塑料三通管成型工艺及模具设计

毕业论文(设计)塑料三通管成型工艺及模具设计目录中文摘要.Abstract塑料三通管成型工艺及模具设计1前言11 选题背景.21.1 题目来源.21.2 研究目的和意义.21.3 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向.2 我国塑料模具现状及与国外先进水平的主要差距21.3.2 我国塑料模具的发展趋势和主攻方向.41.4 主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路.41.4.1 主要研究内容.41.4.2 重点研究的关键问题及解决思路.52 选择三通管的合适材料.63 三通管成型工艺分析及方案设计.83.1 成型方法的选择.83.2 塑件形状分析.93.3 塑件成型工艺分析.103.3.1 精度等级.103.3.2 脱模斜度.104 有关成形工艺计算104.1 注塑机型号的选择.104.1.1 塑件体积和质量的计算10 浇注系统凝料体积的初步估算.11 注塑机的选择.11 工艺与安装参数校核.124.2 PVC的注塑成型过程及工艺参数144.2.1 注射成型工艺过程14 注塑工艺参数.145 塑料模具结构设计.145.1 浇注系统设计.14 浇注系统的功能.15 主流道设计.15 冷料穴的设计.18 分流道设计.18 浇口的设计.205.2 分型面、排气槽及型腔布置.23 分型面的设计.23 排气槽的设计.24 型腔数量的确定.255.3 成形零件设计.265.3.1 成形零件结构设计265.3.2 成形零件钢材选用275.3.3 成形零件工作尺寸计算275.4 导向与定位机构设计.325.4.1 导向机构的功用325.4.2 导向机构设计325.5 脱模机构设计.345.5.1 设计原则及分类345.5.2 脱模力计算345.5.3 脱模机构尺寸计算355.5.4 推杆位置的选择365.5.5 复位机构设计375.6 侧向分型与抽芯机构设计.375.6.1 侧向分型与侧向抽芯机构分类37 侧型芯的设计.385.7 注射模温度调节系统设计.445.7.1 加热系统的设计445.7.2 冷却系统的设计445.8 模架的选择.485.8.1 模架概述485.8.2 模架的分类495.8.3 模架的选择495.8.4 各模板尺寸的确定506 Moldflow模拟分析.516.1 浇口分析.516.2 流动分析.526.3 保压分析.566.4 翘曲分析.586.5 冷却分析.607 总结63参考文献.64塑料三通管成型工艺及模具设计 摘要：塑料工业是世界上增长最快的工业之一。目前，塑料已深入到国民经济的各个部门中，由于PVC塑料具有较高力学强度，电气性能优良，耐酸碱力极强，化学稳定性好，所以它被广泛用于制造棒、管、板、焊条、输油管及耐酸碱性零件。模具是塑料成型加工的一种重要工艺装备，它是一种高附加值和技术密集型产品，其生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。本设计为：塑料三通管成型工艺及模具设计，其中包含三通管成型工艺和注塑模的设计。三通管成型工艺设计时应考虑：原材料的选择、塑件分析、注塑机的选择及校核、注塑成型过程及工艺参数。注塑模设计时应考虑：浇注系统的设计、分型面及型腔的确定、成形零件的设计、导向与定位机构的设计、脱模机构的设计、侧向分型与抽芯机构的选择、冷却系统的设计等。一套完整的注塑模模具包含许多的零部件，但是考虑到模具设计与制造的时间、成本等因素，选择零部件时尽可能的选用国家标准零部件。关键词：塑料 PVC 模具 三通管 成型工艺Plastic tee molding process and mold designAbstract：The plastics industry is one of the worlds fastest growing industry,The plastic has been deep into the sectors of national economies,PVC plastic has a higher mechanical strength, excellent electrical properties, acid strong, good chemical stability，So it is widely used in the manufacture of rods, tubes, plates, electrodes, pipeline and acid parts。