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本科畢業(yè)設計(論文)
題目：導管注塑模具設計
系 別： 機電信息系
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
班 級：
學 生：
學 號：
指導教師：
2013年05月
導管注塑模具設計
摘 要
注塑成型是塑件生產最常用的方法之一。本設計通過注塑模具產品，利用實體模型測量產品的尺寸，對實體進行建模，并對塑件的材料和塑件結構進行分析，并對塑件的模具進行設計，包括塑件成品的設計、工藝參數的分析與計算、工作部分的設計、模具結構的設計和加工方案的制定，確定塑件的最佳澆注位置，并通過實際情況進行調整，從而得到對實際生產來說最合理的澆注位置。在確定模具型腔數目后，分析產品的氣穴、熔接痕、充填時間、充填結束時的體積溫度、流動前沿處的溫度、速度/時間轉換點壓力、充填結束時的壓力、注射位置處壓力等，可確定注塑模具的合理性。
該模具采用普通澆注系統，由于采用一模兩腔的注射結構，必須設置分流道，用點澆口形式從零件端部進料。
此次設計中，最關鍵的是確定型芯和型腔的結構，此外還分析了模具受力，脫模機構的設計、冷卻系統的設計等。
關鍵詞：型腔;熔接痕;分流道;點澆口
I
Catheter injection mold design
Abstract
Injection molding is one of the most commonly used method of plastic parts production.This design, injection mold products, measuring the size of the entity model, entity modeling, and materials of plastic parts and plastic parts of the structure of analysis, mold design and plastic parts, including the design of the finished plastic parts,analysis and calculation of the process parameters, the design of the working part of the mold structure design and processing programs to develop, to determine the plastic parts of the casting position and adjust the actual situation, in order to get the most reasonable for the actual production of casting position.Determine the number of mold cavity, the cavitation analysis products, Weld, filling time, filling the end of the volume of temperature at the temperature of the flow front velocity / time conversion point pressure, the pressure in the filling at the end of the injection site at the pressurecan determine the rationality of the injection mold.
The mold using a common gating system, using a two cavity mold injection structure must be set to shunt feed the latent form of point gate from inside the part.
This design, the most critical is to determine the structure of the core and cavity, in addition to analysis of the mold by force, the design of mold release, and the cooling system design.
Key Words:cavity; weld; shunt; point gate
II
目 錄
1緒論 1
1.1 塑料成型與注塑模具 1
1.2 國內外相關發(fā)展狀況 1
1.2.1國內發(fā)展狀況 1
1.2.2國外發(fā)展狀況 2
1.3塑料模具發(fā)展走勢 2
2塑件材料分析與方案論證 4
2.1塑件的工藝分析 4
2.1.1塑件的材料 4
2.1.2尼龍的基本特性 4
2.1.3尼龍的成型特點 4
2.1.4尼龍的主要用途 5
2.1.5尼龍的注射成型工藝參數 5
2.2 塑件的成型工藝 5
2.2.1注射成型的原理 5
2.2.2注射成型的工藝過程 6
2.2.3注射成型工藝參數 7
2.2.4注塑模的機構組成 8
2.3方案論證 8
3注射成型機的選擇 11
3.1估算塑件體積 11
3.2估算塑件質量 11
3.3注塑機的注射容量 11
3.4鎖模力 11
3.5選擇注塑機及注塑機的主要參數 12
3.5.1注射機的選擇 12
3.5.2 XS-ZY-125型注塑機的主要參數 12
3.6注塑機的校核 12
