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1、四通水管接头塑胶模具设计1. 引言1.1. 注塑模具的发展 我国模具产业在国家政策和一系列措施的支持下迅速地发展，年均增长率呈上升的趋势。但在塑胶模具产业行业，中国与国外产品还有较大的差距。在引进的塑料模具模具大多是高科技，如高精密模具，大型模具。随着消费者要求表面更光滑、成型周期短、价格便宜，这必然会促使技术的提高，从而带动塑料模具行业的发展。塑料外壳模具，以电视为例。其准确性从以前0.05mm到现在的0.005mm，制造周期从以前7个月缩短至3个月，并且使用寿命从过去的10万次到现在的60万次。从电视机外壳模具的例子可以看出，寿命、精度、周期已经成为衡量模具好坏的一个发展方向。目前我国使用
2、最广的模架是冷冲模架，注塑模架和推杆管这三款产品的全国最大的标准模具。例如，注塑模具，目前全国20十亿元产值，根据国内塑料注射模具约30十亿元，而实际的需求并没有达到了国内市场的规模，其主要原因是，模具厂家的老观念，注塑模具与自我的比例较高，很少购买。制造商将不会重复购买的商品应规范化，延长了模具的生产周期，这是不利于修复。许多相关的模具标准件，并没有相关的国家标准，并因此努力发展模具标准件是势在必行。机械模具论文上需要一定的帮助指导或者需要整套CAD图，甚至“定制论文”。QQ：32479600091.2. 选题背景模具工业在现代工业生产中的地位举足轻重，随着塑料行业在各个行业所占的比重不断增
3、加，而且在制造各塑件时需要根据不同的要求设计出不同的模具，这必然需要更高的技术。怎样在如此竟然激烈的市场下生产高精度、价格便宜、生产周期短的产品，关键在于采用先进的技术。塑料管材与传统的铸铁管道相比，它具有耐腐蚀、质轻、强度高、耐磨、耐腐蚀、环保、使用寿命长、易于加工、安装和维护简便等优点，它被广泛用于建筑行业、工业和农业，主要用于液体的输送、燃气的输送、农业灌溉。近年来，随着建筑、农业、工业的不断发展，自然也会对塑料管材的需求不断增加，呈现出快速发展的形势。与此同时，消费者的消费观念也会不断增强，对产品的要求更加高。当要求不断提高时，自然会促使塑料管道行业的技术不断进步，企业规范不断完善，新
4、材料、新功能的结构的产品不断涌现，使该领域向前进一步拓宽。 本次所选的课题是四通管接头注射模设计，课题紧贴生活，平时对四通管有一定的了解，课程模具设计让我们有了一定的模具基础，再加上有老师的指导，我相信我可以胜任此毕业设计。 通过对模具的设计，很好地将课本知识运动到实际当中，在设计过程，对于材料的选用和加工，加深了对工程材料的认识，拓宽了自己的机械视野。1.3. 课题的主要研究内容通过对四通管结构和材料认真分析，选定塑料为PP材料，其结构上做出了一模两穴的整体布置。 从工件本身来看，有四个通孔，即有四个型芯，上下通孔可以通过动、定模来分型，边上两个孔通过斜导柱进行侧向分型。 由于本次设计中空腔
5、深度较大，抽芯力大，所以使用侧向抽芯液压缸。在这次设计中要求塑件的外观美观，而且不能有明显的裂痕，所以采用点浇口，当使用点浇口时，塑件会自动浇口处切断。而且分型面的选择能够为后面的工作带来方便，另外，如何使斜导柱与模具的各个部分协调运行，避免干涉，成了一大难题。2. 塑件分析2.1. 明确塑件设计要求 四通管平常用于连接管道的流通，它要求使用寿命长，因此需要具备不易于与其他化学物质发生反应的稳定性能，同时要具备耐磨的特性，表面质量要求较高。模具使用寿命开合次数30万次，公差控制在0.05mm，不允许变形、飞边、凹陷、气泡、缩水、花纹等缺陷存在。如图2.1所示， 图2. 1 四通管塑件2.2.