The mold is a plastic molding process equipment，It is a high value-added and technology-intensive products, the level of its production technology, has become an important symbol of product manufacturing level of the measure of a country.This is designed to: plastic tee molding process and mold design, contains tees molding process and injection mold design.Tee molding process design should be considered: the selection and checking of raw material selection, analysis of plastic parts, injection molding machine, injection molding process and process parameters.Injection mold design should be considered: the design of gating system, sub-surface and cavity, forming part of the design, orientation and positioning mechanism design, mold release, the design, choice of side parting and pulling mechanism, cooling system design.A complete set of injection mold mold contains many parts, but considering the mold design and manufacturing time, cost and other factors, choose the parts as much as possible the selection of the national standard parts.Key words：Plastic PVC Mold Tee Molding process塑料三通管成型工艺及模具设计前 言随着近代工业的发展，塑料作为一种新材料也发展起来了，且应用日趋广泛。它在许多领域不同程度地替代了金属、木材及其他材料，成为当前社会使用的一大类材料。只有迅速地发展塑料加工业，才可能把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的塑件产品，在国民经济各领域中充分地发挥作用。模具是塑料成型加工的一种重要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业，被称为“工业之母”，模具是一种高附加值产品和技术密集型产品，其生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。注塑成型工艺及模具设计是一门不断发展的综合学科，不仅随着高分子材料合成技术的提高、注塑成型设备的革新、成型工艺的成熟而改进，而且随着计算机技术、快速造型技术、数值模拟技术、数字化应用技术等在注塑成型加工领域的渗透而发展。注塑成型作为一种重要的成型加工方法，在机械化工、军事国防、家用电器等都有广泛应用，且生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和广泛的发展前景。本次设计是对大学四年学习的一次综合性总结与运用，通过本次设计，提高了对模具的理性认识，掌握了设计步骤，能够更加系统地串联四年的专业知识，使模具的相关知识在认识中合理化、系统化。本说明是依据中国模具设计大典以及相关的参考书籍编写成的，主要介绍了设计的任务要求，成型工艺及模具设计的一系列步骤，在叙述中文字与图形相互补充说明，能够更详尽地展示出笔者的编写内容。由于笔者水平有限，在设计过程中有不妥和错误之处在所难免，恳请批评与指正，以便得以修正。在此表示忠心的感谢！1 选题背景1.1 题目来源题目来源：生产实际1.2 研究目的和意义本课题是针对塑料三通管成型工艺及模具设计的研究。塑料产品因为它的许多优良的特性，已被人们用于生产生活的各行各业。塑料能够采用多种方式进行成型加工，而利用注塑模对塑料进行注塑成型是目前应用最广、效率最高的一种加工方法。中国的塑料模具制造工业的飞速发展是需要理论和实践相结合的，所以这次毕业设计的意义十分重大。此次毕业设计也给了笔者亲自动手的机会，于以后的工作、学习等都有很大的帮助，是大学四年学习的一个总结。1.3 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向1.3.1 我国塑料模具现状及与国外先进水平的主要差距近年来，塑料模具工业迅速发展，体现在模具产品向着大型、精密、复杂的方向发展，综合技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短。但与国外塑料模具的先进水平相比，依然存在一定差距。1.3.1.1 模具材料和标准件国内大多数冶金厂设备、工艺较落后，大多采用电炉冶炼，钢的纯度差，表面脱碳层深、碳化物级别高、疏松超标。钢材的冶金质量低、成材率低，一般质量的模具钢多，高质量的模具钢材少。而国外模具钢生产80%以上采用真空精炼和电渣重熔生产，钢材纯度、等向性高。