斜齒輪注射模具設計-注塑模具【14張CAD圖紙、說明書】【JA系列】

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前 言 1 概述 模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，被成為“工業(yè)之母”。而塑料模具又是整個模具行業(yè)中的一枝獨秀，發(fā)展極為迅速。自從1927年聚氯乙烯塑料問世以來，隨著高分子化學技術的發(fā)展以及高分子合成技術、材料改性技術的進步，愈來愈多的具有優(yōu)異性能的高分子材料不斷涌現(xiàn)，從而促使塑料工業(yè)飛躍發(fā)展。 在現(xiàn)代化工業(yè)生產中，69%~90%的工業(yè)產品需要使用模具加工，模具工業(yè)已成為工業(yè)發(fā)展的基礎，許多新產品的開發(fā)和生產在很大程度上都依賴于模具生產，特別是汽車、輕工、電子、航空等行業(yè)尤為突出。我國自改革開放以來，塑料工業(yè)發(fā)展很快，表現(xiàn)在不僅塑料增加而且其品種更為增多，其產量已上升到居世界第四位，由此可見，塑料工業(yè)已在我國國民經濟的各個部門中發(fā)揮了愈來愈大的作用。 在模具方面，我國模具總量雖已位居世界第三，但設計制造水平總體上比德、美、日、法、意等發(fā)達國家落后許多，模具商品化和標準化程度比國際水平低許多。在模具價格方面，我國比發(fā)達國家低許多，約為發(fā)達國家的1/3~1/5，工業(yè)發(fā)達國家將模具向我國轉移的趨勢進一步明朗化。 我國塑料模的發(fā)展迅速。塑料模的設計、制造技術、CAD技術、CAPP技術，已有相當規(guī)模的確開發(fā)和應用。在設計技術和制造技術上與發(fā)達國家和地區(qū)差距較大，在模具材料方面，專用塑料模具鋼品種少、規(guī)格不全質量尚不穩(wěn)定。模具標準化程度不高，系列化商品化尚待規(guī)?；?；CAD、CAE、Flow Cool軟件等應用比例不高；獨立的模具工廠少；專業(yè)與柔性化相結合尚無規(guī)劃；企業(yè)大而全居多，多屬勞動密集型企業(yè)。因此努力提高模具設計與制造水平，提高國際競爭能力，是刻不容緩的。 近年來，隨著科學技術的進步以及對塑件質量要求的提高，塑料模塑成型技術正向高精度、高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的方向發(fā)展，具體表現(xiàn)在以下幾個方面： （1）塑料成型理論研究的進展。 （2）新的成型方法不斷涌現(xiàn)。 （3）塑件更趨向精密化、微型化及超大型化。 （4）開發(fā)出新型模具材料。 （5）模具表面強化熱處理新技術應用。 （6）模具CAD/CAM/CAE技術發(fā)展迅速。 （7）模具大量采用標準化。 在工業(yè)發(fā)達的國家，模具工業(yè)已經從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為一個獨立的工業(yè)部門，而且其產值已經超過機床工業(yè)的產值。目前國內模具行業(yè)的基本情況是，隨著輕工業(yè)及汽車制造業(yè)的迅速發(fā)展，模具設計制造日漸受到人們廣泛關注，已形成一個行業(yè)。但是我國模具行業(yè)缺乏技術人員，存在品種少、精度低、制造周期長、壽命短、供不應求的狀況。一些大型、精密、復雜的模具還不能自行制造，需要每年花幾百萬.上千萬美元從國外進口，制約了工業(yè)的發(fā)展，所以在我國大力發(fā)展模具行業(yè)勢在必行。 2本課題的研究內容、要求、目的及意義 本次動渦盤模具設計采用Proe輔助設計，運用CAD技術能有效地對整個設計制造過程預測評估通過計算機數(shù)據(jù)模擬和仿真技術來完善模具結構，再現(xiàn)能力強，整體水平容易控制，能夠迅速獲得樣品，有利于爭取定單，贏得客戶；同時節(jié)省大量的模具試制材料費用，減少模具返修率，縮短生產周期，大大降低了模具成本。 本課題的研究內容及基本要求 （1）獨立擬定動渦盤塑件的成型工藝，正確選用成型設備。 （2）合理地選擇模具結構。根據(jù)塑件圖及技術要求，提出模具結構方案，并使其結構合理，質量可靠，操作方便。必要時可根據(jù)模具設計和加工的要求，提出修改塑件圖紙的要求。 （3）正確的確定模具成型零件的形狀和尺寸。 （4）所設計的模具應當制造方便、造價便宜。 （5）充分考慮塑件設計特色，盡量減少后加工。 （6）設計的模具應當效率高，安全可靠，如要求澆注系統(tǒng)充型快，冷卻系統(tǒng)效果好，脫模機構靈活可靠，自動化程度高。 （7）要求模具零件耐磨、耐用、使用壽命長。 本課題的研究目的及意義 （1）熟悉擬定塑料成型工藝和模具設計原則、步驟和方法。 （2）學會查閱有關技術文獻、手冊和資料。 （3）培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力。 摘要 本次畢業(yè)設計主要是對斜齒輪注射模的設計，包括工藝方案的分析及確定、工藝計算、模具結構設計計算等內容。由于該塑件是傳動工程件且阻滑紋為圓柱紋，故在設計中主要解決了該塑件的分型面選擇、型腔數(shù)目的確定、脫模機構的設計。采用了旋轉機構、轉盤式分型抽芯機構來脫模。從而保證了齒輪的精度、其孔的同軸度和螺旋齒廓的精度。 