CN103496125B - 一种三通管模具的开模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三通管模具的开模方法，包括：分析三通管塑件的功能要求、使用环境和技术指标，确定注塑成型所用塑料材料；确定注射成型的工艺参数；确定三通管塑料模具的浇口类型和位置；根据注塑机种类、规格及三通管本身的形状结构，决定三通管注塑模具的结构；确定三通管塑件脱模斜度；根据三通管模具的结构，确定分型面和型腔数量；选择并校验注射机；选择模架及校验注射机拉杆内间距；确定浇注系统的结构和形状；确定成型三通管的结构；校核三通管模具的强度、刚度；确定排气系统结构；确定合模导向机构的结构；确定模架的结构并选用相应标准件；确定温度调节系统的结构与尺寸。该开模方法实现了标准化、小型化、高质量塑料模具。

Description

一种三通管模具的开模方法

技术领域

本发明涉及塑料模具技术领域，更具体地，涉及一种三通管模具的开模方法。

背景技术

目前，塑料模具工业发展非常迅速，技术水平不断提升，高精度模具、热流道模具、气辅及高压注射成型模具等具有很高科技含量的模具都得到了开发和应用。现代塑料制品对表面光洁度、成型时间都提高了更高的要求，因而也推动了塑料模具的发展。以电视机塑料外壳模具为例，其模具精度已由以前的0.05～0.1mm提高到0.005～0.01mm，制造周期也由8个月缩短到了2个月，并且模具使用寿命也由过去可制10万～20万件制品延长到了可60万件制品。从电视机外壳塑料模具的发展可以看到，高精密、长寿命、短周期、低成本是模具的发展方向。

随着上述需求的不断深入，塑料模具传统的开模方法和手段已经逐渐不能适应行业发展。由于传统的开模方法缺少标准化的流程作业和工艺控制，导致重复制造本应标准化的购件，延长了模具生产周期，又不利于维修，不适应多品种、少批量的现代化生产方式。由于现有开模方法缺少标准化的规范，也影响了所获得的塑料模具的质量，难以达到大型、精密、复杂、长寿命模具的制造要求。

发明内容

为了克服传统塑料模具开模存在的缺陷，首先应当实现针对各类标准件的开模方法，从而提高标准件质量，降低标准件的开模成本，逐步形成规模生产；此外，要在开模工艺中应用优质模具材料和先进的表面处理技术，提高标准件塑料模具的寿命和质量。塑料三通管是一种适于化工容器和管道等应用的标准化零件，本发明提供了一种三通管模具的开模方法，旨在通过精确设计的开模方法实现满足现代工艺要求的标准化、小型化、高质量塑料模具。

本发明所述的三通管模具的开模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，分析三通管塑件的功能要求、使用环境和技术指标，确定注塑成型所用塑料材料；

步骤2，确定注射成型的工艺参数；

步骤3，确定三通管塑料模具的浇口类型和位置；

步骤4，根据注塑机种类、规格及三通管本身的形状结构，决定三通管注塑模具的结构；

步骤5，确定三通管塑件脱模斜度；

步骤6，根据三通管模具的结构，确定分型面和型腔数量；

步骤7，选择并校验注射机；

步骤8，选择模架及校验注射机拉杆内间距；

步骤9，确定浇注系统的结构和形状；

步骤10，确定成型三通管的结构；

步骤11，校核三通管模具的强度、刚度；

步骤12，确定排气系统结构；

步骤13，确定合模导向机构的结构；

步骤14，确定模架的结构并选用相应标准件

步骤15，确定温度调节系统的结构与尺寸。

优选的是，所述步骤2中所确定的注射成型工艺参数包括注塑成型所采用的注射机类型、螺杆转速、料筒温度、喷嘴温度、模具温度、注射压力、成型时间、保压时间、冷却时间及成型总周期时间。

优选的是，所述步骤3中所确定的浇口类型为潜伏式浇口。

优选的是，步骤4中所确定的三通管注塑模具的结构包括定模部分、动模部分、成型零部件、浇注系统、导向部件、脱模机构、侧向分型抽芯机构、温度调节系统、排气装置。

优选的是，步骤6中确定采用双滑块的分型面结构，并且匹配相应的侧抽芯机构。

优选的是，步骤7中对注射机的校验包括：根据注塑机料筒塑化速率校核模具的型腔数，校验注射机允许的最大注射量是否满足要求，校验锁模力，校验最大注射压力，校验模具厚度，校验开模行程。

优选的是，步骤9中确定的浇注系统的结构包括主流道、分流道、浇口和冷料穴。进一步优选的是，所述主流道结构为可拆卸更换的主流道衬套式，分流道结构为圆形截面二级分流道，冷料穴为带倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式，并且从主流道到各型腔分流道的长度、形状、截面对应相等。

优选的是，步骤10中所确定的成型三通管的结构包括：侧向抽芯机构，斜导柱的结构，侧滑块的结构以及定位装置结构。

优选的是，所述步骤14中所选用的标准件包括：定模固定板、定模板、动模板、动模固定板、推杆固定板与推板以及垫块。

本发明的开模方法具有以下特点和优势：首先，本模具的分型面的选择为后面的开模设计工作带来了很大方便，由于采用了比较合理的分型方案，在整个模具中只用了两个滑块，而没有采用过多的侧向分型。由于分型面的位置适中使得冷却系统在竖直方向上有充足的空间。又因为冷却系统与其它系统是参照布局的，这样冷却系统就可以轻易地穿叉于其它系统之间。可见，模具的各系统互不干涉，整个模具结构又很紧凑，减少了模具的整体体积。