6、塑件材料分析表2. 1 PP主要参数收缩比1.02.5%比重0.9020.906,质轻融化温度220275模具温度4080注射压力100130Mpa注射速度高温低速 塑件材料为PP（聚丙烯），无毒、无味的聚合物，质轻，吸水率很低。它具有结晶度搞，力学性能好，拉伸强度可以达到30MA以上，而且具备良好的抗弯曲疲劳，可以经过多次的弯折；具有良好的热性能，最高温度150度也不变形；具有稳定的化学性质，除了硫酸和盐酸外，几乎不与其他化学物品发生反应，所以PP适用于各种管道的输送；具有耐腐蚀、绝缘性好和耐老化。但是，PP的缺点有：相比其他材料难于着色。半结晶性材料，成型收缩较小，质轻，绝缘性好，其有较强
7、的冲击强度，良好的表面刚度和抗划痕特性，对水的化学性能稳定，所以常用作输送冷热水的管材。2.3. 塑件结构工艺分析 整体分析塑件，有四个通孔，上下通孔可以通过动、定型芯来成型，对于侧面两个通孔，需采用侧向抽芯，由于抽芯距离较长，在设计模具时，设计的关键是如何很好地使侧抽芯与各部件配合运行。由于本次设计中空腔深度较大，抽芯力大，所以使用侧向抽芯液压缸。用于高精度的具体尺寸要求，可以制造精度和材料及成型过程控制的表面粗糙度，实现严格的控制，在精度范围内其他尺寸的控制，尽可能满足工艺要求。此次设计选择一模两穴进行注塑，只要小批量生产。查阅资料可知：此次塑件的壁厚为3mm，公差等级MT4，分别为28和
8、，脱模斜度大约在2545。因为是侧向分型和抽芯机构，开模后塑件会留在动模上，最后通过推杆推出塑件。3. 注射机的选用3.1. 零件的体积及质量估算 因为塑件有四个通孔，属于轴对称物体，上下通孔通过定、动模型芯共同作用成型，边上两个孔通过斜导柱进行侧向分型，塑件材料为PP塑件：，,浇注系统：,注射单次总体积：（cm）注射单次总质量：（g）3.2. 初选注射机通过上述计算，初选注塑机型号，根据塑件成型的数量和设备的使用情况，选定型号为XS-ZY-125。表2. 2 注塑机主要参数额定注射量/ cm3125螺杆直径/42拉杆间距/mm260X300注射压力120锁模力/KN900最大模具厚度/ 最小
9、模具厚度/300200模板行程/300喷嘴球半径/12喷嘴孔半径/44. 模具设计4.1. 型芯和型腔的计算 塑料材料是聚丙烯，接触到的收缩率的相关数据为1% 2.5%，平均收缩率为1.75%。1、计算塑件型腔尺寸。由公式可以得出：（L）= = = =28.222、计算塑件型芯尺寸。由公式可以得出：（l）= = = =4.2. 选择分型面 如何选好一个分型面，关系到后面工序能不能简单地进行，如果分型面选错了，在设计上就会走很多弯路。 根据塑件的结构特征，本次采用单分型面，它是一种最基本、简单的结构形式，适用于成型塑件，加工方法方便，所以应用广泛。 从下图可以看出，分型面选择在塑件的最大截面，能
10、减小锁模力，而且是塑件成对称分布，使模具简化易于制作，同时可以看出，塑件上端孔可以通过定模和定模型芯分离，当分离后，推管将推出在动模上四通管。 图4. 1 分型面4.3. 浇注系统的设计 浇注系统的流道设计尤其重要，它将熔融的塑料流入型腔，为了获得高质量的塑件，从而获得质量高、光滑的塑件外形，不会产生变形、沙眼、气泡和缩水等不良现象，同时还要注意凝料的推出切断、排气的流畅、热量的损失和流道的顺畅，因此，为了提高塑料精密度，需要仔细设计一个良好的浇注系统。为了使塑料熔体能够流畅流进，主流道的形状选用为圆锥形。 1、主流道设计如下图所示，主要参数为：d=注塑机碰嘴进料口直径+（0.51）mm=5m
