异径弯管成型工艺及模具设计(毕业设计)

1、目录一、前言 1（一）模具与模具工业 1（二）我国模具工业发展现状 3（三）论文的选题背景和目的 4（四）论文研究的主要内容 5二、异径弯管设计与成型工艺 6（一）异径弯管零件设计 6（二）异径弯管成型工艺 8三、异径弯管成型模具设计 10(一分型面的确定 10（二）型腔数量和布置 10(三注塑机的选择与校核 11(四模架的选择与校核 13四、浇注系统的设计 16（一）主流道的设计 16（二）分流道的设计 17（三）浇口的设计 20（四）主流道的剪切速率校核 22（五）冷料穴的设计 23五、注射模具成型零件的结构设计 24（一）成型零件的结构设计 24（二）成型零件钢材的选用 24（三）成型零

2、件工作尺寸的计算 24（四）型腔壁厚的刚度和强度计算 29六、脱模推出机构的设计 33（一）推出方式的确定 33（二）脱模力的计算 33（三）抽芯距计算 34（四）斜导柱直径 34（五）斜导柱总长 35七、冷却系统的设计 36（一）冷却介质 36（二）冷却系统的简单计算 36八、模具装配图 39（一）装配图总体结构 39（二）模具各系统分析 40九、总结 42参考文献 43致谢 45一、前言（一）模具与模具工业1. 模具工业的重要性模具是工业生产地基础装备，同时又是原料及设备的“效益放大器”，模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此模具工业是国民经济的基础工业，被称为

3、“工业之母”，模具生产技术水平的高低，已成为一个国家制造业水平高低的重要标志。模具工业的重要性已引起国家的高度重视，国务院2000年7月27日颁布的当前国家鼓励发展的产业，产品和技术目录中，信息产业、机械工业、汽车工业、轻纺工业四大领域，均把模具放在重要位置。现代模具行业是技术、资金密集型的行业，模具行业的发展，可以带动制造业的蓬勃发展。按照一般公认的标准，模具产值与其带动实现的工业产值之比为3:100。通过模具加工产品，可以大大提高生产效率，节约原材料、降低能耗和成本，产品的一致性好。如今，模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低，而在各行各业得到了广泛应用，并且直接为高新技术

4、产业服务，特别是在制造业中，它起着其它行业无可取替代的支撑作用，对国民经济的发展有着辐射性的影响。2. 塑料模具的前景塑料是生产生活中的常见物品，它广泛用于农业、工业、建筑、包装、国防尖端工业以及人们日常生活等各个领域。 农业方面：大量塑料被用于制造地膜、育秧薄膜、大棚膜和排灌管道、鱼网、养殖浮漂等。 工业方面：电气和电于工业广泛使用塑料制作绝缘材料和封装材料；在机械工业中用塑料制成传动齿轮、轴承、轴瓦及许多零部件代替金属制品；在化学工业中用塑料作管道、各种容器及其它防腐材料；在建筑工业中作门窗、楼梯扶手、地板砖、天花板、隔热隔音板、壁纸、落水管件及坑管、装饰板和卫生洁具等。 在国防工业和尖端

5、技术中，无论是常规武器、飞机、舰艇，还是火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船和原子能工业等，塑料都是不可缺少的材料。 在人们的日常生活中，塑料的应用更广泛，如市场上销售的塑料凉鞋、拖鞋、雨衣、手提包、儿童玩具、牙刷、肥皂盒、热水瓶壳等等。塑料产品的强劲需求推动了中国塑料模具的快速发展，近年来塑料模具市场发展相当快，2002年已猛增到140亿元左右1，2004年塑料模具在整个模具行业中所占比例已上升到30%左右，在未来几年中还将保持较高速度发展。3. 现代模具制造技术的发展趋势（1）模具的标准化加快模具的标准化、商品化发展，适应大规模成批生产的需要，可以提高模具的制造质量、缩短模具的制造周期。（2）新

6、材料、新技术、新工艺的研究和应用研究开发模具新材料，进一步提高模具钢材的耐磨、耐蚀、综合机械性能、加工性能和抛光性能，是提高模具质量的稳定性和使用寿命的主要途径和发展趋向。模具CAD/CAE/CAM技术是模具设计、制造技术的又一次革命，其优势越来越明显。普及和提高CAD/CAE/CAM技术的应用，是模具设计制造走向现代化的必由之路。以高速铣削为代表的高速切削加工技术代表了模具外表面粗加工的的发展方向。成型面的加工向精密、自动化方向发展，光整加工技术向自动化方向发展。以三坐标测试仪和快速原型制造技术为代表的制模技术，是模具制造技术的重大发展，尤其是用于反向制造工程和复杂模具的制造，对缩短制造周期

7、有着非常重要的作用。节能、优质、高速、绿色热处理工艺是模具零件热处理的主导方向 （3）现代生产制造方式在完全实现模具标准件、通用件的生产专业化，供应商品化的基础上，利用现代IT技术，组成局域通信网络，将计算机设计完成的各成型面、配合面数字化，并编成代码直接输入数控机床或CNC加工中心进行自动编程，继而完成自动加工。加工过程中能够完成自动检测和结果的自动显示，从而实现产品设计、模具设计以及模具制造的自动化和智能化并以此提高设计和制造的速度和质量，减少人为的多层次失误造成的缺陷，从而缩短模具生产周期，提高模具质量以及使用的可靠性和寿命。（4）塑料制件的精密化、微型化、超大型化为了满足各种产品越来越

