【管道固定座注射模设计（论文）19000字】

页绪论自进入两千年以来，世界经济快速发展，人们经济水平的提高，产品的制造理念也发生了改变。使得塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料在工业产品中的广泛应用，产品的更新换代越来越迅速，直接刺激到了模具工业，使其迅速发展、壮大。在机械、电子等相关行业中，为了节省生产费用、提高产品的纯利润、实现大规模的标准化作业和产品的。超过50%的产品都以模具快速成型制造的方法为主。工业的迅速发展使得模具成型生产制造的方式也跟着日新月异起来，其中塑料模注射成型是模具注塑成型生产的主流。工业、生活类塑料制品随着工业建筑和家居生活的要求而升级改变，对原材料的性能、使用环境和成型结构提出了更高的要求。为了满足使用要求，减少研发设计的费用，提高效率。故而前期非常有必要利用二维、三维软件对塑件进行CAE/CAM/CAD模拟分析、设计及制造。塑料模具工业简介注塑模具是使塑料在一定条件下加工成型的必要工装印模，也是制造内部结构、外观复杂，可一次完整成型并使成型塑件具有很高精度的工具，利用塑料在高温下的高流动性和可塑性特点，将受热融化的塑料按照产品的尺寸等要求由注塑机高压射入模腔，通过化学或物理变化制成一定形状和大小的塑料成型品。主要用于形状复杂、批量生产的某些部件，其设计周期、生产效率、合格率和品质直接影响产品的进度、成本和效率，以及塑料成品的性能、质量、效益和新产品的研发。用塑模生产成型零件主要存在制造方式简单、材料利用率高等优势，特别是批量生产的制品，取得物美价廉的经济效益。塑料的工艺性能和原材料的种类、塑件的外观形状和内部组织结构、注射机选型的不同等人为因素的改变，为了满足成型生产的需要，模具的结构也会跟着改变，但模具的基本结构万变不离其宗，主要由两个系统与两部分零件组成，浇注系统跟成型零部件直接与熔融状体下的塑料直接接触，两者随原材料的工艺、内部组织结构和塑料制品外观的变化而变化，是模具成型结构最复杂、变化最为多样性、表面粗糙度最小和尺寸精度最高的部分。根据制成品所采用不同的原材料、成型方法，在塑料加工业中常见注射(塑)成型、挤出成型、压入成型、压缩成型等几种塑料模具，相对而言，这些模具是其他模具设计的基础，模具与其他相关产业、行业间的融合度极高，逐渐演变成产业升级和技术进步的重要保障之一。我国塑料模现状随工业化的发展，人民群众对各种设备或制品的要求趋向于美观、轻量化等高要求，使电器、汽车等塑料制品行业、企业在社会上处于激烈竞争关系。我国现当下以技术为依托、以设计为中心的集约型现代化经营，模具精度、型腔表面粗糙度等设计水平，生产周期、寿命等制造水平、标准化水平指标大幅度提升，但相对于国外工业的发展稍逊一筹。依当下社会发展的现状，模具行业的经营特点出现：明显的产品差异化、专用工艺设备等制造方式的单件定制生产，但也存在大批量生产，就需求量和物流业的发展而言，倾向于订制单件模具产品，模具的需求数量较少，导致模具制造商的销售量较低，地区产能的规模影响着模具行业的集中度。但也存在多品种、少批量生产的市场，对这部分进行深入研究和设计，开发新的成型工艺，指不定也是快速经济的来源。塑件体现出高技术含量、复杂化、创新性、高附加值、高生产率和低消耗的特性。我国生产的塑件集中中低档模具市场，但高端塑件的市场需求量不断扩大，国内生产技术等各方面难以满足市场需求，存在一定的供需矛盾。塑料模发展趋势模具工业是国民经济发展的基础产业，其技术的标准化使用成为制作塑件中经济创收效益最高的领域，对我国的注塑模具工业发展起到推动作用，模具工业的发展标志着国家工业化水平和产品的研发能力。由于塑料具有可塑性、可替代性，塑料模具可制作性，随着各行业、企业的大力发展和支持，对塑料制品要求具有高精度、复杂多样化、长寿命等，刺激相关企业、行业不断改进工艺流程、材料的选择等方面，促使塑料工业不断进步与发展，从而在塑料行业占据市场优势。在未来的模具行业发展中，模具市场需求总体趋势将平稳上升，在市场中占比将逐步提高，发展速度比其他模具更高。使企业通过优质的材料和先进的表面保护处理提高注塑模具的寿命、提升自身研发能力、提高技术装备等方式去适应高生产效率。注塑模CAE软件的完善可保证参数精度，避免产生缺陷而优化控制，取得更全面、更准确的分析结果。因此，塑料模今后的发展趋势主要运用现代设计方式与工艺设计相结合,注射成型的设计是一个相对较为复杂的过程，在塑料模具设计过程中选用更合理、低损耗的材料进行实验验算，全面推广使用CAD、CAM、CAE技术，克服设计者由于自身经验导致模具参数设计、材料选择、验证、制造等产生误差，使注塑模具的标准化水平、塑件的使用率逐渐提高，塑件在使用和推广中不断增质、增量，逐步统一化标准件的规格和品种。同时，注塑模具建立与上下游产业相配套的制造企业、制造品，与产品制造业建立更为紧密的关系，形成企业、行业间相互依赖，使企业在区域上高度集中。塑料模的未来发展趋势主要为以下几方面：（1）模具朝高精度、大型化和超小型方向发展；（2）由经验设计转向CAE/CAD理论设计方向发展；（3）高速加工、快速成型、虚拟仿真及网络技术在塑料模具中快速发展；（4）热流道模会成为日后的主流制造模具；（5）多功能复合模具将进一步发展；（6）标准件的应用将日益广泛；（7）快速经济模具的发展前景日益壮大。管道固定座注塑模设计课题的研究内容和意义管道固定座注塑模设计课题的研究内容本文主要针对管道固定座注塑模具设计的验算过程进行研究分析。