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油管接頭成型工藝及模具設(shè)計(jì)
1.前 言
模具是利用其特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的制品的工具。模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是國(guó)際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。
模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。模具在機(jī)械，電子，輕工，汽車(chē)，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔(dān)了這些工業(yè)領(lǐng)域中60%~90%的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。
模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低不僅是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的模具重要標(biāo)志，而且在很大程度上決定著這個(gè)國(guó)家的產(chǎn)品質(zhì)量、效益及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力。我國(guó)目前的模具開(kāi)發(fā)制造水平比國(guó)際先進(jìn)至少相差10年，特別是大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的產(chǎn)需矛盾十分突出，已成為嚴(yán)重制約我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的瓶頸。模具是工業(yè)的基礎(chǔ)工藝裝備，用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出現(xiàn)的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)力和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)模具提出越來(lái)越高的要求，因此，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。分析：未來(lái)我國(guó)模具行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，未來(lái)我國(guó)模具發(fā)展趨勢(shì)包括10個(gè)方面：
1.模具日趨大型化；
2. 模具的精度將越來(lái)越高。10年前精密模具的精度一般為5微米，現(xiàn)已達(dá)到2-3微米，1微米精度模具也將要上市；
3. 多功能復(fù)合模具將進(jìn)一步發(fā)展。新型多功能復(fù)合模具除了沖壓成型零件外，還擔(dān)負(fù)疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)，對(duì)鋼材的性能要求越來(lái)越高；
4. 熱流道模具在塑料模具中的比重也將逐漸提高；
5. 隨著塑料成型工藝的不斷改進(jìn)與發(fā)展，氣輔模具及適應(yīng)高壓注塑成型等工藝的模具也隨之發(fā)展；
6. 標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日益廣泛。模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將極大地影響模具制造周期，還能提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本；
7. 快速經(jīng)濟(jì)模具的前景十分廣闊；
8. 模具技術(shù)含量將不斷提高。
注塑成型作為一種重要的成型加工方法，在家電行業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)等都有廣泛的應(yīng)用，且生產(chǎn)的制件具有精度高、復(fù)雜度高、一致性高、生產(chǎn)效率高和消耗低的特點(diǎn)，有很大的市場(chǎng)需求和良好的發(fā)展前景。 塑料是以樹(shù)脂為主要成分，添加一定數(shù)量和一定類(lèi)型的添加劑。然而，塑料制品生產(chǎn)是一個(gè)既復(fù)雜又繁重的過(guò)程，其生產(chǎn)系統(tǒng)主要由成型、機(jī)械加工、修飾及裝配四個(gè)連續(xù)過(guò)程組成。其中，成型是將各種形態(tài)的塑料制成所需形狀的制品或毛坯的過(guò)程。
塑料注塑模是一種用來(lái)生產(chǎn)塑料零件的模具。它被安裝在塑料注射機(jī)上，由塑料注射機(jī)將塑料顆粒融化成為熱熔體，經(jīng)過(guò)合模、高壓注射、保壓冷卻定型、開(kāi)模、推出制件等工序，獲取所需的塑料零件。塑料模具影響著塑料制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面粗糙度、分型面、澆口、和排氣槽位置以及脫模方式等對(duì)制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機(jī)械性能、內(nèi)應(yīng)力大小、外觀質(zhì)量，表面粗糙度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在塑料加工過(guò)程中，模具結(jié)構(gòu)對(duì)操作難易程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時(shí)，應(yīng)盡量減少開(kāi)模、合模和取件過(guò)程中的手工勞動(dòng)。當(dāng)批量不大時(shí)，模具費(fèi)用在制件成本中所占的比例將會(huì)很大，這時(shí)應(yīng)盡可能地采用結(jié)構(gòu)合理而簡(jiǎn)單的模具，以降低成本。
本次課程設(shè)計(jì)是是通過(guò)原始數(shù)據(jù)對(duì)塑料件進(jìn)行工藝分析、塑料制件在模具中的位置與澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、主要尺寸的校核、模具總裝圖和主要零部件圖的繪制等一步步完成。雖然在圖書(shū)館查閱了很多相關(guān)資料，但是由于自己水平有限，設(shè)計(jì)中仍有很多不足之處，懇請(qǐng)老師批評(píng)指正。
2. 塑件工藝性分析
2.1塑件圖
油頭接管塑件三維圖如圖所示：
圖1 油管接頭圖樣
2.2塑件工藝分析及材料說(shuō)明