而国内通过电渣重熔生产的模具钢所占的份额很少，大约1/10。国外发达国家的模具钢成材率在85%90%，而国内成材率仅为70%，与国外相比存在很大差距。国际上，国外模具的标准化率可达85%（如德国、日本），中小模具的局部结构标准化程度高（如日本的手机模具）。德国的保险杠模具，模架是标准的，热流道是标准的，和国内相比，周期快，成本降低30%。国内模具企业大型模具的标准化程度约为25%30%。模具的标准化程度已成为制约国内模具制造周期的瓶颈之一，也影响了国内模具的竞争力。1.3.1.2 模具的精度、寿命和模具制造周期国外的汽车企业都在实施“2mm”工程，在国内，单一零件还能够做到，几百个零件装配到一起就没有保证了。零件精度低造成修配量大，整模故障率高、稳定性差。日本的汽车模具精度可达0.02 mm，塑料模分模面的精度控制在0.01 mm。而国内汽车模具的品牌企业，汽车模具精度控制在0.030.05 mm；塑料模分模面配模精度在0.03 mm左右。德国的模具制造周期在2周20天，备料45天，试模23天。日、韩的模具周期要求2周，原因是他们有专门的模具配件城，滑块、顶杆、浇口套组件等均可以买到，型腔件加工好装上就行了。国内配件标准化做不到，零件加工精度做不到。国外对发出去的模具进行可靠性、稳定性跟踪，国内是模具出了问题，再派人去。1.3.1.3 加工设备、模具制造工艺和测量技术 德国、日本模具企业的加工设备先进，基本都是数控、高速切削、单向走丝线切割或4轴5轴联动的高速加工机床，能实现模具型面的镜面加工。而国内模具企业的4轴5轴联动的高速加工机床占的比例有限，高光模具的加工与国外相比差距较大。德国、日本汽车模具的制造工艺已标准化，制品精度高、制造周期短。精密模具零件的加工均采用在线测量，这方面国内至少差1520年。德国的精密品牌产品，除了加工过程中的在线检测外，手机类、剃须刀类的产品，全部通过可靠性测试、耐候性测试、寿命测试、剃刀表面和间隙的微观显微放大测试、主要零件外形和装配后外形的激光3D测试等。这些重要数据为产品的更新换代提供了非常重要的依据。1.3.1.4 新工艺、新材料研究和创新能力 塑料加工新工艺的研究，日本、德国、美国、意大利等发达国家处于领先地位，模内贴膜、回转成形、双料双色/三色注射、啤酒瓶周转箱注射装配集成化自动生产线、奶制品/快餐面盒的注射一模内贴膜自动生产流水线、一模200腔的瓶盖叠式一回转成型的自动化注射生产线等，在多年前就已用于批量生产。全塑型轿车/赛车的塑料和整车零部件成型工艺从1995年起一直在孜孜不倦地研发。战斗机上的高强、高韧、耐高温、质量轻的新材料、新工艺，美国、德国在80年代初期已应用于某些机型，1985年后，某些碳纤维塑料制品已应用于民用客机。超薄型手机PC导光板的材料、注射工艺与设备的研制，日本处于领先地位。木塑环保复合材料注射专机和注塑工艺/制品的研究欧洲处于领先地位。多层、多功能复合薄膜挤出专机、薄膜厚度控制、薄膜层数控制及各种功能薄膜的材料研究，美国处于世界前沿。一个国家的创新、研发能力体现了国家的综合基础实力。国外企业对新产品开发很重视，模具厂经常会与材料厂商、产品厂共同开发新产品和模具；注射机厂会与材料厂商共同研发新机型；名牌塑料供应商会与名牌汽车公司联合研制以靼代钢的新塑料和新产品（如BAYER与宝马合作开发全塑赛车、GE与克莱斯勒共同开发全塑轿车）。这种强强合作，使企业具有很强的研发能力。1.3.2 我国塑料模具的发展趋势和主攻方向目前，我国的塑料消费费量已居世界首位，但人均消费量仅为工业发达国家的1/7，工业中等发达国家的1/4，预计要达到工业中等发达国家的水平还需20年。这无疑为我国塑料工艺和塑料模具产业提供了非常大的发展空间。1) 重点研究高强、高韧、耐高温塑料制品的成型工艺与模具加工技术；2) 要大力发展节能降耗、以塑代钢的汽车零件的制造工艺和模具制造技术；3) 加速木塑复合材料注射成形技术、塑料金属复合材料注射成形技术的研究和塑料异形高速挤出模具技术的研究；4) 超薄成形、超精密成形的工艺和高精密模具制造技术的研究；5) 提高模具的标准化水平和模具寿命，缩短模具制造周期；6) 以人为本、强化模具设计人员培养；7) 加强热流道技术、气辅技术、水辅技术、蒸汽辅助注射成形技术的推广应用；8) 建议建立全国性模具检测中心；9) 模具智能化、工艺知识集成化和生产工艺过程自动化。1.4 主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路1.4.1 主要研究内容：1） 选择三通管的合适材料；2） 三通管成型工艺分析及方案设计；3） 有关成型工艺计算；4） 塑料模具结构设计；5） 主要零部件强、刚度校核；6） 绘制模具装配图及相关零件工作图。1.4.2 重点研究的关键问题及解决思路1.4.2.1 浇口设计浇口是连接流道与型腔之问的一段细短通道，它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。