三通管的注射模具设计
三通管的注射模具设计
1 引言
本次设计的题目是三通管的注射模具设计，课题以社会实际产品为原型，设计一副能够生产所给塑件、结构合理、能保证制品的精度、表面质量的塑料模具。
随着塑料制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各行业 广泛应用，对塑料模具的需求日益增加，塑料模在国民经济中的重要性也日益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。
本设计严格按照模具设计的步骤，及模具设计中的要求来设计的：对塑件工艺性的分析、型腔数量的确定、分型面的确定、注塑机的选择及校核、浇注系统的设计、成型零件的设计等，其次，还要对模具导向机构、脱模机构、抽芯机构进行结构设计，温度调节系统对模具也有重要作用，模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起到决定性的作用。设计中要进行一整套的程序，自己要在各方面的都应了解。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模具设计对制品质量与产量，就决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、进浇与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，均对制品（或型材）尺寸精度形状精度以及塑件的物理性能、内应力大小、表观质量与内在质量等，起着十分重要的影响。其次，在塑件加工过程中，塑料模结构的合理性，对操作的难易程度，具有重要的影响。再次，塑料模对塑件成本也有相当大的影响，除简易模外，一般来说制模费用是十分昂贵的，大型塑料模更是如此。加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与更新均以模具制造和更新为前提。
同时在设计中也要求对机械的相关知识有相当的了解：机械制图、公差与配合、机械制造、材料成型、数控技术等。对模具的仿真过程也是对我们能力的一种培养，设计完成之后，对模具装配的可靠性检查也是模具设计过程中必不可少的。
2 塑件的工艺分析
制品的分析是对所要成型的产品有个初步的了解，在接受设计任务书以后就要对塑料的品种、批量的大小、尺寸精度与技术条件，产品的功用及工作条件有个整体概念，以便在设计模具时优选各种方式来成型塑件。
2.1 塑件材料成型工艺分析
塑料是由合成树脂、添加剂组成，在一定条件下可塑成型，并在常温下保持形状不变的材料。聚氯乙烯（PVC）是一种非结晶材料。PVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、加工助剂、色料、抗冲击剂及其他添加剂。PVC材料具有阻燃性、高强度、耐气候变化性以及优良的几何稳定性。PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力，但能够被强氧化物腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。
PVC在加工时溶化温度是一个非常重要的工艺参数，如果这个参数不当将导致材料分解。PVC的流动特性相当差，其工艺范围很窄。特别是大分子量的PVC材料更难于加工，因此通常采用的都是小分子量的PVC材料。
要正确分析制品的质量，必须要了解塑料的物理性能、机械性能、热性能、电性能和化学性能等主要性能。表2-1为PVC的主要性能指标，有助于分析三通管的注塑要求及成型要求。
表2-1 PVC的主要性能指标
密度g/cm³ 1.38~1.45 弹性模量MPa 0.05~0.09×10³
比容cm³/g 1.03~1.06 弯曲强度MPa ≥90
吸水率%（24h） 0.07-0.4 抗拉屈服强度MPa 220~390
收缩率%
体积电阻率 0.6-1.0
104 熔点°C
拉伸强度 Mpa 160~212
7-16
PVC注塑工艺及模具条件：
干燥处理：通常不需要干燥处理
溶化温度：185-205℃
模具温度：20-50℃
注射压力：可达到150MPa
保压压力：可达到100MPa
注射速度：为避免材料降解，一般要用相当低的注射速度
流道和浇口：采用常规的浇口。如果注射成型较小的塑件，最好采用针状浇口或潜伏式浇口；对于较厚的部件，最好使用扇形浇口。针状浇口或潜伏式浇口的最小直径应为1mm；扇形浇口的厚度不能小于1mm。
2.2 塑件结构工艺性分析
(a)
(b)
图2-1 三通管结构图
图2.1为三通管结构图。该制品出口处有一阶梯,小阶梯的表面有螺纹,这就增大了成型的难度,外圆面分别在两个型腔成型,必须保证同轴度, 所以在模具设计和制造上要有精密的定位措施和良好的加工工艺，以保证传动精度。出口处有螺纹，也给凹模制作带来困难。该制品有三个出口，故抽芯机构的设计采用滑板抽芯机构。
2.2.1 塑件的尺寸
塑件尺寸的大小受制于以下因素：
1)取决于用户的使用要求。
2)受制于塑件的流动性。
