基于PROE的三通管件的結構設計說明

1、 PAGE58 / NUMPAGES62化工學院本科畢業(yè)論文題 目：基于PRO/E的三通管件的結構設計 院 系：材料科學與工程學院 專 業(yè)：高分子材料與工程 班 級：0504 學生：王雪嬌 指導教師：于洋 論文提交日期：2009年06月20日 論文答辯日期：2009年06月20日容摘要 UPVC塑料管件應用十分廣泛，其中三通管件是塑料管件中必不可少的一種，可廣泛用于給排水工程。本文詳細介紹了PRO/E軟件用于三通管件的結構設計過程，PRO/E軟件用于設計實體結構的特點，并對三通管件材料的選擇、加工工藝的選擇、注射機的選擇、二維工程圖的繪制等進行了闡述，同時對制造三通管件所用的模具進行了粗略的尺

2、寸計算。而且應用塑料顧問模塊對設計的展品進行定性分析，模擬其注塑過程。關鍵詞： 三通管件； PRO/E軟件； UPVC； CAD； 注射工藝目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc233362319引言 PAGEREF _Toc233362319 h 1HYPERLINK l _Toc233362320一、文獻綜述 PAGEREF _Toc233362320 h 2HYPERLINK l _Toc2333623211.1 聚氯乙烯管材的發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc233362321 h 2HYPERLINK l _Toc2333623221.2 計算機輔助

3、設計軟件的發(fā)展趨勢 PAGEREF _Toc233362322 h 3HYPERLINK l _Toc2333623231.3 PRO/E軟件簡介 PAGEREF _Toc233362323 h 4HYPERLINK l _Toc2333623241.4 PRO/E軟件的優(yōu)點 PAGEREF _Toc233362324 h 4HYPERLINK l _Toc2333623251.5 需要解決的問題 PAGEREF _Toc233362325 h 6HYPERLINK l _Toc2333623261.5.1 塑件的圓角問題： PAGEREF _Toc233362326 h 6HYPERLINK

4、 l _Toc2333623271.5.2 塑料件的收縮率問題： PAGEREF _Toc233362327 h 7HYPERLINK l _Toc2333623281.5.3 塑件的脫模斜度： PAGEREF _Toc233362328 h 9HYPERLINK l _Toc2333623291.5.4 三通管件的壁厚： PAGEREF _Toc233362329 h 10HYPERLINK l _Toc2333623301.5.5 制品缺陷 PAGEREF _Toc233362330 h 10HYPERLINK l _Toc2333623311.6 PRO/E軟件設計三通管的流程 PAGE

5、REF _Toc233362331 h 11HYPERLINK l _Toc2333623321.7 擬用生產(chǎn)方式 PAGEREF _Toc233362332 h 12HYPERLINK l _Toc233362333二、理論與計算 PAGEREF _Toc233362333 h 13HYPERLINK l _Toc2333623342.1 材料的選擇 PAGEREF _Toc233362334 h 13HYPERLINK l _Toc2333623352.2 實體尺寸 PAGEREF _Toc233362335 h 14HYPERLINK l _Toc2333623362.3 實體模型創(chuàng)建過

6、程 PAGEREF _Toc233362336 h 14HYPERLINK l _Toc2333623372.4二維工程圖的創(chuàng)建 PAGEREF _Toc233362337 h 18HYPERLINK l _Toc2333623382.5 模具尺寸的計算 PAGEREF _Toc233362338 h 19HYPERLINK l _Toc2333623392.5.1 按平均收縮率Scp方法計算成型零件工作尺寸 PAGEREF _Toc233362339 h 19HYPERLINK l _Toc2333623402.5.2 計算式 PAGEREF _Toc233362340 h 22HYPERL

7、INK l _Toc233362341三、塑料顧問 PAGEREF _Toc233362341 h 25HYPERLINK l _Toc2333623423.1 塑料顧問的應用 PAGEREF _Toc233362342 h 25HYPERLINK l _Toc2333623433.2 塑料顧問在本次設計中的應用 PAGEREF _Toc233362343 h 25HYPERLINK l _Toc233362344四、總結 PAGEREF _Toc233362344 h 29 正文引言 三通管接頭廣泛應用于建筑工業(yè)，如上下水管、排污管等。三通管件的生產(chǎn)主要采用注射工藝，提到注射模塑就離不開模具

8、的設計，在本次設計中主要設計的是產(chǎn)品的結構，由于知識水平限制只有對模具成型零件部分的尺寸計算。 隨著科學技術的進步，人們的工作方式也有了很大的進步，就結構設計而言當下就有很多可供選擇的計算機輔助設計軟件。在國外塑料加工行業(yè)中約有95 %的產(chǎn)品靠模具生產(chǎn), 其中注射模具的產(chǎn)量占世界塑料成型模具總產(chǎn)量的50 %以上; 而新產(chǎn)品的開發(fā)都是以模具的更新和工藝的改進為前提。因此, 應用CAD 軟件設計模具已成為提高模具企業(yè)競爭力的有力武器。Pro/Engineer是美國PTC公司出品的CAD/CAM軟件，它提供的參數(shù)化設計具有3D實體造型(Solid Model)、單一資料庫（Single Databa

9、se）以與特征作為設計單位（Feature-based Design）等特點因此它可使設計者隨時計算出產(chǎn)品的體積、面積、質心、重量、慣性矩等。由于PRO/E軟件使用方便等諸多優(yōu)點，此次設計選用PRO/E軟件設計帶有擴口的90mm的直三通管件。一、文獻綜述1.1 聚氯乙烯管材的發(fā)展趨勢 塑料管具有重量輕、耐腐蝕、衛(wèi)生安全、水流阻力小、安裝方便、節(jié)能、使用壽命長等特點,受到了管道工程界的青睞。給排水塑料管是目前國大力發(fā)展和應用的新型化學建材,作為建筑給排水管材可解決我國鋼材緊缺、能源不足的局面,經(jīng)濟效益十分顯著。 聚氯乙烯管材管件在我國建筑、農(nóng)業(yè)、電力、通訊市場有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。但? 從我國管