浇口的主要作用有如下几点：1) 熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注射螺杆抽回时可防止熔体向流道回流；2) 熔体在流经狭窄的浇口时会产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模；3) 易于切除浇口尾料；4) 对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料。对于多浇口的单型腔模具，浇口除了能用来平衡进料外，还能用以控制熔接痕在制品中的位置。浇口的设计主要包括浇口形式的确定和浇口位置的选择，其选择恰当与否，直接关系到制品能否被完好的注塑成型，浇口的种类包括有直浇口、侧浇口、扇形浇口，环形浇口以及点浇口。解决思路：1) 考虑到熔体的流动性、能够实现制品与浇口的自动分离以及浇口痕迹等方面，本设计浇口采用点浇口。其尺寸很小，能有效的增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的粘度下降，流动性增加，利于填充。2) 浇口位置的确定可以使用Moldflow软件分析塑件的浇口匹配性，从而确定浇口的最佳位置。分析结果不一定符合生产实际，因此还需结合生产的实际要求综合考虑，在满足实际生产的前提下尽量将浇口放在最佳位置上。1.4.2.2 侧向分型与抽芯机构设计按照侧向分型机构的驱动形式可分为以下三种：手动侧向分型与抽芯机构、液压/气动侧向分型与抽芯机构、机动侧向分型与抽芯机构。解决思路：1) 结构设计：三通管有三个孔，需要使用侧抽芯才能顺利脱模。本模具采用三向侧抽芯，选择在中心平面处分模。这样将易于加工，能保证塑件质量，提高生产效率，如图1-1所示。图1-1 侧抽芯结构设计2) 抽芯方式：由于该模具抽拔距较大，大概在80mm左右，而斜导柱侧分型机构只适用于抽拔距小于6080mm的场合，故采用斜导槽侧向分型与抽芯机构。斜导槽侧分型机构是利用斜导槽等零件把开模传递给侧向成型块使之产生侧向运动完成分型动作。这类侧向分型机构的特点是结构紧凑、抽芯稳定可靠，选取大抽拔角度，能满足较长的抽拔距离，滚动轴承与滑板导滑槽相配，摩擦阻力小。2 选择三通管的合适材料目前市场上的三通管所用材料主要有PVC（聚氯乙烯）、PP（聚丙烯）、ABS（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物），这是三种非常常见的工业原料。PVC的主要性能有以下几方面： 1) 不易燃、高强度、耐气侯变化性好以及优良的几何稳定性，收缩率相当低；2) 对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力；3) 能够被浓氧化酸如浓硫酸、浓硝酸所腐蚀，不适用于与芳香烃、氯化烃接触的场合；4) 流动特性相当差，工艺范围很窄，特别是大分子量的PVC材料更难于加工。PP的主要性能有以下几方面：1) 具有优良的机械性能和耐热性能，同时具有优良的电绝缘性能和化学稳定性，几乎不吸水，与绝大多数化学品接触不发生作用，耐腐蚀；2) 吸湿性小，易发生融体破裂，长期与热金属接触易分解；3) 流动性好，但收缩范围及收缩值大，易发生缩孔、凹痕、变形；4) 冷却速度快，模具温度低于50时，塑件不光滑，易产生熔接不良，留痕，90以上易发生翘曲变形； 5) 耐低温冲击性差，较易老化，与发烟硫酸、发烟硝酸、铬酸溶液、卤素、苯、四氯化碳、氯仿等接触有腐蚀作用。ABS的主要性能有以下几方面：1) 优良的力学性能，冲击强度好，可以在极低的温度下使用,耐磨性优良，尺寸稳定性好，具有耐油性；2) 电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用；3) 不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂；4) 耐气候变化性差，在紫外光的作用下易产生降解；5) 吸水率较高，加工前应进行干燥处理。表2-1为三种材料的主要性能参数对比：表2-1 材料性能参数材料密度（g/cm3）收缩率（%）模具温度（）注射压力P注（MPa）价格（元/吨）PVC1.351.450.61.03060801306800PP0.900.911.03.080907010010600ABS1.021.160.40.750806010015000因PP收缩率较大，且冷却速度快，容易造成产品缺陷，ABS耐气候变化性差，且吸湿率较高，虽然在流动性、收缩率、加工难易程度等方面比较理想，但价格偏高，PVC在性能和价格方面基本满足要求，故本设计选择PVC作为原材料。下表2-2为PVC各项性能参数1。表2-2 PVC的性能指标密度/gcm-31.38屈服强度/MPa3550质量体积/cm3g-10.690.74抗拉强度/MPa3550吸水率/%0.070.4拉伸弹性模量/GPa2.44.2熔点/160212抗弯强度/MPa90计算收缩率/%0.61.0抗压强度/MPa68比热容1260弯曲弹性模量/GPa0.050.09热导率/0.210布氏硬度HBS16.23 三通管成型工艺分析及方案设计3.1 成型方法的选择1) 注塑成型注塑成型又称注塑模塑成型，它是一种注塑兼模塑的成型方法。注塑成型方法的优点是生产速度快、效率高，操作可实现自动化，能成型形状复杂的制件。