關鍵詞：注射模；斜齒輪；結構設計 Abstract: The main design graduate of bevel wheel injection, including the analysis of the program and determine, process. Mold design calculations content. Since the drive is plastic parts and pieces of the project profile for the anti-skid cylindrical profile. Therefore, the design is the main settlement of the plastic parts of sub-surface choices, determining the number of cavity, the demoulded mechanism design, Using a rotating body, turntable type pulling mechanism to demould. Thereby ensuring the accuracy of the gear,the concentricity of the socket and spiral profile accuracy. Keyword: plastics injection mold; bevel wheel; structural design 塑件（斜齒輪）的分析 1．塑件模型 2． 塑料（聚甲醛）應用基礎 塑料的種類繁多，性能有差異,在從事塑料應用技術工作時，首先應對所選用的塑料(聚甲醛)組成，類型以及有關性能有所了解，即掌握必要的塑料應用基礎知識。 塑料是以合成樹脂為基礎，再加入增塑劑，填充劑，染料，潤滑劑，穩(wěn)定劑等材料組成。 在一定溫度和壓力條件下，通過成型加工，可以將塑料制成具有某種形狀，在常溫下保持形態(tài)不變的塑料制品。 （一）常用塑料 塑料可分為熱固性塑料和熱塑性塑料。 常用熱固性塑料有酚醛塑料，氨基塑料，環(huán)氧樹脂，DAP塑料等等。 常用熱塑性塑料有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚體（ABS）、聚甲醛（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚砜（PSF）等等。 （二）聚甲醛（POM）塑料 1、聚甲醛（POM）的工藝性能 熱塑性塑料在恒家壓力下，根據(jù)受熱溫度的差別，存在三種狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。處于粘流態(tài)的塑料，可采用注射成型和擠出成型等加工方法來制作塑料制品，而聚甲醛就是在粘流態(tài)情況下成型成制品。聚甲醛流動性中等，主要由其溫度壓力，模具結構來決定其流動性。聚甲醛是不透明或半透明的結晶塑料。且不屬于吸濕性塑料，因此，在成型前可不用預熱處理，因為聚甲醛是熱敏性塑料。因此，模具設計選擇注射及成形時都應注意，應選用螺桿式注射機，澆注系統(tǒng)截面應大，模具和料筒應鍍鉻，不得有死角滯料，必須嚴格控制成型溫度，模溫，加熱時間，螺桿轉速及背壓等。 ２、聚甲醛（ＰＯＭ）的成型特性 (１) 結晶性塑料熔融范圍很窄，熔融或凝固速度快，結晶化速度快，料溫稍低于熔融溫度即發(fā)生結晶化，流動性下降。 (２) 熱敏性強極易分解（但比聚氯乙烯稍弱，共聚比均聚稍弱）分解溫度為240`C,但200度中滯留30分鐘以上即發(fā)生有刺激性分解時產生有刺激性，腐蝕性氣體。 (３) 流動性中等，溢邊值為0.04毫米左右，流動性對溫度不敏感，但對注射壓力變化敏感。 (４) 結晶度高，結晶化時體積變化大，成型收縮范圍大，收縮率大。 (５) 吸濕性低，水分對成型影響極小，一般可不干燥處理，但為了防止樹脂表面附粘水分，不利成型，加工前可進行干燥并起預熱作用，特別對大面積薄壁塑料件，改善塑件表面光澤有較好效果，干燥條件一般用烘箱加熱，溫度為90～100`C,時間4小時,料層厚度30毫米。 (６) 摩擦系數(shù)低，彈性高，淺側凹槽可強迫脫模，塑件表面可帶有皺紋花樣，但易產生表面缺陷，如毛斑、折皺、熔接痕、縮孔、凹痕等弊病。 (７) 宜用螺桿式注射機成形，余料不宜過多和滯留太長，一般塑件克量（包括主流道、分流道）不應超過注射機注射克量的75%，或取注射容與料筒容量之比為1：6～1：10，料筒噴嘴等務必防止有死角，間隙而滯料，預塑時螺桿轉速宜取低，并宜用單頭，全螺紋，等距，壓縮突變型螺桿。 (８) 噴嘴孔徑應取大，并采用直通式噴嘴，為防止流涎現(xiàn)象噴嘴孔可呈喇叭狀，并設置的加熱裝置，以適當?shù)乜刂茋娮鞙囟取? (９) 模具澆注系統(tǒng)對料流阻力要小，進料口宜取厚，要盡量避免死角積料，模具澆注系統(tǒng)對料流阻力要小，進料口宜取厚，要盡量避免死角積料，模具應加熱，模溫高應防止滑動配合部件卡住，模具應用耐磨，耐腐蝕材料，并淬硬，鍍鉻，要注意排氣。 (１０) 必須嚴格控制成形條件，嵌件應預熱（一般100～150　），余料一般儲存5～10個塑件重量的物料即可，料溫取稍高于熔點（一般170～190 ）即可，不宜輕易提高溫度，模溫對塑件質量影響較大，提高模溫可改善表面凹痕，有助于融了料流動，塑件內外均勻冷卻，防止缺料，縮孔，皺折，模溫對結晶度及收縮也有很大影響，必須正確控制，一般取75～120 ，小于4毫米的取75～90 ，宜用高壓，高速注射，塑件可在較高溫度時脫模，冷卻時間可短，但為防止收縮變形，應力不均，脫模后應將塑件放在90`C 左右的熱水中緩冷或用整形夾具冷卻。 (１１) 在料溫偏高，噴嘴溫度偏低，高壓對空注射易發(fā)生爆炸性傷人事故，分解時有刺激性氣體，料性易燃應遠離明火 。　　　　 ３.