在模具材料、加工技术、加工设备的区别上，还表现在对 CAD/CAM/CAE 技 3
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术的应用上，目前模具发达国家已经将 CAD/CAM/CAE 技术贯穿于模具制造的整个环节，而 我国的模具企业对 CAD/CAM/CAE 的技术要求的应用仅限于大型模具企业中，而且也集中在 CAD/CAM 技术上，而对于 CAE 技术的应用目前还处于起步阶段，注射魔 CAE 技术是一们以 CAD/CAM 技术水平的提高为发展动力，以高性能计算机及图形显示设备的推出为发展条件， 以计算力学中的边界元、有限元、结构优化设计及模态分析等方法为理论基础的新技术。 它的发展实际上包含了计算机技术、塑料溶体流动理论、有限元方法的完善。注塑溶体流 体理论的研究始于 20 世纪 60 年代， 美国、 英国、 加拿大等国的学者如 J.R.Pearson （英） 、 J.F.Stevenson（美）、M.R.Kamal（加）、K.K.Wang（美）等开展了一系列有关塑料溶体 在模具型腔内列动与冷却的基本研究。然后，许多研究者对一维流动进行了大量研究，主 要是计算塑料溶体在等直径圆管，中心浇口的圆盘以及端部的矩形型腔中的流动过程。20 世纪 70 年代完成了二维分析程序，20 世纪 80 年代开展三维流动与冷却分析并把研究扩展 到保压分子去向以及翘曲预测等领域，进入 20 世纪 90 年代后开展了成型过程流动、保压、 冷却、应力分析及翘曲的全过程模拟，将各种独立模块有机地结合起来，考虑他们之间的 相互影响，以提高模拟软件的分析精度和扩大适用范围。 1.5 我国塑料模具技术今后的主要发展方向
1、提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。。 2、在塑料模设计制造中全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术。 3、推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。 4、开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。 5、提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。 6、应用优质模具材料和先进的表面处理技术。 7、研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。 [14]
总之，中国的塑料模具具有光辉灿烂的前景。只有那些能够把握机遇、开拓市场、不 断发现新的增长点的模具企业和能够生产高技术含量模具的企业，才能在竞争激烈的市场 中占有一席之地。 4
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第二章 三通接头注塑模设计 2.1 拟订制品成型工艺 2.1.1塑料制品分析
制品原材料选用硬聚氯乙烯，长72mm,外径36m,内径20mm三通接头， 代号（单位） 密度 收缩率 熔点 热变形温度 硬度 ρ/kg.dm ?3 s t( o C) t( o C) HB 表2-1 硬聚氯乙烯的性能指标 经测量体积为 指标 1.35-1.45 0.6-0.8 160-212 54-82 16.2 面投影面积2575mm 2 。硬聚氯乙烯的主要技术指标见表2-1，制件形状见图2-1，2-2。 图2-1 制件 5
毕业设计（论文） 图2-2制品零件图
2.1.2 确定制品的成型方法
采用注射成型。浇注系统的选择：由于所设计的三通接头塑料模件的面积比较大，故 应采用分流道．这样便于塑料的流动，而且三通接头的精度要求比较高，不能留下较大的 痕迹的塑件，所以我们应采用点浇口浇注。 脱模系统的选择：方案(1)推杆脱模机构，方案(2)
推块脱模机构。 推杆制造简单、更换方便、推出效果好。所以我选择推杆来推出此塑件。 2.1.3 工艺参数选定
根据制品结构特点及选定的原材料种类参见《塑料制品成型及模具设计》选定如下表 2-1所示工艺参数： [15]
注塑机类型 预热和干燥 料筒温度t 温度t 时间r(h) 后段 中段 螺杆式 70—90 4--6 160—170 165—180 6
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前段 模具温度t 注射压力p(mpa) 成型时间r(s) 注射时间 高压时间 冷却时间 总周期 螺杆转速n(r/mins) 表2-2 工艺参数表
170--190 30--60 80--130 115—60 0—5 15—60 40--130 28 2.2 拟定模具结构方案 2.2.1 选择制品的分型面
分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需 要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平 行或倾斜。可分为五种（a）水平分型面(b)垂直分型面(c)斜分型面(d)梯形分型面(e)曲线 分型面， (1)便于塑件脱模 ①在开模时尽量使塑件留在动模内; ②应有利于侧面分型和抽芯; ③应合理安排塑件在型腔中的方位。 (2)考虑和保证塑件的外观不遭损坏。 (3)尽力保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等） 。 (4)有利于排气。 (5)尽量使模具加工方便。 本课题中选择水平分型面，如图2-1，2-2中所示制件中心水平面。 2.2.2 型腔布置
