管道接头注射模具设计

第一章绪论1.1模具工业是国民经济的基础工业模具是工业生产中的主要工艺装备，模具工业是基础工业。采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节省能源和原材料等一系列优点。它已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代工业品的发展和技术水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水平。因此，模具工业对国民经济和社会的发展，将会起越来越大的作用。模具工业薄弱将严重影响工业产品造型的变化和新产品的开发。1.2模具的重要地位模具是一种技术密集、资金密集型产品，在我国国民经济巾的地位也非常重要。模具工业已被我国正式确定为基础产业。模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60～80%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用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。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。从以下方面，可以看出模具工业在国民经济中的重要地位与作用。第一，模具工业是高新技术产业的一个组成部分。例如：属于高新技术领域的集成电路的设计与制造，不能没有做引线框架的精密级进冲模和精密的集成电路塑封模；计算机的机壳、接插件和许多元器件的制造，也必须有精密塑料模具和精密冲压模具；数字化电子产品(包括通讯产品)的发展，没有精密模具也不行。不仅电子产品如此，在航天航空领域也离不开精密模具。例如：形状误差小于0.1～0.3μ的空空导弹红外线接收器的非球面反射镜，就必须用高精度的塑料模具成形。因此可以说，许多高精度模具本身就是高新技术产业的一部分。有些生产高精度模具的企业，已经被命名为“高新技术企业”。第二，模具工业又是高新技术产业化的重要领域。用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平，是推动模具工业技术进步的关键环节。CAD／CAE／CAM技术在模具工业中的应用，快速原型制造技术的应用，使模具的设计制造技术发生了重大变革。模具的开发和制造水平的提高，还有赖于采用数控精密高效加工设备。逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟技术等先进制造技术在模具工业中的应用，也要与电子信息等高新技术嫁接，实现高新技术产业化。第三，模具工业是装备工业的一个组成部分。在1998年以前，许多人把机械工业当作一般的加工工业。1998年11月召开的中央经济工作会议，首次明确提出了加大装备工业的开发力度，推进关键设备的国产化。将机械工业作为装备工业，把它同一般的加工工业区别开来，是对机械工业在国民经济中的地位与作用的重新定位。模具作为基础工艺装备，在装备工业中自然有其重要地位。因为国民经济各产业部门需要的装备，其零部件有很大一部分是用模具做出来的。第四，模具工业地位之重要，还在于国民经济的五大支柱产业——机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。机械、电子、汽车工业需要大量的模具，特别是轿车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具和冲压模具，目前在质与量上都远不能满足这些支柱产业发展的需要。这几年，我国每年要进口近10亿美元的模具。我国石化工业一年生产500多万吨聚乙烯、聚丙烯和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，才能用于生产和生活的消费。生产建筑业用的地砖、墙砖和卫生洁具，需要大量的陶瓷模具;生产塑料管件和塑钢门窗，也需要大量的塑料模具成形。从五大支柱产业对模具的需求当中，也可以看到模具工业地位之重要。1.3计算机技术在注射模中的应用领域塑料产品从设计到成型生产是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和塑件生产等几个工要方面。它需要产品设计师．模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力来完成，它是一个设计、修改、再设计的反复迭代、不断优化的过程。传统的手工设计已越来越难以满足市场激烈竞争的需要。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面：(1)塑料制品的设计：基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良妤的基础。