基于UG直角弯头注塑模具设计
直角弯头注塑模具设计
本次毕业设计的课题为直角弯头模具设计，主要在对塑件进行注塑成型分析的基础上从原材料分析，成型特性，分型面的选择，浇注系统设计，型芯和型腔结构设计，推出机构设计，侧向抽芯机构设计，导向机构设计等多方面详细阐述了直角弯头注塑模具的设计过程，通过合理地选择注塑机并对注塑压力，锁模力，顶出装置等相关方面进行校核，进一步保证设计的合理性。在设计中，采用三维设计软件UG，包括零部件三维建模和装配，从而大大的提高设计效率。
关键词 直角弯头注塑模，侧向抽芯，UG，注塑模，模具设计
1 引言 1
2 塑件工艺分析 1
2.1 制品的工艺性分析 1
2.2 UPVC塑件的性能 2
2.3 注塑件体积与质量 3
2.4 初选注射机型号和规格 3
3 模具总体方案 4
4 注塑工艺方案 4
4.1 设计步骤 4
4.2 模具工艺方案 4
4.3 设计软件的选择 5
5 模具详细设计 5
5.1 浇注系统的设计 6
5.2 排气系统设计 10
5.3 成型零部件的设计 11
5.4 斜导柱侧向抽芯机构 14
5.5 脱模机构的设计 16
6 温度调节系统的设计 19
7 模架的选择和注射机的校核 20
7.1 选择模架 20
7.2 注射机的校核 21
9 模具材料的选择 22
10 模具的二维装配图和三维立体图 23
结 论 24
致 谢 25
参考文献 26
1 引言
近几年来，我国塑料制品业发展迅速，现已步入世界塑料制品生产大国的行列，且由于价格低廉、品质与工艺相对成熟，备受国外市场欢迎。塑料是现代经济发展，特别是在汽车上的应用可实现“减量化、再利用、资源化”的重要材料，其加工成型是无污染排放、低消耗、高效率的过程，绝大部分塑料使用后能够被回收再利用，是典型的资源节约型环境友好材料。塑料加工行业随着我国经济持续稳定快速发展保持高速增长，发展潜力很大。在国家推动节能减排和循环经济发展政策、经济和技术创新、社会主义新农村建设速度发展加快、城市化进程不断推进人们生活水平大幅提高、促使国内消费上升等积极因素都进一步推动了塑料行业的大发展。
模具工业在装备制造业中的地位与作用是众所周知的, 模具工业技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。模具技术集合了机械、电子、化学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科知识, 模具技术的发展体现了高技术的特点, 模具制造业已经成为与高新技术产业互为依托的产业。我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。
2 塑件工艺分析
2.1 制品的工艺性分析
图2-1 产品基本尺寸
该塑料件的结构并不复杂。壁厚的范围在4.3～5mm之间（大型塑件一般为3.2～5.8mm），壁厚相对均匀，塑件尖角均有圆弧过渡，利于塑料的流动；塑件的尺寸没有公差，除了Φ75mm、82mm，两个尺寸精度要求相对较高，其他塑件尺寸精度要求并不高；图中没有标表面粗糙度，表明塑件表面质量要求并不高；由于塑料件结构的特殊性，利用斜导柱和斜滑块侧向抽芯机构来解决通孔的成型，因为侧向抽芯的距离比较大，且抽拔力比较大，为了减轻斜导柱负载，可以将塑件适当的添加脱模斜度α为50′～1°30′。
2.2 UPVC塑件的性能
聚氯乙烯是世界上产量的塑料品种之一。聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。根据不同用途可以加入不同的添加剂，使聚氯乙烯塑件呈现不同的物理性能和力学性能。在聚氯乙烯树脂加入不同的添加剂，就可制成多种硬质、软质和透明制品。硬聚氯乙烯不含或含少量的增塑剂，力学强度高，廉价，耐腐蚀，化学稳定性好，电绝缘性优良，耐老化性能较好，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料。使用温度在-15～60℃范围内。表2-1是UPVC的一些注射工艺参数。