附图说明

图1是本发明实施例的分型面结构示意图；

图2是本发明实施例的另一种分型面结构示意图；

图3是本发明实施例的定位装置结构示意图；

图4是本发明实施例的导柱和导套结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种三通管模具的开模方法，可以实现满足现代工艺要求的标准化、小型化、高质量的三通管模具，能够适用于三通管的注塑成型制造。下面按各阶段的步骤介绍本发明所述的开模方法。

1.通过分析三通管塑件的功能要求、使用环境和技术指标，确定注塑成型所用塑料材料。

功能要求是指塑件应具有满足使用目的的功能，并达到一定的技术指标。对功能的考虑要与使用环境结合起来。使用环境是指使用状态下客观现场的情况，如力、热、化学物质等的影响。塑件的性能指标通常有以下三方面的要求：1)承受外力的要求：包括静态、动态、冲击、振动、摩擦、磨损、剪切、弯曲等状态下的强度。2)对工作环境的要求：由于塑件的热性能较差，要求塑件的工件脆度不能过高，脆化温度、热变形温度、分解温度等都要适度。此外，对耐化学药物和溶剂，对耐阳光和其他辐射，对环境气候的作用都提出要求。3)其它要求：例如成本方面、使用年限和电气性能方面的专门要求。

基于以上几点分析，本塑件为三通管，适用于化工容器、管道等，所以应具有：刚硬且有韧性，抗弯强度高，抗疲劳、抗应力开裂；质量轻；在高温下仍能保持其力学性能。

根据三通管塑件的上述要求，在本步骤中确定该三通管塑件采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物即ABS。工程塑料ABS一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的橡胶气味，但无熔融滴落现象。在使用性能方面：ABS其综合性能好，抗冲击强度高，化学稳定好、电性能良好，尺寸稳定性好、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工性较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。ABS材料的指标方面，熔点：130～160℃；抗拉屈服强度：50MPa；拉伸弹性模量：1.8×10³MPa；弯曲强度：80MPa；体积电阻率：6.9×10¹⁶Ω/cm³。ABS工程塑料的缺点是：热变形温度比较低，可燃。因此，ABS适用于制作一般零件、减摩耐磨零件、传动零件和电讯类零件，其使用范围为-40～100℃，可以满足本发明三通管塑件的需求。

2.确定注射成型的工艺参数

塑料在注射机料筒里经过加热、塑化达到流动状态以后，经注射机注射系统冲入模腔。注射成型可分为五个阶段：充模、压实、保压、倒流和冷却。在本步骤中可以确定注射成型的工艺参数如下：1)注射机：螺杆式；2)螺杆转速：30r/min；3)料筒温度：后段为150～170℃；中段为165～180℃；前段为180～200℃；4)喷嘴温度：170～180℃；5)模具温度：40～60℃；6)注射压力：100～130MPa；7)成型时间：注射时间0～5s，保压时间10～90s，冷却时间10～120s，成型总周期：20～215s。

3.确定三通管塑料模具的浇口类型和位置

浇口是连接流道及型腔的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，浇口设计的好坏直接影响塑件的质量。浇口的主要作用有三个：型腔充满后首先凝固，防止倒流；易于切除尾料；对于多型腔模具，浇口可以平衡各型腔注射压力。

3.1选择浇口类型

浇口的形状通常有以下几种：1)点浇口，是一种截面尺寸特别小的圆形浇口，适用于低粘度和粘度对剪切速率敏感的塑料，凝固快，可缩短成型周期，切掉尾料后几乎看不出浇口痕迹。2)潜伏式浇口，是由点浇口演变而来，吸收了点浇口的优点，并克服了点浇口给模具带来的复杂性。3)侧浇口，一般开设在分型面上，从塑件的外侧面进料，是典型的矩形截面浇口。浇口的截面形状简单，加工方便，能对浇口尺寸进行精密加工，浇口位置选择比较灵活，去除浇口方便，特别适用于两板式多型腔模具，但塑件容易形成熔接痕、缩孔、凹陷，注塑压力损失较大，对壳体塑件会产生排气不良。4)重叠式浇口基本与侧浇口相同，但浇口不是在塑件的两侧，而是在塑件的一个侧面，是典型的冲击型浇口，可以有效的防止熔体的喷射流动，但如成型条件不当，会在浇口处产生表面凹坑，导致切浇口困难，容易留下痕迹。5)扇形浇口扇形浇口是逐渐展开的浇口，是侧浇口的变异形式，常用来成型较大的板状零件，浇口沿进料方向逐渐变宽，厚度逐渐减至最薄。塑料熔体可在宽度方向上得到均匀分配，可降低塑件的内应力，减小其翘曲变形，型腔排气良好。根据三通管模具的特点，本实施例采用潜伏式浇口形式。

3.2选择浇口位置

浇口位置的选择应遵循以下原则：1)避免制件上产生喷射等现象；2)浇口应开设在塑件截面最厚处；3)有利于塑件熔体流动；4)有利于型腔排气；5)减少或避免塑件的熔接痕；6)考虑塑件使用时的载荷；7)考虑浇口位置和数目对塑件成型尺寸的影响；8)防止将型芯或嵌件挤歪变形。

4.根据注塑机种类、规格及三通管本身的形状结构，决定注塑模具的结构

在本步骤中设计三通管塑料模具的整体结构，根据三通管本身的形状结构、模具的使用方式以及其在注塑机上的安装位置，将模具总体上分成两大部分，即定模部分和动模部分，成型时动模部份与定模部份闭合构成型腔和浇注系统，开模时动模部份和定模部份分离取出塑件。其中，定模部分安装在注塑机的固定模板上，闭模后注塑机料筒里的熔融塑料在高压作用下通过喷嘴和浇注系统进入模具型腔。动模部分安装在注塑机的移动模板上，随着移动模板一起运动完成模具的开闭。塑件定型后一般要求其留在动模上，开模时借助装在动模上的推出装置，可以实现塑件的脱模或自动坠落。