由于制件较复杂，带有三个方向侧抽芯，对应模具结构也比较复杂，故选用一个型腔。 7
毕业设计（论文） 2.2.3 确定浇注系统
1 主流道的设计 主流道是一端与注射机喷嘴相接触， 另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。 主流道圆锥角α=2o～6o, 内壁粗 ° 图 图2-3
主流道衬套图 糙度 Ra0.63μm，主流道的大端呈圆角，半径 r=1～3mm ,以减小料流转向过渡时的阻力。 主流道衬套与定模板采用 H7/m6 过渡配合，与定位圈的配合采用 H9/f9 间隙配合。主流道 衬套一般选用 T8、T10 制造，热处理强度为 52～56HRC。主流道衬套的形式，主流道小端 入口处与流向机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计 成可拆卸更换的主流道衬套形式，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。衬套 都是标准件，只需去买就行了。衬套小端直径的规格有φ12, φ16、φ20 等几种 。主要 参数： 锥角 α =3°；内表面粗糙度 Ra=0.63 μm 。 小端直径 D=d+(0.5～1)mm；半径 R 2 =R 1 +(1～2)mm ； 材料 T8A；主流道衬套具体尺 寸如图 4-2 所示。定位圈也是标准件，外径为φ60mm，内径为φ26 mm. 由于主流道要与高 温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套， 以便选用优质的钢材单独加工和热处理。衬套小端直径是 5mm。 具体固定形式如图 4-3 所示： [9]
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毕业设计（论文） 图2-4衬套的固定形式
2 分流道的设计 (1)在多型腔或单型腔多浇口时应设置分流道，分流道地指主流道末端与浇口之间这 一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中空融状态的过渡段。因此分流道设计应满足良 好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小， 能将塑料熔体 均衡地分配到各个型腔。 (2)主分流道长度较长时，分流道尽可能短，且少弯折，便于注射成型过程中最经济 地使用原料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。将分流道设计成直的，总长 60mm, 分流道断面直径 6.5～16mm, 分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U 形和六角形。要减 少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用 流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形 的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，有经验公 式 D=0.2654 m . `4 L = m 是流经分流道的熟料量(g); L 是分流道长度(mm); D 是分流道直径(mm)。 （3）分流道布置，分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置分平 衡式和非平衡式两种。平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状及断 面尺寸都必须相等，达到各个型腔同时均衡进料，以保证各个型腔成型出的塑件在强度、 性能及质量上的一致。该模具采用平衡式布置。如图 2-5。 (4)分流道的表面粗糙度，由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部 位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度 Ra 并不要求很低，一般取 1.6μm 左右既可，这样表在稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮岐固定，从而与中凡 部位的熔体之间主生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热功当 量。实际加工时，用铣床铣出流道后，少为省一下模，省掉加工纹理就行了。 9
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图 2-5 分流道 3 浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状， 数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的 通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直 接浇口，潜伏式浇口等，浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置;浇口应设在制品 壁厚较厚的部位，以利于补缩；浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除；浇口的位置 应选择在能避免制品产生熔合纹的部位；浇口应设在不影响制品外观的部位。不要在制品 中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口。综合选择浇口的要求，我们选择点浇口进行 注塑。 浇口尺寸的计算： 浇口的理想尺寸很难用理想公式计算， 通常根据经验确定， 取其下限， 然后在试模过程中逐步加以修正。一般浇口的截面积为分流道的截面积的 3%-9%，截面形 状常为矩形或圆形，浇口长度为 0.5-2mm，表面粗糙度 Ra 不低于 0.4 μ m 。该模具点浇口直径