3)受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。
2.2.2 塑件尺寸公差标准
1)影响塑件尺寸精度的因素主要有：塑料材料的收缩率及其波动
2)塑件结构的复杂程度。
3)模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）。
4)成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等）。
5)成型设备的控制精度等。
塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。本次课题中没有给出公差值，则我们按未注公差的尺寸许偏差计算，查表取MT5。
2.2.3塑件的表面质量
塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。塑料制品的表面粗糙度主要取决于模具型腔的便面粗糙度。一般模具表面粗糙度要比制品表面粗糙度小一级，而塑件表面粗糙度随着模具型腔的磨损增大而增大。
制品为了能够顺利从型腔中脱出，在三通管上必须设置一定的脱模斜度，一般最小斜度为15＇，所取数值按经验确定，必须限制在制造公差范围内，本次设计取脱模斜度为50＇。注射成型的制品的表面应没有凹痕、起泡、熔接痕等缺陷。
2.3 型腔布局及分型面的选择
型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、交货长短、注射能力、模具成本等要求来综合考虑。该三通管有3个出孔，三个方向都要抽芯，故为使模具结构简单，模具设计成单型腔模具。
分型面位置选择的总体原则，是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构，分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较具体可以从以下方面进行选择。
1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
2)便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。
3)保证塑件的精度要求。
4)满足塑件的外观质量要求。
5)便于模具加工制造。
6)对成型面积的影响。
7)对排气效果的影响。
8)对侧向抽芯的影响。
三通管是管类零件，外形呈圆柱形，轮廓最大处是直径位置，故分型面设置在三通管的直径平面（图2-2 分型面），能过使制件顺利脱出模具。
图2-2 分型面
3 成型设备的选择
3.1 估算制件的体积和质量
该产品材料为PVC，由表2-1得知其密度为1.38-1.45g/cm3，收缩率为0.6-1.0，计算其平均密度为1.415 g/cm3，平均收缩率为0.8。
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浇道凝料和制件的体积。
另预置浇道凝料为5.68 cm3，因此估算塑件体积为28.39 cm3。制件的质量可根据公式
m = v* （3-1）
式中 -----塑料密度（g/cm3）；
v-----制品体积（cm3）；
求得制件的质量m =34.07×1.415=48.21g。
3.2 选择注射机
根据塑料制品的体积或质量，查书可选定注塑机型号为JN128-E。
注塑机的参数如下：
表3-1 注塑机的相关参数
最大注塑量cm3 注塑压力 Mpa 锁模力
KN 拉杆间距
mm 顶出行程
mm 最小模厚
mm 最大模厚
mm 模板行程
mm 定位孔直径mm 喷嘴球直径mm
183 185 1280 410*370 130 145 380 730 100 SR19
3.3 注射机有关参数的校核
设计模具前，应对注射机有关参数进行校核，实现注射成型模与注射机性能参数相匹配。
1）模具闭合高度校核
模具闭合厚度必须满足
Hmin≤Hm≤Hmax （mm） (3-2)
式中 Hmin———注塑机允许最小模厚（mm）
Hmax———注塑机允许最大模厚（mm）
H———模具闭合高度（mm）
本次设计的模具的闭合高度为209mm，所选注塑机的最大厚度380mm，最小厚度145mm，代入式（3-2）得： 145<209<380
满足要求。
2）开模行程校核
注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式：
S机－(H模-Hmin)＞H1＋H2＋(5～10) （3-3）
式中 S机———注塑机最大开模行程（mm）；
H1 ———顶出距离（mm）；
H2 ———包括浇注系统在内的塑件高度（mm）；
因为本模具的浇注系统和塑件的特殊关系，浇注系统和塑件的高度就已经包括了顶出距离。已知注塑机最大开模行程是350mm，顶出距离是130mm，塑件高度是76mm。
代入式（3-3）得：
350－(209－145)＞130＋76+(5～10)
满足条件。
3）锁模力的校核
锁模力是在成型时锁紧模具的最大力。用于实现动、定模紧密闭合，保证塑料制品的精度，减少分型面处的溢边厚度和确保操作人的人身安全。因此，成型时高压熔料在分型面上显现的涨力应小于锁模力。