(2)结构分析：利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计。(3)模具结构设计：根据塑料制品的形状、精度、大小、工艺要求和生产批量，模具设计软件会提供相应的设计步骤、参数选择．计算公式以及标准模架等，最后给出全套模几结构设计图。(4)模具开合模运动仿真：运用CAD技术可对模具开模、合模以及制品被推出的全过程进行仿真，从而检查出模具结构设计的不合理处，并及时更正，以减少修模时间。(5)注射过程数值分析：采用CAE方法可以模拟塑料熔体在模腔中的流动与保压过程，其结果对改进模具浇注系统及调整注塑工艺参数有着重要的指导意义，同时还可检验模具的刚度和强度、制品的翘曲性、模壁的冷却过程等。(6)数控加工：利用数控编程软件可模拟刀具在三维曲面上的实时加工过程并显示有关曲面的形状数据，同时还可自动生成数控线切割指令、曲面的三轴，五轴数控铣削刀具轨迹等。目前，国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UGⅡ、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。1.4模具生产的发展趋势中国已加入WTO，我国将获得一个更加稳定的国际经贸环境，大量外资企业将进入中国，各行各业将面临重大的机遇和挑战，模具行业也不例外，同时由于国内多数模具企业在技术上和质量上与国外先进水平存在较大差距，如何在最短时间内缩小这种差距，是关系到国内多数模具企业生存的关键问题。随着我国汽车、摩托车、家电等工业的迅速发展，工业产品的外形在满足性能要求的同时，变得越来越复杂，而这些产品的制造离不开模具，这就要求模具制造行业以最快的速度、最低的成本、最高的质量生产出模具。模具是面向定单式的生产方式，属于单性生产，制造过程复杂，要求交货时间短。如果利用CAD、CAM单元技术制造模具，制造精度低、周期长，为了解决上述难题，我们将并行工程技术引入到模具制造过程中。我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。近年来，随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如：家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。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不断上升。1、发展精密、高效、长寿命模具2、发展精密、高效、数控自动化加工设备3、发展各种简易模具技术4、发展专业化生产1.5注射成形基本过程注射成形是现在成形热塑性塑件的主要方法，因此应用范围很广。所使用的成形机称为注射机。注射成形是把塑料原料（一般为经过造粒、染色、加入添加剂等处理后的颗粒料）放入料筒中，经过加热融化，使之成为高粘度的流体——称为“溶体”，容柱塞或螺杆作为加压工具，使溶体通过喷嘴以较高的压力（约为25~80Mpa）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。注射成形的全过程可以分为：1、塑化过程现代的注射机基本上是采用螺杆式的塑化设备。塑料原料（称为“物料”）自送料斗以定容方式送入料筒。通过料筒外的电加热和料筒内的螺杆旋转的摩擦热使物料熔化，达到一定的温度后即开始注射。注射动作是由螺杆的推进完成的。2、充模过程熔体自注射机的喷嘴喷出后，进入模具的形腔，把形腔内的空气排除，并充满形腔，然后升压到一定的压力，使熔体的密度增加，充实形腔的各部位。3、冷却凝固过程热塑性塑料的注射成形过程是热交换的过程。即：塑化————注射充模————固化成形加热————（理论上绝热）————散热热交换效果的优劣，觉得塑件的质量——外表面质量和内在的质量。因此，模具设计对热交换也要做充分的考虑。现代的设计方法中也采用了计算机。4、脱模过程塑件在型腔内固化后，必须用机械的方式把它从形腔中取出。这个动作要由“脱模机构”来完成。不合理的脱模机构对塑件的质量有很大的影响；但塑件的几何形状是千变万化的，所以必然采用最有效的和最适当的脱模方式。由1到4形成了一个循环。每一次循环，就完成一次成形一个乃至数十个塑件。第二章开关盒造型设计2.1开关盒的选料及其性能选用热塑性塑料ABS作为开关盒的材料。热塑性塑料是在特定的温度的范围内能反复加热软化和冷却硬化的塑料。ABS是acrylonitritle-butadiene-styrenecopolymer的缩写，中文名是丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物。ABS可以根据要求通过改变单体的含量进行调整。