基于PROE的三通管件的结构设计说明

1、 PAGE58 / NUMPAGES62化工学院本科毕业论文题 目：基于PRO/E的三通管件的结构设计 院 系：材料科学与工程学院 专 业：高分子材料与工程 班 级：0504 学生：王雪娇 指导教师：于洋 论文提交日期：2009年06月20日 论文答辩日期：2009年06月20日容摘要 UPVC塑料管件应用十分广泛，其中三通管件是塑料管件中必不可少的一种，可广泛用于给排水工程。本文详细介绍了PRO/E软件用于三通管件的结构设计过程，PRO/E软件用于设计实体结构的特点，并对三通管件材料的选择、加工工艺的选择、注射机的选择、二维工程图的绘制等进行了阐述，同时对制造三通管件所用的模具进行了粗略的尺

2、寸计算。而且应用塑料顾问模块对设计的展品进行定性分析，模拟其注塑过程。关键词： 三通管件； PRO/E软件； UPVC； CAD； 注射工艺目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc233362319引言 PAGEREF _Toc233362319 h 1HYPERLINK l _Toc233362320一、文献综述 PAGEREF _Toc233362320 h 2HYPERLINK l _Toc2333623211.1 聚氯乙烯管材的发展趋势 PAGEREF _Toc233362321 h 2HYPERLINK l _Toc2333623221.2 计算机辅助

3、设计软件的发展趋势 PAGEREF _Toc233362322 h 3HYPERLINK l _Toc2333623231.3 PRO/E软件简介 PAGEREF _Toc233362323 h 4HYPERLINK l _Toc2333623241.4 PRO/E软件的优点 PAGEREF _Toc233362324 h 4HYPERLINK l _Toc2333623251.5 需要解决的问题 PAGEREF _Toc233362325 h 6HYPERLINK l _Toc2333623261.5.1 塑件的圆角问题： PAGEREF _Toc233362326 h 6HYPERLINK

4、 l _Toc2333623271.5.2 塑料件的收缩率问题： PAGEREF _Toc233362327 h 7HYPERLINK l _Toc2333623281.5.3 塑件的脱模斜度： PAGEREF _Toc233362328 h 9HYPERLINK l _Toc2333623291.5.4 三通管件的壁厚： PAGEREF _Toc233362329 h 10HYPERLINK l _Toc2333623301.5.5 制品缺陷 PAGEREF _Toc233362330 h 10HYPERLINK l _Toc2333623311.6 PRO/E软件设计三通管的流程 PAGE

5、REF _Toc233362331 h 11HYPERLINK l _Toc2333623321.7 拟用生产方式 PAGEREF _Toc233362332 h 12HYPERLINK l _Toc233362333二、理论与计算 PAGEREF _Toc233362333 h 13HYPERLINK l _Toc2333623342.1 材料的选择 PAGEREF _Toc233362334 h 13HYPERLINK l _Toc2333623352.2 实体尺寸 PAGEREF _Toc233362335 h 14HYPERLINK l _Toc2333623362.3 实体模型创建过

6、程 PAGEREF _Toc233362336 h 14HYPERLINK l _Toc2333623372.4二维工程图的创建 PAGEREF _Toc233362337 h 18HYPERLINK l _Toc2333623382.5 模具尺寸的计算 PAGEREF _Toc233362338 h 19HYPERLINK l _Toc2333623392.5.1 按平均收缩率Scp方法计算成型零件工作尺寸 PAGEREF _Toc233362339 h 19HYPERLINK l _Toc2333623402.5.2 计算式 PAGEREF _Toc233362340 h 22HYPERL

7、INK l _Toc233362341三、塑料顾问 PAGEREF _Toc233362341 h 25HYPERLINK l _Toc2333623423.1 塑料顾问的应用 PAGEREF _Toc233362342 h 25HYPERLINK l _Toc2333623433.2 塑料顾问在本次设计中的应用 PAGEREF _Toc233362343 h 25HYPERLINK l _Toc233362344四、总结 PAGEREF _Toc233362344 h 29 正文引言 三通管接头广泛应用于建筑工业，如上下水管、排污管等。三通管件的生产主要采用注射工艺，提到注射模塑就离不开模具

8、的设计，在本次设计中主要设计的是产品的结构，由于知识水平限制只有对模具成型零件部分的尺寸计算。 随着科学技术的进步，人们的工作方式也有了很大的进步，就结构设计而言当下就有很多可供选择的计算机辅助设计软件。在国外塑料加工行业中约有95 %的产品靠模具生产, 其中注射模具的产量占世界塑料成型模具总产量的50 %以上; 而新产品的开发都是以模具的更新和工艺的改进为前提。因此, 应用CAD 软件设计模具已成为提高模具企业竞争力的有力武器。Pro/Engineer是美国PTC公司出品的CAD/CAM软件，它提供的参数化设计具有3D实体造型(Solid Model)、单一资料库（Single Databa

9、se）以与特征作为设计单位（Feature-based Design）等特点因此它可使设计者随时计算出产品的体积、面积、质心、重量、惯性矩等。由于PRO/E软件使用方便等诸多优点，此次设计选用PRO/E软件设计带有扩口的90mm的直三通管件。一、文献综述1.1 聚氯乙烯管材的发展趋势 塑料管具有重量轻、耐腐蚀、卫生安全、水流阻力小、安装方便、节能、使用寿命长等特点,受到了管道工程界的青睐。给排水塑料管是目前国大力发展和应用的新型化学建材,作为建筑给排水管材可解决我国钢材紧缺、能源不足的局面,经济效益十分显著。 聚氯乙烯管材管件在我国建筑、农业、电力、通讯市场有着巨大的发展潜力。但是, 从我国管

