塑料弯头注塑模具设计

塑料弯头注塑模具设计,塑料,弯头,注塑,模具设计 全套设计（图纸）加 36396305 各专业都有 摘 要 本文完成的是塑料弯头注塑模具的设计。塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了塑件的开模，注塑模具的浇注系统、模架、推出机构、导向机构、温度调节系统和侧抽芯机构设计过程。最后介绍了三维软件PROE对铸模进行的模流分析和对型芯板上的弯头曲面进行的仿真加工。 关键词：分型面,注射模,侧抽芯,塑料弯头 ABSTRACT This article was the injection mold design of plastic elbow.Plastics industry is one of the world's fastest growing industries, and injection mold is developing faster species，so the research of injection mold have great significance to learn about plastics production process and improve the quality of their products. This article introduce the basic principle of injection molding, especially the single-parting injection mold structure and working basic principle ,the basic design principles on injection product are offered ; the details is the plastic part of the opening,the process of the design of the injection mold, die casting system, institutions, steering mechanism, temperature control system. At last it introduces a 3D software PROE mold flow analysis and on-cores of elbow on the surface of the simulation process. Keywords：Parting surface,Plastic injection mold,Lateral pulls out the core,Plastic elbow 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第1章 绪论 1 1.1 塑料注塑模具简介 1 1.1.1 概述 1 1.1.2 注射模具基本简介 1 1.1.3 注射成型的地位 1 1.2 国内模具的现状及发展趋势情况 2 1.3 国外模具的发展状况 2 第2章 塑件分析 4 2.1 塑件的材料分析 4 2.2 塑件的成型工艺参数设定 4 2.3 聚氯乙烯的主要用途 4 2.4 PVC的成型特性 4 2.5 PVC主要技术指标 5 2.6 弯头的整体外形尺寸 5 2.7 塑件精度的选择 6 2.8 制品的表面的粗糙度 6 2.9 脱模斜度的分析 6 2.10 塑件上孔的设计 6 第3章 模具结构及主要零件的设计和计算 7 3.1.型腔数目的确定 7 3.2 注射机的选择 7 3.3 注射机有关工艺参数的校核 7 3.3.1 注射机注射量的校核 7 3.3.2 注射压力的校核 7 3.3.3 锁模力的校核 8 3.3.4 模具闭合厚度的校核 8 3.4 分型面的结构设计 9 3.4.1 分型面的概念 9 3.4.2 分型面选择的一般原则 9 3.4.3 分型面选择应注意的问题 10 3.4.4 分型面的形状 10 3.4.5 型腔的分布 11 3.5 浇注系统的设计 11 3.5.1 普通浇注系统的组成 11 3.5.2 浇口位置的选择及形式 12 3.5.3 主浇道的设计 12 3.5.4 分流道的设计 13 3.5.5 冷料穴和拉料杆的设计 13 3.5.6 排气系统的设计 14 3.6 成型零件的尺寸计算 14 3.7 塑件的开模 16 3.8 模架的确定 16 3.9 推出机构的设计 19 3.10 导向机构的设计 20 3.11 温度调节系统设计 21 3.12 侧抽芯机构的设计 23 第4章 模流分析CAE 27 4.1 注塑模CAE分析的基本原理和功能 27 4.2 分析过程 27 结 论 31 参 考 文 献 32 致 谢 33 IV 全套设计（图纸）加 36396305 各专业都有 第1章 绪论 1.1 塑料注塑模具简介 1.1.1 概述 模具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母”。