模具毕业设计62四功能喷枪卡头芯注射模具设计

中文摘要和关键词
摘要：本文是对四功能喷枪的卡头芯进行注射塑料模具设计，文中从制件和所用原材料分析入手，分析了卡头芯的注射成型工艺，进行了型腔的尺寸计算，论述了卡头芯模具结构设计，阐述了塑件分型面确定、型腔数量、排列方式、浇注系统和排气系统、塑件推出方式和位置、推出零件结构、浇注系统凝料推出方式、温度调节控制系统和成型零件及主要结构形式的设计过程。

在设计中，考虑到本次所设计零件尺寸较小，精度要求不高，为提高生产率，故采用一模三十二腔。

在此基本上，对主要零件进行了加工工艺分析，并编制了工艺过程卡，通过模具设计、制造，实现了卡头芯的注射成型。

关键词：注塑成型；分型面；模具设计；工艺性分析
Abstract and Keyword
Abstract: This paper is carrying on designing the plastic injection mold with four function spray gun’ chuck core. This article commence at spare parts and chuck core’material. It has analyzed the chuck core injection formation craft and calculated the size of the mode lumen, elaborated the mold of chuck core structural design, elaborated how to determined the parting surface， the quantity of mode lumens ，the arrangement way, the casting system，the exhaust gas system, the sprinkle way，position of design, the structure of sprinkle parts, how to sprinkle the casting system congeal material ,the temperature control system ,the formation parts and the main structural design process. In the design, because the spare parts size is small and the accuracy request isn't high, in order to rise the rate of production, we adopted one mould and 32 mode lumens. In this paper, it has carried on the processing craft analysis of the major parts, and established the technological process card, through the mold design and the manufacture, the chuck core injection formation has realized.
Keyword：injection molding；parting surface；mold design；craft analysis
第一章绪论
1.1塑料制品成型及其在塑料工业中的重要性
塑料工业包括塑料原料的生产、塑料的配制和塑料制品的成型、塑料成型机械和模具的生产三个生产系统。

塑料制品的生产，是将塑料原料助剂通过高效、经济、巧妙地组合后成为制品，可生产出绚丽多彩、千姿百态的产品。

塑料制品的生产目的是充分发挥各种树脂和名种塑料的固有特性，利用多种成型方法，借助塑料成型机械和模具使之成型为具有一定形状和内在性能、能满足使用要求的制件、制品和型材。

塑料制品生产系统是由成型、机械加工、修饰和装配四个连续的生产过程所组成的。

由于塑料具有质量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀、绝缘性好、易着色、可成型任意形状、成本低等优点。

因此塑料制品得到了广泛的应用。

塑料制品已深入到国民经济的各个部门中，零件塑料化的趋势不断加强，并且陆续出现全塑产品。

可以说塑料工业是当今极具活力的一门产业，塑料制品通常要通过模具而定型(定性)最终成为产品。

1.2塑料制品工业的发展和塑料制品的用途
1.2.1塑料制品工业的发展
在世界上，自1909年第一个人工合成树脂——酚醛树脂问世以来，当时，由于人们对它的性质认识不足，经过相当长时间的摸索，才将它变成有使用价值的塑料制品。

塑料制品的成型最早是借借鉴金属、陶瓷、玻璃制品的生产，通过仿制、实践、逐步发展起来的。

到20世纪30年代，随着合成树脂品种的增加，产量扩大，塑料制品生产实践的积累，不断增加了对塑料特性的认识，从而促进塑料制品生产方法技术的改进和提高。

进入50年代，随着工农业的发展，尖端科学技术的出现，要求塑料制品具有优良的性能，同时对塑料制品的结构、尺寸精度、质量和数量上都提出了更高的要求，从而推动了塑料制品生产方法的革新、制品设计上的创新、新型塑料成型机械设备的问世。

进入90年代初，世界全成树脂产量已达到9650万吨，按体积计，已超过世界钢的年产量。

塑料正向高性能、高功能化和多用途方面发展。

据预测，到21世纪世界将进入塑料化时
代，届时，世界各国国民经济各部门所需要的工程用料中，塑料将占70%～80%，钢铁仅占20%左右。

世界塑料成型机械、设备和模具发展亦很快，在机械产品的品种和规模上都成倍增长，而且主要品种已标准化、系列化。

成型设备多采用微机电脑控制，并能实现屏幕显示和闭环控制系统。

1.2.2塑料制品的用途
随着合成树脂、塑料制品产量的增长，质量不断提高，塑料制品的应用范围日益扩大。

现已广泛应用于农业、工业、建筑、包装、国防尖端工业、办公及家用电器、交通与航空、医疗与器械、体育和人们生活等各个领域，现简介如下：
①农业：农用塑料制品包括大量使用的塑料薄膜、片材、排灌与喷灌管道、鱼网、养殖箱、漂浮材料等。