不利的一面是模具成本高，且清理困难，所以小批量制品就不宜采用此法成型。用这种方法成型的制品有：电视机外壳、半导体收音机外壳、电器上的接插件、旋纽、线圈骨架、齿轮、汽车灯罩、茶杯、饭碗、皂盒、浴缸、凉鞋等。目前，注塑成型适用于全部热塑性塑料，其成型周期短，花色品种多，形状可以由简到繁，尺寸可以由大到小，而且制品尺寸精确，产品易更新换代。2) 压缩成型压缩成型是将塑料原料直接加在敞开的模具型腔内，再将模具闭合，塑料粒料在受热和受压的作用下充满闭合的模具型腔，固化成型后得到塑件。压缩成型所使用的设备和模具以及生产过程的控制都比较简单。塑料制品耐热性好，塑件的收缩率小、变形小，各项性能比较均匀。适宜成型流动性差的塑料，比较容易成型大、中型塑件。同时，生产周期长，效率低，不易实现自动化，劳动条件较差，不能成型对尺寸精度要求较高的塑件，带有深孔、开头有精细嵌件的塑件难以成型。3) 模压成型模压成型多用于热固性塑料。这是将粉状、片状或粒状热固性树脂和添加剂直接放在模腔内，关闭模具，进行加热、加压，塑料液化，并发生化学反应而固化，冷却后即为制品。多生产板材及电器、机械零件。综上所述，塑料三通管属于热塑性薄壁塑件，由于经济上需节约成本，而且是大批量生产，综合考虑，成型方法选择注塑成型。3.2 塑件形状分析如图3-1、3-2所示， 直型管长150mm，且两端有M50mm的外螺纹，在直型管的中部有一垂直接管，接口处也有M50mm的外螺纹，查表8.5-101得塑件壁厚取4mm，适合注塑成型。该零件材料为PVC，表面要求光滑，不允许有飞边、凹痕等缺陷。由于塑件三个接头处有凸台，并且还有外螺纹，故需采用三向侧抽芯。图3-1 塑料三通管尺寸图图3-2 塑料三通管三维实体图3.3 塑件成型工艺分析3.3.1 精度等级影响塑件精度的因素很多，塑料的收缩、注塑成型条件（时间、压力、温度）等，塑件形状、模具结构（浇口、分型面的选择），飞边、斜度、模具的磨损等都直接影响制品的精度。按 GB/T1448693标准，塑料件尺寸精度分为7级，本塑件只需一般精度，取5级精度（参见表8.5-561）。3.3.2 脱模斜度由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脱出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模（及轴芯）方向平行的内、外表面设计足够的脱模斜度。制品上内孔深度较深 ,为便于脱模 ,应设计足够的脱模斜度 ,否则会发生脱模困难，经查表1，本设计塑件内壁脱模斜度为301,塑件外壁的脱模斜度为40120。4 有关成形工艺计算4.1 注塑机型号的选择4.1.1 塑件体积和质量的计算使用PRO/E软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形的体积V1=119cm3(如图4-1所示)，PVC材料的密度取=1.38g/cm3，所以塑件的质量m1=164g。图4-1 制品质量属性分析4.1.2 浇注系统凝料体积的初步估算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倍来计算。本次设计浇注系统的凝料按塑件体积的0.5倍来计算。流道凝料的体积： (4-1)流道凝料的质量： (4-2)所需注射量： (4-3)公称注射量： (4-4)4.1.3 注塑机的选择注塑成型机按结构形式可分为立式、卧式、和直角式三类。立式注塑机是注射柱塞（或螺杆）垂直装设，锁模装置推动模板也沿垂直方向移动，主要优点是占地面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上（下模）安放嵌件，嵌件不易倾斜或坠落。其缺点是制品自模具中顶出后不能靠重力下落，需靠人工取出，这就有碍于全自动操作，但附加机械手取产品后，也可实现全自动操作。卧式注塑机是注射柱塞或螺杆与合模运动方向均沿水平装设，其优点是机体较低容易操纵和加料，制件顶出后可自动坠落，故易实现全自动操作。直角式注塑机是注塑机柱塞或螺杆与合模运动方向相互垂直，这种注塑机的主要优点是结构简单，便于自制，适用于单件生产中心部位不允许留有浇口痕迹的平面制件，同时常利用开模时丝杆的转动来拖动螺纹型芯或型环旋转，以便脱下塑件。考虑到生产成本和易于实现自动化，选择卧式注塑成型机，塑件靠自身重力下落比较合适，且重心较低安装稳妥。根据以上计算，初步选定公称注射量为335cm3，注射机型号为SZ-320/1250，其主要技术参数1见表4-1。表4-1 注塑机参数理论注塑容量335cm3螺杆直径48mm注射压力145MPa注射速率140g/s塑化能力19g/s螺杆转速10200r/min锁模力1250kN拉杆内间距415415mm移模行程360mm最大模具厚度550mm最小模具厚度150mm锁模型式双曲肘模具定位孔直径160mm喷嘴球半径SR15mm喷嘴口孔径4mm4.1.4 工艺与安装参数校核1) 注塑量校核注射量以容积表示，最大注射容积为： (4-5)最小注射容积为： (4-6)由于实际注射量为V0=178.5cm3，VminV0Vmax 所以注塑量满足所需。