21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化智能化、柔性化、和网络化，追求的目标是提高产品质量及生产效率，缩短设计及制造周期，降低生产成本，最大限度提高模具制造业的应变能力，满足用户需求。近年来我国的模具事业也在不断地飞速向前发展。 1.1.2 注射模具基本简介 注射成型也称为注塑成型，其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。它与挤出和压延成型方法相比，注射成型可以用来生产空间几何形状非常复杂的塑料制品，而挤出和压延则主要用来成型截面尺寸一定长度连续的二维塑料制品。将注射成型与压缩和压注成型相比，它又具有应用面大、成型周期短、生产效率高、模具工作条件可以得到改善，以及制品精度高和生产条件比较好、生产操作容易实现机械化等多方面的优势。在中空吹塑成型中，注射成型还常常被用来生产吹塑所用的型坯。 1.1.3 注射成型的地位 注射成型在整个塑料制品生产行业占有非常重要的地位，目前，除少数几种塑料外，几乎所有的塑料品种都可以采用注射成形。据统计，注射制品约占所有塑料制品总产量的30％，全世界每年生产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的50％。早期的注射成型方法主要用于生产热塑性塑料制品，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品的应用范围不断扩大，目前的注射成形方法已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。例如，日本的酚醛（热固性塑料）制品生产过去基本上依靠压缩和压注方法生产，但目前已经有70％被注射成型所取代。注射成型方法不仅广泛应用于通用塑料制品生产，而且就工程塑料而言，它也是一种最为重要的成型方法。据统计，在当前的工程塑料制品中，80％以上都要采用注射成型的方法生成。 1.2 国内模具的现状及发展趋势情况 我国塑料模具的发展随着塑料工业的发展而发展，在我国，起步较晚，但发展很快，特别是近几年，无论在质量、技术和制造能力上都有很大的发展，取得了很大成绩。 现在CAD/CAE/CAE技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍，特别是CAD/CAM技术的应用较为普遍，取得了很大成绩。目前，使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要结构及零件的设计、数控机床加工的编程已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。应用电子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制造水平。这不仅缩短了生产前的准备时间，而且还为扩大模具出口创造了良好的条件，也相应缩短了模具的设计和制造周期。此外，气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，热流道技术的应用更加广泛，精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高，模具寿命及效率不断提高，同时还采用了先进的模具加工技术和设备。 塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，“小而专”、“小而精”仍然是一个必然的发展趋势。从技术上来说CAD/CAM/CAE技术将全面推广，快速原型制造（RPM）及相关技术将得到更好的发展，高铣削加工、热流道技术、气体辅助注射技术及高压注射成型将进一步发展。 1.3 国外模具的发展状况 总体来说，西方国家的模具事业发展较早，也比我国更先进一些。国外的模具发展状况具体表现为以下几个特征： （1）集成化技术 现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术人员和管理方式的集成。在开发模式制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需要。 （2）智能化技术 应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。 （3）塑料成型理论研究的发展 对塑料充模过程中的流变行为研究不断深入；对注射成型的流变理论有了更进一步探讨；对挤出成型已初步建立起数学模型。 （4）新的成型方法不断出现 在实验、研究的基础上，热流道浇注系统实际应用更为广泛；热固性塑料注射成型技术更为完善；气体辅助注射成型技术得到实际应用。 （5）塑件更趋向精密化、微型化以及大型化 据资料介绍，德国已研制出注射量只有0.1g 的微型注射机，用于生产0.05g 的塑件；我国也研制出0.5g 的注射机，用于生产0.1g 的手表轴塑件；另外，法国已拥有注射量达到170kg 的超大型注射机。 （6）开发新的模具材料 如采用粉末冶金及喷射成型工艺制作出硬制合金、陶瓷及复合材料。 （7）模具表面强化热处理新技术应用 近年来，我国研制的PMS镜面塑料模具以及美国的P21以及日本的NAK55钢，就是在低级材料中加入Ni、Cr、Al、Cu、Ti等合金元素后，经过毛坯淬火与回火处理，使其硬度<30HRC，然后加工成型，再进行时效处理，使模具硬度上升到40～50HRC，大大提高了模具的使用寿命。 第2章 塑件分析 2.1 塑件的材料分析 本塑件的材料采用PVC，PVC的特性：聚氯乙烯是世界上产量最大的塑料品种之一。聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。纯聚氯乙烯的密度为1.4g/cm，加入了增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑料件的密度一般在1.15--2.00g/cm范围内。聚氯乙烯不含或含有少量的增塑剂，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲性能，可单独用作结构材料。 2.2 塑件的成型工艺参数设定 注射机成形机类型：螺杆式 收缩率:0.8% 预热温度: 70℃～90℃ 预热时间：4～6 h 模具温度: 30℃～ 60℃ 注射压力：80～130 MPa 料筒温度：后段 160～170℃ 中段 165～180℃ 前段 170～190℃ 成形时间：注射时间 15～60 s 高压时间 0～5 s 冷却时间 15～60 s 总周期 40～130s 螺杆转速：28 r/min 2.3 聚氯乙烯的主要用途 由于PVC的化学稳定性好，故可用作防腐管道、管件、输油管、离心泵，鼓风机等的制造。 2.4 PVC的成型特性 （1）无定形料，吸湿性小，但为了提高流动性，防止发生气泡则宜先干燥； （2）流动性差，极易分解，特别在高温下与钢、铜金属接触更易分解，分解温度 为200℃，分解时有腐蚀及刺激性气体产生； （3）成形温度范围小，必须严格控制料温； （4）用螺杆式注射机及直通喷嘴，孔径宜大，以防止死角滞料，滞料必须及时处理清楚； （5）模具浇注系统应粗短，浇口截面宜大，没有死角滞料，其表面应镀铬。 2.5 PVC主要技术指标 比容：0.69～0.74cm/g 密度：1.35～1.45kg/dm 熔点：160～212℃ 吸水性：0.07～0.4% (24h) 热变形温度：4.6×105Pa——67~82℃ 18.0×105Pa——54℃ 屈服强度:35.2～50MPa 拉伸弹性模量：2.4～-4.2GPa 抗弯强度：≥90MPa 冲击强度：缺口 58kJ/m 硬度：16.2HB～12HB 体积电阻率：6.71×10 击穿强度：26.5kv/mm 2.6 弯头的整体外形尺寸 根据实物测量可得塑料弯头的外形尺寸如图2.1所示。 图2.1 弯头外形尺寸 2.7 塑件精度的选择 同其他金属塑料制品尺寸公差一样，该塑件也有一定的公差要求。影响尺寸精度的因素较多，如模具制造精度及其使用的磨损程度，塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化，塑件制品的形状、脱模斜度及成型后制品的尺寸变化等等。在一般的生产设计过程中，为了降低模具的加工难度和模具的生产成本，在满足塑件使用要求的条件下，选取较低等级的公差，这样便于加工与生产。结合本设计的具体的情况，塑件的精度等级选为5级。 2.8 制品的表面的粗糙度 塑件制品的表面粗糙度数值主要取决于成型模具型腔表面的粗糙度。另外，塑料品种、成型工艺及成型模具型腔表面的磨损和腐蚀对制品的表面粗糙度也有一定的影响。一般模具表面粗糙度要比制品低1～2 级。根据本设计中管接头的技术要求和PVC 材料的成型性能，表面粗糙度Ra定为0.8μm。 2.9 脱模斜度的分析 使用脱模斜度为了使塑件便于脱模，但对于高度不大的塑件，可以不取斜度，本产品是属于小型塑件，高度不大，因此没有设置脱模斜度。这样不会对于塑件有太大的影响，可以忽略不考虑。 2.10 塑件上孔的设计 塑件上的孔是用模具的型芯成型的，从理论上说，可以成型任何形状的孔，但是形状复杂的孔，其模具制造困难，成本较高。因此，用模具成型的孔，应采用工艺上易于加工的孔。塑件上常用的孔有通孔、盲孔、形状复杂的孔等。这些孔均应设置在不易削弱塑件强度的地方。在孔之间和孔与边缘之间均应留有足够的距离（一般大于孔径）。塑件上固定用孔和其他受力孔的周围可设一凸边来加强。本塑件是两个平行的通孔，结构简单，也便于设置。 第3章 模具结构及主要零件的设计和计算 注射模结构设计主要包括：分型面选择、模具型腔数目的确定及型腔的排列方式和冷却水道布局以及浇口位置设置、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等内容。 3.1.