内螺纹管接头注塑模具设计-模具毕业论文

内螺纹管接头注塑模具设计 1 中英文摘要 摘要： 本模具是一个内螺纹管接头的注塑模具。设计内容包括介绍注塑成型技术的发展过程及零件注塑模具的设计。塑料注塑模的设计计算包括模具结构设计、注塑机的选用、浇注系统的设计等方面。 关键词： 塑料、注塑模、注塑机 Abstract： This is an injection mould that product the inner tracheal adapter. The design contents includes to introduce the development process of the injection mould technique and the design of the injection moulds. The design calculation of the plastic mould includes the structure design of the mould , the selecting of plastic injection mould machine ,and the pour system design, and so on. Key words : Plastic , injection mould , plastic injection mould machine 目 录 摘要 . I 第一章绪论 . 1 1.1 注塑成型技术的发展 . 1 1.1.1 注塑成型技术发展概况 . 1 1.1.2 注塑成型设备的近况 . 3 1.2 注塑机及其工作过程简介 . 7 1.2.1 注塑机的各部功能 . 7 1.2.2 塑料成型的基本过程 . 10 第 2 章 塑料零件注射成型模具的设计 . 11 2.1 零件分析及材料性能 . 11 2.1.1 零件分析 . 11 2.1.2 材料性能 . 11 2.1.3 分析计算 . 12 2.2 塑料注射成型模具的设计 . 13 2.2.1 注射机类型的选择 . 13 2.2.2 注射机有关工艺参数的校核 . 13 2.2.3 材料性能 . 11 2.3 浇注系统的设计 . 15 内螺纹管接头注塑模具设计 2 2.3.1 浇口形式 : 采用直接浇口式 . 15 2.3.2 浇口尺寸的计算 . 15 2.4 成型零部件的设计 . 16 2.4.1 型腔分型面的设计 . 16 2.4.2 成型零件的设计 . 17 2.5 塑件脱模结构的设计 . 21 2.5.1 推杆结构设计 . 21 2.5.2 推管结构设计 . 23 2.6 导向结构设计 . 23 2.7 抽芯结构设计 . 24 2.7.1 概述 . 24 2.7.2 抽芯结构设计 . 24 2.8 冷却系统的设计 . 25 2.8.1 影响冷却通道设计的因素 . 25 2.8.2 冷却系统设计的基本原则 . 25 2.8.3 冷却系统的形式 . 26 2.8.4 冷却装置设计 . 26 第 3 章 CAD/CAM 部分 . 27 参考文献 . 28 设计心得体会 . 29 内螺纹管接头注塑模具设计 3 第一章 绪 论 第一节 注塑成型技术的发展 内螺纹管接头注塑模具设计 4 一、 注塑成型技术发展概况 注塑成型是一种注射兼模塑的成型方法，又称注射成型 。通用注塑方法是将聚合物组分的粒料或粉料放入注塑机的料筒内，经过加热、压缩、剪切、混合和输送作用，使物料进行均化和熔融。这一过程又称塑化。然后再借助于柱塞或螺杆向熔化好的聚合物熔体施加压力，则高温熔体便通过料筒前面的喷嘴和模具的浇道系统射入预先闭合好的低温模腔中，再经冷却定型就可开启模具，顶出制品，得到具有一定几何形状和精度的塑料制品。 上述这种通用注塑方法，是塑料成型加工最普遍也是最早的成型方法。早在工业革命末期，塑料、橡胶才开始面世，而最初发明的成型方法就是注塑成型法。 1862 年英国亚历山大 柏士（ Alexander Par Kes）展出了用注塑成型制成的塑料梳子、伞柄和其他制品。当时希望使用在电器工业上，需要能够代替天然石蜡、树脂、角质、虫胶和天然橡胶作为电绝缘体的新材料。“柏士”塑料的主要成分是硝酸纤维素再加上少量其它物质，可使它具有塑性和其它物理机械等性质。 1869 年英国一位印刷员海特（ Hytt）改良了“柏士”塑料，制成了赛璐铬，但仍以硝酸纤维素（ CN）为主， 1879 年他把赛璐铬注入一模出六个制品的模具中，这个模子已有主流道、分流道和浇口。实际上，在注塑成型之前，已经有了橡胶挤出机和金属压铸机。 如在 1845 1850 年修筑英法的第一条海底电缆时，就是利用挤出机在外层包上橡胶生产出来的。直至 20年以后才有热塑性聚合物面世。 1979 年 Gray 在英国发明了第一部螺旋挤出机。差不多在同一时期，有人设计出更多的机型。在聚合物材料和注塑成型方法的发展中，聚合物材料和机器有着十分密切的联系，两者是相辅相成的。 由于赛璐铬可燃性强，不适宜注塑，直到 1919 年 Eichengrun 推出醋酸纤维素（ CA）后，注塑技术才得到了进一步的发展。 1920 年注塑已发展成为工业化的加工方法，可以使热塑性材料聚合物生产出复杂的制 品。 1926 年在市场上已出售注射量为 56.7g（ 20Z）用压缩空气推动的活塞式注塑机； 1930 年在德国和美国已有电力驱动的注塑机；内螺纹管接头注塑模具设计 5 英国 FR Ncisshaw LTD 还发明了压缩空气油压注塑机。 