10、材管件生產(chǎn)和銷售情況來看并不十分樂觀。管材廠開工率僅為50%, 1997年全國管材管件產(chǎn)量只有28萬t, 與發(fā)達國家相比差距很大。美國只有2億人口, 土地面積也比我們小, 但聚氯乙烯管材管件年消費量在20萬t左右, 關鍵是我國的應用領域還沒有打開。努力開發(fā)聚氯乙烯管材管件市場, 對發(fā)展聚氯乙烯和相關行業(yè)都有巨大的推動作用。 從國外聚氯乙烯產(chǎn)品市場來分析,聚氛乙烯管材和建材是聚氯乙烯產(chǎn)品的主要市場, 消費聚氯乙烯樹脂量占發(fā)達國家聚抓乙烯樹脂總消費量的65%, 僅管材一項消費量平均占32%左右, 而我們國家僅占4.4%, 差距很大, 關鍵是市場沒有很好地開發(fā), 有些環(huán)節(jié)還需進一步調整。 例如, 在

11、建筑室管材中, 只將聚氯乙烯下水管列人國家發(fā)展規(guī)劃,而沒有將室上水管和熱水管列入發(fā)展規(guī)劃, 這兩種管材也是聚氯乙烯管材和氛化聚氯乙烯管材的一個重要市場。又如, 在公用工程管材中, 將聚氯乙烯供水管列人發(fā)展規(guī)劃, 而沒有將公用工程聚氯乙烯排污管這個大產(chǎn)品列入規(guī)劃, 排污管在國外使用得很普遍, 近10年來在國外得到了迅速發(fā)展, 是大口徑聚氯乙烯管材的一個較大的市場, 應當作為國聚氧乙烯管材的重點產(chǎn)品加以開發(fā)。加之, 我們的生產(chǎn)廠能夠根據(jù)市場需求推出系列化的多品種、多用途的各種聚抓乙烯管材管件供應市場, 聚抓乙烯管材是不愁銷路的。其次, 農(nóng)用灌溉管的發(fā)展要加大力度。我國是個缺水國家, 沒有水就沒有糧

12、食, 這是解決12億人口吃飯的大問題。使用噴灌可節(jié)水50%, 采用管灌等于增產(chǎn)糧食。 此外采用管灌還可以改造土壤, 改造鹽堿地, 并可在短期見成效, 這對于改良土壤, 增加耕地面積, 抑制土地沙漠化也是一個有效的方法。 根據(jù)我國聚抓乙烯管材、管件市場潛力巨大的具體情況, 一要進一步開發(fā)市場, 二要在提高現(xiàn)有管材、管件的質量方面作深人細致的工作?，F(xiàn)在, 為規(guī)塑料建材市場, 建設部建立子化學建材產(chǎn)品技術評估和推薦產(chǎn)品制度。不少城市, 如市, 也建立了塑料建材許可證制度, 基本杜絕了不合格的聚氯乙烯建材流人市場, 采用行政干預手段保證化學建材推廣工作的正常發(fā)展。 總之, 生產(chǎn)節(jié)能、低成本的聚氯乙烯管

13、材、管件是個長線產(chǎn)品, 推廣聚氯乙烯管材、管件利國利民。在今后10年中, 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展, 建筑市場的興旺, 必然帶來聚抓乙烯管材和其它建材的發(fā)展科技興農(nóng)也是個百年大計, 我國有億萬畝土地需要人們去改造, 發(fā)展聚氯乙烯管材、管件不但可獲得可觀的經(jīng)濟效益, 還可獲得巨大的社會效益。1.2 計算機輔助設計軟件的發(fā)展趨勢 由于塑料具有許多優(yōu)點，目前正逐漸成為金屬的良好代用材料，在很多領域都出現(xiàn)了金屬材料塑料化的趨勢。注塑成型是塑料產(chǎn)品最常用的制造方法之一。采用這種方法既可以生產(chǎn)小而精巧的電子器件和醫(yī)療用品，也可以生產(chǎn)大型的汽車配件或建筑構件。隨著塑料新品種的不斷出現(xiàn)以與塑料制品在結構、外觀上要求

14、的日益提高，使產(chǎn)品的設計和模具設計過程變得越來越復雜。而傳統(tǒng)的模具設計是在二維環(huán)境下采用手工繪圖的方式進行的，已經(jīng)很難滿足這種發(fā)展變化的需要。注塑模具CAD/CAM 技術的應用，從根本上改變了傳統(tǒng)的塑料產(chǎn)品開發(fā)和模具加工方式，大提高了產(chǎn)品的質量、縮短了開發(fā)周期、降低了生產(chǎn)成本、強有力地推動了模具工業(yè)的發(fā)展。一些大型的商品化CAD/CAM軟件，Pro/Engineer、UnigraphicsII、Cimatron等，都已開發(fā)出專門用于注塑模具設計的功能模塊，為模具設計提供了十分方便的工具。有資料統(tǒng)計表明，采用CAD 技術可以使模具設計時間縮短50%。在歐美一些工業(yè)發(fā)達的國家， CAD/CAM 已

15、經(jīng)成為模具行業(yè)一種普遍應用的技術。在CAD 應用方面，已經(jīng)超越了甩掉圖板、二維繪圖的初級階段。在模具設計中采用三維CAD 軟件的企業(yè)已經(jīng)接近90%。目前，國也有不少企業(yè)開始應用CAD 軟件進行模具設計。Pro/E 是由美國PTC 公司開發(fā)基于參數(shù)化設計的一種全新的CAD/CAM/CAE 集成軟件。它首創(chuàng)了基于特征的、參數(shù)化的設計模式，具備有實體造型、曲面造型和特征造型等功能，并采用單一的數(shù)據(jù)庫，為用戶提供了方便、快捷的軟件系統(tǒng)。其總體設計思想體現(xiàn)了MDA（MechanicalDesign Automation）軟件的新發(fā)展方向，所采用的新技術比其他MDA 軟件更具有優(yōu)越性。1.3 PRO/E軟