型腔数目的确定 型腔数量以及位置如何确定要根据塑件制品的尺寸大小、结构难易程度、生产效益等诸多因素灵活确定。 根据注射机的最大注射量确定型腔数目,根据式 式中：—注射机最大注射量(cm或者g) —浇注系统冷凝料量(cm或者g） —单个塑件的容积或者质量(cm或者g） 利用Pro/E三维软件定性测得该塑件的实际体积为1.48×10mm,设浇注系统的体积为塑件的0.6倍。初选注射机的最大注射量为125cm。 根据塑件的精度，由于该塑件精度一般，故采用多腔型的注射模。我选用了一模出两件，同时不影响塑件的大体质量。 3.2 注射机的选择 由以上计算选择注射机的型号为XS—ZY—125，见表3.1。 3.3 注射机有关工艺参数的校核 3.3.1 注射机注射量的校核 塑件连同浇注系统凝料在内的质量一般不应大于注射机公称注射量的80%。 0.8V=0.8×125cm=100cm>14.8×0.6+14.8×2=38.48cm 故满足要求。 3.3.2 注射压力的校核 注射机的公称注射压力要大于塑件成形的压力，即： PP 表3.1 注射机的主要技术要求 注塑机型号 XS—ZY—125 额定注射量/cm 125 螺杆直径/mm 42 注射压力/MPa 120 注射行程/mm 115 注射时间/s 1.6 注射方式 螺杆式 合模力/KN 900 最大成形面积/cm 320 最大合模行程/mm 300 模具最大厚度/mm 300 模具最小厚度/mm 200 动、定模固定板尺寸/mm×mm 428×458 拉杆空间/mm×mm 260×290 合模方式 液压—机械 定位圈尺寸/mm 喷嘴球半径/mm SR12 喷嘴孔半径/mm 式中： P—注射机的最大注射压力，MPa P—塑件成形所需的实际注射压力，MPa P=120MPa，取塑件成形所需的注射压力为90MPa,P>P，故满足要求。 3.3.3 锁模力的校核 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，其关系按下式校核： FK1PA 式中：F： 注射机的公称锁模力； K1： 压力损耗系数，一般取1/3-2/3,现取1/2； P： 注射机额定注射压力； A： 制品、流道、浇口在分型面上的投影之和； 已知 F=900KN，K=1/2，P=120MPa， A=30×48.5×4+×16×60+×9×40+×4×40+×1× 2 =10473.48mm=1.047348×10m K1PA=1/2×120×1.047348×10N=628.4KN 因为F>KPA，所以满足要求。 3.3.4 模具闭合厚度的校核 模具闭合时的厚度在注射机，动、定模板的最在闭合高度和最小闭合高度之间，其关系按下式校核 HHH 式中 H—注射机允许的最小模具厚度（mm） H—模具闭合厚度（mm） H —注射机允许的最大模具厚度(mm) 已知 H=200mm； H=300mm；H=240 mm 所以满足要求。 3.4 分型面的结构设计 3.4.1 分型面的概念 为了塑件及浇注系统凝料的脱模和安放嵌件的需要，将模具型腔适当地分成两个或更多部分，这些可以分离部分的接触表面，通称为分型面。 3.4.2 分型面选择的一般原则 模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面： （1）保持塑件外观整洁。 （2）分型面应有利于排气。 （3）应考虑开模时对塑件留在动模一侧。 （4）应容易保证塑件的精度要求。 （5）分型面应该简单实用并容易加工。 （6）考虑侧面分型面与主分型面的协调。 （7）分型面应与注射机的参数相适应。 （8）考虑脱模斜度的影响。 （9）嵌件和活动型芯应安装方便。 3.4.3 分型面选择应注意的问题 (1) 不影响塑件外观，尤其是对外观有明确要求的制品，更应注意分型面对外观的影响。 (2) 有利于保证塑件的精度。 (3) 有利于模具加工，特别是型腔的加工。 (4) 有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设计。 3.4.4 分型面的形状 分型面的形状有平面、斜面、阶梯面和曲面。分型面应尽量选择平面的，但为了适应塑件成型的需要和便于塑件的脱模，也可以采用后三种分型面，后三种分型面虽然加工较困难，但型腔加工却比较容易。 此注射模具的分型面形状为平面，目的为了适应塑件成型的需要和便于塑件脱模，使型心留在动模一侧。 选择塑件的最大轮廓处为分型面，不仅减小了由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异，还有利于排气和防止溢流，见图3.1所示。 图3.1塑件的分型面 （产品的最大轮廓处） 3.4.5 型腔的分布 由于型腔的排布与浇注系通密切相关的，所以在模具设计时应综合加以考虑。型腔的排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够压力，以保证塑料熔体能同时均匀地充填每个型腔，从而使各个型腔的塑件内在质量均一稳定。