10、材管件生产和销售情况来看并不十分乐观。管材厂开工率仅为50%, 1997年全国管材管件产量只有28万t, 与发达国家相比差距很大。美国只有2亿人口, 土地面积也比我们小, 但聚氯乙烯管材管件年消费量在20万t左右, 关键是我国的应用领域还没有打开。努力开发聚氯乙烯管材管件市场, 对发展聚氯乙烯和相关行业都有巨大的推动作用。 从国外聚氯乙烯产品市场来分析,聚氛乙烯管材和建材是聚氯乙烯产品的主要市场, 消费聚氯乙烯树脂量占发达国家聚抓乙烯树脂总消费量的65%, 仅管材一项消费量平均占32%左右, 而我们国家仅占4.4%, 差距很大, 关键是市场没有很好地开发, 有些环节还需进一步调整。 例如, 在

11、建筑室管材中, 只将聚氯乙烯下水管列人国家发展规划,而没有将室上水管和热水管列入发展规划, 这两种管材也是聚氯乙烯管材和氛化聚氯乙烯管材的一个重要市场。又如, 在公用工程管材中, 将聚氯乙烯供水管列人发展规划, 而没有将公用工程聚氯乙烯排污管这个大产品列入规划, 排污管在国外使用得很普遍, 近10年来在国外得到了迅速发展, 是大口径聚氯乙烯管材的一个较大的市场, 应当作为国聚氧乙烯管材的重点产品加以开发。加之, 我们的生产厂能够根据市场需求推出系列化的多品种、多用途的各种聚抓乙烯管材管件供应市场, 聚抓乙烯管材是不愁销路的。其次, 农用灌溉管的发展要加大力度。我国是个缺水国家, 没有水就没有粮

12、食, 这是解决12亿人口吃饭的大问题。使用喷灌可节水50%, 采用管灌等于增产粮食。 此外采用管灌还可以改造土壤, 改造盐碱地, 并可在短期见成效, 这对于改良土壤, 增加耕地面积, 抑制土地沙漠化也是一个有效的方法。 根据我国聚抓乙烯管材、管件市场潜力巨大的具体情况, 一要进一步开发市场, 二要在提高现有管材、管件的质量方面作深人细致的工作。现在, 为规塑料建材市场, 建设部建立子化学建材产品技术评估和推荐产品制度。不少城市, 如市, 也建立了塑料建材许可证制度, 基本杜绝了不合格的聚氯乙烯建材流人市场, 采用行政干预手段保证化学建材推广工作的正常发展。 总之, 生产节能、低成本的聚氯乙烯管

13、材、管件是个长线产品, 推广聚氯乙烯管材、管件利国利民。在今后10年中, 随着我国经济的发展, 建筑市场的兴旺, 必然带来聚抓乙烯管材和其它建材的发展科技兴农也是个百年大计, 我国有亿万亩土地需要人们去改造, 发展聚氯乙烯管材、管件不但可获得可观的经济效益, 还可获得巨大的社会效益。1.2 计算机辅助设计软件的发展趋势 由于塑料具有许多优点，目前正逐渐成为金属的良好代用材料，在很多领域都出现了金属材料塑料化的趋势。注塑成型是塑料产品最常用的制造方法之一。采用这种方法既可以生产小而精巧的电子器件和医疗用品，也可以生产大型的汽车配件或建筑构件。随着塑料新品种的不断出现以与塑料制品在结构、外观上要求

14、的日益提高，使产品的设计和模具设计过程变得越来越复杂。而传统的模具设计是在二维环境下采用手工绘图的方式进行的，已经很难满足这种发展变化的需要。注塑模具CAD/CAM 技术的应用，从根本上改变了传统的塑料产品开发和模具加工方式，大提高了产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本、强有力地推动了模具工业的发展。一些大型的商品化CAD/CAM软件，Pro/Engineer、UnigraphicsII、Cimatron等，都已开发出专门用于注塑模具设计的功能模块，为模具设计提供了十分方便的工具。有资料统计表明，采用CAD 技术可以使模具设计时间缩短50%。在欧美一些工业发达的国家， CAD/CAM 已

15、经成为模具行业一种普遍应用的技术。在CAD 应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段。在模具设计中采用三维CAD 软件的企业已经接近90%。目前，国也有不少企业开始应用CAD 软件进行模具设计。Pro/E 是由美国PTC 公司开发基于参数化设计的一种全新的CAD/CAM/CAE 集成软件。它首创了基于特征的、参数化的设计模式，具备有实体造型、曲面造型和特征造型等功能，并采用单一的数据库，为用户提供了方便、快捷的软件系统。其总体设计思想体现了MDA（MechanicalDesign Automation）软件的新发展方向，所采用的新技术比其他MDA 软件更具有优越性。1.3 PRO/E软

16、件简介 Pro/Engineer是美国PTC公司出品的CAD/CAM软件，它提供的参数化设计具有3D实体造型(Solid Model)、单一资料库（Single Database）以与特征作为设计单位（Feature-based Design）等特点因此它可使设计者随时计算出产品的体积、面积、质心、重量、惯性矩等。Pro/E 是目前国际上流行的“参数化、全相关”的三维设计软件之一。全相关技术即产品的三维模型与二维图形相互关联, 能高效率地生成二维投影视图。工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能来生成模型, 如腔、壳、倒角与圆角等, 用户可以任意勾画草图, 轻易改变模型, 这样就给工程设计