1 引言
本次设计的题目是三通管的注射模具设计，课题以社会实际产品为原型，设计一副能够生产所给塑件、结构合理、能保证制品的精度、表面质量的塑料模具。
随着塑料制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各行业 广泛应用，对塑料模具的需求日益增加，塑料模在国民经济中的重要性也日益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经成为一个国家制造业水平的重要标志之一。
本设计严格按照模具设计的步骤，及模具设计中的要求来设计的：对塑件工艺性的分析、型腔数量的确定、分型面的确定、注塑机的选择及校核、浇注系统的设计、成型零件的设计等，其次，还要对模具导向机构、脱模机构、抽芯机构进行结构设计，温度调节系统对模具也有重要作用，模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起到决定性的作用。设计中要进行一整套的程序，自己要在各方面的都应了解。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模具设计对制品质量与产量，就决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、进浇与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，均对制品（或型材）尺寸精度形状精度以及塑件的物理性能、内应力大小、表观质量与内在质量等，起着十分重要的影响。其次，在塑件加工过程中，塑料模结构的合理性，对操作的难易程度，具有重要的影响。再次，塑料模对塑件成本也有相当大的影响，除简易模外，一般来说制模费用是十分昂贵的，大型塑料模更是如此。加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与更新均以模具制造和更新为前提。
同时在设计中也要求对机械的相关知识有相当的了解：机械制图、公差与配合、机械制造、材料成型、数控技术等。对模具的仿真过程也是对我们能力的一种培养，设计完成之后，对模具装配的可靠性检查也是模具设计过程中必不可少的。
2 塑件的工艺分析
制品的分析是对所要成型的产品有个初步的了解，在接受设计任务书以后就要对塑料的品种、批量的大小、尺寸精度与技术条件，产品的功用及工作条件有个整体概念，以便在设计模具时优选各种方式来成型塑件。
2.1 塑件材料成型工艺分析
塑料是由合成树脂、添加剂组成，在一定条件下可塑成型，并在常温下保持形状不变的材料。聚氯乙烯（PVC）是一种非结晶材料。PVC材料在实际使用中经常加入稳定剂、润滑剂、加工助剂、色料、抗冲击剂及其他添加剂。PVC材料具有阻燃性、高强度、耐气候变化性以及优良的几何稳定性。PVC对氧化剂、还原剂和强酸都有很强的抵抗力，但能够被强氧化物腐蚀并且也不适用与芳香烃、氯化烃接触的场合。
PVC在加工时溶化温度是一个非常重要的工艺参数，如果这个参数不当将导致材料分解。PVC的流动特性相当差，其工艺范围很窄。特别是大分子量的PVC材料更难于加工，因此通常采用的都是小分子量的PVC材料。
要正确分析制品的质量，必须要了解塑料的物理性能、机械性能、热性能、电性能和化学性能等主要性能。表2-1为PVC的主要性能指标，有助于分析三通管的注塑要求及成型要求。
表2-1 PVC的主要性能指标
密度g/cm³ 1.38~1.45 弹性模量MPa 0.05~0.09×10³
比容cm³/g 1.03~1.06 弯曲强度MPa ≥90
吸水率%（24h） 0.07-0.4 抗拉屈服强度MPa 220~390
收缩率%
体积电阻率 0.6-1.0
104 熔点°C
拉伸强度 Mpa 160~212
7-16
PVC注塑工艺及模具条件：
干燥处理：通常不需要干燥处理
溶化温度：185-205℃
模具温度：20-50℃
注射压力：可达到150MPa
保压压力：可达到100MPa
注射速度：为避免材料降解，一般要用相当低的注射速度
流道和浇口：采用常规的浇口。如果注射成型较小的塑件，最好采用针状浇口或潜伏式浇口；对于较厚的部件，最好使用扇形浇口。针状浇口或潜伏式浇口的最小直径应为1mm；扇形浇口的厚度不能小于1mm。
2.2 塑件结构工艺性分析
(a)
(b)
图2-1 三通管结构图
图2.1为三通管结构图。该制品出口处有一阶梯,小阶梯的表面有螺纹,这就增大了成型的难度,外圆面分别在两个型腔成型,必须保证同轴度, 所以在模具设计和制造上要有精密的定位措施和良好的加工工艺，以保证传动精度。出口处有螺纹，也给凹模制作带来困难。该制品有三个出口，故抽芯机构的设计采用滑板抽芯机构。
2.2.1 塑件的尺寸
塑件尺寸的大小受制于以下因素：
1)取决于用户的使用要求。
2)受制于塑件的流动性。
3)受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。
2.2.2 塑件尺寸公差标准
1)影响塑件尺寸精度的因素主要有：塑料材料的收缩率及其波动