利用二维、三维软件、借助NXIUH10.0和计算机辅助分析（CAE）、设计（CAD）和制造（CAM）等方式，通过对标准化注塑机、成型工艺的应用、材料的选型验证等内容进行参数计算、分析、整理与验证，在此基础上进行模具开模行程的设计验证即进行CAE仿真分析，依解读分析结构判断设计的模型参数是否符合设计要求和可能存在的问题，并分析找出出现这些情况的原因，据此进行工艺参数优化再进行验证找出最优设计，从而获得满足数据、设计、质量等要求的塑件，固定模具。据此本文验证部分的内容包括成型工艺性分析、注射机的选择、温度调节系统的设计、注射机的校核等，每一个环节的设计都会影响到整个模具参数的改变。管道固定座注塑模设计课题的研究意义随着塑料用品、行业的增加以及相关学者对于注塑模具研究与实践，取得丰硕的研究成果，但是对管道固定座注塑模具的设计并未出现相关研究成果。因此本文利用二维、三维软件对管道固定座注塑模具进行CAE、CAM、CAD仿真模拟分析、设计及制造，丰富注塑模具的内涵，为今后相关塑料模具的设计、测算、制造提供一定的理论基础和实践依据。塑料模具的设计是模具制造中的关键环节，根据本文的研究内容，合理设计管道固定座注塑模具设计的验算过程，并不断改进、优化塑料模并固定模具，归纳总结出模具工作的原理，丰富注塑成型相关理论的内涵，为后期学者进行相关研究提供理论基础。运用CAD和CAE技术，合理选择模塑件成型工艺性以及注射机的选择、温度调节系统的设计、注射机的校核等对管道固定座注塑模具部件性能的测试与优化，简化模具设计、加工过程，实现塑件高效率、高性能、高质量的批量生产，降低生产周期、生产成本，提高塑料制品附加值，使注塑模具标准化水平、塑件使用率逐渐提高，从而提高在经济社会中的地位，为后期相关注塑模具设计实践具有一定的实践参考价值。

塑件成型工艺性分析分型面的选择为了使管道固定座在成型后能够顺利脱模，更有效的控制塑料成型的质量，对的分型面进行合理的设计非常有必要。分析管道固定座的外形尺寸、结构设计和管道固定座的长宽高、厚度，根据塑件的分型面按模具分型面设计原则，分型面选其轮廓最大处，其开模方向为厚度方向。通过对管道固定座的结构分析，设置如REF_Ref9928\h图STYLEREF1\s２-１所示分型面。图STYLEREF1\s２-SEQ图\*DBCHAR\s1１管道固定座分型面塑件原材料分析PVC塑料的组成塑料是指以树脂为主的合成复合材料，在树脂中按比例加入一定量的化学添加试剂使材料分子重组后得到全新的塑料品种。塑料零件的主要组成材料如下：（1）高分子塑化剂；（2）无机颜料着色剂；（3）塑件成型硬化剂；（4）离型剂；（5）PVC热稳定剂（6）PVC阻燃试剂；（7）有合成树脂；（8）填料或增强材。管道固定座材料的选择塑料零件的设计主要是根据零件的使用要求和使用环境以及场所，因为不同的塑料对物理性能有不同的要求。在对模具进行设计验证前，必须要综合考虑以下因素对设计制成的影响：塑料成型过程的材料工艺性能，如热流动性，填充料的填充性；塑料物理常规性能：抗变形强度、形变弹性量、材料刚度、韧性断裂指数、材料吸水率以及应力敏感性；（3）塑制品外观在制造过程中，有利于塑件填充料充满模具、气体排出性能、表面缺陷补缩等流动性能；（4）塑料制品注射成型后产品收缩状况及大小；（5）注塑模的整体结构设计，特别是侧抽行位机构和推出机构的复杂性；（6）模具成型部件的外形及其制造技术；选用PVC（聚氯乙烯）为本次管道固定座设计的材料。PVC（聚氯乙烯）材料拥有良好的耐化腐蚀性，表面抵抗变形或损伤的能力高，塑造性能强，染色性能优异。聚氯乙烯的性能聚氯乙烯(PVC)是一种可以在低温环境下正常使用而不耐高温的材料。（1）聚氯乙烯材料特征如下：ａ、有良好的拉扯性能，抗弯曲、挤压能力好和冲击性能强；ｂ、质轻；ｃ、其力学性能在低温环境里仍可以保持。（2）聚氯乙烯的成型性能：PVC（聚氯乙烯）的流动性比大多数的塑料差，容易在过热状态下分解放出氯化氢，为了增强聚氯乙烯的稳定性，必须根据成型需要按比例添加脱模润滑剂、PVC热稳定剂，严格控制成型时的模温与高温注射状态下塑料的停留时间；注射成型时温度范围小于一般的成型温度，对成型时的料温调整在范围平均值内，加装冷热调节系统保证模具工作时处于恒温状态。常规的注射机由于PVC材料在受热情况下物理机械性能与传热系数不佳而不能满足注塑要求，且需要将原材料需提前加热达到料筒温度，并且原材料容易受热分解，但采用带预塑化装置的螺杆式的注射机就不会受这个因素的影响。为了不影响注塑，模具应设计成粗短的浇注系统和宽大的进料口，加装温度调节系统，型腔工作表面层要镀铬。其性能如REF_Ref11832\h表STYLEREF1\s２-1所示：表STYLEREF1\s２-SEQ表\*ARABIC\s11聚氯乙烯的主要技术指标表密度：1.35~1.6g/cm3拉伸强度：40~60Mpa弯曲强度：80~110Mpa硬度：80~100HRB收缩率：1.5~3.0%断裂伸长率：40~80%塑件结构工艺性分析 塑件的尺寸分析如所示，管道固定座的外型为一般壳体，塑件最小处的壁厚为2.3mm，大于模具设计的最小壁厚要求。塑件的外形尺寸为33.5×32.4×20.5，属于小型塑件，且结构较为简单。在塑件的外壁两侧有侧孔，深5mm，内壁有通孔，且塑件内壁和外壁均有有1°的拔模斜度，保证脱模时不损坏塑件。塑件圆角R0.5、R1、R2.4、R2.7，在不影响塑件功能结构的前提下提高工作零部件精度，促进熔体流动性能方便脱模。如REF_Ref10911\h图STYLEREF1\s２-２所示通过对管道固定座的结构分析，合理的工艺流程方案是保证模具设计顺利进行的前提。图STYLEREF1\s２-SEQ图\*DBCHAR\s1２塑件尺寸结构塑件的公差分析塑件在使用时只要求起固定、不发生径向位移即可，塑件尺寸较小，对精度要求不高，且图纸尺寸没有特殊要求，一般精度便可满足设计要求。