此外，为了进一步完善模具的功能，该三通管模具还进一步包括以下结构：成型零部件，主要用来决定塑件的几何形状和尺寸，它通常由凸模、凹模、型芯和成型杆二者之一、镶块、螺纹型芯和型环二者之一等组成。浇注系统，将塑料熔体由注塑机喷嘴引向型腔的一组流动通道称为浇注系统，它由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。导向部件，为了确保动模与定模在合模时能准确对中，在模具中必须设置导向部件，通常由导柱和导向孔组成，有时还在动模和定模上分别设置互相吻合的定位块。脱模机构，脱模机构是指在开模过程的后期，将塑件从模具中脱出的机构。侧向分型抽芯机构，对于有些带外侧孔的塑件，在被推出模具之前，模具必须先进行侧向分型，拔出侧向型芯，然后方能顺利脱模，此时需要设置侧向分型抽芯机构。温度调节系统，为了满足塑料成型工艺对模具温度的要求，需要有温度调节系统对模具的温度进行调节。排气装置，注塑模中设置排气结构是为了在塑料熔体充模过程中排除模腔中的空气和塑料本身挥发出的各种气体，以免它们造成各种成型缺陷。

由于本制品为塑料三通管接头，需要在三个方向上同时抽芯，为减小模具复杂性，本模具采用滑块抽芯机构，应用两板模形式。

5.确定三通管塑件脱模斜度

三通管塑件冷却后会产生收缩因而包紧模具型芯、型腔中突起的部分，使得塑件脱出困难，这时若强行脱出会导致塑件表面拉模。这种情况下为了脱模方便，塑件设计时必须考虑与脱模方向平行的内外表面，设计足够的脱模斜度。但是当塑件高度不大、没有特殊窄细部位时，可以不设计脱模斜度。型腔脱模斜度范围为40′～1°20′；型芯脱模斜度范围在35′～1°之间。但考虑到本塑件的结构及模具的侧抽芯机构可以使塑件自动留在动模型腔中，因此无需考虑型腔与型芯的脱模斜度大小。

6.根据三通管模具的结构，确定分型面和型腔数量。

6.1确定分型面

塑件设计阶段，就应充分考虑成型时分型面的形状和位置，分型面的设计是否合理对塑件质量和工艺操作的难易程度以及模具的设计制造都有着很大影响。分型面的选择应遵循以下原则：1)有利于保证塑件的外观质量；2)分型面应选择在塑件的最大截面处；3)尽可能是塑件留在动模一侧；4)充分考虑塑件的使用要求；5)有利于保证塑件尺寸精度；6)尽量减少塑件在和模方向上的投影面积；7)有利于排气；8)尽量使模具结构简化；9)长型芯应置于开模方向上。

根据三通管的具体结构，可以确定采用双滑块的分型面结构，两种分型面进行选择如图1和图2所示。在该三通管结构中有外侧抽芯，所以在确定分型面时还要确定侧抽芯机构。初步选定采用斜导柱带动滑块抽芯。

图1所示的分型面方案有两个侧孔，且侧孔深度比较大，抽芯力也较大，抽芯机构相对复杂。图2所示方案中的分型面并不是塑件的最大截面积处，但大孔在开模方向上成型，而小孔在侧面便于抽芯，抽芯机构相对较简单。根据上述确定分型面应遵循的原则可以很容易的看出优选采用图2所示方案。

6.2型腔数目的确定

为提高模具的生产能力，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。型腔数目的确定一般可以根据经济性、塑件尺寸的大小和精度来确定。一般来说，大中型塑件和精度要求较高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高且形状简单的小型塑件，当采用大批量生产时，若采用多型腔生产可极大的提高模具的生产效率。本发明的三通管制品尺寸精度要求不高，生产批量适中，且具有两边抽芯，从模具加工成本及制品生产时的成本考虑。

7.选择并校验注射机

7.1注射机的选择

注塑成型机按结构形式可以分为立式、卧式、直角式三类。立式注塑机的优点主要是占地面积小，安装或拆卸小型零件方便，容易成型嵌件，不易倾斜或脱落。缺点是塑件顶出后不能靠重力脱落，必须依靠手工。卧式注塑机的优点是机体较低容易操纵和加料，塑件顶出后可以自动脱落，易实现自动生产。直角式注塑机较前两种注塑机少用，其优点是结构简单，便于制造，适用于单件生产中心部位不允许有浇口痕迹的平面塑件。考虑到本发明的三通管塑件的生产成本和易于实现自动化，因此应选择卧式成型机。

为保证塑件的质量，注射成型一次总注射量应在注射机理论注射量的80％以下。

7.2注射机的校验

1)根据注塑机料筒塑化速率校核模具的型腔数

根据注塑机最大注射量的利用系数(一般取0.8)、注塑机的额定塑化量及成型周期判断模具的型腔数是否符合预定要求。

2)最大注射量的校核

模具型腔能否充满与注塑机允许的最大注射量密切相关，设计模具时，应保证注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射量的范围内。根据生产经验，塑件及尾料的总体积应是注射机允许的最大注射量(额定注射量)的80％以下。

3)锁模力的校核

流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积A在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是塑件在分型面上的投影面积的0.2～0.5倍。因此通过进行估算，可以计算模具的单个塑件在分型面上投影面积及总投影面积；根据总面积判断注射机的锁模力是否符合要求。

