圆柱斜齿轮注射模模具设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】
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桂林电子科技大学毕业设计（论文）报 告用纸 第 1 页 共 20 页 注塑模具的设计与热分析 摘 要 :本文介绍了用于生产热变形测试样品的注塑模具的设计，这种模具能为自身实现热分析，从而得到模具的热残余应力的影响。文章对技术，理论，方法以及在注塑模型设计中需要的考虑的因素也进行了介绍。模具设计是通过商用计算机辅助设计软件种用于分析因样品不均匀冷却产生的热残余应力的模具，已经通过使用 且存在问题也已经解决。该软件通过绘制相应的时间反应曲线为模具提供了温度分布等高 线图以及注塑周期中的温度的变化。结果表明，与其他区域相比，收缩可能更容易发生在冷却渠道附近的区域。热变形就是这种在模具的不同区域的不均衡降温效果引起的。 关键词 ： 注塑模具；设计；热分析 1. 引言 塑料业是世界上发展最快的工业之一，被列入产值达数十亿美元的产业。几乎每一个在日常生活中使用的产品都涉及塑料的使用，这些产品大部分可通过注塑成型方法生产 1 。注塑成型工艺因其制造过程是以较低的成本生产各种形态和复杂几何形状的产品而众所周知 2 。 注塑成型工艺是一个循环 工艺，整个过程分为四个重要的阶段，即：充模，保压，冷却和喷射。在注塑成型过程是从漏斗中把树脂和适当的添加剂注入到注塑成型机的加热 /注射系统开始的 3 。这就是“充模阶段”，在这个过程中，模腔填充了达到注射温度的热聚合物熔体。在模腔填充后的 “保压”阶段，更多的是聚合物熔体在更高的压力下被装进腔体，以补偿因聚合物固化引起的预计萎缩。接下来便是冷却阶段，在此过程中模具会冷却，直到有足够的刚性部分被弹出。最后一个阶段是“弹射阶段”，这个阶段模具被打开，成型部分被弹出，过后，模具会再次被关闭开始下一个循环 4 。 因为主要是靠经验，包括了实际工具的反复修改，所以设计和制造所需性能的注塑成型聚合物部件的过程很昂贵的。在模具设计任务中，由于包含了喷射和气压因素，通常来说，在核心区为模具设计特别附加的几何结构是相当复杂 5 。 为了设计出模具，许多重要的设计因素必须加以考虑。这些因素是模具的大小，模腔的数量、布局，热流道系统，门控系统，收缩和弹射系统 6 。 在模具的热分析中，其主要目的是分析热残余应力或模压对产品尺寸方面的影响。热诱导应力主要发生在注塑零件的冷却阶段，主要是由于其较低的热传导率和熔融树脂和模具之间的温度差 异。在场冷却过程中的产品腔的温度是不平衡的 7 。 冷却过程中，离冷却通道越近的地方能更大程度的冷却下来。这种温度的不同引起了材料的异收缩，从而带来热应力。明显的热应力可能会引起变形问题。因此，在注射成型过程的冷却阶段对热残余应力场进行模拟是非常重要的 8 。通过了解热残余应力的分布特点，我们就可以预测热残余应力引起的变形。 在这篇论文中，为生产翘曲测试样本设计的提出了这样一种注塑模具设计：它能对模具实现热残余应力对其的影响实现热分析。 2. 方法 曲测试样本的设计 这一部分介 绍了用于注塑模具设计的翘曲测试样本的设计。对于外壳很薄的产品来说，很明显翘曲是存在其中的主要问题。因此，产品开发的主要目的就是设计一个塑件能为外壳很薄的注塑模具的翘曲问题确定影响因素。翘曲测试样本是由薄塑料壳而开发的。样本的总体尺寸是长 120 毫米，宽 50 毫米，厚 1 毫米。生产翘曲测试样本所用材料是丙烯腈丁二烯苯乙烯（ 塑的温度、时间和压力分别是 210 C, 3 s 和 60 1 表示翘曲测试样本。 图 1 翘曲测试样本 曲测试样本设计注塑模具 本节介绍了用于生产翘曲测试样本 的模具的设计部分和设计中其他需要考虑的因素。用于生产翘曲测试样本注塑模具的材料是美国国家钢铁学会的 1050碳钢。在模具设计中考虑到的四个设计概念包括： I. 三板模具（概念 1）有两个分模线单腔，由于成本高所以不适用。 二板模具（概念 2）有无浇注系统的一个分模线单腔。由于每注的低生产率而不适用。 二板模具（概念 3）有一分模线与门控喷射系统的双腔。由于产品太薄，顶针可能损害它，因此也不适用。 二板模具（概念 4）有一分模线与有门控系统的双腔，只用直浇口拉出器作为喷射器，来避免在喷射过程 中对产品的破坏。在翘曲样本的模具设计中第四个设计概念已经得到应用。 各种设计根据都已经在设计中得到应用。 首先，模具的设计是基于所使用注塑机器的压盘尺寸 (2D)。这个机器是有一定限制的，这就是两个拉杆之间的距离定出的压板机的最大面积在机器拉杆之间的距离为 254毫米。因此，模具板最大宽度应不能超过这个距离。此外，为了达到调定和处理模具的目的，在两个拉杆和模具之间保留了 4毫米的空间。最终这使模具的最高宽度为250毫米。标准模具基地有 250 250毫米的使用面积。模具基底是用美得丽钳安装在模具基 座或模具压板右上角和左下角的。其他相关模具板的尺寸见表 1。 设计了夹紧压力的模具具有高于内部空腔力（反应力）的夹紧力来避免发生突然的活动。 表 1 磨具板尺寸 部件 尺寸：宽度高度厚度 顶部压紧板 250 250 25 腔板 200 250 40 核心板 200 250 40 侧板，支撑板 37 250 70 排出维持板 120 250 15 推出器 120 250 20 底部固定板 250 250 25 基于标准模具系列给出的尺寸，宽度和核心板的高度分别是 200和 250毫米 这些尺寸使核心板两腔的设计是水平放置的，因为腔板为空时有足够的空间，为了填充熔融塑料，只是用浇口衬瓦来固定因此，在产品表面只设计了一个标准分型线。