塑件工艺分析

分类号 Yuncheng University

学 号 学士学位论文

水龙头注塑工艺与模具设计

学科门类： 机械类 学位申请人： 韩 彪 隶属系部： 机电工程系 指导教师： 黄胜 讲师

申请日期： 2014年6 月

运城学院学士学位论文

摘要

塑料制品在日常社会中得到广泛利用，模具技术己成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具。近年来，我国工业的高速发展对模具工业，对塑料模具提出了越来越高的要求。

塑料制品的成型，可以一次成型形状复杂的精密塑件。本课题就是将塑料水龙头作为设计注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料模型，将注射模具的相关知识作为依据，阐述塑料注射模具的设计过程。

本设计的主要任务是研究水龙头的成型技术并且设计出注塑模具，其结构特点是侧浇口形式的单分型面注射模，具有侧向抽芯及圆弧抽芯，在随后的设计中，利用CAD软件对塑件进行了实体造型，对塑件结构进行了工艺分析，明确设计思路，确定注射成型工艺过程并对各个具体部分进行详细的计算和校核，以确保设计出的结构使模具工作运用可靠，保证与其他部件的配合。最后用autoCAD绘制一套模具装配图和零件图。

关键词：塑料水龙头；注塑模具；注射成型；单分型面；圆弧抽芯

The tap injection molding process and mold design

Abstract

Plastic products is widely used in everyday society, technology of mould has become to measure a country one of the important symbol of the levels of product manufacturing. Although a lot of plastic forming method, but the main method is to plastic injection forming, the plastic mold market in plastic forming mold production is about half of the injection mould. In recent years, with the rapid development of industry in our country to the mold industry, puts forward higher and higher requirements for plastic mould.

Injection molding is a kind of important method of plastic molding, it is mainly suitable for thermoplastic plastic molding, can be a complicated shape of precision plastic forming parts. As a design model, this topic is to plastic faucet will injection mold related knowledge as the basis, elaborated the design of plastic injection mould process.

This design's main task is to study the molding technology of faucet and design the injection mold and its structure is characterized by side gate in the form of a single parting surface injection mould, with side core-pulling and arc core pulling, and in the subsequent design, solid model is studied by using CAD software for plastic parts, process of plastic parts structure analysis, a clear design ideas, to determine the injection molding process and to each specific parts of detailed

calculation and checking, to ensure that the structure of the designed mold work using reliable, assurance and other components. Finally use autoCAD draw a die assembly drawing and part drawing.

Key words: Plastic faucet; Injection mould; Injection molding; Single parting surface; Arc core

pulling

绪论

随着社会科技的进步，自塑料问世以来，塑料来源越发丰富，制作越发方便及成本越发

低廉，因此兴起了塑料工业这一门新兴产业。随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品在机械电子、国防、交通、建筑器材、农业和日用五金等众多领域的应用范围也在不断的扩大，75%以上的金属制品以及95%以上的塑料制品是通过模具来成型的。因此，产品对模具的精度要求越来越高，越来越普及。 塑料模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面的水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。 模具设计过程一般是设计收缩率、毛坯尺寸、型腔布局，然后进行分模，创建型芯型腔、滑块和镶块、添加模架和标准件，最后设计浇注系统，冷却系统和建腔，生成材料清单和模具图。

塑料制品生产中先进合理的成型工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的重要因素。塑料模具对实现塑料成型工艺要求和塑件使用要求起着十分重要的作用。任何塑件的生产和更新换代都是以模具的制造和更新为前提的，由于目前工业和民用塑件的产量猛增，质量要求越来越高，因而导致了塑料模具研究设计和制造技术的迅猛发展。

第一章 设计题目：水龙头注塑工艺与模具制造

零件名称：塑料水龙头壳体 材料：ABS

生产批量：大批量生产

图1-1 塑件结构 图1-2 塑件三维图

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第二章 塑件成型工艺性能分析

2.1 工艺分析

该塑件为生活用水龙头，使用上没有什么特别的要求，只要求外形美观，表面光洁。尺寸较小，形状要求对称，精度要求不高。上面有内螺纹，要求为M20，入水端装有外螺纹要求为G1/2\×20的金属嵌件。对于R50的型芯可以使用齿轮齿条啮合在模内抽芯，M20的螺纹则在模外手动抽芯。

该水龙头壳体所选用的材料是ABS,，未注公差尺寸MT5，它是优良的工程材料之一。ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工

流动性。因此ABS树脂具有优良的冲击韧性和力学强度，耐磨性、抗蠕变性好，耐化学性及电性能良好，光泽性好，易于表面印刷、涂层、电镀、机械加工，同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，常用于制造机械配件，汽车配件，镀金配件，笔杆化工防腐管材等。

表2-1 ABS塑料主要的性能指标

项目 密度(g/cm) 熔点(℃) 收缩率(%) 相对粘度 拉伸强度(MPa) 静弯曲强度(MPa)

3

性能参数 1.13～1.14 130~160 0.3~0.8 1.9～2.3 63 80

项目

缺口冲击强度(KJ/m2) 体积电阻(Ω.cm) 表面电阻(Ω) 马丁耐热(℃) 热变形温度(1.81MPa，℃)