該塑件是一塑料輸油管接頭，生產(chǎn)批量大，塑件壁厚均勻，精度等級(jí)為6級(jí)，材料為ABS。為了保證在生產(chǎn)過(guò)程中制造出理想的塑料制品，除應(yīng)合理選用塑件材料外，還必須考慮宿建德江成形工藝性，塑件的成型工藝性與磨具設(shè)計(jì)有直接的關(guān)系，只有塑件的設(shè)計(jì)能適應(yīng)成形工藝要求，才能設(shè)計(jì)出合理的模具結(jié)構(gòu)。這樣既能保證塑件順利成形，防止塑件產(chǎn)生缺陷，又能達(dá)到提高生產(chǎn)率和降低成本低目的。
1.脫模斜度
為了保證塑件很好的脫模，塑件應(yīng)有一定的脫模斜度，最小脫模斜度與塑料性能、收縮率的大小、塑件的幾何形狀有關(guān)。材料質(zhì)脆、硬的，脫模斜度要求大。本塑件的35mm和10mm的內(nèi)表面、45mm的外表面均有脫模斜度。該塑件壁厚約為2.56.5mm，其脫模斜度查表4-2得塑件外表面40120，塑件內(nèi)表面351。
2.塑料的壁厚
塑料壁厚應(yīng)使各部分均勻，避免太薄，否則會(huì)引起收縮不均勻使塑件變形或產(chǎn)生氣泡，凹陷等成型問(wèn)題。塑件壁厚一般在之間。而最常用的數(shù)值是。大型塑料件的壁厚也有更大的，這都隨塑料類(lèi)型及塑件的大小而定。壁厚還與流程有密切相關(guān)。該塑件壁厚約為，各部分較均勻，沒(méi)有太薄的現(xiàn)象。
3.圓角
在塑料設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了避免應(yīng)力集中，提高塑料強(qiáng)度，改善塑料的流動(dòng)情況及便于脫模，在塑件的各面或內(nèi)部連接處，應(yīng)采用圓弧過(guò)渡。另外，塑料上的圓角對(duì)于模具制造和機(jī)械加工及提高模具強(qiáng)度，也是有利的。本塑件未注圓角為。
4.制品物理化學(xué)性能要求
具有吸濕性弱、耐化學(xué)性和電性能良好；不透明；滿足精度要求，表面光滑平整不得有翹曲、裂縫、氣孔；滿足強(qiáng)度、韌性，硬度要求，使用安全。
5.模具制造工藝性
由于制品沒(méi)有非常復(fù)雜的曲面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于簡(jiǎn)化模具型腔及型芯的設(shè)計(jì)和CNC數(shù)控編程及加工制造程序，也有利于很好地保證加工精度。
ABS的基本特性:ABS是丙烯腈、丁二烯苯乙烯的共聚物，原料易得，價(jià)格低廉，是目前產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣的工程材料之一。ABS無(wú)毒，無(wú)味，為呈微黃色或白色不透明顆粒，成型的塑料有較好的光澤，密度為1.021.05。
ABS是由三種成分組成的，故它有三種組分的綜合力學(xué)性能，而每一組分又在其中起著固有的作用。丙烯腈使ABS具有良好的表面硬度、耐熱性及耐化學(xué)腐蝕性丁二烯使ABS堅(jiān)韌，苯乙烯使ABS具有良好的成型加工性和著色性能。
ABS的熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龍等都高，尺寸穩(wěn)定性較好，具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性和良好的介電性能，經(jīng)過(guò)調(diào)色可配置成任何顏色。其缺點(diǎn)是耐熱性不高，最高連續(xù)工作溫度為左右，熱變形溫度為左右。不透明，耐氣候性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。
由于ABS中三種組分之間的比例可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故可由此得到性能和用途不一的多種ABS品種，如通用級(jí)、抗沖擊、耐寒級(jí)、耐熱級(jí)、阻燃級(jí)等，從而適應(yīng)各種應(yīng)用。
ABS的成型特點(diǎn):ABS易吸水，使成型塑件表面出現(xiàn)斑痕、云紋等缺陷。為此，成型加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理;在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對(duì)收縮率影響極小;要求塑料精度高時(shí)，模具溫度可控制在,要求塑件光澤和耐熱時(shí)，應(yīng)控制在;比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短;表現(xiàn)粘度對(duì)剪切速率的依賴性很強(qiáng)，因此在模具設(shè)計(jì)中大都采用點(diǎn)澆口形式。
ABS在機(jī)械工業(yè)上用來(lái)制造齒輪，泵葉輪、軸承、把手、管道、電機(jī)外殼、儀表殼、蓄電池槽，冷藏庫(kù)和冰箱襯里等;汽車(chē)工業(yè)上用ABS制造汽車(chē)擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導(dǎo)管、加熱器等，還可用ABS夾層板制作小轎車(chē)車(chē)身;ABS可還以做水表殼，紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具等等。
下面是ABS的成型參數(shù)
型機(jī)類(lèi)型： 螺桿式
堆密度 1.03~1.07g/cm
計(jì)算收縮率 0.3~0.8％
預(yù)熱溫度 80~85℃
預(yù)熱時(shí)間 2~3h
料筒溫度 200~210℃（后段）
210~230℃（中段）
180~200℃（前段）
噴嘴溫度 180~190℃
成型溫度 200~260℃
模具溫度 50~70℃
脫模溫度 70~110℃
注射壓力 70~90MPa
成型時(shí)間 40~70s
螺桿轉(zhuǎn)速 30~60r/min
適用注塑機(jī)類(lèi)型 螺桿
后處理方法 紅外線燈烘箱
后處理溫度 70℃
后處理時(shí)間 2~4h
2.3建模分析的塑件體積：
V=18631.4869mm^3
2.4注射機(jī)的選擇
注塑成型機(jī)按機(jī)構(gòu)形式可分為立式、臥式、和直角式三類(lèi)。該模具采用臥式成型機(jī)其優(yōu)點(diǎn)是機(jī)體較低容易操縱和加料，制件頂出后可自動(dòng)墜落，故易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作。
注塑機(jī)的最大注塑量G（額定注塑量G）和額定鎖模力Fm應(yīng)滿足：
其中—注射系數(shù)，在此取0.75。
。（該數(shù)值在主要尺寸校核計(jì)算中可以得到）
其主要技術(shù)參數(shù)如下：
項(xiàng)目 SZ-200/1000
結(jié)構(gòu)形式 臥
理論注塑容量（cm） 210
螺桿直徑（mm） 42
注塑壓力（MPa） 150
注射速率（g/s） 14
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min） 10-250
鎖模力（KN） 1000