表2-1 UPVC塑料的注射工艺参数
注塑机类型 喷嘴形式 喷嘴温度/℃ 料筒温度/ ℃
螺杆式注塑机 直通式 180~200 前段 中段 后段
140~160 160~180 180~200
模具温度/℃ 注射压力/ MPa 保压力/ MPa 注射时间/s
30～60 80～160 50~80 3~5
保压时间/s 冷却时间/s 成型周期/s 成型温度/℃
15~30 15~30 40~70 160~190
UPVC树脂加工性能有：
（1）无定型塑料，吸湿性小，但为了提高流动性，防止发生气泡，宜先干燥；
（2）流动性差，极易分解。特别是在高温下与钢、铜金属接触更容易分解，分解温度为200℃，分解时产生腐蚀及刺激性气体；
（3）成型温度范围小，约为，必须严格控制好料温；
（4）用螺杆式注塑机及直通式喷嘴，孔径宜大，以防死角溢料，溢料必须及时处理清除；
（5）模具浇注系统应粗短，进料口截面宜大，不得有死角溢料，模具应冷却，表面应镀铬。
2.3 注塑件体积与质量
通过三维造型软件可知塑件的体积 ，UPVC的密度
根据公式 （2-2）
其中浇注系统的体积 （2-3）
得塑料件的质量
2.4 初选注射机型号和规格
注射机为塑料注射成型时所用主要设备，可分为立式、卧式、直角式。 注射成型时，模具定模板与注射机定模板相连，动模板则对应安装在注射机动模板上，由锁模装置合模锁紧，注入熔融塑料。定型腔数为1。
其中浇注系统的体积 （2-2）
注塑的总体积
模具设计时，必须使得在一个注射成型周期内所需注射的塑料熔体容量在注射机额定注射量的20%～80%以内，考虑浇注系统中塑料熔体的存在，故注射机的注射量。
为使制件推出后能自动落下，同时便于操作加料，选用卧式注射机。
根据注射量，初选JN168E型注射机，表2-2其主要技术参数
表2-2 JN168E注射机主要技术参数
螺杆（柱塞）直径/mm 50 理论注射容积/cm³ 392
注射压力/MPa 119 锁模力/10kN 168
模板最大距离/mm 850 螺丝行程/mm 200
顶出行程/mm 130 实际注射量g 358
开模行程/mm 400 连接柱内距/mm 455×425
容模量/mm 160～450
3 模具总体方案
综合考虑模具制作成本和结构复杂程度，选定以下方案：
如图所示，我们可以看出设计该直角弯头注塑模的最佳方案是采用两板式、侧浇口。斜导柱侧向抽芯。如下图3-1所示
图3-1 模具结构简图
4 注塑工艺方案
4.1 设计步骤
注塑模具的结构设计一般按如下步骤进行，在本章只作简要概述，初步拟订设计方案，具体详细设计依据及计算放在后面进行论述。(1) 确定型腔的数目；(2) 选定分型面；(3) 确定浇注系统；(4) 确定成型零部件；(5) 确定合模导向机构；(6) 确定脱模顶出机构；(7) 温度调节系统分析；(8) 排气系统分析；(9) 绘制模具结构草图，选取标准模架。
4.2 模具工艺方案
（1）根据产品的技术和经济要求拟采用一模一腔结构。
（2）分型面选在塑件最大横截面上，这样便于塑件脱模，排气效果好，同时也便于加工。
（3）浇注系统主流道采用常用的圆锥形，分流道的截面形状为半圆形，冷料穴采用拉料杆的冷料穴。
（4）浇口的设计采用侧浇口的形式，利于充模、便于塑件与冷凝料的分离和修整塑件上留下的痕迹。
（5） 顶出机构采用推杆出机构。
4.3 设计软件的选择
三维CAD软件种类很多，国内外模具设计大多采用了三维设计手段，在模具设计与制造上发生了很大的变化。三维通用机械CAD 软件如Pro /E、UG和CATIA，它们都是参数化功能极强的三维模具设计软件，并且都具有完备的自动化设计功能。但CATIA 对计算机硬件的要求很高，资金投入较多，一般中小企业难以实现; UG和Pro /E在CAD和CAM方面都做得很出色;还有一些专用模具软件。国外的模具设计，特别是型腔模设计均采用三维CAD 设计，生成的三维模型直接用于CAM进行编程，再到CNC加工中心去加工，具有极高的工作效率。