在模具打开的过程中，产品和滑行装置放置在通过分型面的一个平面上，标准门或侧门就是转为这个模具设计的。门就处在滑道和产品之间。在门底部的土地，设计了 20倾斜，而且厚度只有 这个门还设计了四毫米宽 模具设计中，选择了滑道的抛物 线交叉部分的类型，因为他有一个好处，那就是一模只需一半的简单加工，即这一例子中的核心板。 尽管如此，与圆截面类型相比这种滑道有诸如更多的热流失和废料。这可能会引起熔融塑料更快的凝固。这个问题通过使用更短，直径更大的滑道得以减少，它的直径是6毫米。非常重要的一点是滑道的设计要同时在相同的压力和温度下把材料或熔融塑料分送到腔体中。由于这一点，腔体的布局设计成了对称形式。设计中另一个需要考虑的方面就是通气孔的设计。 为了防止发生滑动，核心和板腔之间的配合面板加工非常精细。但是，这可能导致在模具关闭 时空气被封在里面，而使产品出现喷丸不足或部分不完整。为了确保锁住的空气能被排出来而避免部分不完整的发生，我们设计了足够多的通气孔。冷却系统是沿着模具的长度钻出来的，在与模具水平的位置使其更好的冷却这些冷却渠道在两钻腔和和核心板上都有。它们使模具在湍流的情况下能够充分的被冷却。图 2 给出了通气孔和核心板上的冷却渠道在腔里的布局。 图 2 气孔在腔中的布局及冷却通道 在这个模具设计中，弹射系统包括弹射版，直浇口拉出器以及喷射器。位于核心板中心位置的直浇口拉出器的作用不只是作为模具打开时固定产品位置的拉 出器，而且在喷射阶段作为喷射器把产品从模具中推出来。在产品腔中没有放置和使用附加的喷射器，因为产品生产的非常薄，即 1毫米。 产品腔中额外的注射器可能会在喷射阶段给产品增加洞眼和损害。最后，要对尺寸容差进行足够的考虑来补偿材料的收缩。图 3显示了利用 图 3 模具的三维实体建模和线框模型 图 4 用于避免欠注的额外的通风孔 3. 结果和讨论 产和调整产品的结果 从设计和制作的模具来看，生产的翘曲测试样本在实验跑中有一些缺陷。这些缺陷是短射，溢料和翘曲。短射随后被弯道腔排气孔的边缘消除来使被困住的空气能出来。与此同时，溢料也通过减少保压机器的压力得到降低。变形可以通过控制诸如注射时间，注射温度和融融温度等各种参数来得到控制。经过这些修改，模具生产了高品质低成本的翘曲测试样本同时需要尽快完成小门控。图 4显示了模具的修改，正在加工消除短射的额外排气孔。 具和产品的细节分析 模具和产品开发出来以后 , 就进行对模具和产品的分析 t. 在注塑成型额过程中 , 210度的熔融 却发生后，产品就成型了 品的周期大约需要 35秒，而其中冷却的时间就有 20秒。生产翘曲测试样本的材料是 注塑温度，时间，和压力分别是 210度， 3秒和 60 模具选的材料是 1050碳钢，这些材料的性能在有限元素分析开发的模具中决定温度分布的方面是非常重要的。表 2显示了 模具进行分析的关键部分在于腔体和核心板，因为这是产品成型的地方。 所以热分析来知道温度分布和不同时间的不同温度是通过采用商业有限元素分析软件即所谓的 了研究在不同地区热残余应力对模具的影响，进行了二维的热分析，由于是对称的，热分析只要通过垂直截面的上半部分或者在注射阶段被夹住的两腔的侧面和核心板块。图 5显示了用不规则网格分析的热分析模型。 图 5 热分析模型 建模还涉及到性能分配和模型的程序或周期的时间。这使得有限求解分析模具模型建立，并且绘制了时间反应图来显示在特定阶段的不 同地区的温度变化。对于产品的分析，是通过利用 本上在被紧紧地加载在一端，而另一端是被锁住的。负荷会一直增长知道模型达到可塑性。图 6显示了分析的加载模式。 表格 2 模具和产品的材料性能 图 6 分析的加载模式 图 7 不同时间间隔的二维热分布等高线图 模具和产品分析的结果和讨论 对于模具分析来说，可以观察到不同的时间间隔中的热量分布。图 7 显示了一个完整注塑模型周期中不同时间间隔的热分布二维分布等高线图。 对于模具的分析 来说，在不同热量或热能分布等高线绘制图上 ，热量分布在一个完整的注塑周期中。为了实现对于模具的二维分析，绘制了时间反应曲线图来分析热残余压力对产品的影响。图 8 显示了为了绘制时间反应曲线选出的结点。 图 8 时间反应曲线图选出的结点 图 示了图 8 所示不同节点上的温度分布曲线。 从绘制出的温度分布曲线图来看，图 ，为绘制曲线图选择的每一个结点在温度上会经历上升。即，从其周围的温度到比其周围温度高的特定温度，然后在特定的一个时间里，在这个温度上保持不变。这个温度增长是由于熔融塑料被注入产品腔引 起的。段特定的时间 度会进一步升高直到最高温度，然后保持在那个温度上。温度增长归因于引起高压的保压阶段。这个阶段上引起温度上升。这个温度会一直维持到冷却阶段开始，这个阶段上把模具的温度降并维持到一个较低的值。绘制的曲线由于没有熔融塑料的注入率以及冷却剂的制冷率，他是弯曲的。绘制的曲线只是显示了在周期中能够达到的最大值。热残余应力分析的最关键步骤是冷却阶段。这是因为，冷却阶段引起了材料从高于玻璃转化温度到低于它的转化。材料经历了可能导致翘曲的引起热应力的不同的收缩。从图 示的冷却以后的温度中，由于温度进一步降低冷却管附近的温度会很明显的受到更大的冷却效果，而远离冷却管的地方则有较小的冷却效果冷却率越大，冷却效果越多意味着在这个地方发生跟大的收缩。