11、m；前端球面半径=12mmR=球半径+（12）mm=14mm；锥角=26；粗糙度R 图4. 2 主流道 2、分流道设计模具的热量和压力是影响塑件的重要因素，为了使热量和压力在流动过程中的损失尽量减少，同时，它在改变塑料流向起到重要作用，分流道的设计至关重要。 为了尽可能让热量损失小，流道中塑料流动的阻力比较小，横截面积应尽可能小，选用U形的分流道，开设在动模流道侧。通过计算得宽度b=6mm，半径mm，深度mm。分流道选用一次分流道，因为塑料要在流道上迅速而平稳地流动，所以分流道选用较高的粗糙度R =1.6 m，同时它在分型面上选择平衡式的布置。 图4. 3 分流道 3.浇口设计浇口的安装设置关
12、系到塑件成型后的质量，其大小、位置和形式都需要经过计算和试模后最终确定。本次设计工件表面要求比较高，所以采用点浇口，注塑机将熔融的塑料经过开设在定模部分的圆形截面进入型腔里面。图4. 4点浇口结构 如上图所示，点浇口整体结构，注塑机将塑料从浇口两边注入，浇口位置比较隐瞒，因此浇口比较难加工，而且注塑机在注塑时压力过大会造成浇口的堵塞。本次设计浇口在动模板，可以很好地解决上述问题，能够保证四通管的质量，而且这种浇口可以成型后能自动切断浇口。4.4. 推出机构的设计 在选用推出机构时，要根据塑件的形状和壁厚来选定，而且还要明白其选用原则。 推出结构的选用原则：1.尽量设计在动模一侧2.要注意在推出
13、塑件时不能将其压坏3.要将塑件整体外形保持完好4.各机构互不影响，能够流畅运行 本次设计是壁厚为3mm的轴对称圆形四通管，选用推管作为推出机构，当开模结束后，留在动模的塑件在推管的作用下将其推出。 图4. 5 推管 从图4.5可以看出，推管设置在动模一侧，动模型芯安装在推管直径为6mm的通孔上，在凹槽上可以上下运动以此来实现动模的成型。成形后，在推管的作用下，将塑件推出。 为了使模具系统能够进行自动循环的机构，需要在系统中安装复位杆，它对称分布在推管固定板上。这次将安装=10mm，L=135mm的复位杆，其高度与分型面平齐。当开模时，在推管固定板的作用下，复位杆向上运动，当上升到极限时，它会高
14、于分型面，高于分型面的距离就为它的推出距离。当闭模时，复位杆会先与定模板接触，在定模板的作用下，会使推管往回运动，从而整个系统就会回来原来的位置，这是复位杆复位，与分型面高度平齐。图4. 6 复位杆的位置 4.5. 侧向机构设计 当塑件侧面有孔时，需要通过注塑机的力，经传动装置改变运动方面，将侧面的型芯抽出。 本设计中，塑件有四个通孔，上下通孔通过定、动模型芯来实现成型，边上两个孔通过斜导柱进行侧向分型。由于本次设计中空腔深度较大，抽芯力大，考虑到经济性，所以使用侧向抽芯液压缸。斜导柱会与定模板合并使用，所以侧向分型开设在定模上。 1.组成：1、运动部件；2.锁紧部件；3.侧向成形部件；4，限
15、位部件；5.传动部件2.工作原理：如图4.7所示，开模时，动模部分会向左运动，侧滑块会再斜导柱的作用下做侧向抽芯。当开模完成后，斜导柱会滑出锁紧块，在弹簧的作用下，侧滑块会被顶在极限槽的位置。闭模时，在斜导柱的作用下，会使锁紧块复位。图4. 7 侧向机构4 2、抽芯力计算 F-脱模力(推出力），N。-包紧力，取1X10Pa。-成型部分面积，m。 -摩擦系数，一般取=0.1-0.3。-脱模斜度， （)。F=1004.8=1004.8N3、抽芯距离计算s=s+k式中，s-抽芯距离，mm s -塑件到分型面的厚度，mm； k-安全值，一般取23mm。s=30+2=32mm4、斜导柱的设计斜导柱直径的
