外螺纹接头注塑模设计 (2)

华东交通大学理工学院毕业设计I摘 要新时代的发展，不管是金属还是塑料材料的使用，都占有我国市场巨大的空间。由于塑料的成本相对金属便宜许多。塑料制品特别是注塑这方面前景非常可观，此时代是一个新型材料发展的时代，是个特飞猛进的高科技时代。竞争激烈，尤为表现设计这点。本设计是非常典型又特殊，主要特点是采用哈呋弯销分型机构其次对注射成型原理及结构、工艺特性、常用注射模结构与注射机、塑料制品（外螺纹接头）在模具中的位置与浇注系统设计、成型零件设计及分析、结构零部件的计算校核、温度调节系统及排气系统等方面的介绍理解运用，全方面透彻理解。 在设计过程种用到我们在学校常用的软件了 Proe4.0 进行三维设计，通过使用 AutoCAD 平面二维分析设计，达到了深度的认识关键词：注塑模；型芯；型腔；哈呋；弯销冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计IIAbstractThe development of the new era, whether its metal or plastic material use, has been Chinas huge market space. Due to the cost of plastic metal cheap many. Plastic injection molding the prospects is very considerable, in particular, this era is an era of development of new materials, is a high-tech era of rapid. This competition is intense, especially performance design. This is very typical and special design, main characteristic is to use the cefuroxime bend pin classification institutions next to commonly used injection molding principle and structure, process characteristics, injection mould structure and injection machine, plastic products (nipple) position in the mould and pouring system design, molding parts design, structure and analysis of components is calculated, temperature regulating system and exhaust system is introduced in aspects of understanding, thoroughly understand all aspects. In the design process of common software used in our school Proe4.0 for 3 d design, through the use of AutoCAD plane two-dimensional analysis design, reached a depth of understanding.Key words: injection molding; Core; Cavity; The cefuroxime; The bent pin华东交通大学理工学院毕业设计III目 录中文摘要.英文摘要.目 录.引 言.11 塑件成型工艺性分析.21.1 塑件材料成型特性.21.1.1 PA 的主要用途.21.1.2 PA 成型性能.21.2 塑件的结构工艺性.31.2.1 塑件的尺寸精度分析.31.2.2 塑件的壁厚及其表面质量分析.31.2.3 螺纹的设计.42 分型面的选择.53 注塑机的选择.63.1 计算塑件体积和质量.63.2 确定型腔数.63.3 注射量的计算.63.4 锁模力的计算.73.5 注塑成型工艺参数的选择.83.6 注射机型号的确定.9 3.7 注塑机的校核.104 浇注系统的设计.124.1 主流道的设计.12 4.2 分流道的设计.124.3 点浇口设计.134.4 冷料穴设计.144.5 排气系统的设计.145 成形零件设计.165.1 成形零件的结构设计.18冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计IV5.2 成形零件工作尺寸计算.196 导向机构设计.207 弯销侧向分型机构设计.218 冷却系统设计.229 模具结构特点和动作过.2310 三维爆炸图.24结束语.26参考文献.25华东交通大学理工学院毕业设计1引 言塑料，是合成树脂中的特殊一种，形状跟天然树脂中的松树脂相似，因经过化学手段进行人工合成。