硬 度（HR）

性能参数

6 10 10 ≥60 45 R121

16

第三章 注射工艺设计

3.1工艺参数计算

3.1.1最大注射量

利用Ug软件对塑件建模，计算体积。从分析日志中可以清楚的看出塑件的体积为39.445cm3，约为39cm3。

该产品材料为ABS，根据表2-1查得，知其密度为1.13-1.14g/cm3，收缩率为 0.3~0.8 %，计算其平均密度为1.135 g/cm3，平均收缩率为0.55﹪，所以单件制品质量为W件=1.135 g/cm3×39cm3=44.265g

3.1.2 注塑机选定

1.最大注塑量

塑件成型所需的注射总量应小于所选注塑机的注射容量.注射容量以容积表示时,塑件体积(包括浇注系统)应小于注塑机的注塑容量,其关系是: V件?0.8V注 V注?V件0.8

?390.8?49cm3

- 塑件与浇注系统的体积(cm)

3 V注- 注射机注射容量(cm)

式中

0.8- 最大注射容量利用系数 2.注射压力

V件3

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注塑加工是所需注射压力与塑料品种，塑件形状和尺寸，注塑机类型，喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。选择的注塑机的注射压力必须大于成型制品所需的注射压力。根据经验，成型所需的注射压力范围如下：

⑴、塑件形状简单熔体流动性好，壁厚者，所需注射压力一般小于70MPa；

⑵、塑件形状一般,精度要求一般，熔体流动性好者，所需注射压力通常选70-100MPa; ⑶、塑件形状一般,有一定精度要求，熔体粘度中等，所需注射压100-140MPa ⑷、塑件壁厚，尺寸大，壁厚不均精度要求高，熔体粘度高者注射压力选为100-140MPa 根据塑件的原材料分析,查相关手册得知该塑件的原材料所需的注射压力为60-100 Mpa,由于塑件的尺寸较大,型芯较多,所以选择较大的注射压力Mpa.模具所需的注射压力应小于或等于注射机的额定注射压力,其关系按下式: P成?P注

P注?90MPa

式中P成- 塑件成型是所需的压力(Mpa) P注- 所选注射机的额定注射压力(Mpa)

3.锁模力

锁模力为注塑机锁模装置用于加紧模具的力，模具所需的最大锁模力应小于或等于注射机的额定锁模力,其关系式如下:

P锁?P腔?A1000

.58P锁?30?19613?588.4N1000

式中P腔- 模具型腔压力,取30MPa

A- 塑件与浇注系统在分型面上的投影面积(mm) P锁- 注射机额定锁模力(N)

再根据塑件形状及尺寸采用一模一件的模具结构,由以上数据,相关资料初选螺杆式注塑机:XS-ZY-100/60.它的注射容量为100mm,注塑压力为150MPa,锁模力为600KN,均满足以上条件.

此注射机主要参数和技术规格如下：

表3-1 注射机主要参数和技术规格

项目 螺杆直径(mm)

32性能参数 35

项目 最小模具厚度(mm)

性能参数 10

最大理论注射容量(cm3)

注射压力(MPa) 锁模力(KN) 最大成型面积(cm3) 最大模具厚度(mm)

100 150 600 90 340

动、定模固定板尺寸为(mm) 最大开合模行程(mm) 喷嘴球半径(mm) 喷嘴孔径(mm) 喷嘴移动距离(mm)

440×340 260 12 4 125

4. 塑件模塑成型工艺参数的确定

ABS注射成型工艺参数见下表,试模时,可根据实际情况作适当调整

表3-2 ABS注射成型工艺参数

工艺参数 预热和干燥 规格 温度t/℃: 80-95 时间 料筒温度t/℃ 喷嘴温度t/℃ 模具温度t/℃ 注射压力p/Mpa 后段 中段 前段 /h: 4-5 150-170 165-180 180-200 后处理 成型时间/s 螺杆转速n/( 工艺参数 规格 注射时间 保压时间 冷却时间 总周期 ) 方法 温度t/℃ 时间/h 0-5 15-30 15-30 40-70 30-60 红外线灯烘箱 70 2-4 第四章 模具的总体设

170-180 50-80 60-100 计

4.1 确定模具类别

注射模具的种类有很多，生产中常按其特征来分，可以分为：单分型面注射模具（两板式），双分型面模具（三板式），侧向分型与抽芯注射模具，带活动镶件的注射模具等。按塑件生产批量，注射机的规格和塑件形状和大小，确定此塑件采取一模一件的生产方式。由于其形状比较复杂，体积小，可设计成带活动镶件的注射模。

4.2 选择分型面

分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关，常见的形式有水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲面分型面等，其中水平分型面结构简单，加工方便，所以经常采用。

分型面的选择是一个比较复杂的问题，选择分型面应遵循以下原则：

（1）分型面塑件应尽可能留在动模或下模，以便从动模或下模顶出，简化模具结构。

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（2）分型面塑件留于动模时，应考虑最简顶出形式，简化模具结构。