16、计算-直径，mm-抽拔力，NH-弯曲力臂，H=21mm-斜导柱的倾斜角，（）-许用弯曲应力，取3Pa得到dmm，取d=20mm。斜导柱总长度的计算总长度为：，其长度分布如下图所示： 图4. 8 斜导柱的尺寸计算4根据三角函数关系得：L=mm式中，-总长度，mm -斜导柱抽拔角, （） d-固定部分最大直径，mm h-固定板厚度，mm d-工作部分直径，mm s-侧向抽芯距离，mm根据上式代入数据得：L=mm mm取斜导柱的总长度为：L=155mm 机械模具论文上需要一定的帮助指导或者需要整套CAD图，甚至“定制论文”。QQ：3247960009图4. 9 斜导柱主要尺寸 如图所示，斜导柱可以分
17、成3个部分，他们分别为斜导柱的工作长度、固定在定模板的长度和导入部分。，。 导入部分的斜角，通常取,所以。斜导柱的设计选用T10钢的材料，因与侧滑块要反复工作要求、配合精度和整个模具系统的挤压，斜导柱要求具有一定的强度，所以热处理硬度和表面粗糙度分别为：5560HRC和Ra=0.8m。5、锁紧块的设计锁紧块有不同的形式：销钉、螺钉固定的形式；楔紧块形式；双锁紧形式；整体式锁紧形式。本设计中，由于是侧向抽芯，在连接定模和动模时需要锁紧块的有一定的刚度，要承受较大的侧向力，因此采用楔紧块配合镶入模板中的形式，优化结构，便于加工。在闭模时，锁紧块用于承受塑件成形时所产生的侧向力，以避免侧滑块被推出。
18、在开模时，为了使锁紧块能快速的离开侧向分型机构，需要在锁紧块上面设计一定的倾斜角。锁紧块的倾斜角取20。图4. 10 锁紧块6、侧滑块的设计四通管属于形状比较简单，因此选用整体式侧滑块结构。 （1） 滑块宽度C和高度B的确定。机械模具论文上需要一定的帮助指导或者需要整套CAD图，甚至“定制论文”。QQ：3247960009图4. 11 侧滑块尺寸4（2） 滑块尺寸的确定尺寸为侧向抽芯中心到滑块底部的尺寸，本设计所选用的是单个侧向抽芯，的尺寸为B、C的中心，可得：=19mm尺寸为T形导滑部分的厚度，为了是滑块平稳地滑动，一般取820mm，因为所选用的固定板比较薄，取=8mm（3） 滑块尺寸的确定
19、（4） 滑块长度的确定取510mm取1025mm为了滑块能够平稳运动，L要满足下面公式要求：mmmm满足要求 图4. 12 侧滑块主要结构而下面是侧滑块的滑动方式，导滑部分与动模板结合在一起，能使侧滑块固定，为了保证测抽芯的精度，滑块只能沿着轨道方向运动。图4. 13 侧滑块滑动方式 7、滑块定位装置的设计滑块的定位形式有不同形式：弹簧拉杆挡块式，它主要使用在向上方向的侧向抽芯弹簧顶销式。本设计中，由于侧向抽芯的方向是左右方向，再加上为了定位准确性，采用弹簧顶销式，并且把顶销换成直径7mm的钢珠。机械模具论文上需要一定的帮助指导或者需要整套CAD图，甚至“定制论文”。QQ：3247960009
20、图4. 14 定位装置 4.6. 合模导向机构为了定、动模能很好的配合，系统就需要安装导柱导套来定位如下图所示： 图4. 15 定位装置41.导柱的设计导柱具有定位和导向的作用，而且需要承受一定的侧向压力，所以它通常设计在型芯高出分型面较多的一侧。 图4. 16 导柱尺寸计算4 本设计中，d的直径选用20mm，为了避免型芯先进入型腔而导柱未来得及导向，所以导柱导向部分要比凸模端面高出8mm，由于定模板和动模板的高度都为60mm，L=120-8=112mm，为了使导柱能顺利进入导向前端设置成半圆球形状。导柱的结构如下图所示：图4. 17 导柱结构导柱在模具系统中的位置如下图所示：图4. 18 导
21、柱的位置2.导套的设计 根据定模扳和导柱的尺寸，可以得出导套L=60mm，内径d=20mm，前端应倒内、外圆角。因为导柱导套是标准件，在选定导套长度和直径后，得知其壁厚为4mm，与套住工作的长度为50mm，材料与导套想吐，固定和导向部分的表面粗糙度相同，=0.8。为了增加大搜涛牢固性和不被拉出，导套与定模扳之间采用过盈配合，必要时在导套用螺钉固定如下图所示：图4. 19 导套结构4.7. 排气系统的设计 在注塑成形过程为了使模具中的气体及时排除而不产生气孔、气泡、裂痕、轮廓不清、填充不完成的缺陷，就必须要开设排气系统。分析四通管，属于小型塑件，有侧向合模机构，不用单独设置排气槽，因此直接通过分