4)最大注射压力的校核

注射机的最大注射压力应大于或等于塑件成型时所需的注射压力，即

P_max≥KP

式中P_max为注射机的最大注射压力；

P为塑料件成型时所需的注射压力；当塑料件为ABS时P取70～90MPa；

K为安全系数，取K＝1.3。

5)模具厚度校核

由于注射机可安装模具的厚度有一定限制，所以设计模具的闭合厚度H_m必须在注射机允许安装的最大模具厚度H_max及最小模具厚度H_min之间，即

H_max≤H_m≤H_min

式中H_min---注射机合模部件允许的最小模厚(单位为mm)；

H_max---注射机允许的最大模厚(单位为mm)。

6)开模行程的校核

对于单分型面注射模

S_max≥S＝H₁+H₂+(5～10)mm

式中S_max---注射机动模板的开模行程，取280mm；

H₁---塑件顶出距离，取10mm；

H₂---包括浇注系统凝料在内的塑件高度，取75mm；

(5～10)mm---开模行程余量；

8.选择模架及校验注射机拉杆内间距

本发明三通管模具的定模和动模采用两块模板，设置弧块推出机构。适用于潜伏式浇口，采用斜导柱侧抽芯的注射成形模具。应适当选择模板尺寸，确定模具的实际闭合高度处在该注射机的最大、最小模厚之间。并确定注射机的拉杆内间距符合设计要求。

9.确定浇注系统的结构和形状

浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。浇注系统有以下设计原则：1)排气良好，能顺利的引导熔融塑料填充到型腔的各个深度，并能使型腔内的气体顺利排出。2)流程短，在满足成型和排气良好的前提下，要选取短的流程来冲填型腔；且应尽量减少弯折，以降低压力损失，缩短填充时间。同时这样也能减少塑料的损耗，在大量生产时降低的成本将相当可观。3)防止型芯和嵌件变形，应尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，防止型芯弯曲变形和嵌件移位。4)整修方便，浇口位置和形式应结合塑件形状考虑，做到整修方便并无损塑件的外观和使用。5)防止塑件翘曲变形，在流程较长或需开设两个以上浇口时更应注意这一点。6)合理设计冷料穴或溢料槽，冷料穴和溢料槽设计是否合理，直接影响塑件的质量。7)浇注系统的断面积和长度，除满足以上各点外，浇注系统的断面积和长度应尽量取小值，以减少浇注系统占用的塑料量，从而减少回收料。

9.1主流道的设计

主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。因主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力塑料熔体要冷热交替反复接触，属于易损件，对材料要求较高，所以模具的主流道部分推荐设成可拆卸更换的主流道衬套式，以便有效地选用优质钢材单独对其进行加工和热处理一般选用T8、T10制造，热处理硬度为HRC50～55。主流道衬套设置在模具的对称中心位置上。又由于本模具主流道较长，定位圈和衬套应设计成分体式。在主流道的设计中：1)为便于将凝料从主流道中拉出，主流道通常设计成锥形，其锥角α＝2°～4°，内壁表面粗糙度一般为Ra＝0.8。2)为防止主流道与喷嘴处溢料及便于将主流道凝料拉出，主流道与喷嘴应紧密对接，主流道进口处应制成球面凹坑，其球面半径为R＝注射机碰嘴球面半径+(1～2)mm，凹入深度3～5mm。3)为了物料的流动阻力，主流道末端与分流道连接处呈圆角过渡，其圆角半径r＝1～3mm。4)主流道长度L应尽量短，否则将增加主流道凝料，增大压力损失，一般主流道长度由模具结构和模板厚度所确定，一般不大于60mm，这里取L＝50mm。主流道小端直径D＝注射机碰嘴直径+(0.5～1)mm，主流道球面半径R＝注射机碰嘴球面半径+(1～2)mm。

9.2分流道的设计

分流道的设计应尽量短，少弯曲，该模具分流道长度取：

第一级分流道：L₁＝15×2＝30mm

第二级分流道：L₂＝2×5×1.414＝14.14mm

分流道的截面形状有圆形、半圆形、矩形、梯形、U形等。本设计选择分道的截面形状为圆形。圆形截面分流道容易加工，且塑料熔体的热量散失及流动阻力均较小，一般可以采用下面的经验公式来计算截面尺寸：

D＝0.2653×G^1/2×L^1/4、

D---流道直径；

G---制品重量且G≤200g；

L---流道长度且L≥25mm；

9.3冷料穴的设计

当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前面的熔胶温度会比较低，为防止这部分温度较低的熔胶进入型腔而影响塑件质量，通常在进料口的末端即动模板上开设一个冷料穴，用来存储这部分冷料。冷料穴的尺寸应稍大于主流道大端直径。为使主流道凝料能够顺利的从主流道衬套中脱出，往往是冷料穴兼有将主流道凝料拉出的作用，根据拉料的方式不同，冷料穴的形式又可分为与推杆匹配的冷料穴、与拉料杆匹配的冷料穴、无拉料杆的冷料穴三种。本设计主流道采用带倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。其结构如图2。另外由于本模具设计采用潜伏式点浇口形式，故无需考虑分流道的冷料穴设计。

9.4浇注系统的平衡

对于本发明的模具，从主流道到各型腔分流道的长度、形状、截面对应相等，各个浇口也相同，故浇注系统也是平衡的。

10.确定成型三通管的结构

由于三通管有三个孔，分模时无法直接脱出，需要使用侧抽芯机构才能顺利脱模。本设计在侧面孔采用一个侧抽芯，长孔方向采用两个相同的主型芯，并选择在中心分型面处分模，这样便于加工。