如图3.2所示 图3.2型腔的分布 3.5 浇注系统的设计 浇注系统的设计包括主浇道的设计，分浇道的截面形状及尺寸的确定，分浇道的布置，浇口的形式及尺寸的确定，浇口位置的选择。 在设计浇注系统时，首先是浇口位置的选择。浇口位置选择的适当与否，将之间关系到制品的成型质量及注射过程是否能顺利进行。 3.5.1 普通浇注系统的组成 浇注系统是由主浇道，分浇道，浇口及冷料穴等四部分组成。 (1)主浇道 主浇道是指从注射机喷嘴与模具接触开始，到分浇道支线为止的一段料流通道。它起始将熔体从喷嘴引入模具的作用，其尺寸的大小直接影响熔体的流动速度和填充时间。 (2)分浇道 分浇道是主浇道与行腔进料口之间的一段流道，主要起分流和 转向作用，即使熔体由主浇道分流到各个型腔的过渡通道，也是浇注系统的断面变化和熔体流动转向的过渡通道。此次塑件无分流道。 (3)浇口 浇口是指料流进入行腔前最狭窄的部分，也是浇注系统中最短的一段，其尺寸狭小且短，目的是使料流进入行腔前加速，便于充满行腔，且有利于封闭行腔口，防止熔体倒流。另外也便于成型后冷料与塑件分离。 (4)冷料穴 在每个注射成型周期开始，最前端的料接触低温模具后会降温 变硬被称之为冷料，为防止此冷料堵塞浇口或影响制件的质量，而设置的料穴，其作用就是储藏冷料。冷料穴一般设在主浇道的末端，有时在分流道的末端也增设冷料穴。 3.5.2 浇口位置的选择及形式 选择浇口的形式应该遵循以下规则： （1） 尽可能采用平衡式设置； （2） 型腔排列进料均衡； （3） 型腔布置和浇口开设部位应对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象； （4） 确保耗料量小； （5） 不影响塑件外观。 浇口是连接分浇道和型腔的桥梁。它具有两个功能：第一，对塑料熔体流入型腔起控制作用；第二，使型腔中尚未冷却固化的塑料不会倒流。一般情况浇口采用长度很短（0.5～2mm）而截面很又狭窄的小浇口。此注射模的浇口长度为2mm。本次设计决定选用侧浇口形式，这种浇口的优点为：去浇口方便，残留痕迹小；熔体流速高；翘曲比直接浇口小；宜成型薄壁、复杂形状制品；浇口截面简单，去除浇口方便能对浇口尺寸进行精密加工。其缺点有：注射压力损失大；保压补缩作用比直接浇口小；对壳形制品排气不方便，易产生熔接痕。总的来说，侧浇口适用于各种形状及一模多腔制品，特别适用于两板式多型腔模具，是最常用的一种形式。 3.5.3 主浇道的设计 主浇道设计要点如下： （1） 为便于凝料从之浇道中拔出，把主浇道设计成圆锥形。锥角～4°。（本塑件20）内壁表面粗糙度Ra小于0.63～1.25μm。主浇道进口端直径应根据注射机喷嘴孔径确定。该塑件的主浇道截面直径D为5，D为8。主浇道喷嘴直径应比喷嘴直径大0.5～1mm。主浇道进口端与喷嘴头部接触的形式一种是平面，另一种是弧面。本塑件采用弧面接触定位。主浇道进口端凹下的球面半径R比喷嘴球面半径R大1～2mm,凹下深度约3～5mm。 （2） 主浇道与分浇道结合处采用圆角过度，其半径R为1～3mm，以减小料流转向过度时的阻力。 （3） 在保证塑件成型良好的前提下，主浇道的长度L尽量短。为了减小压力损失及废料，一般主浇道长度L不超过60mm。本塑件的主浇道长度没有超过60mm。 （4） 设置主浇道衬套 本塑件将主浇道衬套与定位环设计成一个整体，主浇道衬套选用T8A类优质刚材，热处理后硬度为53～57HRC。衬套长度与定模板配合部分的厚度一致。衬套与定模板之间的配合采用H7/m6。 3.5.4 分流道的设计 （1）多腔模中型腔和分流道的布置 多腔模设计时型腔布置和分流道的布置应同时加以考虑，设计原则有： ① 尽量保证各型腔同时充满，并均衡的补料，以保证同模各塑件的性能， 尺寸尽可能一致。 ② 各型腔之间距离恰当，应有足够的空间排布冷却水道，螺钉等，并有足 够的截面承受注射压力。 ③ 在满足以上的要求的情况下尽量缩短流道长度，降低浇注系统凝料重量。 ④ 型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注射机锁模力的中心，一般 在模板的中心上。 （2）分浇道的截面形状及优缺点： 分流道是指主流道与浇口之间的通道。其作用是使熔融塑料过度和转向。 分浇道的形状尺寸主要取决于塑件的体积、壁厚、形状、以及所加工塑件的种类、注射速率、分浇道长度等。 分浇道形状分为：圆形、梯形、抛物线形（或U形）、半圆形和矩形截面。本塑件所采用的是圆形。 此副注射模分浇道的布置形式为平衡式，其主要特征是从主浇道到各个型腔的分浇道，其长度、端面形状及尺寸均相等，以达到各种型腔能同时均衡进料的目的。 优点：表面积/体积比最小，冷却速度最低，热量及压力损失小。进料流道中心冷凝慢，有利于保压。 缺点：同时在两半模上加工圆形凹槽，对正难度大，费用高。 本塑件的分浇道直径为6mm，分浇道的长度一般在8～30mm之间，一般根据型腔布置适当加长或缩短。