拉桿內(nèi)間距（mm） 315315
移模行程（mm） 300
最大模具厚度（mm） 350
最小模具厚度（mm） 150
鎖模形式 雙曲肘
模具定位直徑（mm） 125
噴嘴球半徑（mm） SR10
噴嘴口孔徑（mm） 3.5
3. 塑料制件在模具中的位置與澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1型腔布局
為了制模具與注塑機(jī)的生產(chǎn)能力相匹配，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性，并保證塑件精度，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確定型腔數(shù)目。由于多型腔模具的各個(gè)型腔的成型條件以及熔體到達(dá)各型腔的流程一致易取得一致，所以塑件精度不高時(shí)一般采用多型腔模具。
在塑件設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)考慮成型面的形狀和位置，否則無(wú)法用模具成型。在模具設(shè)計(jì)階段，應(yīng)首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結(jié)構(gòu)。分型面設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)塑件質(zhì)量、工藝操作難易程度和模具的設(shè)計(jì)制造都有很大的影響。因此，分型面的選擇是注塑模設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵因素。
注射分型面一般可以分為四種基本類(lèi)型：
1.制品全部在動(dòng)模內(nèi)成形；
2.制品全部在定模內(nèi)成形；
3.制品同時(shí)在動(dòng)、定模內(nèi)成形；
4.制品在多個(gè)瓣合模塊中成形；
具體采用分型面類(lèi)型要根據(jù)制品的幾何形狀、澆注系統(tǒng)、脫模機(jī)構(gòu)，以及制品質(zhì)量要求等因素綜合地加以考慮。
如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時(shí)一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則：
1.分型面應(yīng)選擇在制品的最大截面處，否則，制品無(wú)法脫模，在選擇分型面時(shí)，這是首要原則；
2.盡可能使制品留在動(dòng)模一側(cè)，因?yàn)樽⑸錂C(jī)的推出機(jī)構(gòu)設(shè)置在動(dòng)模一側(cè)，制品留在動(dòng)模一側(cè)有利于脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)置；
3.有利于保證制品的尺寸精度；
4.有利于保證制品的外觀質(zhì)量滿足塑件的外觀質(zhì)量；
5.盡可能滿足制品的使用要求；
6.盡量減少制品在合模方向上的投影面積，以減小所需鎖模力；
7.長(zhǎng)型芯應(yīng)置于開(kāi)模方向；
8.有利于排氣；
9.有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)；
10.在選擇非平面分型面時(shí)，應(yīng)有利于型腔加工和制品的脫模方便。
該塑件在進(jìn)行塑件設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)充分考慮了上述原則，再根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)形式，選定模具的分型面如圖所示
圖2 塑件圖
型腔數(shù)量的確定，應(yīng)根據(jù)塑件的幾何形狀及尺寸、質(zhì)量要求、批量大小、交貨期長(zhǎng)短、注射機(jī)能力、模具成本等要求來(lái)綜合考慮。一般來(lái)說(shuō)，精度要求的小型塑件和大中型塑件以及復(fù)雜塑件優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，對(duì)于精度要求不高的小型塑件，形狀簡(jiǎn)單，又是大批量生產(chǎn)時(shí)，若采用多型腔模具可提供獨(dú)特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。該塑件體積小，加工精度要求不高，且為大批量生產(chǎn)，理論上可以采用一模多腔的形式。考慮到該塑件需要側(cè)抽芯且抽芯距離較長(zhǎng)，初步定為一模兩腔的模。
圖3 型腔ug圖
在模具中型腔成對(duì)稱(chēng)布置，這樣有利于提高兩邊的制件的表面質(zhì)量，已經(jīng)均勻的收縮率。
一模多腔時(shí)，型腔在模板上通常采用圓形排列，H形排列，直線形排列以及復(fù)合排列等。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：
1.盡可能采用平衡式排列，以便構(gòu)成平衡式澆注系統(tǒng)，保證質(zhì)量的均一和穩(wěn)定；
2.型腔布置和澆口開(kāi)設(shè)部位應(yīng)力求對(duì)稱(chēng)，以便防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象；
3.盡可能使型腔排列得緊湊，以便減小模具的外形尺寸；
4.型腔的圓形排列所占的模板尺寸大，雖有利于澆注系統(tǒng)的平衡，但加工困難。
綜上所述，根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)采用平衡式排列，如下圖所示：
圖4 塑件布局圖
3.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.2.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則
澆注系統(tǒng)有主流道、分流道、澆口、和冷料穴四個(gè)部分組成。其設(shè)計(jì)原則包括以下幾個(gè)方面：
1.排氣良好；
2.流程短；
3.防止型芯和嵌件移位和變形；
4.整修方便；
5.防止塑件翹曲變形；
6.澆注系統(tǒng)的截面積和長(zhǎng)度應(yīng)盡量取最小值；
7.保證型腔填充；
3.2.2主流道設(shè)計(jì)
直澆口式主流道垂直于模具分型面，適用于臥式和立式注射模，其設(shè)計(jì)內(nèi)容包括主流道本身的設(shè)計(jì)及其主流道襯套和定位環(huán)設(shè)計(jì)等工作。設(shè)計(jì)原則如下：
1.主流道的尺寸應(yīng)當(dāng)適宜，一般情況下，進(jìn)口端直徑為4~8mm一般要比噴嘴出口直徑大0.5~1mm。
2.為了便于取出主流道凝料，主流道應(yīng)呈圓錐形，對(duì)于ABS塑料一般取2°~4°。
3.主流道出口端應(yīng)有圓角
4.主流道表壁的表面粗糙度應(yīng)小于0.63~1.25.