因此在国标GB/T14486-1993中取MT5级精度标准。以保证模具成型零件的尺寸精度。塑件的表面质量分析根据塑件的用途，虽然塑件没有尺寸精度要求，为了塑料制品表面美观，光洁、光亮、光滑。塑制品表面不得有气孔，减少成型时熔料汇合处产生的熔接痕，溢料飞边、冷却硬化造成收缩凹陷等缺陷，表面光洁度可取Ra1.6。工艺性分析注塑形成的工艺过程可以分为：（1）注塑准备工作:原材料IQC检验、材料着色、原材料的加工条件需要判定，按材料属性对原材料进行预热、干燥，提前对模具的嵌镶零部件进行预热，打扫料筒以免混料，选用合适的离型剂。（2）注射成型过程：按照规定的量进行加料，原材料在料筒加热塑化，加压注射使塑料充模，持续保压补缩，在冷却一定时间后塑件成型、脱模取出塑件。（3）塑件后处理：对成型塑件的外观、尺寸检验，去除注塑时产生的水口，并对塑件退火、调湿处理以减少应力。其工艺性能如REF_Ref11022\h表STYLEREF1\s２-2所示：表STYLEREF1\s２-SEQ表\*ARABIC\s12PVC（聚氯乙烯）的注塑成型工艺参数表注射机类型：螺杆式螺杆转速：25~30r/min干燥处理：50~60℃热风干燥处理喷嘴形式：直通式喷嘴温度：150~170℃料筒温度前段170~190℃中段165~180℃后段160~170℃模具温度：45~60℃注射压力：80~130Mpa保压力：40~60Mpa注射时间：2~5S保压时间：15~40S冷却时间：15~40S成型周期：40~90S降压固化时间：15~60S注射机的选择塑件体积的计算由于塑件形状、尺寸不规则,如REF_Ref11694\h图STYLEREF1\s３-１所示，经UG10.0软件对塑件的属性分析测量体，测得塑件的体积为V=6.6cm³。聚氯乙烯塑料的密度范围为：1.35~1.6g/cm3。图STYLEREF1\s３-SEQ图\*DBCHAR\s1１塑件体积初步确定型腔数目由于管道固定座的使用对精度的要求不高，一模多腔的型腔结构适用于大批量塑件的生产。为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济效益性，初步确定型腔数目采用一模八件。初选注射机型号根据公式：Vmax≥(n⋅Vs+Vj)/K （STYLEREF1\s３-SEQ公式\*ARABIC\s1式中：表3-SEQ表\*ARABIC\s11公式注解V注射机允许最大的注射量cm³n设计的型腔数量V塑件单个的体积cm³Vj凝料系统的计算、查询体积K最大注射量的理论利用系数，按经验值取K=0.8已知n=2，Vs=6.6cm³，浇注系统的凝料的体积按理论设计经验，取塑件总则：VjV总=8×6.6+10.56=63.36cm³≤V公以上注射机注射量计算方式表示：注射机的规格用额定注射容量来表示，单位为cm³，将80%理论注射量表示标准螺杆注射。由上述计算可知，注塑机理论注塑量要远大于塑件需要的79.2cm³才能满足设计要求。经查表得：XS-ZY-125额定注射量为125cm³，其性能如REF_Ref27948\h表STYLEREF1\s３-1所示。设计满足要求注射要求。表STYLEREF1\s３-SEQ表\*ARABIC\s12注射机规格与性能数据表标称注塑量/cm³104/106/125螺杆（柱塞）直径/mm30/45/42注射压力/MPa150注射行程/mm160螺杆转速/（r/min）10~140注射机单次注塑时间/S1.8注射机注塑方式螺杆式模具合模力/N9×10最大注射成型面积/cm³360模板最大行程300塑件质量的计算测得塑件的体积为：V聚氯乙烯塑料的密度为：1.35~1.6g/cm3，取ρ=1.6g/cm则质量M=79.2×1.6=126.72g。确定型腔数目为了验证选用的注射机合理性、提高注射机的成型利用率，采用注射机的额定注射量来验证型腔数目。其校核公式为： n=KVmax−VjV1 (STYLEREF1\s３-SEQ公式\*ARABIC\s12得：n注：型腔布局模具采用的是一模八件，由于塑件结构的特殊性，要根据合理的模具结构、制成品成型工艺进行排列。型腔排列方式与模具结构、塑件工艺相铺相成，直接影响到后期的注射成型工艺。因为塑件采用一模八件，在这种情况下，浇口位置应统一；且塑件体积、大小基本一致，在这基础上要做到塑件和浇注系统都处于平衡状态，并力求结构紧凑。所以管道固定座的型腔排位从：浇口位置、进料平衡这两个注射角度考虑。其排列方式如REF_Ref11956\h图STYLEREF1\s３-２所示：图STYLEREF1\s３-SEQ图\*DBCHAR\s1２型腔布局图确定模具整体结构类型由于侧浇口痕迹小，在注塑完成后对塑件进行后处理不费太大工时，也不会因此在塑件的表面留下明显的注塑痕迹，且侧浇口在模具开模的时候自动拉断，可实现后期产业链升级过度到自动化生产模式；塑件底部有通孔，并于开模方向垂直。因此，对于管道固定座模具来说，为了能使塑件顺利脱模必须设置侧抽芯机构，模具侧抽芯通常采用侧向分型和抽芯注射模的形式。即此次模具设计的整体结构类型为侧抽芯注射模。浇注系统的设计浇注系统的设计为本次管道固定座模具设计中不可或缺，其设计的合理性直接影响后期塑件的加工效率与质量。该注射模的型腔布局为一模八件，选用侧浇口的连接形式。浇注系统通常由进料注口，主、分流体流道，浇口和冷料井构成。