主动齿轮的注射模设计

毕业设计（论文）专用纸 1 摘 要 塑料作为一种可塑性很好的合成 高分子材料已广泛应用于电脑、手机、汽车、家电、和玩具产品制造中， 塑料模的发展具有着广阔的市场空间。本 次 设计的制件为玩具马主动齿轮，具有重量轻，强度高，易清洁的特点，为大批量生产产品。 本文基于塑料成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的工作原理，利用计算机辅助设计制造的基本方法，完成了 主动齿轮的 注射模设计。本套模具采用一模四腔、点浇口进料的一模两开三板式结构。同时 通过对塑件进行结构工艺分析， 本文 还进行了 模具 分型面、 型腔数目、 浇口形式的确定，以及脱模机构，合模导向机构， 冷却系统、成型零件等模具主要组成部分的设计。并用 配图和主要零件的零件图。 关键词 ： 塑料 注射模 主动齿轮 毕业设计（论文）专用纸 2 s in of a of of to as on of of of of of of of a a of a of to of of of 毕业设计（论文）专用纸 3 目 录 1 概述 . 1 球塑料工业发展现状 . 1 . 1 . 1 国模具工业发展现状 . 2 . 3 2 塑料制件的工艺性分析及材料选择 . 5 . 5 . 5 3 模具结构设计与计算 . 7 . 7 . 8 . 8 . 9 . 9 . 11 . 12 . 12 . 13 . 14 . 14 . 15 . 15 . 28 . 18 导向机构的设计 . 19 毕业设计（论文）专用纸 4 . 21 . 21 . 22 . 22 . 22 . 24 . 24 4. 注塑机相关参数的校核 . 26 . 26 . 26 . 26 . 26 . 27 . 27 . 28 . 28 5 模具装配图 . 29 设计总结 . 31 致 谢 . 32 参考文献 . 33 毕业设计（论文）专用纸 5 1 概 述 全球塑料模工业发展现状 全球主要模具生产国包括亚洲地区的日本、韩国与中国，以及美洲地区的美国、欧洲地区的德国。且各国在模具生产方面有着较大的区别。 各国产业形貌 （ 1） 模 达上千人的公司。其它国家的模具业则多以中小型企业型态经营。 （ 2） 在产品类别方面。日本与中国偏重生产冲压模及塑料模，两者产值合计比重高达八成，南韩则以其它模具产值比重最大，占总产值四成七。在应用市场方面，日本、韩国、美国 与德国以汽车模具为最大宗产品，而我国则以电子通讯产品用模具为主。 （ 3） 在各国工资方面。根据美国国贸局所作模具产业白皮书的调查结果，以德国时薪最高，技术人员时薪水准为 $计人员则为 $本与美国则介于中间，中国工资最低，技术人员年薪仅 $732$5,853，设计人员仅为 $2,927$5,853 ，若以最高年薪为基准与德国比较，则仅能雇用德国技术人员约 38天左右，由此可看出先进国家与中国中国低廉的工资成本差距如此之大。 （ 4) 各国出入超状况来看。日本、南韩及德国的模具属强 /准出超品，中国与美国的模具则因国内需求市场大，本国厂商无法完整供应，须藉进口模具以满足下游市场的产品制造，因此属强 /准入超品。 各国优劣势分析 (1）在成本方面。中国与韩国因拥有相对低的人力成本优势，故对于模具售价上，往往采取低价营销打入市场，也因此在全球景气 欠佳 的局势中，成功攫取市场买家的青睐，最明显的例子就是出口值的涨势 。 (2) 在技术方面。技术先进国家如日本、美国、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术上，均有领先的地位，同时也拥有训练精良的技术研发人才。其中，日本模具厂商在技术上较重视抛光与研磨加工制程，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。 毕业设计（论文）专用纸 6 （ 3) 在市场规模上。不论产值或国内需求以日本衰退最为明显。在营运成本上，常面临高工资、高福利的问题，因此下游产业或模具厂商逐渐将生产据点移往邻近的新 兴工业国或技术后进国家，以降低劳工成本，增强价格竞争力，但是这样的趋势往往会造成技术无形中外流的疑虑，使得本身更须投入大笔研发费用，以加速提升加工技术与高速机械性能，拉大彼此间的差异。 我国模具工业发展现状 我国模具使用已有上千年的历史，当时的模具水平可谓世界最先进的技术水平，但现代与发达国家的模具工业相比，已明显落后。我国于 1984年成立了模具协会， 1987年后模具工业才开始形成规模。经过 20多年的发展，目前我国已成为模具生产大国，模具工业水平在世界上的竞争力和影响力正日益增大。 整体来看，中国 塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。 加入 塑料模具产业带来了巨大的挑战，同时带来更多的机会。由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的 1/5 1/3，加入 外同类产品对国内冲击不大，而中 国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入 入 仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。 