4澆注系統設計 14
4.1澆注系統的功能 14
4.1.1澆注系統的組成 14
4.1.2澆注系統設計原則 14
4.1.3澆注系統布置 14
4.2 流道系統設計 14
4.2.1主流道設計 15
4.2.2冷料井設計 16
4.2.3分流道設計 16
4.2.4澆口設計 17
5成型零件設計 19
5.1分型面的設計 19
5.2成型零件應具備的特能 19
5.3成型零件的結構設計 20
5.3.1凹模（型腔）結構設計 20
5.3.2型芯的結構設計 20
5.4成型零件工作尺寸計算 21
5.4.1影響塑件尺寸和精度的因素 21
5.4.2成型零件工作尺寸的計算 22
5.4.3模具型腔側壁和底板厚度的計算 23
6導向機構的設計 26
6.1導向機構的作用 26
6.2導柱導向機構 26
6.2.1導向機構的總體設計 26
6.2.2導柱的設計 27
6.2.3導套的設計 27
7脫模機構的設計 28
7.1脫模機構的結構組成 28
7.1.1脫模機構的設計原則 28
7.1.2脫模機構的結構 28
7.1.3脫模機構的分類 28
7.2脫模力的計算 29
7.3簡單脫模機構 29
7.3.1推件板脫模機構的設計要點 29
7.3.2推件板的形狀 31
7.3.3頂桿強度的計算 31
7.4復位裝置 31
8側向分型與抽芯機構設計 32
8.1側向分型與抽芯機構的分類 32
8.2斜導柱側向分型與抽芯機構 32
8.2.1斜導柱側向分型與抽芯機構設計要點 32
8.2.2斜導柱側向分型與抽芯機構的工作原理及其類型 33
8.2.3斜導柱抽心距的計算 33
8.2.4開模行程和拉桿尺寸的確定 33
9溫度調節(jié)系統的設計 35
9.1溫度調節(jié)系統的作用 35
9.1.1溫度調節(jié)系統的要求 35
9.1.2溫度調節(jié)系統對塑件質量的影響 35
9.2冷卻系統的機構 36
9.2.1模具冷卻系統的設計原則 36
9.2.2模具冷卻系統的結構 36
10塑料模具用鋼 38
10.1注塑模材料應具備的要求 38
10.2模具材料選用的一般原則 38
10.3本模具所選鋼材及熱處理 38
11模具工作過程 40
12模具可行性分析 42
12.1本模具的特點 42
12.2市場效益及經濟效益分析 42
13總結 43
致謝 44
參考文獻 45
畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明 46
畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 47
V
1 緒論
1 緒論
1.1塑料成型與注塑模具
塑料工業(yè)是由塑料原料和塑料制品生產兩大系統組成，二者相輔相成，缺一不可，而塑料制品生產是實現塑料原料自身價值的唯一手段。塑料制品生產的目的就是根據各種塑料的性能，利用各種工藝方法，使其成為具有一定形狀而又有使用價值的物品或定型材料。塑料制品生產主要由成型、機械加工、表面裝飾、裝配等環(huán)節(jié)組成，其重要一環(huán)就是塑料成型。
塑料注塑成型過程是，塑料原料從注塑機的料斗進入加熱筒，經塑化后由柱塞或螺桿的推動，在一定壓力下通過噴嘴進入模具型腔，經冷卻固化后而開模獲得制品（塑件）。除少數幾種塑件外，幾乎所有的塑件都可以注塑成型。據有關資料統計，注塑制品占所有模塑件總產量的三分之一；注塑模具占塑料成型模具數量的二分之一以上。注塑成型制品的應用已十分廣泛，并隨著塑料原料的不斷改進，已逐步代替?zhèn)鹘y的金屬和非金屬材料的制品，發(fā)展注塑模具大有可為。
塑料模具材料直接影響模具的使用壽命﹑加工成本及產品的成型質量，因此設計時要正確地選擇模具材料。用于塑料模具材料的品種很多，其中主要是以鋼合金工具鋼﹑冷﹑熱模具鋼，不銹鋼等，此外，有色金屬中有鋅合金﹑鋁合金﹑鈹銅或某些新材料等。隨著材料科學不斷發(fā)展，在模具新材料的應用上，國內外都已經對模具的工作條件，失效形式和提高模具的使用壽命的途徑方面進行了大量的研究工作，并開發(fā)出許多不僅具有良好的使用性能，而且還有加工好，熱處理變形小的新型塑料模具鋼，如預硬鋼﹑時效硬鋼﹑析出硬化鋼﹑耐腐蝕鋼等，并在生產中得到廣泛應用。選擇注塑模材料的主要依據是注塑模工作條件，對工作精度要求較低，工作條件比較好的塑料模具，可選擇價格較低廉的普通材料制造，而對一些工作精度要求較高，工作條件惡劣的塑料模具，則需要選擇價格較貴﹑使用性能好的材料制造。必要時還應對加工好的模具零件進行特殊的強化處理，以使塑料模具有較長的使用壽命。
1.2國內外相關發(fā)展狀況
1.2.1國內發(fā)展狀況
模具工業(yè)是國民經濟發(fā)展的重要基礎工業(yè)，也是一個國家加工工業(yè)發(fā)展的重要標志。近年來，我國模具工業(yè)的技術水平取得了長足的發(fā)展。當前，國內已經能生產精度達2微米的的精密多工位級進模，工位數最多已達160個，使用壽命
2
畢業(yè)設計（論文）
1－2億次，大型模具、精密塑料模具和部分汽車覆蓋模具都已經達到了很高的水平。
現在，我國模具生產廠點約有3萬多家，從業(yè)人數80多萬人?！笆濉逼陂g，模具年平均增長速度達到20％左右，2005年模具銷售額達650億元，同比增長25％；模具出口7.4億美元，比2004年的4.9億美元增長約50％，均居世界前列。在模具工業(yè)的總產值中，沖壓模具約占50％，塑料模具約占33％，壓鑄模具約占6％，其它各類模具約占11％。但是，由于創(chuàng)新能力弱，行業(yè)關鍵技術難以突破，使得我國模具行業(yè)長期以來面臨著“低端競爭、高端進口”的尷尬局面。