塑料可分为热固性热塑性，塑料是一类具有可塑性的合成高分子材料。塑料是以天然或合成树脂为主要成分，加入各种添加剂，在一定温度和压力等条件下可以塑制成人们想要的形状，不管有多复杂，生产出后是常温下，不会变形的塑件。我国塑料制品市场需求非常大，小城市还是大型的工业还是沿海地区占其经济不可忽视的比例。主要集中于农业塑料制品、包装塑料制品、军事武器制造部件、建筑施工塑料制品、生物医疗器皿、工业交通及工程塑料制品等几个方面。本设计为外螺纹接头注塑模，一般来说，在液压管方面，采用金属材料的话，它的缺点相对就很多，一个是重量比较大，二个是不耐腐蚀，三是容易漏水，四是成型不易，而且成本较高等等。而塑料刚好在这几个方面弥补了金属材料的不足。我们可以看到在日常生活中看到的大部分液压管都是使用塑料制成的。三维设计软件 Pro/E 能实现产品设计、模具分型、模具结构设计和模具数控加工等一整套自动化功能。本设计将把 Pro/E强大的功能与塑料模具开发设计有效地结合起来。冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计21塑件成型工艺性分析1.1 塑件材料的成型工艺性外螺纹接头使用的材料是聚酰胺（PA）通称尼龙。由于它性能比强于其它塑料材料，在世界上的消费是工程材料的首位。它具有优良的力学性能抗冲击性，在高强度打击下，寿命强于常用塑料无毒性、无味不腐烂，及其吸水性强、收缩率大，PA 具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，不宜燃烧，有一定的阻燃性，易于加工制造，适于用玻璃纤维和其它填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围成型加工时具有较好的流动性能和较低的熔融粘度，但是缺点就：生产容易产生飞边，其吸水性强，加工时必须干燥处理，熔融状态热稳定性差，所以在高温料筒内不得停留太长。本设计选取的材料为 PA66.。性能优于其它尼龙类，强度高，耐磨性好。加工过程中为避免这几点，对生产出的塑件影响非常大，以至于报废。1.1.1 PA 的用途PA 的用途非常广泛，也是生活之中随从可见的产品。你手上摸到的，用的带的无处不在。主要有汽车制造方面：用于制造燃料滤网、缸体镶件、储油槽、发动机汽缸盖罩、散热器水缸、燃料过滤器、平衡旋转轴大小齿轮。电器电子工业：可用于制造家用电器如电饭煲接线柱，冰箱流变器芯等。它在医疗方面也很突出特别是在医疗器械及精密仪器，为生物工程做出了非常的贡献。其它方面作用也不容忽视如用于制作生活用品，车头盔，工地安全帽，各种电器机盖合，椅子，凳子，鞋子等电池衬垫，摩托。PA 也可以制作成薄膜，是应为它具有阻隔性能优良，而且耐油性、耐低温冲击性、耐穿透性好，可用于冷藏食品的包装膜如火腿肠、冰箱保鲜膜。总而它是和优秀的常用塑料。1.1.2 PA 的成型特点1、流动性能好，流动阻力小，易溢料。宜用自锁时喷嘴，并需要对其加热。2、结晶料，熔点高，热稳定性差，料温超过300度，滞留超过30分钟即分解。3、成型收缩范围及收缩率大，方向性明显，易发生缩孔、变形等（如毛刺飞边多） 。聚酰胺的不足之处在于：由于热膨胀和吸水性所至的尺寸精度不够，较易吸湿，控制模具的干燥，依然重要，所以本产品精度制定为 MT5，还有耐酸性差，硬度和弹性模量华东交通大学理工学院毕业设计3不够。生产我都需要把这些不利因素考虑进去才能充分发挥其性能。1.2塑件的结构工艺性外螺纹接头三维立体图如图1-1图 1-1该塑件是一种常见的塑料工件，属小型件，精度要求一般，为民用级产品。塑件设计的难度在于其外螺纹的设计和外六角组合。采用哈呋结构以弯销分型，不要其它脱模装置是本设计的难点和特色。1.2.1塑件的尺寸精度分析该塑件的尺寸无特殊要求，所以的尺寸均为自由尺寸。塑件是生活和工厂常见的产品，精度不需太高，选取精度为 MT5 级精度，塑件尺寸见下图 1-2：图 1-2冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计4华东交通大学理工学院毕业设计51.2.2塑件的壁厚及表面质量分析塑件应具有一定的壁厚，壁厚过大或者过小都对塑件的质量有直接的影响。