尽管如此，最远的地方，第 284 结点，尽管远离冷却管，由于向环境中损失的热量，经历更大的冷却力。结果是，产品腔中心位置的冷却管引起中间高于其他地方的部分的温度不相同 .。由于更大程度的收缩，中间部分产生了压缩，同时由于收缩不均等引起了翘曲。尽管如此，冷却后，不同结点的温度差异很小，翘曲影响也不明显。 对设计师而言，设计一个有较少热 残余应力及及有效的冷却系统的模具是非常重要的。对产品的分析，从开始进行分析注塑产品的阶段，不同的负载因子在产品上的压力分布在这两个尺寸分析中得到观察。图 18 21 显示了不同负荷应力增量的等高线图。一个临界点，即 127 节点上，产品的最大拉应力被选定出来进行分析。在图 22 和 23 中绘制了这一点上的压力应变曲线和负载应力曲线从图 23 绘制的这一点上的负载应力曲线，很清楚的看到产品经受很大的负荷，直到 23 的负载力，即 1150 牛。这意味着产品能够承受最大在 1150 牛的拉伸力。高于这个值的负荷会引起产品的失灵。基于图 23，失灵很可能会发生在产品的固定端附近的区域，这里最大应力是 107 由于该产品的生产是以为了翘曲测试，也没有分析与拉伸荷载的关系，所以其应力分析揭示的是很有限的信息。未来，尽管如此，建议产品服务条件应该确定，以便能够进行各种其他的负载下的进一步分析。 图 9 284 结点温度分布图 图 10 213 结点的温度分布图 图 11 302 结点的温度分布图 图 12 290 结点的温度分布图 图 13 278 结点的温度分布图 图 14 1830 结点的温度分布图 图 15 1904 结点的温度分布图 图 16 1853 结点的温度分布图 图 17 1866 结点的温度分布图 图 18 在荷载增量为 1 时的等效应力图 图 19 在荷载增量为 14 时的等效应力图 图 20 在荷载增量为 16 时的等效应力图 图 21 在荷载增量为 23 时的等效应力图图 22 应力与应变曲线 图 23 脂的应力与荷载增量曲线 4. 结论 设计的模具可以生产用于确定影响翘曲参数的高质量的翘曲测试样本。该测试样本生产成本低，只涉及很少德控门的修整。注塑模具的热分析提供了热残余应力对标 本的变形后形状的影响的解释另外对产品拉伸应力的分析成功的预测翘曲测试样本在出现失灵之前的拉伸载荷。 鸣谢： 作者向发起本文出版的马来西亚博特拉大学工程学院致谢。 参考文献 1 1987, p. 110. 2 A on of J. 136 (2002) 1. 3 A a J. 11 (2002) 41. 4 O . of J. 128 (2002) 113. 5 1987, p. 83. 6 G. P. 1993, p 129. 7 2001, p. 1. 8 X. in J. 101 (1999) 毕业设计（论文）任务书 西安科技大学高新学院 毕业设计（论文）任务书 系 别 ： 专 业 ： 学 生 姓 名 ： 学 号： 设计 (论文 )题目 ： 起 迄 日 期 : 年 月 日 年 月 日 设计 (论文 )地点 : 指 导 教 师 : 专业教研室负责人 : 发任务书日期 : 年 月 日 任务书填写要求 1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况指导学生填写。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一 周内填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“系别”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号，不能只写最后 2 位或 1 位数字； 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 714 87文后参考文献 著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004年 3 月 15 日”或“ 2004 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 1）完整的注塑模具设计过程，有足够的设计数据，可直接与磨具制造和零件生产 ; 2) 使设计者掌握注塑模具的基本设计过程和方法， 并 了解零件的生产方法和过程 ; 3) 初步具备项 目开发中的调研，资料收集，查阅，分析及编写技术文件的能力 ; 4) 运用在学校学到的知识进行温包架注射模具的设计，熟悉设计开发模具的流程，并提高实践能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1）斜齿轮零件图一张 (原始数据）； 2）零件材料：聚乙烯； 3）模具：一模 一 腔，模具有抽芯机构，抽芯方式为：斜导柱抽芯机构； 4）该注塑模具装配图； 5）模具主要零部件零件图； 6）必要的数据计算。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计、论文、图表、实物样品等： 1） 论文要求书写规范，论述合理清晰； 2）模具装配图； 3) 动、定模图和其他主要零件图并绘制三维造型图（张数根据实际设计工艺确定）； 4）设计数据的理论计算方法及过程。 