（3）塑件有侧抽芯时，应尽可能放在动模或下模部分，避免定模或下模侧抽芯。 （4）塑件有多组抽芯时，应尽量避免长端侧抽芯。

（5）头部有圆弧的塑件，采用圆弧部分分型会损伤塑件外观。一般应选择在头部下端分型。

（6）一般塑件分型面的选择，应考虑到塑件的外观，尽量避免塑件表面留有分型痕迹。

（7）有同心度要求的塑件，应尽可能将型腔设在同一分型面上。 （8）一般分型面应尽可能设在塑料流动方向的末端，以利于排气。 综合以上原则，根据塑件的结构形式，这里选择最常用的水平分型面(图4-1)

图4-1 塑件分型面

根据塑件结构，分型面设置在塑件的对称平面。

4.3确定型腔布局

塑件结构比较复杂，需要侧滑块抽芯以及齿轮齿条啮合在模具内抽芯，所以这里选择一

模一腔。

4.4浇注系统设计

浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。它的设计是注射模设计中很重要的环节。浇注系统的作用是：将塑料熔体均匀地送到每个型腔，并将注射压力有效地传送到型腔的各个部位，以获得形状完整，质量优良的塑件。

普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。

4.4.1主流道设计

主流道是指注射机喷嘴与型腔或与分流道连接的这一段进料通道，是塑料熔体进入模具最先经过的部位，它与注射机喷嘴在同一轴芯线上。在卧式注射机用模具中，主流道垂直于分型面，主流道的结构形式及与注射机喷嘴的连接如图4-2所示。

图4-2 主流道形状及其与注射机喷嘴的关系

主流道需设计成锥角为20o~60o的圆锥形，表面粗糙度Ra<0.8 m，以便于浇注系统凝料从其中顺利拔出。由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计在可拆卸的主流道衬套（浇口套）内。衬套一般选用碳素工具刚如T8A，T10A等，热处理要求53~57HRC，衬套与定模板的配合可采用H7/m6。

为使塑料熔体完全进入主流道而不溢出，主流道与注射机喷嘴球的对接处应设计成半球形凹坑，其半径SR=SR1+（1~2）mm,其小端直径d=d1+(0.5~1)mm.

为便于模具安装时与注射机的对中，模具上应设有定位圈。大多数情况下，主流道衬套和定位圈分开设计，然后配合固定在模板上。衬套与定位圈的配合可采用H9/f9.

由于选择的注射机的喷嘴球半径为SR1=12mm,所以设计的SR=12+1=13mm；喷嘴孔径d1=2mm,所以设计的d=2+0.5=2.5mm.主流道锥角为30o。

4.4.2分流道设计

在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，由于本塑件模具属于单型腔模具，塑件又比较小，所以不必设置分流道。

4.4.3浇口设计

浇口是指连接分流道和型腔的进料通道。模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择。

通常要考虑以下几项原则： （1）尽量缩短流动距离；

（2）浇口应开设在塑件壁厚最大处； （3）必须尽量减少熔接痕； （4）应有利于型腔中气体排出；

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（5）考虑分子定向影响； （6）避免产生喷射和蠕动；

（7）浇口处避免弯曲和受冲击载荷； （8）注意对外观质量的影响。

浇口的形式很多，尺寸也各不相同，常见的浇口形式有：直接浇口（主流道型浇口）、侧浇口、中心浇口、扇形浇口、薄片浇口、潜伏式浇口、点浇口、护耳浇口等。具体到本模具，考虑到模具本身的复杂度，选用比较简单的直接浇口。该浇口在单型腔模中，塑料熔体直接进入型腔，因而压力损失小，进料速度快，成型比较容易。另外传递压力好，保压补缩作用强，模具结构简单紧凑，制造方便，但去除浇口困难，设计在主流道衬套内。

4.5成型零件的设计

成型零件是决定塑件几何形状和尺寸的零件。它是模具的主要部分，主要包括：凹模（型腔）、型芯（凸模）及镶件等。

4.5.1 凹模的结构

凹模有整体式和组合式两种。

整体式凹模结构简单，成型出的塑件质量较好，模具强度好，不易变形。但加工工艺差，所以只适合形状简单的塑件成型；组合式凹模是指凹模有两个以上的零件组合而成。这种凹模加工工艺性能好，但装配调整困难。

组合式凹模可分为整体嵌入式、局部镶拼式和四壁拼合式。对于形状复杂或易损坏的凹模，将难以加工或易损坏的部分设计成镶件形式，嵌入型腔主体上，以方便加工和更换（即局部镶拼式）。

考虑到塑件的特殊结构，以及分型面选择在塑件的对称平面等原因，本模具的凹模选择组合式凹模中的局部镶拼式凹模。所以对于成型G1/2\×20的外螺纹，采用局部镶拼上的丝哈夫。

4.5.2 型芯的结构

型芯是成行塑件内表面的凸状零件。型芯有整体式和组合式两类。

整体式型芯是将模板和型芯制成一体，其结构牢固，但工艺性较差，同时模具材料损耗费多，多用于形状简单的单型腔模具中。

组合式型芯可分为整体嵌入式和镶拼式。整体嵌入式的型芯是将型芯单独加工后镶入模板中组成，这样可以节省贵重模具材料，便于加工，尺寸精度容易保证，配合采用H7/m6。镶拼式的型芯是将某些难以加工的或易损的部位做成镶件或拼块，然后嵌入主型芯内的组合式结构。