设计的基本原则为以下几点：（1）必须熟悉原材料的基本特性、成型工艺要求；（2）浇注系统由于有优良的排气性能，使熔体能快速平稳地流向模腔，并排出模腔内的气体，使塑料模腔内的所有部位平稳且快速填充熔体；（3）起到保护的作用，将在高速融化状态下的塑料注射入模腔时，对芯或镶件起保护作用，防止因注入塑料引起注射压力过大，以致于使芯片和镶件变形；（4）减少熔融体流动的行程以及熔体因流道引起的不必要消耗量；（5）保证塑件的外观质量，并做到去除、修整水口方便；（6）使热量、压力损耗减少到最小。主流道设计本次管道固定座设计采用XS-ZY-125注射机注塑，模具、浇注主流体通道和注塑机的喷嘴三者的轴线重合。塑件腔体以主流道轴线为中心对称分布。设计要点如下：（1）设计首要考虑水口、凝料的形状，主流道设计成圆锥柱的形式，方便开模时自动推出或取出；（2）为了使凝料平缓过渡到腔体各个角落，减少转向时的阻力，主流流体通道与分流体通道道的过渡段倒R=1~3mm的圆角；（3）为防止主流道与喷嘴在生产过程中反复接触、碰撞，对主流道不必要的损坏，应采用优质的钢材对容易损坏的主流道添加可拆卸衬套保护；（4）在保证塑制品成型质量良好、模板厚度符合标准的前提下，主流道长度L应该尽可能的短，这样即可以减少废料的产生，又使流体压力损失不大。主流道结构如REF_Ref12148\h图STYLEREF1\s３-３所示：圆柱形，从进口端开始有α=2°的向外拔模斜度，表面光洁度选用Ra=0.63μm，主流道的进口端直径D1=4.5mm，长度L取决于模具的装配情况。为防止主流道的损坏，设计成浇口衬套的形式，避免了钢材的浪费，方便后期的维护。图STYLEREF1\s３-SEQ图\*DBCHAR\s1３主流道分流道设计注射机分流道的设计受浇口设计的位置与注射模具型腔的布置方案的影响。设计的合理性可减少输送熔体时压力的损失、热量的损失以及减少因应力集中引起的塑件变形等。所以分流道的长度选取要尽可能的缩短。分流道截面尺寸选取受模具的多种因素影响：分流道截面尺寸选受原材料的粘合度、塑件设计的壁厚、分流道和成型品的质量等多种因素影响，为确保分流道熔体可冷却凝固，分流道截面面积应保证凝料加热后的熔体能快速充满型腔，并能补充塑件收缩所需的熔体。因而，选择塑件的壁厚要比分流道截面的横截面积或截面直径大。易于注射模具的加工、凝料与脱模，将分流道设计在型腔型芯的分型面上，常用分流道的有呈正六边形、圆形、半圆形等形状的截面。虽然圆形流道的表面积小，但有着传送效率最高，热量损失和流动阻力较小的优点，选用圆形流道可减少来自熔体的流动阻力及熔体的热量损耗，还可克服塑料或薄壁塑件流动性不顺畅的缺点。对圆形流道进行加工时，必须在两侧模板都加工，以避免由于加工误差形成合模时圆形流道两侧难以对齐的现象。随着注塑模具加工技术的发展与不断更替，使上述问题逐步得到解决即以圆形横截面的分流道作为模具分流道的主流。通过查阅《分流道的截面形状及其特点》与相关资料，将分流道的种类进行相互之间的对比，进而分析与设计，最终选定具有流动阻力小导致压力损失小、流道中心冷却速度慢利于保压等优点的常规圆柱截面形状作为分流道的横截面。按照塑件的排列分布，长度取L=18，直径为：d≥Tmaxd≥5mmTmax则分流道的尺寸如REF_Ref12250\h图STYLEREF1\s３-４所示，为：L×d=5×18mm图STYLEREF1\s３-SEQ图\*DBCHAR\s1４分流道浇口设计模具采用侧浇口的结构设计。具有制造加工简单，维修快速便捷，浇口的位置不受成型塑件外形影响的优点。其设计在中小型模具的多型腔模具中非常受欢迎。查《浇口直径尺寸》，材料为聚氯乙烯，平均壁厚大于1mm，则浇口尺寸如REF_Ref12354\h图STYLEREF1\s三-５所示。为：b×t×l=1.2×0.8×2mm。图STYLEREF1\s３-SEQ图\*DBCHAR\s1５冷料井设计该冷料井为次分流道的端部尺寸的延伸与分流道的下方两个地方。流道系统具体形式尺寸如REF_Ref12455\h图STYLEREF1\s３-６所示：图STYLEREF1\s３-SEQ图\*DBCHAR\s1６流道系统排气系统设置排气系统主要是为排出注射熔料时所产生的热量，若模具可利用自身结构自行排出产生的热量，则不需要设计有排气槽的排气系统，否则，需要设计有排气槽。根据本设计的结构可知：管道固定座注塑模具属于小型模具，结构较简单，不仅可以利用侧抽行位机构和推出机构的间隙进行排气，而且可利用分型面与零件的配合间隙自然排气。排气间隙通常在0.02~0.03mm之间，管道固定座注塑模具的零部件配合间隙可满足这要求，因此，无需专门设置排气槽。成型零件的设计结构设计将塑料制成品外表面的呈现凹状的零部件称为凹模，主要由由内腔与实体组成，是确保注塑模具成型的首要条件。管道固定座的外形结构、制造工艺、加工工艺以及模具装配的工艺要求决定了其结构形状。级进模的凹模通常分为两大类，即整体结构式凹模和组合结构式凹模。考虑到此塑件为大批量生产，为延长模具的使用寿命，选用优质的模具钢以增长使用寿命。为节省优质模具钢的使用，降低模具制造成本，提高产品的经济效益，组合式结构设计在凹模与凸模中都适用。而且还有着减少热处理变形、利于排除腔体内空气、便于后期的模具维护等优点。管道固定座注塑模具零件的设计采用盲孔式嵌入设计，究其原因，主要模具结构较为简单，所设计的型芯、型腔尺寸较小，使得结构更为紧凑。其结构如REF_Ref25270\h图3-7、REF_Ref25277\h图3-8、REF_Ref25682\h图3-9所示：图3-SEQ图\*ARABIC\s17嵌入式凹模结构图3-SEQ图\*ARABIC\s18嵌入式凸模结构图3-SEQ图\*ARABIC\s19型腔结构成型零件钢材的选用综合分析注塑成型的零件、PVC（聚氯乙烯），得出成型零件性能的基本要求如下：防止磨损要具有耐磨性、抗变形和抗压强度以及相应的弹性形变，散热要具有耐腐蚀性和耐热性，此外还需要包含加工、抛光等性能，因而选用钢材作为成型零件的材料，其还具有抗疲劳强度和金属材料刚度大等优点。