4主要参考文献： 1 李学锋 北京 :机械工业出版社， 2001 2 朱光力、万金宝等 深圳 :清华大学出版社， 2003 3 何忠保、陈晓华、王秀英 北京 :机械工业出版社， 2001 4 李海梅、申长雨 北京 :化学工业出版社， 2002 5 刘昌祺 北京 :机械工业出版社， 2000 6 李德群、唐志玉 二卷） 江西科学技术出版社， 2003 7 模具制造手册 化学工业出版社， 2003 8 蒋继宏、王效岳 00 例 中国轻工出版社， 2000 9 于华主 北京 :机械工业出版社， 2002 10 杨叔子 北京 :机械工业出版社， 2002 11 徐耀坤 . 模具表面强化处理新技术 J. 锻压技术 , 2000 12 邹济林 . 表面强化技术在模具型腔的应用 J . 模具工业 , 2001 13 胡志新，徐九南 . 机械制图 . 北京 : 电子工业出版， 2012： 192 14 陈锡栋 实用模具技术手册 2002 15 000 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 第 1 (10 月 8 日 10 月 20 日 ) 课题设计及方案讨论，完成设计任务书 第 3 周 (10 月 8 日 10 月 20 日 ) 完成开题报告 第 4 (10 月 8 日 10 月 20 日 ) 设计阶段 第 11 (10 月 8 日 10 月 20 日 ) 整理设计说明书，撰写并修改毕业论文 教研室审查意见： 教研室主任（签名）： 年 月 日 西安科技大学高新学院 毕毕毕 业业业 设设设 计计计 （ 论论论 文文文 ） 系 别 ： 机 电 信 息 学 院 专 业 ： 1001（单）机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 ： 陈昊 学 号： 1001140534 设计 (论文 )题目 ： 圆柱斜齿轮注射模具的设计 起 迄 日 期 : 设计 (论文 )地点 : 指 导 教 师 : 专业教研室负责人 : 2 摘要 本次毕业设计主要是对斜齿轮注射模的设计，包括工艺方案的分析及确定、工艺计算、模具结构设计计算等内容。由于该塑件是传动工程件且阻滑纹为圆柱纹，故在设计中 主要解决了该塑件的分型面选择、型腔数目的确定、脱模机构的设计。采用了旋转机构、转盘式分型抽芯机构来脱模。从而保证了齿轮的精度、其孔的同轴度和螺旋齿廓的精度。 通过设计，综合应用了大学期间的多数基础和专业知识，加深所学知识体系，掌握了应用 悉了工程应用设计。 关键词：注射模；斜齿轮；工程 设计 3 4 5 6 of of is of is of of of a to of of 7 目 录 一引言 1 二 塑件的分析 4 三 对塑料技术要求的了解 8 四 9 五 1 六 4 七 1 八 制系统的设计 4 九 5 十 4 十一 6 十二 7 十三 合高度和开模行程验算 8 十四 0 十五 1 十 六 2 十七 3 结束语 5 致谢 6 参考文献 7 8 一引 言 1 概述 模具工业是国民经济的基础工业，被成为“工业之母”。而塑料模具又是整个模具行业中的一枝独秀，发展极为迅速。自从 1927 年聚氯乙烯塑料问世以来，随着高分子化 学技术的发展以及高分子合成技术、材料改性技术的进步，愈来愈多的具有优异性能的高分子材料不断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。 在现代化工业生产中， 69%90%的工业产品需要使用模具加工，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和生产在很大程度上都依赖于模具生产，特别是汽车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。我国自改革开放以来，塑料工业发展很快，表现在不仅塑料增加而且其品种更为增多，其产量已上升到居世界第四位，由此可见，塑料工业已在我国国民经济的各个部门中发挥了愈来愈大的作用。 在模具方面，我国模具总量虽 已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的 1/31/5，工业 发达国家将模具向我国转移的趋 势进一步明朗化。 我国塑料模的发展迅速。塑料模的设计、制造技术、 术、 有相当规模的确开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化商品化尚待规模化； 件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。 9 近年来，随着科学技术的进步以及对塑件质量要求的提高，塑料模塑成型技术正向高精度、高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的方向发展，具体表现在以下几个方面： （ 1）塑料成型理论研究的进展。 （ 2）新的成型方法不断涌现。 （ 3）塑件更趋向精密化、微型化及超大型化。 （ 4）开发出新型模具材料。 （ 5）模具表面强化热处理新技术应用。 （ 6） 模具 术发展迅速。 （ 7）模具大量采用标准化。 在工业发达的国家，模具工业已经从机床工业中分离出来，并发展成为一个独立的工业部门，而且其产值已经超过机床工业的产值。目前国内模具行业的基本情况是，随着轻工业及汽车制造业的迅速发展，模具设计制造日渐受到人们广泛关注，已形成一个行业。但是我国模具行业缺乏技术人员，存在品种少、精度低、制造周期长、寿命短、供不应求的状况。