2006年，中国塑料模具总产值约 300多亿元人民币，其中出口额约 58亿元人民币。根据海关统计资料， 2006 年中国共进口塑料模具约 10亿美元，约合 83 亿元人民币。由此可以得出，除自产自用外，市场销售方面， 2006 年中国塑料模具总需求约为 313亿元人民币，国产模具总供给约为 230亿元人民币，市场满足率为 进口的塑料模具中，最多的是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的各种塑封模具等。出口 毕业设计（论文）专用纸 7 的塑料模具以中低档产品居多。由于中国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，近几年出口年均增长 50%以上就是一个很好的证明。 从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。随着中国塑料 工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持 20%左右的水平。 但是 中国塑料模具行业和国外先进水平相比， 还存在一些问题 。 （ 1）发展不平衡，产品总体水平较低。虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有 10年以上的差距。 （ 2）工艺装备落后，组织协调能力差。虽然部分企业 经过近几年的技术改造，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外，但大部分企业的工艺装备仍比较落后。更主要的是，企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。 （ 3）大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少；更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视。模具企业不但要重视模具的开发，同时也要重视产品的创新。 （ 4）供需矛盾短期难以缓解。近几年，国产塑料模具国内市场满足率一直不足 74%，其中大型 、精密、长寿命模具满足率更低，估计不足 60%。同时，工业发达国家的模具正在加速向中国转移，国际采购越来越多，国际市场前景看好。市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。 我国模具设计今后的发展方向 在信息化带动工业化发展的今天，我们既要看到成绩，又要重视落后，要抓住机遇，采取措施，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，尽快提高塑料模具的水平，融入到国际市场中去，以促进中国模具行业的快速发展，有两方面应予以重视： 一是政府相关政策对促进模具工业的发展起着非常重要的作用。 从国际上看，各国模具工业在发展初期都得到了政府的大力扶持。就中国实际情况看，应降低国内不能生产的 毕业设计（论文）专用纸 8 进口精密模具生产设备的关税、执行好国家对部分专业模具厂的优惠政策等，通过政策引导作用可加快行业的发展和进步。 二是随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的要求也越来越高。为了满足市场需要，未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工都必将有较快发展，而且这种发展必须跟上时代步伐。展望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广。 （ 1）超大型、超精密、长寿命、高效 模具将得到发展。 （ 2）多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。 （ 3）为各种快速经济模具，特别是与快速成型技术相结合的 T 技术将得到快速发展。 （ 4）模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展 成化和网络化方向发展。 （ 5）更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用。 （ 6）更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的和更为先进的加工 方法。 （ 7）各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。 （ 8）逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将进一步得到发展。 （ 9）热流道技术将会迅速发展，气辅和其它注射成型工艺及模具也将会有所发展。 （ 10）模具标准化程度将不断提高。 （ 11）在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天， “ 绿色模具 ” 的概念已逐渐被提到议事日程上来。