料筒是注塑机的心脏， Hans Gastrovl 在 1932 年发明了有分流梭的料筒，增大了聚合物材料的加热面积，克服了塑料导热性差、受力不均匀等缺点。但是分流梭却占去了料筒内的一部分容积，增加了阻力，是熔体注入模腔困难。 1930 年美国赛璐铬公司开发了螺杆熔料器式注射法。 1940 年德国 BASF公司又发明了螺杆直射注塑法， 但是当时仍受到聚合物品的限制而没有很大的发展，直到第二次世界大战后，工程用的聚合无品种增加并相继投入工业化生产，才使注塑成型得到迅速的发展。 70 年代以来是整个塑料工业发展的重要历史时期，从民用塑料开发转向工程塑料是这个时期的主要特征之一。推动这种转变的重要因素是世界能源危机和金属材料价格的上涨。因而迫使人们大力发展过程塑料，实现“以塑代钢”、“以塑代木”、以石料代替其它非金属工业材料的愿望。在此期间除了对原有过程塑料进行共混改性外，还创造了许多新型高分子材料。这些新型高分子材料的诞生对注塑技术提出了更高的 要求。 现在世界工程塑料的销售量正以 10%的速度增长。在工程塑料中由 30%采用注塑成型，其产品虽然只占全部注塑制品产量的 20%，但总产量却占40%。如 ABS 经共混改性后，如今已有 40 多个品种，其中绝大部分用于注塑成型，聚苯乙烯（ PS）、聚碳酸酯（ PC）、聚酯等类经过共混改性后可注塑成各种“塑料合金”制品，作各种结构零件，广泛地应用在汽车、机械、航空、宇航、建筑等行业中。由热弹性体 TPR、 TRE 和“亚加力”共混后，再加入不同的增塑剂，可注塑成各种电子工业零件；用玻璃纤维增强的聚对苯二甲酸乙二醇酯（ PETP）、 聚对二甲酸丁二醇酯（ PBTP）热塑性聚酯塑料可注塑成型各种轴套、齿轮、滚轮等机械零件，使其热变形温度可达 224C，弯曲强度达 176.5MPa（ 1800kgf/cm2） 。俗称“赛钢”、“夺钢”的缩醛塑料是一种由聚甲醛衍生出来的甲醛环状三聚物；再加上 25%玻璃纤维的增强填料，采用注塑法可加工出尺寸精度为 0.1%的齿轮，以及弹簧、轴承和滚筒等精密零件。 用注塑成型方法还能成功地生产出一些复合型材料的制品，如复合型导内螺纹管接头注塑模具设计 6 电塑料产品，是以不同树脂为基础，添加碳黑、金属氧化物、金属薄片、导电有机化合物或无机化合物，具有防 静电、消静电和电磁波屏蔽等性能的塑料构成的，其注塑制品可广泛应用与电子工业部门，做各种电器元件。用注塑法还可生产热塑料磁铁；这是由稀土类磁粉与聚酰胺等树脂经过混炼后在磁场中注塑的制品，磁粉最高充填密度可达 95%。用注塑方法生产的塑料品种十分广泛，除了大多数热塑性树脂，如聚乙烯（ PE）、聚丙烯（ PP）、聚苯乙烯（ PS）、 ABS、聚酰胺（ PA）、有机玻璃（ PMMA）等通用塑料和工程塑料外，还有它们的共混料，都可用注塑法生产出具有不同力学、物理、耐磨、耐腐蚀等性能的结构零件。 近年来高分子材料的品种得到迅速的发展 ，而这些材料的特性差异很大，普通注塑已不再能适应这些材料的工艺要求，因此在通用注塑成型基础上又发展了其他许多注塑方法，主要有： （ 1）、热固性塑料注塑； （ 2）、结构发泡注塑； （ 3）、多组发泡注塑； （ 4）、反应注塑成型。 这些成型技术正迅速的发展。 二、 注塑成型设备的近况 注塑机是注塑成型设备的主设备，注塑机的技术参数和性能与塑料性质和注塑成型工艺有着密切的关系。注塑成型设备的进一步完善和发展必将推动注塑成型技术的进步。为注塑制品的开发和应用创造条件。 随着塑料和成型工艺的发展，注塑机无论从产量上还 是从品种上都有很大的增长。从世界塑料机械主要生产国：美、德、日、意、来看，注塑机产量在逐年增长，并在整个塑料机械中占有很大比重。以意大利为例：1981 年注塑机的生产吨位为 9845 吨。占塑料机械出口重量的 24.7%，占出口额的 31.2%。日本的注塑机增长速度令人注目。 70 年代中期 10000 太，80 年代为 10500 台，不到十年增长 72%。 新型工程材料的发展和应用必将对注塑成型机械和设备提出更高的要求，使之向品种多、规格全、高效、高速、高精度、省能和低噪音方向内螺纹管接头注塑模具设计 7 发展。 从注塑机的大型化方面来说 ，在 70 年代中期还被认为是无发展前途的品种，而今大型注塑机有重新崛起。从注塑机生产的几个发达国来看，在 70年代中期生产锁模力在 600 吨以上的注塑机占 4%，千吨以上的占 2%，但到 70 年代末期，由于过程塑料的发展，特别是结构泡沫塑料等制品在汽车、机械、大型家用电器、建筑、宇航、船舶等工业部门的广泛开发可应用，使注塑机又转向大型化。这种情况，在美国反映的尤为明显： 1980 年初千吨锁模力以上的大型注塑机年产 140 台，而到 1985 年年产量增至 500台。其中一半以上更用于生产汽车的大型部件。 85 年用在汽车制造业上塑料总 消耗量已达 140 万吨，由此可推测大型注塑机需要量之大。美国市场常用的大型注塑机锁模力在 3000 吨和 5000 吨的居多，而万吨级的较多。欲生产制造万吨级以上的注塑机，需要 55 吨以上的吊车。美国、联邦德国、日本、意大利等具备生产大型注塑机的能力。 在大型注塑机的技术发展方向，尚存争议的问题是合模系统是采用全液压式好呢？还是采用液压 机械式好呢？暂时还很难讨论清楚，从目前来看，各自都在发展，在市场上均有竞争能力。