16、件簡介 Pro/Engineer是美國PTC公司出品的CAD/CAM軟件，它提供的參數(shù)化設計具有3D實體造型(Solid Model)、單一資料庫（Single Database）以與特征作為設計單位（Feature-based Design）等特點因此它可使設計者隨時計算出產(chǎn)品的體積、面積、質心、重量、慣性矩等。Pro/E 是目前國際上流行的“參數(shù)化、全相關”的三維設計軟件之一。全相關技術即產(chǎn)品的三維模型與二維圖形相互關聯(lián), 能高效率地生成二維投影視圖。工程設計人員采用具有智能特性的基于特征的功能來生成模型, 如腔、殼、倒角與圓角等, 用戶可以任意勾畫草圖, 輕易改變模型, 這樣就給工程設計

17、人員在設計上提供了很大的簡易性和靈活性。 在國外塑料加工行業(yè)中約有95 %的產(chǎn)品靠模具生產(chǎn), 其中注射模具的產(chǎn)量占世界塑料成型模具總產(chǎn)量的50 %以上; 而新產(chǎn)品的開發(fā)都是以模具的更新和工藝的改進為前提。因此, 應用CAD 軟件設計模具已成為提高模具企業(yè)競爭力的有力武器。1.4 PRO/E軟件的優(yōu)點 Pro/E 是建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上, 不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫, 就是工程中的資料全部來自一個庫, 所有模塊都是全相關, 使得每一個獨立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作, 不管工作人員是哪一個部門的, 只要其在產(chǎn)品開發(fā)過程中的某一處進行了修改, 其修改都能夠擴展

18、到整個設計中, 同時自動更新所有的工程文檔, 包括裝配體、設計圖樣以與制造數(shù)據(jù), 也可以前后反映在整個設計過程所有相關環(huán)節(jié)上。全相關性使得用戶在開發(fā)周期進行的任意一點修改, 沒有任何損失, 并使并行工程成為可能, 所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。同時這種獨特的數(shù)據(jù)結構與工程設計的完整結合, 使設計更優(yōu)化, 成品質量更高, 產(chǎn)品能更好地推向市場, 價格也更便宜。 Pro/E 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構造要素。這些特征是一些普通的機械對象, 并且可以按預先設置很容易地進行修改。例如: 設計特征有弧、角和倒角等, 它們對工程人員來說是很熟悉的,因而易于使用。裝配、加工、制造以

19、與其它學科都使用這些領域獨特的特征, 通過給這些特征設置參數(shù)( 不但包括幾何尺寸, 還包括非幾何屬性) 就可以實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。參數(shù)化設計Parametric ( 也叫尺寸驅動Dimension- Driven) 是CAD 技術在實際應用中提出的課題, 它不僅可使CAD 系統(tǒng)具有交互式繪圖功能,還具有自動繪圖的功能。目前它是CAD 技術應用領域的一個重要的、且待進一步研究的課題。利用參數(shù)化設計手段開發(fā)的專用產(chǎn)品設計系統(tǒng), 可使設計人員從大量繁重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來, 可以大大提高設計速度,并減少信息的存儲量。參數(shù)化設計的關鍵是幾何約束關系的提取和表達、約束求解以與參數(shù)化幾何模型的構造。 Pr

20、o/E軟件技術優(yōu)勢主要體現(xiàn)在下面幾個方面。 （1）數(shù)據(jù)的全相關性 過去的二維設計中設計人員把大量時間都花在了圖形繪制和錯誤修改上，產(chǎn)品數(shù)據(jù)的更改常常是顧此失彼。Pro/E可由三維模型自動生成二維工程樣圖，這樣就把設計人員從繁瑣的、冗長的手工繪圖中解放出來，以便將精力集中于產(chǎn)品設計的方案構思、結構優(yōu)化等創(chuàng)造性的工作上。目前，雖然有很多CAD軟件也能夠做到這一點，但Pro/E所采用的是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，所有的解決方案完全相互關聯(lián)。在設計階段的任何時候進行的數(shù)據(jù)更改，都會擴展到整個制造過程中，自動更新所有的工程文件，將設計中的錯誤減少到最小。 （2）基于參數(shù)化的特征造型Pro/E問世之前，CAD軟件所流

21、行的是采用自由化設計的實體造型技術。產(chǎn)品模型一旦建立，修改起來很不方便。Pro/E首先成功地實現(xiàn)了參數(shù)化設計，設計人員通過尺寸驅動就可以得到滿意的結果。特征造型使產(chǎn)品模型不但具有幾何拓樸信息，同時還具有與材料、精度、裝配、加工等相關的工程語義信息?？吹絇o/E的成功后，其他CAD軟件公司也紛紛采用基于參數(shù)化的特征造型設計方案。如UGII軟件就是在原有UG的基礎之上進行改寫而成，這也是為什么安裝UGII所需要的硬盤空間如此龐大的一個主要原因。I-DEAS則完全摒棄了早期的版本而重新開發(fā)。 （3）硬件獨立性 Pro/E 軟件可以在UNIX、Windows NT、Windows 98、Windows

22、 95 等多種平臺上運行，并在不同的系統(tǒng)中都維持一樣的用戶界面。企業(yè)可以根據(jù)自己的需要選用最經(jīng)濟的硬件設備，再混用或搭配任何一種平臺組合。Pro/E的這個特點可以讓數(shù)據(jù)信息在不同平臺的機器之間很方便地相互轉換。 （4）工程數(shù)據(jù)庫再利用 工程數(shù)據(jù)庫再利用就是將工程數(shù)據(jù)格式化（按一定的表格格式或數(shù)據(jù)庫格式設定）進行數(shù)據(jù)庫開發(fā)，方便相關部門采用。其目的是為了大幅度地提高生產(chǎn)力、降低成本，而以標準、公認的設計作為新產(chǎn)品設計的基礎，它能夠快速生成整個產(chǎn)品系列。 Pro/E設計模具功能十分強大。在其功能模塊中有用于注塑模具設計的Pro/MOLDESIGN、用于鑄造模具設計的Pro/CASTING。當然，也