即，今后的模具，从结构设计、原材料选用、制造工艺及模具修复和报废，以及模具的回收利用等方面，都将越来越考虑其节约资源、重复使用、利于环保，以及可持续发展这一趋向。 “ 十 二 五 ” 期间，在科学发展观指导下，国内模具企业将进一步深化改革，下功夫搞好科技进步与创新，坚持走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型的轨道上来，模具工业必将得到又好又快的发展。 毕业设计（论文）专用纸 9 2 塑料制件的工艺性分析及材料选择 成型塑料制件结构工艺性分析 图 具马主动齿轮的三位造型图和 主要尺寸 随着生活水平的提高，社会对儿童玩具的需求量也越来越大，玩具市场迎来了发展的春天。塑料玩具占据着整个玩具市场的大半部分，这也为塑料模的发展提供了良好 的契机。主动齿轮，作为玩具马的主要零部件，是玩具马运动不可或缺的一部分，因此，要求大批量生产。示意图如图 示。 由于要与从动齿轮配合使用，故要求有一定的配合，不过由于玩具马对与运动过程中的平稳性和运动精度不是很高，故选用一般精度等级，由于塑料齿轮的特殊性， 8级精度已经属于精密齿轮，此处选用 10级精度。同时要求有一定的脱模斜度。且制件对表面粗糙度的要求也很低。 该齿轮属于小模数齿轮，模数为 数为 53。 制件材料的选择 毕业设计（论文）专用纸 10 在工作过程中，主动齿轮起着传递能量和储存能量的作用，通过带动弹簧将人 体的化学能转化为弹性势能储存起来，再通过齿轮间的相互作用，将能量转化为机械能，并传递给转轴，带动玩具马进行运动。因此，要求齿轮不仅要有足够的强度，刚度还要求有一定的抗塑形变形的能力。故其材料选用 苯烯腈 丁二烯 苯乙烯，是由苯烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的，属于热塑性塑料。这三种组分的各自特性使 烯腈使 二烯使 韧，苯乙烯使 味，呈微黄色，密度为 极好的抗冲击强度，且在低温下也不会迅速下降。 寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对 酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。 物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。它有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，经过调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为 70左右，热变形温度约为 93左右，耐气侯性差，在紫外线作用下易变硬发脆。该塑料 流动性中等，溢边料 型收缩较小，比热较低，在料筒中塑化效率高，在模具中 =凝固较大，成型周期较短。 型压力较高，塑料上脱模斜度宜稍大 ;吸水，成型前应进行干燥处理，使含水量小于 易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；推出力不易过大，否则成型时或成型后对塑件进行机械加工时塑件表面容易发白变浑，对于有发白现象的塑件，需要在热水中加热，以消除发白现象。塑件精度要求高时，模具温度可控制在 50 60，要求塑件光泽和耐热时应控制在 60 80 。 目前， 承等零件， 型粘度较高，成型压力较大，脱模斜度应稍微大些，且易产生熔接痕，故模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。 毕业设计（论文）专用纸 11 3 模具结构设计与计算 注射模的结构设计主要包括：分型面的选择、模具型腔数目的确定、型腔的排列方式、冷却水道布局、浇口位置设置、热流道设计、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等内容。 注射模具每一次注射循环所能 形成的塑件个数是有模具型腔的数目所决定的。型腔数目及布置方案和分型面得选择决定了塑件在模具中的位置 。 腔数目的确定与配置 对于一个塑件的模具设计，首先就应该确定型腔的数目。下表 3出了单型腔和多型腔的优缺点及适用范围。 表 3单型腔和多型腔的优缺点及适用范围 类 型 优 点 缺 点 适用范围 单型腔模具 塑件精度高；工艺参数易于控制；模具结构简单；模具制造成本低，周期短。 塑件成型的生产效率低，成本高 塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产 多型腔模具 生产率高、成本低 塑 件精度低；工艺参数难以控制，模具结构复杂；模具制造成本高，周期长 大批量、长期生产的小型塑件 本次毕业设计的制件是一个塑料齿轮，零件较小，且精度不高，且为大批量生产零件，综合考虑经济性等各方面的因素，本套模具采用一模四腔结构。 