5.主流道長(zhǎng)度一般小于或等于60mm。
3.2.3分流道設(shè)計(jì)
此模具是多型腔注射模通常需用用分流道，但如果是單型腔可不設(shè)分流道。
分流道如上圖所示。
3.2.4冷料穴設(shè)計(jì)
冷料穴位于主流道出口端。對(duì)于立式、臥式注射機(jī)用模具，冷料穴位于主分型面的動(dòng)模一側(cè)。該模具采用的是冷料穴與Z形拉料桿匹配：當(dāng)動(dòng)模打開(kāi)時(shí)借助頭部的Z形鉤將主流道凝料拉向動(dòng)模一側(cè)，頂出行程中又可將凝料頂出模外。
3.2.5澆口設(shè)計(jì)
澆口是熔融塑料經(jīng)分流道注入型腔的進(jìn)料口，是流道和型腔之間的鏈接部分，也是注射模澆注系統(tǒng)的最后部分。其主要分為直澆口、點(diǎn)澆口、側(cè)澆口、盤(pán)形澆口等九中形式。
該模具采用直澆口其位置一般設(shè)在制品表面或背面，其特點(diǎn)是塑料直接從主流道進(jìn)入模腔，物料流程較短，壓力損失小，但由于尺寸大，冷卻凍結(jié)慢，需要較長(zhǎng)的保壓補(bǔ)縮時(shí)間，還容易在進(jìn)料處產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，并由此導(dǎo)致制品翹曲變形，同時(shí)，澆口凝料留在塑件上，需要進(jìn)行修正。直澆口適用于單腔模具和大型塑件以及高粘度塑料。
澆口部位選擇應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1.避免熔體破裂現(xiàn)象在塑件上產(chǎn)生缺陷；
2.考慮分子取向方位對(duì)塑件性能的影響；
3.澆口開(kāi)在塑件壁厚最厚處；
4.減少熔接痕和增加熔接牢度；
5.防止料流將型芯或嵌件擠外變形；
6.保證型腔充滿；
所以該制品選用的側(cè)澆口，如圖
圖5 側(cè)澆口示意圖
4. 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1分型面的設(shè)計(jì)
模具閉合時(shí)動(dòng)模和定模相配合的接觸表面，叫做分型面。在模具制造不良或鎖模力不足的情況下，模具內(nèi)熔融塑料能通過(guò)分型面濺出，在塑件上形成較厚的飛邊，經(jīng)修整后留下明顯的殘痕。
分型面的選擇是模具設(shè)計(jì)的第一步，分型面的選擇受塑件形狀、壁厚、成型方法、后處理工序、塑件外觀、塑件尺寸精度、塑件脫模方法、模具類(lèi)型、型腔數(shù)目、模具排氣、嵌件、澆口位置與形式以及成型機(jī)的結(jié)構(gòu)等影響。分型面的選擇原則是：脫出塑件方便，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，確保塑件尺寸精度，型腔排氣順利，無(wú)損塑件外觀，設(shè)備合理利用。該模具的分型面分為三種情況：
圖6 分型方式
在A截面，塑料制件位于模具的動(dòng)模部分，有利于使制件更容易的推出，也便于定模側(cè)的加工；在B截面，塑料制件位于模具的兩側(cè)，模具的開(kāi)模力較大，而且易產(chǎn)生飛邊，對(duì)塑料制件的影響較大；在C截面，塑料制件位于模具的定模部分，不利于之間的推出。
所以綜上所述，應(yīng)以B截面為分型面。
4.2注射模的排氣
注射模的排氣是模具設(shè)計(jì)中不可忽視的一個(gè)問(wèn)題，特別是快速注射成型工藝的發(fā)展對(duì)注射模排氣的要求更加嚴(yán)格。
注射模內(nèi)積集的氣體有以下四個(gè)來(lái)源：
1.進(jìn)料系統(tǒng)和型腔中存有的空氣。
2.塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣。
3.由于注射溫度過(guò)高，塑料分解所產(chǎn)生的氣體。
4.塑料中某些配合劑揮發(fā)或化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體。
本模具采用的是在分型面處達(dá)到排氣的效果。
4.3成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.3.1凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模是成型塑件外表面的成型零件，凹模的基本結(jié)構(gòu)可分為整體式、整體嵌入式、和組合式采用鑲拼的結(jié)構(gòu)的凹模，對(duì)于改善加工工藝有明顯好處。其具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
1.簡(jiǎn)化凹模型腔加工，將復(fù)雜的凹模內(nèi)形體的加工變形成鑲件的外形加工，降低了凹模的加工難度。由于成型鑲塊的尺寸容易測(cè)量，凹模型腔的形狀尺寸精度比較容易保證。
2.尺寸較大或變形比較復(fù)雜的凹模型腔采用鑲拼結(jié)構(gòu)后，由于各部分成型鑲塊尺寸較小，熱處理工藝將變得比較容易，熱處理變形也會(huì)減小。凹模中使用鑲件的局部型腔有較高精度、經(jīng)久耐磨性并可置換。