但不论哪种型式的注塑机，其发展方向都必向低能耗、低噪音、锁模力容易控制、运行平稳、安全可靠和便于维修方向 发展。 尽管大型注塑机有回升的趋势，发展大型注塑机的技术不可忽视，但是就目前注塑机的产量来看，仍以中小型居多。这种比例与一个国家具体的塑料工业和其它工业基础有关。以日本为例，合模力在 100 吨以下的注塑机占总数的 53%， 100 200 吨的占 32%， 200 500 吨的占 12%， 500 吨以上的占 2.9%。 近年来，中小型注塑机的技术发展非常迅速，就工艺参数而言不同有所提高；合模力在 100 吨级以上之注塑机的塑化能力从 60 年代的 5060kg/h 提高到现在的 100kg/h； 500 吨级从过去 200kg/h 提高到 400kg/h；注射速度从过去的 100mm/s 提高到现在的 250mm/s，有的高达 450mm/s；启闭模速度从过去的 16 20mm/min 提高到现在的 30mm/min；注射压力从过去的 118 137MPa 提高到现在的 177 245MPa。有的发展成超高压系列，其注内螺纹管接头注塑模具设计 8 射压力已达 451MPa，在这种设备上模腔压力可到 98MPa，是注塑制品的收缩率几乎为零，可注塑 0.1 0.2mm 薄件制品。 80 年代的注塑机正向节能、精密成型、超精度成型、低噪音和高级自动化方向发展。所谓节能是指注塑机要节省泵的动力，节约电力，少做无用功； 精密成型是指生产制品尺寸精度的范围在 0.01 0.001mm；超精密成型是在 0.001 0.0001mm；低噪音是指注塑机能在平稳无撞击和无振动下工作，按确定方位、在距离机器 1m 左右的地方所测的噪音值低于 70 分贝；高级自动化是指注塑机能远距离操作或无人操作，保证制品的精度，注塑工艺条件的稳定性和再现性。注塑机具有有能实现自动输送、快速调机、工艺储存、监测注塑机正常工作和“诊断”等程序，这就对注塑机的机械、电器、液压、自动化仪表和微机应用提出更高的要求；为实现对系统压力、流量和计量的多级或无级控制，必须采用比 例阀、数字阀及各种位移，压力、速度、温度传感器，以实现闭环控制。 微处理机在注塑机上的应用是注塑机在自动控制方面的最重要的发展，微处理机控制注塑机的系统能实现“ CRT”显示，比较预选工艺参数和实际参数，用磁带储存并调整数据，用一个中央台对树个装有微机的注塑机进行控制。 注塑成型设备另一方面的发展就是一些特种注塑机和专用几的发展。由于注塑的物料十分广泛，而这些具有高聚物特性的物料，无论从高分子的内部结构，还是高分子的外部结构都有很大区别，使之在注塑过程所表现出来的物理化学性质、流变性质、热性能有很大区别，对注 塑成型工艺提出一些特殊要求，于是推出一些特殊的成型工艺和相应的成型设备。主要有下列几种： 1.热固性塑料注塑机 过去多用模压法或压铸发生产，现在也用注塑法生产。这样，生产率高，制品质量容易控制。可注塑酚醛塑料、三聚氰胺塑料，以及玻璃纤维增强的不饱和聚酯等热固性塑料。第一台热固性注塑机于 1936 年在美国诞生，后来联邦德国、英国、日本、奥地利也相继生产。 这类注塑机大都采用双回路系统，高压水冷却，对粘度大的塑料用背内螺纹管接头注塑模具设计 9 压调节，防止过热分解；模板上装有绝热装置，料筒外部用油循环加热，温控制精度高。 2.结构发泡注塑机 这种注塑机是当今塑料机械中发展最快的机种之一。在“节能运动中”显示出生命力，因为用它可注塑发泡结构制品。除聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙等结构发泡塑料做成结构发泡塑料，注塑各种结构制品，特别是成型较大型制品，也可用来代替金属及其它非金属材料。 3.多组分注塑机 在普通发泡注塑机的基础上，又发展一种专门有俩生产夹层结构发泡塑料制品的注塑机，又称共注塑机或多组分注塑机。其特点是备有两个以上的料筒和一个配料用的特殊喷嘴。双组分注塑机首先由英国 ICI 发明。采用注塑法可以得到致密、光滑、平整的制品外表面和轻质无内 应力的内芯制品，并克服了单组分结构发泡制品表面经常出现旋涡的缺点。 4.反应注塑成型设备 反应成型设备又称 RIM 注射成型机。这种注射成型设备同普通注塑机已有很大区别。这是七十年代中期发展起来的品种。用 RIM 注射成型设备生产的制品很广。主要是以环氧树脂，和聚氨酯的弹性体及起泡沫体为对象。 5.排气注塑机 这类注塑机的特点是在料筒中部开设有排气口，并备有特殊的螺杆。排气口能使螺杆的放气区和真空装置相连，利用真空泵造成负压使卷入物料中的气体、水分和挥发物逸出，排出筒外。大多数生产排气注塑机的厂家都要给机器上配上一 根标准螺杆，便于成型加工厂家使用：只要将排气口堵上，安装上标准螺杆，就可以当常规注塑机使用。 其它还有多模回转注塑机、多模连续注塑机、多喷嘴注塑机，多料缸注塑机，动力熔化注塑机以及注吹机组和注拉吹机组等多种注塑成型设备。 近年来，除了注塑机自身的标准化、系列化、通用化、受到重视外，对一些配套设备，如注塑机的自动供料、干燥设备，模控设备，浇口柄取出和切割装置，机械手以及和注塑机联机的其它自动化设备都受到普遍的内螺纹管接头注塑模具设计 10 重视。 目前由注塑机生产的制品已普及到各个领域，尤其在电脑、电子工业、在汽车制造业得到广泛的应用。由于 注塑制品的开发和应用，极大地推动了注塑成型设备及其模具的发展，因为这些制品对注塑工艺条件及其控制提出更高的要求。 