23、可以在Pro/ASSEMBLY 中進行模具設計。在運用Pro/E設計模具的過程中，還可以隨時對參考零件（添加到裝配體中的制品模型）或模具部件進行分析檢測，如拔模角度檢測、制品厚度檢測、分型面檢測、投影面積計算、充模仿真、開模仿真以與裝配干涉檢測等。 Pro/E還有一個外掛軟件塑料顧問（Plastic Advisor），用來模擬塑料熔體在流道與型腔流動和充填過程，以便在模具投入制造前能與時發(fā)現(xiàn)設計中存在的問題，并有目的的進行改進，減小因設計失誤造成的不必要損失。1.5 需要解決的問題1.5.1 塑件的圓角問題：塑料件上的角落，即表面的轉折處，加強筋的根部等處應設計成圓角。塑料件的圓角半徑一般不小

24、于0.5mm。圓角半徑r與懸臂梁厚度a之比為0.25-0.75時，轉角處的最大應力是根部平均應力的2-1.5倍。因此圓角r/a應在0.25a以上。外圓角半徑必須是r=a/2，R=3a/2。塑料件上采用圓角不僅降低了應力集中系數(shù)，提高了抗沖擊抗疲勞能力，而且改善了塑料熔體的流動充模性能，減少了流動阻力。降低了局部的殘余應力，防止開裂和翹曲，也使塑料件外形流暢美觀。1.5.2 塑料件的收縮率問題： 收縮率不僅與模具的澆口形式、澆口位置與分布有關，而且與工程塑料的結晶取向性(各向異性)、塑料制品的形狀、尺寸、到澆口的距離與位置有關，同時和模具冷卻分布系統(tǒng)緊密相關。影響塑料收縮率的主要有熱收縮、相變收

25、縮、取向收縮、壓縮收縮與彈性回復等因素，而這些影響因素與注塑制品的成型條件或操作條件有關。因此，在設計模具時必須考慮這些影響因素與注塑條件的關系與其表觀因素，如注塑壓力與模腔壓力與充模速度、注射熔體溫度與模具溫度、模具結構與澆口形式與分布，以與澆口截面積、制品壁厚、塑料材料中增強填料的含量、塑料材料的結晶度與取向性等因素的影響。成型收縮率越大，其收縮率的波動圍越大。 由于塑料的膨脹定型套的徑應略大于口模的直徑，但管道經(jīng)冷卻后又有一定的收縮，因此定型套的徑又必須大于管材要求的外徑。收縮率一般為0.5 %0.8 % ，小口徑管取下限，大口徑管取上限。 通過用比例方式，對所有尺寸用公式S = 1 +

26、進行設置；常溫下的塑件尺寸與模具尺寸之間存在著差值, 這是成型收縮引起的, 我們用成型收縮率來表示。它可用下式來表達: 成型收縮率=（常溫時的模具尺寸-常溫時的成型塑件尺寸）/常溫時的模具尺寸 這一成型收縮的產(chǎn)生主要由以下幾個方面造成的： 熱收縮 各種塑料成型在加熱和冷卻時，因其固有的受熱膨脹系數(shù)不同，發(fā)生膨脹和收縮也各不一樣，這一過程所產(chǎn)生的收縮為熱收縮。它是成型收縮中最主要的收縮，表現(xiàn)為線收縮。 彈性膨脹 熔融塑料由于受注射成型壓力的作用而被壓縮，當成型塑件脫模后，塑件溫度尚未達到室溫，而注射壓力和模具的壓縮力都消失了，由于彈性恢復，便造成了整個塑件的體積膨脹。 結晶收縮 結晶性塑料，如聚

27、丙烯材料成型的塑件是在成型的冷卻過程中結晶的，這一過程伴隨著塑件的體積收縮，為結晶收縮。 分子的取向收縮 熱塑性塑料在熔融狀態(tài)充模流動時，分子沿著注射壓力的作用方向強烈定向，充模結束后，在冷卻過程中被強烈定向的分子要恢復到原來的狀態(tài)，由此便產(chǎn)生了分子的取向收縮。 成型收縮率的影響因素有： 料的成型取向性 塑料成型時，其成型收縮率具有明顯的取向性。取向是高聚物熔體充模流動時， 分子鏈沿注射壓力作用方向整齊排列的結果。由于模具澆口位置、結構、尺寸等不同， 造成了熔料流動方向的不同，取向性的表現(xiàn)也不同。在料流流動方向上和垂直方向上的收縮率有相當大的差異。 塑件的壁厚 由于塑料種類不同，壁厚對收縮率的

28、影響也不同。結晶性塑料中，除聚甲醛表現(xiàn)出特殊的影響方式外，其余均隨壁厚的增加，收縮率增大。 澆口厚度 澆口厚度設計過分小于成型件的壁厚時，由于澆口先硬化，即使有足夠大的成型壓力，也難以對型腔的熔料充分發(fā)揮作用，因此，成型收縮率增大。如果澆口較厚， 則澆口硬化緩慢，在塑料還處于可流動狀態(tài)下仍可充分施加壓力，因此可使塑件致密性增加，成型收縮率就減小。而當注射量不變的情況下，澆口的注人速度越快，則收縮率越大，此時如增大澆口的截面積，那么注人速度減慢，則收縮率就會減小。 冷卻系統(tǒng) 模具冷卻通道布置與尺寸設計不當也會影響成型收縮率的波動。冷卻越快的地方，收縮率增大。由于塑件形狀復雜，壁厚不一致，充模順序

29、先后不同, 常出現(xiàn)冷卻不均勻的情況，造成較大的收縮率波動，改善這一狀況可將冷卻水先通入溫度最高的地方，甚至在冷卻快的地方通溫水，慢的地方通冷水，這樣可減小收縮率的波動, 避免塑件產(chǎn)生變形開裂。 成型壓力 成型壓力包括注射壓力和保壓壓力。型腔壓力越大，樹脂的彈性就越大，因此， 注射壓力越高，成型收縮率就減小。但是，即使是同一個成型制品其各部分的收縮也不一樣，注射壓力作用小的部位，比直接受注射壓力作用的部位收縮大，甚至在多型腔模中，若注射壓力不能均勻地作用于各個模腔上，則成型后的塑件其收縮率各不一樣。保壓壓力在澆口凝結前對塑件最終壓實、穩(wěn)定收縮率起著決定性的作用，保壓壓力增加，塑件收縮率明顯減小。