17、人员在设计上提供了很大的简易性和灵活性。 在国外塑料加工行业中约有95 %的产品靠模具生产, 其中注射模具的产量占世界塑料成型模具总产量的50 %以上; 而新产品的开发都是以模具的更新和工艺的改进为前提。因此, 应用CAD 软件设计模具已成为提高模具企业竞争力的有力武器。1.4 PRO/E软件的优点 Pro/E 是建立在统一的数据库上, 不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库, 就是工程中的资料全部来自一个库, 所有模块都是全相关, 使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作, 不管工作人员是哪一个部门的, 只要其在产品开发过程中的某一处进行了修改, 其修改都能够扩展

18、到整个设计中, 同时自动更新所有的工程文档, 包括装配体、设计图样以与制造数据, 也可以前后反映在整个设计过程所有相关环节上。全相关性使得用户在开发周期进行的任意一点修改, 没有任何损失, 并使并行工程成为可能, 所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。同时这种独特的数据结构与工程设计的完整结合, 使设计更优化, 成品质量更高, 产品能更好地推向市场, 价格也更便宜。 Pro/E 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象, 并且可以按预先设置很容易地进行修改。例如: 设计特征有弧、角和倒角等, 它们对工程人员来说是很熟悉的,因而易于使用。装配、加工、制造以

19、与其它学科都使用这些领域独特的特征, 通过给这些特征设置参数( 不但包括几何尺寸, 还包括非几何属性) 就可以实现产品开发。参数化设计Parametric ( 也叫尺寸驱动Dimension- Driven) 是CAD 技术在实际应用中提出的课题, 它不仅可使CAD 系统具有交互式绘图功能,还具有自动绘图的功能。目前它是CAD 技术应用领域的一个重要的、且待进一步研究的课题。利用参数化设计手段开发的专用产品设计系统, 可使设计人员从大量繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来, 可以大大提高设计速度,并减少信息的存储量。参数化设计的关键是几何约束关系的提取和表达、约束求解以与参数化几何模型的构造。 Pr

20、o/E软件技术优势主要体现在下面几个方面。 （1）数据的全相关性 过去的二维设计中设计人员把大量时间都花在了图形绘制和错误修改上，产品数据的更改常常是顾此失彼。Pro/E可由三维模型自动生成二维工程样图，这样就把设计人员从繁琐的、冗长的手工绘图中解放出来，以便将精力集中于产品设计的方案构思、结构优化等创造性的工作上。目前，虽然有很多CAD软件也能够做到这一点，但Pro/E所采用的是统一的数据库，所有的解决方案完全相互关联。在设计阶段的任何时候进行的数据更改，都会扩展到整个制造过程中，自动更新所有的工程文件，将设计中的错误减少到最小。 （2）基于参数化的特征造型Pro/E问世之前，CAD软件所流

21、行的是采用自由化设计的实体造型技术。产品模型一旦建立，修改起来很不方便。Pro/E首先成功地实现了参数化设计，设计人员通过尺寸驱动就可以得到满意的结果。特征造型使产品模型不但具有几何拓朴信息，同时还具有与材料、精度、装配、加工等相关的工程语义信息。看到Po/E的成功后，其他CAD软件公司也纷纷采用基于参数化的特征造型设计方案。如UGII软件就是在原有UG的基础之上进行改写而成，这也是为什么安装UGII所需要的硬盘空间如此庞大的一个主要原因。I-DEAS则完全摒弃了早期的版本而重新开发。 （3）硬件独立性 Pro/E 软件可以在UNIX、Windows NT、Windows 98、Windows

22、 95 等多种平台上运行，并在不同的系统中都维持一样的用户界面。企业可以根据自己的需要选用最经济的硬件设备，再混用或搭配任何一种平台组合。Pro/E的这个特点可以让数据信息在不同平台的机器之间很方便地相互转换。 （4）工程数据库再利用 工程数据库再利用就是将工程数据格式化（按一定的表格格式或数据库格式设定）进行数据库开发，方便相关部门采用。其目的是为了大幅度地提高生产力、降低成本，而以标准、公认的设计作为新产品设计的基础，它能够快速生成整个产品系列。 Pro/E设计模具功能十分强大。在其功能模块中有用于注塑模具设计的Pro/MOLDESIGN、用于铸造模具设计的Pro/CASTING。当然，也

23、可以在Pro/ASSEMBLY 中进行模具设计。在运用Pro/E设计模具的过程中，还可以随时对参考零件（添加到装配体中的制品模型）或模具部件进行分析检测，如拔模角度检测、制品厚度检测、分型面检测、投影面积计算、充模仿真、开模仿真以与装配干涉检测等。 Pro/E还有一个外挂软件塑料顾问（Plastic Advisor），用来模拟塑料熔体在流道与型腔流动和充填过程，以便在模具投入制造前能与时发现设计中存在的问题，并有目的的进行改进，减小因设计失误造成的不必要损失。1.5 需要解决的问题1.5.1 塑件的圆角问题：塑料件上的角落，即表面的转折处，加强筋的根部等处应设计成圆角。塑料件的圆角半径一般不小