第二节 注塑机及其工作过程简介 一、注塑机的各部功能 注塑机是使塑料熔融并在模具中成型制品的设备。为了实现这个个目的，注塑机必须具有熔化塑料的装置，把塑料熔体想模具中推进的装置，以及闭合模具的驱动装置。 近代通用注塑机，有完善的合模与注塑的机械系统，加热冷却系统，润滑系统、液压传动系统、电气控制系统、安全保护、监测系统以及供料等辅助系统。 1.合模系统 合模系统的作用是固定模具，是动模板作 启闭模运动，能锁紧模具。合模系统重要由四根拉杆和螺母把前后模板联结起来形成整体刚性框架。动模板装在前、后模板之间，后模板上固定合模油缸；动模板在合模油缸的作用下以四根拉杆为导向柱作启闭模运动。模具的动模在动模板上而定模装在前固定模板上。当模具闭合后，在合模油缸压力作用下，产生额定合模力，锁紧模具，防止模具注入高压熔体时模具的型腔胀开。当合模时模具拉杆和前、后模板形成力的封闭系统达到平衡状态；另外，由于前固定模板是固定在机身上的，而后模板允许与机身有相对位移，这样，当拉杆受拉伸时，允许有轴向移动。 在动模板的 后侧装有液压及机械顶出装置。动模板在开启模具时，可通过模具中的顶出结构，从模腔中顶出制品。在动模板或定模板上还装有调模结构，以便在一定的范围内调节模具厚度。在液压机械式合模结构中，还有通过调模结构来调试合模力的大小，控制超载。 内螺纹管接头注塑模具设计 11 合模框架的前后侧设有安全罩、安全门以及液压、机械安全保护装置。在靠近安全门及安全罩的机架上设有限位开关及其调节装置，以便控制动模板启闭模的限位和在运动中压力与速度的切换。顶出政治达到顶出或退回均有限位开关。此外，还有调整模具厚度的限位，安全门打开或闭合的安全联锁装置。为了确保安全，一 般都用液压装置和电气限位开关同安全门联锁，当只有安全门闭上时才能产生闭模动作。 2.注射系统 注塑机注射系统的作用是“吃进”塑料，使之塑化和熔融，并在高压和高速下将熔体注入模腔。 注射系统主要由塑化装置、螺杆驱动装置、计量装置、照射动作装置、注射座以及整体运动和螺杆驱动装置、行程限位装置以及加料斗装置等组成的。塑化装置又由螺杆和加热筒组成，在螺杆头部装有防止熔体倒流的防逆环和各种剪切或混炼元件；螺杆驱动装置重要由减速装置、轴承支架、主轴套和螺杆驱动电机或油马达组成。预塑化是，动力通过主轴套和轴承支架上的减速 装置带动螺杆旋转。 注射装置主要由注射油缸和活塞及喷嘴组成。在注射时，油缸产生注射推力，通过主轴推动螺杆向头部熔体施高压，使熔体通过喷嘴充入模腔。 计量装置是由支架和行程挡块组成的装置，它与螺杆预塑后推动作相联系，起塑化和计量作用。 注射座是一个可以在机身上移动的基座，塑化装置、注射装置以及计量装置和料斗都固定在注射座上。注塑座在油缸的作用下，可以做整体前进或后退，是喷嘴与模具接触或离开。这个动作常称整体前进或后退。 机架，又称机身，是一个稳固的焊接构件。在机身左面安置合模机架；右面安放注射部件；在机身内部 设置油箱、油冷却器、液压管路以及阀类、油泵电机零部件；在机架的正面安放注塑机的操纵箱和控制箱以便于操作。 3.加热冷却系统 加热系统是用来加热料筒及注射喷嘴的，注塑机料筒一般采用加热电阻加热圈，套在料筒外部并用热电偶分段检测。热量通过筒壁向内传热为物料塑化提供热源；少数注塑机采用油加热。 内螺纹管接头注塑模具设计 12 冷却系统，是用来冷却液压油、料口以及模具的。冷却系统是一个封闭的循环系统，将冷却水分配到几个独立的回路上去并能对其流量进行调节。较先进的注塑机冷却系统通过检测温度，对冷却水的流量实行闭环控制和调节。 4.液压系统 液压系统 是注塑机的“血液”循环系统，是为注塑机的各种执行机构（工作油缸）提供压力和速度的回路。液压回路一般由控制系统压力与流量的主回路和去各执行结构的分贿赂组成。回路中由进出过滤妻、泵、蓄能器以及热交换器和各种阀类和各种压力、温度指示仪表和开关元件等组成。 5.润滑系统 润滑系统是为注塑机的动模板、调模装置、连杆铰接等处有相对运动的部为提供润滑条件的回路，以便减少能耗和提高零件寿命。润滑可以是定期的手动润滑，也可以是连续的自动润滑；润滑的油源可以从液压系统的低压油路中引出，也可建立单独的泵润滑回路。 6.电控系统 电控系统是注塑机的“中枢神经”系统，它控制注塑机的各种程序及其动作；对时间、位置、压力、速度和转数等进行控制和调节。主要由各种继电器元件、各种电子元件、各种检测意见以及自动化仪表组成。 电控系统与机械液压系统相结合对注塑机的工艺程序进行精确而稳定的控制。 7.安全保护和监测系统 注塑机的安全装置主要是用来保护人、机安全的装置。主要由安全门、行程阀、限位开关、光电检测元件等组成，实现电气 机械 液压的联锁保护。 监测系统主要对注塑机的油温、料温、系统超载，以及工艺和设备故障进行监测，发现异常情况进行指示或报警 。 近代注塑机配备有现代化的电子控制装置或设备，例如，有：可编程程序微处理机控制系统； CRT 示频显示或电子函数分析器系统、中央故障诊内螺纹管接头注塑模具设计 13 断装置、自动预热油温装置、电气指示回油滤清装置等。除上述外，还有一些特殊的装置和动能组件，例如，带有微处理机的闭环控制系统、快速注射用液压蓄能器控制系统、制品称重器、检验制品脱模光电装置、自动上料输送设备，制品取出机械手等。 二 .