8、高的使用要求，塑料模具和塑料成型技术正朝着精密化、微型化和超大型化方向发展。（二）我国模具工业发展现状自二十世纪以来，我国模具工业已经走过了半个多世纪。改革开放后，我国模具工业发展迅猛，截至2006年底已拥有3万家模具生产企业。“十五”期间，我国模具工业以年均200k的速度持续快速增长。2001年全国模具工业总产值达300亿元人民币，我国模具年产值位居世界第四。至2005年，我国模具销售额达610亿元，同比增长25%，已跃居世界第三，仅次于日本和美国。2006年，我国模具销售额720亿元，直接带动实现工业产值2.4万亿元。当前，中国模具市场容量已达800亿元人民币左右，“十一五”期间中国模具业

9、市场份额将达1200亿元。在区域分布上，广东、重庆、浙江形成了国内模具行业的“三足鼎立”，广东是当前我国最主要的模具市场，中国最大的模具出口与进口省。目前，深圳周边及珠江三角洲地区已经成为我国模具工业最为发达、科技含量最高的区域。与全国塑料加工业区域分布相类似，珠三角、长三角的塑料制品加工业位居前列，浙江、江苏和广东塑料模具产值在全国模具总产值中的比例也占到70%。我国的模具出口也开始大幅增长，表明国内模具水平和竞争力的迅速提高。据海关统计，2005年模具出口7.吸亿美元，同比增长50%以上;模具产品结构更趋高档，复杂、精密、长寿命模具份额提高到30%。2007年l6月，我国模具进出口总量为巧

10、.42亿美元，其中进口总量为9.47亿美元，出口总量为5.95亿美元，与2006年16月相比，进出口总量同比增长4.83%，出口总量同比增长25.79%，而进口总量同比减少5.110k。进口模具主要来自日本、韩国和我国台湾，其次是德国、美国、香港、新加坡、加拿大、法国和瑞士。从上述数字可以看出，我国模具外贸虽然仍存在进出口逆差，但与去年同期比，逆差同比减少32.95%，再次实现逆差的缩减。这不但说明模具出口前景很好，而且也表明我国模具进、出口的结构渐趋合理。目前，世界模具市场产品供不应求，近几年世界模具市场总量一直保持在600亿650亿美元，美国、日本、法国、瑞士等国一年出口的模具约占本国模具

11、总产值的1/3，模具己成为不少行业的发展瓶颈。要想成为世界制造业大国，没有先进的模具工业是不行的。我国的加工成本相对较低，模具加工行业日趋成熟，技术水平不断提高，人员素质大幅提高，国内投资环境越来越好，各种有利因素使越来越多的国外企业选择我国作为模具加工基地。当今世界正进行着新一轮的产业调整，一些模具制造逐渐向发展中国家转移，中国正成为世界模具大国。德国海拉吉林落户;日本丰田模具天津设厂:芬兰贝尔罗斯公司投资兴建深圳模具制造厂，专为电信、保健、电子、汽车等行业提供高档模具产品。目前，我国模具业规模仅次于日本和美国，但大多集中在中低档领域，总体技术水平和附加值偏低。我国制造业急需的精密、复杂冲压

12、模具和塑料模具，轿车覆盖件模具、电子接插件等电子产品模具等，还大量依靠进口，模具产品仍然存在进出口逆差。（三）论文的选题背景和目的随着我国房地产业的快速发展，管件阀门类零件的需求越来越大，市场竞争也越来越激烈，管件塑料在注射模具业中虽然不是很难生产，但它的生产很典型，具有代表性特征。另外一方面，选择本课题也是从我自身的考量。首先，它让我们对模具有了一个初步的了解特别是塑料注射模具，通过对塑料注射成型原理、工艺及模具设计的学习扩展了我们的知识面、巩固了我们已学的知识。其次，本课题的研究也能培养我们利用计算机进行快速设计的能力，传统注射模具的设计主要依赖设计人员的经验，设计速度、质量及可靠性的程度

13、因设计人员的经验不同而异。当前注射模具CAD/CAE/CAM飞速发展，它能对塑料制品经行几何造型，布置模具方案，生成型腔表面，选择标准模架，生成总装图，另外还能优化注射工艺条件，模拟注射流道，分析冷去过程以及受力情况，为因此适应新的形势需要我们尚需在这方面加强锻炼。最后，本课题研究培养了我们学生查找、应用文献资料的能力，独立设计的能力，应用所学知识的能力、解决设计过程中出现问题的能力，缩短了毕业设计与生产实践的差距。（四）论文研究的主要内容本课题以大量模具设计知识，结合前人相关设计的经验，研究异径弯管注射成型模具设计。文章从模具的整体结构设计，到浇注系统、脱模机构设计，详细探讨了实际设计制造的

14、方法和关键点。第二章异径弯管设计及成型工艺，介绍异径弯管尺寸、精度、脱模斜度、塑料性能及零件的成型工艺。第三章异径弯管模具设计，系统的介绍分型面的选择、型腔的布置以及标准模架和注射机的选择与校核。第四章浇注系统，将说明异径弯管注射模浇注系统中主流道、分流道、浇口的形式、位置选择，排溢系统的设计。第五章注射模具成型零件结构设计，详细地叙述了成型零件的计算，并加以校核。第六章脱模推出机构设计，研究异径弯管塑件的脱模推出方式，详细叙述了侧抽芯结构。第七章冷却系统设计，简要说明了冷去系统的设计过程。二、异径弯管设计与成型工艺（一）异径弯管零件设计1异径弯管尺寸设计塑件尺寸的大小与塑料的流动性有关。在注