考虑到塑件的特殊结构，本模具可以设计成有三个型芯的结构。对以R50的圆弧形孔型芯，设计成由侧滑块运动带动齿条，由齿条带动齿轮式型芯来进行抽芯,对于M20的内螺纹则采用螺纹型芯在模外手动抽芯的方法。

第五章 模具结构设计

5.1 成型零件工作尺寸计算

5.1.1影响成型零件尺寸的因素

① 成形收缩率

?S?SMIN×100% （5-1） S=MAX2式中：S—塑件的平均收缩率

sMAX—塑件的最大收缩率

?s?MIN—塑件的最小收缩率

本塑件的材料为ABS，收缩率范围为0.4%～0.7%，所以： S=0.5%

② 模具成型零件的制造公差

模具成型零件的制造公差直接影响塑件的尺寸公差，成型零件的精度高，则塑件的精度也高。模具设计时，根据实践证明，成型零件的制造公差?z可选为塑件公差?的1/3～1/4，塑件材料ABS的标注公差尺寸公差等级一般精度为MT4，未注公差尺寸公差等级为MT5。表面精度Ra0.8～0.4?m.

③ 模具成型零件的磨损

模具使用过程中由于塑料熔体、塑件对模具的作用，成型过程中可能产生的腐蚀气体的锈蚀以及模具维护时重新打磨抛光等，均有可能使成型零件发生磨损。一般来说，对于中小塑件最大磨损量?c可取塑件公差的1/6，本塑件因为精度要求不高，所以模具成型零件的磨损这里可以忽略不计。 5.1.2成型零件工作尺寸的计算

这里采用的计算方法为常用的按平均收缩率、平均磨损量和平均制造公差为基准的计算方法。由于模具成型零件的磨损已忽略不计了，所以型腔和型芯径向尺寸的计算与型腔深度和型芯高度的计算一样。

1.型腔和型芯工作尺寸的计算 （LM）0

0+δz

=[（1+S）Ls-x△] 0+δz （5-2）

?? （lM）-δz=[（1+S）ls-x△]0-δz （5-3） 式中：LM、lM-型腔、型芯的工作尺寸，mm；

S－塑件的平均收缩率；

?LS、ls-塑件的尺寸；

?－塑件的尺寸公差，mm；

x-修正系数 当塑件尺寸较大、精度级别较低时，x=0.5。 当塑件尺寸较小、精度级别较高时，x=0.75。

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对于本模具，S＝0.5%,因为精度级别较低，所以x取0.5，?取MT5级（按国家标准GB/T14486-93查表可得），?Z取?/3。

根据公式（5-2），得出型腔尺寸计算如下： LS1=?28 (?1=0.35) LM1＝?28.3710+0.117mm LS2=32 (?2=0.31) LM2＝32.3070+0.103mm LS3=?16 (?3=0.27) LM3＝?16.1590+0.09mm LS4=57 (?4=0.47) LM4＝57.4630+0.163mm LS5=?20 (?5=0.35) LM5＝?20.3290+0.117mm 根据公式（5-3），得出型芯尺寸如下：

ls1=?12.5 (?1=0.23) lM1=?12.867-0.077mm ls2=?10 (?2=0.19) lM2=10.325-0.063mm

0

0

?ls3=?20 (?3=0.35) 错误！未找到引用源。=?20.721-0.117mm

0

2.螺纹型环与螺纹型芯工作尺寸的计算 （1）螺纹型环的工作尺寸 ①：螺纹型环大径 （Dm大）0 ②：螺纹型环中径 （Dm中）0 ③：螺纹型环小径 （Dm小）0

+δz+δz+δz

=[（1+S）Ds大-△中] 0+δz (5-4) =[（1+S）Ds中-△中] 0+δz (5-5) =[（1+S）Ds小-△中] 0+δz (5-6)