确定好型腔数目后，接下来就要考虑型腔的布置问题，多型腔在摸板上的排列方式通常有圆形排列、 线排列及符合排列等，在进行型腔的布置时，要注意一下三点： （ 1）型腔的布置和浇口的开设部位应力要求对称，以防模具承受偏栽而产生溢料 （ 2）型腔排列宜紧凑，以节约钢材，减轻重量 毕业设计（论文）专用纸 12 （ 3）圆形排列平衡好，加工困难；直线型排列加工容易，但平衡性差； 加工性尚可，使用广泛 故本套模具采用 题 3图 腔布置图 分型面的确定 分型面是决定模具结构形式的重要因素， 分型面的选择好坏对塑件质量、操作难易、模具结构及制造都有很大的影响。通常遵循以下原则： 可能在开模时让塑件留在动模内，这样便于取出塑件） D有利于防止溢料和飞边在塑件的部位 毕业设计（论文）专用纸 13 度对塑件尺寸的影响 图 型面 分析此塑件决定把分型面放在底面投影面积最大处这样有利于脱模。如图 注射机的选择 由于卧式注塑机的注射系统与合模机构的轴线重合并与地面平行，具有机身较低，加料、维修及操作方便，且制件顶出脱模后可自动脱落，易于实现自动化或机械化等优点，故首选卧式注塑机。 根据塑料制品的体积和质量从 相关资料 选取型号为国产 0系列的卧式注射机。该注塑机的各参数如表 3 表 3塑机的各参数 理论注射量 /5 移模行程 /10 螺杆直径 /5 最大模具厚度 /10 注射压力 /00 最小模具厚度 /20 锁模力 /00 喷嘴球半径 /0 拉杆内间距 /42嘴口孔径 / 顶出行程 /5 顶出力 /浇注系统的设计 浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流 经的通道。浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影响。 该模具采用普通流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。 主流道设计 主流道的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间，必须使熔体的温度降低和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最 “ 远 ” 位置的能力。 在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为使凝料能从其中顺利拔出 ， 毕业设计（论文）专用纸 14 需设计成圆锥形，锥角为 2 6 。 （ 1） 主流道尺寸 根据所选注塑机，主流道小端尺寸为 d = 注塑机喷嘴尺寸 +（ 1） = 3.2 流道球面半径为 喷嘴球面半径 + （ 1 3） = 10 + 3 = 13 2)主流道衬套形式 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、压力的塑料熔要冷热交换地反复接触，属易损件，对材料要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的衬套式（俗称浇口套），以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理。一 般采用碳素工具钢如 处理要求淬火 53 57 流道衬套应设置在模具对称中心位置上，并尽可能保证与相联接的注射机喷嘴同一轴心线。本设计虽然为小型模具，但为了便于加工和缩短主流道长度，图 流道衬套零件图 （ 3） 主流道凝料体积 2 3 33 . 2 4 . 82= L = ( ) 1 9 2 3 8 . 6 4 0 . 2 44 4 2d m m c m 主q 毕业设计（论文）专用纸 15 （ 4） 分流道凝料体积 2 2 3= q + q = = + 1 3 5 8 + + 1 2 7 2 3 . 3 5 分 分 1 分 2q （ ） （ ） （ 5） 零件体积 通过零件三维图，在 件体积为 流道设计 该模具为一模 四 腔的结构，应设置分流道。分流道的设计应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔，并且流动过程中压力损失及热量损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。 因此，采用平衡式分流道，分流道的各尺寸如图 示 图 流道布置形式 图 流道的形状及尺寸 （ 1）分流道截面形状 常用分流道的截面面形状有圆形、梯形、 减少流道内的压力损失，则希望流道的截面积大，流道的表面积小，以减少传热损失，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率。圆形截面效率最高（即比表面最小），由于正方形流道凝料脱模困难，实际使用侧面具有斜度为 5 10 的梯形流道。浅矩形及半圆形截面流道，由于其效率低（比表面大），通常不采用，当分型面为平面时，可采用梯形或 从上述分析，为了减少流道的热量 损失考 虑到流道的效率，该模具分流道截面采用 U 毕业设计（论文）专用纸 16 型截面。 （ 2）分流道截面尺寸 分流道的截面尺寸应根据塑件的成形体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性能、注射速率以及分流道的长度等因素来确定。 