15、射成型和压注成型中，流动性差的塑料（如布基塑料、玻璃纤维增强塑料等）及薄壁件等的尺寸不能设计得过大。大而薄的塑件在塑料未充满型腔时已经固化，或勉强能充满但料的前锋已不能很好融合而形成冷接缝，影响塑件的外观和结构强度。注射成型的塑件尺寸还要受到注射机的注射量、锁模力合模板尺寸的限制。该塑件最大壁厚为3mm,最小壁厚为2.5mm,查资料可知硬质聚氯乙烯塑件制品的最小壁厚为1.2mm2，因此本零件的壁厚合适。塑件外形尺寸不大，塑件熔体流程不太长，因此适合注塑成型。塑件尺寸如图2-1所示。图2-12精度等级塑件的精度等级要具体分析，根据使用要求确定尺寸公差，一般配合尺寸精度高于非配合部分尺寸精度。塑件

16、的精度要求越高，模具的制造精度要求也越高，模具的制造难度及成本也增大，同时废品率也会增加。异径弯管应用于两个方向垂直直径不同的管件连接，因此它的精度比一般的管件精度要高一些，另一方面实际使用的管件连接常常使用密封胶或生料带密封以防漏水，从这一点看塑件精度不需特别高。我们可以看到异径弯管尺寸并不多，为方便设计制造考虑，统一尺寸精度等级，按照硬聚氯乙烯推荐选用的精度2选用一般精度5级。3脱模斜度由于塑件成型时冷却过程中产生收缩使其紧箍在凸模或成型芯上为了便于脱模，防止因脱模力过大而拉坏塑件或其表面受损，与脱模方向平行的塑件内，外表面都应具有合理的斜度。脱模斜度的大小主要取决于塑料的收缩率、塑件的形

17、状和壁厚以及制品的部位。收缩率大的塑料取较大的脱模斜度。参考塑件常用脱模斜度2可知硬质聚氯乙烯脱模斜度为501°30，这里取脱模斜度为1°。脱模斜度的取向根据塑料的内外形尺寸而定.塑料件内孔以型芯小端为准,尺寸符合图纸要求,斜度沿形状扩大方向标出;塑料件外形以型腔大段为准,尺寸符合图纸设计要求,斜度沿形状减小方向标出。4异径弯管的选材及性能分析异径弯管作为管道零件常常工作在房屋墙壁以及泥土当中。作为管类零件，它必须具备相当的强度，以防止管件破裂产生漏水。另外一方面，由于常年埋在泥土，它必须具有相当的化学抵抗力，这对于输送非纯净水的流体也很重要。从实际中我们可以看到，在塑料管

18、道中应用最多的是硬质PVC。它是一种非结晶性材料，具有助燃性、高强度、耐气候变化性以及优良的几何稳定性。PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力。因此异径弯管选用硬质PVC作为其材料。但是PVC塑料的流动性很差，其工艺范围窄，特别是大分子量的PVC材料更难于加工，因此在零件设计时特别要避免壁厚过薄。硬质PVC主要性能指标如下表2-2。密度g/cm3屈服强度MPa3550比体积cm2/g拉伸强度MPa3550吸水率%拉伸弹性模量GPa熔点160212抗弯强度MPa90计算收缩率%泊松比%比热容J/kg·K1260弯曲弹性模量GPa表2-2（二）异径弯管成型工艺1工艺的选择（1）成型

19、前的准备对硬质PVC的色泽、粒度和均匀度等进行检验。若所用粒料放置时间较长，最好先干燥处理，干燥温度100120，时间11.5h,以排除粒料中的微量水分，避免制品表面缺乏光泽、有气泡。（2）注射过程塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程壳分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。（3）塑件的后处理由于塑化不均匀或由于塑料在型腔中的结晶、定向和冷却不均匀，造成制品各部分收缩不一致，或因为金属嵌件的影响和制品的二次加工不当等原因，塑件内部不可避免地存在一些内应力。根据塑件的特性和使用要求，塑件壳进行退火处理。退火的方法就是把制品放在一定温度的液体介

20、质中如热水。2工艺参数的确定1 注射机：螺杆式，螺杆转速为28r/min2 料筒温度（）：后段160170中段165180前段1701903 模具温度（）：30604 注射压力（）：801305 注射时间（s）：15606 高压时间（s）：057 冷却时间（s）：15608 总周期（s）：40130三、异径弯管成型模具设计(一分型面的确定分型面是分开模具取出塑件的面，是模具动、定模的分界面。分型面的位置应位于塑件断面轮廓最大处，同时还应考虑：脱出塑件方便，模具简单可靠，型腔排气顺利，确保塑件质量，无损塑件外观，设备利用合理等。根据塑件的结构特点，主分型面有如下两种方案，如图3-1。图3-1方案