聚甲醛（ＰＯＭ）的成型條件 查《塑料模設計手冊》表1-4：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 注射成型機類型 螺桿式 比重（g／cm） 1.41～1.43 計算收縮率(%) 1.2～3.0 注射壓力(kg/cm) 800～1000 噴嘴溫度(oC) 170～180 螺桿轉速(n/min) 28 模具溫度(oC) 90～120 適用注射機類型 螺桿式 預熱 溫　度（oC） 時間（h） 80～100 3～5 料筒　溫度（oC） 后　斷 中　斷 前　斷 160～170 170～180 180～190 成型 時間 （s） 注射時間 高壓時間 冷卻時間 總周期 20～90 0～5 20～60 50～160 后 處 理 方　　　　法 溫度（oC） 時間（h） 紅外線燈 鼓風烘箱 140～145 4 注：塑料模具應加熱為宜。 4.聚甲醛 聚甲醛也是一種重要的工程塑料，它的抗疲勞強度較高，尺寸穩(wěn)定，吸濕性遠比尼龍小。制品可在-40～100度范圍內長期使用，并能保持較高的硬度，耐磨性，剛度和強度。和其它塑料對比，聚甲醛還能耐反復扭曲，而且有突出的回彈能力，故還可用作塑料彈簧制品。缺點是熱穩(wěn)定性較差，成型過程中易因溫度控制不當而分解。此外，收縮率較大，約為1.0～2.5%，長期于大氣中暴曬會加速聚甲醛老化。 在工業(yè)中，除了選用聚甲醛作為某些有色金屬的代用品之外，還廣泛應用于汽車、機床、化工、機械、電器、農業(yè)機械等行業(yè)制造零部件。　　　　`　　　　　　　　　　 二 對塑件技術要求的了解 因為模具的型腔設計是根據(jù)塑件決定的，所以首先必須分析塑件圖和技術要求。分析塑件的幾何形狀，壁厚的均勻程度，工藝圓角，脫模斜度及成形孔的分布等。 塑件的幾何形狀分析： 塑件的幾何形狀與成型方法，模具的分型面選擇，塑件是否能順利成型和出模有直接關系。因此，設計時要使塑件的幾何形狀能滿足其成形工藝要求。 １、脫模斜度 為了便于塑件從模具型腔中取出或從塑件中抽出型芯，在設計時沿脫模方向均應有足夠的脫模斜度。 根據(jù)塑件材料聚甲醛推薦的脫模斜度為40＇～1°30＇。聚甲醛屬硬脆類塑料，且屬厚壁大的塑件，因此脫模斜度可取大值。根據(jù)塑件幾何形狀，按照塑件的收縮規(guī)律，一般向心收縮，所以內表面脫模斜度要比外表面大,由塑件的精度等級可確定脫模斜度，內表面取1°，外表面取1°30＇。 ２、塑件的壁厚 壁厚與流程有密切關系，且成比例關系，根據(jù)聚甲醛屬流動性中等。 可得： Ｔ=（Ｌ／100＋0.8）×0.7　 Ｔ=〈(42+16π)/100+0.8〉×0.7=1.5≈2　　　　　　　　　　　　 即厚度≥2 即可；由于塑件最薄處為4mm，因此符合要求，同時可判斷流程短，對注射成型有利。 3、圓角 在塑件設計過程中，為了避免應力集中，提高塑件強度，及提高脫模，常采用圓弧過渡。根據(jù)塑件圓角都取R=0.5mm。 4、孔 在塑件設計過程中，為了不影響塑件強度，孔與孔之間距離不應太小，否則易破裂。根據(jù)孔邊距與孔徑的關系，孔徑d為3～6mm時(塑件為?4)最小孔邊距b=2～3mm，而塑件b=(14π-4×8)/8=7mm 因此足夠。本塑件有側孔，因此設計的盡可能使模具結構簡單,便于自動化，便于塑件取出，并能保證塑件的質量。 5、旋轉阻滑紋 由于該塑件是傳動工程件且阻滑紋為圓柱紋，塑件直徑Φ24mm，半徑R=1.2mm。 齒高h=0.4 r=0.96mm，齒距p=4r=4.8mm＜b，因此符合要求。 從以上對塑件的幾何形狀、脫模斜度、工藝圓角等的分析，可知塑件符合塑料制品工藝要求。而塑件的尺寸精度為IT9級也合理。 三 注射機的選擇 　 （一）塑件的體積 　　　?。模剑停簦冢剑停睢ぃ冢痗osβ＝50.55mm3 　　　　V1＝π（28／2）2×2＝4923.52mm3 　　　　V2＝π（44／2）2×6＝9118.56mm3 V3＝π（50.55／2）2×14＝27638.9ｍｍ3 V4＝π（32／2）2×14=11253.76mm3 　　　　V5=π1.22×4×21=379.81mm3 　　　　V6=π(24/2)2×21=9495.36mm3 V7=π(18/2)2×21=5341.14mm3 V8=π22×4×8=401.92mm3 V=V1+V2+V3+V4+V5－V6－V7－V8 =56779.99－14836.5－401.92 =38478.05mm3 =39cm3 G=Ｖ·Ｐ=42×1.42=55.77=59g (二)選擇注射機 由于塑件生產批量為大批，因此盡量多型腔，但與此塑件相組合，根據(jù)最大理論注射量和最大注射克量，選擇注塑機類型。選用ZS—ZY—125型臥式注塑機較合適。 根據(jù)XS—ZY—125型注塑機可查得： mm 螺桿直徑 30、 42、 45 最大理論注射量 125 注射壓力 11900(N/㎝2) 鎖模力 900KN 最大注射面積 320㎝2 最大模具厚度 300 模板最大距離 600 最小模具厚度 200 模板行程 300 噴嘴孔徑 4 噴嘴圓弧半徑 12 噴嘴移動距離 210 許用型腔壓力 280（kg/cm2） 定模板上孔徑 100 兩拉桿之間距 260×290 定模板上孔深 10 頂出形式 中間頂出 動模板上孔徑 100 　　四 型腔數(shù)目的決定 注射模的型腔數(shù)目，可以是一模一腔，每一次注射生產一個塑件，也可以是多腔，每一次注射生產多個塑件。由此型腔數(shù)目的決定可以從多方面考慮，從塑件尺寸精度考慮，型腔數(shù)越多，精度也相對較底，則該塑件精度不高，可多型腔數(shù)。從模具制造成本，多型腔模的制造成本省于單型腔模，但從塑件成本中所占的模具費比例來看，多型腔比單型腔要低。從注塑成型的生產效益拉一看，多型腔模從表面上看，比單型腔模經濟效益高，從制造的難度來看，多型腔比單型腔制造難度大，從整體考慮，可以從以下各方面來確定型腔數(shù)。 　　