其截面尺寸如图 (3)分流道表面质量 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因此分流道的内表面粗糙度 般取 这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。 冷料穴和拉 料杆的设计 冷料 穴 作用： 贮存冷料， 因两次注射间隔产生的冷料及熔体流动的前锋冷料， 防止熔体冷料进入型腔。卧式或立式注射机用模具的冷料穴，一般在主流道正对面的动模 上，直径宜稍大于主流道大端直径，以利冷料流入。 本模具采用采用带球头拉料杆的冷料井，这是一种常用的冷料穴。塑件成型后，穴内冷料与拉料杆的钩头搭接在一起，拉料杆固定在推杆固定 板上。开模时，拉料杆通过钩头拉住穴内冷料，使主流道凝料脱出定模，然后随推出机构运动，将凝料与塑件 一起推出动模。取塑件时须朝钩头的侧向稍许移动，即 可将塑件与凝料一起取下 。冷料穴及拉杆形状如图 1 浇口套； 2 拉料杆； 3 动模板 毕业设计（论文）专用纸 17 图 头拉料杆的冷料穴 口的选择 浇口也称 进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中 尺寸最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺 寸对塑件性能和质量的影响很大。 浇口的作用是使从流道来的熔融塑料以较快的 速度进入并充满型腔，型腔充满塑料以后，浇口应按要求迅速冷却封闭，防止还 未冷却的熔体回流。 浇口的位置、 数量、 形状、 尺寸等是否适宜直接影响到产品外观、 尺寸精度、 物理性能和成型效率。浇口过小：易造成充填不足 (短射 )、收缩凹陷、熔接痕等 外观上的缺陷 ,且成型收缩会增大。浇口过大：浇口周围产生过剩的残余应力 , 导致产品变形或破裂 ,且浇口的去除加工困难等。 经综合考虑本次设计，浇口采用点浇口，它具有如下优缺点： 点浇口，又叫橄榄形浇口，是一种截面尺寸特别小的圆形截面浇口。其优缺点分别如下： 优点： （ 1） 点浇口的位置选择可根据工艺要求而定，对制品外观质量影响较小。 （ 2） 熔体通过截面积很小的浇口时流速增高，摩擦加剧，熔体温度升高，流动性增加，这样能获得外形清晰、表面光泽的塑 件。 （ 3） 由于浇口截面积小，开模时浇口可自动拉断，有利于自动化操作。 （ 4） 由于浇口在拉断时用力较小，因此，制品在浇口处的残余应力较小。 （ 5） 浇口处熔体凝固较快，可减少模内剩余应力，又利于制品脱模。 缺点： （ 1） 压力损失大，对塑件的成型不利，也要求提供较大的注射压力。 （ 2） 模具结构复杂，一般要采用三板式模具（双分型面模具） . （ 3） 对于大型塑件，采用一个点浇口易产生翘曲变形，可采用多个浇口同时送料 4 422( 0 . 0 5 0 . 0 8 ) ( 0 . 0 5 0 . 0 8 ) 0 . 6 23 8 0 3d m 式中， 为塑件在浇口处的壁厚， 2 取 d = 1加工出 口长度为 1防止拉断浇口凝料时损坏制品表面，在浇口与制品连接处采用高 角 60 浇口的位置 毕业设计（论文）专用纸 18 浇口位置的选择对塑件质量的影响极大。选择浇口位置时应遵循如下原则： （ 1） 避免塑件上产生缺陷； （ 2） 浇口应开设在塑件截面最厚处； （ 3） 有利于塑料熔体的流动； （ 4） 的利于型腔的排气； （ 5） 考虑塑件受力情况； （ 6） 增加熔接痕牢度； （ 7） 流动定向方位对塑件性能的影响； （ 8） 浇口位置和数目对塑件变形的影响； （ 9） 校核流动比； （ 10） 防止型芯或嵌件挤压位移或变形。 此外，在选择浇口位置和形式时，还应考虑到浇口容易切除，痕迹不明显，不影响塑件外观质量，流动凝料少等因素。 综上所述，浇口选者在齿轮轴较短端的轴端处。 成型零部件的设计 成型零件的结构设计主要是指构成模具型腔的零件，通常有凹模、型芯、各种成形杆和成形环。 注射模具的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凹模 、型芯、成型杆等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。 分析零件可知，本套模具在设计的过程中，只有凹模，没有凸模的设计，从选择的分型面可知，模具型腔可分为定模型腔和动模型腔。 成型零件的结构设计 凹模 也称型腔，是成型塑件外形轮廓的模具零部件，按其结构不同可分为整体式和组合式两类。 整体式凹模的特点是凹模的结构简单牢固，强度高，成型的塑件质量好 。可是对于形状相对复杂的凹模，那么它的加工工艺性较差，而且凹模受损后维修也很困难。因此在先进的型腔加工机床尚未应用和普遍之前，整体式凹模紧紧适用于小型且形状简单的塑件的 毕业设计（论文）专用纸 19 成型。一般用在形状简单的中小型模具上。 组合式凹模不仅是为了机械加工、抛光、研磨和热处理的需要，更重要的是这种结构能满足大型塑件的成型凸凹形的需要。其优点就是简化了复杂凹模的加工的工艺减少了热处理的变形，也有利于排气，便于模具的维修，节约了成本。 由于制件是一个带轴的齿轮，且本套模具采用一摸四腔的结构，为减少加工量，本套模具采用组合式结构。 