毕业设计说明书污水尘泥四通井座的注塑模具设计.doc

shandong 毕业设计说明书 污水沉泥四通井座模具的设计 学 院： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2014 年 5 月 中文摘要 i 摘 要 塑料作为应用广泛的高分子合成材料，是现代社会经济发展的基础材料之 一，其用途已渗透到经济和生活的各个领域，与钢铁、木材、水泥成为材料领 域的四大支柱。模具是工艺生产的基础工艺装备，其生产技术水平的高低，成 为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一。 本课题的主要来源是山东文远建材科技股份有限公司的塑料管件项目 污水沉泥四通井座的模具设计。塑料井座具有重量轻、易清洁、耐腐蚀老化、 强度高、使用寿命长，制作方便、价格低廉等特点。本课题以四通井座为塑件 模型，应用 ug 软件进行注塑模具设计。通过塑料成型工艺方案的拟定与比较、 各种工艺参数的正确选择、注塑模具的结构设计及材料的选择，掌握一般机械 的设计原理、方法和过程，达到独立设计一般注塑模具的能力。 此次设计的主要成果是：（1）分析了塑料四通井座的结构及其成型工艺， 设计了相对应的凸凹模结构；（2）为塑件选择了符合要求的模架；（3）由于 塑件的结构需要，设计了侧抽芯机构；（4）对模具的各个非标准零件进行了结 构和尺寸设计，使其符合模具整体的要求。 四通井座由于具有四个侧向大尺寸的沉口，抽芯比较困难，基于公司的实 际情况，设计时采用液压缸滑块抽芯结构，使模具能满足较长的抽芯距离。 关键词：塑料四通、侧抽芯、分型面、模架、脱模 英文摘要 ii abstract composite materials is one of the basic materials of modern social and economic development as a widely used plastic polymer whose use has penetrated into all areas of the economy and life. it is one of the four pillars of the material field paralleled with steel , wood and cement. mold is the basis of production process technology and equipment , and its level of production technology has become an important indicator to measure the level of a country s manufacturing . the main source of this issue is the pipe projects of shandong wenyuan plastic co., ltd.- sewage sludges stones well seat mold design . well plastic seat with advantages of light weight, easy to clean , corrosion-resistant aging, high strength, long life , easy to make , inexpensive and so on. the topic uses stones tower well as plastic parts model and applicates software ug injection mold to design. through plastic forming process of formulation and comparison, correct selection of various process parameters, structure design of injection mold and choice of materials, master general mechanical design principles, methods and processes, achieve the ability to independently design the general plastic injection mold. the main results of this design is: (1) analyzed the plastic stone took over structure and forming technology, designed the corresponds to the convex die and au die structure; (2) selected the die frame for the plastic pieces that meet the requirements; (3) due to plastic pieces of structure needs, the side core-pulling mechanism was designed; (4)for all the non-standard parts has designed