21、一可以实现纵向抽芯和侧抽芯，但是侧抽芯的型芯比纵向抽芯的型芯大很多，不利于模具设计和塑件成型。方案二虽然改正了方案一的缺点，但致命的问题却是模具无法脱模。若强行脱模零件将会被模具碰坏。因此综合考虑方案一较为可行排气方式的确定：由于塑件较小，排气量小，塑件最好充满的位置部分位于分型面上，因此采用分型面和推管孔与型芯配合间隙的间隙排气（二）型腔数量和布置注射模具型腔数目的确定，与现有注塑机的规格、所要求的塑件质量、塑件的几何形状（有无侧抽芯）、塑件成本及交货期等因素有关。从经济角度出发，订货量大时可选用大型机、多型腔模具，对于小型制件，型腔数量可由经验决定。当尺寸精度和重复性精度要求很高时，应尽量

22、减少型腔数目，在满足其它要求的前提下尽量采用单型腔模具。针对于本设计的塑件，由于尺寸精度和重复性精度要求不高，而且是大量生产，因而拟采用一模多腔，同时考虑到塑件上有侧向抽芯，为使模具结构简单，采用一模四腔较为合适。型腔的布置涉及模具尺寸、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计、模具温度调节系统的设计及模具在开合模时的受力平衡等问题，因此在设计中应根据各方面的情况进行综合考虑，并在设计中进行必要的修改，已达到较为完善的结果。在本设计中，由于塑件需侧向抽芯，并且是一模四腔，着重考虑抽芯机构的结构，因而采用平衡式排列布置，如图3-2所示。图3-2 型腔布局从上面的分析可知，本模具设计为一模四腔，对称直线式排

23、列，根据塑件结构形状，推出机构拟采用推管推出。流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口（普通浇口），且开设在分型面上。(三注塑机的选择与校核 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.21倍来估算。由于本次采用流道简单，因此浇注系统的凝料按照塑件体积的0.4倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和4各塑件体积之和）为： 根据第二部计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积V总=81.805cm3，并考虑注塑机注塑系数（0.8），则有：根据以上的计算，初步拟定公称注塑量为125cm3，注塑机型号为XS-ZY-125卧式注塑机，其主要参数见图3-3

24、注塑机型号XS-ZY-125移模行程mm160理论注射容量cm3125最大模具厚度mm300螺杆（柱塞）直径mm42最小模具厚度mm200注射压力MPa150注射行程mm160螺杆转速r/min10140注射时间s合模力104 N90最大成型面积cm2360模板最大行程mm300喷嘴球半径mm12喷嘴孔径mm4定位圈尺寸mm100图3-3（1）注射压力校核由聚氯乙烯注射参数可知聚氯乙烯注射压力为p0=80130MPa,这里取110MPa,该注塑机的公称注塑压力p公 =150MPa,注塑压力安全系数k1 =1.251.4，这里取k1 =1.3，则：k1 p0 =1.3×110=143p

25、公 所以，注射机注射压力符合要求。（2）锁模力校核异径弯管在分型面上的投影面积A塑 ，通过二维软件分析计算得塑件在分型面上的投影面积A塑 3 。浇注系统在分型面上的投影面积A浇，及流道凝料（包括浇口）在分型面的投影面积A浇 数值，可以按照多型腔的统计分析来确定。A浇 是每个塑件在分型面上的投影面积A塑 的倍。由于本例流道设计简单，分型道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小。这里去A浇 =0.3 A塑异径弯管和浇注系统在分型面上总的投影面积A总 ，则：A总 =n(A塑 + A浇 = 4×(A塑 + 0.3 A塑 = 5.2 A塑 3 校核。锁模力F应满足Fk0 ×A总&

26、#215;p式中：k0 锁模力安全系数，一般取，这里k0 p 型腔的平均压力(MPa，通常取注射压力的20%40%，大致范围为2540MPa。这里取p=35MPa。A总塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总(cm3则：F = 9×105 k0 ×A总××××102 N所用，注射机符合要求(四模架的选择与校核根据模具的总体结构：定模板、动模板各一块板，采用推管脱模机构。因此选用CI型（C型工字模）模架。宽度方向主要由塑件、塑件间距以及复位杆的限制决定。长度方向主要由塑件长度与侧向抽芯机构的长度决定，再参考龙记模架的尺寸，可以选用350

27、mm×400mm系列模架2.动模板、定模板厚度的确定动模板的厚度涉及凸模的厚度、支撑板刚度计算的要求，目前刚度强度都未计算，目前暂取动模板厚度60mm。定模板的厚度根据凹模厚度大致确定，取70mm。其它零件的尺寸按龙记模架的标准选取。综上所述选取模架为：3540-AI-A板60-B板70，模架结构如图3-4所示图3-43模架各尺寸的校核（1）模具高度校核3模具高度应满足Hmin HmHmax 式中：Hmin =200mm, Hm=290mm, Hmax =300mm刚好符合要求，因此校核合格（2）开模行程的校核3本模具带有侧向抽芯，故完成侧抽芯所需开模行程H侧 为取出塑件所需的开模行

28、程H=H1 +H2 =21+121mm=142mm式中：H1 塑件脱模所需推出距离mmH2 包括浇注系统在内的塑件高度mm由于所用注射机位液压-机械联合作用的注射机， H ,故开模行程SK 应满足：SK H +（510）mm本设计注射机SK =300mm147152mm,符合要求。四、浇注系统的设计（一）主流道的设计主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定