22、型面排气，这即可靠又简单。4.8. 温度调节系统设计 为了使注塑件能具备良好高质量和生产率，我们需要在模具中开设温度调节系统。对于塑料流动性差和热固性塑料，一般需要较高的温度，然后安装加热装置。而对于一些对温度要求不高和流动性好的塑件，一般使用冷却水道。 同时，还要注意：1.模具的温度波动，当温度的波动大时，会使塑件的收缩率发生较大的变化，这会影响到塑件的尺寸精度。2.型腔和型芯的温度差，当温度差较大时，会导致塑件成型不均匀，这会造成塑件外观变形。3.模具的温度过高，会造成塑料在流道中膨胀，当塑件成型脱落后，整体外形和尺寸发生变化。4.模具的温度过低，会造成塑料在流道中的流动性减弱，使塑件收缩
23、，产生明显的裂痕，塑件脱落后，轮廓不清，力学性能减弱分析整套模具，塑件材料是PP，通过查阅资料可得，PP的模具温度要求低于以下，而且属于小模架，因此无需开设加热装置。四通管的进料方式是从侧面注入，而且属于中等深度的工件，塑料在型腔容易集聚大量热量，如果不能很好地让热量散失，会使工件产生膨胀形变。所以水槽对称设置在分型面两边，靠近塑件的附近，如下图所示： 图4. 20 浇注水道4.9. 模架的选择计算模仁的尺寸（1）各型腔之间钢位B的选取，B一般取1220mm，在点浇口的情况下，一般取2030mm，本设计中取20mm（2）钢材位A之间的空腔表4. 1 A尺寸的参照型腔深度/mmA/mm20152
24、02030202530402530403050塑件的型腔深度为30mm，A取20mm（3）型腔厚度的确定，一般情况下，厚度=型腔深度+（1520）mm=30+20=50mm（4）模仁尺寸，如下图所示：图4. 21 塑件的分布方式表4. 2 模架宽度的选定小模架一边加40mm以上中模架一边加50mm以上大模架一边加60mm以上注：有侧向抽芯机构时：单边加90mm=2A+2D+B+80=220+228+20+80=196mm=L+2A+180=60+220+180=280mm所以模具的尺寸L=300mm,W=250mm，模具闭合厚度mm。模架整体结构简单、紧凑，易于运行，为了能使模具能顺利运作，要
25、注意干涉的现象。 图4. 22 模架结构4.10. 总装配图 整个系统的装配图如图所示，在计算好参数、选定模架后和各模具的零部件后，其整个工作过程为：开模时，在外力作用下，动模板以下的机构会往下运动，斜导柱这是会受到一个往侧面的力，从而带动侧滑块运动，由于锁紧块是与侧滑块互相接触作用，侧滑块会沿着斜下的方向运动。在推板和推管固定板的作用下，会促使复位杆、推管、拉料杆往上运动，从而将塑件推出。闭模时，在外力作用下，动模板以下的机构会往上运动，由于复位杆高于分型面，会先与定模板接触，在定模板的作用力下，复位杆复位。在推板和推管固定板的作用下，会使推管复位。这是斜导柱会都到一个往里面的力，从而促使侧
26、滑块复位，当动模板与定模板接触时，完成一次闭模运动。 图4. 23 总装配图5. 模具与注射机的和校核5.1. 最大注射量校核在校核注塑机时，我们首先校核其注射量，要保证注射满塑件所需的注射量小于或等于注塑机的对大注射量nm+mKm 式中 n型腔的数量； 塑料填满浇注系统的体积,cm m塑件体积，cm m最大注射量，cm K取0.8所以注射机的选择满足要求5.2. 锁模力的校核F=p（nA+A）F式中，F塑料的涨开力，N； p塑料熔体对型腔的成形压力，PP一般去20-40MPa，取30MPa n型腔的数量； A投影面积，mm； A浇注系统投影面积，mm； F额定锁模力，N。F=p（nA+）=3