24、于0.5mm。圆角半径r与悬臂梁厚度a之比为0.25-0.75时，转角处的最大应力是根部平均应力的2-1.5倍。因此圆角r/a应在0.25a以上。外圆角半径必须是r=a/2，R=3a/2。塑料件上采用圆角不仅降低了应力集中系数，提高了抗冲击抗疲劳能力，而且改善了塑料熔体的流动充模性能，减少了流动阻力。降低了局部的残余应力，防止开裂和翘曲，也使塑料件外形流畅美观。1.5.2 塑料件的收缩率问题： 收缩率不仅与模具的浇口形式、浇口位置与分布有关，而且与工程塑料的结晶取向性(各向异性)、塑料制品的形状、尺寸、到浇口的距离与位置有关，同时和模具冷却分布系统紧密相关。影响塑料收缩率的主要有热收缩、相变收

25、缩、取向收缩、压缩收缩与弹性回复等因素，而这些影响因素与注塑制品的成型条件或操作条件有关。因此，在设计模具时必须考虑这些影响因素与注塑条件的关系与其表观因素，如注塑压力与模腔压力与充模速度、注射熔体温度与模具温度、模具结构与浇口形式与分布，以与浇口截面积、制品壁厚、塑料材料中增强填料的含量、塑料材料的结晶度与取向性等因素的影响。成型收缩率越大，其收缩率的波动围越大。 由于塑料的膨胀定型套的径应略大于口模的直径，但管道经冷却后又有一定的收缩，因此定型套的径又必须大于管材要求的外径。收缩率一般为0.5 %0.8 % ，小口径管取下限，大口径管取上限。 通过用比例方式，对所有尺寸用公式S = 1 +

26、进行设置；常温下的塑件尺寸与模具尺寸之间存在着差值, 这是成型收缩引起的, 我们用成型收缩率来表示。它可用下式来表达: 成型收缩率=（常温时的模具尺寸-常温时的成型塑件尺寸）/常温时的模具尺寸 这一成型收缩的产生主要由以下几个方面造成的： 热收缩 各种塑料成型在加热和冷却时，因其固有的受热膨胀系数不同，发生膨胀和收缩也各不一样，这一过程所产生的收缩为热收缩。它是成型收缩中最主要的收缩，表现为线收缩。 弹性膨胀 熔融塑料由于受注射成型压力的作用而被压缩，当成型塑件脱模后，塑件温度尚未达到室温，而注射压力和模具的压缩力都消失了，由于弹性恢复，便造成了整个塑件的体积膨胀。 结晶收缩 结晶性塑料，如聚

27、丙烯材料成型的塑件是在成型的冷却过程中结晶的，这一过程伴随着塑件的体积收缩，为结晶收缩。 分子的取向收缩 热塑性塑料在熔融状态充模流动时，分子沿着注射压力的作用方向强烈定向，充模结束后，在冷却过程中被强烈定向的分子要恢复到原来的状态，由此便产生了分子的取向收缩。 成型收缩率的影响因素有： 料的成型取向性 塑料成型时，其成型收缩率具有明显的取向性。取向是高聚物熔体充模流动时， 分子链沿注射压力作用方向整齐排列的结果。由于模具浇口位置、结构、尺寸等不同， 造成了熔料流动方向的不同，取向性的表现也不同。在料流流动方向上和垂直方向上的收缩率有相当大的差异。 塑件的壁厚 由于塑料种类不同，壁厚对收缩率的

28、影响也不同。结晶性塑料中，除聚甲醛表现出特殊的影响方式外，其余均随壁厚的增加，收缩率增大。 浇口厚度 浇口厚度设计过分小于成型件的壁厚时，由于浇口先硬化，即使有足够大的成型压力，也难以对型腔的熔料充分发挥作用，因此，成型收缩率增大。如果浇口较厚， 则浇口硬化缓慢，在塑料还处于可流动状态下仍可充分施加压力，因此可使塑件致密性增加，成型收缩率就减小。而当注射量不变的情况下，浇口的注人速度越快，则收缩率越大，此时如增大浇口的截面积，那么注人速度减慢，则收缩率就会减小。 冷却系统 模具冷却通道布置与尺寸设计不当也会影响成型收缩率的波动。冷却越快的地方，收缩率增大。由于塑件形状复杂，壁厚不一致，充模顺序

29、先后不同, 常出现冷却不均匀的情况，造成较大的收缩率波动，改善这一状况可将冷却水先通入温度最高的地方，甚至在冷却快的地方通温水，慢的地方通冷水，这样可减小收缩率的波动, 避免塑件产生变形开裂。 成型压力 成型压力包括注射压力和保压压力。型腔压力越大，树脂的弹性就越大，因此， 注射压力越高，成型收缩率就减小。但是，即使是同一个成型制品其各部分的收缩也不一样，注射压力作用小的部位，比直接受注射压力作用的部位收缩大，甚至在多型腔模中，若注射压力不能均匀地作用于各个模腔上，则成型后的塑件其收缩率各不一样。保压压力在浇口凝结前对塑件最终压实、稳定收缩率起着决定性的作用，保压压力增加，塑件收缩率明显减小。

30、但太高易引起塑件翘曲变形。通常保压压力与注射压力基本一致。 成型温度 成型温度即注射温度与模具温度的调节。注射温度可视为料筒的温度，一般理论指出，注射温度越高，收缩率就越大。但实际上，注射温度高，熔体温度就高，进入模腔的熔体密度就越大，又有可能使成型收缩率减小。摸具温度的高低影响着塑件的冷却速度。有资料介绍，随着模温的升高，收缩率减小。然而，升高模具温度，会使成型制品出模后的热收缩量增大，因而成型收缩率也随之增大。虽然提高模温，可使塑件的冷却变得缓慢，而使注射压力充分发挥作用，减少了模腔的收缩，同时，出模后的弹性恢复量也会变大，但最终成型收缩率仍为增大的趋势。尤其对结晶性塑料，随着模温的升高，