為了適應市場對模具制造的短交貨期、高精度、低成本的迫切要求，模具越來越向著大型化、高精度化、多功能復合模具化等方向發(fā)展。熱流道模具、氣輔模具等先進的模具加工技術也將在塑料模具中得到更廣泛的應用。標準件的廣泛應用，將極大的影響模具制造周期，提高模具的質量，并降低模具的制造成本。模具技術含量的不斷提高，將使中高檔模具比例不斷增大，產品的機構調整將引發(fā)模具市場走勢不斷變化。
1.2.2國外發(fā)展狀況
高新技術在歐美模具企業(yè)得到廣泛應用，歐美許多模具企業(yè)的生產技術水平，在國際上是一流的。將高新技術應用于模具的設計與制造，已成為快速制造優(yōu)質模具的有力保證。
a. CAD/CAE/CAM的廣泛應用，顯示了用信息技術帶動和提升模具工業(yè)的優(yōu)越性。在歐美，CAD/CAE/CAM已成為模具企業(yè)普通應用的技術。
b. 為了縮短制模周期、提高市場競爭力，普遍采用高速切削加工技術。
c. 快速成型技術與快速制模技術獲得普遍應用。
目前，國外注射成型技術的發(fā)展迅速，精密注射成型、注射成型中的計算機技術的廣泛應用，以及全電動注射劑、兩板式注射機、無拉桿注射機、電磁動態(tài)化注射機、低壓注射成型、高速注射成型、復合注射成型、超級小精密注射成型等技術的研發(fā)及應用，都大大提高了國外模具的生產和制造水平。
1.3塑料模具發(fā)展走勢
a.提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計制造水平及比例
b. 在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術。
c. 推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源。氣體輔助注射成型可在保證產品質量的前提下，大幅度降低成本。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射
4
壓縮成型工藝與模具也非常重要。
d. 新的塑料成型工藝和快速經濟模具。
e. 提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。首先要制訂統一的國家標準，并嚴格按標準生產；其次要逐步形成規(guī)模生產、提高商品化程度、提高標準件質量、降低成本；再次是要進一步增加標準件規(guī)格品種。
f. 應用優(yōu)質模具材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質量顯得十分必要。
g. 研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現逆向工程是塑料模CAD/CAM的關鍵技術之一。
本次畢業(yè)設計中主要應用了先進的CAD軟件和Pro/E軟件。其中Pro/E主要用于模具成型零件的3D設計，并向2D設計人員提供制品的其它有關參數，如投影面積，體積等，以優(yōu)化模具設計，使模具結構更加合理。我這次的畢業(yè)設計的主要內容是模具結構，在論文中，對于由CAD軟件和Pro/E軟件完成的內容將直接說明，不作具體說明。
5
2 塑件材料分析與方案論證
2 塑件材料分析與方案論證
2.1塑件的工藝分析
2.1.1塑件的材料
此塑件的材料為尼龍。
2.1.2尼龍的基本特性
聚酰胺PA，PA的外觀為透明或不透明乳白或淡黃的粒料，表觀角質、堅硬，制品表面有光澤。其密度為1.02～1.15，吸水率為0.3%～9.0%。
a. 聚酰胺的力學性能。PA在室溫下的拉伸強度和沖擊強度都較高，但沖擊強度不如聚碳酸酯和聚甲醛高；隨溫度和溫度的升高，拉伸強度急劇下降，而沖擊強度則明顯提高。玻璃纖維增強PA的強度受溫度的影響小。
b. 聚酰胺的熱性能。PA的熔融溫度范圍窄，具有較明晰的熔點，通常在180～280℃之間，隨著品種和結構的不同而異。PA的熔點雖然較高，但長期使用溫度卻不高，一般不宜超過80℃左右?；蛟?00℃以上的溫度下長期與氧接觸會引起其表面緩慢熱氧降解，使制品逐漸呈現褐色，喪失使用性能。PA的線脹系數為金屬的5～7倍。
c. 聚酰胺的化學性能。PA在室溫下耐稀酸、弱堿和大多數鹽類，但強酸，較高濃度的酸及強氧化劑會使其明顯受到侵蝕，在較高溫度下發(fā)生破壞。
d. 聚酰胺的電性能。各種PA的電性能在干態(tài)時基本相同，具有較高的電限值，但隨著溫度和縮水率的增加有明顯降低。介電常數與此相反，隨吸水率的增加而增大。因此，PA不適宜作高溫（高于80℃）和高溫濕度場合的電絕緣材料。
2.1.3尼龍的成型特點
PA的耐候性一般，制品在室內或不受陽光照射的地方使用，其性能隨時間的延長變化不大，但直接暴露在大氣中或在熱氧條件下選用則易于老化，導致制品表面變色，力學性能下降。一般加入炭黑、胺類和酚類穩(wěn)定劑后明顯提高其耐候性。
2.1.4尼龍的主要用途
通過注射成型可以制得各種形狀復雜、尺寸精度高的PA制品。由于其品種較多，各類注射制品在材料選擇上既要注意其共性，又要了解各種品種的特性，根據實際使用環(huán)境和條件進行選用。作為耐磨和自潤滑材料，PA齒輪在各方面
15
畢業(yè)設計（論文）
得到了廣泛應用，而各種PA齒輪的性能不同，具有各自的應用范圍。如PA-6較6齒輪具有較高的力學強度和剛性，優(yōu)良的耐磨性、自潤滑性、耐疲勞性及耐熱性稍低于PA-66，但是，它的吸水率低，具有較好的尺寸穩(wěn)定性，濕度波動大，無潤滑或少潤滑的條件下使用。除制造齒輪外，還可用來制作軸承、軸瓦、凸輪、滑塊、滑輪等耐磨件。
2.1.5 尼龍的注射成型工藝參數
密度（g/ cm3）：1.02～1.15；
吸水率(%)(24h)：0.3%～9.0%
