毕业论文-行星齿轮的注塑模具设计（全套图纸）.doc

南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 1 页 共 55 页 引引 言言 伴随着全世界范围内机械加工技术的发展和计算机技术的进步,模具工业已是 高新技术产业化的重要领域。例如，在电子产品生产中，制造集成电路的引线框架 的精密级进冲模和精密的集成电路塑封模，计算机的机壳、插件和许多元件器件的 制造中的精密塑料模具、精密冲压模具等，都是产品生产不可或缺的工具装备。精 密模具已使模具行业成为一个与高新技术产品互为依托的产业。1996 年至 2002 年 间，我国模具制造业的产值年平均增长 14%左右，2003 年增长 25%左右，沿海一带 城市的增长在 25%以上。而近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具技术有了 很大的提高。生产的模具有些已接近或达到国际水平。大型、精密、复杂、高效和 长寿命模具又上了新台阶。 虽然在很多方面我国的模具有了很大的发展，但仍有很比较突的问题。目前模 具设计及模具制造大都依靠设计的经验进行设计。模具的好坏完全由个人的平时累 计的经验控制。这样使得模具设计的周期长，效率低且模具的质量也难以保证。模 具工业除需要“高技艺”的从业人员外，还需要更多的“高技术”来保证。本文就 是以提高模具设计效率，缩短设计周期，降低模具成本，保证模具质量为目的，试 探性的研究三维技术在冲压模具中的应用与开发。 1 1 全套全套 CAD 图纸等，联系图纸等，联系 153893706 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 2 页 共 55 页 2 2 绪论绪论 2.12.1 模具概述模具概述 塑料，Plastic,是以高分子合成树脂为主要成分，在一定的温度和压力下，可 塑成一定形状且在常温下保持形状不变的材料。 模具，mould，是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。 成型塑料制品的模具叫做塑料模具。对塑料模具的全面要求是：能生产出在尺 寸精度、外观、物理性能等各方面均能满足使用要求的优质制品。从模具使用的角 度，要求高效率、自动化、操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容 易、成本低廉。 注射成型生产中使用的模具称为注射成型模具，简称注射模，也称为注塑模。 注射模主要适用于热塑性塑料的成型加工，近年来也逐渐用于加工部分热固性塑料 塑料制件。注射模具有很多优点，如对塑料的适应性较广，塑料制件的外观质量较 好，生产效率特别高，易于实现自动化生产等，广泛用于塑料制件的生产中。 注射模具的结构由塑件的复杂程度及注射机的结构形式等因素决定。注射模具 可分为动模和定模两大部分，定模部分安装在注射机的固定模板上，动模部分安装 在注射机的移动模板上，注射时动模与定模闭合构成浇注系统和型腔，开模时动模 与定模分离，由推出机构推出塑品。 根据模具上各个零部件所起的作用注塑模具一般有以下几部分组成：定模机构、 动模机构、浇注系统、导向装置、顶出机构、抽芯机构、冷却和加热装置、排气系 统等。 注塑成型全过程分为：塑化过程、充模过程、冷却凝固过程、脱模过程，由这 四个过程就形成了一个循环，完成了一次成型一个乃至数十个塑件的过程。 1.1.11.1.1 我国模具业存在的问题我国模具业存在的问题 1、模具水平落后 在模具制造水平上，虽然我国有些设备已达到或接近世界先进水平，但总体上 要比德、美、日、法、意等，发达国家落后许多。国内模具的使用寿命只有国外发 达国家的 1/2 至 1/10，甚至更短。模具生产周期却比国际先进水平长许多。此外， 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 3 页 共 55 页 开发能力较差，经济效益欠佳；与国际水平相比，模具企业管理上的差距更大。标 准化、专业化、商品化程度低，模具材料及模具相关技术落后，也是造成与国外先 进水平差距大的重要原因。模具材料性能、质量和品种是影响模具质量、寿命和成 本的重要因素。国产模具钢品种、规格不齐全，低档次产品多，高质量、高性能的 高端产品少，加工高端模具所需的模具钢相当部分依赖进口，加工模具所需的其他 材料诸如塑料、板材的性能也不如人意，加之工艺设备落后，直接影响国产模具水 准的提高。 2、装备水平落后 近年来，我国机床行业已经能够为模具制造业提供比较成套的精密加工设备， 但与国外装备相比，差距仍然较大。模具企业总的工艺装备水平比国外发达国家落 后，特别是设备数控化率、CAD/CAM 应用覆盖率要比国外企业相差许多。 3、高端模具依赖进口 我国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量较高的中、 高档模具还远不能适应国民经济发展的需要，精密、复杂的冲压模具和塑料模具、 轿车覆盖件模具、电子接插件等电子产品模具等高档模具仍有很大一部分依靠进口。 