该塑件为大批量生产，采用盲孔式嵌入设计，模具在成型制造过程中，频繁的开合注塑、塑件脱模，会产生摩擦使凹模磨损严重，所以凹模钢材选择新型的模具钢PCR。对于侧抽行位机构来说，型芯尺寸较小，在注塑成型时塑件具有收缩性，收缩塑件会包紧型芯，型芯要挥散的热量增多，同样型芯磨损的量也会跟着增加，因此型芯选用Cr12M0V钢材。其余模具零件类别视情况选用T8A、T10A、#45号钢、#20号钢种材料和相应的热处理工艺。成型零部件的工作尺寸计算对型腔、型芯凹凸模尺寸公差造成影响的因素有：在制造过程中引起的加工误差、注塑成型造成的磨损量以及塑制品因收缩率引起的尺寸偏差和尺寸波动。管道固定座因成型收缩率波动引起的尺寸误差量的计算，可按成型零部件工作尺寸平均值法计算： S=Lm−LsLS×100% (STYLEREF1\s３- Lm=LS+LSS （STYLEREF1\s３-SEQ公式\*ARABIC\s1 &s=（Smax−Smix）Ls （STYLEREF1\s３ Lm=(1+SCP)ls−x∆+δz 式中：S——固定座成型进程中收缩率的理论计算公式；LS——Lm——25°&s——由于收缩率引起的凹模制造工（手工量引起的误差）/公差，用&s=&c——凹模在注塑过程中因熔体流动造成δz——凹模在加工过程中因加工的误差引起∆——塑件的公差（mm）；Smax——塑料在成型过程中因原材料引起Smix——塑件在成型过程中因原材料引起由与相关计算结果证明：将凹模的制造公差取值为1/3~1/6之间，实践证明，模具制造公差的取值范围为1/3~1/6之间，即&z=（1/3~1/6）∆。通常小型模具的塑料注塑成型件，最大磨损量取塑制品公差的1/6，即&c=1/6解：凹模径向尺寸的计算塑件长度L=32.4mm，塑件宽度b=33.5mm，未标注公差；塑件一模八件，并配有侧抽芯滑块机构。 Lm=(1+SCP)ls−x∆−δz L=L校核： Lm+&c+δz−SmixLS<LLL凹模的深度尺寸计算塑件的深度为10.25mm，未标准公差，按照简化公式Lm Hm=HS+HSSCP （STYLEREF1\s３-=10.25+10.25×0.025=10.48mm推出机构的设计推出机构又名为脱模机构，是在注塑熔料凝固后，从凹模或型芯中分离出塑件或水口凝料，完成脱离的装置。脱模结构较复杂，一共由八个部分组成，即圆柱推杆及与之相配套的位置固定块，推板的导套、导柱及压板，此外还有拉料杆和复位杆两种杆型及支撑钉三种结构。根据成型品结构的不同选择并设计出不同的推出动作。本文是根据成型品脱出动作可由安装在注射机合模机构上的顶杆或液压缸来实现的原理，顶杆或液压缸结构的设计直接影响成型品的制作质量和其后的产线半自动化、自动化升级。推出机构的设计是塑料模注射成型设计不可或缺的环节。根据不同的依据得出不同的推出机构类型，以推出动力的来源为依据，可分为手动操作、机械自动和液压驱动以及气压驱动四种推出机构，以推出的对象为依据，可将推出机构分为成型塑件和浇注系统凝料两种类型。相关的设计要求如下几点：（1）确保开模时塑件不留在定模上，尽量设计塑件开模时留在动模上；（2）在推出过程中要保证塑件不出现使塑件损坏的情况，不影响到塑件的外观、表面质量；（3）保证其在工作状态下运行顺畅，机构开合灵敏可靠；（4）设计的推出机构制造难度低、配件更换间接和维护方便。本次管道固定座模具设计采用脱模机构为推杆推出机构，脱模时的动力来源，采用目前脱模机构中最为普遍的机械推动脱模机构，通过动、定模开合时动模的相对运动，借助注塑机的机械能顶出结构元件，推动注塑模具内设置的脱模机构，使塑件从型腔内脱出。推杆的形状采用普通推杆中的圆形截面推杆，如REF_Ref26057\h图3-10所示:图3-SEQ图\*ARABIC\s110推杆结构推杆顶端段直径尺寸和模板孔的配合采用间隙配合，其间隙尺寸公差范围不得超过塑件的溢边值，通常选用H8/f7或H7/f7的间隙配合就可以满足PVC材料0.03mm的溢边值。本模具采用H8/f7级间隙配合。通常推杆直径的1.5~2.0倍是设计的推杆配合段长度，单边0.5mm的配合间隙使推杆固定端凸肩与推杆固定板在加工时减小制造难度，使得多推杆联合工作状态下，避免因制造误差引起的垂直度不良使得推杆卡死或过分磨损。模架的选择为满足大规模、大批量生产塑料成型模具，提高模具的精密度从而降低成本，缩短制造周期的需求，因此选用龙记（LKM）标准模架进行设计，使模具生产趋向于专业化、标准化。早在1988年，我国就对模具完成了标准化设计的制定。其中就包括《塑料注射模中小型模架》和《塑料注射模大型模架》的国标制定，由中华人民共和国技术监督局审批并发表实施。（1）确定模架的组合方式大水口模架非常适合管道固定座浇口的侧浇口结构设计，因此，选用更为合适；A1型腔模板长度为（如REF_Ref13197\h图STYLEREF1\s３-１１模架组合结构图所示）L=S+A+t+A+S=341mm型腔模板宽度可通过计算得：N=S+B+t+B+S=288mm通过上述计算结果，可通过在标准库中选取合适的型腔模板，并通过型腔尺寸最终确定模架宽度，宽度N=288mm，选用大于计算所得尺寸的近似于标准尺寸的290mm，则选尺寸290×Lmm的模板；在L系列标准尺寸中，最接近L=341mm的模板长度是350mm。则确认采用290×350mm尺寸规格的标准模架。其尺寸如REF_Ref13197\h图STYLEREF1\s３-１１所示：图STYLEREF1\s３-SEQ图\*DBCHAR\s1１１型腔尺寸结构A板尺寸设计验证。