收縮率（%）：1.5～2.2；
熱變性溫度/℃：80
拉伸強度(MPa)：65；
彎曲強度(MPa)：98；
彈性模量(MPa)：；
沖擊強度：無缺口，不斷；
適用注塑機類型：螺桿式、柱塞式均可。
2.2塑件的成型工藝
塑料的種類很多，其成型的方法也很多，有注射成型、壓縮成型、壓注成型、擠出成型、氣動與液壓成型、泡沫塑料的成型等。其中前四種方法最為常用。本塑件的成型采用注射成型。
注射成型又稱為注射模塑，是熱塑性塑料制件的一種主要成型方法，除個別熱塑性塑料外，幾乎所有熱塑性塑料都可用此方法成型。近年來，注射成型已成功的用來成型某些熱固性塑件。
注射成型所用的設備是注塑機。目前注塑機的種類很多，但普遍采用的是柱塞式注塑機和螺桿式注塑機。
2.2.1注射成型的原理
注射成型的原理是將顆粒狀態(tài)或粉狀塑料從注塑機的料斗送進加熱的料筒中，經過加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體，在注射劑柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過噴嘴注入模具型腔，經一定時間的保壓冷卻定型后可保持模具型腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成型塑件，這樣就完成了一次工作循環(huán)。如圖2.1所示。[2]
圖2.1 注射成型工作循環(huán)
2.2.2注射成型的工藝過程
注射成型工業(yè)過程包括：成型前的準備、注射成型過程以及塑件的后處理三個階段。
a. 成型前的準備 為確保注射過程順利進行和保證質量，應對所用設備和塑料進行一下準備工作：
(1) 成型前對原料的預處理 根據各種塑料的特性及供料狀況，一般在成型前對原料進行外觀和工藝性能檢驗。如果來料為粉料，則有時還需進行捏合、塑煉、造料等操作。
(2) 料筒的清洗 在注射成型前，如果料筒內殘余塑料與將要使用的塑料不一致以及需要調換顏色或發(fā)現塑料中有分解現象時，都需要對料筒進行清洗或更換。
(3) 螺桿式注nbm射機通常是直接換料清洗 為節(jié)省時間和原料，換料清洗應根據塑料的熱穩(wěn)定性成型溫度范圍及各種塑料之間的相容性的因素采用正確的清洗步驟。當新料的成型溫度高預料筒內存料的成型溫度時，先將料筒溫度升至新料的最低成型溫度，然后加入新料，并連續(xù)“對空注射”，直至全部存料清洗完畢，在調整料筒溫度進行正常生產。當新料成型溫度比存料成型溫度低，則先將料筒溫度升高到存料最好的流動溫度后切斷電源，用新料在降溫下進行清洗。當新料與存料成型溫度相近時，則不必變更溫度，直接清洗即可。
(4) 脫模劑的使用 脫模劑是使塑件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。常用的脫模劑有硬脂酸鋅液體石蠟和硅油等。
b. 注射成型過程 注射過程是塑料轉變?yōu)樗芗闹饕A段。它包括加料、塑化、加壓、注射、保壓、冷卻定型和脫模等步驟。
(1) 加料 由注射劑料斗落入一定量的塑料，以保證操作穩(wěn)定、塑料塑化均勻，最終獲得良好的塑件。通常其加料量由注射機裝置來控制。
(2) 塑化 塑化是指塑料在料筒內經加熱達到熔融流動狀態(tài)，并具有良好的塑性的全過程。
(3) 加壓注射 注射機用柱塞或螺桿推動具有流動性和溫度均勻的塑料熔體，從料筒中經過噴嘴、澆注系統直至注入模腔。
(4) 保壓 保壓是自注射結束到柱塞或螺桿開始后移的這段過程，即壓實工序。保壓的目的一方面是防止注射壓力解除后，如果澆口尚未凍結，發(fā)生型腔中熔料通過澆口流向澆注系統，導致熔體倒流；另一方面則是當型腔內熔體冷卻收縮時，繼續(xù)保持施壓狀態(tài)的柱塞或螺桿可迫使?jié)部诟浇娜哿喜粩嘌a充進模具中，使型腔中塑料能成型出形狀完整而致密的塑件。
(5) 冷卻定型 當澆注系統的塑料已經冷卻凝固，繼續(xù)保壓已不再需要，此時可退回柱塞或螺桿，同時通入冷卻水或空氣等冷卻介質，對模具進一步冷卻，這一階段稱冷卻定型。
(6) 脫模 塑件冷卻到一定溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出模外。
C. 塑料的后處理 塑件經注射成型后，除去澆口凝料，修飾澆口處余料及飛邊毛刺外，常需要進行適當的后處理，借以改善和提高塑件的性能，塑件的后處理主要指退火和調濕處理。
(1) 退火處理 退火處理是使塑件在定溫的加熱液體介質（如熱水甘油和液體石蠟）或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時間，然后緩慢冷卻的過程。其目的在于減少由于塑件在料筒塑化不均勻或在型腔內冷卻速度不一致，而形成內應力，這在生產厚壁或帶有金屬鑲件得塑件時尤為重要。
(2) 調濕處理 將剛脫模的塑件放在熱水中進行處理，以隔絕空氣，防止塑件氧化而變色，同時，加快達到吸濕平衡的一種處理方法。
2.2.3注射成型工藝參數
對于一定的塑件，當選擇了適當的塑料品種、成型方法及設備，設計了合理的成型工藝過程及模具結構之后，在生產中，工藝條件（參數）的選擇及控制就是保證成型順利進行和塑件質量的關鍵。注射成型最主要的工藝參數是塑化流動和冷卻的溫度、壓力，以及相應的各個作用時間。
a. 溫度 注射成型過程需控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度、模具溫度等。前兩種溫度主要影響塑料的塑化和流動；而后一種溫度主要影響塑料的充模和冷卻定型。
b. 壓力 注塑成型過程中的壓力包括塑化壓力和注射壓力。它們關系到塑化和成型的質量。