10.1侧向抽芯机构的设计

侧向抽芯的抽芯机构按动力来源可分为手动、气动、液压和机动四类。机动抽芯是利用注塑机的开模力通过传动机构改变运动方向，将侧向的活动型芯抽出。机动抽芯灵活方便、生产效率高、容易实现自动化操作、无需另外配置设备。由于三通管同时在三个方向上有孔，需要侧向抽芯，故选用机动抽芯机构进行抽芯。

1)型芯的结构

型芯设置在滑块上，这样便于加工并能保证成型精度。

将型芯从成型位置抽拔至不妨碍塑件脱模的位置，型芯所移动的距离称为抽芯距。一般抽芯距等于侧孔深加2～3mm。

抽芯距可由下式计算得出：

S＝S₁+(2～3)mm

S实际抽芯距(mm)

S₁侧向凸台高度(mm)

抽芯力的计算公式：

F_c＝pA(f cosα-sinα)

p---塑件对侧型芯的收缩应力。一般对模内冷却的塑件，有p＝(0.8-1.2)×10⁷Pa

A---塑件包紧侧型芯成型部分的侧面积

f---塑件与模体钢材的摩擦系数，一般取f＝0.1-0.3

α---脱模斜度0°

10.2斜导柱的结构形式

本设计采用的是在中小型模具中常用的一种结构形式，其台肩部相平于模面，角度与抽拔角一致。材料多为T8、T10等碳素工具钢，也可用20钢作渗碳处理，由于斜导柱经常于滑块摩擦，热处理要求硬度HRC≥55，表面粗糙度Ra≤0.8μm。斜导柱固定部分与模板的配合精度为H7/m6的过渡配合。

1)圆柱形斜导柱直径的确定

圆柱形斜导柱直径取决于斜导柱所受的弯曲力，而弯曲力又取决于抽芯力F，抽拔角α以及受力点的位置。

一般地，斜导柱和斜滑块的斜孔的配合都有一定的间隙δ(0.2-0.4)，在开模瞬间定程距为M，

$\begin{array}{cc}d=\sqrt[3]{\frac{10F_c{H}_w}{{\cos }^2\mathrm{\α}\[{\mathrm{\σ}}_w\]}}& H_w=\frac{H}{2}+M=\frac{H}{2}+\frac{\mathrm{\δ}}{sin\mathrm{\α}}\end{array}$

d----斜导柱直径

F_c----抽芯力

H_w----受力点到固定板平面的距离，

α----抽拔角

[σ_w]---斜导柱钢材的许用弯曲应力，碳素钢取[σ]＝137.2MPa

2)斜导柱倾斜角α的选择

斜导柱倾斜角α与斜导柱的有效工作长度L，抽芯距S，斜导柱完成抽芯时所需最小开模行程H有关。α增大，L和H减小，有利于减小模具尺寸，但斜导柱所受的弯曲力和侧抽芯时的开模力将增大；反之亦反，综合两方面考虑，一般最常用为12°＜α＜22°

本设计取α为20°

3)圆柱形斜导柱总长度的计算

斜导柱的总长度

$L=\frac{D}{2}tan\mathrm{\α}+\frac{h}{cos\mathrm{\α}}+\frac{d}{2}tan\mathrm{\α}+\frac{S}{sin\mathrm{\α}}+(5~10)$

L----斜导柱总长度

D----斜导柱台肩直径

α---斜导柱抽拔角

h----斜导柱固定板厚度

d----斜导柱工作部分直径

S----抽芯距

10.3侧滑块的设计

滑块是斜导柱侧向分型抽芯机构中的一个重要零件，它上面安装有侧向型芯，滑块结构形式有整体式和组合式。本设计采用组合式。滑块材料通常用45钢或T10，T8制造，淬硬至45HRC以上，在设计中取用T8来制造。

10.4滑块的导滑槽

为了滑块的滑动，应该设置有导滑槽，导滑槽由压块及肩台组成，导滑槽应使滑块运动平衡可靠，二者之间上下、左右各有一对平面配合，配合取H7/f7，其余各面留有间隙，滑块的导滑部分设计的长度是60mm，超过了滑块滑动的最大距离，因此，长度足够，可以避免滑动时产生倾斜。此外，导滑槽应该有足够的耐磨性，由45钢或T10，T8制造，硬度在50HRC以上。

10.5定位装置设计

限位装置起限制滑块的滑动终止位置的作用，本设计采用弹簧式定位装置。弹簧截面可选矩形，结构如图3所示。

11.校核模具的强度、刚度

在注塑成型过程中，型腔承受塑料熔体的高压作用。因此，凹模与凸模的底板及侧壁必须具有足够的强度和刚度。如果凹模和底板的厚度过小。则强度、刚度会不足。强度不足会导致型腔产生塑性变形，甚至破裂；刚度不足将产生过大的弹性变形，产生溢料间隙。可见，模具对强度和刚度都有要求，但是，模具对强度及刚度的要求并非同时兼顾，对尺寸大的型腔，刚度不足是主问题，按刚度计算，对尺寸小的型腔，强度不足是主问题。按强度计算、刚度计算的条件则视模具的具体情况，可从以下几个方面考虑：1)要防止溢料；2)应保证塑件精度；3)要有利于脱模。本发明的开模方法对于强度、刚度方面都予以考虑。

11.1根据侧壁厚校核强度、刚度

由于管接头的型腔为圆型，则刚度计算公式为：

$S=r\[{\left(\frac{E\[\mathrm{\δ}\]/rp-\mathrm{\μ}+1}{E\[\mathrm{\δ}\]/rp-\mathrm{\μ}-1}\right)}^{\frac{1}{2}}-1\]$