30、但太高易引起塑件翹曲變形。通常保壓壓力與注射壓力基本一致。 成型溫度 成型溫度即注射溫度與模具溫度的調節(jié)。注射溫度可視為料筒的溫度，一般理論指出，注射溫度越高，收縮率就越大。但實際上，注射溫度高，熔體溫度就高，進入模腔的熔體密度就越大，又有可能使成型收縮率減小。摸具溫度的高低影響著塑件的冷卻速度。有資料介紹，隨著模溫的升高，收縮率減小。然而，升高模具溫度，會使成型制品出模后的熱收縮量增大，因而成型收縮率也隨之增大。雖然提高模溫，可使塑件的冷卻變得緩慢，而使注射壓力充分發(fā)揮作用，減少了模腔的收縮，同時，出模后的彈性恢復量也會變大，但最終成型收縮率仍為增大的趨勢。尤其對結晶性塑料，隨著模溫的升高，

31、由于結晶條件充分，結果收縮率增大。 成型時間注射時間、保壓時間與冷卻時間為成型時間。注射時間是指注射螺桿連續(xù)推進，對熔料連續(xù)壓縮所持續(xù)的時間。在澆口封閉前，注射時間越短，收縮率越大，而且收縮率的變化幅度也較大。因此，注射時間控制與所設計的澆口厚度關系密切。澆口厚度能夠在很大程度上左右著澆口封閉時間。保壓時間約等于注射時間，保壓時間長， 有利于熔體補縮壓實，塑件密度大，收縮率小。冷卻時間的延長，能使模腔的熔料得于充分硬化，塑件脫模后，其尺寸更接近模具尺寸，收縮率減小，但冷卻時間過長， 則會引起塑件脫模困難。1.5.3 塑件的脫模斜度： 脫模斜度應在對塑料成型時的脫模力分析和估算的基礎上。塑件冷卻

32、時的收縮率會使它包緊住模具型芯或型腔中的凸起部分，因此，為了便于從塑件中抽出型芯或從型腔中脫出塑件，防止脫模時拉傷塑件，在設計時，必須使塑件外表面沿著脫模方向留有足夠的斜度，從表可查得PVC塑件脫模斜度為50-2.。取決于塑件的形狀、壁厚以與塑件的收縮率。成型型芯越長或型腔越深，則斜度應取偏小值，反之可選用偏大值。 在確定脫模斜度的過程中，要考慮3個方面：在必須保證塑料件尺寸精度時，脫模斜度造成的制品尺寸誤差必須限制在該尺寸精度的公差之。為避免或減小脫模力過大而損傷注塑件，對于收縮較大，形狀復雜，對型芯包緊面積較大的注塑件，應該考慮較大的脫模斜度。為使注塑開模后，塑料件留在動模一側的型芯上，可

33、以考慮塑料件的表面取較小的脫模斜度。1.5.4 三通管件的壁厚： 在注射模設計中, 塑件的壁厚是很重要的影響因素, 壁厚過小, 熔料在模具行腔中的流動阻力加大;壁厚過大,會增加產(chǎn)品成形的冷卻時間。但是該塑件壁厚不勻且薄, 呈不均勻分布, 特別是卡鉤和四周的加強筋構成了復雜的模具型腔, 使得模具本身在注射時容易產(chǎn)生遲滯效應(高殘留應力帶) 、熔料不能同時到達型腔末端等動態(tài)不平衡現(xiàn)象, 從而造成氣穴、縮凹和流痕等質量缺陷。 合理的確定塑件的壁厚是很重要的。塑件的壁厚首先取決于塑件的使用要求, 即強度、結構、重量、電氣性能、尺寸穩(wěn)定性以與裝配等各項要求。塑件的壁厚對熔體充滿模具型腔的流程影響很大，壁

34、太厚就很難達到完全均勻的硬度，且易產(chǎn)生氣泡、縮孔等缺陷；太薄則鋼度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響塑件的使用和裝配的正確性。塑件壁厚不均勻，會使塑料熔體的充模速率和冷卻收縮不均勻。易在塑件上產(chǎn)生氣孔、裂紋，引起應力與變形等缺陷。塑件壁厚一般在1-6mm圍，最常用的是2-3mm，大型塑件也有甚至更大的。根據(jù)實際情況與所設計的異徑三通管的材料，結構、強度等方面要求，大徑取用4mm，小徑也取用4mm。1.5.5 制品缺陷 隨著人們生活水平的日益提高, 對產(chǎn)品的要求不僅僅是功能上的完善, 而且更加注重產(chǎn)品外觀的質量需求。由于塑料所具有的優(yōu)異成型性能使其在家電產(chǎn)品中的使用率一馬當先, 但是由于飛

35、邊與其處理不當所造成的外觀缺陷占塑料制品的缺陷比重很大, 據(jù)不完全統(tǒng)計達90%以上。如何經(jīng)濟有效地解決此類問題, 成為注射模設計的關鍵。塑件除尺寸與形狀的要求外, 特別是增加了四周不得有飛邊與由于處理飛邊時留下的痕跡的要求。如何避免這些情況的發(fā)生是該類注射模設計的關鍵。這給設計人員提出了一個難題。飛邊是指在塑件的分型面上有多余的呈薄片狀的塑料, 這薄片狀的塑料稱之為飛邊。其產(chǎn)生的原因在于動、定模合模時, 分型面的間隙大于塑料分子的直徑, 從而造成熔融的塑料從分模面處溢出而形成的。而間隙的大小則由其分型面上的單位壓力來決定的。 P=F/A ( 1) 式中P單位壓力, MPa，F(xiàn)鎖模力, kN，A

36、垂直于分型面上的分型面的投影面積,mm2 根據(jù)式( 1) 可知, 增大P 的途徑有: 增大注射機的鎖模力, 這對注射機的液壓系統(tǒng)、機械結構等提出很高的性能要求, 并且影響到注射模的使用壽命; 減小分模面的面積, 這是最有效、快捷的方法。根據(jù)多年的生產(chǎn)實踐提出了臺階斜配合面式分型面, 通過優(yōu)化模具結構設計來達到控制動、定模的間隙, 有效地解決了飛邊的產(chǎn)生與其處理所產(chǎn)生的缺陷, 保證了產(chǎn)品的外觀質量。1.6 PRO/E軟件設計三通管的流程 （1）三維塑件模型，三維塑件模型可通過Pro/E直接創(chuàng)建，創(chuàng)建時盡量采用參數(shù)化設計或草圖模式，有利于尺寸的修改。 （2）模具毛坯 執(zhí)行MoldModelAsse