一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造，需要每年花几百万 约了工业的发展，所以在我国大力发展模具行业 势在必行。 2 本课题的研究内容、要求、目的及意义 本次动涡盘模具设计采用 助设计，运用 术能有效地对整个设计制造过程预测评估通过计算机数据模拟和仿真技术来完善模具结构，再现能力强，整体水平容易控制，能够迅速获得样品，有利于争取定单，赢得客户；同时节省大量的模具试制材料费用，减少模具返修率，缩短生产周期，大大降低了模具成本。 10 本课题的研究内容及基本要求 （ 1）合理地选择模具结构。根据塑件图及技术要求，提出模具结构方案，并使其结构合理，质量可靠，操作方便。必要时可根据模具设计和加工的要求，提出修改 塑件图纸的要求。 （ 2）正确的确定模具成型零件的形状和尺寸。 （ 3）所设计的模具应当制造方便、造价便宜。 （ 4）充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工。 （ 5）设计的模具应当效率高，安全可靠，如要求浇注系统充型快，冷却系统效果好，脱模机构灵活可靠，自动化程度高。 （ 6）要求模具零件耐磨、耐用、使用寿命长。 本课题的研究目的及意义 （ 1）熟悉拟定塑料成型工艺和模具设计原则、步骤和方法。 （ 2）学会查阅有关技术文献、手册和资料。 （ 3）培养分析问题和解决问题的能力。 11 二 塑件（斜齿轮）的分析 1塑件模型 2 塑料（聚甲醛）应用基础 塑料的种类繁多，性能有差异 ,在从事塑料应用技术工作时，首先应对所选用的塑料 (聚甲醛 )组成，类型以及有关性能有所了解，即掌握必要的塑料应用基础知识。 塑料是以合成树脂为基础，再加入增塑剂，填充剂，染料，润滑剂，稳定剂等材料组成。 在一定温度和压力条件下，通过成型加工，可以将塑料制成具有某种形状，在常温下保持形态不变的塑料制品。 12 （一）常用塑料 塑料可分为热固性塑料和热塑性塑料。 常用热固性塑料有酚醛塑料，氨基塑料，环氧树脂， 常用热塑性塑 料有聚乙烯（ 聚丙烯（ 聚氯乙烯（ 苯乙烯 丙烯腈共聚体（ 聚甲醛（ 聚碳酸酯（ 聚砜（ 等。 （二）聚甲醛（ 料 1、聚甲醛（ 工艺性能 热塑性塑料在恒家压力下，根据受热温度的差别，存在三种状态，即玻璃态、高弹态和粘流态。处于粘流态的塑料，可采用注射成型和挤出成型等加工方法来制作塑料制品，而聚甲醛就是在粘流态情况下成型成制品。聚甲醛流动性中等，主要由其温度压力，模具结构来决定其流动性。聚甲醛是不透明或半透明的结晶塑料。且不属于吸湿性塑 料，因此，在成型前可不用预热处理，因为聚甲醛是热敏性塑料。因此，模具设计选择注射及成形时都应注意，应选用螺杆式注射机，浇注系统截面应大，模具和料筒应镀铬，不得有死角滞料，必须严格控制成型温度，模温，加热时间，螺杆转速及背压等。 、聚甲醛（）的成型特性 结晶性塑料熔融范围很窄，熔融或凝固速度快，结晶化速度快，料温稍低于熔融温度即发生结晶化，流动性下降。 热敏性强极易分解（但比聚氯乙烯稍弱，共聚比均聚稍弱）分解温度为240C,但 200度中滞留 30分钟以上即发生有刺激性分解时产生有刺激性，腐蚀性气体。 流动性中等，溢边值为 米左右，流动性对温度不敏感，但对 13 注射压力变化敏感。 结晶度高，结晶化时体积变化大，成型收缩范围大，收缩率大。 吸湿性低，水分对成型影响极小，一般可不干燥处理，但为了防止树脂表面附粘水分，不利成型，加工前可进行干燥并起预热作用，特别对大面积薄壁塑料件，改善塑件表面光泽有较好效果，干燥条件一般用烘箱加热，温度为 90 100C,时间 4小时 ,料层厚度 30毫米。 摩擦系数低，弹性高，浅侧凹槽可强迫脱模，塑件表面可带有皱纹花样，但易产生表面缺陷，如毛斑、折皱、熔接痕、缩孔、凹痕等弊病。 宜用螺杆式注射机成形，余料不宜过多和滞留太长，一般塑件克量（包括主流道、分流道）不应超过注射机注射克量的 75%，或取注射容与料筒容量之比为 1： 6 1： 10，料筒喷嘴等务必防止有死角，间隙而滞料，预塑时螺杆转速宜取低，并宜用单头，全螺纹，等距，压缩突变型螺杆。 喷嘴孔径应取大，并采用直通式喷嘴，为防止流涎现象喷嘴孔可呈喇叭状，并设置的加热装置，以适当地控制喷嘴温度。 模具浇注系统对料流阻力要小，进料口宜取厚，要尽量避免死角积料，模具浇注系统对料流阻力要小，进料口宜取厚，要尽量避免死角积料，模具应加热，模温高应 防止滑动配合部件卡住，模具应用耐磨，耐腐蚀材料，并淬硬，镀铬，要注意排气。 必须严格控制成形条件，嵌件应预热（一般 100 150 ），余料一般储存 5 10个塑件重量的物料即可，料温取稍高于熔点（一般 170 190 ）即可，不宜轻易提高温度，模温对塑件质量影响较大，提高模温可改善表面凹痕，有助于融了料流动，塑件内外均匀冷却，防止缺料，缩孔，皱折，模温对结晶度及收缩也有很大影响，必须正确控制，一般取 75 120 ，小于 4毫米的取 75 90 ，宜用高压，高速注射，塑件可在较高温度时脱 14 模，冷却时间可短，但为防止收缩 变形，应力不均，脱模后应将塑件放在90C 左右的热水中缓冷或用整形夹具冷却。 在料温偏高，喷嘴温度偏低，高压对空注射易发生爆炸性伤人事故，分解时有刺激性气体，料性易燃应远离明火 。 ）的成型条件 查塑料模设计手册表 1 注射成型机类型 螺杆式 比重（ g 算收缩率 (%) 射压力 (kg/800 1000 喷嘴温度 (C) 170 180 螺杆转速 (n/28 模具温度 (C) 90 120 适用注射机类型 螺杆式 预热 温 度（ C） 时间（ h） 80 100 3 5 料筒 温度（ C） 后 断 中 断 前 断 160 170 170 180 180 190 成型 时间 （ s） 注射时间 高压时间 冷却时间 总周期 20 90 0 5 20 60 50 160 后 处 理 方 法 温度（ C） 时间（ h） 红外线灯 鼓风烘箱 140 145 4 注：塑料模具应加热为宜。 聚甲醛也是一种重要的工程塑料，它的抗疲劳强度较高，尺寸稳定，吸湿性远比尼龙小。制品可在 100 度范围内长期使用，并能保持较 15 高的硬度，耐磨性，刚度和强度。和其它塑料对比，聚甲醛还能耐反复扭曲，而且有突出的回弹能力，故还可用作塑料弹簧制品。缺点是热稳定性较差，成型过程中易因温度控制不当而分解。此外，收缩率较大，长期于大气中暴晒会加速聚甲醛老化。 在工业中，除了选用聚甲醛作为某些有色金属的代用品之外，还广泛应用于汽车、机床、化工、机械、电器、农业机械等行业制造零部件。 三 对塑件技术要求的了解 因为模具的型腔设计是根据塑件决定的，所以首先必须分析塑件图和技术要求。分析塑件的几何形状，壁厚的均匀程度，工艺圆角，脱模斜度及成形孔的分布等。 塑件的几何形状分析： 塑件的几何形状与成型方法，模具的分型面选择，塑件是否能顺利成型和出模有直接关系。因此，设计时要使塑件的几何形状能满足其成形工艺要求。 、脱模斜度 为了便于塑件从模具型腔中取出或从塑件中抽出型芯，在设计时沿脱模方向均应有足够的脱模斜度。 根 据塑件材料聚甲醛推荐的脱模斜度为 40 1 30。聚甲醛属硬脆类塑料，且属厚壁大的塑件，因此脱模斜度可取大值。根据塑件几何形状，按照塑件的收缩规律，一般向心收缩，所以内表面脱模斜度要比外表面大 ,由塑件的精度等级可确定脱模斜度，内表面取 1，外表面取 130。 、塑件的壁厚 16 壁厚与流程有密切关系，且成比例关系，根据聚甲醛属流动性中等。 可得： =（ 100 = (42+16 )/100+ 2 即厚度 2 即可；由于塑件最薄处为 4此符合要求，同时可判断流程短，对注射成型有利。 3、圆角 在塑件设计过程中，为了避免应力集中，提高塑件强度，及提高脱模，常采用圆弧过渡。根据塑件圆角都取 R= 4、孔 在塑件设计过程中，为了不影响塑件强度，孔与孔之间距离不应太小，否则易破裂。根据孔边距与孔径的关系，孔径 6塑件为 4)最小孔边距 b=2 3塑件 b=(14 )/8= 7此足够。本塑件有侧孔，因此设计的尽可能使模具结构简单 ,便于自动化，便于塑件取出，并能保证塑件的质量。 5、旋转阻滑纹 由于该塑件是传动工程件且阻滑纹为圆柱纹，塑件直径 24径R= 齿高 h=0.4 r=距 p=4r=b，因此符合要求。 从以上对塑件的几何形状、脱模斜度、工艺圆角等的分析，可知塑件符合塑料制品工艺要求。而塑件的尺寸精度为 四 注射机的选择 （一）塑件的体积 17 （ 28 2） 2 （ 44 2） 6 （ 2） 14 （ 32 2） 14= 4 21= (24/2) 21= (18/2) 21= 2 4 8=V=2+4+=39G= =42 9g (二 )选择注射机 由于塑件生产批量为大批，因此尽量多型腔，但与此塑件相组 合，根据最大理论注射量和最大注射克量，选择注塑机类型。选用 125型卧式注塑机较合适。 根据 125型注塑机可查得： 螺杆直径 30、 42、 45 最大理论注射量 125 注射压力 11900(N/ ) 锁模力 900大注射面积 320 最大模具厚度 300 18 模板最大距离 600 最小模具厚度 200 模板行程 300 喷嘴孔径 4 喷嘴圆弧半径 12 喷嘴移动距离 210 许用型腔压力 280（ kg/ 定模板上孔径 100 两拉杆之间距 260 290 定模板上孔深 10 顶出形式 中间顶出 动模板上孔径 100 五 型腔数目的决定 注射模的型腔数目，可以是一模一腔，每一次注射生产一个塑件，也可以是多腔，每一次注射生产多个塑件。由此型腔数目的决定可以从多方面考虑，从塑件尺寸精度考虑，型腔数越多，精度也相对较底，则该塑件精度不高，可多型腔数。从模具制造成本，多型腔模的制造成本省于单型腔模，但从塑件成本中所占的模 具费比例来看，多型腔比单型腔要低。从注塑成型的生产效益拉一看，多型腔模从表面上看，比单型腔模经济效益高，从制造的难度来看，多型腔比单型腔制造难度大，从整体考虑，可以从以下各方面来确定型腔数。 （一）注射机的可塑化能力与每一模内所需注入的熔量 从保证塑件的可塑化的质量上考虑，每次注射所送出的熔件量以占注射机的可塑化能力锝 80为宜。 P C (h) =P= 取 = 结晶性塑料 19 P C =h Q= =10676h=178(设每一注射循环时间为 45s，则 178 3/2=118每一塑件为 39加上浇道容积约为 10共计 42 10=52 118 49= 取 2腔 即最多每模 2 腔。 （二）注射机的锁模力 锁模力必须大于模具在开模方向的投影面积上的总注 射压力。 1、注射基本压力（依塑件壁厚及流程比而异） 型腔注射压力 取 P 2800 b 基本压力 聚甲醛） 1 取 、锁模力 锁模力不小于总注射压强的 ，即 F=P A 厚为 最小。采用圆薄片型浇口，最长流程为 42 1446程比为 46/4=（ P ，得 L =厚 =43 数表查得 件形状复杂可取 公式： P = 得注射压力 P： 20 P=132. 