（一）注射機的可塑化能力與每一模內所需注入的熔量 從保證塑件的可塑化的質量上考慮，每次注射所送出的熔件量以占注射機的可塑化能力锝80％為宜。 　　　　　Qmax=V·P·C (cm3/h) Ｖ=15.7cm3 　　　　　P=1.41~1.43 取1.42 C=0.85 結晶性塑料 Qmax=V·P·C =15.7×1.42×0.85=18.95kg/h Q=Qmax·0.8/ρ=10676cm3/h=178(cm3/min) 設每一注射循環(huán)時間為45s，則178×3/2=118cm3 每一塑件為39cm3，加上澆道容積約為10cm3，共計42＋10=52cm3。 118÷49=2.4 取2腔 即最多每模2腔。 （二）注射機的鎖模力 鎖模力必須大于模具在開模方向的投影面積上的總注射壓力。 1、注射基本壓力（依塑件壁厚及流程比而異） Ｐ＝Pb·Kc·Ks　　　　　 Ｐ——型腔注射壓力 取P＝2800 　　　　　　　　　　　　　　　 Ｐb——基本壓力 　　　　　　　　　　　　　　　 Kc＝1.25?。ň奂兹? K?＝1～1.25　　取K?＝1.4 　 2、鎖模力　　 鎖模力不小于總注射壓強的1.5倍，即 　　　　　　　　　F=1.5·P·A·0.1 壁厚為４mm，取最小。采用圓薄片型澆口，最長流程為42＋13.14·14＝45.96≈46mm，流程比為46/4=11.5，查（P B與壁厚t和流程比的關系）圖，得L／ｔ=11.5，壁厚=4mm，Ps=13Mpa，由Kc系數(shù)表查得Kc=1.25，塑件形狀復雜可取Ks=1.4，由公式： P = Pb·Kc·Ks 得注射壓力P： P=13×1.4×1.25=22.75≈23(Mpa) 投影面積 ： A=πR2=π262=21.2264≈21.3cm2 型腔總投影面積 ： A=21.2×2=42.4cm2 由： F=1.5·P·A·0.1 得鎖模力： F=1.5×23×42.4×0.1=146.28KN<900 因此，鎖模力足夠。 3、開摸距離 由圖(塑件)的塑件長42mm，從動模中取出，模板開距不應小于其長度的2倍再加上澆注系統(tǒng)長度約為50，即：L=2×42＋50=134mm. ZS-ZY-125注射機的模板行程為300mm，最大模具厚度為300mm，完全可以取出塑件 。 4、模板面積 　　型腔的模板面積大小必須能在注射機上安裝。本塑件尺寸為ф52mm，一模做成2腔時，則模板長度方向上約為600mm，寬度方向上約為300mm，則不可以裝入。若一模做成一腔，則模板方向上約為300mm,寬度方向上約為280mm，則可以裝入。最后決定就取決于產量，如果用ZS—SY—125型注射機，則只能用一模一腔。 (三) 注射能力來確定型腔數(shù) 為了更正確的確定型腔數(shù)目，可以以注射能力為基礎來校核一下，以按每次注射量不超過注射機最大注射量的80%。即： N=﹙0.8·S－W澆﹚／W件 N－—型腔數(shù) 　　　　　　　　　　　　　　　　　?。樱⑸錂C注射量（克） 　　　　　　　　　　　　　　　　　?。诐玻獫沧⑾到y(tǒng)的重量 　　　　　　　　　　　　　　　　　?。准芗亓? Ｓ＝125×1.42＝177.5克 Ｗ澆＝20克 W件＝59克 代入得： N＝0.8×177.5－20／56＝2.19>1 即取一腔許可。 五 成型零件設計 （一）確定型腔壁厚 1、按強度計算來確定其壁厚： R＝√r2(δt+P)/(δt-P) R＝√26.1122×(1000+280)∕(1000-280) = 34.8 mm δt=1000kg／cm2 (設模具鋼的抗拉力應4000kg/cm2, 取安全系數(shù)為4)。 r=26.112mm p=280kg/cm2 H=R-ｒ=34.8-26.112= 7.8mm 壁厚≥7.8mm即可。 因此，為了安全起見，可把嵌入型腔外徑取為72mm。 2、按變形量校核型腔壁厚 δ＝ｒ·Ｐ／Ｅ·[（Ｒ2＋ｒ2）／（Ｒ2－ｒ2）＋μ] ＝（26·280/2.1×1000000）·[（362＋262）／（362－262）＋0.3] ≈0.011mm≤0.023mm 如按所用塑料收縮率及塑件壁厚計算,所得之壁厚收縮值大于0.011mm時,則不影響脫模，可按所得Ｒ值計算收縮率:聚甲醛壁厚>8mm時, 取1.2～3.0，因此大于0.011mm，即可以按計算所得的Ｒ值設計模具，壁厚取10mm，Ｒ＝70mm。 （二）動模板厚度的計算 塑料及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積: F＝π(52.224/2)2 ＝2141mm2 因此,動模板厚度查表可得F≥10～50cm2,可取20～25mm，但考慮到裝入導柱、頂管機構墊板強度的影響以及對整副模具的裝模高度,結構分析初定為H=30mm。 （三）確定分型面 分型面選擇的合理對模具有很大的影響因素,因此，應合理選擇脫模方便、不影響塑件外觀、排氣順利,使其具有良好的工作效果。根據(jù)塑件的結構,通常分型面都設計在最大截面處,且起排氣作用，因此將分型面設在離基準端28mm的截面上。因為在此截面一邊有斜齒輪,又有側抽芯機構,從軸向型芯角度考慮,脫模時塑件定會落在有阻螺紋的型芯上。且從保證齒輪的輪廓與孔同軸度考慮,齒輪型腔與型芯都設在動模上,否則會導致塑件同軸度及精度下降,因此設在此截面比較合理。 （四）排氣槽的設計 為了使塑件制品上不產生氣孔,甚至不能完全充滿等缺陷考慮排氣作用。 通常采用間隙排氣,但為了使塑件精度更高、不破壞等。常在0.03 ～0.05mm內取,不過不得超過其塑料的最大溢邊值,結合本模具,可依靠模具分型面的間隙和側抽芯和型腔的配合間隙來排氣,無須另外開設排氣槽,聚甲醛推桿間隙C可取0.02～0.025mm。 （五）成型零件的結構設計 1、成型凹模的結構設計 成型零件在工作時是直接與塑料接觸的,對塑件的質量有直接關系。因此選擇結構時,即要保證成型塑件,又要便于加工制造。由于塑件較復雜,有齒輪與側孔,因此用整體式,肯定不行,而采用組合式比較適當,但組合拼塊也有其缺點,制造較麻煩,且塑件宜產生拼痕跡。不過,也有其好,可解決復雜型面的加工困難。通常為保證側壁之間連接準確性,常在連接處外側保留0.3～0.4mm間隙, 可使內側連接緊密。因此本模具型腔選擇組合較合適。 2、成型凸模的結構設計 通常凸模的機械加工比凹模方便,而工作中受力比較集中,所以多數(shù)凸模是整體結構。 3、成型尺寸計算 型腔的制造尺寸是包括了塑料的成型收縮在內的。因此,在計算尺寸之前,首先要確定使用塑料的成型收縮率。 a)塑料的成型收縮率 理論的成型收縮率： 塑件在20℃溫度下的體積／型腔在20℃溫度下的容積＝成型收縮率 也就是體積的收縮,在設計型腔時,常按長度收縮計算。聚甲醛是結晶性塑料,因此,成型中收縮率較大,且其收縮有導向性。查得聚甲醛厚度大于8mm時,收縮率為2.0～2.6mm,根據(jù)塑件復雜程度與精度取其平均值較合適,取S=2.3mm b)工作尺寸計算 型腔的制造公差,按精度等級查得δm＝Δ/3(Δ為塑件公差值)。 查表得各尺寸制造公差值與塑件公差值： (mm) 尺寸 制造公差值δｚ 塑件公差值正偏差 塑件公差值負偏差 φ52 0.074 0 -1.200 φ42 0.026 0 -1.200 φ32 0.052 0 -1.040 φ28 0.052 0 -0.960 φ2.4 0.025 0 -0.480 φ44 0.026 1.200 0 φ24 0.052 0.880 0 φ18 0.043 0.800 0 φ4 0.030 0.560 0 21 0.052 0 -0.088 14 0.043 0 -0.720 8 0.036 0 -0.640 6 0.030 0 -0.560 其平均收縮率： Scp＝［(1.2+3.0)/2］％＝2.1％ ①計算型腔徑向尺寸： Ｄ52、 Ｄ44 、 Ｄ32 、 Ｄ28、 Ｄ2.4 型腔徑向尺寸計算公式： ＤM＝[ds(1+Scp)-3/4Δ]+0δz Ｄ52＝[52(1+2.1％)-3/4×1.4]+00.467 ＝52.042+00.467 mm Ｄ44＝[44(1+2.1％)-3/4×1.2]+00.400 ＝44.024+00.400 mm Ｄ32＝[32(1+2.1％)-3/4×1.04]+00.347 ＝31.956 +00.347 mm Ｄ28＝[28(1+2.1％)-3/4×0.96]+00.320 ＝27.868 +00.320 mm Ｄ2.4＝[2.4(1+2.1％)-3/4×0.48]+00.160 ＝2.450 +00.160 mm ②計算型芯徑向尺寸： d24、 d18 、 d4 型芯徑向尺寸計算公式： dM＝[ds(1+Scp)+3/4Δ]-0δz d24＝[24(1+2.1％)+3/4×0.88]-00.293 ＝25.164-00.293 mm d18＝[18(1+2.1％)+3/4×0.80]-00.267 ＝18.978-00.267 mm d4＝[4(1+2.1％)+3/4×0.56]-00.187 ＝4.457 -00.187 mm ③計算型腔深度尺寸： H14、 H8、 H6 型腔深度尺寸計算公式： HM＝[Hs(1+Scp)-2/3Δ]+0δz H14＝[14(1+2.1%)2/3×0.72]+00.240 ＝13.814+00.240 mm H8 ＝[8(1+2.1％)-2/3×0.64]+00.210 ＝7.741+00.210 mm H6 ＝[6(1+2.1％)-2/3×0.56]+00.187 ＝5.763+00.187 mm ④計算型芯深度尺寸： h42、 h21 型芯深度尺寸計算公式： hM＝[hs(1+Scp)+2/3Δ]-0δz h42＝[42(1+2.1％)+2/3×1.2]-00.400 ＝43.682-00.400 mm h21＝[21(1+2.1％)+2/3×0.88]-00.293 ＝22.028-00.293 mm ⑤齒輪成型尺寸計算： ｄ＝ｍN／cos4o24ˊ ＝（0.5／cos4o24ˊ）×100 ＝50.148 mm ｄa＝ｄ＋2ｍz ＝50.148＋2×0.5＝51.148 mm ｄf＝ｄ－2（ｈa＊n＋ｃ＊n）ｍz ＝50.148－2×（1＋0.5）×0.5 ＝48.468 mm Ｄ51.15＝51.15×（1＋0.021）＋00.467 ＝52.224＋00.467 mm Ｄ48.65＝48.468×（1＋0.021）＋00.400 ＝49.672＋00.400 mm 六 澆注系統(tǒng)設計 澆注系統(tǒng)設計時應從多方面考慮，結合塑料，澆注系統(tǒng)需按一模一腔分布設計，POM的成型特性而知，進料口應取厚盡量避免死角積料。在保證工作順利的條件下，容積應取最小，以充分利用材料，減小材料損耗。 （一）主澆道（澆口套）的設計 主澆道是與注射機噴嘴直接連接部分，它是最先進入模具的通道，它與噴嘴在同一軸心線上，故熔料在主流道內并不改變流動方向。主流道的形狀大多為圓錐形，也呈圓形或扁形。為了便于拉出流道中的冷料，通常將主流道設計成圓錐形，錐角為2～7℃，內壁粗糙值等于或小于0.8mm。圓錐孔小頭直徑為4～8mm，但必須比注射機噴嘴大0.5～1mm。主流道的長度由定模板厚度確定。 確定主澆道各部分尺寸： ①確定噴嘴處孔徑ｄ,由XS-ZY-125型注射機查得： 嘴噴孔徑為4mm, 從聚甲醛成形特性看嘴噴處孔徑應取大些,并采用直通式噴嘴。 