CAE技术提供了可靠的保证。在模具投产之前，CAE软件可以预算测模具结构有关参数的正确性。例如可以采用流动模拟软件来考察熔体在模具腔内的流动过程，从此来改进浇注系统的设计，提高试模的一次成功率。可以用保压和冷却分析软件来考察熔体的凝固和模温的变化。以此来改进冷却系统，调整成型工艺参数，提高塑料制件的质量和生产效率，还可以采用应力分析软件来预测塑件出模后的变形和翘曲。模腔的几何数据能相互地转换为曲面的机床刀具加工轨迹，提高型腔和型芯的加工精度和效率。
UG是美国EDS公司出品的一套集CAD/CAM/CAE于一体的软件系统，它的功能覆盖了从概念设计到产品生产的整个过程并且广泛的运用于在汽车、航天、模具加工及设计和医疗器械行业等方面。它提供了强大的实体建模功能、装配功能、2D出图功能、模具加工功能。因此在此次模具设计中，我采用了UG软件来进行模具的设计。从零件的造型至模具的开模，以及三维模具图的生成，最后利用UG的二维图转换模块，生成模具二维图纸，大大的提高了设计效率，节省了大量的时间，并且立体图可以给人以直观的视觉。
5 模具详细设计
5.1 浇注系统的设计
浇注系统是塑料熔体从注塑机喷嘴流向型腔的通道，它向型腔中的传质、传压、传热情况决定着塑料件的内在和外观质量，它的布置和安排影响着塑料件的成型难易程度和模具的复杂程度，对浇注系统的具体要求有：（1）对模腔的填充迅速有序；（2）可同时充满各个型腔；（3）对热量和压力损失较小；（4）尽可能消耗较少的塑料；（5）能够使型腔顺利排气；（6）浇注系统凝料容易与塑件分离或切除；（7）不会使冷料进入型腔；浇口痕迹对塑料件外观影响很小。
一般浇注系统包括主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成
本次毕业设计的课题为直角弯头模具设计，主要在对塑件进行注塑成型分析的基础上从原材料分析，成型特性，分型面的选择，浇注系统设计，型芯和型腔结构设计，推出机构设计，侧向抽芯机构设计，导向机构设计等多方面详细阐述了直角弯头注塑模具的设计过程，通过合理地选择注塑机并对注塑压力，锁模力，顶出装置等相关方面进行校核，进一步保证设计的合理性。在设计中，采用三维设计软件UG，包括零部件三维建模和装配，从而大大的提高设计效率。
关键词 直角弯头注塑模，侧向抽芯，UG，注塑模，模具设计
1 引言 1
2 塑件工艺分析 1
2.1 制品的工艺性分析 1
2.2 UPVC塑件的性能 2
2.3 注塑件体积与质量 3
2.4 初选注射机型号和规格 3
3 模具总体方案 4
4 注塑工艺方案 4
4.1 设计步骤 4
4.2 模具工艺方案 4
4.3 设计软件的选择 5
5 模具详细设计 5
5.1 浇注系统的设计 6
5.2 排气系统设计 10
5.3 成型零部件的设计 11
5.4 斜导柱侧向抽芯机构 14
5.5 脱模机构的设计 16
6 温度调节系统的设计 19
7 模架的选择和注射机的校核 20
7.1 选择模架 20
7.2 注射机的校核 21
9 模具材料的选择 22
10 模具的二维装配图和三维立体图 23
结 论 24
致 谢 25
参考文献 26
1 引言
近几年来，我国塑料制品业发展迅速，现已步入世界塑料制品生产大国的行列，且由于价格低廉、品质与工艺相对成熟，备受国外市场欢迎。塑料是现代经济发展，特别是在汽车上的应用可实现“减量化、再利用、资源化”的重要材料，其加工成型是无污染排放、低消耗、高效率的过程，绝大部分塑料使用后能够被回收再利用，是典型的资源节约型环境友好材料。塑料加工行业随着我国经济持续稳定快速发展保持高速增长，发展潜力很大。在国家推动节能减排和循环经济发展政策、经济和技术创新、社会主义新农村建设速度发展加快、城市化进程不断推进人们生活水平大幅提高、促使国内消费上升等积极因素都进一步推动了塑料行业的大发展。