2) 锁模力校核由PRO/E软件分析可知塑件在分型面上的投影面积（如图4-2）：图4-2 分型面投影面积分析 浇注系统在分型面上的投影面积A浇即流道凝料在分型面上的投影面积A浇的值。A浇是塑件在分型面上的投影面积A塑的0.20.5倍。通常取A浇=0.35A塑。塑件和浇注系统在分型面上的投影面积：（4-8）查表9.9-41得PVC的型腔平均计算压力pm=35MPa，安全系数K=1.11.2，这里取K=1.2，则锁模力： （4-9）所以注塑机锁模力满足要求。3) 最大注射压力校核查表8.3-101可知PVC所需注射压力为80130MPa，这里取p0=90MPa，安全系数K=1.251.4，这里取K=1.3，则 （4-10）所以注塑机注射压力满足要求。4.2 PVC的注塑成型过程及工艺参数4.2.1 注射成型工艺过程1) 预烘干装入料斗预塑化注射装置准备注射注射保压冷却脱模塑件送下工序2) 清理模具、涂脱模剂合模注射4.2.2 注塑工艺参数塑料三通管所选材料为PVC,查表8.3-101可得PVC的注塑成形条件。注射成形机类型 螺杆式预热 温度：7090时间：46h料筒温度 后段：160170中段：165180前段：170190模具温度 3060注射压力 80MPa130MPa成形时间 注射时间：15s60s 高压时间：0s5s 冷却时间：15s60s 总周期：40s130s螺杆转速 28r/min5 塑料模具结构设计5.1 浇注系统设计浇注系统设计是注塑模具设计中最重要的问题之一。浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的输送通道。它具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量具有决定性的影响。它的设计合理与否，影响着模具的整体结构及其工艺操作的难易程度。5.1.1 浇注系统的功能浇注系统的作用是将塑料熔体顺利的充满到模腔深处，以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料制件。因此要求充模过程快而有序，压力损失小热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与制品分离或切除。1) 浇注系统的组成无论用于何种类型的注塑机模具，其浇注系统一般由四部分组成： 主流道 指由注射机喷嘴出口起到分流道入口为止的一段流道。它是塑料熔体 首要经过的通道，且与注塑机喷嘴在同一条轴线上。 分流道 主流道末端至浇口的整个通道。分流道的功能是使熔体过渡和转 向。单型腔模具中分流道是为了缩短流程。多型腔模具中分流道是为了分配 物料，通常有一级分流道和二级分流道，甚至多级分流道组成。 浇口 指分流道末端与模腔入口之间狭窄且短小的一段通道。它的功能是使塑 料熔体加快流速注入模腔内，并有序的填满型腔，且对补缩具有控制作用。 冷料穴 通常设置在主流道和分流道转弯处的末端。其功用为储存熔料前锋的冷料。2) 浇注系统设计原则 浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降、流量和温度分布的均衡布置； 尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短充模时间； 浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，及喷射和蛇形流动，并有利于排 气和补缩； 避免高压熔体对型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移； 浇注系统凝料脱出方便可靠，易于塑件分离或切除整修容易； 熔合缝位置须合理安排，必要时配置冷料穴或溢料槽； 尽量减少浇注系统的用料量； 浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口须有IT8以上精度。5.1.2 主流道设计主流道是熔融塑料进入模具型腔时最先经过的部位，其截面尺寸直接影响塑料的流动速度和填充时间，如果主流道截面尺寸太小，则塑料在流动时的冷却面积相对增加，热量损失大，使熔体粘度增大，流动性降低，注射压力损失也相应增大，造成成型困难。反之，如果主流道截面尺寸太大，则使流道容积增大，塑料耗量增多。且塑件冷却定型时间延长，降低了生产效率。同时主流道截面尺寸过大还容易使塑料在流动中产生紊流和涡流，在塑件中出现气泡，从而影响其质量。因此，主流道的设计应恰当地选择主流道截面尺寸。主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注射机喷嘴射出的塑料熔体导入分流道和型腔，其形状为圆锥形，便于充模时既能顺利通过又能在脱模时拔出。其尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，甚至塑料的内在质量。另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。主流道呈圆锥形，便于充模时既能顺利通过又能在脱模时拔出，锥角=24，内壁粗糙度Ra=0.63,喷嘴的球窝深度h=35,喷嘴的球窝半径SR=喷嘴的球面半径+（12）主流道一般由主流道衬套构成，如图5-1所示。