②工业：在电器工业上已大量使用塑料制作绝缘材料和封装材料；在电子和仪表工业上，用塑料制作各种精密、绝缘、高强度的制作、制品脸壳体；在机械工业中，用塑料制成传动齿轮、轴承、轴瓦及各种零部件；在化学工业中，用塑料作各种防腐的容器、管道、槽、罐等。

③建筑业：用塑料代替木材、金属等传统材料，制作塑料门、窗、楼梯扶手、开花板、隔热音板、地板砖、地板革、地毯、落水管道、上下水管道、塑料壁纸、装饰板和卫生洁具、煤气和天然气管道等，又称为化学建筑材料。

④国防尖端工业：利用塑料的特殊性能，是国防与尖端工业中不可缺少的材料。

从常规武器、火箭、导弹、飞机舰艇到人造卫星、宇宙飞船和原子能工业中所用的各种烧蚀材料、耐腐蚀材料和高强度、高模量的增强复合材料和工程塑料，都是其他材料所不能代替的。

⑤交通与航空工业：为了减轻交通运输器和飞行器本身的重量，提高运行和飞行速度，增加载重量，降低能耗，在各种汽车、火车、船舶、飞机制造中已大量利用各种增强塑料、夹心结构和蜂窝结构的复合塑料、工程塑料作为结构材料和重要零部件。

⑥办公及家用电器工业：塑料已在各种办公用具如复印机、打字机、计算机以及各种家用电器如电视机、收录机、电冰箱、洗衣机、电风扇、空调器、吸尘器的制造中，作为绝缘、保温、防腐、耐寒、防潮、阻燃的壳体、耐磨、精密的零部件成为不可缺少
的重要材料，已获得广泛的应用。

⑦医疗与器械工业：为救死扶伤，加强人们对各种工伤与灾害的救助，塑料已用于制造人工假肢、人工骨、人工肾、心脏起博器、假牙及医疗用输血、输液袋，一次性使用的注射器等各种医疗器械与器具。

并将继续开发生物降解性医用材料、功能性医用材料和更多的人体器官材料。

⑧包装业：新型塑料包装材料现已大批量投产并被广泛应用。

塑料包装材料主要产品有：编织袋、网眼袋、集装袋、包装薄膜、复合薄膜；各种中空容器、周转箱、集装箱、开口桶、瓦楞箱、捆扎绳、打包带和泡沫塑料等。

⑨日常用品和体育器材：塑料制品已大量涌现在人们日常生活中，获得广泛应用。

例如塑料雨衣手提包塑料凉鞋拖鞋，各种塑料玩具牙刷肥皂盒热水瓶壳塑料餐具塑料花水果盘盒等千姿百态绚丽多彩的塑料制品。

选用增强复合塑料制作各种体育品格，如撑杆单双杠赛艇等，还将不断开发新的体育器材。

1.3我国塑料制品工业的现状和前景
1.3.1我国塑料制品工业的现状
80年代以来,在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下,我国模具工业发展迅速,年均增速均为13%,1999年我国模具工业产值为245亿,至2000年我国模具总产值预计为260-270亿元,其中塑料模约占30%左右。

在未来的模具市场中,塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。

我国塑料模工业从起步到现在,历经半个多世纪,有了很大发展,模具水平有了较大提高。

在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、5.6kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具;精密塑料模具方面,已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。

如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具,所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平,而且还采用最新的齿轮设计软件,纠正了由于成型收缩造成的齿形误差,达到了标准渐开线齿形要求。

还能生产厚度仅为mm
.0的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等
08
等。

注塑模型腔制造精度可达mm
.0,表面粗糙度Ra0.2μm,模具质量、寿命明
02
05
.0
~
显提高了,非淬火钢模寿命可达10～30万次,淬火钢模达50～1000万次,交货期较以前缩短,但和国外相比仍有较大差距。

成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。

气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟,如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29～34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术,一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件,取得较好的效果。

如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。

热流道模具开始推广,有的厂采用率达20%以上,一般采用内热式或外热式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。

但总体上热流道的采用率达不到10%,与国外的50～80%相比,差距较大。

在制造技术方面,CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶以生产家用电器的企业为代表,陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统,如美国EDS的UGⅡ、美国Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam 公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。

这些系统和软件的引进,虽花费了大量资金,但在我国模具行业中,实现了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技术对成型过程,如充模和冷却等进行计算机模拟,取得了一定的技术经济效益,促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。

近年来,我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展,主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等,这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点,为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。

近年来,国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢,如:P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等,对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响,但总体使用量仍较少。

塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用,并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。

但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下,和国外先进工业国家已达到70%-80%相比,仍有很大差距。

据有关方面预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料
模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。

随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。

同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发,这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。

建筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、PVC塑料管
表1-1 国内外塑料模具技术比较表
材管接头模具成为模具市场新的经济增长点，高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平;以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨；家用电器行业在“十五”期间将有较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。

1.3.2我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向将包括：
（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。

这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。

（2）在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。

CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术,近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度,为其进一步普及创造了良好的条件;基于网络的CAD/CAM/CAE
一体化系统结构初见端倪,其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题;CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高;塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。

（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。

采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量,并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源,所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。

制订热流道元器件的国家标准,积极生产价廉高质量的元器件,是发展热流道模具的关键。

气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下,大幅度降低成本。

目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。

气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制,而且其常用于较复杂的大型制品,模具设计和控制的难度较大,因此,开发气体辅助成型流动分析软件,显得十分重要。

另一方面为了确保塑料件精度,继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。

（4）开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。

以适应多品种、少批量的生产方式。

（5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。

我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低,与国外差距甚大,在一定程度上制约着我国模具工业的发展,为提高模具质量和降低模具制造成本,模具标准件的应用要大力推广。

为此,首先要制订统一的国家标准,并严格按标准生产;其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本;再次是要进一步增加标准件规格品种。

（6）应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。

（7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。

采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。

研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。

]3~1[
第二章总体设计部分分析
2.1 四功能喷枪的工作原理
将水管接头与四功能喷枪的奶嘴接上注入水，手捏喷枪的开关即可喷水。

四功能喷枪的喷头上有四个不同的小孔，每旋转
90即可分别得到四种不同类型的水花：柔水喷淋、急水喷淋、喷雾喷淋、全力喷淋四种功能水形。

2.2 四功能喷枪的整体结构
四功能喷枪由ABS塑料制成,大体由枪体、开关、喷头、螺栓、螺母、盖板、垫片、奶嘴、弹簧、卡销芯等零部件组成。

本设计主要是设计卡头芯两部分的注塑成型模具。

其中重量为g
.0。

028
2.3 零件公差分析
塑件的尺寸精度主要决定于塑料的收缩率的波动和模具制造误差。

查文献可取精度等级为一般等级4级，公差为0.012mm。

由于塑件成形时受种种原因的影响，尺寸稳定性较差，所以依据塑件在产品中的装置及使用情况，对非配合尺寸的偏差采用双向分布或合理分布其偏差值。

]4[
2.4任务分析
本次进行的是四功能喷枪(卡头芯)注塑模具设计，通过设计要达到的目标有：
(1)塑料制品的结构工艺性；
(2)塑料的成型工艺特性；
(3)塑料注射机的匹配；
(4)塑料注射成型工艺及控制；
(5)塑料注射模的设计及模具材料；
(6)塑料注射模的制造装备和制造工艺等。

2.5注射成型分析与比较
注射成型过程可简单描述如下：将粉状或粒状塑料成型材料自注射机料斗加入，在螺杆或柱塞的带动下被送入加热的料筒内完成塑化，塑化均匀的物料在螺杆或柱塞的推挤作用下，通过注射机的喷嘴注入温度较低的塑料模具内，经保压、冷却而硬化定型，脱模取出制品即完成了一个模塑周期。

与其他成型方法相比，注射成型具有以下优点：
(1)适用范围广，能够用于几乎所有热塑性及热固性塑料的成型；
(2)成型周期短，生产效率高，一个成型周期通常只有30～60s；
(3)制品精度高，在塑料的各种常见成型方法中，注射成型法生产的制品精度最高；
(4)自动化程度高，注射成型通常实行自动化或半自动化操作，能一次完成形状复杂制品的成型；
(5)成型加工简便，成型出的制品无须或只须作少量修整即可使用，边角废料少，且可回收利用等。

但同时，注射成型也存在着成型设备费用高，模具昂贵的缺点。

因此，如果用注射成型法生产小批量制品，经济上不合算。

第三章模塑工艺规程的编制
该塑件是四功能喷枪中的一个零件，其零件图3-1所示，本塑件的材料用丙烯腈——丁二烯——苯乙烯即ABS，生产类型为中批量生产。

3.1塑件的工艺性分析
ABS是苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物的俗称，查文献得其机械性能较好，冲击韧性强度较高、尺寸稳定、耐化学性、电性能良好；易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，可作双色成型塑件，且表面可镀铬，适于制作一般机械零件、减磨耐磨零件、传动零件和电讯结构零件。

图3-1 卡头芯零件图
3.1.1ABS热塑性塑料的使用性能分析
ABS是苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物的俗称，查文献得其机械性能较好，冲击韧性强度较高、尺寸稳定、耐化学性、电性能良好；易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，可作双色成型塑件，且表面可镀铬，适于制作一般机械零件、减磨耐磨零件、传动零件和电讯结构零件。

3.1.2ABS热塑性塑料的成形特性分析
查文献得其成形特性如下：
(1)无定形料，其品种牌号很多，各品种的机电性能及成形特性也各有差异，应按品种确定成形方法及成形条件。