75 23(投影面积 ： A=R = 26=型腔总投影面积 ： A= 由： F=A得锁模力： F=3取一腔许可。 六 成型零件设计 （一）确定型腔壁厚 1、按强度计算来确定其壁厚： R r( t+P)/( R (1000+280) (1000 = 34.8 t=1000(设模具钢的抗拉力应 4000kg/ 取安全系数为 4)。 r=22 p=280kg/ H=厚 因此，为了安全起见，可把嵌入型腔外径取为 72 2、 按变形量校核型腔壁厚 （）（） （ 26 280/0 00000） （ 36 26）（ 36 26） 按所用塑料收缩率 及塑件壁厚计算 ,所得之壁厚收缩值大于 ,则不影响脱模，可按所得值计算收缩率 :聚甲醛壁厚 8 , 取 此大于 可以按计算所得的值设计模具，壁厚取 10 70 （ 二 ） 动模板厚度的计算 塑料及浇注系统在分型面上的投影面积 : F () 2141 因此 ,动模板厚度查表可得 F 10 50取 20 25但考虑到装入导柱、顶管机构垫板强度的影响以及对整副模 具的装模高度 ,结构分析初定为 H=30 （三）确定分型面 分型面选择的合理对模具有很大的影响因素 ,因此，应合理选择脱模方便、不影响塑件外观、排气顺利 ,使其具有良好的工作效果。根据塑件的结构 ,通常分型面都设计在最大截面处 ,且起排气作用，因此将分型面设在离基准端 28截面上。因为在此截面一边有斜齿轮 ,又有侧抽芯机构 ,从轴 23 向型芯角度考虑 ,脱模时塑件定会落在有阻螺纹的型芯上。且从保证齿轮的轮廓与孔同轴度考虑 ,齿轮型腔与型芯都设在动模上 ,否则会导致塑件同轴度及精度下降 ,因此设在此截面比较合理 。 （四）排气槽的设计 为了使塑件制品上不产生气孔 ,甚至不能完全充满等缺陷考虑排气作用。 通常采用间隙排气 ,但为了使塑件精度更高、不破坏等。常在 不过不得超过其塑料的最大溢边值 ,结合本模具 ,可依靠模具分型面的间隙和侧抽芯和型腔的配合间隙来排气 ,无须另外开设排气槽 ,聚甲醛推杆间隙 （五）成型零件的结构设计 1、成型凹模的结构设计 成型零件在工作时是直接与塑料接触的 ,对塑件的质量有直接关系。因此选择结 构时 ,即要保证成型塑件 ,又要便于加工制造。由于塑件较复杂 ,有齿轮与侧孔 ,因此用整体式 ,肯定不行 ,而采用组合式比较适当 ,但组合拼块也有其缺点 ,制造较麻烦 ,且塑件宜产生拼痕迹。不过 ,也有其好 ,可解决复杂型面的加工困难。通常为保证侧壁之间连接准确性 ,常在连接处外侧保留 隙 , 可使内侧连接紧密。因此本模具型腔选择组合较合适。 2、成型凸模的结构设计 通常凸模的机械加工比凹模方便 ,而工作中受力比较集中 ,所以多数凸模是整体结构。 3、成型尺寸计算 型腔的制造尺寸是 包括了塑料的成型收缩在内的。因此 ,在计算尺寸 24 之前 ,首先要确定使用塑料的成型收缩率。 a)塑料的成型收缩率 理论的成型收缩率： 塑件在 20温度下的体积型腔在 20温度下的容积成型收缩率 也就是体积的收缩 ,在设计型腔时 ,常按长度收缩计算。聚甲醛是结晶性塑料 ,因此 ,成型中收缩率较大 ,且其收缩有导向性。查得聚甲醛厚度大于 8收缩率为 据塑件复杂程度与精度取其平均值较合适 ,取S=b)工作尺寸计算 型腔的制造公差 ,按精度等级查得 m /3(为塑件公差值 )。 25 查表得各尺寸制造公差值与塑件公差值： (尺寸 制造公差值 塑件公差值正偏差 塑件公差值负偏差 52 42 32 28 26 44 24 18 4 21 4 平均收缩率： (2 计算型腔径向尺寸： 52、 44 、 32 、 28、 腔径向尺寸计算公式： M +3/4 +0 z 52 52(1+) 44 44(1+) 32 32(1+) 28 28(1+) +) 27 计算型芯径向尺寸： 芯径向尺寸计算公式： +3/4 z 24(1+)+3/4 mm 18(1+)+3/4 mm 4(1+)+3/4 计算型腔深度尺寸： 腔深度尺寸计算公式： +2/3 +0 z 14(1+2/3 8 8(1+) 6 6(1+) 计算型芯深度尺寸： 28 型芯深度尺寸计算公式： +2/3 z 42(1+)+2/3 mm 21(1+)+2/3 齿轮成型尺寸计算： N （ 100 a 2 z 2 f 2（ a n n） z 2（ 1 1 1 浇注系统设计 29 浇注系统设计时应从多方面考虑，结合塑料，浇注系统需按一模一腔分布设计， 成型特性而知，进料口应取厚尽量避免死角积料。在保证工作顺利的条件下，容积应取最小，以充分利用材料，减小材料损耗。 （ 一 ） 主浇道（浇口套）的设计 主浇道是与注射机喷嘴直接连接部分，它是最先进入模具的通道，它与喷嘴在同一轴心线上，故熔料在主流道内并不改变流动方向。主流道的形状大多为圆锥形，也呈圆形或扁形。为了便于拉出流道中的冷料，通常将主流道设计成圆锥形，锥角为 2 7，内壁粗糙值等于或小于 锥孔小头直径为 4 8必须比注射机喷嘴大 1流道的长度由定模板厚度确定。 确定主浇道各部分尺寸： d确定喷嘴处孔径 ,由 嘴喷孔径为 4从聚甲醛成形特性看嘴喷处孔径应取大些 ,并采用直通式喷嘴。 30 d=喷嘴孔径 1mm d=5 确定浇口处喷嘴球半径 ,由 球半径 R 为 12R=喷嘴球半径（ 2 3） 可取 3 R=12 3=15其他尺寸 , =2 5 , 可取 =3。 