its structure and sizes, made it meet the requirements of the overall mold. due to the large size of deep mouth , the core pulling of stones who have four lateral wells seat is more difficult, i decide use the design of the hydraulic cylinder block core pulling structure based on the actual situation of the company , so that the mold can meet pulling longer distance . keywords: plastic stones, side core-pulling, the parting surface, mold holder, mold releasing 目录 v 目 录 摘 要 i abstract（英文摘要） .ii 目 录iii 第一章 引 言.- 1 - 1.1 课题的背景和意义 .- 1 - 1.1.1.课题来源- 1 - 1.1.2.目的意义- 1 - 1.1.3 塑料模具的发展概述- 1 - 1.2 关于注塑模具的国内外成果综述- 3 - 1.3 污水沉泥四通井座 塑料成型模具设计的方案论证.- 4 - 第二章 设计基本步骤- 6 - 2.1 注塑模具设计的前期工作.- 6 - 2.1.1.原始资料分析 - 6 - 2.1.2.前期准备- 6 - 2.2 注塑模具设计的一般步骤.- 6 - 2.2.1.确定模具结构方案 .- 6 - 2.2.2.模具设计的有关计算- 7 - 2.2.3.模具设计的有关校核- 7 - 2.2.4.绘制模具的结构草图- 8 - 2.2.5.绘制模具的总装图和非标准零件图- 8 - 2.2.6.编写设计说明书.- 9 - 2.2.7.设计审核- 9 - 第三章 模具结构形式的设计.- 10 - 3.1. 塑件的工艺性分析.- 10 - 3.1.1.原始资料分析 - 10 - 3.1.2 塑件的原材料分析 - 10 - 3.1.3 塑件的尺寸精度分析.- 11 - 3.1.4 塑件表面质量分析 - 13 - 3.1.5 塑料制件的结构工艺性设计- 13 - 目录 vi 3.2. 成型设备的选择和确定与模塑工艺规程的编制- 14 - 3.2.1 计算塑件的体积和重量 .- 14 - 3.2.2 确定成型工艺参数 - 14 - 3.3. 初步确定型腔数量及其排列方式.- 15 - 3.4. 注射机的选择- 15 - 3.4.1. 注射机的初步确定 .- 15 - 3.4.2. 注射机相关工艺参数的校核.- 15 - 3.5. 分型面的选择- 17 - 3.6. 浇注系统的形式和浇口的设计.- 19 - 3.6.1. 普通浇注系统的设计- 19 - 3.6.2. 浇口的设计 - 20 - 3.6.3.排气系统的设计.- 23 - 3.7.成型零部件的设计：.- 24 - 3.7.1.成型零部件的结构设计- 24 - 3.7.2.成型零部件的工作尺寸计算.- 28 - 3.7.3.型腔壁厚的计算： .- 31 - 3.8.注射模结构零部件的设计- 33 - 3.8.1.注射模的模架选择 .- 33 - 3.8.2.支承零部件设计.- 34 - 3.8.3.合模导向机构设计 .- 35 - 3.9.塑件脱模机构的设计.- 36 - 3.9.1.推出脱模机构的设计- 36 - 3.9.2.复位机构的设计.- 37 - 3.9.3.侧向分型与抽芯机构设计 - 37 - 3.10.冷却系统的设计- 38 - 3.10.1.冷却管道的设计原则- 38 - 3.10.2.冷却回路尺寸的计算- 39 - 3.11 模具的开合模动作过程.- 41 - 结 论.- 42 - 参考文献 .-43- 致谢及声明-44- 第一章 引言 - 1 - 第一章第一章 引引 言言 1.1 课题的背景和意义 1.1.1.课题来源 本课题来源于山东文远建材科技股份有限公司委托山东理工大学开发的 新产品项目。塑料检查井是用在建筑小区范围内埋地塑料排水管道外径不大 于1200mm、埋设深度不大于 8m，一般设在排水管道交汇处、转弯处、管径 或坡度改变处、跌水处以及直线管段上每隔一定距离处，是便于定期检查、 清洁和疏通并不下井操作的检查用的塑料一体注塑井状构筑物。文远检查井 采用一次性注塑成型工艺，因此在设计模具时，要根据公司的实际生产技术 装备选择相应的成型工艺方案。 1.1.2.目的意义 塑料污水沉泥四通井座的成型工艺及其注塑模具的研究与设计课题，使 学生认识到工艺装备在塑件加工过程中的重要性。首先要了解塑料成型理论 基础知识，各种常用塑料成型基本原理，从分析任务开始，经过塑料成型工 艺方案的拟定与比较、各种工艺参数的正确选择、注塑模具的结构设计及材 料的选择，最终完成整个模具的设计，同时能够分析各种塑料制件缺陷的原 因及其解决方法。通过该课题，使我能掌握一般机械的设计原理、方法和过 程，巩固所学专业知识，在专业方面受到较为系统全面的训练、扩展实际工 作知识面、提高工艺装备结构的设计能力、提高解决实际问题的能力以及对 各种文献资料、信息的综合使用能力，为适应以后的设计工作奠定良好的基 础。 