???上面各式中 Dm大—螺纹型环大径基本尺寸；

m中 m小 s大 s中 s小

D—螺纹型环中径基本尺寸； D—螺纹型环小径基本尺寸； D—塑件外螺纹大径基本尺寸； D—塑件外螺纹中径基本尺寸； D—塑件外螺纹小径基本尺寸；

S—塑料平均收缩率；

? △中—塑件螺纹中径公差，参照金属螺纹公差标准中精度最低者选用，其值可查表GB/T 197—1981；

δz—螺纹型环中径制造公差，其值取△中/5。

对于塑件外螺纹G1/2\×20,需螺纹型环使之成型，螺距P=1mm，外螺纹大径d=20mm,中径d2=19.350mm，小径d1=18.917mm。

根据公式（5-4）、（5-5）、（5-6），得出螺纹型环工作尺寸：

（Dm大）0+δz=20.0580+0.047mm （Dm中）0+δz=19.3940+0.047mm

（Dm小）0+δz=18.9250+0.047mm （2）螺纹型芯的工作尺寸 ①：螺纹型芯大径

（dm大）-δz=[（1+S）ds大-△中]0-δz (5-7) ②：螺纹型芯中径

（dm中）-δz=[（1+S）ds中-△中]0-δz (5-8) ③：螺纹型芯小径

（dm小）-δz=[（1+S）ds小-△中]0-δz (5-9) 上面各式中 dm大—螺纹型芯大径基本尺寸；

m中 m小 s大 s中 s小

000

???d—螺纹型芯中径基本尺寸； d—螺纹型芯小径基本尺寸； d—塑件内螺纹大径基本尺寸； d—塑件内螺纹中径基本尺寸； d—塑件内螺纹小径基本尺寸；

S—塑料平均收缩率；

? △中—塑件螺纹中径公差，参照金属螺纹公差标准中精度最低者选用，其值可查表GB/T 197—1981；

δz—螺纹型芯中径制造公差，其值取△中/5。

对于塑件内螺纹M20,需螺纹型芯使之成型，螺距P=2.5mm，内螺纹大径D=20mm,中径D2=18.376mm，小径D1=17.294mm。

根据公式（5-7）、（5-8）、（5-9），得出螺纹型芯工作尺寸：

（dm大）0-δz=20.7550-0.067mm （dm中）0-δz=19.0970-0.067mm （dm小）0-δz=17.9920-0.067mm

由于螺纹牙较小，螺纹配合的长度也较小，所以不考虑螺距的收缩率。

至此，成型零件的工作尺寸计算完毕，具体的零件结构图，参看型腔和型芯的零件图，在此不做赘述。

5.2 模板设计

在塑料注射模的注射过程中，型腔从合模到注射保压过程中将受到高压的冲击力，因此模具型腔应有足够的强度和刚度。总的说来，型腔所承受的力大体有如下几种：

合模时的压应力；

注射过程中塑料流动的注射压力； 浇口封闭前一瞬间的保压压力； 开模时的拉应力。

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但型腔所承受的力主要是注射压力和保压压力，并在注射过程中总在变化。在这些压力作用下，当型腔刚度不足时，往往会产生弹性变形，导致型腔向外膨胀，它将直接影响塑件的质量和尺寸精度，并产生溢料飞边。当塑料冷却收缩时，随着压力下降，型腔将会弹性回复，当型腔的弹性变形恢复量大于塑件壁厚的收缩量时，将压紧塑件，引起塑件顶出困难，甚至使塑件留在型腔中。如果型腔强度不足时，会产生塑性变形，即引起型腔的永久变形，特别严重的会使型腔破裂，酿成事故。所以在模具设计时要首先考虑型腔的壁厚和底板厚度都有足够的强度和刚度，以保证型腔在注射过程中不产生超过规定限度的弹性变形。因此型腔壁厚和底板厚度的计算和选择是十分重要的。

根据定模板上的最大成型尺寸，采用经验估计法估算出定模板的壁厚尺寸约为30mm。根据塑件的各部尺寸计算，可以初步确定模具周边尺寸为186mm×213mm。

5.4机构设计

为了保证模具正确合模，塑件顺利脱模，注射模中还包含有合模导向机构、推出机构等。

5.4.1.合模导向机构的设计

导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均可，通常导柱设在主型腔周围。

合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位导向两种形式。通常采用导柱导向定位机构。合模导向机构的主要作用是：保证动定模或上下模位置准确，引导型芯进入型腔，工作时承受一定的侧向力，另外在模具装配时可起到定位作用。本模具采用导柱导套导向机构。

导柱导套导向机构设计时应将头部设计成球形或者锥形，能使导柱顺利进入导向孔 ,导柱长度必须高出凹模端面10~12mm,以免凸模先进入型腔与其相撞而损坏模具；导柱、导套与固定板之间，一般采用H7/k6配合，导向部分常采用H7/f7配合。其各部尺寸参照选定的标准模架而定。 导柱、导套零件如下：

图5-1 导柱

装后磨平图5-2 导套

5.4.2.推出机构的设计

注塑模必须设有准确可靠的脱模机构，以便在每一循环中将塑件从型芯上自动地脱出模外，脱出塑件的机构称为脱模机构或推出机构。在设置推出机构时，首先需要确定当模具开启后制品的留模形式，是留在动模部分还是留在定模部分，由于顶出系统必须建立在制品所滞留的模具部分中，而且，注塑机的顶出机构是设置在动模板的一侧，因此大多数模具的推出机构是安装在动模中的。为了提高生产效率，缩短成型周期和实现自动化，不仅制品需要顺利的脱模，而且浇道中的塑料也必须有其特定的脱模方式。由于塑料制品的尺寸、形状各不相同，差距甚大，因而每副模具的顶出系统的结构也是各不相同的，但是对所有注塑模具顶出系统的要求均是相同的。

推出机构总的设计原则是：

（1）：尽量设法使塑件留于动模。模具结构设计应尽量设法使塑件在开模的过程中留在

装后磨平

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动模上，以便利用注射机动模上的顶杆或其它推出机构顶出制品。