图5-1 主流道衬套查参考资料1得,主流道小端直径 （5-1）喷嘴窝球面半径SR喷嘴球面半径 (12),因为注塑机喷嘴球面半径是15，这里SR取16；圆锥角为26，这里取6，喷嘴窝深度一般为35 ，这里h取4；流道大端直径： （5-2）定位圈的外径按注塑机的定位孔直径确定，由M6M8的螺钉固定在定模固定板上。在材料方面，选用优质钢材单独进行加工和热处理。这里采用T8A，淬火热处理硬度为HRC53。图5-2为定位圈三维实体图，5-3为主流道衬套及定位圈尺寸。 图5-2 定位圈 图5-3 主流道衬套及定位圈尺寸5.1.3 冷料穴的设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用是冷料、拉料和顶料。冷料穴直径应大于主流道大端直径，底部常作成曲折的钩形或下陷的凹槽。冷料穴的主要形式有：1) 底部带有推杆的冷料穴 这类冷料穴的底部由一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上。因此它常与推杆或推杆脱模机构连用，但仅适用于韧性塑料。2) 底部带有拉料杆的冷料穴 这类冷料穴的底部由一根拉料杆组成，装于型芯固定板上，常见结构有球头型，菌头型，倒锥头型，圆锥头型。3) 底部无杆的冷料穴 对具有垂直分型面的注射模，冷料穴置于左右两半模的中心线上，当开模时分型面左右分开，塑件与流道凝料一起取出，冷料穴底部不用设置杆件。本设计采用带球形头底部无杆的冷料穴（如图5-4），起到拉料作用 ，一般情况下，主流道冷料穴圆柱体的直径为612，其深度为610，本设计3。图5-4 冷料穴5.1.4 分流道设计5.1.4.1 分流道的布置形式分流道是主流道与浇口之间的进料通道。在多型腔模具中分流道必不可少，而在单型腔模具中，有时可省去分流道。在分流道设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。考虑本塑件，采用分流道如图5-5所示。图5-5 分流道布置形式5.1.4.2 分流道的长度长度应尽量取短，且少弯折。该模具的分流道的长度短，如图5-5所示。第一级分流道：45mm。第二级分流道：43mm。5.1.4.3 分流道的形状及尺寸1) 分流道形状分流道的截面形状有圆形、半圆形、矩形、梯形、U形等多种。常用的分流道的横截面形状及横截面尺寸如表5-1所示。在流过同等横截面积的条件下，横截面为正方形的流动阻力最大，传热最快，热量损失最大，因此对热塑性塑料注射模而言，不宜采用正方形的分流道。而圆形横截面流动阻力小，热量损失最小，熔体降温也最慢，但从加工来说，它需要同时在动模和定模上开设半截面，要使两者完全吻合，制造较困难。半圆形和矩形截面的分流道比表面积（即表面积/体积比）较大，较少采用。而梯形截面的分流道，热量散失和流动阻力小，机械加工简单。故本设计选择梯形横截面分流道。表5-1 常用的分流道的横截面形状及横截面尺寸圆形横截面分流道D56(7)8(9)101112U形横截面分流道H67(8.5)10(11)12.513.515r2.53(3.5)4(4.5)55.56梯形横截面分流道B56(7)8(9)101112r1515(15)15(15)151515H3.54(4.5)56(6.5)782) 分流道断面尺寸的当量半径一般可以采用下面的经验公式来计算分流道当量直径： （5-3）=9.1mm式中，塑件的质量（g），为164g；单向分流道的长度（mm），取88mm。3) 分流道截面尺寸查第93页2，可知：。 （5-4）。 （5-5）5.1.4.4 分流道剪切速率的校核1) 注射时间：可由表9.2-11中查得=2.0s2) 制品体积：V=(0.50.8)Qn=0.8335cm3=268cm3 （5-6）式中：Qn注射机公称注射量。3) 熔体的体积流量： （5-7）4) 剪切速率： （5-8）该分流道的剪切速率处于注射模主流道和分流道的最佳剪切速率51025103（s-1）之间，所以分流道内的熔体的剪切速率合格。5.1.4.5 分流道表面粗糙度分流道表面粗糙度要求不是很低，一般取 即可，此处取。5.1.5 浇口的设计浇口是连接流道与型腔之问的一段细短通道，它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。浇口的主要作用有如下几点：1) 熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注射螺杆抽回时可防止熔体向流道回流；2) 熔体在流经狭窄的浇口时会产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模；3) 易于切除浇口尾料；4) 对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料。对于多浇口的单型腔模具，浇口除了能用来平衡进料外，还能用以控制熔接痕在制品中的位置。浇口的设计或选择恰当与否，直接关系到制品能否被完好的注射成型，浇口的种类包括有直浇口、侧浇口、扇形浇口，环形浇口以及点浇口。