)注入熔体中形成气体夹心制件，即表层是连续结实的实体，而塑件的心部存在空气空间。这样产生高的强度重量比的塑件。

（4）多色注射模( 共注射模 ) 。它是使用具有两个或两个以上注射系统的注射机，将不同品种或不同颜色的塑料同时或先后注射进入一个或几个模具的成型方法。

（5）单色多模注射模。在一台注射机上安装有多副注射模和单一注射装置，通过各副模具的运动或注射装置的运动，依次对每副模具进行充填并成型。

（5）结构发泡注射模。它是把结构发泡塑料注射入模腔，在模腔中发泡膨大，形成表层致密，内部呈微孔泡沫结构的塑件。

（7）大型注射模。当所成型的塑件尺寸足够大时，这时就得采用大型注射模。由于塑件尺寸较大，所以塑件的成形收缩波动较大，塑件受注射工艺的影响较大，如果控制不严格的话，往往会造成塑件翘曲变形较大、尺寸不正确、厚度不匀、缺料等缺陷。

（8）熔芯注射模。对于一些形状复杂的三维弯曲管形塑件就无法用侧抽芯机构抽芯。

用这种方法制造的塑件，密封性较差及强度低，但这种管形件在汽车、管道及医疗机械中的使用量日益增多，因而在注射成型中引入了类似失蜡铸造的熔芯注射模。

（9）液态注射模。将塑料液态从储存容器中先泵人混合头的混合室进行混合，然后再注入模腔，并经模具加热而固化成型。

（10）装配注射模。装配注射成型技术是从原来在模具中放人金属嵌件成型塑件的基础上发展起来的。

（11）精密注射模。精密注射成型是成型尺寸和形状精度很高、表面粗糙度很低的塑件制品所采用的注射工艺方法。

（12）微细注射模。它是指注射成型微细塑件的一种注射工艺。此种工艺最主要的特征是所成型的塑件尺寸相当微小，故其尺寸精密、表面质量等要求都相当高。

三、课题主要内容和要求

1.对三通接头进行观察分析，对材料进行选择确定；

2.进行三通接头塑件成型工艺分析，确定成型方案；

3.选择注射设备，确定收缩率和分型面，进行具体模具尺寸计算；

4.基于CAD进行注塑模具的设计、抽芯机构、侧向分型机构的设计；设计顶出系统、浇道系统、冷却系统等；绘制模具所有零件图（标准件除外），要求试图准确，结构工艺性好，标注齐全。

5.制定具体零部件加工工艺。

6.三千字左右的本专业国内外的现状和发展趋势的综述报告一份；编写设计说明书一份（1.5万字左右）。

四、研究方法、步骤和措施

1.查阅资料，翻译英文资料

认真研究获得的有关注射模设计和与三通管有关的专著、学术期刊和学位论文，从中间获取当代注射模设计的前沿资料和先进技术，并且借鉴其模具设计方法，用于自己的设计当中；对于英文文献资料应该对其进行翻译，结合课题，对其进行利用。

2.熟练掌握设计所需的内容

复习以前所学设计有关的专业知识，并熟练的运用到设计中去。还要学习一些设计

中所用到的其它方面的知识，如：利用AutoCAD、CAXA电子图版进行二维图的绘制和利用SolidWorks、UG等软件进行实体造型以及硬质聚氯乙烯材料相关理化特性的了解等。

3.具体设计步骤

（1）使用AutoCAD或者CAXA电子图版绘制出直三通管的二维图，用UG等软件进行实体造型。

（2）对实体进行分析

（3）模具设计

A.拟定模具结构形式；

B.注塑机型号的确定；

C.浇注系统形式和浇口的设计；

D.成型零件的结构和计算；

E.模架的确定和标准件的选用；

F.合模导向机构的设计；

G.脱模推出机构的设计；

H.侧向抽芯机构的设计；

I.排气系统的设计；

J.温度调节系统的设计。

毕业设计（论文）开题报告

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年月日所在专业审查意见：

负责人：

年月日