本塑件的分浇道长度为44mm，由于塑件小而集中，如果分浇道太短的话，结构过于紧凑，因此没有按照8～30mm来制定分浇道的长度。分浇道的最短长度不宜小于8mm，否则会给塑件修磨和分割带来困难。 3.5.5 冷料穴和拉料杆的设计 冷料穴的作用是收集每次注射成型时，流动熔体前端的冷料头，避免这些冷料进入型腔影响的质量或堵塞浇口。 此注射模的冷料穴开设在主浇道的末端，直径略大于主浇道的大端直径，便于冷料的进入。 常见的冷料穴及拉料杆的形式有如下几种： (1) 钩形（Z形）拉料杆 (2) 锥形或钩槽拉料穴 (3) 球形头拉料杆 (4) 分流锥形拉料杆 (5) 无推杆的拉料穴 此次设计采用的拉料杆是Z形拉料杆，拉料杆如图3.3所示。 图3.3 拉料杆 3.5.6 排气系统的设计 型腔内气体的来源，除了型腔内原有的空气外，还有因塑料受热或凝固而产生的低分子挥发气体。一般来说，对于结构复杂的模具，事先较难估计发生气阻的准确位置。 所以，往往需要通过试模来确定其位置，然后再开排气槽。排气的方式有开设排气槽和利用模具零件配合间隙排气。 开设排气槽通常要遵循的原则是： （1) 排气槽最好开设在分型面上，因为分型面上因排气槽而产生的飞边, 易随塑件脱出。 （2）排气槽的排气口不能正对操作人员，以防熔料喷出而发生工伤事故。 （3）排气槽最好开设在靠近嵌件和塑件最薄处，因为这样的部位最容易形成熔接痕，宜排出气体，并排出部分冷料。 （4）排气槽的宽度可取1.5～1.6mm,其深度以不大于所用塑料的溢边值为限，通常为0.02～0.04mm。 本塑件的排气槽开设在分型面上，因为分型面上因排气槽而产生的飞边，容易随塑件脱出。采用间隙排气的方法，利用了分型面及零件的配合间隙排气,因此本设计不单独开设排气槽。 3.6 成型零件的尺寸计算 所谓成型零件的尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部位的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形和异形的长度和宽度尺寸）、中心距尺寸等。工作尺寸计算受塑件尺寸精度的制约。影响塑件尺寸精度的因素很多，且十分复杂，因此塑件尺寸难以达到高精度。 为计算简便起见，规定凡是孔类尺寸均以其最小尺寸作为公称尺寸（基本尺寸），即公差为正；凡是轴类尺寸均以其最大尺寸作为公称尺寸，即公差为负。 塑件尺寸为:6mm取公差0.18mm；30mm取公差0.32mm；24mm取公差0.28mm；25mm取公差0.32mm；17mm取公差0.24mm；16mm取0.24mm。收缩率 (1) 型腔的径向尺寸：制造公差，塑件尺寸mm mm 同理得 (2) 型芯的径向尺寸:，， 塑件的尺寸： 同理 (3) 型腔深度：， 塑件尺寸： 部分成型尺寸如图3.4所示。 图3.4 成型零件的部分尺寸 3.7 塑件的开模 在本次设计中，对塑件进行了开模操作，使用的操作软件是PROE，具体操作步骤如下：建立模具模型，设置收缩率，创建模具分型曲面，在模具中创建浇注系统，创建四个侧抽芯的体积块，抽取模具元件，生成浇注件，定义模具的开启，开模如图3.5所示。 图3.5 塑件开模 3.8 模架的确定 以上内容计算确定后，便可根据计算选定模架，由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为350×350×300mm。 各模板的确定： (1) 型腔板 由于塑件的在模板上的高度为15mm，加上斜导柱在模板还要固定，所以型腔板的高度取45mm，型腔板如图3.6所示。 图3.6 型腔板 (2) 型芯板 型芯板参照标准，再加上此模具为两板式，所以型芯板的高度取60mm，四周挖槽供斜导柱移动，槽长宽20mm靠内端为半圆形。 型芯板如图3.7所示。 图3.7 型芯板 (3) 垫块 垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+(5～10)=20+15+25+(5～10)=70mm,由于斜度柱的长度比较长，所以垫块的厚度取100mm，垫块如图3.8所示。 图3.8 垫块 3.9 推出机构的设计 本设计选用的是推杆推出机构，推杆的截面形状可以根据塑件的情况而定，如圆形、矩形等，此推杆采用的是圆形。 推杆是最常用的脱模机构，其设计一般要点如下： (1) 杆位置应设置最大脱模阻力部位。 (2) 在型腔内排气困难的部位应设置推杆，利用推杆与孔的配合间隙排气。 (3) 推杆材料多用45钢或T8，T10 碳素工具钢。淬火硬度为50HRC 以上，局部淬火长度应为配合长度与1.5倍推出行程之和，表面粗糙度在Ra1.6以下。 推杆的总长L=132mm,大端直径为mm, 小端直径为mm，推杆如图3.9所示。 图3.9 推杆 3.10 导向机构的设计 注射模的机构用于动模、定模之间的开合，模具导向和脱模机构的运动导向。定位机构分为模外定位和模内定位，模外是指通过定位圈使模具易于在注射机上安装以及模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位。