1.1.3塑料模具的发展概述 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 亿元，而至 2011 年模具产业实现较高增长，增长 率在 18%以上， “十二五”期间，中国模具产值可能突破2500 亿，其中塑料模 具约 30%左右，在模具进出口中的比重高达50%-70%。在未来的模具市场 中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。 近年来，塑料制品的应用日渐广泛 , 从日常用品到电子、航天航空、 第一章 引言 - 2 - 生物、医疗等高科技产业方面都有极其广泛的应用，这些都 为塑料模具提 供了非常广阔的市场。中国塑料模具在高技术应用需求的推动下,形成了 一个巨大的产业链条 ,从原辅材料工业和加工 设备到机械、汽车、家电、 通信、建筑等几大应用产业 ,塑料模具 的发展一片生机。 在模具设计 制造方面， cad/cam/cae 技术的应用水平上了一个新台阶， 近年来我国 陆续引进了相当数量的 cad/cam 系统，如美国 eds 的 ug、 美国 parametric technology 公司的 pro/engineer、美国 cv 公司的 cads5、美国 ac-tech 公司的 c-mold 及澳大利亚 moldflow 公司的 mpa 塑 模分析软件等。这些系统和软件的 应用，推动了我国模具行业的 发展。 随着塑料工业的不断发展，对塑料模具 也提出了越来越高的要求，由 于近年来以塑 料代替金属的趋势， 使得塑料模具 获得较大发展， 虽然我国 模具发展非常迅速但也与发达国家存在较大的差距，其差距如表1-1 所示: 表 1-1.国内外模具加工精度对照表 项目国外国内 注塑模型腔精度0.0050.01mm0.020.05mm 型腔表面粗糙度ra0.010.05m ra0.20m 非淬火钢模具寿命1060 万次1030 万次 淬火钢模具寿命160300 万次50100 万次 热流道模具使用率80%以上总体不足 10% 标准化程度7080%小于 30% 中型塑料模生产周 期 一个月左右 24 个月 在模具行业中的占 有量 3040%2530% 目前，我国经济仍处于高速发展阶段，经济全球化发展趋势日趋明显， 这些都为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。一方面，国内模 具市场将继续高速发展，另一方面，模具 设计制造逐渐向我国转移 ，而且 将会有越来越多的 跨国集团到我国进行模具采购。 由此看来 ，国际、国内 的模具市场总体发展趋势前景 良好，中国模具 产业将在良好的市场环境下 第一章 引言 - 3 - 得到高速发展，我国一定 会逐步迈进模具制造强国的行列。“十二五”期 间，中国模具工业水平不仅在量 与质的方面有 所提高，而且 产业结构、开 发创新能力、企业的体制与机制以及技术进步的方面也会取得较大进展。 模具技行业集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测 和信息网络 技术等多门学科，是一个综合性的系统 性工程。模具的发展趋 势主要是模具 制品朝着更大型、更精密、更复杂 以及更经济的方向发展， 模具产品的技术含量 将会不断提高，模具 设计制造周期 将会不断缩短，模 具的工业生产将会朝着信息化、精细化、自动化的方向发展，模具企业 也将会朝 着技术集成化、产 品品牌化、设备精良化、经营国际化的方向 全面发展。 现就塑料成型技术的发展趋势简述如下： 1）在塑料模设计制造中 将全面推广应用 cad/cam/cae 技术。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 。 2）大力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 等先进的注射成型技术 。 3）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。以适 应塑料制件微型化、大型化、复杂化和高精度以及高生产率要求。 4）开发新的塑料成型工艺和快速经济模具，以适应多品种、小批量的 生产方式。 5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和 模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工 业的发展，为提高模具质量和和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大 力推广。 6）应用优质模具材料和先进的表面处理技术以提高模具寿命和质量。 7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪和 三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料膜cad/cam 的关键技术之一。研究和应 用多样的、可调整的、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。 1.2 关于注塑模具的国内外成果综述 随着塑料工业的高速发展，模具行业对于模具制造各方面的要求越来越 高，国内外众多的模具设计制造方面的专家、企业、研究机构纷纷投入大量 资金和精力进行模具方面的研究，在模具制造方面，涌现出了大量的理论著 第一章 引言 - 4 - 作及相关研究成果。