成型零件的钢材选用 对 于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求： （ 1） 机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。 （ 2） 抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面， 要求钢材硬度在 40为宜。过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点。 （ 3） 耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹，不以采 用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。 （ 4） 具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。 根据塑件表面质量比较高决定模具表面质量更高这一事实，再依照上述标准，故在设计成型零件 (凹模 )中选用 45。 定模型腔工作尺寸的计算 （ 1）齿轮型腔径向尺寸计算 定模主要用来成型零件的齿轮，所以相对较为复杂，且对于齿轮型腔，目前尚无比较完善的方法，这里按下面所述的经验公式计算。 经测量，制件的模数为 数为 53，精度等级为 产品设计的参数如下： 齿顶圆直径 * ) 2 2(e m ; 齿顶圆直径公差 0 4e ; 毕业设计（论文）专用纸 20 分度圆直径 2 1 . 2 m z ; 分度圆齿厚 m 1 . 2 5 6A m m 分度圆齿厚公差 0 s 齿根圆直径 2 0 齿根圆直径公差 0 4jd m m假设塑料各项收缩均匀，则齿轮型腔各部位的尺寸计算公式如下： 分度圆直径： (1 ) 2 1 . 2 1 . 0 0 7 2 1 . 3 5f m f c pD d S m m 齿顶圆直径： 100 . 0 2 100 . 0 2 10 ( 0 . 5 ) (1 ) ( 2 2 0 . 0 4 2 ) (1 0 . 0 0 5 5 ) 2 2 . 0 8e m e e C PD d 齿根圆直径： 0 . 0 2 10 . 0 2 102 ( ) (1 ) 32 ( 2 0 . 2 0 . 0 8 4 ) (1 0 . 0 0 5 5 ) 32 0 . 2 5 5ej m j e C PD d 分度圆齿厚 30 . 0 10 . 0 10 ( 0 . 5 ) (1 ) (1 . 2 5 6 0 . 5 0 . 0 4 ) (1 0 . 0 0 5 5 ) 1 . 1 1 4m S C 式中 1 型腔齿顶圆制造公差， 2 型腔齿根圆制造公差， 3 型腔分度圆齿厚制造公差， 塑件品均收缩率， M 塑料齿轮模数； 齿轮型腔空间是一个齿数不变，模数为 的沟槽是型腔的齿形。这个12142 14 J3 14 S 毕业设计（论文）专用纸 21 假想齿轮不同于内齿轮，也不同于变位齿轮，内齿轮的齿顶圆、齿根圆正好与齿轮型腔相反，实 际上塑料齿轮的齿形收缩各个方向不均匀，这就增加了齿轮型腔尺寸计算的复杂性。 (2)按平均值计算方法来计算齿轮轴的型腔尺寸 径向尺寸的计算： 凹模径向尺寸的计算采用平均尺寸法，公式如下： 23 3 ( 1 ) 4M c L 式中 (1 0 . 0 5 5 ) 4 凹模径向尺寸（ 塑件的平均收缩率（ 平均收缩率为 ； 塑件径向公称尺寸（ 塑件公差值 ( 3 /4项系数随塑件精度和尺寸变化，一般在 由于本产品径向尺寸较小，该公差可不考虑 ； Z 凹模制造公差（ (当尺寸小于 50z=1/4 ；当塑件尺寸大于 50=1/5) ； 塑料的最小收缩率（）。 型腔径向 尺寸计算 ： 0 . 0 1 0 . 0 100 (1 0 . 0 5 5 ) 4 4 . 0 2md m m （ 1） 型腔深度的计算 凹模深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下： 22 ( 1 ) 3M c p H 式中凹模深度尺寸（ 塑件高度公称尺寸（ 2 /3项，有的资料介绍系数为 其他符号意义同上。 计算可得： 0 03 . 0 2MH m m 毕业设计（论文）专用纸 22 故可画定型模版型腔的零件图，如图 图 模版型腔零件图 模型腔尺寸计算 动模板的径向尺寸与动模板上轴的径向尺寸相同，故在此只需计算型腔深度即可。 型腔深度计算公式同上，即： 22 ( 1 ) 3M c p H 带入数据计算可得 0 . 0 1101 6 . 0 9mH m m 0 . 0 1206 . 0 3mH m m 根据尺寸可画出动模型腔的零件图，如图 模的强度和刚度校核 塑料凹模在成型过程中受到熔体的压力作用，应具有足够的强度和刚度。如果凹模侧壁和底板厚度过小，可能因强度不足而产生塑性变形，甚至压坏，而如果凹模侧壁和底板厚度过大，则会影响模具的总体结构和浪费材料。因此，要通过强度和刚度来确定型腔壁 毕业设计（论文）专用纸 23 厚和底板厚度。且在使用过程中，强度不足是主要矛盾，设计时应以强度条件为准。 由于本次设计型腔的尺寸主要通过结构设计确定，故在此只需对个参数进行校核即可。 又 由于动模型腔与定模型腔 相比，其强度较高，所以只需校核定模型腔即可。