31、由于结晶条件充分，结果收缩率增大。 成型时间注射时间、保压时间与冷却时间为成型时间。注射时间是指注射螺杆连续推进，对熔料连续压缩所持续的时间。在浇口封闭前，注射时间越短，收缩率越大，而且收缩率的变化幅度也较大。因此，注射时间控制与所设计的浇口厚度关系密切。浇口厚度能够在很大程度上左右着浇口封闭时间。保压时间约等于注射时间，保压时间长， 有利于熔体补缩压实，塑件密度大，收缩率小。冷却时间的延长，能使模腔的熔料得于充分硬化，塑件脱模后，其尺寸更接近模具尺寸，收缩率减小，但冷却时间过长， 则会引起塑件脱模困难。1.5.3 塑件的脱模斜度： 脱模斜度应在对塑料成型时的脱模力分析和估算的基础上。塑件冷却

32、时的收缩率会使它包紧住模具型芯或型腔中的凸起部分，因此，为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设计时，必须使塑件外表面沿着脱模方向留有足够的斜度，从表可查得PVC塑件脱模斜度为50-2.。取决于塑件的形状、壁厚以与塑件的收缩率。成型型芯越长或型腔越深，则斜度应取偏小值，反之可选用偏大值。 在确定脱模斜度的过程中，要考虑3个方面：在必须保证塑料件尺寸精度时，脱模斜度造成的制品尺寸误差必须限制在该尺寸精度的公差之。为避免或减小脱模力过大而损伤注塑件，对于收缩较大，形状复杂，对型芯包紧面积较大的注塑件，应该考虑较大的脱模斜度。为使注塑开模后，塑料件留在动模一侧的型芯上，可

33、以考虑塑料件的表面取较小的脱模斜度。1.5.4 三通管件的壁厚： 在注射模设计中, 塑件的壁厚是很重要的影响因素, 壁厚过小, 熔料在模具行腔中的流动阻力加大;壁厚过大,会增加产品成形的冷却时间。但是该塑件壁厚不匀且薄, 呈不均匀分布, 特别是卡钩和四周的加强筋构成了复杂的模具型腔, 使得模具本身在注射时容易产生迟滞效应(高残留应力带) 、熔料不能同时到达型腔末端等动态不平衡现象, 从而造成气穴、缩凹和流痕等质量缺陷。 合理的确定塑件的壁厚是很重要的。塑件的壁厚首先取决于塑件的使用要求, 即强度、结构、重量、电气性能、尺寸稳定性以与装配等各项要求。塑件的壁厚对熔体充满模具型腔的流程影响很大，壁

34、太厚就很难达到完全均匀的硬度，且易产生气泡、缩孔等缺陷；太薄则钢度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响塑件的使用和装配的正确性。塑件壁厚不均匀，会使塑料熔体的充模速率和冷却收缩不均匀。易在塑件上产生气孔、裂纹，引起应力与变形等缺陷。塑件壁厚一般在1-6mm围，最常用的是2-3mm，大型塑件也有甚至更大的。根据实际情况与所设计的异径三通管的材料，结构、强度等方面要求，大径取用4mm，小径也取用4mm。1.5.5 制品缺陷 随着人们生活水平的日益提高, 对产品的要求不仅仅是功能上的完善, 而且更加注重产品外观的质量需求。由于塑料所具有的优异成型性能使其在家电产品中的使用率一马当先, 但是由于飞

35、边与其处理不当所造成的外观缺陷占塑料制品的缺陷比重很大, 据不完全统计达90%以上。如何经济有效地解决此类问题, 成为注射模设计的关键。塑件除尺寸与形状的要求外, 特别是增加了四周不得有飞边与由于处理飞边时留下的痕迹的要求。如何避免这些情况的发生是该类注射模设计的关键。这给设计人员提出了一个难题。飞边是指在塑件的分型面上有多余的呈薄片状的塑料, 这薄片状的塑料称之为飞边。其产生的原因在于动、定模合模时, 分型面的间隙大于塑料分子的直径, 从而造成熔融的塑料从分模面处溢出而形成的。而间隙的大小则由其分型面上的单位压力来决定的。 P=F/A ( 1) 式中P单位压力, MPa，F锁模力, kN，A

36、垂直于分型面上的分型面的投影面积,mm2 根据式( 1) 可知, 增大P 的途径有: 增大注射机的锁模力, 这对注射机的液压系统、机械结构等提出很高的性能要求, 并且影响到注射模的使用寿命; 减小分模面的面积, 这是最有效、快捷的方法。根据多年的生产实践提出了台阶斜配合面式分型面, 通过优化模具结构设计来达到控制动、定模的间隙, 有效地解决了飞边的产生与其处理所产生的缺陷, 保证了产品的外观质量。1.6 PRO/E软件设计三通管的流程 （1）三维塑件模型，三维塑件模型可通过Pro/E直接创建，创建时尽量采用参数化设计或草图模式，有利于尺寸的修改。 （2）模具毛坯 执行MoldModelAsse