d=噴嘴孔徑＋1mm d=5 mm ②確定澆口處噴嘴球半徑,由XS-ZY-125型注射機查得： 球半徑R為12mm, R=噴嘴球半徑＋（2～3）mm 可取3mm。 R=12＋3=15mm ③其他尺寸, α=2°～5°, 可取α=3°。 r=1-3mm, 可取r=2mm。 H=（1/3-2/5）R=5～10mm, 可取H=R/3=5mm。 ④確定主澆道直徑，可由經驗公式得： D=√4V/πR D——主澆道大頭直徑 V——流經主澆道熔體體積 K——常數(shù)（ POM可取2.1） 代入得： D=√4V/πR＝√4·(42+10)/π·2.1＝5.62≈6mm 即只需大于6mm即可。 D=d+tgα/2·L =5+2.62 =7.62mm≥6mm。 因此符合要求,D可取6mm。 （二）澆口的設計 澆口的位置尺寸、形狀、直接關系塑件的內在質量與外在質量。如果采用不當，容易招致填充不良、氣泡、融合痕、翹變形、密度不均勻的弊病。聚甲醛塑料其結晶速度快，流速增高，并且摩擦使料溫也增高，有利于其填充型腔。且還可以縮短成型周期，殘余應力小，可防止塑件破裂，翹曲，變形易進行澆口痕跡的后加工。 選擇澆口對塑件的質量有直接關系，主要從塑件形狀和要求來確定。由于塑件是一工程塑件，長筒形，外形有齒輪，內孔要與軸相互配。因此，不可能在內壁外側開澆口，因此選擇圓薄片狀澆口較適合。因此其流程短，排氣條件好，不易產生熔接痕，且對筒形中間通孔塑件更適合，只能適用于型腔，但澆口去除困難。其進料口厚度一般取0.2-1.2 毫米。 （三）定位圈的選用 由XS-ZY-125型注射機查得,定模板與澆口套之間配合孔徑為Ф100﹢00.054mm 參定位圈推薦值： D=100mm d3=75mm D2=50mm h=14mm 七 模具的溫度控制系統(tǒng)的設計 對于注射模而言，其是連續(xù)工作的，而受人為因素影響較多，所以無須很精確的計算，加熱冷卻系統(tǒng)可以根據(jù)型腔的幾何形狀、塑料的成形特性來確定 。 （一）加熱系統(tǒng)的設計 聚甲醛塑料在加工前進行干燥的同時起到預熱作用,而且模具型腔的壁厚比較大; 又由成形特性可知,聚甲醛結晶性熔融范圍很窄,熔融速度快,且流動性對溫度變化不敏感,所以模具不需要加熱系統(tǒng)。 （二）冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)設計 由聚甲醛塑料的成形特性可知, MPO的凝固速度快,結晶速度快,料溫稍低于熔融溫度即發(fā)生結晶化。因為塑料的壁厚大于等于4 mm,所以結晶時的模溫可取t=90c°～120c°,塑件可在較高溫度時脫模,所以可推出塑件在成形時不需冷卻系統(tǒng)。如果要裝冷卻系統(tǒng).則應把孔的位置放在定模板和型腔板上。模具是不需要安裝冷卻系統(tǒng),本該按塑件釋放的熱量等于由模板散發(fā)的熱量來詳細推測出。但因本畢業(yè)設計的參考資料有限，所以只能根據(jù)推測來確定，故不開設冷卻系統(tǒng)。 八 脫模機構的設計 模具中的脫模機構，根據(jù)成型設備，塑件形狀的不同而有多種形式，但都要求機構的工作可靠，動作靈活，結構簡單。塑件有側抽芯機構，還有斜齒輪脫模機構。 （一）頂管脫模機構設計 1、運動形式 4o24ˊ 螺旋升角的塑件，雖然其螺旋升角不大，但若采用強制脫模，因其模數(shù)小，齒數(shù)多，則易出現(xiàn)制件破壞，顯然不行。因此常采用在推頂?shù)?，制件應沿著齒廓升角被強制旋出型腔。也就是說，推管在推動的同時也相應的應與塑件一起旋出型腔，從而實現(xiàn)脫模。為了使其導向嚴格地與塑件螺旋齒廓相吻合，頂管通過一個與注塑齒輪升角相同的導向槽與動型芯固定的銷相配合，當銷被軌跡槽控制驅動時，就能精確的依照齒輪螺旋升角傳動。 2、結構形式 如圖所示，其脫模結構是推管為主。由于塑件帶有斜齒輪，因此在推頂同時要有旋轉，所以設旋轉機構。如圖所示，其頂推由推管實現(xiàn)，而其型芯則轉動來實現(xiàn)。而型芯的轉動是由推管的型槽帶動型芯上的銷來實現(xiàn)，銷與型芯為過盈配合。中間的頂桿用來正確的確定型芯位置，同時在塑件脫模時，有排氣作用，從而不影響脫模。 3、轉銷直徑的確定 轉銷的作用主要是協(xié)助頂管完成脫模,這時是受扭矩和剪切作用,這個扭矩因為只旋轉一個很小的角度即:β=4°24ˊ。所以可以忽略不計。轉銷的破壞形式主要是剪切斷裂,以下按剪切應力、型腔壓力來確定轉銷的直徑d，材料為35鋼。 查得 δS =(216～314)MPa 常溫 F ns=1.2～2.2 ∵Τ溫度>常溫為安全起見 ns=2.5 [δ1]=(216～314)／2.5=86.4～125.6Mpa [τ]=（0.6～0.8）×（86.4～125.6）=51.84～100.48 型芯平均壓力 P=35MPa τ=Q/A≤[τ] А≥Q/[τ]=35×π/4×24 =207.8mm πd2/4≥207.8mm d≥9.6mm 取 d=10mm 4、脫模機構中各零件的設計 ① 頂桿的設計 頂桿在機構中的作用主要有三點,一是頂出型芯上部的冷料井；二是防止型芯偏斜,起定位型芯的作用,保證精度；三是起到排氣作用。參考標準ISO 6751-1986,可查得： L=155mm， H=5mm， D1=5mm， D2=10mm， D3=6mm。 ② 推管的設計 在推管上應具有與轉動銷配合的型槽，其具體尺寸： 由圖可知,為使機構結構緊湊,簡化結構,運用了轉銷在斜槽中的滑動脫出塑件的斜齒輪部分,斜槽的傾斜角α應與斜齒輪螺旋角β相等。 即： α=β=4°24′ˊ 為了使塑件順利脫出型腔，即： 斜槽的高度h1≥斜齒輪的高度14mm。取h1=15mm。 導向槽的總高h2≥塑件的頂出高度28mm+轉銷直徑d+ 一定的頂出余量 取h2=55mm 轉銷與推管有間隙，且有一定的運動關系，因此銷與形槽的表面要耐磨，硬度高，要有足夠的強度，表面精度要高。