A板在模具中通常表示定模的型腔板，管道固定座整体的高度h=20.5mm，凹模型腔嵌件的设计深度为35mm。为了模具使模具保持温度的稳定、根据塑件的结构，需要增加A板厚度给模具加设的恒温系统、侧抽行位机构提供足够的位置。故确认A板的尺寸为HAB板尺寸设计验证。B板的主要作用是固定凹模，由REF_Ref25682\h图3-9可知其的型腔厚度为40mm，需预留厚度设计冷却系统、侧抽形位机构，故B板的厚度取标准化数值HB=80mm。C板尺寸设计验证。C板为垫块，其作用是确保管道固定座在注塑成型后为顺利推出留出足够的移动空间。本设计采用标准厚度为25mm的龙记模架推杆垫板，标准厚度为20mm的推杆固定板，通过塑件推出距离公式为型芯高度+（5~10），就算得出30.5mm，将推杆固定板与塑件推出距离以及垫板的厚度三者相加之和作为C板的厚度，确保产品在成型后顺利脱离凹模，通过计算出C板的厚度为75.5mm。取垫块标准值HC（2）选定模架。模架标记选用龙记cl935型模架。结构如REF_Ref13311\h图STYLEREF1\s３-１２所示：图STYLEREF1\s３-SEQ图\*DBCHAR\s1１２标准模架尺寸温度调节系统的设计温度调节的必要性在塑件成型工艺设计中，注塑模具温度场的场地分布和温度的高低都会直接影响塑件生产效率和塑件的品质。原材料工艺性能与塑件成型工艺性的不同导致所需温度存在差异性，所需的温度调节系统也不同，即冷却或加热两种较常见的温度调节系统。其影响主要有以下几点：（1）温控调节保证了成型时温度的稳定，使得冷却速度平缓、温度分布匀称，减少塑件的形变量；（2）模具温度不稳定，成型收缩率会产生变化，使用温度调节系统可以减少这种变化的产生，增加塑件尺寸的稳定性，提高精确度。（3）对机械性能有进一步的提高，减少注塑成型时产生的应力对塑件引起开裂倾向；（4）塑件制品的表面质量可以利用温度调节系统改善；（5）使得传热系数有了进一步的改善；并提升了散热水路的传热面积（6）可对冷却介质与注塑模具之间的温差起增大作用。温度调节系统中的冷却效果绝大多数时候决定了注射模具的冷却时间，在一个注塑循环周期中冷却时间约占的三分之二，在提高生产效率的关键因素中就包括缩短注射循环周期的冷时间。查表可知，PVC塑料的注射循环周期温度如REF_Ref28781\h表STYLEREF1\s４-1所示：表STYLEREF1\s４-SEQ表\*ARABIC\s11聚氯乙烯成型温度塑料名称（代号）成型温度T模具温度T脱模温度T软聚氯乙烯（PVC）170~19045~6060~100冷却系统的设计基本原则（1）动、定模要分开加工冷却装置，并确保冷却可以同时进行，保证模具在工作状态温度始终保持平衡，并降低了制造难度；（2）浇口与注射机直接连接，附近的温度最高，应加强对浇口处的冷却；（3）塑件壁厚大小决定了水管的孔径大小；壁厚越大，需要散发的热量越多，相应的水管孔径越大；（4）为避免造成冷却系统出现漏水现象，镶件与镶件之间不允许冷却通道穿过，交界面连接处要添加橡胶垫圈；（5）为避免引起模具的温度分布不平衡，应降低进出水管的温度差；（6）合理设计水管接头的位置，尽量避免冷却水道接头与其他机构发生干涉。冷却系统的设计由上表可知，PVC的模具温度为45~60°C，未超过70度，故无需在模具上设计加热系统，为保证模温平衡，只需对模具设计加装冷却系统。对冷却系统的回路进行设计时，应满足：模具（塑件）注塑成型时传导的热量被模具回路系统内流动的冷却介质充分吸收。以确保在生产塑件时，将成型工作面的温度控制在模温范围内，同时模具内部回路系统的冷却介质可顺畅流动，未滞留于某一部位。在注塑模具中，选用常温（25℃）干净的自来水做为模具冷却剂使用，取其冷却水道的出水口温度为28℃，可保证回路通道内的冷却介质呈现流动状态。由已知模具温度为55℃，宽度为296。冷却系统的计算利用热平衡原理对冷却系统进行设计，即在相同时间内塑料在凝固时放出的热量与冷却系统带走的热量相等。（1）由塑件（已知）数据/由前部分对塑件零件的计算可知：塑件最厚的地方是4.2mm，查表可知该厚度的冷却时间t冷为39.8s，注塑时间t注为1.8s，脱模时间t脱=18.4s，通过成型周期的计算公式t冷+（2）单位时间内塑料熔体注入模具的总质量为： W=NVρ （STYLEREF1\s４-SEQ公式\*ARABIC\s11）=60×（1.6×63.36）/1000=6.082kg/h（3）将单位质量的制品在凝结过程所释放的热量用QS表示。根据《塑料成型工艺手及模具设计》中表4-35可知：PVC的单位热流量QS取值范围为（160~360）kj/kg，本设计中取其（4）计算冷却系统内水的体积与流量qv，取自然条件下水的密度为ρ=1000kg/m³，已知进水口的温度为25℃，出水口温度为28℃，比热容c=4.18kj/（kg•℃ qv=WQS60ρC(θ1−θ2)=（5）由上述的（4）可知通过计算得出：qv=0.00242m³/min，以《塑料成型工艺手及模具设计》表4-30为依据，本设计中将模具冷却水道的直径d取值为6mm。（6）冷却水在管内流速v为： v=4qv60×πd² （STYLEREF1\s４-SEQ公式\*ARABIC\s13）=（7）冷却道（系统）的管壁与水交界（接触）面的膜传热系数h，冷却水进出冷却道（系统）的平均水温为26.5℃，由《塑料成型工艺手及模具设计》中表4-31显示ƒ=7，则有： h=4.187ƒ（ρv）0.8d0.2 （STYLEREF1\s４-SEQ公式\*ARABIC\s14=（8）计算冷却系统水道的通道导热总面积A A=WQSh∆θ （STYLEREF1\s４-SEQ公式\*ARABIC\s15）=（9）确认冷却水管总长度L L=Aπd （STYLEREF1\s４-SEQ公式\*ARABIC\s16）=（10）由上述（9）的计算得出：水管总长度L=238mm，据此通过公式x=L/l计算出冷却系统里水管总的根数量，即x=L/l=238/200≈1.2根。