37、mble，調入塑件零件，給塑件加上0.3%的收縮率。然后通過Mold ModelCreate裝配三維模型并建立模具成型零件毛坯。 （3）澆注系統(tǒng) 應用FeatureCavity AssemSolidCut建立模具澆注系統(tǒng)。 （4）分型面設計 應用Parting Surf功能，完成分型面設計。 （5）模具成型零件的分割和抽取 用MoldVolumeSplit，將毛坯分成幾個Volume，再將Volume轉化成模具成型零件。 （6）模流分析 應用Pro/E外掛模塊PlasticAdvisor進行模流分析，判斷塑料熔體良好塑化，并順利地充模的注射工藝參數(shù)。 （7）模具零部件調入、裝配和修改，完成模具

38、零件結構設計。1.7 擬用生產(chǎn)方式擬采用注射的方法生產(chǎn)三通管件（如圖1）圖1 注射成型工藝循環(huán)過程二、理論與計算2.1 材料的選擇根據(jù)注射成型三通管件的性能，應選用熱塑性樹脂，熱塑性樹脂在長溫下是具有相當強度和耐熱性能的高分子聚合物，通常在一定溫度下軟化、熔融，一旦冷卻可定型，且恢復原有的強度。其中烴類樹脂是由石油裂解分離得到的乙烯（PE）、丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等直接聚合而得，所以價廉，并被大量使用，稱為通用塑料，所以三通管件的備選材料主要有PA、ABS、UPVC其性能如下： PA尼龍樹脂具有優(yōu)越的耐磨性能、耐藥品性能、消音性能、吸收沖擊波性能，摩擦因數(shù)小，具有自潤滑性。特別是耐熱

39、性能、耐霧性能極佳。不足之處是制品尺寸伴隨吸濕性的增大而增大。因此不被選用三通管件材料。 ABS這種通用塑料易于成型和機械加工,具有優(yōu)良的物理機械性能和低溫抗沖擊性,良好的電性能、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性、耐化學性和染色性,優(yōu)良的流動性和綜合性能,成型工藝性好。制件結構對稱,側有凹陷,需要設置抽芯機構;外側有凸起,需要設置斜導柱分型與抽芯機構。ABS樹脂生產(chǎn)工藝要復雜些，因此價格上要比PVC、PP要貴。 UPVC聚氯乙烯樹脂相對密度1.4的白色粉末，具有耐水性，耐酸性，耐堿性，無毒，阻燃，有良好的電絕緣性，耐乙醇、酯族碳氫化合物、油，溶解在丙酮、酯中，芳香族化合物中溶脹。缺點是耐熱溫度低，連續(xù)耐熱溫

40、度49-71。熔化溫度187，注射加工溫度圍149-204，注射成型壓力70.3-281MPa，壓縮比2.0-2.3，成型收縮率0.001-0.004，拉伸強度35.2-63.3MPa，彎曲強度0.73-112.5MPa，斷裂伸長率20-40%，壓縮強度56.2-94MPa，拉伸模量2400.5-4218MPa，沖擊強度0.2-1J/m，硬度70-90（洛氏），線膨脹系數(shù)1.35-1.45，吸水率（24h）0.07-0.40%（3.18mm厚），熱變形溫度60-77（1.82MPa）、82（0.45MPa），分解溫度200-300，比體積742-690cm3/kg。 UPVC用于生產(chǎn)管材性能優(yōu)

41、越，密度小、便于搬運、輸水能力強、長期使用不結垢、安裝方便、無須油漆、美觀等優(yōu)點。相對的擁有低廉的價格所以被廣泛的應用，因此綜上所述選用UPVC為原料樹脂。2.2 實體尺寸 本次設計的是公稱尺寸為90mm的三通管件，參見GB4220-84。 表1 GB 4220-84 單位：mm公稱尺寸d1d2LdDtr=t/2基本尺寸公差基本尺寸公差基本尺寸公差基本尺寸最小尺寸最小尺寸9091.20.3090.40.3051270110.610.15.06對應尺寸如圖2所示。 圖2 尺寸圖2.3 實體模型創(chuàng)建過程 步驟一 建立新的零件設計文件 單擊，彈出“新建（NEW）”對話框，在“類型（Type）”欄選擇

42、“零件（Part）”，“名字（Name）”處輸入santong，取消“使用缺省模板（Use Default Template）”選項，單擊。然后出現(xiàn)“新文件夾選項（New File Options）”對話框，選擇mmns_part_solid,單擊，即進入零件設計環(huán)境。 步驟二 創(chuàng)建三通主體單擊，然后出現(xiàn)如圖3，4所示對話框，依次單擊“放置”，“定義”按鈕。 圖3 拉伸對話框圖4 拉伸對話框 選擇TOP面為草繪平面，單擊“草繪”，進入草繪環(huán)境。在草繪環(huán)境下單擊命令，在草繪平面畫出兩個同心圓，直徑分別為90.2mm和70mm，如圖5所示： 圖5 草繪界面 單擊完成草繪，在深度一欄中填入92mm，

43、單擊完成三通主體繪制。 步驟三 創(chuàng)建支管部分創(chuàng)建基準平面：單擊右側工具欄中的，選擇FRONT，平移46mm設為參照面，單擊確定按鈕，完成基準面得建立。（2） 單擊繪圖區(qū)右側工具欄上的圖標，表示拉伸行為，在窗口左下方彈出拉伸特征操控板。（3）在拉伸特征操控板對話框中依次單擊“放置”，“定義”，在系統(tǒng)彈出對話框中單擊草繪，以DTM1作為草繪平面，繪制直徑為90.2mm的圓作為支管主體。（4）深度為46mm，單擊，選擇三通主體外側與側管接觸面，垂直接觸主體管方向拉伸。單擊完成。（5） 單擊繪圖區(qū)右側工具欄上的圖標按鈕，在窗口底部彈出拉伸特征操控板。（6）在拉伸特征操控板對話框單擊圖標按鈕，使其呈按下