（2）：确保塑件不变形不损坏完整脱出。要保证塑件在顶出过程中不变形，必须正确分析塑件型腔附着力大小和所在部位，以便选择合适的顶出方式和顶出装置，使推力均匀合理分布，塑件平稳脱出而不变形。由于塑件收缩时包紧型芯，因此顶出力作用点应尽可能靠近型芯。

（3）：尽量不损坏塑件的外观。塑件顶出方式的选择应不影响塑件的外观，若采用顶杆等有顶出痕迹上时，顶杆应设在塑件加工面或内侧面，必要时还可以在顶杆顶部压出装饰文字或图案。

（4）：结构可靠。顶出机构必须动作可靠、运动灵活、制造方便、维修与更换容易。 从塑件结构形状分析，塑件内外表面沿脱模方向的脱模斜度为3°，以便于脱模和塑件留于动模。采用推杆脱模机构，用一根推杆推在塑件的中心部位，推杆固定在模具的推杆固定板与推板之间，由注塑机顶出油缸推动，使推杆运动实现脱模动作，并用复位杆复位。

常用的推出机构包括推杆推出机构、推件板推出机构、活动镶块、及型腔推出机构等。其中推件板推出机构是在型芯的根部安装了一块与之相配合的推件板，在塑件的整个周边端面上进行推出。这种推出机构作用面积很大，推出力大而均匀，运动平稳，并且在塑件上无推出痕迹，所以常用推出支撑面很小的塑件。具体到本模具，考虑到塑件的特殊结构，不能采用推板形式的推出机构，所以只能采用推杆形式的推出机构。其形式及各部尺寸参照选定的标准模架而定。

本模具推出（脱模）机构有如下特点：

（1）：半径为?50的圆弧型芯采用了模内齿轮齿条侧抽芯； （2）：M20的内螺纹采用了模外手动脱螺纹：

（3）：G1/2″×20外螺纹采用的是直接分型方式（哈呋螺纹型环）脱螺纹； （4）：?10孔侧抽芯和齿条运动由斜导柱带动滑块实现。

5.4.3侧向分型与抽芯机构的设计

1.脱模距与脱模力的计算

将侧型芯或拼合凹模（滑块）从成型位置抽至不妨碍塑件脱模的位置，侧型芯或拼合凹模（滑块）在拔模方向移动的距离称为抽芯距。一般情况下，抽芯距去塑件侧孔、侧凹、侧凸深度加2～3mm安全系数。

S=S1+K=S1+(2～3)mm 式中 S—抽芯距(mm) S1—临界抽芯距(mm) K—安全系数 所以，S=52+2=54mm。

注射成型后，塑件在模具内冷却定型，由于体积的收缩，对型芯产生包紧力。塑件要从型芯上脱出，就必须克服因包紧力而产生的摩擦力。

一般而论，塑件在开始脱模时，所需克服的阻力最大，所需的脱模力最大。脱模力Ft可用下式计算:

Ft=pA(?cos??sin?) （5-10）

式中：

?—塑件与刚的摩擦系数，ABS取0.2~0.25；

p—塑件对型芯的单位面积上的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件p=（2.4~3.9）×107Pa;模内冷却的塑件p=（0.8~1.2）×107Pa；

A—塑件包容型芯的面积；

?—脱模斜度。

(?cos??sin?)对于本模具，p取1×107 Pa, ?取30分，由于脱模斜度很小，?取0.23，

近似等于?。

Ft =1×107 ×62×?×(53+25?)×0.2×10-6

=35.33KN

2.斜销抽芯机构设计

（1）斜销的形状及技术要求

斜销工作端设计成锥台形，其斜角应大于斜销的倾斜角2～3度。斜销固定端与模板之间可采用H7/m6过度配合，斜销工作部分与滑块上斜导孔之间的配合可采用H11/b11。斜销的材料为T10碳素工具钢，热处理要求硬度HRC≥55，表面粗糙度为Ra?0.8?m。

（2）斜销的倾斜角

通过受力分析与理论计算可知，斜销的倾斜角?取22度33分比较理想，常用的是12≤?≤22，所以这里取?=18。

（3）斜销的长度计算

斜销完成抽芯距S所需的距离H=Scot?=54×0.36397=166mm。 斜销工作长度：L=S/sin?=174mm。 斜销总长度：LZ=L1+L2+L3+L4+L5

=d2/tan?+h/cos?+2d1tan?+s/sin?+(5～10)mm

式中 LZ—斜销总长度；

d2—斜销固定部分大端直径； h—斜销固定板厚度； d—斜销工作部分直径； S—轴心距。 （4）斜销的直径

通过斜销的倾斜角以及脱模力查设计手册可知最大弯曲力FW=38KN，在通过FW查手册可以确定斜销直径为25mm。

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5.5冷却系统的设计

5.5.1冷却管道直径的确定

根据模具冷却系统设计原则：冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大的原则可知，冷却水孔数量大于或等于3根都是可行的。这样做同时可实现尽量降低入水与出水的温度差的原则。 另外，具冷却系统的过程中，还应同时遵循： 1、浇口处加强冷却；