29、模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。浇口套的结构形式如图4-1所示。1主流道球面半径R2 球面半径R2 应比喷嘴球径大12mm，以保证注射过程中喷嘴与模具紧密接触，防止熔体流入因两球面配合误差形成的间隙中，妨碍主流道凝料的脱出。R2 = R1 +（12）mm = 12+2mm =14mm2主流道小端直径d1 主流道小端直径d1 与喷嘴相配合的，其径向尺寸应大于喷嘴孔径d 0.51.0mm ,以便当主流道与喷嘴同轴度有偏差时，主流道凝料较容易从定模侧脱出。d1 =d + (0.51.0mm = 4+1 mm =5mm3主流道的长度L 主流道的长

30、度L根据设计需要取L =100mm。4锥度 一般在2°6°内选取，主流道带锥度是为了在模具打开时使主流道凝料容易脱离定模，在此设计中取=3°。5大端直径D主 =d1 +2L主°= 5+2×100×0.026=10mm6.主流道凝料体积7.主流道当量半径（二）分流道的设计1分流道的布置形式分流道的布置方式有两种：平衡式和非平衡式。平衡式是指从主流道到各型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸都对应相等，优点为生产地制品精度高，缺点是对应部位尺寸精度要求高。非平衡式是指从主流道到各型腔的分流道不完全相同，优点是可减少回头料的重量，缺点是浇口设

31、计较难，生产制品的精度低。针对塑件的结构特点，模具采用平衡式布置方式。2分流道的长度分流道长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置。从输送熔体一减少压力和热量损失的要求出发，应力求缩短分流道长度；从结构和冷却考虑，分流道应有一点的长度。针对本设计，取单边分流道长度=40mm3分流道的当量直径塑件质量：m塑 =·V塑 ×. 对于壁厚小于3mm，质量在200g一下的塑件分流道当量直径D分为4：对于硬质PVC，其流动性差，因此须在计算的结果上在提高25%即：D分 = D分·4分流道截面形状实际设计所采用的分流道截面形状有圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等。从减少流道内的

32、压力损失来看，希望流道的截面积大；从热传导角度考虑减少热损失来看，要求流道的比面积（截面积与外周长之比）最小。因此用流道的截面积与周长之比来表示流道的效率。根据计算圆形与正方形的效率最高，但是圆形分流道制造比较困难，费用高，故不采用圆形。正方形流道的凝料脱模困难，故也不采用。半圆形截面流道由于热效率低，通常不采用。本设计采用U形截面，其加工性较好，热量丧失流动阻力均不大。5分流道截面尺寸设U形截面的圆弧半径为x,U形截面的高为2x5 ,则该U形截面的面积为：··x2 +x·2x =3.57x2 再根据该面积与当量直径为的圆面积相等，可得：2 ··

33、;D分2 ·3.14·3.7732 即可得：，取x=2mm。U形截面如图4-2所示。6凝料体积（1）分流道的长度 L分 =40×2=80mm。（2）分流道截面积 （3）凝料体积 7.校核剪切速率（1）确定注射时间 XS-ZY-125注射机的注射时间（2）计算分流道体积流量5P95（3）由剪切速率公式3P95得该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5×102 5×103 s-1 之间，所以分流道内熔体的剪切速率合格。8.分流道表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取2.5um即可，此处取Ra1.6um。另外其脱模

34、斜度一般在5°10°之间，这里取脱模斜度8°（三）浇口的设计10浇口又称进料口，它是分流道与型腔之间的狭小通口，也是最短小部分，其作用使熔融塑料在进型腔时产生加速度，有利于迅速充满型腔，成型后浇口塑料先冷凝，以封闭型腔，防止熔融塑料倒流，避免型腔压力下降过快，以至在制品上产生缩孔或凹陷，成型后便于使浇注凝料与制品分离.浇口的结构形式很多，大致可分为：直接浇口、侧浇口、点浇口、潜伏浇口、耳型浇口、环形浇口、平缝式浇口、扇形浇口、轮辐式浇口等。根据异径弯管零件特点和型腔布置，现只考虑点浇口和侧浇口。点浇口又称针点浇口，它是一种比较常用的浇口形式通常用于流动性较好的塑料

35、，如聚乙烯、聚丙烯、ABS、聚苯乙烯、尼龙类的塑件。点浇口的优点：当熔体通过点浇口是，有很高的剪切速率和摩擦，产生热量，提高熔体的温度和降低熔体的粘度，有利于熔体的流动，从而能获得外形清晰、表面光滑的塑件制品。塑件的浇口在开模时即被拉断，浇口痕迹呈圆点状，不明显，所以点浇口可开在塑件表面积任何位置，并不影响制品的外观。点浇口一般开在塑件顶部，因其注射流程短，拐角小，排气条件好，因此和容易成型。适用于外观要求较高的壳类，或盒类塑件的单腔模、多腔模等各种模具，使用比较广泛。点浇口的缺点：注射压力损失较大，多数情况下必须采用三板模结构，其模具结构相对比较复杂，成型周期较长，流道与制品的比例较大（废料