44、狀態(tài)，表示去除材料。（7）在拉伸特征操控板中依次單擊“放置”，“定義”，系統(tǒng)彈出“草繪”對話框，選擇DTM1平面作為草繪平面。接受系統(tǒng)默認的草繪參考平面和參考方向，點擊“草繪”按鈕，進入草繪模式。（8） 單擊草繪工具欄上的圖標，繪制一個圓心與RIGHT平面和FRONT平面對齊、直徑為70mm的圓，單擊完成。（9）單擊拉伸方式圖標按鈕右側的箭頭，在展開的圖標按鈕中單擊圖標，使草繪截面自草繪平面拉伸至選定的點、曲線、平面或曲面。單擊圖標按鈕，確保黃色箭頭指向三通管的主體和支管部。單擊靠近DTM1平面的圓柱體的側面，此時曲面變?yōu)榉奂t色，單擊圖標按鈕，完成拉伸特征的創(chuàng)建。 步驟四 創(chuàng)建擴口創(chuàng)建拉伸：步

45、驟如上，單擊草繪工具上的圖標，繪制一個直徑為110.6mm的圓。單擊圖標按鈕，確保黃色箭頭指向實體的外側。在后面的輸入框中輸入拉伸深度：51mm。單擊圖標完成。完成拉伸特征的創(chuàng)建之后創(chuàng)建倒圓角，單擊倒圓角工具，在倒圓角對話框中輸入R值為15.2mm，選擇需要倒圓角的邊，即主體三通管與后增加的拉伸相交在外表面的一條線。單擊完成倒圓角。見圖6。 圖6 倒圓角單擊繪圖區(qū)右側工具欄上的圖標，在窗口底部彈出拉伸特征操控板。在拉伸特征操控板對話框單擊圖標按鈕，使其呈按下狀態(tài)，表示去除材料。同樣依次單擊“放置”，“定義”按鈕，之后選擇需要放置擴口的表面為草繪平面，點擊“草繪”。在草繪環(huán)境下選擇工具，繪制圓心

46、居中的直徑為90.4mm的圓。單擊圖標完成草繪，單擊圖標按鈕，確保黃色箭頭指向實體的側。在輸入框中輸入拉伸深度：51。單擊圖標完成去除材料特征的創(chuàng)建。將擴口邊緣倒圓角r=5.06。生成如圖7所示的實體圖。圖7 去除材料倒圓角 步驟五 創(chuàng)建其他擴口方法同上，在另外兩個面上創(chuàng)建擴口，首先創(chuàng)建拉伸特征，倒圓角，去除材料，倒圓角，完成。如圖7所示完整實體圖。圖8 整體圖2.4二維工程圖的創(chuàng)建（1）新建繪圖文件，選擇需要繪制工程圖的零件，選擇所需格式。（2）放置第一個視圖，選擇FRONT面。（3）放置兩外兩個視圖。圖9 初步建立二維工程圖 （4）雙擊視圖，在視圖顯示中選擇隱藏線和無。創(chuàng)建完成三個視圖后，

47、點擊 圖標標注尺寸，標注完成后對尺寸標注的位置進行調整。得到完整的二維工程圖。如圖10所示。圖10 二維工程圖2.5 模具尺寸的計算2.5.1 按平均收縮率Scp方法計算成型零件工作尺寸按平均收縮率scp方法可簡捷地計算成型零件工作尺寸，是國應用最廣泛的方法。具體計算公式見表2。原理型計算公式應用時多有不便，實際采用表2中-簡化式。 表2 按平均收縮率計算模具成型零件工作尺寸的公式表 單位：mm尺寸類型原理計算式實用計算式值型腔徑向尺寸0.5-0.75型芯徑向尺寸型腔深度尺寸0.5-0.67型芯高度尺寸中心距型腔凸臺或孔的中心線至側壁距離型芯上凸臺或孔的中心線至側壁距離 下面為一些計算所需數(shù)據(jù)

48、。 本論文中所設計的等徑直三通公稱尺寸為90mm，所選材料為硬質聚氯乙烯。由于所選用材質為硬質聚氯乙烯，并且選用一般精度，對應硬質聚氯乙烯一般精度為精度等級5。根據(jù)SJ1372-1978的塑料制品公差數(shù)值，選用公差數(shù)值。 表3 SJ 137278塑料制品尺寸公差數(shù)值公稱尺寸/mm精度等級12345678公差數(shù)值/mm-30.040.060.080.120.160.240.320.423-60.050.070.080.140.180.280.360.566-100.060.080.100.160.200.320.400.6410-140.070.090.120.180.220.360.440.7

49、214-180.080.100.120.200.240.400.480.8018-240.090.110.140.220.280.440.560.8224-300.100.120.160.240.320.480.640.9430-400.110.130.180.260.360.520.721.0040-500.120.140.200.280.400.560.801.2050-650.130.160.220.320.460.640.921.4065-800.140.180.240.380.520.761.041.6080-1000.160.220.300.440.600.881.201.8010

50、0-1200.180.250.340.500.681.001.362.00120-1400.280.380.560.761.121.522.20140-1600.310.420.620.841.241.682.40160-1800.340.460.680.921.361.842.70180-2000.370.500.741.001.502.003.00200-2250.410.560.821.101.642.203.30225-2500.450.620.901.201.802.403.60250-2800.500.681.001.302.002.604.00280-3150.550.741.1

51、01.402.202.804.40315-3550.600.821.201.602.403.204.80 由此表可知塑料制品尺寸公差，而模具成型零件精度等級與公差，應該與塑料制品的尺寸公差相對應，見表4和表5，由表可得出模具尺寸公差。 表4 注塑模成型零件的制造精度塑料件精度SJ 1372197812345678模具精度GB/T 18001998IT6IT7IT8IT9IT9IT10IT10IT11 因此模具精度為IT9。 表5 注射模成型零件的標準公差數(shù)值基本尺寸/mm公差等級/IT6IT7IT8IT9IT10IT11-3610142540603-6812183048756-10915223