在这里举两个例子： 美国爱达荷国家工程与环境试验中心采用快速凝固工艺即 rsp（rapid solidification process）技术实现了注塑模具的快速经济 化制造。该方法 是采用快速原型 制造技术制成的样件作为母板，通过喷涂 到母板的金属或合金熔滴 来沉积制造 出模具。使用该技术注塑模具的制造 更加迅速，也大大降低了生产成本。 西安交通大学机械工程学院成功采用 “电弧喷涂和电刷镀一体化模具 制造技术 ” 实现了轿车新车型开发中大型冲压模具 的快速制造，该技术 集成了快速原型、电弧喷涂和电刷镀等技术，采用电弧喷涂工艺在模具母模 表面快速沉积一层致密的低熔点金属薄壳，从而制作出模具的型腔；在填充 适当的背衬材料并脱模后，利用电刷镀技术在模具工作表面刷镀强化涂层， 进而完成模具的快速制造。该技术也可以用于注塑模具快速制造。 在模具制造方面，各个国家都在进行大量相关的研究，各国的研究者在 模具的快速制造方面下了非常大的功夫，我查阅了大量有关这方面的资料， 综合这些资料我认为在模具设计制造方面，不仅要突出模具的快速制造，在 模具的制造和塑料成型方面要更加注重设计制造精度，随着科学技术的进步 以及人们什么生活水平的提高，在当今和未来的社会生产中，人们将会越来 越多地需要高精度的产品，而高品质模具产品将会赢得人们的追求。在模具 尤其是在注塑模具方面，高精度模具的需求将会越来越大，做好高精度模具 的研究与开发是我国模具发展的必需，拥有了更多高精度模具生产技术，我 国将会在模具领域中占有更多的席位。 1.3 污水沉泥四通井座 塑料成型模具设计的方案论证 塑料注射模具是现在所有塑料模具中使用最广泛的模具，能够成型复 杂的高精度塑料制品 。 近年来，随着塑料工业的 高速发展以及塑料制品在强度和精度等方面 的提高，塑料的应用范围不断扩大， 在家用电器 、建筑器材 、汽车工业 、 日用产品等多个领域，塑料制品所占的比例 越来越大 。一个设计合理的塑 料件往往能代替多个传统金属件。工业产品和日用产品塑料化的趋势将会 不断上升 。 热塑性塑料品种繁多，即使同一品种也由于树脂分子及附加物配比不同， 其使用及工艺特性也有所不同。另外，为了改变原有品种的特性，常用共聚、 交联等各种方法在原有的树脂结构中导入一定百分比的其它单体或高分子等， 第一章 引言 - 5 - 以此来改变原有的树脂结构使其成为具有新的改进性和加工性的改性产品。 例如，abs 即为在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈、丁二烯等第二和第三单体 后成为改性共聚物，可称为改性聚苯乙烯，它具有比聚苯乙烯更优秀的综合 性能和工艺特性。由于热塑性塑料品种繁多、性能复杂，即使是同一类型的 塑料也有仅供注塑用和挤出用之分。今后我们在塑料模设计制造 方面将 全面推广应用 cad/cam/cae 技术。塑料制件及模具的 三维立体 设计与成型 过程的三维分析将在我国塑料模具 生产行业中发挥越来越重要的作用 。在 今后的生产中我们将大力 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。 塑料制品因其具有耐腐蚀、质优价廉、密封性好等优点，被广泛应用与 社会各个领域。塑料污水沉泥四通井座在如今的管道检查领域中被广泛采用。 它以质量轻、耐腐蚀、安装方便等优点逐步取代了铸铁产品。我国的建筑行 业正在突飞猛进，因此塑料污水沉泥四通井座将有很好的发展前景。 第二章 设计计划 - 6 - 第二章第二章 设计设计基本步骤基本步骤 2.1 注塑模具设计的前期工作 2.1.1.原始资料分析 1.明确塑件的设计要求 2.明确塑件的生产批量 3.估算塑件的体积和重量 4.分析塑件的成型工艺参数 5.了解公司的现场生产条件 2.1.2.前期准备 1.塑件的原材料分析。 2.塑件的尺寸和精度分析。 3.塑件表面质量分析。 4.塑件的结构设计工艺性分析。 2.2 注塑模具设计的一般步骤 2.2.1.确定模具结构方案 1.确定型腔的数目。 确定型腔的数目的方法有很多种，如根据锁模力、 最大注射量、根据制品的精度要求、根据经济性等等，在设计时应根据实际 情况决定采用哪一种方法； 2.型腔的配置。 这是模具结构总体方案的规划和确定。因为一旦型腔 布置完毕，浇注系统的走向和类型便已确定。冷却系统和脱模机构在配置型 腔时也必须给予充分的注意。若冷却通道不止与推杆孔、螺孔发生冲突时要 在型腔配置中进行协调。当型腔、浇注系统、冷却系统、脱模机构的初步位 置决定后，模板的外型尺寸基本上便已确定。在此基础上可以选择合适的标 准模架。 3.法定分型面。 虽然在制品设计阶段分型面已经考虑或者选定，在模 具设计阶段仍应再次校核。从模具结构及成型工艺的角度判断分型面的选择 是否最为合适； 4.确定浇注系统和排气系统。浇注系统设计是模具设计中最重要的问题 第二章 设计计划 - 7 - 之一。浇注系统的合理性对制品质量和生产效率有着决定性的影响。由于在 一般的注射模中注射成型的气体可以通过分型面和推杆处的空隙排出，因此， 注射模的排气问题往往被忽视。对于大型和高速成型的注射模，排气问题必 须引起足够的重视。 5.确定推出方式。 在确定脱模方式时首先要确定制品和流道凝料滞留 在模具的哪一侧，必要时要设计强迫制品滞留的结构（如拉料杆等） ，然 后再决定是采用推杆结构还是推件结构。 6.