2)塑件结构的复杂程度。
3)模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）。
4)成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等）。
5)成型设备的控制精度等。
塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。本次课题中没有给出公差值，则我们按未注公差的尺寸许偏差计算，查表取MT5。
2.2.3塑件的表面质量
塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。塑料制品的表面粗糙度主要取决于模具型腔的便面粗糙度。一般模具表面粗糙度要比制品表面粗糙度小一级，而塑件表面粗糙度随着模具型腔的磨损增大而增大。
制品为了能够顺利从型腔中脱出，在三通管上必须设置一定的脱模斜度，一般最小斜度为15＇，所取数值按经验确定，必须限制在制造公差范围内，本次设计取脱模斜度为50＇。注射成型的制品的表面应没有凹痕、起泡、熔接痕等缺陷。
2.3 型腔布局及分型面的选择
型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、交货长短、注射能力、模具成本等要求来综合考虑。该三通管有3个出孔，三个方向都要抽芯，故为使模具结构简单，模具设计成单型腔模具。
分型面位置选择的总体原则，是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构，分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较具体可以从以下方面进行选择。
1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
2)便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。
3)保证塑件的精度要求。
4)满足塑件的外观质量要求。
5)便于模具加工制造。
6)对成型面积的影响。
7)对排气效果的影响。
8)对侧向抽芯的影响。
三通管是管类零件，外形呈圆柱形，轮廓最大处是直径位置，故分型面设置在三通管的直径平面（图2-2 分型面），能过使制件顺利脱出模具。
图2-2 分型面
3 成型设备的选择
3.1 估算制件的体积和质量
该产品材料为PVC，由表2-1得知其密度为1.38-1.45g/cm3，收缩率为0.6-1.0，计算其平均密度为1.415 g/cm3，平均收缩率为0.8。
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浇道凝料和制件的体积。
另预置浇道凝料为5.68 cm3，因此估算塑件体积为28.39 cm3。制件的质量可根据公式
m = v* （3-1）
式中 -----塑料密度（g/cm3）；
v-----制品体积（cm3）；
求得制件的质量m =34.07×1.415=48.21g。
3.2 选择注射机
根据塑料制品的体积或质量，查书可选定注塑机型号为JN128-E。
注塑机的参数如下：
表3-1 注塑机的相关参数
最大注塑量cm3 注塑压力 Mpa 锁模力
KN 拉杆间距
mm 顶出行程
mm 最小模厚
mm 最大模厚
mm 模板行程
mm 定位孔直径mm 喷嘴球直径mm
183 185 1280 410*370 130 145 380 730 100 SR19
3.3 注射机有关参数的校核
设计模具前，应对注射机有关参数进行校核，实现注射成型模与注射机性能参数相匹配。
1）模具闭合高度校核
模具闭合厚度必须满足
Hmin≤Hm≤Hmax （mm） (3-2)
式中 Hmin———注塑机允许最小模厚（mm）
Hmax———注塑机允许最大模厚（mm）
H———模具闭合高度（mm）
本次设计的模具的闭合高度为209mm，所选注塑机的最大厚度380mm，最小厚度145mm，代入式（3-2）得： 145<209<380
满足要求。
2）开模行程校核
注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式：
S机－(H模-Hmin)＞H1＋H2＋(5～10) （3-3）
式中 S机———注塑机最大开模行程（mm）；
H1 ———顶出距离（mm）；
H2 ———包括浇注系统在内的塑件高度（mm）；
因为本模具的浇注系统和塑件的特殊关系，浇注系统和塑件的高度就已经包括了顶出距离。已知注塑机最大开模行程是350mm，顶出距离是130mm，塑件高度是76mm。
代入式（3-3）得：
350－(209－145)＞130＋76+(5～10)
满足条件。
3）锁模力的校核
锁模力是在成型时锁紧模具的最大力。用于实现动、定模紧密闭合，保证塑料制品的精度，减少分型面处的溢边厚度和确保操作人的人身安全。因此，成型时高压熔料在分型面上显现的涨力应小于锁模力。
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