其配合尺寸如圖所示。 從整體考慮，可參考標準件ISO 8405-1986，其具體尺寸： L1=77mm, L2=30mm, L=131mm, D1=5mm， D2=32mm, D3=6mm, D4=40mm, D5=11mm, H=8mm, h=5mm。 ③ 頂桿頂管的固定形式 它們都采用臺階式固定推管與推管固定板的聯(lián)接處采用銷緊固，銷的直徑d=5mm,采用標準件GB119-86。 （二）抽芯脫模機構的設計 當塑件或圓周方向有均布的凹槽，側孔或凸臺的塑件，常采用轉盤式分型抽芯機構。根據(jù)塑件側孔，采用托盤式抽芯機構較合理，且抽芯距不大，抽拔力不大。在模具中，有數(shù)量與塑件孔相等的8個滑動側型芯，閉模時，全部型芯抵在模芯上，構成了塑件的型腔。8個側型芯，各自抽在滑槽座的導滑槽內，側型芯上的圓柱銷穿過導滑槽下的長方形孔，進入轉盤上的人字形槽有兩段組成，一段是圓弧槽，另一段是斜槽，其角度與長度都與軸芯距有關。開模時，斜楔使轉盤轉動，而與側抽芯相連的圓柱銷是插在轉盤的斜槽中，轉盤帶動銷滑動，從而使側抽芯強制抽芯，當斜楔離開轉盤時，全部抽芯結束。 1. 斜楔的確定 （1） 斜楔的形狀 常見的斜楔形狀是與側型芯相對，但本斜楔是起轉動作用，因此其形狀如圖所示： 由于斜楔在工作時要受到彎曲和摩擦，所以除了應有足夠的強度外，表面粗糙度值要低，材料外表硬而耐磨。斜楔與橫板有固定面，其表面粗糙度值要低，斜楔脫模本身具有復位作用，因此可不設復位機構。 （2）轉盤的受力分析和斜楔尺寸的確定 ①受力分析 F2=F1cos30° =120·cos30°=103.90 N F3=tg30°F1 =69.2 N δS=265～353 nS=1.2～2.2 取nS=2 [δ1]=δS/nS =（265～353）／（1.2～2.2） =132.5～176.5 取[δ1]=150 ②斜楔尺寸的確定 設彎銷的寬度為a,由圖可知 ` y=120+a/2 x=100㎜ 由力矩平衡公式可知 F·y=F3·x F×(120+a/2)=69.2×100 F=6574/(120+a/2) 因為銷為一懸臂梁，故按彎曲公式來計算 M彎=P·L L—彎曲力矩的力臂長度 假設L取模板允許的最大半徑150。 M彎=[6574/（120+a/2）]×300 ① 令b=2a h=a 所以 W=2a·a2/6=a3/3 ② σmax=M彎/W≤〔σ〕 W-抗彎矩 ③ W=b·h2/6 將①、②代入③式： σmax=M彎/W =(1972×3)/[（120+a/2）×a3]≤150 解得： a≥7 由整體結構可知： 取b2=25 b1=30 B2=30 B1=45 h1=35 α1=15～20°可取 α1=17.5° 由圖可知斜楔帶動轉盤轉動的距離是有斜楔的工作高度h2決定的, l=√R22+R22-2R22cos11°=18.67≈19㎜ h2=l+(2—10)/tgα=(l+4)/tgα=23/tg17.5°=73.5≈75㎜ H=h2+h1+46.5(14+32.5)=156.5㎜ 具體尺寸可參考SLM--3 (4) 斜楔的固定方式 斜楔的固定方式是在定模板上開出與斜楔頭部尺寸相吻合的槽,把斜楔鑲入槽內,用兩銷釘和兩螺釘緊固定位。 螺釘選擇 GB70—85—M8×45 的內六角的螺釘 銷釘選擇GB119—86—A5×25的標準銷 加工時斜楔與定模板之間應配作加工，為了使銷能順利裝入可在定模板銷孔位置上設置通氣孔。 2.轉盤的設計 (1) 側抽芯距 將側抽芯從成型位置抽拔到不妨礙塑件脫模位置時，沿側抽芯方向所移動的距離稱側抽芯距。它應比成型塑件的孔深或凸臺高度大。由于孔深為4mm，因此可取S=5mm。 (2) 轉盤上人字形槽尺寸 αz——斜槽(轉盤轉動角)的角度 β——圓弧槽的角度 R1——圓弧槽中心半徑 h4——形槽寬度 h3——斜槽半徑方向的距離 通常斜槽(轉盤轉動角度)長度不大，可設為10°，但為了有一定間隙可取α2=11°，為了有一定的間隙量，其開合模自如。β可設取5°。 R1由結構確定，設取R1=100mm。形槽寬h4即側型芯所帶銷的導滑槽寬度大小，不能太大，也不能太小，因此可取銷徑+0.5mm，設銷徑為ф5mm，則h4=5.5mm。而h3由側抽芯距加一定余量，取h4=5＋1=6mm。 (3) 定位裝置 通常側抽芯機構都設有定位裝置。為了保證側抽芯能正確到位，保證塑件尺寸精度。根據(jù)模具結構可選用球形定位裝置?？蛇x擇標準件： 鋼球選用 GB308—77—ф8 彈簧選用 GB1358—78--1×6×30 固定螺釘選用 GB75—85—N10—12 （4）轉盤結構形狀的設計 為了達到最好的經濟性和輕巧程度，把轉盤設計成耳朵形并取對稱更為合適。 具體尺寸可參考零件圖SLM--4 九 復位機構的設計和選擇 常見復位形式有復位桿與復位彈簧。 根據(jù)本模具結構可知，選用彈簧復位較合適，可選用彈簧 為了使頂出機構復位，我們采用了彈簧，復位機構，復位機構主要由螺釘，彈簧及推桿組成。 （一）彈簧的選用 要達到復位的目的，彈簧必須滿足以下條件即其產生的彈力需大于頂管與銷，頂管與墊板，型腔之間產生的摩擦力。 因為彈簧所受的力較難計算，根據(jù)經驗，選擇4個均布在周圍上的中徑為ф10mm的彈簧，完成復位動作。 