而模内定位则是通过锥面定位机构用于动、定模之间的精密定位。导柱是安装在另一半模上的导套相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向，导套是与导柱相配合的结构。在设计导柱、导套时，一般要遵循以下几个原则： (1) 应尽量选用标准模架 因为标准模架的导柱、导套社设计和制作是有科学依据并经过实践考验的。 (2) 合理布置导柱位置 导柱中心至模具中心外缘至少有一个导柱直径的厚度，导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。 (3) 导柱工作部分长度应比型芯端面高出6～8mm，确保其导向与引导作用。 (4) 导柱工作部分的配合精度采用H7/f7。导柱固定部分配合长度通常取直径的1.5～2 倍。其余部分可以扩孔，以减小摩擦，并降低加工难度。 (5) 导柱与导套应有足够的耐磨性，多采用低碳钢经渗碳淬火处理，其硬度为48～55HRC。也可采用T8或T10碳素工具钢，经淬火处理。导柱工作部分表面粗糙度为Ra0.4，固定部分为Ra0.8，导柱内外圆柱表面粗糙度取Ra0.8。 (6) 导柱头部应制成截面锥形或球头形，导套的前端面也应倒角，一般倒嚼半径为1～2mm。 (7) 导柱可以设置在动模一边或定模一边，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边便于取出制品。本设计采用第一种方式。 本设计的导柱设定为4个，分布在模架的四个边角处，导柱的总长为147mm，大端直径为mm，小端直径为mm，导柱如图3.10所示，导套如图3.11所示。 图3.10 导柱 图3.11 导套 3.11 温度调节系统设计 注射模设计温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产率。 由于模温要求小于80℃，所以不需要设置加热系统。冷却系统的设计原则： （1）冷却水孔应尽量多，孔径应尽量大 （2）冷却水道至型腔表面的距离应尽量相等 （3）浇口处加强冷却 （4）降低入水与出水的温差 （5）冷却水道要避免接近熔接痕部位 （6）冷却水道的大小要易于价格和清理，一般孔径为8-10mm。 由设计得：熔料温度/℃ 200 模温/℃ 38 塑件脱模温度/℃ 70 注射量/(kg/次) 44×10 每小时注射量(kg/h) 3.168 比热容/[kj/(kg·℃] 1.842 潜热 0 成型时间(s/模) 50 每小时成型次数 72 平均水温/℃ 23 计算塑料传给模具的热量，1h中塑件传给模具的总热量为 3.168×[(200-70)×1.842]KJ/h 758.61KJ/h 式中： G—每小时注入模具的塑料重量(kg) (t-t)—进入模具的塑料熔体温度与制件脱模温度之差(℃) C—塑料的比热容[kJ/(kg·℃) L—塑料的熔化潜热 本模具是在125cm注射量的注射机上成型，确定水孔直径d取10mm,冷却液采用室温水，查得23℃下水的雷诺准数Re=4000时的水流速度=0.43m/s。 式中： —水道孔径(m) —水流速度(m/s) —每小时水流持续时间(s/h)，若水一直流动，则=3600s/h —冷却液密度(kg/m) =1.23℃ ,取为5℃，。从计算结果看，不需要设计水道。 3.12 侧抽芯机构的设计 当注射成型侧壁带有孔、凹穴、凸台等的塑料制件时，模具上成型该处的零件就必须制成可侧向移动的零件，以便在脱模之前先抽掉侧向成型零件，否则就无法脱模，带动侧向成型零件作侧向移动（抽拔与复位）的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。对于成型侧向凸台的情况（包括垂直分型的瓣合模），常称为侧向分型，对于成型侧孔或侧凹的情况，往往成为侧向抽芯。但是，在一般的设计中，侧向分型与侧向抽芯常常混为一谈，不加分辨，统称为侧向分型抽芯，甚至只称侧向抽芯。 (1) 根据动力来源的不同，侧向分型与抽芯机构一般可分为机动、液压（液动）或气动以及手动等三大类。 (2) 脱模力的计算 因为，所以用圆环形厚壁塑件的脱模力公式： 式中： ，，是型芯的平均半径，(mm)； ，是塑料平均成型收缩率(%)；是塑料的弹性模量(MPa)；是塑件对型芯的脱模斜度(°)；是塑件的泊松比；是圆环形塑件的平均壁厚；是盲孔塑件型芯在脱模方向上的投影面积。 5094.3N (3) 斜导柱的设计 抽芯距=53mm,倾斜角=20° 弯曲力N， 直径，取40mm,为300MPa，取50mm,所以mm，取mm，mm。 斜导柱的长度， mm 斜导柱抽芯机构设计原则： ① 型芯一般比较小，应牢固装在滑块上，防止在抽芯时松动滑脱，型芯与滑块连接部位要有一定的强度和刚度。 ② 滑块在导滑槽中滑动要平稳，不要发生卡住、跳动等现象。 ③ 滑块限位装置要可靠，保证开模后滑块停止在一定位置上而不任意滑动。 (3) 滑块的设计 在这套模具里，将侧抽芯和滑块做成一个整体，配合T形槽导轨进行运动， 同时滑块的高度比塑件两头分别高出5mm，斜导柱如图3.2所示，滑块与侧抽芯如图3.13所示。 图3.12 斜导柱 图3.13 滑块与侧抽芯 3.13 注射模总体工作原理及其图形 模具开启，斜导柱拨动滑块移动，将侧抽芯从制品中抽出，然后由注塑机顶杆通过推板使推杆固定板移动，拉料杆将浇道顶出，推杆将制品推出。 模具装配图如图3.14所示。 图3.14 总装图 第4章 模流分析CAE 4.1 注塑模CAE分析的基本原理和功能 注射模CAE是有关产品的设计、制造、工程分析、仿真、实验等信息处理，以及包括相应数据库和数据管理系统在内的计算机辅助综合系统。数学模型完成注塑过程各物理现象的描述；数值算法完成对数学模型的简化求解，并通过程序实施其求解过程。模型与客观现实的吻合程度，在算法正确的前提下决定了计算结果的实用性和可靠性；而理论对生产实践的指导作用是通过软件程序来完成的。因此，软件的建模功能、网格划分、计算结果的数据处理及可视化实现，也是CAE技术的一个重要内容。 注塑模CAE的目标是通过对塑料材料性能的研究和注塑工艺过程的模拟，为制品设计、材料选择、模具设计、注塑工艺的制定及注塑过程的控制提供科学依据。注射模CAE的研究内容很广泛，主要包括：注塑成型充填流动过程的模拟；保压模拟；冷却分析；结晶取向分析；翘曲/应力分析等。 注射模CAE系统可以在型腔设计、浇口设计、流道设计中应用。 4.2 分析过程 填充时间如图4.1所示，2.716秒塑件完成充型。 图4.1充填时间 塑件表层取向如图4.2所示。流体从浇口位置开始向塑件四周扩散。 图4.2 表层取向 塑件心部取向如图4.3。 图4.3 心部取向 保压模拟分析如图4.4。从图上可以看出塑件各位置的压力基本相同。 图4.4 压力分析 冷却分析如图4.5。离浇口位置越远，流动性越小，温度越高，但总体温度还是不高，容易冷却，所以不需冷却水道。 图4.5 流动前沿处的温度 结晶取向分析如图4.6。 图4.6 冻结层因子 结 论 在此论文中，我主要是我通过查阅书籍对塑料弯头注塑模的型腔数目、浇注系统、塑件的开模、模架的确定、推出机构的设计、导向机构的设计、温度调节系统的设计、侧抽芯的设计、模流分析CAE等进行了设计研究，得到了以上的模具设计。 在确定型腔数目的时候，由于分型面的选择为塑件的最大面积处，所以模具四面都有侧抽芯，为了减小模具复杂程度，选择了一模两腔。浇注系统采用平衡式布置。导向机构采用导柱导套配合。由于塑件小，通过计算不需要冷却水道。侧抽芯机构采用了斜导柱与滑块的配合。脱模机构采用推杆推出。上述结果都由严谨的计算得出，经过校核所得。 总的说来，我认为我的这个设计还是很合理的。当然，由于经验的原因，也会有比我这个更好的设计方案，这个需要我以后去发现了。 参 考 文 献 [1] 邹继强.塑料模具设计参考资料汇编[M].北京：清华大学出版社，2005. [2] 齐晓杰.塑料成型工艺与模具设计[M].北京：机械工业出版社，2006. [3] 周峻辰.Pro/ENGINEER中文野火版塑料模具设计专家实例精讲[M].北京：中国青年出版社，2006. [4] 申开智.塑料模具设计与制造[M].北京：化学工业出版社，2006. [5] 项辉宇，孙筱雯，孙 胜，郭忠新. 注塑过程CAE及其对模具与工艺设计的作用[J] .山东大学学报（工学版）2004（2）：27～30. [6] 罗小发. CAD/CAE/CAM技术在模具设计制造的应用[J].橡塑技术与装备，2005（8）：54～60. [7] 邱会朋.注塑零件和注塑模具设计-分析-工程图，电子工业出版社2007. [8] 王鹏驹.塑料模具设计师手册.机械工业出版社，2008. [9] 无生绪.塑料成形模具设计手册.机械工业出版社，2007. [10] 颜智伟.塑料模具设计与机构设计.国防工业出版社，2006. [11] 常旭睿.Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 模具设计专家实例讲解.机械工业出版社，2009. [12] 伍先明，王群，庞佑霞，张厚安.塑料模具设计指导，国防工业出版社，2006. 致 谢 本设计是在张昊老师的悉心指导下完成的。张昊老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。本设计从选题到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量心血。在此，谨向老师表达崇高的敬意和衷心的感谢！ 本设计的顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。从开始的迷茫到现在的顺利完成，中间的经历有着太多的不堪。由于自己的学艺不精，导致这次的设计漏洞百出，在老师和同学们的帮助下，我最终完成了本次的设计。 大学四年匆匆而过，最后的这次毕业设计却让我学到了很多，给我留下了深刻的记忆。仅在此怀着虔诚的心感谢每一个帮助过我的人！ 学生签名： 日 期： 33