37、mble，调入塑件零件，给塑件加上0.3%的收缩率。然后通过Mold ModelCreate装配三维模型并建立模具成型零件毛坯。 （3）浇注系统 应用FeatureCavity AssemSolidCut建立模具浇注系统。 （4）分型面设计 应用Parting Surf功能，完成分型面设计。 （5）模具成型零件的分割和抽取 用MoldVolumeSplit，将毛坯分成几个Volume，再将Volume转化成模具成型零件。 （6）模流分析 应用Pro/E外挂模块PlasticAdvisor进行模流分析，判断塑料熔体良好塑化，并顺利地充模的注射工艺参数。 （7）模具零部件调入、装配和修改，完成模具

38、零件结构设计。1.7 拟用生产方式拟采用注射的方法生产三通管件（如图1）图1 注射成型工艺循环过程二、理论与计算2.1 材料的选择根据注射成型三通管件的性能，应选用热塑性树脂，热塑性树脂在长温下是具有相当强度和耐热性能的高分子聚合物，通常在一定温度下软化、熔融，一旦冷却可定型，且恢复原有的强度。其中烃类树脂是由石油裂解分离得到的乙烯（PE）、丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等直接聚合而得，所以价廉，并被大量使用，称为通用塑料，所以三通管件的备选材料主要有PA、ABS、UPVC其性能如下： PA尼龙树脂具有优越的耐磨性能、耐药品性能、消音性能、吸收冲击波性能，摩擦因数小，具有自润滑性。特别是耐热

39、性能、耐雾性能极佳。不足之处是制品尺寸伴随吸湿性的增大而增大。因此不被选用三通管件材料。 ABS这种通用塑料易于成型和机械加工,具有优良的物理机械性能和低温抗冲击性,良好的电性能、耐磨性、尺寸稳定性、耐化学性和染色性,优良的流动性和综合性能,成型工艺性好。制件结构对称,侧有凹陷,需要设置抽芯机构;外侧有凸起,需要设置斜导柱分型与抽芯机构。ABS树脂生产工艺要复杂些，因此价格上要比PVC、PP要贵。 UPVC聚氯乙烯树脂相对密度1.4的白色粉末，具有耐水性，耐酸性，耐碱性，无毒，阻燃，有良好的电绝缘性，耐乙醇、酯族碳氢化合物、油，溶解在丙酮、酯中，芳香族化合物中溶胀。缺点是耐热温度低，连续耐热温

40、度49-71。熔化温度187，注射加工温度围149-204，注射成型压力70.3-281MPa，压缩比2.0-2.3，成型收缩率0.001-0.004，拉伸强度35.2-63.3MPa，弯曲强度0.73-112.5MPa，断裂伸长率20-40%，压缩强度56.2-94MPa，拉伸模量2400.5-4218MPa，冲击强度0.2-1J/m，硬度70-90（洛氏），线膨胀系数1.35-1.45，吸水率（24h）0.07-0.40%（3.18mm厚），热变形温度60-77（1.82MPa）、82（0.45MPa），分解温度200-300，比体积742-690cm3/kg。 UPVC用于生产管材性能优

41、越，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、美观等优点。相对的拥有低廉的价格所以被广泛的应用，因此综上所述选用UPVC为原料树脂。2.2 实体尺寸 本次设计的是公称尺寸为90mm的三通管件，参见GB4220-84。 表1 GB 4220-84 单位：mm公称尺寸d1d2LdDtr=t/2基本尺寸公差基本尺寸公差基本尺寸公差基本尺寸最小尺寸最小尺寸9091.20.3090.40.3051270110.610.15.06对应尺寸如图2所示。 图2 尺寸图2.3 实体模型创建过程 步骤一 建立新的零件设计文件 单击，弹出“新建（NEW）”对话框，在“类型（Type）”栏选择

42、“零件（Part）”，“名字（Name）”处输入santong，取消“使用缺省模板（Use Default Template）”选项，单击。然后出现“新文件夹选项（New File Options）”对话框，选择mmns_part_solid,单击，即进入零件设计环境。 步骤二 创建三通主体单击，然后出现如图3，4所示对话框，依次单击“放置”，“定义”按钮。 图3 拉伸对话框图4 拉伸对话框 选择TOP面为草绘平面，单击“草绘”，进入草绘环境。在草绘环境下单击命令，在草绘平面画出两个同心圆，直径分别为90.2mm和70mm，如图5所示： 图5 草绘界面 单击完成草绘，在深度一栏中填入92mm，

43、单击完成三通主体绘制。 步骤三 创建支管部分创建基准平面：单击右侧工具栏中的，选择FRONT，平移46mm设为参照面，单击确定按钮，完成基准面得建立。（2） 单击绘图区右侧工具栏上的图标，表示拉伸行为，在窗口左下方弹出拉伸特征操控板。（3）在拉伸特征操控板对话框中依次单击“放置”，“定义”，在系统弹出对话框中单击草绘，以DTM1作为草绘平面，绘制直径为90.2mm的圆作为支管主体。（4）深度为46mm，单击，选择三通主体外侧与侧管接触面，垂直接触主体管方向拉伸。单击完成。（5） 单击绘图区右侧工具栏上的图标按钮，在窗口底部弹出拉伸特征操控板。（6）在拉伸特征操控板对话框单击图标按钮，使其呈按下