c. 時間(成型周期) 完成一次注射成型所需要的時間，稱為成型周期。它是決定注射成型生產率及塑件質量的一項重要因素。
2.2.4注塑模的機構組成
注射模具包括動模和定模兩部分，動模安裝在注射機的移動模板上，定模安裝在注射機的固定模板上。注射時動模與定模閉合，構成型腔和澆注系統，開模時動模與定模分離，以便取出塑料制品。
根據模具中各個部件所起的作用，可將模具分為以下幾個基本組成部分：
a. 成型零部件 主要用來決定制品的幾何形狀和尺寸，如凸模決定制品的內形，而凹模決定制品的外形，通常由凸模、凹模、型芯和成形桿、鑲塊等構成。
b. 合模導向機構 主要用來保證動模和定模兩大部份或模具中其它零部件（如凸模和凹模）之間的準確對和，以保證制品形狀和尺寸的精確度，并避免模具中各種零件發(fā)生碰撞和干涉。
c. 澆注系統 是將注射機射出的塑料熔體引向閉合模腔的通道，對熔體充模時的流動特性以及注射成型質量都具有重要影響。由主澆道、分流道、澆口及冷料穴等組成。
d. 頂出機構 在開模過程中，將塑件從模腔的型芯上頂出脫落機構，有頂桿、固定板、導向零件等組成。
e. 溫度調節(jié)系統 凸模和凹模上開有加熱及冷卻孔，從安放加熱元件和通冷卻介質起到調節(jié)模具溫度，使模具保持工藝要求溫度下進行正常生產、提高生產效率等。
f. 排氣系統 注射模中設置排氣結構是為了在塑料熔體充模過程中排除模腔中的空氣和塑料本身揮發(fā)出的各種氣體，以避免他們造成缺陷。排氣結構即可以是排氣槽，也可以是模腔附近的一些配合間隙。
g. 支承零部件 這類零部件在注射模中用來安裝固定或支承成型零部件等上述七種功能結構，將支承零部件組裝在一起，可以構成模具的基本骨架。
2.3方案論證
此次設計的塑料模具的塑件圖如圖2.2所示。
a、導管二維圖
b、導管三維圖
圖2.2 導管
方案一：采用單分型面，直澆道，側澆口，一模兩腔。
采用側澆口，模具結構簡單。
方案二：采用雙分型面，直澆道，點澆口，一模兩腔。
澆口采用點澆口，點澆口尺寸小，冷凝快，成型周期快，點澆口塑件一般不需要修正工序，因而省去了修正工序，生產率高。而且點澆口在塑件上留下的痕跡小，使塑件表面質量得到了提高。
方案一：采用單分型面,側澆口，雖然模具設計結構比較簡單，但是塑件容易產生變形或者破壞。同時采用直接澆口，需要專門去除澆注系統產生的凝料。方案二采用雙分型面，點澆口，可以自動去除澆注系統中的凝料，大大提高生產效率。經過以上兩種方案綜合比較，決定采用第二種方案，其模具結構草圖如圖2.3所示。
圖2.3導管的模具結構草圖
3 注射成型機的選擇
3 注射成型機的選擇
3.1估算塑件體積
a. 用Pro/E軟件計算塑件體積為：
計算零件的體積為：=7.485cm3
b. 估算澆注系統的體積：
=3.14445+23.141.1540
=2593.012(mm)
=2.593(cm)
c. 估算總體積:
V=2V+ V
=27.458+2.593
=17.87( cm)
3.2估算塑件質量
此塑件材料為尼龍（PA），經查表的其密度1.02~1.15g/ cm。則，其質量為：
=1.08517.87=19.39(g)
3.3注塑機的注射容量
確定了單個塑件的體積和模腔數量就可以大體計算出多模塑件的總體積，再加上主系統中主流道、分流道、澆口、冷料井的體積，即是一模兩腔的塑料總體積，m在選擇注射機的注射容量G時可用下式計算。
m0.8G （3.1）
式中 G——注射機最大注射容量，g；
m——成型塑件與澆注系統體積總和，g；
0.8——最大注射容量的利用系數。
計算得， G 24.2g
3.4鎖模力
型腔總的投影面積為：由proe測得A=327.005+248.429=575.434mm2；
計算其所需鎖模力F為：F=0.5×P×A=111.5KN
式中：——型腔單位面積的注射壓力(MPa)，查手冊得=40MPa。
畢業(yè)設計（論文）
3.5選擇注塑機及注塑機的主要參數
3.5.1注射機的選擇
綜合以上的分析，聯系實際情況，現初選XS-ZY-125型注射機。
3.5.2 XS-ZY-125型注塑機的主要參數
理論注射量： 125g
螺桿直徑： 42mm
注射壓力： 119MPa
最大注射面積： 320mm
鎖模力： 900KN
模板最大行程： 300mm
模具最大厚度： 300mm
模具最小厚度： 200mm
拉桿空間（長×寬）： 260×290mm
定位孔直徑： 16mm
噴嘴球半徑： 12mm
噴嘴孔徑： 4mm
注射方式： 螺桿式
螺桿轉速： 10~200r/min
3.6注塑機的校核
a. 最大注射量校核 最大注射量是指注射機一次注射塑料的最大容量，設計時應保證成型塑件所需的注射量小于所選注射機的最大注射量。
XS-ZY-125型注射出成型機理論注射量125g24.2g，因此滿足要求。
b. 鎖模力校核 當高壓的塑料熔體充滿模具型腔時，會產生一個沿注射機抽向的很大的推力，此推力的大小等于塑件加上澆注系統在分型面上的垂直投影面積之和（即注射面積）乘以型腔內的塑料壓力。此力可使模具沿分型面漲開。為了保持動、定模閉合緊密，保密塑件的尺寸精度并盡量減小溢邊厚度，同時也為了保障操作人員的人身安全，需要機床提供足夠大的鎖模力。因此，欲使模具從分型面漲開的力必須小于注射機規(guī)定的鎖模力。即
（3.2）
式中 ——注射機的額定鎖模力，KN；
——塑件與澆注系統在分型面上的總投影面積，cm2；
P——熔融塑料在模腔內的壓力，kg/cm2；
——損耗系數，通常取～。
P·K·A=0.5405.75=111.5KN
T=900KN>111.5KN即該注塑機的鎖模力符合要求。
c. 模具厚度校核 模具厚度必須滿足下式：
（3.3）
式中 ——模具閉合厚度，mm；
——注塑機所允許的最小模具厚度，200mm；