强度计算公式为：

$S=\[{\left(\frac{\[\mathrm{\σ}\]}{\[\mathrm{\σ}\]-2p}\right)}^{\frac{1}{2}}-1\]$

S-----型腔侧壁厚度

γ-----型腔半径

[σ]-----模具材料的许用应力237.2MPa

p-----型腔所受压力30MPa

E-----模具材料的弹性模量，碳钢为2.1×10⁵MPa

[δ]-----刚度条件，即允许变形量mm

μ-----模具材料的泊松比，碳钢为0.25。

11.2脱模推出机构的设计

注射成型的每一周期中，必须将塑件从模具型腔中推出，实现这个功能的机构就叫做脱模机构，也叫做顶出机构或者推出机构。

推出机构的设计原则：推出机构应尽量设置在动模一侧，使制品在推出机构过程中不变形、不损坏，机构应尽量简单，动作应保证可靠，能使脱模后的制品有良好的外观，合模时能准确定位。

由于三通管为管型制件，开模后塑件包紧动模型芯的力比较大，故采用弧块推出塑件，推出力比较平稳，塑件不易发生变形。每个塑件由三根弧块推出，模具共六根弧块，弧块与模板上的弧块孔采用HS/fs间隙配合。通常弧块端面应与型腔底面平齐或者高出底面0.05mm～0.1mm。本设计采用弧块与弧块固定板0.025mm的间隙，这样既可以降低加工要求又能在多弧块的情况下不因个别弧块的孔加工误差引起轴线不一致而发生卡死现象。弧块的常用材料为TS、T10碳素工具钢，热处理要求硬度50HRC以上，工作配合面的表面粗糙度为Ra＝0.8μm。

12.确定排气系统结构

在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的挥发气体，这些气体如果不能顺利排出，型腔内将会产生很大的压力，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩产生高温很可能使塑料烧焦。当气体渗入塑件内部时会造成气孔、阻止疏松等缺陷。

注塑模的排气方式大多数情况下是利用模具分型面或配合间隙自然排气，只有在少数情况下采用开设排气槽的方式。排气槽一般设在分型面上的凹模一侧以便于模具制造和清理。排气槽尺寸一般以塑件不从排气槽中溢出为限。

三通管塑件为小型塑件即模具也属于小型模具，且不需采用高速注射，故利用分型面和弧块的配合间隙排气即可满足排气要求，无需再单独开设排气槽。

13.确定合模导向机构的结构

为保证模具能够准确合模、开模，在模具中必须设计导向机构。常用导向机构包括导柱和导套两个主要零件，分别安装在动模、定模两边。图4示出了导柱与导套的结构。导柱基本结构形式有两种：带头导柱和有肩导柱。带头导柱是除安装部分的凸肩外其余部分直径相同；有肩导柱则是除安装部分的凸肩外，配合部分直径比外伸的工作部分直径大。带头导柱用于生产批量不大的模具，可以不用导柱。有肩导柱用于采用导套的大批量生产并需要高精度导向的模具。导柱直径尺寸随模具模板厚度而定，模板尺寸愈大，导柱中心距愈大，所选的导柱直径也越大。导向零件应合理均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位。该模具采用4根导柱，导柱安装在动模板上，导套安装在定模板上。

14.确定模架的结构并选用相应标准件

由前面各机构的设计和布局，最终确定模架的实际选择尺寸。并选用以下标准件模板：

14.1定模固定板

定模固定板是模具与注射机连接固定的模板，材料选45钢，通过4个M12内六角螺钉与定模板固定，定位圈通过3个M6的内六角圆柱螺钉与其相连。。

14.2定模板

用于固定型腔、导套，固定板应有一定的厚度和足够的强度，一般选择45钢，调质230HB～270HB。上面开有2个斜导柱孔。

14.3动模板

用于固定型芯、导柱，上面开有滑块槽，一般选45钢，调质230HB～270HB。

14.4动模固定板

用于固定动模板，并通过垫块将动模板与动模固定板连接在一起，另一面通过4个M12的内六角圆柱螺钉固定在注塑机上。

14.5推杆固定板与推板

用于顶出和回位弧块，实现脱模作用，在两块垫块中间，并与注塑机推板靠在一起，其上装有顶板导柱。其顶出时靠注塑机提供的推力，回位时则是靠弹簧的弹力。材料都选择45钢。

14.6垫块

垫块的主要作用是在动模固定板和动模板之间形成推出机构的动作空间，并能调节模具总厚度，以适应注塑机的模具安装厚度要求。本模具采用两块平行放置在动模固定板两侧的平行垫块。

15.确定温度调节系统的结构与尺寸

塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑件质量。模具温度过高成型制品收缩大，脱模后塑件变形也大，温度过低熔体流动性差，会产生明显的银丝、流纹等缺陷。当模温不均匀时型芯和型腔温差大时塑件收缩不均匀会导致变形影响塑件尺寸精度。通常温度调节系统包括加热系统和冷却系统。一般填充到模具内的熔体温度在200℃左右，而塑件取出时温度在60℃左右。这个温差就要靠合理的冷却系统来进行快速实现。

本塑件材料为ABS，注射时要求模温一般在40～70℃，不超过80℃，故无需设置加热系统。

本模具冷却系统的设计原则：1)冷却水孔数量应尽量多，尺寸尽量大；2)冷却水孔至型腔表面距离相等；3)浇口处加强冷却；4)降低入水与出水的温度差；5)对于收缩率大的塑料应沿其收缩方向设冷却水通道；6)冷却水道要尽量避开塑件的熔接痕部位，以免影响塑件的强度；7)冷却水道要便于机械加工，便于清理，一般孔径设计为8～12mm。