44、状态，表示去除材料。（7）在拉伸特征操控板中依次单击“放置”，“定义”，系统弹出“草绘”对话框，选择DTM1平面作为草绘平面。接受系统默认的草绘参考平面和参考方向，点击“草绘”按钮，进入草绘模式。（8） 单击草绘工具栏上的图标，绘制一个圆心与RIGHT平面和FRONT平面对齐、直径为70mm的圆，单击完成。（9）单击拉伸方式图标按钮右侧的箭头，在展开的图标按钮中单击图标，使草绘截面自草绘平面拉伸至选定的点、曲线、平面或曲面。单击图标按钮，确保黄色箭头指向三通管的主体和支管部。单击靠近DTM1平面的圆柱体的侧面，此时曲面变为粉红色，单击图标按钮，完成拉伸特征的创建。 步骤四 创建扩口创建拉伸：步

45、骤如上，单击草绘工具上的图标，绘制一个直径为110.6mm的圆。单击图标按钮，确保黄色箭头指向实体的外侧。在后面的输入框中输入拉伸深度：51mm。单击图标完成。完成拉伸特征的创建之后创建倒圆角，单击倒圆角工具，在倒圆角对话框中输入R值为15.2mm，选择需要倒圆角的边，即主体三通管与后增加的拉伸相交在外表面的一条线。单击完成倒圆角。见图6。 图6 倒圆角单击绘图区右侧工具栏上的图标，在窗口底部弹出拉伸特征操控板。在拉伸特征操控板对话框单击图标按钮，使其呈按下状态，表示去除材料。同样依次单击“放置”，“定义”按钮，之后选择需要放置扩口的表面为草绘平面，点击“草绘”。在草绘环境下选择工具，绘制圆心

46、居中的直径为90.4mm的圆。单击图标完成草绘，单击图标按钮，确保黄色箭头指向实体的侧。在输入框中输入拉伸深度：51。单击图标完成去除材料特征的创建。将扩口边缘倒圆角r=5.06。生成如图7所示的实体图。图7 去除材料倒圆角 步骤五 创建其他扩口方法同上，在另外两个面上创建扩口，首先创建拉伸特征，倒圆角，去除材料，倒圆角，完成。如图7所示完整实体图。图8 整体图2.4二维工程图的创建（1）新建绘图文件，选择需要绘制工程图的零件，选择所需格式。（2）放置第一个视图，选择FRONT面。（3）放置两外两个视图。图9 初步建立二维工程图 （4）双击视图，在视图显示中选择隐藏线和无。创建完成三个视图后，

47、点击 图标标注尺寸，标注完成后对尺寸标注的位置进行调整。得到完整的二维工程图。如图10所示。图10 二维工程图2.5 模具尺寸的计算2.5.1 按平均收缩率Scp方法计算成型零件工作尺寸按平均收缩率scp方法可简捷地计算成型零件工作尺寸，是国应用最广泛的方法。具体计算公式见表2。原理型计算公式应用时多有不便，实际采用表2中-简化式。 表2 按平均收缩率计算模具成型零件工作尺寸的公式表 单位：mm尺寸类型原理计算式实用计算式值型腔径向尺寸0.5-0.75型芯径向尺寸型腔深度尺寸0.5-0.67型芯高度尺寸中心距型腔凸台或孔的中心线至侧壁距离型芯上凸台或孔的中心线至侧壁距离 下面为一些计算所需数据

48、。 本论文中所设计的等径直三通公称尺寸为90mm，所选材料为硬质聚氯乙烯。由于所选用材质为硬质聚氯乙烯，并且选用一般精度，对应硬质聚氯乙烯一般精度为精度等级5。根据SJ1372-1978的塑料制品公差数值，选用公差数值。 表3 SJ 137278塑料制品尺寸公差数值公称尺寸/mm精度等级12345678公差数值/mm-30.040.060.080.120.160.240.320.423-60.050.070.080.140.180.280.360.566-100.060.080.100.160.200.320.400.6410-140.070.090.120.180.220.360.440.7

49、214-180.080.100.120.200.240.400.480.8018-240.090.110.140.220.280.440.560.8224-300.100.120.160.240.320.480.640.9430-400.110.130.180.260.360.520.721.0040-500.120.140.200.280.400.560.801.2050-650.130.160.220.320.460.640.921.4065-800.140.180.240.380.520.761.041.6080-1000.160.220.300.440.600.881.201.8010

50、0-1200.180.250.340.500.681.001.362.00120-1400.280.380.560.761.121.522.20140-1600.310.420.620.841.241.682.40160-1800.340.460.680.921.361.842.70180-2000.370.500.741.001.502.003.00200-2250.410.560.821.101.642.203.30225-2500.450.620.901.201.802.403.60250-2800.500.681.001.302.002.604.00280-3150.550.741.1

51、01.402.202.804.40315-3550.600.821.201.602.403.204.80 由此表可知塑料制品尺寸公差，而模具成型零件精度等级与公差，应该与塑料制品的尺寸公差相对应，见表4和表5，由表可得出模具尺寸公差。 表4 注塑模成型零件的制造精度塑料件精度SJ 1372197812345678模具精度GB/T 18001998IT6IT7IT8IT9IT9IT10IT10IT11 因此模具精度为IT9。 表5 注射模成型零件的标准公差数值基本尺寸/mm公差等级/IT6IT7IT8IT9IT10IT11-3610142540603-6812183048756-10915223

52、6589010-18111827437011018-30132133528413030-501625396210016050-801930467412019080-12022355487140220120-180254063100160250180-250294672115185290250-315325281130210320315-400365789140230360400-500406397155250400500-6304470110175280440630-8005080125200320500 根据塑料件公差，在表6中查得系数x值。 表6 按平均收缩率计算模具尺寸中系数数值表塑料件