——注塑機所允許的最大模具厚度，300mm；
根據結構草圖可知，初選的模具厚度為270mm,滿足要求。
d. 開模行程校核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機的最大開模行程。對于雙分形面的注塑模具，其開模行程按下式效核
SH+H+L+（5～10）(mm) =185.5mm （3.4)
式中 S——注塑機的最大行程，mm；
H——脫模距離，此模具中為58mm；
H——塑件加澆注系統總高，此模具中為77.5mm；
L——型腔板移動的距離，此模具中為40mm；
所以上式成立（300>185.8），即該注塑機的開模行程符合要求。
由以上對各參數的效核可知該XS-ZY-125型注塑機符合要求。
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4 澆注系統設計
4 澆注系統設計
澆注系統是引導塑料熔體從注塑機噴嘴到模具型腔為止的一種完整的輸送管道。它具有傳質、傳壓和傳熱的功能，對塑件質量具有決定性影響。[1]
4.1澆注系統的功能
澆注系統的作用，是將塑料熔體順利地充滿到型腔深處，以獲得外形輪廓清晰，內在質量優(yōu)良的塑料制件。因此要求充模過程快而有序，壓力損失小熱量散失少，排氣條件好，澆注系統凝料易于與制品分離或切除。
4.1.1澆注系統的組成
澆注系統一般由四部分組成。
a. 主流道 指由注射機噴嘴出口起到分流道入口止的一段流道。它是塑料熔體首先經過的通道，且與注塑機噴嘴在同一軸線。
b. 分流道 指主流道末端至澆口的整個通道。分流道的功能是使熔體過渡和轉向。單型腔模具中分流道是為了縮短流程。多型腔注射模中分流道中為了分配物料，通常由一級分流道和二級分流道，甚至多級分流道組成。
c. 澆口 指分流道末端與模腔入口之間狹窄且短小的一段通道。它的功能是使塑料熔體加快流速注入模腔內，并有序的填滿型腔，且對補縮具有控制作用。
d. 冷料井 通常設置在主流道和分流道轉彎處的末端。其功用為“捕捉”和貯存熔料前鋒的冷料。冷料井也經常起拉勾凝料的作用。
4.1.2澆注系統設計原則
a. 澆注系統與塑件一起在分型面上，應有壓降、流量和溫度分布的均衡布置；
b. 盡量縮短流程，以降低壓力損失，縮短充模時間；
c. 澆口位置的選擇，應避免產生湍流和渦流，及噴射和蛇形流動，并有利排氣和補縮；
d. 避免高壓熔體對型芯很讓和嵌件產生沖擊，防止變形和位移；
e. 澆注系統凝料脫出方便可靠，易與塑件分離或切除整修容易，且外觀無損傷；
f. 熔合縫位置需合理安排，必要時配置冷料井或溢料槽；
g. 盡量減少澆注系統的用料量；
h. 澆注系統應達到所需精度和粗糙度，其中澆口須有IT8以上精度
22
畢業(yè)設計（論文）
4.1.3澆注系統布置
在多模腔中，分流道的布置有平衡式和非平衡式兩類，一般以平衡式為宜。
a. 平衡式布置 從主流道末端到各型腔的分流，其長度、端面形狀和尺寸都對應相等。這種布置可使塑料熔體均衡地充滿各個型腔。一起出模的各塑件質量和尺寸精度的一致性好。但分流道較長，對熔體阻力大，澆注系統凝料多。圓周均步，較適宜均衡充模，但流道較長。而H形排列，適宜于矩形塑件。
b. 非平衡式布置 由于從主流道末端到各個型腔的分流道長度各不相等。為達到均衡充模，需將澆口尺寸按距主流道遠近，進行修正。此種布置，流程雖短但制件質量一致性很難保證。
澆注系統無論是平衡或非平衡布置，型腔均應與模板中心對稱。使型腔和流道的投影中心與注射機鎖模力中心重合，避免注射時產生附加的傾側力矩。
4.2流道系統設計
流道系統包括主流道、分流道和冷料井以及結構設計。
4.2.1主流道設計
主流道通常位于模具的中心，是塑料熔體的入口，其形狀為圓錐形，便于熔融塑料的順利進入，開模時又能使主流道的凝料順利拔出。熱塑性塑料的主流道一般由澆口套構成。主流道入口直徑d，應大于注塑機噴嘴直徑1mm左右。這樣便于兩者能同軸對準，也使得主流道凝料能順利脫出。主流道入口的凹坑球面半徑R，應該大于注塑機噴嘴頭半徑約2～3mm。反之，兩者不能很好粘合，會讓塑料熔體反噴，出現溢邊導致脫模困難。錐孔粗糙度。主流道的錐角a=2°～4°。過大的錐角會產生湍流或渦流，卷入空氣。過小錐角使凝料脫模困難；還會使充模時流動阻力大，比表面增大，熱量損耗大。[2]
如圖4.3所示，為主流道機構。
圖4.3澆口套三維圖
圖中，d=噴嘴孔徑+1mm；R=噴嘴球面半徑+2～3mm；a=2°～4；r=D/8；H=（1/3～2/5）R
主流道直徑的經驗公式為
D= （4.1）
式中 D——主流道大頭直徑，mm
V——流經主流道的熔體體積（包括各個型腔、各級分流道、主流道以及冷料穴的容積），mm；
K——因熔體材料而異的常數，查手冊得PA的K=1.5。
則
D=
取D=8mm。
噴嘴孔徑為4mm，噴嘴球面半徑為12mm
則，d=5mm，R=14mm，r=2mm，H=6mm。
4.2.2冷料井設計
冷料井的位置在正對主澆道的動模上，一般處于分流道的末端，它的作用是將物料前端的“冷料”收集起來，防止“冷料”進入型腔而影響塑件的質量。開模時冷料井能起到將主流道的冷凝料拉出的作用，冷料井的直徑比應比主流道的大端直徑稍微大一些。冷料井的形式有帶Z形拉料勾的冷料井；帶球頭形拉料的冷料井；倒錐形冷料井；；圓柱形冷料等。[4]
本設計采用的是倒錐形冷料。
4.2.3分流道設計
主流道與澆口之間的通道稱為分流道。直澆道模具可以省去分澆道，但在多型腔模具中分澆道是必不可少的。
a. 分流道的設計要點
(1) 分流道要求熔體的流動阻力盡可能小。在保證足夠的注塑壓力使塑料熔體順利充滿型腔的前提下，分流道的截面積與長度盡量取小值，尤其對于小型塑件更為重要。
(2) 分流道轉折處應以圓弧過度；分流道與澆口的連接處應加工成斜面，并用圓弧過度，利于塑料熔體的流動及充模。