近五年来，我国平均每年进口模具约 11.2 亿美元，2003 年就进口了近 l3.7 亿美元 的模具，这还未包括随设备和生产线作为附件带进来的模具。国内模具自配率只有 70%左右。其中，市场上中低档模具供大于求，而中高档模具自配率只有 50%。 4、出口太少 近几年，世界模具市场总量一直保持在 600 亿-650 亿美元，美国、日本、法国、 瑞士等国一年出口的模具约占本国模具总产值的 1/3，而我国模具的出口量极少， 虽已向香港、东南亚地区出口模具标准件，但其数量极为有限。 5、专业化水平低 我国的模具行业，能被称作龙头企业的少之又少。长期以来，我国企业受大而 全、小而全的影响，企业内部设一个模具生产车间，生产的模具为自己企业服务， 这就造成了模具专业厂很少，即使有专业模具厂，规模也不大。汽车工业正在高速 发展，市场又急需精密、性能稳定的大型模具，虽然有一汽模具制造公司等几家大 型模具公司的努力，对行业有所带动，但其真正的龙头作用，很难体现。 6、税负过重 模具行业是增值率高、增值税负较重的基础产业。据国家税务总局对 l 万多家 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 4 页 共 55 页 工业企业流转税平均负担率的统计，模具行业比其他行业高出 5.07 个百分点，这与 现代模具产业高投入的产业特点不协调，制约了模具工业的发展。 1.1.21.1.2 促进我国模具业发展的措施促进我国模具业发展的措施 为缩短与国际先进水平的差距，中国模具工业协会副秘书长周永泰认为，制定 和完善模具标准，组织模具标准件大批量、规模化生产，提高模具标准件使用覆盖 率，加快人才培养，争取国家的政策扶持，提高制造装备水平等，是促进我国模具 发展的当务之急。其主要措施是： (1)培养模具人才； (2)注重结构调整； (3)促进模具标准化； (4)发展精密模具； (5)加大设备投资。 1.1.31.1.3 我国模具业的发展趋势我国模具业的发展趋势 目前，我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显， 这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。一方面，国内模具市场将继 续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具 采购趋向也十分明显。因此，放眼未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景 看好，预计中国模具将在良好的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大 国，而且一定会逐步向模具制造强国的行列迈进。“十一五”期间，中国模具工业 水平不仅在量和质的方面有很大提高，而且行业结构、产品水平、发创新能力、企 业的体制与机制以及技术进步的方面也会取得较大发展。模具技术集合了机械、电 子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科，是个综合性多 学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复 杂及更经济的方向发展，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短， 模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集 成化、设备精良化、产批品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。我国模具 行业今后仍需提高的共性技术有：建立在 CAD/CAE 平台上的先进模具设计技术， 1 提高模具设计的现代化、信息化、智能化、标准化水平。建立在 CAH/CAPP 基础上 2 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 5 页 共 55 页 的先进模具加工技术与先进制造技术相结合，提高模具加工的自动化水平与生产效 率。模具生产企业的信息化管理技术。例如 PDH(产品数据管理)、ERP(企业资源 3 管理)、HIS(模具制造管理信息系统)及 INTERMET 平台等信息网络技术的应用、推广 及发展。高速、高精、复合模具加工技术的研究与应用。例如超精冲压模具制造 4 技术、精密塑料和压铸模具制造技术等。提高模具生产效率、降低成本和缩短模 5 具生产周期的各种快速经济模具制造技术。先进制造技术的应用。例如热流道技 6 术、气辅技术、虚拟技术、纳米技术、高速扫描技术、逆向工程、并行工程等技术 在模具研究、开发、加工过程中的应用。