当丙烯腈增加时，塑料的耐热、耐蚀性和表面硬度可改善；丁二烯可提高弹性和韧性；苯乙烯可改善电性能和成形能力。近年来ABS塑料在汽车上的应用发展很快,如作档泥板、扶手、热空气调节导管，以及小轿车车身等。阻燃级的ABS树脂则用于电子计算机的壳体，控制台、电信、光盘音响设备、彩电的机壳等。成型性能：1、无定性料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥。2、宜取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为≥250℃）。对精度较高的塑件，模温宜取50~60℃，对光泽、耐热塑件，模温宜取60~80℃。综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性、电性能良好。与372有机玻璃的熔接性良好，制成双色塑件，且可表面镀铬。ABS的主要技术指标见表2.1。表2.1密度1.02~1.16比容0.86~0.98吸水率%0.2~0.4收缩率%0.4~0.7熔点℃130~160弯曲强度MPa90抗拉屈服强度Mpa50拉伸弹性模量MPa体积电阻率硬度HB9.7热变形温度℃0.45MPa130~160冲击强度无缺口2611.82MPa90~108缺口112.2开关盒注射成型工艺过程表2.2注射机类型预热和干燥料筒温度（℃）喷嘴温度（℃）温度（℃）时间（h）后段中段前段螺杆式80～954～5150～170165～180180～200170～180模具温度（℃）注射压力（Mpa）成形时间（s）50～8060～100高压时间保压时间冷却时间成形时间0～515～3015～3040～70螺杆转速（r/min）后处理方法温度（℃）时间（h）30～60红外线灯、烘箱702～42.3开关盒的结构分析该开关盒、镶有金属片，为了给金属片放置一个合理的位置，方面更加有利于金属片的卡紧，使工作稳定，另一方面便于内部电路连通；至此，整个开关盒的雏形已经出来了。下面确定开关盒的各项技术参数：1、尺寸大小和精度开关盒的尺寸大小根据具体情况而顶。开关盒壁厚的厚度不宜过大或过小。如果壁厚太小，则开关盒的强度、刚度不够，同时给制造带来困难。如果壁厚太大，不仅造成才量浪费，而且容易产生气泡、缩孔等缺陷，同时因冷却时间过长而降低生产率，所以开关盒壁厚取2mm。塑件的尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动和模具制造误差，由于我们要设计的零件的工作环境对精度要求不高，加之选用的塑料ABS推荐精度等级为3、4、5级，所以只要求开关盒与其它零件能正常装配即可，因此开关盒选用4级精度。2、壁厚和圆角塑件壁厚力求各处均匀，以免产生不均匀收缩等成形缺陷。塑件转角处一般采用圆角过渡，其半径为塑件壁厚的1/3以上，最小不宜小于0.5mm。3、加强肋为了保证开关盒的强度和刚度而不使开关盒的壁厚过大，在开关盒的适当位置设置了加强肋。4、孔严格意义上讲塑件上的通孔和盲孔通常用单独型芯或分段型芯来成形，对于易弯曲变形的型芯，须附设支承住。但是本次设计中，考虑到生产成本的尽量缩小，该空孔的高度不高，以及我们需要的孔在工艺上要求不高，我们采用分型面直接成形法。2.4开关盒造型设计过程在设计开关盒之前，首先看看所需要设计的开关盒的具体形状，以便在接下来的设计中能快速、准确的设计出开关盒。需要设计的开关盒的具体形状如下图所示：图2-1开关盒由于此零件由简单的直线和圆弧直接建模生成，具体操作过程省略。第三章注射机的选择3.1注射机规格注射机是热塑性塑料和部分热固性塑料注射成形的主要设备，我们选择注射机型号为XS-Z-125,它的技术规格如表3.1所示。表3.1型号螺杆直径（mm）注射容量（cm3）注射压力（Mpa）锁模力(kN)XS-Z-12542125120500最大注射面积（cm3）模板行程（mm）定位孔直径（mm）320300模具厚度（mm）喷嘴顶出两侧中心孔径（mm）最大最小球半径（mm）孔半径（mm）孔径（mm）孔距（mm）30020012422230503.2注射机的校核3.2.1注射机注射量校核塑件成形所需的注射总量应小于所选注射机的注射量。注射量以质量（g）表示时，塑件体积（包括浇注系统）应小于注射机的注射量，其关系按3-1式校核M件≤0.8M注公式（3-1）式中M件—塑件与浇注系统的体积（g）;M注—注射机注射容量（g）;0.8—最大注射容量利用系数。在这个设计中，M件=23cm3V注=125cm34×23+3.5=95.5<0.8*125=100所以注射机注射容量完全满足要求。3.2.2注射机锁模力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3-2式校核p腔F≤P锁公式（3-2）式中p腔—模具型腔压力，一般取40～50Mpa；F—塑件与浇注系统分型面上的投影面积（mm2）;P锁