由上述计算结果得知，单根冷却水道未满足模具的冷却需求，要根据模具的实际情况做出相应的调整。为提高产品的生产效率，型芯与型腔都应该使用冷却系统使模具得到充分的冷却，以保证模具生产的顺利进行。其布置如REF_Ref14166\h图STYLEREF1\s４-１所示：图STYLEREF1\s４-SEQ图\*DBCHAR\s1１冷却水道的布置图导向与定位结构的设计注射模的导向机构决定注塑进程中的动模、定模间开合模和脱模机构运动的导向，其采用配合公差为H7/h6级的间隙配合。其定位方式可分为模内定向与模外定向。定位、导向与模具开合时所产生的侧压力由导向机构分解、承受。其主要零部件是导柱与导套。注射模导向机构的主要零部件是由导柱与导套构成，其主要零部件与模板间的配合常采用H7/k6或H7/m6级的过渡公差，导柱与导套零部件间配合长度是三者配合直径的1.5~2倍，为了降低制造成本和加工难度，其余部分采用扩孔的形式，减少两者之间的相对摩擦。导套的选用查《塑料注射模中小型标准模架的尺寸组合》，采用标准导套，材料牌号T8A，采用淬火热处理工艺加强表面硬度。其硬度在50~55HRC之间，采用H7/m6级公差配合镶入模板的结构形式。其结构如REF_Ref14346\h图STYLEREF1\s４-２所示图STYLEREF1\s４-SEQ图\*DBCHAR\s1２导套结构尺寸导柱的选用设计导柱有带头直通式导柱和有肩导柱两种结构形式，本次设计的管道固定座注塑模具属于小型模具，以此本设计采用带头直通式导柱，采用标准件结构如REF_Ref14542\h图STYLEREF1\s４-３所示，同时满足以下要求：（1）所有的导柱抗弯强度必须满足设计要求即型芯部足够坚韧，成型工作面坚硬耐磨，要通过渗碳淬火或T8/T10工具钢淬火等方式加强材料表面的硬度；（2）为防导柱与导套合模未导正，凸模与型腔发生碰撞、摩擦导致模具结构的损坏，据此设计导柱高柱高度比凸模端面高出6~8mm；（3）防止导套与导柱在运行中导合不对中，导致对撞或脱轨，特将导柱的顶端设计呈锥形或半圆形形状。图STYLEREF1\s４-SEQ图\*DBCHAR\s1３导柱结构尺寸侧抽芯结构设计对管道固定座进行分析：该塑件上有一梯度的通孔，平行于分型面，为保证塑料制品顺利成型，需要对侧抽芯机构进行设计。依据侧抽芯机构的分类即根据传动零件的差异性，将其分为斜导柱、斜滑块、斜导槽弯销和齿轮条等类型，采用最常用的机构类型作为本设计的侧抽芯结构即斜导柱式侧抽芯机构，此结构具有结构简单、加工制造简洁、安全可靠等优点。计算抽芯机构的抽芯距将侧抽型芯从成芯位置抽出至不影响塑件脱模所移动的距离称为抽芯距。为安全起见，通常情况下，所设计的抽芯距高度，要比塑件上侧孔、侧槽的深度或侧向的凸台的高度高高出2~3mm。则相关的计算过程如下：S抽式中，S抽表示设计抽芯机构的抽芯距，h表示管道固定座侧抽芯力的计算当塑件处于脱模状态，将型芯从开模方向有一交角的方位抽离塑件过程中需要克服的阻力称之为抽芯力。其计算过程如下： FC=nchp（μcosα−sinα） (STYLEREF1\s４-SEQ公式\*ARABIC\s1=8×0.03×0.006×0.8×式中：n——设计采用的型腔数量，据前文可知：n=8；C——塑件包紧侧抽型芯的断面平均周长（m）；UG10.0测得c=0.03m；h——侧型芯成型部分的平均高度（m）；UG10.0测得h=0.006m；μ——塑件与钢之间的摩擦系数；μ取值范围为0.1~0.2，取μ=0.2；P——塑件对型芯在单位面积上包紧力的乘积，p取值为0.8×10α——侧型芯脱模斜度；斜导柱的设计计算由《斜导柱的结构形式和尺寸》可知，要求对材料加热处理后，导柱的表面硬度达到54~58HRC，据此将T10A作为斜导柱的结构材料，其与固定板间采用H7/m6的过渡配合。为保证开合运动灵活可靠，将斜导柱孔与斜导柱两者间距离设计成0.5~1mm的间隙。斜导柱倾斜角取值范围为α=12°~25°，取α=20°斜导柱采用UG标准库中设计库的标准件。从《塑料模具设计与制造》书中表P3-1《最大弯曲力与抽芯力和斜导柱倾斜角》得知：当塑件抽芯力FC=2275，倾斜角α=20°时，取Fw=3KN；又由名为《斜导柱倾斜角、高度、最大弯曲力斜导柱直径之间的关系》的表P3-2中的抽芯力FC、倾斜角α、高度侧滑块的设计斜导柱侧抽芯机构能否顺利进行工作，侧滑块是保证其正常工作的重要零部件，上面与侧型芯进行装配。其精度直接影响了塑件的成型精度和运动可靠性。本次对管道固定座的设计采用一模八件，对称式排列设计，为了节省优质的工具钢、降低加工成本，侧滑块选用组合式结构，侧型芯采用过渡配合镶入滑块，然后用螺塞固定。盖板采用整体盖板式，在滑块上制出凹形槽导滑，移动方向受中间的导槽与滑块控制。导槽与滑块之间用间隙配合，为了减少工作过程中的摩擦系数，组成导滑槽结构的零件对硬度和耐磨性有要求。材料采用45号钢，调质后铣削加工成型，硬度不小于50。为保证工作时的稳定性，使导轨有一定的导滑长度、接触的工作表面，导滑块适当加长，使其一部分伸出模外。其结构如REF_Ref14653\h图STYLEREF1\s４-４所示图STYLEREF1\s４-SEQ图\*DBCHAR\s1４侧抽机构设计