3.可節(jié)約優(yōu)質(zhì)塑料模具鋼，尤其對(duì)于大型模具更是如此。
4.在保證鑲拼接縫不發(fā)生溢料的前提下，可以利用拼縫間隙排氣。
模具凹模示意圖模具如下：
圖7 凹模示意圖
4.3.2凸模和型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模和型芯都是用來(lái)成型塑料制品的內(nèi)表面的成型零件，兩者沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)別。一般來(lái)講可以認(rèn)為凸模是成型整體內(nèi)形的模具零件，而型芯多指成型制品上某些局部特殊內(nèi)形或結(jié)局孔、槽等所用的模具零部件，有時(shí)也可以把型芯叫做成型桿。
圖8 型芯示意圖
由于該型芯較長(zhǎng)，所以需要淬火調(diào)制處理，或者用低碳鋼滲碳處理。該型芯需要與推管保證一定的同軸度，和表面粗糙度，而為了有助于固定，所以將螺釘配合推板固定板將鎖緊，使其型芯精準(zhǔn)定位。下面第六部分有工作部分型芯尺寸的的計(jì)算。
5. 結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)
5.1導(dǎo)柱合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
5.1.1導(dǎo)柱設(shè)計(jì)
導(dǎo)柱可以安裝在動(dòng)模一側(cè)，也可以安裝在定模一側(cè)，但等多的是安裝在動(dòng)模一側(cè)。因?yàn)樽鳛槌尚土慵闹餍托径嘌b在動(dòng)模一側(cè)，導(dǎo)柱與主型芯安裝在同一側(cè)，在合模時(shí)可起保護(hù)作用。如圖
圖9 導(dǎo)柱示意圖
5.1.2導(dǎo)套設(shè)計(jì)
導(dǎo)向孔可帶有導(dǎo)套，也可以不帶導(dǎo)套，帶導(dǎo)套的導(dǎo)向孔用于生產(chǎn)或?qū)蚓雀叩哪＞?。無(wú)論帶不帶導(dǎo)套的導(dǎo)向孔，都不應(yīng)該設(shè)計(jì)為盲孔，盲孔會(huì)增加模具閉合時(shí)的阻力，并使模具不能緊密閉合。但這個(gè)模具的導(dǎo)套位于動(dòng)模一側(cè)，這樣可以防止積灰，保證了開(kāi)合模時(shí)的同軸同心的精度。如圖
圖10 導(dǎo)套示意圖
5.2其他結(jié)構(gòu)零部件設(shè)計(jì)
5.2.1推桿
該模具的推出機(jī)構(gòu)為機(jī)動(dòng)脫模，就是模具開(kāi)模后塑件隨動(dòng)模一起運(yùn)動(dòng)，達(dá)到一定位置時(shí)，脫模機(jī)構(gòu)被機(jī)床上固定不動(dòng)的推桿推住，不在隨動(dòng)模移動(dòng)，此時(shí)脫模機(jī)構(gòu)動(dòng)作，把塑件從動(dòng)模上脫下了。這種推出方式具有生產(chǎn)效率高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低且堆出力大等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)塑件會(huì)產(chǎn)生撞擊。
推桿的設(shè)計(jì)原則如下：
1.機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單可靠，推出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要準(zhǔn)確、可靠、靈活、無(wú)卡死現(xiàn)象、機(jī)構(gòu)本身要有足夠的剛度和強(qiáng)度，足以克服脫模阻力。
2.保證止制品不因推出而變形損壞，這是對(duì)推出機(jī)構(gòu)的最基本的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)要真確估計(jì)塑件對(duì)模具粘附力的大小和所在位置，合理地設(shè)置推出部位，使推出力能均勻合理地分布，要讓塑件能平穩(wěn)地從模具中脫出而不會(huì)產(chǎn)生變形。推出力應(yīng)應(yīng)作用在不易使塑件產(chǎn)生變形的部位，如加強(qiáng)筋、凸緣、厚壁處等。應(yīng)盡量避免使推出力作用在塑件平面位置上。
3.推出力的分布應(yīng)盡量靠近型芯（因型芯處的包緊力最大），且推出面積應(yīng)盡量大，以防塑件被推壞。
4.推出脫模行程應(yīng)恰當(dāng)合理、保證制品可靠脫模。
5.若脫出部位需設(shè)在塑件使用或裝配的基面上時(shí)，為了不影響塑件尺寸和使用，一般使推桿與塑件接觸部位處凹進(jìn)塑件0.1mm左右，而推桿端面則應(yīng)高于基準(zhǔn)面，否則塑件表面會(huì)出現(xiàn)凸起影響基準(zhǔn)面的平整和外觀。