36、多）。侧浇口又称边缘浇口，一般开在分型面上，从塑件侧面进料。它能方便地调整充模是的剪切速率和浇口封闭时间，因而国外称之为标准浇口，它是一种广泛使用的浇口形式。侧浇口可根据塑件的形状特点灵活地选择浇口的位置，以改善填充条件。它不像其他浇口系统那样受到一定限制。侧浇口适用于一模多件，能大大提高生产效率，减少浇注系统的消耗量，而且去除浇口方便，但侧浇口容易形成熔焊接、缩孔、气孔等缺陷，注射压力损失大，对壳形件排气不便，保压作用比直接浇口小。由于零件用的硬质PVC塑料，它的流动性差，不适合用点浇口，而且外观要求也不是特别高，综合考虑选用侧浇口。在注射成形及模具设计中，浇口位置是个重要的设计变量。浇口开

37、设的位置对塑件的成形性能和质量影响很大10 , 需要考虑的因素也多。浇口位置的选择应注意:选择有阻挡物最近的距离;尺寸及位置应避免产生喷射和蠕动;浇口应开设在塑件断面最厚处;应使塑料流程最短、料流变向最少;应有利于型腔内气体的排出;应减少或避免塑件的熔接痕;应防止料流将型腔、型芯、嵌件挤压变形。总的来说，设计人员要多参考老模具的设计，有时在试模后还要作少许修改。注射模CAE技术可以在模具投入制造之前，进行塑料熔体的充型和冷却过程模似，对塑件翘曲和收缩进行预测，对潜在问题提出有效改进方法，缩短模具制造周期并降低成本。对于没有经验的设计者，一定要先利用CAE软件模拟后再来确定浇口的位置。由于异径弯

38、管需要在两个方向抽芯，而且前面已确定一模四腔，为此浇口自然开在塑件的侧面，虽然这并不是塑件壁厚最大处，但只有此位置较为可行。（1）计算侧浇口的深度3式中：h侧浇口深度t塑件壁厚，这里t=3mm在工厂设计时，浇口深度常常先取小值，以便今后试模是发现问题经行修模处理，并根据推荐侧浇口厚度3P300为1.31.6mm，故此处浇口深度取h=1.5mm。（2）计算侧浇口的宽度3式中：B侧浇口宽度mmA塑件外表面表面积。用三维软件分析得A=7692mm2（3）计算侧浇口的长度根据侧浇口形式和推荐尺寸5 2mm，这里取L浇 =1mm。（1）计算浇口当量半径由面积相等R浇 2 =Bh,得（2）校核浇口的剪切速

39、率3确定注射时间：由前面注射机参数可知t=1.8s;计算浇口的体积流量：q浇 =V塑 3/s计算浇口的剪切速率：该矩形浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5×1035×104 之间。所以浇口的剪切速率校核合格。（四）主流道的剪切速率校核上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积（浇口的体积大小可以忽略）以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。1计算主流道的体积流量2计算主流道剪切速率主流道内熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5×1025×103 s-1 之间10，所以主流道剪切速率校核合格。（五）冷料穴的设计

40、11冷料井位于主流道末端、模具的动模边，主要起存储冷料的作用，其径向尺寸略大于或等于主流道大端尺寸。冷料井与拉料杆的配合还可起到脱出浇注系统凝料的作用。由于本模具拟采用推管脱模，因此选用Z型拉料杆与其向配合。五、注射模具成型零件的结构设计（一）成型零件的结构设计成型塑件外表面或上表面的零件称凹模或型腔。凹模按结构可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、组合式等。总的来说，整体式强度、刚度好，但不适合复杂的型腔。镶嵌式采用组合的模具结构，使复杂的型腔加工相对容易；可避免采用同一材料的不经济性；可采用拼接间隙排气；但刚度较差，易于在塑件表面留下镶嵌块的拼接痕迹，模具结构复杂。成型塑件内表面或下表面的

41、零件称凸模或型芯。型芯按复杂程度和结构形式大致有如下两种类型：整体式型芯、组合式型芯。整体式型芯和组合式型芯的优缺点基本和行腔的情况相似。本塑件从外形上看并不复杂，其难度体现在侧向抽芯机构上，而成型用的型芯型腔结构较为简单，而且异径弯管生产量大，不必过分考虑模具材料的经济性，因此凹模和凸模皆采用整体式。（二）成型零件钢材的选用根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。因为该塑件大批量生产，而且硬质PVC塑料具有严重的腐蚀性，因此对于凹模、凸模、型芯选用耐腐蚀的38CrMoAl，它经过调质、渗氮处理后表面硬度可达

42、HV1000,耐磨性得到极大提高。（三）成型零件工作尺寸的计算成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成型腔的尺寸，它通常包括凹模和凸模的径向尺寸（包括异形零件的长和宽）、凹模和凸模的高度尺寸以及位置（中心距）尺寸等。1成型尺寸的分类和性质成型零件的尺寸，主要有构成塑件外形尺寸的型腔内径（DA）及高度(HA，构成，构成塑件内形尺寸的型芯外径(dT 及高度（hT）；中心距C。塑件的外形的公差为负值，塑件内形的公差为正值，中心距则为双向公差。我们称型腔尺寸为增大尺寸，因为它在生产过程中随着时间的延长而磨损变大；称型芯尺寸为缩小尺寸，它随着磨损变小；称中心距尺寸为常量尺寸。塑件本身必须要有合理的公差，