首先，进行注射过程热平衡计算，就是计算单位时间内熔体固化放出热量等于冷却水所携走的热量

Q_in＝Δ_im_p＝Δ_inG

式中：Q_in---塑料熔体每小时冷却固化所放出的热量(单位为KJ/h)

n---每小时注射次数；

G---每次注射的塑料用量(单位为kg)

m_p---每小时注射的塑料量(单位为kg)

Δ_i---每千克塑料熔体凝固时放出热焓量(单位为KJ/kg)

其次，确定冷却水每小时从模具携走热量Q_out

Q_out＝m_wC_w(t_out-t_in)

式中m_w---冷却水每小时的用量(单位为kg/h)

C_w---冷却水的比热容，取值为4.187KJ/kg·℃

t_out---模具的出水温度，单位为℃

t_in---模具的进水温度，单位为℃

由热平衡条件Q_in＝Q_out可得：

$m_w=\frac{{\mathrm{\Δ}}_i{m}_p}{C_w(t_{out}-t_{in})}=\frac{{\mathrm{\Δ}}_{i}nG}{C_w(t_{out}-t_{in})}$

经计算保证冷却水在水管中处于湍流状态，从而获得冷却水的体积流量V，并确定相应的管径d和流速

再次，进行冷却面积计算

以冷却水的平均温度t_cp＝25℃查得冷却水物理性质函数的参量A₀＝6.48。由式

$\mathrm{\α}=3.6A_0\frac{{\left(\mathrm{\ρ}v\right)}^{0.8}}{d^{0.2}}$

则所需冷却面积

最后，确定模具应开设的冷却管道的孔数为

$n=\frac{\mathrm{\Φ}}{\ΠdL}.$

所以在分型面两侧各布置具有上述尺寸的冷却管道，足以使塑件及模具达到冷却要求，具体位置如图4。

综上，通过本发明的开模方法所获得的三通管注射模具的总体特点包括：1)单分型面模具(两板式模具)，分流道位于分型面上，需切除流道凝料；2)潜伏式浇口注射模具；3)带侧向滑块抽芯的侧分型面模具；4)弧块顶出机构。

本发明模具的动作原理如下：合模时首先由斜导柱带动滑块抽芯机构到达侧向分型面完成合模，塑料在注塑机加热到熔融状态经浇注系统注入模具内，注塑完毕保压冷却后，在注塑机的带动下使模具首先沿分型面分型，脱出主流道凝料，同时由斜导柱带动侧向抽芯机构进行侧向分型，当侧向抽芯机构完全退出后由定距拉杆及弧块推出机构将塑件顶出脱模，然后顶出机构回位，塑件进行下工段的处理。至此，模具动作完成一个周期。

本发明的开模方法具有以下特点和优势：首先，本模具的分型面的选择为后面的开模设计工作带来了很大方便，由于采用了比较合理的分型方案，在整个模具中只用了两个滑块，而没有采用过多的侧向分型。由于分型面的位置适中使得冷却系统在竖直方向上有充足的空间。又因为冷却系统与其它系统是参照布局的，这样冷却系统就可以轻易地穿叉于其它系统之间。可见，模具的各系统互不干涉，整个模具结构又很紧凑，减少了模具的整体体积。

本开模方法实现的此模具为典型的双脱模机构注塑模具。设计的重点和难点在于制品的形状为细长圆管形，其外圆分布有六个直径较大且壁薄的凸缘，这使制品的成型有一定的难度，故设置了多个点浇口，另外由于其型芯太长，在型芯的定位方面也产生了一定的难度，由于制品允许存在工艺孔，故设置了多个支撑杆以加固型芯，同时抽芯与制品成型不能一起进行，需另外用专业抽芯夹具抽芯。开模过程中，对于型芯的定位，浇口凝料的去除，制件的脱出及合模的导向和复位，是实现本发明的重点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它设备中；以上描述中的尺寸和数量均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的应用尺寸，而不脱离本发明的范围。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种三通管模具的开模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，分析三通管塑件的功能要求、使用环境和技术指标，确定注塑成型所用塑料材料；

步骤2，确定注射成型的工艺参数；所确定的注射成型工艺参数包括：1)注射机类型：螺杆式；2)螺杆转速：30r/min；3)料筒温度：后段为150～170℃；中段为165～180℃；前段为180～200℃；4)喷嘴温度：170～180℃；5)模具温度：40～60℃；6)注射压力：100～130MPa；7)成型时间：注射时间0～5s，保压时间10～90s，冷却时间10～120s，成型总周期时间：20～215s；

步骤3，确定三通管塑料模具的浇口类型和位置；

步骤4，根据注塑机种类、规格及三通管本身的形状结构，决定三通管注塑模具的结构；所述三通管注塑模具包括定模部分、动模部分、成型零部件、浇注系统、导向部件、脱模机构、侧向分型抽芯机构、温度调节系统、排气装置；其中，成型时动模部分与定模部分闭合构成型腔和浇注系统，开模时动模部份和定模部份分离取出塑件；定模部分安装在注塑机的固定模板上，闭模后注塑机料筒里的熔融塑料在高压作用下通过喷嘴和浇注系统进入模具型腔；动模部分安装在注塑机的移动模板上，随着移动模板一起运动完成模具的开闭；成型零部件，用来决定塑件的几何形状和尺寸，由凸模、凹模、型芯和成型杆二者之一、镶块、螺纹型芯和型环二者之一组成；浇注系统，是用于将塑料熔体由注塑机喷嘴引向型腔的一组流动通道，由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成；导向部件，用于确保动模部分与定模部分在合模时能准确对中，由导柱和导向孔组成，还在动模部分和定模部分上分别设置互相吻合的定位块；脱模机构，是在开模过程的后期，将塑件从模具中脱出的机构；侧向分型抽芯机构，采用滑块抽芯机构，侧向分型抽芯可拔出以便塑件顺利脱模；温度调节系统，用于对模具的温度进行调节；排气装置， 用于在塑料熔体充模过程中排除模腔中的空气和塑料本身挥发出的各种气体，以免它们造成各种成型缺陷；