2、冷却水孔到型腔表面的距离相等；

3、冷却水孔数量应尽可能的多，孔径应尽可能的大； 4、冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位，以防漏水。

5、进水口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机的背面。 6、冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处。而且在冷却系统内，各相连接处应保持密封，防止冷却水外泄。

冷却系统设计的有关公式：

qv=WQ1/ρc1(θ1-θ2) （5-11）

式中：qv——冷却水的体积流量(m3/min)

W——单位时间内注入模具中的塑料重量(kg/min) Q1——单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量(kJ/kg) ρ——冷却水的密度0.98×103 kg/m3 c1——冷却水的比热容4.187 kJ/(kg.℃) θ1——冷却水的出口温度25℃ θ2——冷却水的入口温度20℃ Q1可表示为：Q1=[c2(θ3-θ4)+u]

式中：c2——塑料的比热容1.465 kJ/(kg.℃) Q3——塑料熔体的初始温度200℃ θ4——塑料制品在推出时的温度60℃ u——结晶型塑料的熔化质量焓(kJ/kg) Q1=[c2(θ3-θ4)+u]=1.465(200-60)=205.1kJ/kg 将以上各数代入（5-11）式得：

qv=(0.013×205.1)/[0.98×103×4.187(25-20)]m3/min =0.13×10-3m3/min

上述计算的设定条件是：模具的平均工作温度为40℃，用常温20℃的水作为模具的冷却介质，其出口温度为25℃，产量为0.013kg/min。

由体积流量查表可知所需的冷却水管的直径非常小，体积流量也很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式即可。但为满足模具在不同温度条件下的使用，可在适当的位置布置直径d=8mm的管道来调节温度。

5.5.2冷却管道数量的确定

1、求冷却水在管道里的流速?

4?1.3?10?44q2 ??V==0.04m/s ?8?2?60?d?????1000?2、求管道孔壁与冷却介质的传热系数K? 查表得f=6.84(设水温为25 0C)

6.84?0.996?103?0.6??0.8 K?=4.187×103×

?8????1000?0.2=5.62×106J/（m2*h*0C）

3.求冷却管道传热总面积A

60?160?1.67?106/602

? A='=0.02mK??5.62?106?40?25?0.028160=3.97 所以，模具应开设的冷却管数n=???10001000 考虑塑件受热均匀，所以采取对称式分布，取n=4。

5.5.3模具尺寸确定

1.型腔壁厚以及定模板尺寸的确定

在塑料注射模的注射过程中，型腔从合模到注射保压过程中将受到高压的冲击力，因此模具型腔应有足够的强度和刚度。总的说来，型腔所承受的力大体有如下几种：

1）合模时的压应力；

2）注射过程中塑料流动的注射压力； 3）浇口封闭前一瞬间的保压压力； 4）开模时的拉应力。

但型腔所承受的力主要是注射压力和保压压力，并在注射过程中总在变化。在这些压力作用下，当型腔刚度不足时，往往会产生弹性变形，导致型腔向外膨胀，它将直接影响塑件的质量和尺寸精度，并产生溢料飞边。当塑料冷却收缩时，随着压力下降，型腔将会弹性回复，当型腔的弹性变形恢复量大于塑件壁厚的收缩量时，将压紧塑件，引起塑件顶出困难，甚至使塑件留在型腔中。如果型腔强度不足时，会产生塑性变形，即引起型腔的永久变形，特别严重的会使型腔破裂，酿成事故。所以在模具设计时要首先考虑型腔的壁厚和底板厚度都有足够的强度和刚度，以保证型腔在注射过程中不产生超过规定限度的弹性变形。因此型腔壁厚和底板厚度的计算和选择是十分重要的。

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根据定模板上的最大成型尺寸，采用经验估计法估算出定模板的壁厚尺寸约为30mm。根据塑件的各部尺寸计算，可以初步确定模具周边尺寸为186mm×213mm。

2.确定标准模架的型号和规格

模架是设计，制造塑料注射模的基础部件，为了提高模具的质量，缩短生产周期，组织专业化生产，促进商品化国家完成塑料注射模具大中小型模架制定。并规定模架结构型式为四种型号，即基本型号A 1 、A 2、 A 3 、A 4 四个品种，派生型分为P 1 ～ P 9 九个品种 ,标准中还规定，以定模和动模座板有肩、无肩划分，又增加了13个品种。这样总共就有26个模架品种。其规格数基本上覆盖了注射容量为10 ～ 4000注射机用的各类中小型热塑性和热固性塑料注射模具。

根据以上的分析、计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格。查模具设计指导，选用以下标准模架：

A1-315X315-31-F1 GB/T 12556-1990

定模板厚度：A=40mm ； 动模板厚度：B=80mm ； 垫块厚度：C=100mm 模具厚度：H模=A+B+C+50=40+80+100+50=270mm； 模具的外形尺寸：315mm×315mm×270mm

第六章模具参数的校核

注射时，为防止模具分型面被模压力顶开，必须对模具施以足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料，因此模具设计时，应使注射机的锁模力大于模具将分型面涨开的力，即：