这不仅是为了塑件在使用中有足够的强度和厚度，而且是为了塑料在成型时保持良好的流动状态，并且在脱模时能够承受一定的推出力使塑件本身不至于变形。热塑性塑件的壁厚一般在14mm，故本塑件的壁厚采用 3mm。对塑件表面没有特殊要求。一般情况下，外表面要求光洁，表面粗糙度 Ra 可取0.8m；没特殊要求的内表面粗糙度为 Ra3.2m1.2.3螺纹的设计塑件上的螺纹既可以直接用模具成型，也可以再成型后用机械加工成型，对于经常要拆装和受力较大的螺纹，应采用金属螺纹嵌件。塑件上螺纹的直径不宜过小，螺纹的外径不应小于 4mm，内径不应小于 2mm，精度不超过三级。设计螺纹塑件时，有两个方面的要求：（1）保证塑件及螺纹强度；（2）保证塑件螺纹顺利脱模。该塑件采用塑件外螺纹 M202。冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计62.分型面的选择该塑件尺寸精度质量要求为 MT5，精度相对较低，根据分型面的选择，考虑到便于去毛刺飞边，易排气等因素采用单分型面 A-A 如图 2-1，动模板向下侧平移，塑件从定模板，型芯抽出后，而脱模。本设计特殊之处， ，在其哈呋结构如图 2-2，形成塑件的剖型分型面（也是一个垂直分型面） ，而哈呋靠弯销带动未完成两半哈呋的分型。图 2-1图 2-2华东交通大学理工学院毕业设计73.注塑机的选择.3.1 计算塑件体积和质量塑件的体积计算：经过 PRO/E 软件分析得体积 V7.379cm 3塑件的质量计算：PA 的密度 =1.15g/ cm3质量 w =V=7.379X1.15 8.486g3.2 确定行腔数腔数目的确定一般可以根据经济实用性、塑件外形复杂程度、注射机的最大注射量、注射机的额定锁模力等。对于精度要求高的小型塑件和大中型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求相对较低的小型塑件，形状结构简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。该塑件精度要求不高，生产批量适中，从模具加工成本，制品生产时的成本考虑，故拟定为一模两腔。采用一模两件，能够适应生产的需求，侧点浇口，浇口去除方便，模具结构孔不复杂，容易保证塑件质量。3.3 注射量的计算通过 Proe 建模分析，计算得塑件质量为 8.486g，塑件体积为 7.379 cm3，流道凝料的质量 M2 还是个未知数，可按塑件质量的 0.6 倍来估算，从上述分析中确定为一模两腔，所以总的注射量为：M=（1+0.6 ）x2x8.486=27.15.g3.4 锁模力的计算模具所需要的最大锁模力应该小于或等于它的注塑机额定锁模力，才能是注射时不发生溢料和胀模的现象，（n A1+Aj)P Fn冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计8式中：P 为塑料熔体对型腔的压力，一般去 96.86MPaA1 为塑件在分型面上的投影面积， （算得 A1=843.86mm2；Aj 浇注系统在模具分型面的投影面积（算得 Aj=102.31mm2Fn 为注塑机的额定锁模力（Fn=900Kn ）n 为型腔数。（n A1+Aj)P =153.KnFn所以锁模力符合要求华东交通大学理工学院毕业设计93.5 注塑机的主要技术参数和成型工艺参数注塑成型的工艺参数注射类型 螺杆式 螺杆转速 r/min 3060喷嘴形式 自锁式 喷嘴温度 oC 250260前段 255256 模具温度 oC 60120中段 260280 注射压力 MPa 80130料筒温度后段 240250 保压力 MPa 2050注射时间 S 05 保压时间 S 1530冷却时间 S 1530 成型时间 S 5070.冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计103.6 注射机型号的确定注射机从结构形式简单为立式、卧式、和直角式三类。 。根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值等等，查阅参考书，可选用 XS-ZY-125X 表.注射机主要技术参数项 目 数 据 项 目 数 据理论注射容量/3cm125 锁模力 900螺杆直径/ mm 42 最大开模行程/mm 300注射压力 MPa 120 最大成型面积 mm3 320注射速率 g/s 110 最大模厚/mm 300塑化能力/s 18.9 最小模厚/mm 200喷嘴球半径/mm 12 喷嘴孔直径/mm 4注射方式 螺杆式华东交通大学理工学院毕业设计113.7成型设备的校核计算 在初选注塑机后，即可进行注塑模的设计，在模具设计，在模具设计基本完成后，在进行注塑机的校核。