27、0）=99.21KN900KN可见，符合要求。5.3. 最大注射压力的校核P在公式中， P-额定注射压力 -塑料成形压力，MPa；PP取30MPa； -=1.3。代入数据得：=1.330=39MPa故符合要求。5.4. 模具厚度校核 H+5HH-5 H-最小厚度，（mm）； H-闭合厚度，（mm）； H-最大厚度，（mm）。代入数据得： H=280 mm 满足 H+5HH-5 205280295故符合要求。5.5. 开模行程的校核SH+H+（510）mm式中 S - 开模行程，（mm）； -推出间隙，（mm）； -塑件高度，（mm）。计算得： H+H+（510）=60+30+10=100 mm
28、因为所选的模架的开模行程为：S=300mm，所以满足要求。经过以上的计算校核，所有条件都符合要求，所以选用的注塑机XS-ZY-150合理。总结 毕业设计我选择的题目是四通管接头注塑模设计，而在设计的过程，不只是运用到模具方面的知识，而且还有其他大学相关课程的知识。比如，在模具零件之间的配合方面，我运用到了互换性与技术测量；在选用材料和加工方法方面，运用到了工程材料和机械制造；在对整个系统的受力分析，运动到了机械原理。机械的知识都是一脉相承，一环扣一环，通过对知识的梳理，不仅可以提高自己的专业基础知识，而且还可以提高自己的动手能力。 本次模具的设计由于分型面的选择比较合理，这为后面的工作带来了方
29、便。再根据塑件的外形尺寸，合理地安排好在模具中的位置，计算出其模仁的尺寸，就可以很快的选定模架。当选定好模架后，定模扳、动模板的尺寸都随之而出，这为后面计算模具各零部件带来了方便。从选材到最后螺钉的选用，我明白了材料的特性、用途和加工方法，而且我觉得工程材料是机械行业要掌握的最基本的知识。由于模具需要侧向分型与抽芯，这也是本设计过程中的难点，一开始在接触侧向抽芯的时候，会显得无从下手，也不知道这机构是怎么个运行。查阅很多模具相关的资料后，很快就掌握了侧向分型的原理和技巧。本模具共设计了两块侧滑块，经过计算后，能很好地与斜导柱运行，这使得模具机构中的难点迎刃而解。在使用CAD出图时，在选定合适的
30、模架后，我先设计出模具的总装配图，在画装配图遇到不会的时候，耐心请教老师及其通过三维软件的帮助下，大致画出框架，再在原来的框架上不断地修改，力求画出完整的图纸。当装配图画好后，再通过装配图和参考相关资料设计出各零部件。通过描绘CAD图纸，让我很好地熟悉了CAD的各个功能，而且CAD也是作为一个机械学生来说必须学会的软件，这位以后的就业带来了方便。 这次毕业设计让我真正体会到理论与实践相结合，也让我这个准备出社会的毕业生清楚地发现自己的专业知识不牢固，常常听人说，做机械的越老越值钱，我也坚信这一点。虽然自己未来不一定从事模具这一行业，但我会将做毕业设计的这个劲放到自己所从事的工作上。参考文献1 濮良贵. 机械设计M.北京：高等教育出版社,2001.2 肖爱民. 沈春根. 塑胶模具设计与制造完全自学手册M.北京：希望电子出版社，2006.3 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计M.北京：高等教育出版社，2006.4 田光辉.林红旗. 模具设计与制造M.北京：北京大学出版社,2011.5 廖念钊. 互换性与测量技术基础M.北京：中国计量出版社，2010.致 谢在田君老师的指导下，我能按进度顺利地完成毕业设计，在此表示深深的感谢，也希望这次所学的知识能在日后的工作中运用到。