塑料成型的基本过程 注塑成型是把塑料原料（一般经过造粒、染色、添加剂等处理后的颗粒）放入料筒当中，经过加热熔化使之成为高粘度的流体 熔体用柱塞或螺杆 作为加压工具，使得熔体通过喷嘴以较高的压力（约为 20 85MPa），注入模具的型腔中，经过冷却，凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。 注塑成型的全过程分为： 1.塑化过程 现代式的注射机基本上采用螺杆式的塑化设备，塑料原粒（称为物料）自从送料头以定容方式送入料筒，通过料筒外的电加热装置和料筒内的螺杆旋转所产生的摩擦热，使物理熔化达到一定温度后即可注射，注射时动作是由螺杆的推进来完成的。 2.充模过程 熔体字注塑机的 喷嘴喷出后，进入模具的型腔内，将型腔内的空气排出，并充满型腔，然后升至一定压力，使熔体 的密度增加，充实型腔的每一个角落。充模过程是注射成型的最主要过程，由于塑料熔体流是非牛顿流动，而且粘度很大，所以存在压力损耗、粘度变化、多股汇流等现象，影响塑件的质量。因此充模过程的关键问题 浇注系统的设计就成为注射模设计过程中的重点。现代的设计方法已经运用了计算机辅助设计以解决浇注系统设计中的疑难问题。 3.冷却凝固过程 热塑性塑料的注射成型过程是热交换的过程，即： 塑化 注射充模 固化成型 加热 理论上绝热 散热 热交换效果的优劣决定塑件的质量，包括外表质量和内在质量。因此，内螺纹管接头注塑模具设计 14 模具设计时 ，散热交换也要充分考虑，在现代的设计方法中也采用了计算机来解决问题。 4.脱模过程 塑件在型腔内固化后，必须采用机械的方式把它从型腔内取出。这个动作由脱模结构来完成，不合理的脱模结构对塑件的质量有很大影响。但塑件的形状是千变万化的，必须采用最有效和最好的脱模方式，因此，脱模结构的设计也是注射模设计中的一个主要环节。由于标准化的推广，许多标准化的脱模结构零部件也有商品供应。 由 1 4形成了一个循环，就完成了一次成型一个乃至数十个塑件。 第二章 塑料零件注射成型模具的设计 第一节 零件分析及材料性能 一 .零件分析 题目给定的内螺纹管接头是一种较新型的电线管道接头，主要用于要求较高的电线管道。该零件特点在于两端有两个反向的内螺纹孔，需要两个螺纹型芯。 零件两端设有反向的内螺纹，可方便的将两端的电线管道连接起来，并且在垂直管道的方向上设有一阶梯孔用于电线的 90 度角的转向，并且在该方向设有 4 个固定孔，用于接头的固定。根据零件图可以看出，零件尺寸比较小，按照起工作要求，其精度等级可选取一般精度要求，这里取 7级精度。 二 .材料性能 题目要求使用的材料为 30%玻纤增强尼龙 66. 尼龙设计有如下特点 : 1.结晶料 ,熔 点较高 ,熔融温度窄 ,热稳定性差 ,料温超过 300C,滞留时间超过 30min 即分解 ,较易吸湿 ,须预热干燥 ,含水量不得超过 0.3%； 2.流动性好，易溢料 ,用螺杆式注射机时 ,螺杆应带止回环 ,宜用自锁式内螺纹管接头注塑模具设计 15 喷嘴 ,并应加热 ； 3.成形收缩范围和收缩率大，方向性明显，易发生缩孔 、 凹痕 、 变形等 ； 4.模温按塑件壁厚在 20 90C 范围内选取，注射压力按注塑机类型、料温 、 塑件形状尺寸、模具浇注系统选定 ,成形周期按塑件壁厚选定 .树脂粘度小时 ,注射冷却时间应取大 ,注射压力应取高，并用白油作脱模剂 ； 5.增大流道和 浇口可减少缩孔 、 凹 痕 . 30%玻纤增强尼龙 66的主要技术指标如下 : 密度 (g/cm3) 1.35 抗拉屈服强度 (MPa) 7 比容 (cm3/g) 0.74 拉伸弹性模量 (MPa) 6.02 12.6x103 吸水率 24h(%) 0.5 1.3 冲击强度 kj/m2 无缺口 76 收缩率 (%) 0.2 0.8 缺口 17.5 熔点 (C) 250 265 弯曲强度 (MPa) 215 热变形 温度 (C) 0.45MPa 262 265 硬度 (hb) 15.6 1.8MPa 245 262 体积电阻率 (欧 cm) 5x1015 三 .分析计算 1.塑件体积 从 PRO/E 中的零件体积计算 ,算得零件的体积为 66.37 cm3 2.塑件质量 30%玻纤增强尼龙 66的密度为 1.35 g/cm3 塑件质量 M=1.35x66.37=89.60g 3.模型体积的计算 由立体模型 ,大概算得 : 浇注系统体积 V=3.14r2h =3.14x3x3x60 =1.70cm3 内螺纹管接头注塑模具设计 16 第二节 塑料注射成型模具的设计 一 .注射机类型的选择 根据该产品的注射形式和所需塑料用量等要求，选用卧式注射机 SZ 200/1000,由上海第一塑料机械厂生产 . 该注射机的主要技术参数如下 : 型号 SZ 200/1000 拉杆内间距 (mm) 315x315 结构型式 卧式 移模行程 (mm) 300 理论注射容量 (cm3) 210 最大模具厚度 (mm) 350 螺杆直径 (mm) 42 最小模具厚度 (mm) 150 注射压力 (MPa) 150 锁模形式 双曲轴 注射速率 (g/s) 110 模具定位孔直径 (mm) 125 塑化能力 (g/s) 14 喷嘴球直径 (mm) 15 螺杆转速 (r/min) 10 250 喷嘴口孔径 (mm) 4 锁模力 1000 二 .注射机有关工艺参数的校核 1.注射量的校核 根据 式 V 件 0.8 V 注 式中 : V 件 塑件与浇注系统的体积 (cm3) V 注 注射机的注射量 (cm3) 0.8 最大注射容量的利用系数 已知 : V 件 =66.37+1.7=68.07 cm3 则 0.8x V 注 =0.8x210=168 cm3 68.07 cm3 2.