5.1.5.1 浇口形式的确定1) 直接浇口 直接浇口又称主流道型浇口，塑料熔体直接从主流道进入型腔，因而具有流动阻力小、料流速度快及补缩时间长的特点，但注射压力直接作用在塑件上，容易在进料处产生较大的残余应力而导致塑件翘曲变形。这类浇口大多数用于注射成型大型厚壁，长流程，深型腔的塑件。2) 侧浇口 侧浇口又称边缘浇口，浇口一般开设在分型面上，塑料熔体与型腔的侧面充模，其截面形状多为矩形狭缝，调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。这类浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活的选取进料位置，因此它是被广泛使用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强；但浇口痕迹存在，会形成熔接痕、缩孔、气孔等塑件缺陷，且注射压力损失大，单深型腔塑件排气不便。3) 点浇口 其尺寸很小，能有效的增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的粘度下降，流动性增加，利于填充。有利于成型薄壁塑件，但不利于成型平薄及形状复杂的塑件。采用点浇口的模具，以取得浇注系统的平衡，有利于自动化的操作，但压力损失大，浇口凝料脱模需要在定模部分另加一个分型面；塑件浇口残留痕迹小，但收缩率大易变形。4) 环形浇口 环形浇口用来成型圆筒形塑件，它开设在塑件的外侧，采用这类浇口，塑料熔体在充模时进料均匀，各处料流速度大致相同，模腔内气体易排出，避免了侧浇口容易在塑件上产生的熔接痕，但浇口去除较难，浇口痕迹明显。5) 盘形浇口 盘形浇口类似于环形浇口，它与环形浇口的区别在于开设在塑件的内侧，其特点与环形浇口基本相同。考虑到熔体的流动性，能够实现制品与浇口的自动分离以及浇口痕迹等方面，本设计浇口采用点浇口。其尺寸很小，能有效的增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的粘度下降，流动性增加，利于填充。有利于成型薄壁塑件，但不利于成型平薄及形状复杂的塑件。采用点浇口的模具，以取得浇注系统的平衡，有利于自动化的操作，但压力损失大，浇口凝料脱模需要在定模部分另加一个分型面；塑件浇口残留痕迹小，但收缩率大易变形。5.1.5.2 浇口位置的选择浇口位置与数量对塑件质量的影响很大。选择浇口位置时应遵循如下原则：1) 避免引起熔体破裂；2) 浇口应开设在塑件截面最厚处；3) 有利于塑料熔体流动；4) 有利于型腔排气；5) 考虑塑件的受力状况；6) 减少熔接痕的影响；7) 减小塑件翘曲变形；8) 防止型芯变形。 图5-6给出了浇口位置分布的合理程度系数。为了有利于塑料熔体均衡的填充型腔，浇口位置如图5-7所示。 图5-6 浇口匹配性图5-7 浇口位置5.1.5.3 浇口尺寸的确定浇口截面积通常为分流道截面积的0.070.09倍，浇口截面积形状多为矩形和圆形两种，浇口长度约为0.52mm左右。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正（如图5-8）。点浇口当量直径的经验计算公式： （5-9） 式中，浇口当量直径（mm）；n塑料成型系数，PVC n=0.7；k塑件壁厚函数，其中塑件壁厚；A型腔表面积（）。解得：图5-8 点浇口5.1.5.4 浇口剪切速率的校核1) 注射时间：=2.0s2) 制品体积：V=(0.50.8)Qn=0.8335cm3=268cm3 （5-10） Qn注射机公称注射量3) 熔体的体积流量： （5-11）4) 剪切速率： （5-12）该浇口的剪切速率处于浇口的最佳剪切速率104105（s-1）之间，所以，浇口的剪切速率合格。5.2 分型面、排气槽及型腔布置5.2.1 分型面的设计 在注塑模中，用于取出塑件和浇注系统凝料的面，通称分型面。常见的取出塑件的主分型面，与开模方向垂直。分型面的选择不仅关系到塑件的正常成型和脱模，而且涉及模具结构和成本，在选择分型面时应遵循以下原则：1) 分型面应选在塑件的最大截面处；2) 尽量将塑件留在动模一侧；3) 有利于保证塑件的尺寸精度；4) 有利于保证塑件的外观质量；5) 考虑满足塑件的使用要求6) 尽量减少塑件在合模平面上的投影面积；7) 长型芯应置于开模方向；8) 有利于排气；9) 有利于简化模具结构。 根据本三通管的具体结构和和以上确定分型面的基本原则，在该结构中，还有外侧抽芯，所以在确定分型面时，还要考虑侧抽芯结构。由于有外螺纹，且对螺纹精度要求不高，故主分型面位置如图5-9所示。根据后面浇注系统设计，还需要一个分型面取出浇注系统凝料，故还需设置一个辅助分型面，如图5-10所示。图5-9 主分型面图5-10 辅助分型面5.2.2 排气槽的设计 排气是注塑模设计中不可忽视的问题。注射成型过程中，若模具排气不良，型腔内气体受压将产生很大的压力，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩产生高温，可能使塑料烧焦。在充模速度大、温度高、物料粘度低、注射压力大和塑件壁厚较厚的情况下，