52、6589010-18111827437011018-30132133528413030-501625396210016050-801930467412019080-12022355487140220120-180254063100160250180-250294672115185290250-315325281130210320315-400365789140230360400-500406397155250400500-6304470110175280440630-8005080125200320500 根據(jù)塑料件公差，在表6中查得系數(shù)x值。 表6 按平均收縮率計算模具尺寸中系數(shù)數(shù)值表塑料件

53、尺寸公差/mm型腔和型芯徑向工作尺寸計算的值型腔深度和型芯高度工作尺寸計算的值大于至-0.10.800.650.10.20.750.630.20.30.700.600.30.40.650.580.40.50.600.560.50.70.580.550.71.00.560.541.02.00.540.532.0-0.530.52 由此表可得計算所需x值。綜上所述，得出計算所需數(shù)據(jù)，并列出下表。見表7。 表7 等徑直三通管成型零件工作尺寸計算 單位：mm塑料件尺寸塑料件尺寸公差塑料件等級SJ 1372-78模具等級GB/T 1800模具尺寸公差110.60.68590.08790.40.60590

54、.087700.52590.074510.46590.074460.40590.0622.5.2 計算式Scp=0.5%,d=110.6圖11 計算分割圖擴口型腔徑向尺寸：d=110.6,x=0.58,=0.50,m=0.087Dm=(1+Scp)d-x+m,Dm=(1+0.5)110.6-0.580.50+0.087=110.863+0.087主體型腔徑向尺寸：d=90.4，x=0.60，=0.44，m=0.087Dm=(1+Scp)d-x+m,Dm=(1+0.5%)90.4-0.600.44+0.087=90.588+0.087擴口型芯徑向尺寸：D=90.4，x=0.60，=0.44，m=

55、0.087dm=(1+Scp)D+x-m,dm=(1+0.5%)90.4+0.600.44-0.087=91.116-0.087主體型芯徑向尺寸：D=70，x=0.65，=0.38，m=0.074dm=(1+Scp)D+x-m,dm=(1+0.5%)70+0.650.38-0.074=70.597-0.074擴口型腔深度尺寸：h=51,x=0.58,=0.32,m=0.074Hm=(1+Scp)h-x+m,Hm=(1+0.5%)51-0,580.32+0.074=51.0694+0.074主體型腔深度尺寸：h=92,x=0.56,=0.44,m=0.087Hm=(1+Scp)h-x+m,Hm=

56、(1+0.5%)92-0.560.44+0.087=92.2136+0.087主體型腔支管深度尺寸：h=91.2,x=0.56,=0.44,m=0.087Hm=(1+Scp)h-x+m,Hm=(1+0.5%)91,2-0.560.44+0.087=91.4096+0.087擴口型芯深度尺寸：H=51,x=0.58,=0.32,m=0.074hm=(1+Scp)H+x-m,hm=(1+0.5%)51+0.580.32-0.074=51.4406-0.074主體型芯深度尺寸：H=46,x=0.60,=0.28,m=0.062Hm主1=(1+Scp)H+x-m，Hm主1=(1+0.5%)46+0.6

57、00.28-0.062=46.398-0.062H=46,x=0.60,=0.28,m=0.062Hm主2=(1+Scp)H+x-m，Hm主2=(1+0.5%)46+0.600.28-0.062=46.398-0.062H=63.5,x=0.58,=0.32,m=0.074Hm主3=(1+Scp)H+x-m，Hm主3=(1+0.5%)63.5+0.580.32-0.074=46.398-0.0三、塑料顧問3.1 塑料顧問的應用塑料顧問是Pro/e中自帶的一種分析模塊。利用此模塊可以創(chuàng)建注塑填充過程的動畫,可以訪問通用塑料庫, 并從典型的注塑機參數(shù)中自動進行選擇確定最佳注射位置, 以減少周期時間

58、并改進產(chǎn)品外觀確定潛在的模具填充問題, 比如注量不足、氣孔、熔接線等,改進設計質量, 并減少制造周期時間和模具返工率。Plastic Advisor在模具設計中具體可提供以下分析：澆口位置自動優(yōu)化；產(chǎn)品結構是否合理；選擇合適的注塑材料；確定合理的澆口位置；預測熔接痕的位置；模具型腔是否充滿；縮痕分析；最終產(chǎn)品質量分析；選擇合適的注塑機；成本顧問3.2 塑料顧問在本次設計中的應用塑料顧問中我主要選用三通管來分析，包括其澆口位置分析、塑料流動狀態(tài)分析和冷卻質量分析等。 澆口位置的分析在Pro/e環(huán)境中打開要分析的零件，點擊“應用程序”下的“Plastic Advisor” 進入塑料顧問界面。點擊“

59、Advisor”下的”Analysis Wizard”選擇對話框的“Gate Location”（如圖12所示）點擊“下一步”進入“SelectMaterial”對話框。圖12 分析界面在“Commonly UsedMate rials”選擇所用的塑料，由于其原料庫中沒有本設計所用的原料，所以我們選用通用PP作為注塑的原料，點擊“下一步”進入“Processing Conditions”對話框中，設定模具溫度為40、熔體溫度為240、最大注射壓力為180Mpa等工作參數(shù)之后點擊“完成”進行澆口的分析。圖中藍色部分為最適合的澆口位置，而紅色部分則為最不適合位置，中間位過渡部分。如圖13所示：圖1

60、3 澆口位置分析圖根據(jù)分析的結果選擇三通管中心處為澆口位置，如圖13所示：圖14 澆口的位置 成型條件分析在對話框中選擇“Molding Window”，點擊“下一步” ，“完成” 后得到的對話框，表示分析結果合格。單擊“Disply Molding Window”按鈕，顯示分析結果， 塑料流動分析在圖12所示的對話框中選擇“Plastic Filling”單擊“下一步” 、“下一步” 、“完成”后得到如圖15所示的結果。黃燈顯示，表示塑料熔體很容易被填充，但是有些部分很難被填充。點擊“Close”后得到如圖16所示的效果圖，水杯通體為綠色，表示填充效果很好。圖15 結果圖 圖16 填充圖切換