注射压力的校核 内螺纹管接头注塑模具设计 17 塑件成形所需的注射压力应小于或等于注射机的额定压力 ,其关系式按下式校核 P 成 P 注 式中 P 成 塑件成形时所需的注射压力 (MPa) P 注 所选注射机的额定注射压力 (MPa) 已知 P 成 =90MPVa P 注 =150MPa 所以 满足 P 成 P 注 3.锁模力的校核 模具所需的最大锁模力应小于或等于注射机的额定 锁模力 ,其关系按下式校核 : P 腔 A F 锁 P 腔 模具型腔压力 (MPa) 一般取 40 至 50MPa A 塑件与浇注系统在分型面上的投影面积 (mm) F 锁 注射机额定锁模力 (KN) 已知 P 腔 =45MPa； A=3344 所以 P 腔 A=45x3344=150480N F 锁 =1x106 N 满足要求 4.模具闭合厚度的校核 模具闭合时的厚度在注射机动 定模板的最大闭合高度和最小闭合高度之间 ,其关系按下式校核 Hmin Hm Hmax 式中 注射机允许 的最小模具厚度 模具闭合厚度 注射机允许的最大模具厚度 已知 Hmin =150mm； Hm =350mm； Hmax=315mm 故满足要求 内螺纹管接头注塑模具设计 18 第三节 浇注系统的设计 浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流道 .浇注系统设计好坏对制品性能 ,外观和成型难易程度影响颇大 . 根据塑件的要求及模具的结构等方面来考虑选择浇注系统。 根据注塑件的要求及模具的结构等方面来考虑选择浇注系统 .遵循以下原则 : (1).尽可能的采用平衡式布置 ； (2).型腔排列 进料均衡； (3).型腔布置和浇口开设部位力求对称 ,防止模具承受偏载而产生溢料现象； (4).确保耗料量要少； (5).不影响塑件外观。 一 .浇口形式 : 采用直接浇口式 直接浇口又叫中心浇口、主流道型浇口 .由于它的尺寸大，故固化时间长，延长了补缩时间 .注射压力直接作用在塑件上，容易产生残留应力 .当采用这种浇口时 ,主流道的根部不宜设计得太粗 ,否则该处的温度高，容易产生缩孔 ,浇口截除后缩孔留在塑件表面上 .加工薄壁件塑件是，浇口跟部的直径，最多等于塑件壁厚的两倍 .这种浇口凝料的去处也是比较困难的 .但它的流体阻力 小，进料速度快，常用语大型长流程的塑件，如大型容器壳体或用于厚度大的塑件，以利于补缩 . 流道选取圆形截面 ,其效率高，截面积大，流道的表面积小，可减少流道内的压力损失，减少传热损失 . 二 .浇口尺寸的计算 注射机的喷嘴头部与主流道衬套的凹下的球面半径 R 相接触，二者必须匹配，无漏料。一般要求主衬套球面的半径大 1 2mm。主流道进口直径d，比注射机喷嘴出口直径 d应大 0.5 1mm。其作用：一是补偿喷嘴与主流道的对中误差；二是避免注射几注射时喷嘴与主流道做成圆锥形，锥角一般为 2 6度。主流道出口应做成圆角，圆角半径 r=0.5 3mm。为减少压力内螺纹管接头注塑模具设计 19 损失和回收料量，主流道长度应尽可能的短些，常取 60mm。 锥度 a=2 6 度，取 3度 小径 d=d1+（ 0.5 1.0） 取 0.5 则 d=4+0.5=4.5mm 浇口套半径 R =R1+1 2 则 R =15+1=16 d1 喷嘴直径，见热塑性注射机技术规格 d1=4mm R1 喷嘴球半径，见热塑性注射机技术规格 R1=15mm 锥孔大径 取 D =6mm 轴部长度 取 L = 60mm 三 .浇口套形式如下图所示 第四节 成型零部件的设计 一 .型腔分型面的设计 1.分型面的确定 合理的选择分型面，有利于制品的质量提高，工艺操作和模具的制造，因此，在模具设计过程中是一个不容忽视的问题； 选择分型面一般根据以下原则： a. 分型面的位置要不影响制品的精度和外观 b.尽量简单，避免采用复杂形状，是模具制造增加困难 c.要尽量有利于塑料制品的脱模和抽芯 d.有利于浇注系统的合理设置 e.尽可能与料流末端重合，以有利于系统的排气 内螺纹管接头注塑模具设计 20 按上面的原则，选取内螺纹管接头 的下表面为分型面。 2.排气槽的设计 该注射模属于小型模具，在推杆的间隙和分型面上都有排气效果，已能满足要求，故不再考虑开排气槽。 二 .成型零件的设计 构成型腔的零件统称成型零件。 1.凹模的结构设计 由于注塑零件的形状结构比较简单，所以凹模结构采用整体式凹模，其特点是牢固，不易变形。 2.型芯的结构设计 主型芯采用镶拼式结构。其特点是易加工。 3.成型零件工作尺寸计算 型腔与型芯径向尺寸计算 （ 1）型腔内径尺寸的计算 模具型腔内径计算公式： DM=（ D +DQ-43 ） + z（ mm） DM 型腔的内径尺寸 D 制品的最大尺寸 Q 塑料的平均收缩率（ %） 30%玻纤增强尼龙 66的成型收缩率为 0.5% 制品公差 43 系数，可随制品精度变化，一般取 0.5 0.8 之间，若制品偏差大则取小值，若制品偏差小则取大值； z 模具制造公差，一般取 z=（5131） 按照矩形计算，内螺纹管接头长度上最大尺寸 D1=90mm， =1.2 则 DM1=（ 90+90x0.5%-43x1.2） +0.3=89.55+0.3 内螺纹管接头宽度最大尺寸 D2=44， =0.8，则 DM2=（ 44+44x0.5%-43x0.8） +0.2=43.62+0.2 