步骤5，确定三通管塑件脱模斜度；型腔脱模斜度范围为40′～1°20′；型芯脱模斜度范围在35′～1°之间；

步骤6，根据三通管模具的结构，确定分型面和型腔数量；其中，采用双滑块的分型面结构，并且匹配采用斜导柱带动滑块抽芯的侧抽芯机构；

步骤7，选择并校验注射机；其中，所选注射机为卧式成型机，并且，对注射机的校验包括：根据注塑机最大注射量的利用系数、注塑机的额定塑化量及成型周期判断模具的型腔数是否符合预定要求；校验注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射量的范围内；计算模具的单个塑件在分型面上投影面积及总投影面积；根据总面积判断注射机的锁模力是否符合要求；校验注射机的最大注射压力大于或等于塑件成型时所需的注射压力；校验模具的闭合厚度H_m在注射机允许安装的最大模具厚度H_max及最小模具厚度H_min之间；校验开模行程；

步骤8，选择模架及校验注射机拉杆内间距；其中，定模部分和动模部分采用两块模板，设置弧块推出机构；选择模板尺寸，确定模具的实际闭合高度处在该注射机的最大、最小模厚之间；

步骤9，确定浇注系统的结构和形状；浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成；

其中，主流道为可拆卸更换的衬套式主流道，设置在模具的对称中心位置上；主流道设计成锥形，其锥角α＝2°～4°，内壁表面粗糙度为Ra＝0.8，主流道进口处制成球面凹坑，其球面半径为R＝注射机碰嘴球面半径+(1～2)mm，凹入深度3～5mm，主流道末端与分流道连接处呈圆角过渡，其圆角半径r＝1～3mm，主流道长度不大于60mm；

分流道长度取：

第一级分流道：L₁＝15×2＝30mm

第二级分流道：L₂＝2×5×1.414＝14.14mm；

分流道的截面形状为圆形，截面尺寸：D＝0.2653×G^1/2×L^1/4，其中D---流道直径；G---制品重量且G≤200g；L---流道长度且L≥25mm；

冷料穴设置在进料口的末端，采用带倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式；

并且，从主流道到各型腔分流道的长度、形状、截面对应相等；

步骤10，确定成型三通管的结构；所确定的成型三通管的结构包括：侧向抽芯机构，斜导柱的结构，侧滑块的结构以及定位装置结构；

其中，所述侧向抽芯机构选用机动抽芯机构；

所述斜导柱为圆柱形斜导柱，斜导柱直径为：其中d----斜导柱直径；F_c----抽芯力；H_w----受力点到固定板平面的距离；α----抽拔角；[σ_w]---斜导柱钢材的许用弯曲应力；斜导柱倾斜角α为20^。；

斜导柱的总长度为：其中L----斜导柱总长度；D----斜导柱台肩直径；α---斜导柱抽拔角；h----斜导柱固定板厚度；d----斜导柱工作部分直径；S----抽芯距；

侧滑块为组合式，设置有导滑槽，导滑槽由压块及肩台组成；

定位装置采用弹簧式定位装置，弹簧截面为矩形；

步骤11，校核三通管模具的强度、刚度；具体包括：

根据侧壁厚校核强度、刚度，刚度计算公式为：强度计算公式为：其中S-----型腔侧壁厚度，γ-----型腔半径，[σ]-----模具材料的许用应力，p-----型腔所受压力，E-----模具材料 的弹性模量，[δ]-----刚度条件，μ-----模具材料的泊松比；

步骤12，确定排气系统结构，利用分型面和弧块的配合间隙排气；

步骤13，确定合模导向机构的结构，采用4根导柱，导柱安装在动模板上，导套安装在定模板上；

步骤14，确定模架的结构并选用以下标准件模板：定模固定板、定模板、动模板、动模固定板、推杆固定板与推板、垫块；

步骤15，确定温度调节系统的结构与尺寸，具体包括：首先，进行注射过程热平衡计算Q_in＝Δ_im_p＝Δ_inG，式中：Q_in---塑料熔体每小时冷却固化所放出的热量(KJ/h)；n---每小时注射次数；G---每次注射的塑料用量(kg)；m_p---每小时注射的塑料量(kg)；Δ_i---每千克塑料熔体凝固时放出热焓量(KJ/kg)；

其次，确定冷却水每小时从模具携走热量Q_out＝m_wC_w(t_out-t_in)，式中m_w---冷却水每小时的用量，单位为kg/h，C_w---冷却水的比热容，取值为4.187KJ/kg·℃，t_out---模具的出水温度，单位为℃，t_in---模具的进水温度，单位为℃，由热平衡条件Q_in＝Q_out可得：经计算保证冷却水在水管中处于湍流状态，从而获得冷却水的体积流量V，并确定相应的管径d和流速；

再次，进行冷却面积计算，以冷却水的平均温度t_cp查得冷却水物理性质函数的参量A₀，由式则所需冷却面积

最后，确定模具应开设的冷却管道的孔数为