原材料在模具中成形的仿真技术。先 7 8 进的模具加工和专有设备的研究与开发。模具及模具标准件、重要辅件的标准化 9 技术。模具及其制品的检测技术。优质、新型模具材料的研究与开发及其正确 1011 应用。模具生产企业的现代化管理技术。模具行业在“十一五”期间需要解决的 12 重点关键技术应是模具信息化、数字化技术和精密、超精、高速、高效制造技术方 面的突破。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求 量越来越大，技术要求也越来越高2。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既 能满足大量需要，又有较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的 模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。模具标准件的种类、数 量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。因此，一些重要的模 具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断 提高我国模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。由 于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具 产品也应作为重点来发展。根据上述需要量大、技术含量高、代表发展方向、出口 前景好的原则选择重点发展产品，而且所选产品必须目前已有一定技术基础，属于 有条件、有可能发展起来的产品。 2.22.2 计算机软件概述计算机软件概述 AutoCAD 是美国 Autodesk 公司开发研制的一种通用计算机辅助设计软件包， 它在设计、绘图和相互协作等方面展示了强大的技术实力。由于其具有易于学习、 使用方便、体系结构开放等优点，因而深受广大工程技术人员的喜爱。其有七个特 点： (1)具有完善的图形绘制功能。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 6 页 共 55 页 (2)有强大的图形编辑功能。 (3)可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。 (4)可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。 (5)支持多种硬件设备。 (6)支持多种操作平台 (7)具有通用性、易用性，适用于各类用户此外，从 AutoCAD2000 开始，该系统 又增添了许多强大的功能，如 AutoCAD 设计中心（ADC） 、多文档设计环境 （MDE） 、Internet 驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部 加载的功能，从而使 AutoCAD 系统更加完善, 已经集平面作图、三维造型、数据库 管理和渲染着色等功能于一体，并提供了丰富的工具集。所有这些功能使得用户不 仅能够轻松快捷地进行设计工作，还能方便地复用各种已有的数据，从而极大地提 高了设计效率。 如今，AutoCAD 在机械、建筑、电子、纺织、地理和航空等领域得到了广泛的 使用。AutoCAD 在全世界 150 多个国家和地区广为流行，占据了近 75的国际 CAD 市场。全球现有近千家，AutoCAD 授权培训中心，每年约有 10 多万名各国的 工程师接受培训。此外，全世界大约有十多亿份 DWG 格式的图形文件在被使用、 交换和存储。其他大多数 CAD 系统，也都能够读人 DWG 格式的图形文件。可以这 样说，AutoCAD 已经成为二维 CAD 系统的标准，而 DWG 格式文件已是工程设计 人员交流思想的公共语言 2.32.3 本设计工作本设计工作 本设计的工作分三大部分：第一，设计了行星齿轮的注塑模具及其结构；第二，用 计算机以及 Pro/E,AutoCAD 等专业软件绘制了各零部件的图形，及总装配图；第三， 完成说明书的编写。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 7 页 共 55 页 3 3 零件分析及模具结构设计零件分析及模具结构设计 3.13.1 零件的作用零件的作用 题目所给零件为一带金属嵌件的塑料行星齿轮，其用于家用或办公用机械，功 率很小，但要求传动平衡，低噪音或无噪音，以及能在少润滑或无润滑状态下正常 工作。该零件在其受力较大的部位镶入金属嵌件，这样可以对塑料齿轮起到增强作 用，并由于金属嵌件的加入，塑料齿轮的成型收缩也将减小，齿轮精度提高。该零 件尺寸较小，同轴度要求精度较高，按照其工作要求，其精度等级可选用一般精度 等级。 