尺寸 D3=30， =0.72 内螺纹管接头注塑模具设计 21 DM3=（ 30+30x0.5%-43x0.72） +0.18=29.61+0.18 （ 2）型芯径向尺寸的计算 模具型芯径向尺寸是由制品的内径尺寸所决定的，与型腔径向尺寸的计算原理一样，分为两个部分来计算： dM=（ D1+D1Q+43 ） - z 式中： dM： 型芯外径尺寸（ mm） D1：制品内径最小尺寸 其余的符号含义同型腔计算公式 内螺纹管接头内径长度跟宽度上的最大尺寸分别为： d1=85mm =1.2， d2=22mm =0.56 dM1=（ 85+85x0.5%+ 43x1.2） -0.3=86.325-0.3 dM2=（ 22+22x0.5%+43x0.56） -0.14=22.53-0.14 （ 3） 型腔深度尺寸的计算 模具型腔深度尺寸是由制品的高度尺寸决定的，设制品高度名义尺寸为最大尺寸，其公差 为负偏差。型腔深度名义尺寸为最小尺寸，其公差为正偏差 + z由于型腔底部或型芯端面的磨损很小，可以略去磨损量 z在计算中取 =31 ，加上制造偏差有： HM=（ h1+h1Q-32 ） + Z（ mm） 式中： HM 型腔深度尺寸（ mm） h1：制品高度最大尺寸（ mm） 制品高度最大尺寸为 h1=40mm， =0.80 HM1=（ 40+40x0.5%-32x0.8） +0.267（ mm） =39.67+0.267 （ 4）型芯高度尺寸的计算 模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸决定的。假设制品深度尺寸 H1 为最小尺寸，其公差为正偏差 + ，型芯高度尺寸为最大尺寸，其公差为负偏差 - z。根据有关的经验公式 hM=（ H1+H1Q+32 ） - z（ mm） 内螺纹管接头注塑模具设计 22 式中： hM： 型芯高度尺寸（ mm） H1： 制品深度最小尺寸（ mm） 其余公式中的字母的含义同前面的含义， H1 =10mm h M1=（ 10+10x0.5%+32x0.40） -0.13=10.31-0.13 （ 5）螺纹型芯成型尺寸 1）螺纹型芯大径 dm=（ Ds+Ds*Qcp+b） - m 式中 dm 螺纹型芯大径尺寸 Ds 塑件内螺纹大径 b 塑件平均收缩率（ %） m 螺纹成型尺寸设计公差，可取 m=41b dm=（ 26.441+26.441x0.5%+0.142） -0.04=26.715-0.04 2）螺纹型芯中径 d2m=（ D2s+D2sQcp+43b） - m 式中 d2m 螺纹型芯 中径尺寸 D2s 塑件内螺纹中径 其余公式中字母的含义同前面的含义 d2m=（ 25.279+25.279x0.5%+43x0.142） -0.028=25.512-0.028 3）螺纹型芯小径 d1m=（ D1s+D1sQcp+b） - m 式中 d1m 螺纹型芯小径尺寸 D1s 塑件内螺纹中小径 其余公式中字母的含义同前面的含义 d1m=（ 24.117+24.117x0.5%+0.142） -0.04=24.380-0.04 4） 螺纹型芯螺距 Pm=（ Ps+PsQcp） 21 m 式中 Pm 螺纹型芯螺距 内螺纹管接头注塑模具设计 23 Ps 塑件内螺纹螺距 其余公式中字母的含义同前面的含义 Pm=（ 1.814+1.814x0.5%） 0.015=1.827 0.15 （ 6）型腔壁厚与底板厚度的计算 注射成型模腔壁厚的确定应满足模具刚度好、强度大和结构轻巧、操作方便等要求。在塑料注射充型过程中，塑料模具型腔受到熔体的高压 作用，故应有足够的强度、刚度。否则可能会因为刚度不足而产生塑料制件变形损坏，也可能会弯曲变形而导致溢料和飞边，降低塑料制件的尺寸精度，并影响塑料制品的脱模。从刚度计算一般要考虑下面的几个因素： 1.使型腔不发生溢料 2.保证制品的顺利脱模，为此，要求型腔允许的弹性变形量小于制品冷却固化收缩量。 3.保证制品达到精度要求，制品有尺寸要求，某些部位的尺寸常要求较高的精度，这就要求模具型腔有很好的刚度。 按整体式计算侧壁厚度： 根据公式 tc=34 pMEhc p 式中 tc 凹模型腔侧壁的理论厚度（ mm） h 凹模型腔的深度（ cm） PM 凹模型腔内熔体的压力（ MPa） E 材料的弹性模量（ MPa） p 成型零部件的许用变形量 c 系数 由实用塑料注射模设计与制造查得 c=0.45 PM=45 h=9cm E=9x103MPa p =0.005 tc= 354005.010994545.0xxxx =3.09 cm 所以取壁厚大于 35mm 就能满足要求 内螺纹管接头注塑模具设计 24 底板厚度的计算 根据公式 tn=34 pMEhc p 查得 c =0.0277 tc=3 54005.01099450277.0xxxx =1.22 cm 取实际底板厚度大于 15mm 就能满足要求。 第五节 塑件脱模结构的设计 把塑料制品从凹模或凸模上脱出来的机构即为推 出机构或脱模机构，它是塑料注塑模具的重要组成部分。 推出机构的形式和推出方式与塑料制品的形状、结构和塑料性能有关。 对推出机构设计的要求： 1、 塑料制品脱模后，不能使塑料制品变形。推力分布均匀，推力面积要大，推杆尽量靠近凸模，但也不要距离太近。 2、 塑料制品在推出时，不能造成碎裂。推力应作用在塑料制品承受力大的部位，如塑料制品的肋部、凸缘及壳体壁等。 