校核合格后，即可确定所设计的模具机构，为便于叙述，将注塑机的校核1.模具的闭合高度的确定相关尺寸：定模座板为 H1=25mm定模板 H2=30mm型腔（哈呋轴向尺寸）H3=60mm动模板 H4=25mm托板 H5=30mm垫块 H6=20mm动模座板 H7=25mm所以该模具闭合高度为 H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7=215mm2.闭模高度的校核由于 XS-ZY-125型注塑机所允许的模具最小厚度为 Hmin=200mm 模具最大厚度Hmax=300mm 而计算的闭合高度 H=215mm 所以闭合高度满足HminHHmax 的安装条件。冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计123.模具安装的部分校核该模具的外形最大部分尺寸为215mmX240mmX260mm，XS-ZY-125注塑机模板最大安装尺寸428mm458mm 故满足安装条件。4.模具开模行程校核开模行程也叫合模行程，指模具开合过程中动模座板的移动距离，又 S 代表，注塑机的最大开模行程 Smax=300mm，为使塑件顺利脱模并结合模具特点（弯销分型，垂直分型面） ，确定模具开模行程 S 满足SmaxH3+H4+H5+(510)=60+30+30+8=128mm故注塑机的开模行程满足要求。5.注塑量的校核在注塑成型周期内，注塑模具内所需要的的塑料熔体总量（mi）与模具的浇注系统的容积和型腔容积有关。相关值用下式计算：mi=Nms+mjN 为型腔数量mi 为单个制品的质量或体积mj 为浇注系统和飞边所需的塑料的质量或体积已知 N=2，ms=7.379 cm 3 mi20 cm 3 mj=16.7 cm3注塑机 XS-ZY-125注塑机的额定注塑量125cm 3很明显注塑机的注塑量满足要求。华东交通大学理工学院毕业设计134 浇注系统的设计 浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴四个部分组成。考虑到塑件的外观要求一般，外表面光洁，精度一般以及一模两腔，浇口采用方便易加工凝料去除简单，不会在塑件外壁留下痕迹的侧浇口。4.1主流道的设计由表可知，XS-ZY-125注射机喷嘴的有关尺寸：喷嘴孔直径 d0=4mm喷嘴球半径 SR0=12mm根据主流道和喷嘴的关系得主流道进口端球面半径 SR=SR0+(12)取 SR=14mm主流道进口端孔直径 d=d0+0.5=4.5mm冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计14为了方便把凝料从主流道拔出，主流道通常设计成锥形，其锥角 =24。计算其大端直径约为 10mm 为避免模内的高压塑料产生过大的反压力，配合段直径 D 不宜过大取 D=2.5mm 同时为了让熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计 R2的圆弧过度：为补偿在注射机喷嘴冲击力作用下浇口套变形，浇口套长度设计得比模板厚度短0.02mm 浇口套外圆盘轴肩转角半径 R 要大一些，取 R=3mm 以免淬火开裂和应力集中定位圈是安装模具是定问用，资料 XS-ZY-125型螺杆式注射机的定位圈直径为 125mm，一般定位圈高出定模座板表面5到10mm图 4-1华东交通大学理工学院毕业设计154.2 分流道的设计 U 型截面分流道是注塑模最常用的本案采用 U 型端面分流道，根据查表 pa 的分流道推荐直径 4.89.5，取 =8mm，据此分流道横截面形状和尺寸如图4-2：图 4-24.3 浇口设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。侧向进料的侧浇口，对于中小型塑件，一般厚度 t=0.52.0mm（或取塑件壁厚的1/32/3） ，故取浇口壁厚为1mm；宽度 b=1.55.0mm，取3mm；浇口的长度 l=0.82.0mm，长度取2mm。冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计164.4 冷料穴设计图 4-2该模具设计采用侧浇口形式，在主流道的顶端设置冷料穴。4.5排气系统的设计在注射成型过程中不可忽视的一个系统就是排气系统，设计不好会直接影响塑件的生产。系统模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低挥发气体，PA 挥发性低，不过在高温长时间叫挥发比为0.8%，这些气体若不能顺利排出，型腔内气体将产生压力，压力差而且很大，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩产生高温，可能使塑料烧焦。