53、尺寸公差/mm型腔和型芯径向工作尺寸计算的值型腔深度和型芯高度工作尺寸计算的值大于至-0.10.800.650.10.20.750.630.20.30.700.600.30.40.650.580.40.50.600.560.50.70.580.550.71.00.560.541.02.00.540.532.0-0.530.52 由此表可得计算所需x值。综上所述，得出计算所需数据，并列出下表。见表7。 表7 等径直三通管成型零件工作尺寸计算 单位：mm塑料件尺寸塑料件尺寸公差塑料件等级SJ 1372-78模具等级GB/T 1800模具尺寸公差110.60.68590.08790.40.60590

54、.087700.52590.074510.46590.074460.40590.0622.5.2 计算式Scp=0.5%,d=110.6图11 计算分割图扩口型腔径向尺寸：d=110.6,x=0.58,=0.50,m=0.087Dm=(1+Scp)d-x+m,Dm=(1+0.5)110.6-0.580.50+0.087=110.863+0.087主体型腔径向尺寸：d=90.4，x=0.60，=0.44，m=0.087Dm=(1+Scp)d-x+m,Dm=(1+0.5%)90.4-0.600.44+0.087=90.588+0.087扩口型芯径向尺寸：D=90.4，x=0.60，=0.44，m=

55、0.087dm=(1+Scp)D+x-m,dm=(1+0.5%)90.4+0.600.44-0.087=91.116-0.087主体型芯径向尺寸：D=70，x=0.65，=0.38，m=0.074dm=(1+Scp)D+x-m,dm=(1+0.5%)70+0.650.38-0.074=70.597-0.074扩口型腔深度尺寸：h=51,x=0.58,=0.32,m=0.074Hm=(1+Scp)h-x+m,Hm=(1+0.5%)51-0,580.32+0.074=51.0694+0.074主体型腔深度尺寸：h=92,x=0.56,=0.44,m=0.087Hm=(1+Scp)h-x+m,Hm=

56、(1+0.5%)92-0.560.44+0.087=92.2136+0.087主体型腔支管深度尺寸：h=91.2,x=0.56,=0.44,m=0.087Hm=(1+Scp)h-x+m,Hm=(1+0.5%)91,2-0.560.44+0.087=91.4096+0.087扩口型芯深度尺寸：H=51,x=0.58,=0.32,m=0.074hm=(1+Scp)H+x-m,hm=(1+0.5%)51+0.580.32-0.074=51.4406-0.074主体型芯深度尺寸：H=46,x=0.60,=0.28,m=0.062Hm主1=(1+Scp)H+x-m，Hm主1=(1+0.5%)46+0.6

57、00.28-0.062=46.398-0.062H=46,x=0.60,=0.28,m=0.062Hm主2=(1+Scp)H+x-m，Hm主2=(1+0.5%)46+0.600.28-0.062=46.398-0.062H=63.5,x=0.58,=0.32,m=0.074Hm主3=(1+Scp)H+x-m，Hm主3=(1+0.5%)63.5+0.580.32-0.074=46.398-0.0三、塑料顾问3.1 塑料顾问的应用塑料顾问是Pro/e中自带的一种分析模块。利用此模块可以创建注塑填充过程的动画,可以访问通用塑料库, 并从典型的注塑机参数中自动进行选择确定最佳注射位置, 以减少周期时间

58、并改进产品外观确定潜在的模具填充问题, 比如注量不足、气孔、熔接线等,改进设计质量, 并减少制造周期时间和模具返工率。Plastic Advisor在模具设计中具体可提供以下分析：浇口位置自动优化；产品结构是否合理；选择合适的注塑材料；确定合理的浇口位置；预测熔接痕的位置；模具型腔是否充满；缩痕分析；最终产品质量分析；选择合适的注塑机；成本顾问3.2 塑料顾问在本次设计中的应用塑料顾问中我主要选用三通管来分析，包括其浇口位置分析、塑料流动状态分析和冷却质量分析等。 浇口位置的分析在Pro/e环境中打开要分析的零件，点击“应用程序”下的“Plastic Advisor” 进入塑料顾问界面。点击“

59、Advisor”下的”Analysis Wizard”选择对话框的“Gate Location”（如图12所示）点击“下一步”进入“SelectMaterial”对话框。图12 分析界面在“Commonly UsedMate rials”选择所用的塑料，由于其原料库中没有本设计所用的原料，所以我们选用通用PP作为注塑的原料，点击“下一步”进入“Processing Conditions”对话框中，设定模具温度为40、熔体温度为240、最大注射压力为180Mpa等工作参数之后点击“完成”进行浇口的分析。图中蓝色部分为最适合的浇口位置，而红色部分则为最不适合位置，中间位过渡部分。如图13所示：图1

60、3 浇口位置分析图根据分析的结果选择三通管中心处为浇口位置，如图13所示：图14 浇口的位置 成型条件分析在对话框中选择“Molding Window”，点击“下一步” ，“完成” 后得到的对话框，表示分析结果合格。单击“Disply Molding Window”按钮，显示分析结果， 塑料流动分析在图12所示的对话框中选择“Plastic Filling”单击“下一步” 、“下一步” 、“完成”后得到如图15所示的结果。黄灯显示，表示塑料熔体很容易被填充，但是有些部分很难被填充。点击“Close”后得到如图16所示的效果图，水杯通体为绿色，表示填充效果很好。图15 结果图 图16 填充图切换