冷却系统与脱模机构的设计。 冷却系统与脱模机构的同步设计有助 于两者的很好协调，并体现出对冷却系统重要性的认识。 7.确定凹模和型芯的结构和固定方式。 当采用镶块式凹模或型心时， 应合理的划分镶块并同时考虑到这些镶块及镶块固定板的强度、刚度、可加 工性、紧固性及可更换性。 2.2.2.模具设计的有关计算 1.型芯和型腔工作尺寸的计算 2.侧壁厚度与底板厚度的计算 3.斜导柱等侧抽芯机构的有关计算 4.温度调节系统有关计算 2.2.3.模具设计的有关校核 1.校核模具与注射机有关尺寸。 因为每套模具只能安装在与其相适应 的注射机上使用。因此，必须对模具上与注射机有关的尺寸进行校核，以保 证模具在该注射机上正常工作。 2.最大注射压力的校核。最大注射压力是指注射机料筒内柱塞或螺杆对 熔融塑料所施加的单位面积上的压力，用于克服塑料流经喷嘴、浇道和型腔 时的流动阻力。成型塑料制件所需的注射压力是由塑料品种、住宿喷嘴的结 构形式、塑料制件形状的复杂程度、塑料制件的壁厚、精度、塑化方式、塑 化温度、模具温度及浇注系统的压力损失等因素决定的，其值一般在70- 150mpa 范围内。注射剂的注射压力必须大于成型塑料制件所需的注射压力。 3.注射机安装模具部分的尺寸校核。每种规格的注射机可安装的模具的 长度， 、宽度和厚度、固定模板与移动模板上安装螺孔的尺寸与拉杆间距、 喷嘴的孔径与球头半径等均作了规定，模具设计时应就有关尺寸进行校核。 4.开模行程的校核。模具开模后为了便于取出塑料制件，要求有足够的 第二章 设计计划 - 8 - 开模距离，而注射机的开模行程是有限制的，因此模具设计时必须进行注射 机开模行程的校核。 5.顶出机构的校核。模具设计时需要根据注射机顶出装置的形式、顶杆 的直径、配置和顶出距离，校核其与模具的推出装置是否相适应。 6.校核模具有关零件的刚度与强度。 因为注射模是承受很高型腔压 力的耐压容器，对成型零件及主要受力的零件都应进行刚度与强度的校核。 2.2.4.绘制模具的结构草图 模具结构方案和有关尺寸确定后绘制模具结构草图 绘制模具结构草图的目的及意义： （1）逐步完善和确定各零件的结构和尺寸 （2）尽量选用标准组合结构和标准件 （3）草图结束要对初选设备做全面校核 （4）有必要时局部修改原始设计方案和参数 结构草图完成后，应与工艺、产品设计及模具制造及使用人员共同研究 讨论直至互相认可。 2.2.5.绘制模具的总装图和非标准零件图 1.绘制模具的总装配图。 装配图应尽量按照国家制图标准绘制。装配 图中要清楚地表明各个零件的装配关系，以便于工人装配。当凹模与型心镶 块较多时，为了便于测绘各个镶块零件，还有必要先绘制动模和定模部件装 配图。在部件装配图的基础上再绘制总装图。装配图上应包括必要的尺寸 （例如活动零件移动的起止点）。装配图上还应标注技术要求。主要技术要 求内容是： （1）对模具某些结构的性能要求，如对脱模机构、抽芯机构的装配要 求； （2）对模具装配工艺的要求； （3）模具的使用说明； （4）防氧化处理、模具编号、刻字、油封及保管等要求； （5）有关试模及检验方面的要求。 2. 绘制模具的零件图。 由模具装配图或部件装配图拆绘零件图的顺 序为：先内后外，先复杂后简单，先成形零件后结构零件。 第二章 设计计划 - 9 - 2.2.6.编写设计说明书 设计说明书中除了编入设计任务书、注射成型工艺卡外，还应有以下校 核和设计计算的内容： （1）模具与注射机有关参数的校核； （2）型腔数目的计算依据； （3）浇注系统、冷却系统的设计计算； （4）成型零件的尺寸与公差计算； （5）凹模壁厚和垫板厚度、刚度与强度校核，型心的偏移和变形的计 算； （6）开模力与脱模力计算、推杆数目与直径的计算； （7）侧向抽拔力及斜销强度计算，抽拔距的校核及斜销长度计算； （8）调温系统的热平衡和传热面积计算。冷却通道的直径、长度和数 量，以及冷却水参量的计算； （9）弹簧的强度与刚度计算。 2.2.7.设计审核 审核工作可由技术主管或项目小组承担并作审核记录。审核内容一般应 包括： （1）模具质量与寿命、制品质量是否符合用户要求，注射机选用是否 正确； （2）模具基本结构是否合理，各个系统和机构能否正常可靠工作; （3）装配图和零件图是否表达清楚、尺寸及精度标注是否准确无误， 技术要求是否合理，有无遗漏。模具零件加工工艺是否合理，模具装配是否 方便，有无调整余地和更换易损件的可能，是否适合指定的模具生产车间的 加工条件。 第三章 模具结构设计结果与讨论 - 10 - 第三章第三章 模具结构形式的设计模具结构形式的设计 3.1. 塑件的工艺性分析 3.1.1.原始资料分析 文远塑料检查井结构设计分析： 1)文远塑料检查井采用一次性注塑成型工艺，pe 材料，抗低温，韧性 好、内壁光滑，无剪切，井座中设计清晰的导流槽，使其有效防止水流对冲， 避免水头损失，从而大大减少污物滞留，便于清通与维护。 2）检查井井筒承口采用加强筋支撑，井筒承口内壁加强筋360环 形台阶分布，支管承口网状加强筋分布，使井座受到的垂直压力均匀分布， 来自地表压力，通过加强筋直接传输到基础，10 吨压力相当于只受力 2 吨，大大减少了井座的破坏力，增加整体安全性，确保井体不变形。 3）文远塑料检查井扩口式柔性承接，使其管道与井座周围的粘土共同 运动，很好的解决了传统检查井与塑料管道连接所产生的不均匀沉降问题， 有效防止地面塌陷。 2.塑件的生产批量约为 100 万件。 3.塑件的体积为 5346205.966265146 mm3。 