为 d=1.2mm,浇口长度 l=1.0mm。
4 冷料穴的设计 冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。其作用就是存放料流前锋的“冷料” ，防止 “冷料”进入型腔而形成冷接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。冷 10
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料穴的尺寸宜稍大于主流道的直径，长度为主流道大端直径。 冷料穴的形式有 3 种： (1)与推杆匹配的冷料穴。 (2)与拉杆匹配的冷料穴。 (3)无拉料杆的冷料穴。 而在这里我们选择 （3） 无拉杆的冷料穴， 如图 2-6
1—定模板 2—分流道 4—动模板 5—小孔 3—冷料穴
图2-6 冷料穴 而无杆拉料穴是在主流道对面的动模板上开一个凹型坑， 再在凹型坑的锥型壁上钻一 深度不大的小孔。脱模时靠小孔作用将主流道凝料拉出，当塑件被推出时，冷料穴都先沿 着小孔轴线移动，然后被全部拨出。 2.2.4 溢流、排气系统的设计
模具中型腔在塑料填充过程，除了型腔中原有空气外，还有塑料受热而产生的气体及塑 料硫化过程中放出的气体等。这些气体如果不能从型腔中顺利排出，就会影响制品的质量在 制品中发生气泡和接痕等现象。所以一般都开排气槽进行排气。排气槽开设的位置,一般情 况在试模过程中才能确定。 排气槽开设位置正确与否， 对制品质量， 成型优劣有直接的影响。 常用开设排气槽的位置一般在:〔1) 在模具分型面上;{2) 在制品最深处和最后成型的地 方;(3) 在浇道对应方向开设。在排气槽设计时，排气槽的宽度一般为4-6mm,深为0.05-0Mmm 左右，一定不可太深，排气槽长度也不宜过长，一般在10-20mm。如果与外界(模外)接通所 引起排气槽，允许开置溢流槽与排气槽接通。 [17]
本系统利用配合间隙和模具分型面自然排气。 11
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2.3 模具主要零件的结构设计 2.3.1 成型零件设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型 杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模 时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低 的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理,有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。 设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选 择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、 装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强 度和刚度校核。成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸。凹、凸模工作 尺寸的精度直接影响塑件的精度。该塑件有需要配合的地方，所以对尺寸的要求比较高。 在该模具中选用3Cr2Mo制造模具。 影响工作尺寸的因素： （1） 塑件的公差：塑件的公差规定按单向极限制， 制品外轮廓尺寸公差取负值“-Δ”， 制品内腔尺寸公差取正值“+Δ”， 制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算，即取“±Δ/2”。 （2）模具制造公差：模具制造公差可取塑件公差的1/3～1/6，即δ2=（1/3～1/6)Δ。 型腔尺寸不断增大，则取“+δz”； 型芯尺寸不断减小则取“-δz”； 中心距尺寸取“±δz”。 （3）模具的磨损量：中小型塑件：最大磨损量可取塑件公差的1/6，即δc= (1/6)Δ, 大型塑件：取(1/6)Δ以下。 型腔底面（或型芯端面，故磨损量δc=0。 （4）塑件的收缩率： 塑件成型后的收缩率与多种因素有关，通常按平均收缩率计算: S=(Smax+Smin)/2 (5)模具在分型面上的合模间隙： 由于注射压力及模具分型面平面度的影响，会导致动模、定模注射时存在着一 12
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定的间隙，产生的飞边厚度一般应小于0.02～0.1mm。 2.3.2 成型零件工作尺寸确定
(1)型腔尺寸 凹模设计成组合式凹模中的凹模底部镶拼式结构。 凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损 会使包容尺寸逐渐变大。因此，
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