(3) 各型腔要保持均衡進料。
(4) 表面粗糙度要求以Ra0.8為佳。
(5) 分流道較長時，在分流道的末端應開設冷料井。
(6) 分流道位置可單獨開設咋定模板或動模板上，也可同時開在動、定模上，合模后形成分流道截面形狀，這主要取決于模具結構、塑料特性及塑件脫出方法。通常分流道多開設在模具的一側，利于開模時將流道凝料脫出。
b. 分流道截面形狀 常用的分流道截面形狀有圓形、正方形、梯形、U形、半圓形和正六角等。澆道的截面積越大，壓力的損失越小；澆道的表面積越小，熱量的損失越小。用澆道的截面積和表面積的比值來表示澆道的效率，效率越高，澆道的設計越合理。表4.1所示為不同截面的分流道的效率。
表4.1 分流道截面形狀與效率
各類截面中圓形、正方形的效率最高（即比表面積最?。?，但正方形流道的凝料脫模困難。實際使用的是具有5°～10°斜度的梯形流道。U字形是梯形流道的變異。六角形截面科士威兩個梯形的組合。淺矩形及半圓形截面流道，由于其效率低（比表面大），通常不采用。當分型面為平面時，可采用圓形或六角形截面的分流道；當分型面不是平面時，長采用梯形或半圓形截面的流道。塑料熔體在流道中流動時，表層冷凝凍結，起絕緣作用，熔體僅在流道中心部分流動，因此分流道的理想狀態(tài)應是其中心與澆口中心一致，圓形截面流道可實現這一點，而梯形截面流道就難以實現。
經過綜合考慮，本模具采用梯形截面分流道。
c. 分流道的截面尺寸 應根據塑件的體積、形狀、壁厚、所用塑料的工藝性能、注射速率以及澆道的長度等因素來確定。[1]
對于壁厚小于3mm，質量在200g一下的塑件可用一下經驗公式確定分流道的直徑。
（4.2）
式中 D——分流道的直徑，mm；
W——流經分流道的塑料量，g；
L——分流道長度，mm。
經計算得，本模具分流道直徑D≈4mm。
d. 分流道的布置 分流道的布置形式有平衡式和非平衡式兩種。本模具采用平衡式布置形式。
4.2.4澆口設計
澆口是連接分流道和型腔的一段細短澆道，它的形狀、數量、尺寸和位置對塑件的質量影響很大。
a. 澆口的尺寸及類型 澆口的截面積一般取分流道截面積的3%～6%，澆口的長度約1～1.5mm，在設計時應取最小值，試模時逐步修正。澆口的形狀有矩形（厚度和寬度比為1：3）、圓形、梯形和U形。澆口的類型有直接口、側澆口、平縫式澆口、扇形澆口、點澆口、環(huán)形澆口、輪輻式澆口、爪形澆口、潛伏式澆口和護耳澆口等。點澆口的特點：澆口附近的殘余應力小，在成型件上幾乎看不到澆口的痕跡，后加工也比較簡單；澆口廢料自動拉斷。其不足之處是：壓力損失大，用三板式結構時成型周期較長。尺寸取決于塑膠的流動性及膠件的大小而選擇。圖中主要尺寸為：澆口直徑d=（0.8～1.3）mm，澆口長 =1mm，H=3，=，R=1.5～3，r=0.2～0.5。
b. 澆口的位置 澆口的位置對塑件的質量有極大的影響，澆口的位置選擇時應遵循如下原則：
(1) 澆口位于塑件壁厚最大部位，熔體流向從厚壁到薄壁處，保持流程相等；防止小尺寸澆口噴射，設計沖擊性澆口，考慮良好的排氣條件；
(2) 選擇澆口時，應考慮將塑件受到主要應力拉伸應力以及沖擊應力最大方向與塑件料流方向一致，尤其是填充或增強塑料，更應注意這一點；
(3) 澆口應放置在外觀不受影響的部位（與上述聯合選用），通過流體較短流程而形成最佳融合，這樣可以防止熔接痕利用有效保壓防止凹陷；
(4) 考慮變形及收縮量異向性所引起的尺寸誤差，注意料流方向同垂直方向的收縮量區(qū)別；澆口所選位置應保證塑件應力最小，例如對U形或T形塑件，應把澆口放置在塑件端部，有利于排氣和補塑。
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5 成形零件設計
5 成型零件設計
注射模具閉合時，成型零件構成了成型塑料制品的型腔，成型零件主要包括凹模、凸模、型芯、鑲拼件，各種成型桿與成型環(huán)。成型零件承受高溫高壓塑料熔體的沖擊和摩擦。在冷卻固化中形成了塑件的形體、尺寸、和表面。在開模和脫模時需克服與塑件的粘著力。在上萬次、甚至幾十萬次的注射周期，成型零件的形狀和尺寸精度、表面質量及其穩(wěn)定性，決定了塑料制品的相對質量。成型零件在充模保壓階段承受很高的型腔壓力，作為高壓容器，它的強度和剛度必須在容許值之內。成型零件的結構，材料和熱處理的選擇及加工工藝性，是影響模具工作壽命的主要因素。
5.1分型面的設計
模具上用以取出塑件和凝料的可分離的接觸表面成為分型面。分型面大都是平面，也有傾斜面、曲面或臺階面。
分型面的選擇原則：
a. 分型面應選擇在塑件外形的最大輪廓處，只有這樣才能使塑件從模具中順利地脫模，這是最根本的一條原則。
b. 分型面的選擇應考慮有利于塑件的脫模，一般模具的脫模機構通常設置在動模一側，模具開模后塑件應停留在動模一邊，以便塑件順利脫模。
c. 分型面的選擇要保證塑件的進度要求，塑件光畫的表面不應設計分型面，以避免影響外觀質量；塑件中要求同軸度的部分要放在分型面的同一側，以保證塑件同軸度的要求。
d. 分型面的選擇還應考慮模具的側向抽拔距，由于模具側向分型是由機械分型機構來完成的，所以抽拔距都比較小，選擇分型面時應將抽芯和分型距離長的方向置于開模的方向，將小抽拔距作為側向分型或抽芯。
e. 分型面作為主要的排氣渠道，應將分型面設計在熔融塑料的流動末端，以便于模具型腔內氣體的排出。
f. 選擇分型面時應使模具零件易于加工，減小機加工的難度，要使模具加工工藝最簡單。
鑒于以上要求，本模具的分型面設在底部，此處為塑件截面尺寸最大的部位，是該塑件分型面的一個好的選擇。
5.2成型零件應具備的特性
由于成型零件的質量直接影響到塑件的質量，且與高溫高壓的塑料熔體接
32