注射成型過(guò)程中，型腔內(nèi)熔融塑料因固化包在型芯上，為使塑件能自動(dòng)脫落，在模具開(kāi)啟后就需在塑件上施加一推力。推出力是確定推出機(jī)構(gòu)和尺寸的依據(jù)。
5.2.2復(fù)位桿
復(fù)位桿的尺寸示意圖如下：
圖11 復(fù)位桿示意圖
保證其熱處理后硬度達(dá)到56~60HRC，未標(biāo)注表面粗糙度Ra=6.3。
5.2.3推板固定板
推板固定板的尺寸示意圖如下：
圖12 推板固定板示意圖
保證其熱處理后硬度達(dá)到28~32HRC，標(biāo)注的形位公差t為6級(jí)精度。
6. 確認(rèn)抽芯方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其它尺寸的計(jì)算
6.1抽芯方式
當(dāng)注塑側(cè)壁帶有孔，凹穴和凸臺(tái)等塑件時(shí)，模具上成型該處的零件就必須制成可側(cè)向移動(dòng)的零件，稱(chēng)為活動(dòng)型芯，在塑件脫模前必須先將活動(dòng)型芯抽出，否則就無(wú)法脫模。帶活動(dòng)型芯作側(cè)向移動(dòng)的整個(gè)機(jī)構(gòu)稱(chēng)為側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。對(duì)于成型那些深型腔且側(cè)壁不允許有脫模斜度、深型腔且側(cè)壁要求高光亮的制品，其模具結(jié)構(gòu)也需要側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。
6.11抽芯力的計(jì)算
抽芯距是將側(cè)型芯或側(cè)哈夫塊從成型位置抽到不妨礙塑件頂出時(shí)側(cè)型芯或哈夫塊所移動(dòng)的距離。
而在此塑件中側(cè)壁孔的深度為42.5mm，則型芯部分應(yīng)是孔深度的2倍以上。如下圖所示：
圖13 側(cè)抽距示意圖
所以
6.12抽芯力的計(jì)算
抽芯力的計(jì)算與推出力的計(jì)算相似，注塑成型過(guò)程中，型腔內(nèi)熔融塑料因固化包在型芯上，為使塑件能自動(dòng)脫落，在模具開(kāi)啟后就需在塑件上施加一抽芯力，抽芯力的計(jì)算公式為：
由制件可求得面積A:
綜上所述均取，取0.2。
6.13側(cè)導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
根據(jù)抽芯力Q、斜導(dǎo)柱彎曲力臂L與斜導(dǎo)柱直徑d的關(guān)系計(jì)算可得:
σ——斜導(dǎo)柱許用彎曲應(yīng)力，對(duì)于碳素鋼可取140MPa
a ——斜導(dǎo)柱傾斜角，取20°
取斜導(dǎo)柱直徑為20mm，斜導(dǎo)長(zhǎng)度計(jì)算：斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度主要根據(jù)抽芯距離、斜導(dǎo)柱直徑及傾斜角度的大小而確定。
斜導(dǎo)柱總長(zhǎng)Ｌ為：
L——斜導(dǎo)柱總長(zhǎng)度(mm)
D——斜導(dǎo)柱固定部分大端直徑(mm)
h——斜導(dǎo)柱固定板厚度(mm)
d——斜導(dǎo)柱直徑(mm)
a——斜導(dǎo)柱斜角(°)
根據(jù)設(shè)計(jì)的整體要求這里選用長(zhǎng)度為200mm的斜導(dǎo)柱。為了減小其與滑塊的摩擦，可將其圓柱面銑扁，斜導(dǎo)柱端部常成半球形或錐形，錐體角應(yīng)大于斜導(dǎo)柱的傾角（這里取23°），以避免斜導(dǎo)柱有效工作長(zhǎng)度部分脫離滑塊斜孔之后，錐體仍有驅(qū)動(dòng)作用。如圖所示：
圖14 側(cè)導(dǎo)柱示意圖
6.2確定溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
一般生產(chǎn)ABS材料塑件的注射模具不需要加熱。復(fù)雜的模具需要分為兩部分，一部分是凹模的冷卻，另一部分是型芯的冷卻。而該模具結(jié)構(gòu)略微復(fù)雜，為了便于加工，采用簡(jiǎn)單的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有利于方便加工模具。如下圖所示：
圖15 溫度調(diào)節(jié)流道示意圖
6.3凸模和凹模的工作尺寸計(jì)算
取ABS的平均收縮率為0.5%，塑件未注公差按MT5A公差選取，通過(guò)查《塑料注塑模結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》表4-10 模塑件尺寸公差表（GB/T 14486-1993)。凹模的徑向尺寸由直徑45，40，19，15的圓形尺寸組成，公差分別是0.64,0.56,0.44,0.38，
凹模：徑向尺寸由
可得
深度尺寸由21,20,17.5,3等尺寸構(gòu)成，公差分別是0.44,0.44，0.38,0.24，0.20
深度尺寸由
可得
型芯的徑向尺寸由40,35,10組成，公差分別是0.56,0.56,0.28
型芯：徑向尺寸由
可得
深度尺寸由42.5,21,3組成，公差分別是0.64,0.44，0.20.