塑件的质量为 5.078895668 kg。 3.1.2 塑件的原材料分析 表 3-1.材料的相关特性 塑料品种结构特点使用温度化学稳定性性能特点成型特点 第三章 模具结构设计结果与讨论 - 11 - 高密度 聚乙烯 (hdpe) 密度大于 0.94g/cm, 质量较轻， 无毒无味。 结晶度较高 （80%-90%） 。 使用温 度在 110 以下。 较好的化学 稳定性，常 温下不溶于 任何一种已 知溶剂，耐 稀硫酸、稀 硝酸和任何 浓度的其他 酸以及各种 浓度的碱、 盐溶液，但 当温度高于 90时，硫 酸和硝酸才 能迅速将其 破坏。 有一定的 力学性能， 但和其它 塑料相比， 力学强度 低，表面 硬度差， 电绝缘性 优异，较 高的耐水 性，透水 性能较差 但透气性 能较好， 在热、光、 氧气的作 用下易产 生老化和 变脆，耐 低温性能 较好。 具有良好的 成型加工性， 收缩率在 1.5%-3.5% 范围内。制 品表面光洁 度高，且具 有良好的涂 装性和染色 性。 结论 适用于制作塑料管、塑料绳、塑料板、中空塑件以及承载不 高的零件，如齿轮，轴承等。 熔化温度：132-135；建议温度：135。 易产生应力集中，严格控制成型条件，塑件成型后退火处理， 消除内应力，塑件不宜厚，避免有尖角、缺口和金属嵌件造成应 力集中，脱模斜度宜取 2。 3.1.3 塑件的尺寸精度分析 塑件的尺寸精度是指生产的塑件的尺寸和产品要求的尺寸的一致符合程度， 第三章 模具结构设计结果与讨论 - 12 - 即所获得塑件尺寸的准确度。基于模具成型的塑件在制造过程中会不可避免的 产生尺寸误差，其原因主要有： 1.材料方面 （1）所选择的模具材料的不均匀性。 （2）塑料收缩率的变化和尺寸偏差。 （3）塑件注塑成型后的时效波动。 2.成型工艺方面 （1）操作工艺过程中条件发生变化。 （2）材料成型设备的尺寸控制精度误差。 3.模具状态方面 （1）模具在制造时的尺寸公差。 （2）模具在使用过程中产生的磨损。 （3）模具可动零件间位置的配合误差。 （4）模具工作过程中的温度波动。 （5）模具在注塑成型压力作用下发生的弹性变形。 综上所述，影响塑件尺寸精度的因素，该设计零件为大尺寸塑件，收缩率 波动是影响塑件尺寸精度的主要因素。 该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，其主要尺寸标注如 图 3-1 所示（单位均为 mm）： 内径为 335mm 的承口，在直型管的中部有四个内径为 315mm 的垂直支口。 该塑件需要四向侧抽芯。 第三章 模具结构设计结果与讨论 - 13 - 图 3-1 塑件外形图 3.1.4 塑件表面质量分析 塑件的表面质量包括表面粗糙度、光亮程度和表观质量等。 1.该塑件材料为高密度聚乙烯（hdpe）,塑料制件的外观要求越高，表面 粗糙度值要越低。这除了在成型工艺上尽可能避免冷疤、云纹等缺陷来保证外， 主要取决于模具型腔的表面粗糙度。一般模具的表面粗糙度要比塑料制件的要 求低 1-2 级，粗糙度可取 ra0.8m。 2.该制件表面要求光滑，不允许有飞边、凹痕等缺陷，要求外形美观，色 泽鲜艳。 3.光滑度为8。 3.1.5 塑料制件的结构工艺性设计 （1）从图纸上分析，该塑件的外形为回转管型结构，壁厚均匀，且符合 最小壁厚要求。 （2）塑件有四个尺度较大的深腔，塑件不易取出。因此需要考虑侧抽装 置。 （3）对塑件进行结构工艺优化，如图 3-2 所示，由于塑件冷却后产生收 缩，会紧紧包在凸模型芯上，为了便于脱模，防止塑料制件表面在脱模时划伤， 擦毛等，设计时塑料制件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度。 （4）加强筋，主要是在不增加壁厚的情况下，加强塑料之间的强度和刚 度，避免塑料之间发生翘曲。 第三章 模具结构设计结果与讨论 - 14 - 图 3-2 优化后的塑件外形图 结论：综上分析，该塑件可采用注射成型来加工。 3.2. 成型设备的选择和确定与模塑工艺规程的编制 3.2.1 计算塑件的体积和重量 （1）计算塑件的体积 利用 ug 的计算功能，测量得塑件的体积 v = 5346206 mm。 (1) （2）计算塑件的质量 计算塑件的质量是便于选择注射机和确定模具的型腔数。查找相关塑件手 册，得塑件密度为 =0.93g/cm, 所以，塑件的质量为: w = v = 0.93121 = 5.08 kg （2） 考虑到四通零件的外形尺寸及注射时所需的压力情况，参考工厂的生产实 际情况，查询模具设计手册初步选定使用螺杆式注射机。 3.2.2 确定成型工艺参数 塑件注塑成型工艺参数的确定： 查表得出工艺参数见表 3-2，试模时可根据加工的实际情况作适当调整。 表 3-2. hdpe 的工艺参数表 温度 t/c：8085注射时间 25 高密 预热和干燥 时间 /h：23 成型时间 /s 保压时间 1560 第三章 模具结构设计结果与讨论 - 15 - 后段 140160 冷却时间 1560 中段 180200 总周期 40140 料筒温度 t/c 前段 180190 螺杆转速 n/(rmin-1) 3060 喷嘴温度 t/c 150180 方法红外线灯 鼓风烘箱 模具温度 t/c 3060 温度 t/c 70 度聚 乙烯 （hd pe） 注射压 p/mpa 70100 后处理 时间 r/h 24 注射机类型螺杆式 喷嘴形式直通式 保压压力 /mpa 4050 3.3. 