參照《機械設計與工藝手冊》表2-86 選工作負荷F=184.3N 彈簧中徑D=ф10mm 圈彈簧工作極限負荷下變形量fˊ=2.033 節(jié)距P=4.28mm 最小導柱的直徑Dmin=16mm 材料直徑d=1.6mm 參照①附表34 Fmax=212N K=m/(m-1)+1/4m M=D/d=10/1.6=6.25 K=6.25/(6.25-1)+1/4×6.25=1.23 參照《機械設計與工藝手冊》P192 Fsc=K×F2=1.23×212=260.76 N=(K×F2+fo)/fˊ×Fsc/Flim 式中f2=28mm fo=(0.25—0.43)f2 n=(k1·f2+f0)/[(fˊ·Fsc)/Flim]=(1.23×28+0.4×0.28)/[(2.033 ×260.76)/184.3]=15.8 n取16 n總=n+2.5=16+2.5=18.5 H0=nt+2d T=p=4.28 H0=18.5×4.28+2×1.6=82.38mm 取H0=8mm 所以彈簧選1.6×10×80 GB2089-80 （二）彈簧的分布形式 通常,塑料模中復位機構通常選用彈簧,在冷沖模中通常選用橡膠復位.彈簧體積小,更換簡便,只要拆開墊板即可,而且,可通過墊片來調節(jié)彈力的大小. 十 導向機構的設計 （一）導向機構的功用 保證模具開合運動時動、定模相對的精確位置,保護型芯在合模時與型腔不發(fā)生碰撞。具體要求為：配合精確，保證模具開合動作輕便、壽命長。推板和固定板之間的導向裝置是保證推件機構推出、復位的準確導向，具體要求為能承受規(guī)定的重量，導向平穩(wěn)、準確。 （二）導向機構的選用 為達到上述功用和要求，采用了導套、導柱對準中心。在定模板和定模固定板之間裝入了B型導套，在型腔固定板上裝入A型導柱。 導套選d=ф20的標準件,國標為GB4169.3-84-ф20×26 導柱選d=ф20的標準件,國標為GB4169.5-84-ф20×80×40 在推管固定板和推管蓋板之間裝入B型導套,在動模板上裝入B型導柱, 導套選d=ф20的標準件,國標為GB4169.3-84-ф20×26 導柱選d=ф20的標準件,國標為GB4169.5-84-ф20×90×25 十一 型芯與側型芯脫模力的計算 （一）型芯脫模力的計算 當脫模開始時，阻力最大，推桿剛度及強度應按此時受力計算。即無需脫模斜度（α=0）。 抽拔力由兩部分組成,即Q=Q1+Q2 Q1—成型斜齒輪上部內孔的抽拔力 Q2—成型花鍵形的內孔的抽拔力 Q1=C1h1p1u C1=лd=18л h1=21 p1=12Mpa u1=0.2 Q1=18л×21×12×0.2=2850N 如圖所示 β=45°/2=22.5° γ/2=arctg1.2/12=aectg0.1 γ/2=5.71° α=β-γ/2=22.5°-5.71°=16.79° Q2=c2h2p2u2 c2=2π×1.2×8+(16.79°/180°)×π×2×8×12 =π(19.2+17.9) =116.58mm h2=21 p1=12Mpa u2=0.2 Q2=116.58×21×12×0.2 =5875.632N Q總=Q1+Q2 =2850+5875.632=8725.632N 由于這個力是由注射機頂桿來承擔的,而所選注射機的法定推力F=2.5噸。 即： F′=2.5×1000×9.8=24500N F′>Q總 故合格 （二）側抽芯力計算 Q=c·h·P·μ c=πd=4π h=4 P=8～12Mpa μ=0.1～0.2 取μ=0.2 Q=c·h·P·μ =4π×4×（8～12）×0.2 =80.4～120.6 N 則側抽芯力Q=120 N 十二 模具的閉模高度和開模行程驗算 1、模具的閉模高度 模具的閉模高度指的是閉模時,定模板到模腳下表面的距離,從模具的 裝配圖中量得 H=244 mm ∴Hmin≤H≤Hmax=300 mm Hmin=200 mm ∴模具能在設備上安裝 2、 模具的開模行程 S′=2×(H1+H2)+(5～10) H1—脫模距離()mm =2×(30+42)+(5～10)=（149～154）mm H2—塑件高度(mm) 由前面注射機的選擇技術參數(shù)可得注射機的開模行程 S=300 mm S>S′ ∴模具能順利脫出塑件。 十三 模具其它零件的設計 （一）模板 1、定模板固定板 模板是模具和成型設備連接的板, 所以定模板固定板的直徑要比型腔固定板大, 取ф280mm合格, 材料選取45鋼。 具體尺寸見零件圖SLM--15。 2、定模板 定模板是成型板, 所以定模板的直徑要比定模固定板小, 取ф240合格, 材料選取T8A。 具體尺寸見零件圖SLM--13。 3、動模板 動模板是模具和成型設備連接的板, 一般與模腳相連接, 所以定模板固定板的直徑要與定模板的直徑相同, 取ф240mm合格, 材料選取45鋼。 具體尺寸見零件圖SLM--5。 （二）型芯與斜齒輪型腔 型芯的材料選 T8A , 具體尺寸見零件圖SLM--11。斜齒輪型腔具體尺寸見零件圖SLM--14 （三）推板 推管固定板與推管蓋板通稱推板, 其材料選45鋼。其中推板的總體結構與墊塊相適。具體尺寸見零件圖SLM—8與SLM—7。 （四）型腔板 1、型腔固定板 板的總體結構與型腔、轉盤結構相適應, 而且需另外銑出八個側型芯的導滑槽，并加工出放置八個側型芯的空間。其具體結構尺寸見零件圖SLM--12。 2、型腔 要裝入推板和推板固定板，采用拐腳式圓形模腳，又稱模腳。 其總體結構與型腔固定板、推管、斜齒輪型腔結構相適應, 而且需另外銑出八個側型芯的成型孔，并加工出放置斜齒輪型腔的空間, 極其固定的緊定縲孔, 其具體結構尺寸見零件圖SLM--10。 （五）模腳 1、 墊塊 墊塊高度應使頂出機構能將塑件推出型腔，并超出分型面5～15mm左右, 所以由前面計算頂出空間H＝45mm, 即可滿足要求,即墊塊高度為95mm, 其具體結構尺寸見零件圖SLM--6。 2、底板 其總體結構與注射機頂桿結構相適應, 其具體結構尺寸見零件圖SLM--9。 十四 標準件的選擇 （一）螺釘和銷的選用 ① 螺釘2 M8×45 GB70-85 ② 螺釘4 M6×8 GB70-85 ③ 螺釘16 M8×125 GB70-85 ④ 螺釘17 M8×36