6.4滑塊的設(shè)計(jì)
1.滑塊的推出距離必須小于導(dǎo)滑槽總長(zhǎng)的2/3
2.滑塊在導(dǎo)滑槽中的活動(dòng)必須順利；
3.保證滑塊的分型面密合，成型時(shí)不致發(fā)生溢料；
4.側(cè)向性芯或測(cè)向成型模腔從成型為指導(dǎo)不妨礙塑件的脫模推出位置所移動(dòng)的距離稱(chēng)為抽芯(拔)距，用s表示。為了安全起見(jiàn)，測(cè)向抽芯距離通常比塑件上的側(cè)孔、側(cè)凹的深度或側(cè)向凸臺(tái)的高度大2mm-3mm，但某些特殊零件（如繞線骨架），就不能簡(jiǎn)單地使用這種方法，必須作圖計(jì)算來(lái)確定抽芯距離。抽芯力的計(jì)算同脫模力計(jì)算相同；
5.內(nèi)側(cè)抽芯斜滑塊的端面不應(yīng)高于型心端面，而應(yīng)在塑件允許的情況下低于端面0.05～0.10mm，否則，推出時(shí)由于斜滑塊端面陷入塑件底面，阻礙謝滑塊的徑向移動(dòng)。另外，在斜滑塊邊緣的徑向移動(dòng)范圍內(nèi)（即L＞L1），塑件上不應(yīng)該有臺(tái)階，以免阻礙斜滑塊活動(dòng)；
6.當(dāng)定模型心的包緊力較大時(shí)，為了避免開(kāi)模時(shí)滑塊隨定模移動(dòng)，使塑件留于定模型心，一般設(shè)有止動(dòng)裝置。
7.為了避免塑件推出時(shí)留在滑塊一側(cè)，動(dòng)模部分應(yīng)有可靠的導(dǎo)向元件；
8.為了防止斜滑塊推出時(shí)滑出導(dǎo)滑槽，斜滑塊應(yīng)設(shè)有定位裝置。
圖16 側(cè)型芯示意圖
6.5導(dǎo)滑槽的設(shè)計(jì)
導(dǎo)滑槽的作用是維持滑塊運(yùn)動(dòng)方向的支撐零件，因此要求滑塊在導(dǎo)滑槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)上下竄動(dòng)和卡緊現(xiàn)象，雖然燕尾槽精度高，但制造比較困難，故模具中多采用矩形導(dǎo)滑槽。該設(shè)計(jì)中也采用矩形導(dǎo)滑槽?；瑝K與導(dǎo)滑槽間上下、左右應(yīng)各有一對(duì)平面是間隙配合，配合精度可選H8/f7或H8/f8，其余各面應(yīng)留有0.5～1.0mm的間隙，導(dǎo)滑槽硬度應(yīng)達(dá)到52～56HRC。
圖17 導(dǎo)滑槽示意圖
6.6鎖緊塊的設(shè)計(jì)
楔緊塊的作用是保證在注射過(guò)程中滑塊能閉合緊密，避免側(cè)向分型產(chǎn)生毛邊，保證塑件尺寸精度，免除斜導(dǎo)柱承受型腔的側(cè)向推擠壓力。在楔角的選取中，鎖緊塊的楔角應(yīng)大于斜導(dǎo)柱斜角，使模具開(kāi)模時(shí)，鎖緊塊的斜面起到讓為作用，否則斜導(dǎo)柱就無(wú)法驅(qū)動(dòng)滑塊起抽拔作用。的適當(dāng)選取不僅能保證讓位作用，避免鎖緊塊與滑塊斜面的磨損，也可防止閉模時(shí)滑塊斜面上端面上邊緣處于鎖緊塊斜面下端邊緣處的干涉撞擊。由于斜導(dǎo)柱與滑塊的斜導(dǎo)柱之間一般都有較大間隙，因此開(kāi)模和閉模運(yùn)動(dòng)時(shí)滑塊的橫向運(yùn)動(dòng)對(duì)縱向運(yùn)動(dòng)都有滯后作用，若選取偏小，閉模時(shí)滑塊和鎖緊塊間就會(huì)發(fā)生上述的干涉撞擊現(xiàn)象。
所以在這里，，，如下圖
圖18 楔緊塊示意圖
7. 主要尺寸的校核
7.1型腔數(shù)量的確定和校核
對(duì)于多型腔注射模，其型腔數(shù)量與注射機(jī)的性能參數(shù)、塑件的精度和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)等因素有關(guān)。由于該模具是多型腔的，對(duì)此就簡(jiǎn)單介紹一下。
1 按注射機(jī)的塑化能力確定型腔數(shù)量N
N≤ (Kmpt/3600-mj)/ms
K--注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8；
mp--注塑機(jī)的額定塑化量，g/h或cm3/h;
t--成型周期，s;
mj--澆注系統(tǒng)和飛邊所需塑料熔體的質(zhì)量或體積；
ms--單個(gè)制品的質(zhì)量或體積；
2 按注射機(jī)的額定合模力確定型腔數(shù)量N
N≤(F1-p1Aj)/(p1AS)
F1--注射機(jī)的額定合模力，N;
AJ--澆注系統(tǒng)和飛邊在模具水平分型面的投影面積，mm2;
AS--單個(gè)制品在模具水平分型面上的投影面積，mm2;
P1--單位投影面積需用的合模力，MPa，可近似取值為熔體對(duì)型腔的平均壓力，參考5-2選取。
3 按注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)量N
N≤(Kmi-mj)/ms
mi--注射機(jī)允許的最大注射量g/cm3等，另外的做法就不在介紹。
7.2最大注射量校核
在一個(gè)注射成型周期內(nèi)，注射模內(nèi)所需的塑料熔體總量mi與模具澆注系統(tǒng)的容積和型腔容積有關(guān)，其值下式計(jì)算：
N--型腔的數(shù)量；
--單個(gè)制品的質(zhì)量（或體積）；
--澆注系統(tǒng)和飛邊所需的塑料質(zhì)量（或體積）。
設(shè)計(jì)注射模時(shí)，必須保證mi小于注射機(jī)允許的最大注射量，二者的關(guān)系為：
由前文可得塑件體積為18631.4869cm^3,ABS密度為1.02~1.05g/cm3。取其密度為1.05g/cm3。而流道凝料的質(zhì)量是個(gè)未知數(shù)，我們可以取塑件質(zhì)量的0.6倍來(lái)計(jì)算，所以注塑量為：
在此式子中，n取2，所以注塑料的體積為