在充模速度大、温度高、物料粘度低、注射压力大和塑件壁厚较厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。排气槽的尺寸要视塑料的种类来设计，通常为0.010.03，一般情况下，ABS、HIPS、PC、PMMA、SNA 为0.015；而高流动性的塑料如 PP、PE、PA，若没有添加填充剂则为0.01。本次设计的塑件并不是很大，故利用分型面，型腔镶件型芯的配合间隙进行排气即可，间隙值取0.01mm。华东交通大学理工学院毕业设计175成形零件的设计 5.1 成形零件结构设计采用两半哈呋上镶两组型腔镶件形成塑件的外螺纹和中间六角形的凸缘。采用两个整体定模型芯形成塑件内形。成形零件结构示意图 5-1， 图 5-3冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计18型腔镶件三维图 5-2图 5-25.2 成型零件的成型尺寸计算本产品的材料（PA)是一种收缩率范围较大的塑料.所以成型零件的尺寸均按平均值法计算。查的 PA 的收缩率为1.41.8故其平均收缩率为Scp=（1.4+1.8）/2=0.016根据塑件尺寸公差的要求，模具的制造公差取 z=/3华东交通大学理工学院毕业设计19尺寸类别 塑件尺寸 计算公式 型腔工作尺寸Dm 大 =20+0.320 -)1()(0中大大 smDSz+= 19.83+0.320Dm 中=18.360+0.44-)()0中中中 smz+ 18.020+0.44型腔径向尺寸Dm 小=17.83+0.440-)1()(0中小小 smDSz=+ 17.23+0.44059.34+0.740 00-)()+smHz 58.93+0.74011.3+0.320 001=sSz 11.010+0.32型腔轴向尺寸14.35 0+0.32 00-)()+smz 14.000+0.32型芯轴向尺寸19.000-0.38 Lm=（L s+LcScp+0.75）19.030-0.3814.080-0.32 Lm=（L s+LcScp+0.75）14.420-0.32型芯径向尺寸11.780-0.32 Lm=（L s+LcScp+0.75）12.010-0.32冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计206 导向机构设计导柱的结构形式是有肩导柱，其结构简单，使导柱安装孔与导套安装空的直径相等，可以同时镗孔，提高镗孔的精度。导柱安装在动模板上，一共四个。导柱固定部分表面粗糙度 Ra 一般为0.8um 部分表面粗糙度为0.8-0.4um 多采用20钢渗碳处理。图 6-1导套是典型的带头导套，结构相对比较复杂，与导柱配合时安装在定模板上，共四个。导套一般采用淬火钢耐磨材料制造其硬度比导柱低，以改善摩擦，防止导柱导套拉毛，固定表面粗糙度为0.8um图 6-2华东交通大学理工学院毕业设计217.弯销侧向分型机构的设计弯销侧向分型与抽芯机构机构有几个明显的特点：弯销是巨型截面，棋抗弯截面系数比圆形的斜导柱要大。因此可以采用比斜导柱交大的倾斜角 a，一般情况下弯销的倾斜角a 可以在小于 30 度内合理选择。还有一个特点是弯销分型侧抽型机构可以设计变角度弯销分型。根据安装方式不同，弯销在模具安装可分为模内安装和模外安装，本设设为模内安装，两半哈呋在开模时依靠两个弯销实现延时分型，以便利用动模的哈呋及其型腔镶件将塑件强行从定模型芯上脱出。在弯销侧分型时依靠定模型芯的延长段，使塑件不会粘在其中的一块哈呋的型腔镶件上，以便于脱模。合模时，靠两个弯销的作用将两个哈呋块锁紧，因此模具不需要锁紧装置机构。如下图 7-1 所示：图 7-1冯唐棋：外螺纹接头注塑模设计228.冷却系统的设计采用水冷却，两半哈呋块冷却水道采用环形的两层分路冷却水道，水嘴安装哈呋外部上的，水流在哈呋形成回路，冷却型腔镶件，从而达到降温。定模型芯不采用冷却水道，采用自然冷却，水嘴共四个，冷却水道下图 8-1 ：图 8-1华东交通大学理工学院毕业设计239 模具结构特点和工作过程从方便制品脱螺纹和外六角考虑，模具采用哈呋结构，以弯销分型，是哈呋在抽芯后分型，而不需要人为拔出，及其他脱模装置。实际情况是型芯抽出后的脱模，制品常常粘在其中一边的哈呋中上，要人拔出，为此，讲型芯增加了一个延长段，使哈呋分离时，干扰制品粘住哈呋上，又不至于在开模是挂住制品。启模开始时，哈呋因处于弯销直段部分，型芯定型从制品冲抽出，浇口套与主流道分离。当弯销拔动哈呋与制品分离后，型芯