43、模具设计时，选用塑件所规定的公差作为依据。一般塑件的精度较低，即公差值较大。在设计模具是，外形尽量去下限尺寸，内形取上限尺寸。这是为了装配使用需要以及在生产过程中由于模具磨损而留有的修模余地。前面已经介绍过了，该零件无特殊要求，所有尺寸采用5级精度。实践证明，模具制造公差可取塑件公差的1/31/6，即，而且按成型加工过程的增减趋向取“+”，“”符号。型腔尺寸属于孔类尺寸，在使用过程中由于磨损的原因不断增大，则取“+”。型芯尺寸属于轴类尺寸，在使用过程中由于磨损的原因不断减小则取“”，中心距尺寸取“±/2”。3成型尺寸的计算式成型零件工作尺寸计算方法一般有两种：一种是平均值法，即按平均

44、收缩率、平均制造公差和平均磨损量经行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和极限磨损量进行计算。前一种计算方法简便，但不适于精密塑件模具设计；后一种计算方法能保证所成型的塑件在规定的公差范围内，但计算比较复杂。本设计采用第一种方法。（1）型腔径向尺寸的计算式中： 型腔的最小基本尺寸； 型腔的最大基本尺寸； 塑件的平均收缩率，这里取； 塑件公差；模具制造公差，取塑件公差的1/31/6，或按IT9查表，或根据实际配合公差要求查表。（2）型腔深度尺寸的计算式中：型腔深度最小基本尺寸；塑件的最大基本尺寸（3）型芯径向尺寸的计算式中：型芯最大基本尺寸；塑件最小基本尺寸。（4）型芯高度尺寸的计算式中：型

45、芯深度的最大尺寸；塑件内形深度的最小尺寸。（5）中心距（双向公差）尺寸计算式中：C模具的中心距基本尺寸；C0塑件中心距的基本尺寸。4工作尺寸的计算图5-1（1）型腔尺寸计算此处型腔与推管配合是H7/f6，因此D的公差取7级精度即0.021mm. （2）型芯尺寸计算 由于型芯与推管的配合是H6/f5,因此采用5级精度。塑件凹模、凸模、型芯、侧型芯如图所示图5-2 凹模图5-3 凸模图5-4 小型芯图5-5 侧型芯（四）型腔壁厚的刚度和强度计算本设计中成型零件的尺寸只用计算凹模壁厚s1 和s2 。至于底板厚度，由于采用推管推出，并由推管承受底端面的压力，因此也无必要计算，如图5-6所示。图5-6

46、型腔壁厚1 动模镶块侧壁厚度s2凹模s2 厚度承受圆形腔的压力，根据相关资料有关圆形腔壁厚的计算，它是把它简化成“受均部载荷的悬臂梁”的力学模型。但是本结构并未构成悬臂梁，为简化计算，假设它为悬臂梁结构，如图所示5-7这样就对计算做了保守估计，也就是说如果按照“受均部载荷的悬臂梁”的力学模型校核壁厚合适的话，那么实际上将更加安全。侧壁刚度计算公式4壁厚强度计算公式4式中：S圆形型腔侧壁厚度，mm;h型腔有效高度，mm;p型腔压力，MPa，一般是3050MPa，取40 MPa;E模具材料的弹性模量，MPa,碳钢是×105 MPa;模具材料的许用应力，MPa，一般中碳钢是160 MPa（

47、由屈服点，安全系数算出），预硬化模具钢=300MPa;型腔自由端所允许的径向形变mm，整体式凹模=25i0.2 ×250.2 ××10-4 mmr型腔半径，可取塑件半径，mm;按刚度计算按强度计算由以上刚度和强度计算可以看出壁厚s2 =20mm满足要求2动模镶块侧壁厚度s1从38型腔来看s1 壁厚部分承担型腔的底部压力，因此相当于底板壁厚，但相关资料关于圆形腔的底板厚度公式都默认无型芯通过，因此不符合要求。该布局并不复杂，在受力面上也是均布载荷，如图5-8，现自己计算。根据强度条件，模具所受到得应力不得超过材料的许用应力，即：式中：p型腔压力, p =40MPa;

48、模具材料的许用应力，预硬化模具钢=300MPa;K安全系数，取；于是，因此强度远远符合要求。根据刚度条件，模具在载荷的作用下产生的弹性变形量不得超过许用变形量，即：式中： 材料的弹性变形量，mm;材料的许用变形量，mm;型腔压力，MPa, 一般是3050MPa，取40 MPa;E模具材料的弹性模量，MPa,碳钢是×105 MPa；于是，因此刚度也符合要求。六、脱模推出机构的设计（一）推出方式的确定本塑件纵向方向为圆筒形中间包裹着一个型芯，而且塑件壁厚并不是很厚（）,如果采用通常的推杆推出会使推杆很细，另外推杆与型芯过于靠近致使薄壁处非常脆弱，因此本塑件并不适合用推杆推出。根据塑件特点

49、采用推管推出，它推顶平稳可靠，整个周边推顶塑件，塑件受力均匀，无变形、无推出痕迹；同轴度高等优点。（二）脱模力的计算抽拔力指塑件处于脱模状态，需要从开模方向有一个交角的方位抽出型芯或分开凹模所需克服的阻力。这个力的大小随着塑料制件结构、几何尺寸、塑料原料的物理性能及磨具结构而异在脱模力计算中，将视为厚壁塑件，反之视为薄壁塑件6，t为塑料件壁厚，d为型芯直径。因此为厚壁塑件。侧孔为圆形时其侧向拔抽力4为：式中： 型芯平均半径，cm塑料抗拉伸弹性模量，×104 Pa，=2.5×105 ×104 Pa塑料成型收缩率，硬质PVC为0.2%0.4%，取塑料制品低型芯的包容长