初步确定型腔数量及其排列方式 根据生产现状， ，该公司的生产材料均为高密度聚乙烯（hdpe） ，初步计算 塑件的质量为 5.08 千克左右。该塑件属大型塑件，由于塑件的结构比较复杂， 并且根据文远工厂的现有设备和生产批量，所设计的模具采用单型腔模具，即 一模一腔生产。 3.4. 注射机的选择 3.4.1. 注射机的初步确定 根据所设计的塑件的质量和工厂现有的设备情况，初步选择注塑机型号和 规格：sz-1500/13500。 其相关性能如表 3-3 所示： 螺杆直径 120 最大理论注射量 6165 3 注射压力 195.6mpa 锁模力 15000kn 脱模行程 1520mm 最小模具厚度 650 最大模具厚度 1400 喷嘴孔径 4 喷嘴圆弧直径 sr 15 拉杆空间距离 415 415 第三章 模具结构设计结果与讨论 - 16 - 表 3-3.注塑机的参数 3.4.2. 注射机相关工艺参数的校核 1. 注射压力的校核 塑料成型所需要的注射压力 p 是由塑料品种及其流动性、壁厚、注射剂类 型，喷嘴形式、塑件形状以及浇注系统的压力损失等因素决定的。所选注射机 的公称压力为，通常要求：p。查塑料模具设计手册得高密度聚乙 n p n p 烯（hdpe）的成型时所需的注射压力为 80-140mpa。 因为所选注塑机为螺杆式 注塑机，其注射压力传递性好，因此注射压力可取小一些。高密度聚乙烯的注 射压力为 80-140mpa 小于注塑机的注射压力 195.6 mpa。 因此，所选的注塑机能满足该塑件所需的注射压力。 2. 锁模力的校核 锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力。 注射时塑料 熔体进入型腔内仍然存在较大的胀型力，它会使模具从分型面涨开。为了平衡 压力以锁紧模具保证塑件质量，注射机必须提供足够锁模力。为此，注射机的 额定锁模力必须大于模具的胀型力，否则容易产生锁模不紧而发生溢料的现象。 即 =a= nf cpcpfpana 锁 f 式中： 单个塑件在模具分型面上的投影面积， pa 2 mm 浇注系统在模具分型面上的投影面积， j a2 mm -模具型腔内塑料熔体平均压力，mpa cp 注射机的额定锁模力 锁 f -型腔的胀型力，n. nf 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积： a=n+=50154+12040+4040=8650 pafa 6 10 2 m 安全系数：k=1.1 则所需锁模力： 定位孔直径 160 注射行程 599mm 顶出力 283kn 顶出杆根数 25 顶出行程 350mm 料斗容积 200l 第三章 模具结构设计结果与讨论 - 17 - f1.1865016080%1218kn=15000kn 6 10 6 10锁 f 因此，所选注塑机能满足塑件成型时所需的锁模力要求。 3. 开模行程的校核及推出装置的确定 注射机的最大开模距离必须大于塑件的脱模距离，否则塑件无法从模具中 取出。 由于该套模具选择的是单分型面，则校核合格条件为 sh1h2+（510）mm （5） 式中：s注射机最大开模行程，mm； h1塑件推出距离（脱模距离） ，mm； h2包括浇注系统在内的塑件高度，mm。 计算得：1520mm（500+250+10）mm=795mm 因此，所选模具的开模行程校核合格。 根据塑件的形状特征，确定推出装置：该推出装置选用中心推杆加型芯部 分推块推出，既保证有足够的推出力，又不易破坏具有薄壁特征的塑件。 4. 最大注射量的校核 最大注射量是指注射机对空注射的条件下，注射螺杆作一次最大注射行程 时，注射装置所能达到的最大注射量。 因此，需满足条件为： jn nmmkm 式中，型腔数量； n 单个塑件的体积或质量，或 g； m 3 cm 浇注系统凝料，或 g； j m 3 cm 注射机最大注射量，或 g； n m 3 cm k 注射机最大注射量利用系数，取 0.8。 计算得：6165（15080+46.5）=5126.5 3 cm 3 cm 3 cm 因此：所选注塑机的最大注射量校核合格。 5. 模具厚度校核 因为模具的总高度必须位于注射机可安装模具的最大模厚与最小模厚之间， 即：。 minmax 式中， 注射机允许的最小模厚，mm； min 注射机允许的最大模厚，mm； max h所设计模具的总高度，mm； 因为：h=1370mm 满足=650mmh=1400mm min max 第三章 模具结构设计结果与讨论 - 18 - 因此，设计的模具厚度校核合格。 3.5. 分型面的选择 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 推出方法、模具的制造、排气工艺等多种因素的影响。因此在选择分型面是应 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： （1）分型面应选在塑件最大截面处。当已经初步确定塑件的分型方向后， 分型面应选在塑件的最大截面处，即分型面应设在塑件脱模方向最大的投影边 缘部分，否则塑件无法从型腔中脱出。 （2）尽量将塑件留在动模一侧，这样有助于动模内设置的推出机构动作， 否则在定模内设置推出机构往往会增加模具整体的复杂性。 （3）有利于保证塑件的尺寸精度，与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度 要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽可能设置在 同一半模具型腔内。 （4）有利于保证塑件的表面质量，应避免对塑件的质量产生不利的影响， 同时需要考虑分型面处所产生的飞边是否容易清除。 （5）有利于模具的加工，尽量选择平直分型面或者易于加工的分型面。 （6）考虑满足塑件的使用要求； （7）为了可靠的锁模以避免胀模溢料现象的发生，尽量减少塑件在合模平 面上的投影面积； （8）长型芯应置于开模方向； （9）有利于排气，分型面应尽量与型腔充填时塑料熔体的料流末端所在的 型腔内壁表面重合，提高排气效果。 （10）有利于简化模具结构； （11）满足侧向抽芯的要求。分型面选则应尽量避免形成侧孔侧凹，当塑 件须侧向抽芯时，为保证侧向型芯的放置容易及抽芯机构的动作顺利，选定分 型面时，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，尽量把侧向抽芯机 构放置在动模一侧。 为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面或易于加工的分型面.一般 分型面是与注塑机开模方向相垂直的平面。该塑件的设计是采用滑块侧抽芯机 构，所以可以将分型面选择为四通部分的轴线所在面上，通过侧抽芯将塑件取 第三章 模具结构设计结果与讨论 - 19 - 出。分型面选择如图 3-3 所示： 图 3-3 分型面 3.6. 浇注系统的形式和浇口的设计 3.6.1. 普通浇注系统的设计 浇注系统是承载塑料熔体的通道，是将从注射机喷嘴射出的熔融塑料输送 到模具型腔内的通道。浇注系统包括主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组 成。 浇注系统的设计原则： 1、考虑塑料的流动性，保证流体流动顺利、快、不紊乱； 2、避免熔体正面冲击小直径型芯和脆弱的金属嵌件； 3、一模多腔时，防止大小相差悬殊的制件放在一模内； 4、进料口的位置和形状要结合塑料的形状和技术要求确定； 5、流道的进程要短，以减少成型周期及减少废料； a.主流道设计: 主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注射机喷嘴注出的塑料熔 体导入分流道和型腔，是熔体最先流经模具的部分，其形状为圆锥形，其尺寸 直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间。主流道的设计呈圆锥形，这样设 计便于充模时既能顺利通过又能在脱模时拔出。 主流道一般由浇口套构成，如图 3-4 所示。 主流道小端直径 ： （7） 10 dd喷嘴孔径+(0. 51)m m 第三章 模具结构设计结果与讨论 - 20 - 图 3-4 浇口套设计图 喷嘴窝球面半径 sr喷嘴球面半径 (12)mm,由于注塑机喷嘴球面 半径是 18mm，这里 sr 取 19mm；圆锥角 =26，这里取 3；流道 的表面粗糙度 ra0.63m；喷嘴窝深度 h=35mm ，这里取 4mm；流道大 端直径 。 mm31 2 tan212 ldd 定位圈的外径尺寸与注射机的定位孔直径相匹配，由 m6m8 的螺钉固定在 定模座板上。在材料选择方面，这里采用 45 钢，淬火热处理硬度为 200- 240hbs。 b、分流道的设计 分流道是主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道，其作用为改 变熔体流向，使其平稳均衡地分配到各个型腔。分流道可分为一次分流道、二 次分流道甚至更多，本设计采用直浇口浇注，一模一腔，故不需设计分流道， 只做以上简单概述。 c、冷料穴的设计 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用是容纳浇注系统流道中料流 的前锋冷料，避免这些冷料注入型腔，造成成型不佳，同时冷料穴还起冷料和 拉料作用。冷料穴直径应大于主流道大端直径，深度约为直径的 11.5 倍，需 要冷料的体积必须小于冷料穴的体积。 根据生产实际，由于塑件底部为加强筋，且单个生产，该设计零部件不需 要设计冷料穴，这里只做简单赘述。 第三章 模具结构设计结果与讨论 - 21 - 3.6.2. 浇口的设计 a.浇口的特点及形式 浇口又称为进料口，与型腔直接相连，把塑料熔体引入型腔。浇口断面形 状有圆形、矩形和又宽又薄的狭缝形。浇口是浇注系统的关键部位，浇口的形 状和尺寸对塑件的质量影响很大，浇口通常是整个流道中截面尺寸最小的部分， 浇口的选择直接关系到塑件能否被完整高质量地注射成型。常用的浇口形式如 表 3-4 所示： 表 3-4.常见的浇口形式 类型特点 直接浇口 塑料熔体由主流道的大端直接进入型腔，具有流动阻力小、流动路 程短、补缩时间长及排气通畅等特点。但浇口截面大，去除较困难， 会产生较大的浇口痕迹，影响美观。 潜伏浇口 它从分流道处直接以隧道式浇口进入型腔，浇口位置在塑件内表面， 不影响其外观质量。但采用这种浇口形式会增加模具结构复杂程度。 侧浇口 一般开设在分型面上，熔体从内侧或外侧充填型腔，浇口截面小， 去除浇口较容易，且不留明显接痕。但其注射压力损失较大，对深型 腔塑件排气不利。 轮辐式浇口 它是中心浇口的一种变异形式，采用几股料进入型腔，缩短流程， 去除浇口时较为方便，但会产生熔接痕迹。模具结构较潜伏