(2)吸湿性强，含水量应不小于%3.0，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥；
(3)流动性中等，溢边料mm 04.0左右(流动性比聚苯乙烯，AS 差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好)；
(4)比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温(对耐热、高抗冲击和中抗冲击性树脂，料温更宜取高)，料温对物性影响较大、料温过高易分解(分解温度为C 250左右，比聚苯乙烯易分解)，对要求精度较高塑件模温宜取C 60~50，要求光泽及耐热塑料宜取C 80~60，注射压力应比加工聚苯乙烯的高，用柱塞式注射机成型时，料温为C 230~180，注射压力为MPa 140100-，用螺杆式注射机成型时，料温为C 220~160，注射压力为MPa 10070-；
(5)模具设计时要注意浇注系统对料流阻力小，浇口处外观不良，易发生熔接痕，应注意选择浇口位置、形状，顶出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹(但在热水中加热可消失)，脱模斜度宜取 2以上。

(6)热塑性塑料注射成型工艺参数见表3-1。

3.1.3塑件注塑工艺分析
(1)脱模斜度：查文献由所给ABS 材料查得型腔(凹模)’’201~40 ，型芯(凸模) 1~35’，无特殊情况下，一般脱模斜度为 2，一般情况，脱模斜度不包括在塑件公差范围内；
(2)塑件最小壁厚及推荐壁厚：查文献最小壁厚为mm 75.0，小型塑件壁厚推荐值为
mm 25.1，中型塑件壁厚推荐值为mm 6.1，大型塑件壁厚推荐值为
mm 4.5~2.3；
(3)圆角：塑件转角处采取圆弧过度，其半径为塑件壁厚的31以上，最小不宜小于mm 5.0；
(4)支承面：一般不以塑件的整个底面作为支承面，而将底面设计成凹凸形或在凹入面增设加强筋；
(5)热塑性塑件孔的极限尺寸：查文献孔的最小直径d ：mm 20.0，孔的最大深度h ，
盲孔：mm
20
h0.2
.0
d
10=
=。

]6~4[
⨯
=，通孔：mm
10
=
.0
h80
d
=
20
.0
4=
⨯
4
表3-1 热塑性塑料注射成型工艺参数
3.1.4塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
3.1.
4.1结构分析。

从零件图上分析，该零件总体形状为圆柱形，结构简单，左面为直径为2mm的圆柱，长度为3mm，右面是由圆台和圆球的组合而成，倾斜度为︒
88，因此在开模时，形成一个︒2的拔模角，由于此零件尺寸较小，因此没有设计内芯。

在模具设计时，无需设计抽芯机构，只需设计成型零件、浇注系统、导向部分、顶出装置、冷却加热系统、排气系统和选取模架即可。

3.1.
4.2尺寸精度分析。

该零件在设计中，未注公差。

查参考文献可根据第四机械工业部制订的塑料制作尺寸公差作为我们选定的公差的主要资料，该标准系根据我国目前塑件成型水平提出来的。

它将塑料制作分成8个精度等级，每种塑料可选其中三个等级，即高精度，一般精度和低精度。

1、2级精度要求较高，目前一般不采用。

表中只列出公差值，而具体的上下偏差可根据制作的配合性质进行分配。

根据文献精度等级的选用，选取此次设计零件的精度等级为一般等级即MT4级，塑料制品公差数值表，零件的基本尺寸在3mm以内，因此零件的公差数值为0.12mm。

对于轴类零件，其公差尺寸可取表中数值冠以（一）号，根据以上要求和零件的结构可得出零件的精度尺寸如下所
示：
从塑件的尺寸来看，最大处壁厚为3mm ，但上面的脱模斜度较大，而下表为直径为2mm 的圆体，结构简单，有利于零件的成型。

3.1.
4.3表面质量分析。

该零件的表面要求没有毛刺、缺陷，内部无汽泡等，没有特别的表面质量要要求，故比较容易实现。

综上分析可以看出，注塑在工艺参数控制的较好的条件的情况下，零件的成型要求可以得到保证。

]8~7[
3.2塑件的体积和质量计算
计算塑件的质量是为了选用注塑机和确定模具型腔数目。

3.2.1塑件的体积计算
塑件结构简单，可由手工计算该零件的体积，但由于在塑件的上表面有88度的脱模斜度，因此为了精确零件的体积，在本次设计中，采用在Pro/E 中对零件进行分析。

分
析结果如下：334143
.26mm V =。

3.2.2塑件的质量计算
查文献ABS 材料的密度为3/06.1cm g =ρ，收缩率为0.8%,通过计算质量为g cm g mm V m 028.0/06.134143.2633=⨯=⋅=ρ
表3-2 XS-Z-3 注射机主要技术参数。