50、度，cm。塑料与模具材料的静摩擦系数，查表得侧向抽芯的脱模斜度，(°，=1°塑料的泊松比，硬质PVC =0.42；无因次量，查表4可知=4.876；=sincos，在1.21.0范围变化，一般取1；侧孔型芯在脱模方向上投影面积，cm2 , =2(2.5+1.25=12cm2 于是：（三）抽芯距计算将侧向型芯或滑块从成型位置抽拔或分开至不妨碍制品脱模的距离为抽拔距。一般抽拔距取侧孔深度加上23mm7;（四）斜导柱直径斜导柱的斜角一般为15°25°，设计中取25°，与固定板件用过渡配合。由于斜导柱只起驱动滑块的作用，滑块的运动精度由导滑槽与滑块间采

51、用比较松的配合。斜导柱可以做成半球形，也可做成台锥形，应将台锥头部的斜度设计得大于斜导柱的倾斜角，这样斜导柱的有效长度即圆柱部分离开滑块后，其锥形头部分即不再继续驱动滑块。斜导柱直径：斜导柱承受的弯曲应力：式中： 斜导柱直径弯矩斜导柱材料的许用弯曲应力力臂长度抽芯距斜导柱斜角拔抽力代入数值得故本设计取斜导柱直径为25mm。（五）斜导柱总长斜导柱长度为式中： D斜导柱大径，mm；斜角，°；紧固斜导柱的模板的厚度，mm斜导柱直径，mm；抽拔距，mm；代入数值计算得：参考斜导柱的规格取L=200mm。七、冷却系统的设计模具的冷却系统的设计关系到塑件产品质量及其生产效率，合理的冷却系统能改善

52、塑件成型，减少塑件应力变形，改善塑件外观质量，提高塑件物理性能及提高生产效率。模具的冷却系统计算很麻烦，在此只经行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及注射机接触所散发的热量，按单位时间塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。（一）冷却介质硬质PVC塑料属于高粘度材料，其成型温度及模具温度分别为180°210°和30°60°，所以模具温度初选50°，用常温水对模具冷却（二）冷却系统的简单计算1单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量（1）塑料制品的体积（2）塑料制品的质量（3）单位时间注射次数塑件最大壁厚为3mm,可以查表3得

53、t冷 =21.7s,注射时间t注 =1.8s,脱模时间t脱 =8s,则注射周期：t=t冷 +t注 +t脱 。由此得每小时注射次数：（4）单位时间注射质量2确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量Qs查表3可知硬质PVC的单位热量QS 的值的范围在（160360）kj/kg,取QS =260KJ/kg3计算冷却水的体积流量qv设冷却水道入水口的水温为2 =22，出水口的水温为1 =25，取水的密度=1000kg/m3 ,水的比热容c=4.187kJ/(kg·,则根据公式可得:4确定冷却水路的直径d当时，取冷去水管道直径5冷却水在管道内的流速6冷却水流动状态的校核冷却水的雷诺数为：式中：冷

54、却水的运动粘度，m2 /s由于Re600010000，因此冷却水是处于湍流状态。7冷却管壁与水交界面的膜传热系数h因为平均水温为23.5，查表3得f(与冷却介质温度有关的物理系数，f=6.7,则8计算冷却水通道的导热总面积A式中：模具平均温度与冷却水平局温度之间的差值°C9计算模具所需冷却水管道的总长度L10冷却水路的根数x,设每条冷却水路的长度为,则冷去水路的根数为由上述计算可以看出，不到一条的冷却水道对于模具来说显然是不合适的，因此应根据具体情况加以修改。八、模具装配图模具装配图用来表达模具的整体结构、外形尺寸、模具各零件间的装配关系，是指导模具装配、检验、维修等工作地技术文件。

55、本章将对对异径弯管注射模具的装配图结构、模具各系统经行分析。（一）装配图总体结构异径弯管注射模具装配图包含三视图。主视图采用阶梯剖，表达主流道及分流道的流向。俯视图则为打开模具（不取出塑件和浇道凝料）的动模试图，清楚地说明了型腔布置、分流道布置。右试图着重表达了侧向分型的结构、推出机构及浇口。主视图如图8-1所示。图8-1右视图如图8-2所示。图8-2（二）模具各系统分析浇注系统是指模具中从喷嘴开始到型腔为止的塑料熔体的流动通道。主流道、分流道和浇口是其组成部分。在模具上直接与其相关的零件包括：定位环、浇口套、拉料杆以及模板上的浇道。由这些零件所形成的浇注系统让塑料熔体顺利地充满到型腔各个深处，将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得外形清晰地质量优良的塑件。侧向分型与抽芯机构，包括楔紧块、侧型芯、斜导柱、滑块、滑块定位板等。异径弯管开模时，首先是动模板离开定模板，塑件脱离定模板与动模板一起运动。同时，在导柱的引导下斜滑块向外侧运动，侧型芯逐渐脱离塑件。当到达预定抽芯距时滑块定位板挡住滑块，以防止其脱离模具。异径弯管合模时的运动与开模时相反，滑块在导柱的引导下逐渐向内运动，深入型腔。推出机构，本设计采用推管推出。在侧向分型和抽芯结束后，由外力推动推