模具工业在装备制造业中的地位与作用是众所周知的, 模具工业技术水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志。模具技术集合了机械、电子、化学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科知识, 模具技术的发展体现了高技术的特点, 模具制造业已经成为与高新技术产业互为依托的产业。我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注。
2 塑件工艺分析
2.1 制品的工艺性分析
图2-1 产品基本尺寸
该塑料件的结构并不复杂。壁厚的范围在4.3～5mm之间（大型塑件一般为3.2～5.8mm），壁厚相对均匀，塑件尖角均有圆弧过渡，利于塑料的流动；塑件的尺寸没有公差，除了Φ75mm、82mm，两个尺寸精度要求相对较高，其他塑件尺寸精度要求并不高；图中没有标表面粗糙度，表明塑件表面质量要求并不高；由于塑料件结构的特殊性，利用斜导柱和斜滑块侧向抽芯机构来解决通孔的成型，因为侧向抽芯的距离比较大，且抽拔力比较大，为了减轻斜导柱负载，可以将塑件适当的添加脱模斜度α为50′～1°30′。
2.2 UPVC塑件的性能
聚氯乙烯是世界上产量的塑料品种之一。聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末。根据不同用途可以加入不同的添加剂，使聚氯乙烯塑件呈现不同的物理性能和力学性能。在聚氯乙烯树脂加入不同的添加剂，就可制成多种硬质、软质和透明制品。硬聚氯乙烯不含或含少量的增塑剂，力学强度高，廉价，耐腐蚀，化学稳定性好，电绝缘性优良，耐老化性能较好，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料。使用温度在-15～60℃范围内。表2-1是UPVC的一些注射工艺参数。
表2-1 UPVC塑料的注射工艺参数
注塑机类型 喷嘴形式 喷嘴温度/℃ 料筒温度/ ℃
螺杆式注塑机 直通式 180~200 前段 中段 后段
140~160 160~180 180~200
模具温度/℃ 注射压力/ MPa 保压力/ MPa 注射时间/s
30～60 80～160 50~80 3~5
保压时间/s 冷却时间/s 成型周期/s 成型温度/℃
15~30 15~30 40~70 160~190
UPVC树脂加工性能有：
（1）无定型塑料，吸湿性小，但为了提高流动性，防止发生气泡，宜先干燥；
（2）流动性差，极易分解。特别是在高温下与钢、铜金属接触更容易分解，分解温度为200℃，分解时产生腐蚀及刺激性气体；
（3）成型温度范围小，约为，必须严格控制好料温；
（4）用螺杆式注塑机及直通式喷嘴，孔径宜大，以防死角溢料，溢料必须及时处理清除；
（5）模具浇注系统应粗短，进料口截面宜大，不得有死角溢料，模具应冷却，表面应镀铬。
2.3 注塑件体积与质量
通过三维造型软件可知塑件的体积 ，UPVC的密度
根据公式 （2-2）
其中浇注系统的体积 （2-3）
得塑料件的质量
2.4 初选注射机型号和规格
注射机为塑料注射成型时所用主要设备，可分为立式、卧式、直角式。 注射成型时，模具定模板与注射机定模板相连，动模板则对应安装在注射机动模板上，由锁模装置合模锁紧，注入熔融塑料。定型腔数为1。
其中浇注系统的体积 （2-2）
注塑的总体积
模具设计时，必须使得在一个注射成型周期内所需注射的塑料熔体容量在注射机额定注射量的20%～80%以内，考虑浇注系统中塑料熔体的存在，故注射机的注射量。
为使制件推出后能自动落下，同时便于操作加料，选用卧式注射机。
根据注射量，初选JN168E型注射机，表2-2其主要技术参数
表2-2 JN168E注射机主要技术参数
螺杆（柱塞）直径/mm 50 理论注射容积/cm³ 392