7.3鎖模力校核
注射成型時(shí)，當(dāng)高壓的塑料熔體充滿模具型腔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生使模具分型面漲開(kāi)的力F1，這個(gè)力的大小等于塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和乘以型腔的壓力，即：
--塑料熔體在分型面上的漲開(kāi)力。
根據(jù)建模分析得：
總投影面積A為
求得
塑料熔體在分型面上的漲開(kāi)力應(yīng)小于注射機(jī)的額定鎖模力F1，才能保證注射時(shí)不發(fā)生溢料現(xiàn)象，為了可靠地閉鎖型腔，不使成型過(guò)程中出現(xiàn)溢料現(xiàn)象，該力必須小于注射機(jī)的額定鎖模力，二者關(guān)系為：
FI--注射機(jī)的額定鎖模力。
7.4注射壓力校核
塑料成型所需的注射壓力是由塑料品種、注射機(jī)類(lèi)型、噴嘴形式、塑件形狀和澆注系統(tǒng)的壓力損失等因素決定的，注射壓力的校核就是核定注射機(jī)的額定注射壓力是否大于成型時(shí)所需的注射壓力。同時(shí)，注射壓力與塑料熔體在模具中的流動(dòng)比有關(guān)，對(duì)于初步選擇確定的模具結(jié)構(gòu)，還應(yīng)對(duì)其流動(dòng)比所需的注射壓力進(jìn)行校核，以保證它不超過(guò)注射機(jī)允許使用的最大在注射壓力。
7.5開(kāi)模行程校核
開(kāi)模行程也叫做合模行程，指模具開(kāi)合過(guò)程中動(dòng)模固定板的移動(dòng)距離。注射機(jī)的開(kāi)模行程是有限的，當(dāng)模具厚度確定以后，開(kāi)模行程的大小直接影響模具所能成型制品的高度。塑件從模具中取出時(shí)所需的開(kāi)模距離必須小于注射機(jī)的最大開(kāi)模距離。否則塑料無(wú)法從模具中取出，設(shè)計(jì)模具時(shí)必須校核它所需的開(kāi)模距離是否與注射機(jī)的開(kāi)模行程適應(yīng)。
因?yàn)樵撃＞叩暮夏５母叨葹椋?
=10+40+55+55+40+100+40
=340mm
而推桿固定板和推板的高度分別為30、25mm，墊塊為100mm，所以該模具的開(kāi)合模行程為
開(kāi)模行程大于24mm,制件可以順利取出。
8.繪制模具總裝圖和主要零件圖
由以上設(shè)計(jì)，可得到模具的總裝圖和主要零件圖（見(jiàn)附圖）。其工作過(guò)程可簡(jiǎn)單概括為：模具閉合一模具鎖緊一注射一保壓一補(bǔ)塑一冷卻一開(kāi)模一推出塑件。
圖19 油管接頭ug裝配圖
9.結(jié)束語(yǔ)
設(shè)計(jì)做到這里，差不多就要收尾了，心里的感覺(jué)是無(wú)法用語(yǔ)言表達(dá)的，熬了那么多天，想起為了一個(gè)數(shù)據(jù)在圖書(shū)館查資料時(shí)的忙碌情景，雖然很累，但過(guò)的踏實(shí)、充實(shí)。
本設(shè)計(jì)涉及的課程很多，涉及到機(jī)械制圖、塑料注射模結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)、互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械工程材料及熱處理、CAD繪圖等相關(guān)課程的知識(shí)。這些課程的學(xué)習(xí)，為這次課程設(shè)計(jì)做了很好的準(zhǔn)備?；A(chǔ)課和專(zhuān)業(yè)課，它們?yōu)槲业脑O(shè)計(jì)做了前提，它們是我設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)和知識(shí)基點(diǎn)，它們?yōu)槲疫@次設(shè)計(jì)的順利進(jìn)行起到了很好的鋪墊作用。同時(shí)由于這次設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)這些知識(shí)的溫習(xí)、鞏固，我受益匪淺。
這次實(shí)踐是對(duì)自己大學(xué)所學(xué)的一次大的檢閱，使我明白了自己知識(shí)還很淺薄。雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長(zhǎng)，以后更應(yīng)在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有所貢獻(xiàn)的人。
致 謝
首先感謝原國(guó)森老師，他對(duì)我的仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議。老師淵博的知識(shí)，誠(chéng)懇的為人，使我受益匪淺，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，特別是遇到困難時(shí)，給了我鼓勵(lì)和幫助，在這里我向他們表示真誠(chéng)的感謝！
感謝母?！幽蠙C(jī)電高等專(zhuān)科學(xué)校的辛勤培育之恩！感謝材料工程系給我提供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，掌握了一定的操作技能。
感謝和我在一起進(jìn)行課幫助我畢業(yè)課題研究的同窗同學(xué)，和他們?cè)谝黄鹩懻?、研究使我受益非淺。
最后，我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí)、生活中認(rèn)識(shí)了很多可敬的老師和可親的同學(xué)，并感激師友的教誨和幫助！
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