畢業(yè)設計（論文）
觸，所以必須具備一下性能：
a. 具有足夠的強度和剛度，以承受塑料熔體的高溫和高壓。
b. 具有足夠的硬度和耐磨性，以承受流料的摩擦和磨損。
c. 具有良好的拋光性能和耐腐蝕性能。
d. 零件的加工性能好，可淬性良好，熱處理變形小。
e. 成型部位須有足夠的位置精度和尺寸精度。
5.3成型零件的結構設計
5.3.1凹模（型腔）結構設計
凹模也稱為型腔，是成型塑件表面形狀的模具零部件。按結構不同可分為五種：
a. 整體式凹模 它是由整塊材料加工制成。整體式凹模的強度高，成型的塑表面光滑無痕跡，但模具加工困難，熱處理變形大，材料浪費嚴重，適用于中小型簡單模具。
b. 整體嵌入式凹模 經常應用于多型腔模具，凹模常加工成帶臺階的鑲塊，從凹模固定板下部嵌入，或者凹模與凸模固定板采用過盈配合，用螺釘連接在固定板上，凹模如果是回轉體，還需要銷釘或平鍵定位止轉。
c. 鑲嵌式凹模 有的模具采用局部鑲嵌式凹模，對于大型模具或形狀復雜的模具，為了便于機械加工或熱處理，而采用大面積鑲嵌式凹模。
d. 四壁拼合式凹模 弱國矩形凹模巨大且復雜，可將底部和四壁分別加工，經研磨后嵌入模套，側壁之間采用扣鎖連接，以保證連接的準確性。
e. 拼塊式凹模 對于有側凹的圓形塑件要采用側向分型機構，以便塑件順利從凹模取出，凹?？捎袃蓧K或多塊拼合而成。
本模具為外形簡單的中小型塑件，采用整體式凹模。
5.3.2型芯的結構設計
型芯是成型塑件內表面的模具零件，根據成型情況不同，型芯可分為一下結構形式：
a. 整體型芯 整體型芯是在型芯固定板或型腔上直接加工出型芯，這種型芯結構牢固，成型的塑件質量好，但模具的加工難度大，適用于內形簡單、深度不大的型芯設計。
b. 鑲嵌式型芯 在多型腔模具中常常將型芯加工成帶臺階的型芯，鑲嵌到型芯固定板上，如型芯為回轉體且有不對稱凹槽或凸起，需要加銷釘定位止轉。當型芯細小時，可采用過盈配合，鉚接或樹脂粘結的方法將型芯與固定板連接起來。
c. 組合式型芯 對于形狀較為復雜的型芯通常用兩個或多個型芯共同組合而成，這種方法可以講復雜型芯簡單化，使加工難度降低，也有利于型芯的拋光。它需求各型芯配合面要平整，與型芯固定板的配合要緊密，不要是用銷釘或螺釘固定連接。
5.4成型零件工作尺寸計算
注塑模成型零件工作尺寸，是指成型零件上直接成型塑件的型腔尺寸。由于塑件在高壓和熔融溫度下充模成型，并在模具溫度下冷卻固化，最終在室溫下進行尺寸檢測和使用。因此，塑料制品的形狀和尺寸精度的獲得，必須考慮物料的成型收縮率等眾多因素的影響。成型零件的工作尺寸主要有型腔和型芯的徑向尺寸（包括矩形和異形的長度和寬度尺寸）、型腔的深度和型芯的高度尺寸、型腔（型芯）與型腔（型芯）的位置尺寸等。在模具設計中，應根據塑件的尺寸、精度來確定模具成型零件的工作尺寸和精度。
5.4.1影響塑件尺寸和精度的因素
a. 成型收縮率 塑料成型后的收縮率與塑料的材料、塑件的結構、模具的結構以及成型的工藝條件等因素有關，因此，在實際工作中，成型收縮率的波動很大，從而引起塑料尺寸的誤差很大，塑件尺寸的變化值為：
=（S-S）L (5.1)
式中 ——塑料收縮波動而引起的塑件尺寸誤差，mm；
S——塑料的最大收縮率，%；
S——塑料的最小收縮率，%；
L ——塑件尺寸，mm。
一般情況，由成型收縮率波動而引起的塑件尺寸誤差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以內。
b. 模具成型零件的制造誤差 模具成型零件的制造精度是影響塑件尺寸精度的重要因素之一，模具成型零件的制造誤差越小，塑件的尺寸精度越高，但是模具零件的加工困難，制造成本和加工周期也會加大加長。實踐證明，如果模具成型零件的制造誤差在IT7～IT8級之間，成型零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
c. 模具成型零件的磨損 模具在使用過程中，由于塑料熔體流動的沖刷、脫模時與塑件的摩擦、成型過程中可能產生的腐蝕性氣體的銹蝕以及由于上述原因造成的模具成型零件表面粗糙度提高而要求重新拋光等，均可造成模具成型零件尺寸的變化，凹模或型腔尺寸變大，凸?；蛐托境叽缱冃 ＿@種由于磨損造成的模具成型零件尺寸的變化值與塑件的產量、塑料原料及模具都有關系，當塑件產量較大時，模具表面耐磨性要好（如采用高硬度材料，模具表面鍍硬金屬層，表面滲氮處理等）。對于中小塑件，模具的成型零件最大磨損可取塑件公差的1/6，而大型塑件，模具的成型零件最大磨損應取塑件公差的1/6一下。
d. 模具安裝配合的誤差 模具的成型零件由于配合間隙的變化，會引起塑件的尺寸變化。模具的配合間隙誤差應不影響模具成形零件的尺寸精度和位置精度。
5.4.2成型零件工作尺寸的計算
型腔、型芯組成的模腔工作尺寸計算方法有平均收縮法和公差帶法兩種。本文按照平均收縮法進行計算。
a. 型腔尺寸的計算
部分型腔尺寸計算：
長度LM= (L(1+ SCP) -△)0+z
= (220(1+ 1.15%) -1.6)0+1.6/3
=221.330+0.53mm
塑件尺寸較小，系數x=0.75，以下同。
寬度Lw= (L(1+ SCP) -△) 0+z
= (240(1+ 1.15%) -.8) 0+1.8/3
=241.410+0.6mm
高度HM= (H(1+ SCP) -△) 0+z
= (83(1+ 1.15%) -0.88)
=83mm
圖5.1型腔板
b. 型芯尺寸的計算
型芯尺寸徑向Lw= (L(1+ SCP)-△)
= (27(1+ 1.15%)-0.48) - 0.48/3
=27mm
Lw=（L(1+S)-
=（30-
=29.9
Lw=（L(1+S)-
=（23.6-
=23.5
高度HM= (H(1+ S