AAF>Pm(ni＋j) 式中： F——锁模力。

AiAj，——分别为制品和浇注系统在分型面上的垂直投影面积（mm2）。

Pm——塑料熔体在型腔内的平均压力（Mpa）,型腔压力取注射压力的80%左右，一

般取20~40Mpa，详见表6-1，这里选29.4MP；

N——型腔数量。

表 6-1 模内的平均压力

制品的特点 模内的平均压力(MPa) 举列

容易成型制品 一般制品 中等黏度塑料和有精度要求制品 加工高黏度塑料，高精度，充模难的塑料制品 24.5 29.4 34.3 39.2 PE,PP,PS等壁厚均匀的日用品。及容器制品 在摸温较高下，成型薄壁容器制品 ABS,PMMA等有精度要求的工程结构件。 用于机械零件上高精度的齿轮或凸轮 根据本模具设计的尺寸，代入数据得出

Pm(n

Ai＋

Aj)=66.3KN

而本模具所采用的注射机的额定锁模力F为600KN，即

AAF?Pm(ni＋j)，因此锁模力足够，符合要求。

第七章 毕业设计设计图

7.1 水龙头注塑模装配图

本模具最终的装配图如下图7-1所示

图7-1 装配图

7.2动模零件图

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本模具最终的动模图如下图7-2所示

图7-2 动模图

7.3.定模零件图

本模具最终的定模图如下图7-3所示

图7-3 定模图

7.4.型芯零件图

本模具最终的型芯图如下图7-4所示

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图7-4 型芯

结论

历时三个月的毕业设计忙碌而又充实的结束了，在这三个月里，我在黄胜老师的悉心指导下完成了水龙头注塑工艺与模具制造这一毕业设计论文题目。

在这次毕业设计中，我通过查阅参考各种有关模具等方面的资料，请教老师以及同学有关模具方面的问题，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，对整个设计从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核都进行了详细的设计。使我在这短暂的时间里，了解模具设计的过程和方法,对模具的认识有了一个质的飞跃,对于模具型面数控仿真数控加工部分的操作，更是熟练掌握了AutoCAD和ug等软件的应用。

通过这次毕业设计，明白毕业设计不仅是对以前所学知识的一种检验，也是对自己能力

的一种提高。在研究塑料水龙头的成型技术和设计模具的过程中，发现并且解决了很多问题，尽管自己对专业知识的掌握还不够透彻，但我仍然通过自己的努力已经老师同学的帮助完成了设计并有所突破。通过查阅资料、跟同学交流探讨以及请教老师等方式学到了不少东西，将所学理论知识运用到了实践当中，加深了对书本知识的理解，虽然经历了诸多困难，但收获很多。这次设计不仅提升了我的专业知识，也锻炼了我思考问题及寻找解决问题的能力，对我们以后的工作有非常大的帮助。虽然这个方案做的还不够专业，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，将使我们终身受益。

参考文献

[1]胡亚明主编.塑料模具的设计与制造问答.北京：机械工业出版社，2005.5 [2]陆宁编著.使用注塑模具设计.北京：中国轻工业出版社,1997.5 [3]俞芙芳主编.简明塑料模具使用手册.福州：福建科学技术出版社,2006.1

[4]北京意达利技术开发有限责任公司编.塑料模具设计与制造过程仿真.北京：化学工业出版社，2007.1 [5]申开智主编.塑料成型模具.北京：中国轻工业出版社2002.9

[6]谭雪﹑林晓新主编.新编塑料模具设计手册，北京：人民邮电出版社，2005 [7]贾润礼、程志远主编.实用注塑模具设计手册,北京：中国轻工业出版社,2000.4 [8]乔卫东主编.注塑模具图集,北京：北京理工大学出版社,2007.2

[9]刘朝福主编.注塑模具典型结构图册与动画演示.《模具与设计师手册系列》编委会组织编写 [10]蒋继宏﹑王效岳编绘.注塑模具典型结构100例.北京：中国轻工业出版社,2000.6 [11]金灿主编.塑料成型设备与模具.北京：中国纺织出版社,2008.1

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致 谢

在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，请教各位老师有关模具方面的问题，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。模具在当今社会生活中运用得非常广泛，掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。

本研究及学位论文是在黄胜老师亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。黄老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向黄老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

四年的学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成四年的学习、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、热处理、计算机辅助设计等专业基础课和专业课方面的知识，我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，在指导老师的协助和讲解下，同时查阅了很多相关资料，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。由于本人设计水平有限，在设计过程中难免有错误之处，敬请各位老师批评指正。

最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！

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致 谢

在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，请教各位老师有关模具方面的问题，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。模具在当今社会生活中运用得非常广泛，掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。

本研究及学位论文是在黄胜老师亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。黄老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向黄老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

四年的学习即将结束，毕业设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成四年的学习、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、热处理、计算机辅助设计等专业基础课和专业课方面的知识，我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模具的结构和动作过程方面的知识，在指导老师的协助和讲解下，同时查阅了很多相关资料，明确了模具的一般工作原理、制造、加工工艺。由于本人设计水平有限，在设计过程中难免有错误之处，敬请各位老师批评指正。

最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！

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