3、 不要损坏塑料制品的外观美。 4、 推出机构应准确、动作可靠、制造方便、更换容易。 推出机构的零件包括：推杆、推板和推管等。 一、推杆结构设计 推杆的作用是将塑料制品从模具内 推出。推杆结构简单，使用方便，得到广泛采用。常用的推杆有圆柱头推杆、带肩推杆、扁推杆等。 推杆脱模机构设计 在一次脱模机构中，常用推杆脱模机构。因为推杆制造方便，滑动阻力小，可以在塑料制品任意位置配置，更换方便，脱模效果好，在实际生产中广泛采用。因为塑料制品结构形状不同，推杆在塑料制品上分布的位置和脱模形式也不相内螺纹管接头注塑模具设计 25 同，所以有多种多样的脱模方式。 推杆脱模机构设计的基本原则如下： 1、 推杆的直径不能过细，应有足够的刚度和强度，能承受一定的推力。一般推杆直径为 2.515。对于直径为 2.5 以下的推杆最好做成台阶形状。 2、 推杆应设在塑料制品最厚及收缩率大的凸模或者镶件附近，但不能离凸模和镶件配固定孔过近，以免影响固定板的强度。 3、 推杆分布要合理，使推出塑料制品使受力均匀，以保证塑料制品不变形。 4、 塑料制品靠近主流道处的内应力大，易碎裂，因此，在主流道处应尽量不设推杆。 5、 为了避免推杆与侧抽芯机构发生冲突，推杆要避开侧抽芯处，如果必须设计推杆时，应考虑复位机构。 6、 推杆与推杆孔的配合间隙不能大于所用塑料的溢边值，溢边值一般为0.020.08。 7、 推杆截面形状，应根据塑料制品的几何形状而定。 8、 推杆和推杆孔的配合应灵活可靠，不发生卡住现 象。 推杆的长度计算如下： a、顶出行程 S 顶 =h 凸 +e 式中 e 顶出行程 h 凸 型芯成型高度 已知 h 凸 =40mm e=4mm 所以 S 顶 =40+4=44mm b、开模行程 S 开 =h 塑 +h 凸 +e 式中 h 塑 塑件及浇注系统在开模方向上的总投影高度 h 凸 动、定模型芯突出分型面的高度总和 e 取件及取出浇注系统凝料的开模行程余量 所以 S 开 =40+19+6=65 mm c、顶杆长度 H 杆 =（ h 凸 +0.05 0.1） +h 动垫 +（ S 顶 +3 6） +h 顶固 =（ 19+0.1） +36+（ 44+6） +20 内螺纹管接头注塑模具设计 26 =125.1mm 根据实际情况，配合模具的其它结构，最后取 H杆 =134mm 二、推管结构设计 推管适用于圆形空心塑料制品或塑料制品圆形部分的推出。优点是推出动作均匀可靠，塑料制品上不留明显痕迹。推杆和推管同步运动。 顶管尺寸结合模具结构设计。顶管的内径与型芯滑动配合，外径与模板滑动配合。顶管与型 芯的配合长度为顶出行程加 3 5mm，顶管与模板的配合长度一般等于（ 0.8 2） D，其余部分扩孔，顶管扩孔 d+0.5mm，模板扩孔 D+1mm。 第六节 导向结构设计 导向机构是保证塑料注塑模具的动模与定模的正确定位和导向的重要零件。导向机构常采用导柱导向，其主要零件有导柱和导套。 导向机构的设计原则如下： （ 1） 导柱（导套）应对称分布在模具分型面的四周，其中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具强度和防止模板变形。 （ 2） 导柱（导套）的直径应根据模具尺寸来选定，并应有足够的强度。 （ 3） 导柱固定端的直径和导套的 外径应尽量相等，有利于配合加工，并保证了同轴度要求。 （ 4） 导柱和导套应有足够的耐磨性。 （ 5） 为了便于塑料制品脱模，导柱最好装在定模板上，但同时也装在动模板上，这就根据具体情况而定的。 导柱的形式有无储油槽导柱、带储油槽导柱、短导柱、直通式导柱、顶柱式导柱等，导柱的材料一般用 20 钢，淬碳处理，或用 T8A，淬火硬度为 HRC5055。导柱的长度可根据模具实际情况而定。 导柱的结构采取以下的结构形式 内螺纹管接头注塑模具设计 27 导柱与导套的配合形式见模具的装配图。 第七节 抽芯结 构设计 一、 概述 当塑料制品带有通孔、凹槽、凸台时，塑料制品不能直接从模具中脱出必须将成型侧孔、凹槽及凸台的成型零件做成活动的，称为活动型芯。完成活动型芯抽出和复位的机构叫抽芯机构。 抽芯机构的分类 1、 机动抽芯 开模时，依靠注射机的开模动作，通过抽芯机构来带动活动型芯，把型芯抽出。机动抽芯具有脱模力大、劳动强度小、生产率高和操作方便等优点，在生产中广泛采用。按其传动机构可分为以下几种：斜导柱、斜滑块抽芯、齿轮齿条抽芯等。 2、 手动抽芯 开模时，依靠人力直接或通过传递零件的作用抽除活动型芯。 3、 液压抽芯 活动 型芯的抽出，依靠液压筒进行。其优点是根据脱模力的大小和抽出距离的长短可更换抽芯液压筒，因此能得到较大的脱模力和较长的抽芯距，由于使用高压液体为动力，传递平稳。其缺点是增加了操作工序，同时还要有整套的抽芯液压装置，因此使用范围受到限制，一般很少用。 二、抽芯结构设计 此设计零件有两个内螺纹型芯，为提高生产效率，在此采用液压抽芯。开模时，利用液压马达通过连轴套带动传动轴转动，从而，带动轴上的齿轮转动，通过齿轮啮合把动力传到另一齿轮，齿轮转动时，带动齿轮内圈上的螺纹转动，最后，达到带动螺杆（也即螺纹型芯 ）转动，螺纹型芯一边旋转一边退出型腔，从内螺纹管接头注塑模具设计 28 而达到抽芯的目的。 在此要注意的是，因为两型芯在同一直线上，相反方向上同时退出，为此，在设计齿轮啮合时时，在另一对齿轮处要加上一个中间齿轮，才能达到同时相反方向上抽出的效果。 第八节 冷却系统