注射机的校核验证最大注射量是否满足设计要求注射机的最大注射量是注塑机在生产状态下，塑料件能加工的最大质量或体积，用注塑机注塑一次的最大容量来表示。在选择注塑机时，注塑机的最大注射量必须大于塑料件中水口凝料和飞边的质量或体积，否则注射量不足会使塑料件造成缺陷，内部组织结构疏散，导致塑料件的强度降低。据此得出其校核公式为： nm+m1≤Kmp （STYLEREF1\s５-SEQ公式\*ARABIC\s11）=式中：n——设计采用的型腔数目，据前文可知：n=8；Mp——M——单个塑件/塑料制成品的质量或体积，g或cm³；M1K——注射机能承受熔料最大注射量的利用系数，通常情况下K=0.8。注射机注射压力的校核对注射机的注射压力进行校核，其目的在于查验设计所采用的注射机最大注射压力是否满足塑料制成品的成型需要。根据注射机的相关工作原理可知：注射机的最大压力一定要大于塑件成型时的注射压力，将其表示为：校核注射机的最大注射压力能否满足塑件的成型需要，为此，其注射公式为： Pmax≥P （STYLEREF1\s５-SEQ公式\*ARABIC\s12）本设计所选用的注射机注射压力P=150MPa，据PVC的工作特点知：在塑件成型时，PVC（聚氯乙烯）需要的注射压力Pmax在80~130MPa之间，而P<Pmax，设计的注射机注射压力符合锁模力的校核管道固定座在注塑成型的过程中，高温、高压状态下的原材料在模具型腔内沿着锁模方向注入型腔过程中，对型腔产生胀型压力，迫使模具沿分型面与塑件分离。据此，注射机的额定锁模力FP必须大于型腔产生的胀型压力，避免其压力过大导致锁模不紧引起塑件在分型面上的投影面积用A塑来表示，运用UG10.0测得A塑=585mm³。浇注系统即模具流道凝料（包括浇口）在模具分型面上的投影面积用A浇表示，将每个塑件投影在分型面上投影面积A浇的0.2~0.3倍作为A总的投影面积计算如下： A总=n（A塑+0.2A浇） （STYLEREF1\s５-SEQ公式\*ARABIC\s1=8×（585×0.2+585）=5616mm²据此根据公式计算型腔内的胀型压力：F=5616×25N=14025N式中，表示型腔内压力的计算平均值，其值常取注射压力额定值的20%~40%，由相关表格数据知：P模的范围在20~45Pa。由于该塑件精度要求较低，可忽略设计计算，故取P模通过查表可知：本次设计选用的注射机公称锁模力F锁=9×105N。锁模力的安全系数取值 F锁k2=1.2F胀 （STYLEREF1\s５-SEQ公式\*ARABIC\s14）=1.2×14.025KN=16.83所以，设计采用的注塑机锁模力满足生产需要。部分模具安装尺寸验证喷嘴尺寸依据本设计的原理即便于模具浇口套中的凝料脱落，模具浇口套和注射机喷嘴的设计应达到以下要求：前者的始端面的球面半径比后者前端的球面半径r大1~2mm，前者终端小孔径要比后者的直径d大0.5~1mm（如图REF_Ref14800\h图STYLEREF1\s５-１所示），只为防止模具浇口套在相交面处因配合不良造成堆存凝料，在脱模时，使主流道凝料不能顺利脱出。注射机喷嘴的圆弧半径查表得R12mm，浇口套圆弧的半径选用标准库中的R16mm；喷孔直径查表为Ф4mm，主流道小端的起始直径为Ф4.5mm。如REF_Ref14800\h图STYLEREF1\s５-１所示，喷嘴圆弧半径R12＜浇口套圆弧设计半径R16；喷孔直径Ф4＜主流道小端设计直径Ф4.5。故而喷嘴尺寸符合设计要求。图STYLEREF1\s５-SEQ图\*DBCHAR\s1１喷嘴结构示意图定位圈尺寸设计的验证为确保注射机喷嘴的中心轴线与模具主流道的中心轴线相互重合，将相应的定位装置安装在注射机的固定板上，使之与模具定模坐板上设有突起的定位圈按H9/f9的间隙配合，定位圈的定位面高度值取中小型模具定位圈厚度的一般值8mm。定位孔直径Ф100＝定位圈直径Ф100；验证确定定位圈满足设计要求。模具的外形尺寸验证为保证注射机上的模具能顺利安装并正常运行，模具的外形尺寸必须要大于注射机的拉杆距离。此外，模具的座板尺寸也要小于注射机的模板尺寸。拉杆空间260×360＞模具外形350×350，最小模板厚度200＜模具厚度28＜模板最大厚度。验证确定模具模板外形尺寸符合设计要求。模具开模行程的设计验证开模行程是打开塑料模具能顺利取出成型品的必要距离，最大开模行程是塑料模具在不损坏塑件的情况下，能张开的最长距离。换而言之，注塑机的最大开模距离要大于塑料模具的开模距离，方能取出成型品。由此可见，模具的开模行程受成型品尺寸大小的直接影响。换言之，塑件所需的开模距离要小于注射机的最大开模距离，才能顺利取出塑件并未损坏模具。本设计中，所设计的管道固定座注塑模具的开模行程为20.5+10.25+95=125.75mm，根据查表可知，采用的125型注射机的最大开模行程为300mm，与上述计算结果比较，管道固定座模具的开模行程小于注射机的最大开模行程，据此得出：管道固定座注塑模具的开模行程满足设计要求，可按要求进行生产。推出机构设计验证两侧推出，孔径为Ф20mm，行程为230mm，符合设计要求。模具固定压板式固定与螺钉式固定是模具的安装固定最为常见的固定方式。本次模具设计采用压板式结构固定，其操作灵活、拆装方便快捷。

结论本文以注塑模具成型的相关研究为理论基础，结合现当代注塑模具成型的发展现状，将管道固定座注塑模具的设计作为研究内容，对塑件成型的工艺性、注射机的选择、温度调节系统的设计、注射机的校核等内容进行验算分析，推出机构设计验证过程，最后固定注塑模具，由以上的验算过程，归纳总结出管道固定注塑模具的工作原理。本设计从塑件分型面的选择、原材料的分析、结构工艺性分析等对管道固定座模具的成