r=1 可取 r=2 H=（ 1/3） R=5 10 可取 H=R/3=5 确定主浇道直径，可由经验公式得： D= 4V/ R D 主浇道大头直径 V 流经主浇道熔体体积 K 常数（ 代入得： D= 4V/ R 4 (42+10)/ 6只需大于 6可。 D=d+2 L =5+=6 因此符合要求 , （二）浇口的设计 浇口的位置尺寸、形状、直接关系塑件的内在质量与外在质量。如果采用不当，容易招致填充不良、气泡、融合痕、翘变形、密度不均匀的弊 31 病。聚甲醛塑料其结晶速度快， 流速增高，并且摩擦使料温也增高，有利于其填充型腔。且还可以缩短成型周期，残余应力小，可防止塑件破裂，翘曲，变形易进行浇口痕迹的后加工。 选择浇口对塑件的质量有直接关系，主要从塑件形状和要求来确定。由于塑件是一工程塑件，长筒形，外形有齿轮，内孔要与轴相互配。因此，不可能在内壁外侧开浇口，因此选择圆薄片状浇口较适合。因此其流程短，排气条件好，不易产生熔接痕，且对筒形中间通孔塑件更适合，只能适用于型腔，但浇口去除困难。其进料口厚度一般取 米。 （三）定位圈的选用 注射机查得 ,定模板与浇口套之间配合孔径为 100定位圈推荐值： D=100 52=50 h=1432 八 模具的温度控制系统的设计 对于注射模而言，其是连续工作的，而受人为因素影响较多，所以无须很精确的计算，加热冷却系统可以根据型腔的几何形状、塑料的成形特性来确定 。 （一）加热系统的设计 聚甲醛塑料在加工前进 行干燥的同时起到预热作用 ,而且模具型腔的壁厚比较大 ; 又由成形特性可知 ,聚甲醛结晶性熔融范围很窄 ,熔融速度快 ,且流动性对温度变化不敏感 ,所以模具不需要加热系统。 （二）冷却系统的系统设计 由聚甲醛塑料的成形特性可知 , 凝固速度快 ,结晶速度快 ,料温稍低于熔融温度即发生结晶化。因为塑料的壁厚大于等于 4 以结晶时的模温可取 t=90c 120c ,塑件可在较高温度时脱模 ,所以可推出塑件在成形时不需冷却系统。如果要装冷却系统 具是不需要安装冷却系统 ,本该按 塑件释放的热量等于由模板散发的热量来详细推测出。但因本毕业设计的参考资料有限，所以只能根据推测来确定，故不开设冷却系统。 九 脱模机构的设计 模具中的脱模机构，根据成型设备，塑件形状的不同而有多种形式，但都要求机构的工作可靠，动作灵活，结构简单。塑件有侧抽芯机构，还有斜齿轮脱模机构。 （ 一 ） 顶管脱模机构设计 1、运动形式 33 424 螺旋升角的塑件，虽然其螺旋升角不大，但若采用强制脱模，因其模数小，齿数多，则易出现制件破坏，显然不行。因此常采用在推顶的，制件应沿着齿廓升角被强 制旋出型腔。也就是说，推管在推动的同时也相应的应与塑件一起旋出型腔，从而实现脱模。为了使其导向严格地与塑件螺旋齿廓相吻合，顶管通过一个与注塑齿轮升角相同的导向槽与动型芯固定的销相配合，当销被轨迹槽控制驱动时，就能精确的依照齿轮螺旋升角传动。 2、结构形式 如图所示，其脱模结构是推管为主。由于塑件带有斜齿轮，因此在推顶同时要有旋转，所以设旋转机构。如图所示，其顶推由推管实现，而其型芯则转动来实现。而型芯的转动是由推管的型槽带动型芯上 的销来实现，销与型芯为过盈配合。中间的顶杆用来正确的确定型芯位置，同时在塑件脱模时，有排气作用，从而不影响脱模。 3、转销直径的确定 转销的作用主要是协助顶管完成脱模 ,这时是受扭矩和剪切作用 ,这个扭矩因为只旋转一个很小的角度即 : =4 24。所以可以忽略不计。转销 34 的破坏形式主要是剪切断裂 ,以下按剪切应力、型腔压力来确定转销的直径 d，材料为 35钢。 查得 S =(216 314) 常温 F 温度 常温为安全起见 1=(216 314) =（ （ =芯平均压力 P=35 =Q/A Q/ =35 /424 = d d=10、 脱模机构中各零件的设计 顶杆的设计 顶杆在机构中的作用主要有三点 ,一是顶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 ,保证精度；三是起到排气作用。参考标准751查得： L=155 H=5 0 推管的设 计 在推管上应具有与转动销配合的型槽，其具体尺寸： 35 由图可知 ,为使机构结构紧凑 ,简化结构 ,运用了转销在斜槽中的滑动脱出塑件的斜齿轮部分 ,斜槽的倾斜角应与斜齿轮螺旋角相等。 即： = =4 24 为了使塑件顺利脱出型腔，即： 斜槽的高度 齿轮的高度 14 5 导向槽的总高 件的顶出高度 28销直径 d+ 一定的顶出余量 取 5销与推管有间隙，且有一定的 运动关系，因此销与形槽的表面要耐磨，硬度高，要有足够的强度，表面精度要高。其配合尺寸如图所示。 从整体考虑，可参考标准件 405具体尺寸： 7 0 L=131 2 0 1 H=8 h=5 顶杆顶管的固定形式 它们都采用台阶式固定推管与推管固定板的联接处采用销紧固，销的直径d=5用标准件 （二）抽芯脱模机构的设计 当塑件或圆周方向有均布的凹槽，侧孔或凸台的塑件，常采用转盘式分型 36 抽芯机构。根据塑件侧孔，采用托盘式抽芯机构较合理，且抽芯距不大，抽拔力不大。在模具中，有数量与塑件孔相等的 8个滑动侧型芯，闭模时，全部型芯抵在模芯上，构成了塑件的型腔。 8个侧型芯，各自抽在滑槽座的导滑槽内，侧型芯上的圆柱销穿过导滑槽下的长方形孔，进入转盘上的人字形槽有两段组成，一段是圆弧槽，另一段是斜槽，其角度与长度都与轴芯距有关。开模时，斜楔使转盘转动 ，而与侧抽芯相连的圆柱销是插在转盘的斜槽中，转盘带动销
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