注射压力/MPa 119 锁模力/10kN 168
模板最大距离/mm 850 螺丝行程/mm 200
顶出行程/mm 130 实际注射量g 358
开模行程/mm 400 连接柱内距/mm 455×425
容模量/mm 160～450
3 模具总体方案
综合考虑模具制作成本和结构复杂程度，选定以下方案：
如图所示，我们可以看出设计该直角弯头注塑模的最佳方案是采用两板式、侧浇口。斜导柱侧向抽芯。如下图3-1所示
图3-1 模具结构简图
4 注塑工艺方案
4.1 设计步骤
注塑模具的结构设计一般按如下步骤进行，在本章只作简要概述，初步拟订设计方案，具体详细设计依据及计算放在后面进行论述。(1) 确定型腔的数目；(2) 选定分型面；(3) 确定浇注系统；(4) 确定成型零部件；(5) 确定合模导向机构；(6) 确定脱模顶出机构；(7) 温度调节系统分析；(8) 排气系统分析；(9) 绘制模具结构草图，选取标准模架。
4.2 模具工艺方案
（1）根据产品的技术和经济要求拟采用一模一腔结构。
（2）分型面选在塑件最大横截面上，这样便于塑件脱模，排气效果好，同时也便于加工。
（3）浇注系统主流道采用常用的圆锥形，分流道的截面形状为半圆形，冷料穴采用拉料杆的冷料穴。
（4）浇口的设计采用侧浇口的形式，利于充模、便于塑件与冷凝料的分离和修整塑件上留下的痕迹。
（5） 顶出机构采用推杆出机构。
4.3 设计软件的选择
三维CAD软件种类很多，国内外模具设计大多采用了三维设计手段，在模具设计与制造上发生了很大的变化。三维通用机械CAD 软件如Pro /E、UG和CATIA，它们都是参数化功能极强的三维模具设计软件，并且都具有完备的自动化设计功能。但CATIA 对计算机硬件的要求很高，资金投入较多，一般中小企业难以实现; UG和Pro /E在CAD和CAM方面都做得很出色;还有一些专用模具软件。国外的模具设计，特别是型腔模设计均采用三维CAD 设计，生成的三维模型直接用于CAM进行编程，再到CNC加工中心去加工，具有极高的工作效率。
CAE技术提供了可靠的保证。在模具投产之前，CAE软件可以预算测模具结构有关参数的正确性。例如可以采用流动模拟软件来考察熔体在模具腔内的流动过程，从此来改进浇注系统的设计，提高试模的一次成功率。可以用保压和冷却分析软件来考察熔体的凝固和模温的变化。以此来改进冷却系统，调整成型工艺参数，提高塑料制件的质量和生产效率，还可以采用应力分析软件来预测塑件出模后的变形和翘曲。模腔的几何数据能相互地转换为曲面的机床刀具加工轨迹，提高型腔和型芯的加工精度和效率。
UG是美国EDS公司出品的一套集CAD/CAM/CAE于一体的软件系统，它的功能覆盖了从概念设计到产品生产的整个过程并且广泛的运用于在汽车、航天、模具加工及设计和医疗器械行业等方面。它提供了强大的实体建模功能、装配功能、2D出图功能、模具加工功能。因此在此次模具设计中，我采用了UG软件来进行模具的设计。从零件的造型至模具的开模，以及三维模具图的生成，最后利用UG的二维图转换模块，生成模具二维图纸，大大的提高了设计效率，节省了大量的时间，并且立体图可以给人以直观的视觉。
5 模具详细设计
5.1 浇注系统的设计
浇注系统是塑料熔体从注塑机喷嘴流向型腔的通道，它向型腔中的传质、传压、传热情况决定着塑料件的内在和外观质量，它的布置和安排影响着塑料件的成型难易程度和模具的复杂程度，对浇注系统的具体要求有：（1）对模腔的填充迅速有序；（2）可同时充满各个型腔；（3）对热量和压力损失较小；（4）尽可能消耗较少的塑料；（5）能够使型腔顺利排气；（6）浇注系统凝料容易与塑件分离或切除；（7）不会使冷料进入型腔；浇口痕迹对塑料件外观影响很小。
一般浇注系统包括主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成
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