3.23.2 材料的选择材料的选择 根据零件工作要求及其精度等级，该零件选用 PA66 塑料成型。其中，PA 为聚 酰胺的缩写，又名尼龙。PA66 齿轮具有较高的力学强度和刚性，优良的耐磨性，自 润滑性、耐疲劳性及耐热性，可在中等载荷、较高温度无润滑或少润滑下使用。 根据1表 2-20 塑料精度等级的选用，PA66 的一般精度要求为 5 级。 3.33.3 塑料成型特点及条件塑料成型特点及条件 PA66 熔体粘度低、流动性好，容易产生飞边。成型加工前必须进行干燥处理； 易吸潮，塑件尺寸变化较大；壁厚和浇口厚度对成型收缩率影响很大，所以塑件壁 厚要均匀，防止产生缩孔，一模多件时，应注意使浇口厚度均匀化；成型时排出的 热量多，模具上设计冷却均匀的冷却回路；熔融状态的尼龙热稳定性较差，易发生 降解使塑件性能下降，因此不允许尼龙在高温料筒内停留时间过长。PA66 的成型条 件如下表 2.1： 表 2.1 PA66 的成型条件 密度 3 cm g 计算 收缩 率 （% ） 加热前料筒温度（）C 模具 温度 C 成型 压力 MPa预热后处理 宜用注 射机类 型 温度时间温时宜用螺 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 8 页 共 55 页 喷嘴料筒 前部 料筒 中部 料筒 后部 C h方法度 C 间 h 1.15 1.5 2. 2 265260250240 80 70 120 100 11 0 12 16 油、 水、 盐水 90 1 004 杆式注 射机， 螺杆带 止回环， 喷嘴宜 用自锁 式 3.43.4 模具结构设计模具结构设计 因为该制品的同轴度要求精度较高，因此，对结构中的各个零部件的设计与加 工都必须相应地提出尺寸与形状的公差精度。特别是定模板、动模板、动模垫板、 前垫板和推杆固定板等上的型孔、导孔以及定位孔等，均要求靠精密坐标镗床加工。 制品中的冶金粉末嵌件与主型销配合，由于其配合精度需要高，为保证产品能 在被推管顶出型腔后能取出，又不至影响下个成型周期前将嵌件套入，故主型销的 前段比定位段（嵌件长度的三分之二左右）的配合精度低一个等级。 由于该制品尺寸很小，故将其型腔另外做成齿腔镶圈，并把镶圈设计成镶块嵌 入，以便其线切割或插齿加工。 2.52.5 单分型面注射模的工作原理单分型面注射模的工作原理 模具合模时，在导柱和导套的导向定位下，动模和定模闭合。型腔由定模板上 的型腔与固定在动模板上型芯组成，并由注射机合模系统提供的锁模力锁紧。然后 注射机开始注射，塑料熔体经定模上的浇注系统进入型腔，带熔体充满型腔并经过 保压、补塑和冷却定型后开模。开模时，注射机合模系统带动动模后退，模具从动 模和定模分型面分开，塑件包在型芯上随动模一起后退，同时，拉料杆将浇注系统 的主流道凝料从浇口套中拉出。当动模移动一定距离后，注射机的顶杆接触推板， 推板机构开始动作，使推杆和拉料杆分别将塑件及浇注系统凝料从型芯和冷料穴中 推出，塑件在浇注系统凝料一起从模具中落下，至此完成一次注射过程。合模时， 推出机构靠复位杆复位并准备下一次注射 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 9 页 共 55 页 4 4 注射机的选用及校核注射机的选用及校核 3.13.1 注射机的选用注射机的选用 注射机是塑料注射成形所用的设备。 3.23.2 制品的体积估算制品的体积估算 将该行星齿轮塑件的体积分成四部分：冶金粉末嵌件中间凹陷处、塑件中间 1 V 圆环及塑件两边齿轮、。如图 3.1 2 V 3 V 4 V 3 22 22 211 79.527 2 12 2 16 6)(mmrrhVVV 3 22 22 222 37.1206 2 16 2 32 2mmrrhVVV 3 22 22 333 86.1857 2 16 2 5 . 25 6mmrrhVVV 3 22 22 444 96.2228 2 16 2 27 6mmrrhVVV 3 4321 98.582096.222886.185737.120679.527mmVVVVV 总 3.33.3 根据体积选注射机根据体积选注射机 则由2表 5-1 常用热塑性塑料注射机型号和主要技术规格初选型注射机SZ40/68 如下表二所示： 表 3.1 注射机主要技术参数 理论 注射 容积 螺杆 直径 注射 压力 （ 模板 行程 模具 最大 厚度 顶出 行程 喷嘴 孔直 径 实际 注射 量 锁 模 力 模具 最小 厚度 定位孔 直径 喷嘴 球半 径 图 3.1 行星齿轮子 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 10 页 共 55 页 3 cmmm MPa ） mmmmmmmm g KN (） mmmmmm 582616022024040453 400130 064 . 0 0 5 . 63 12 3.43.4 注射机的校核注射机的校核 4.5.14.5.1注射量的校核注射量的校核 33 821 . 5 98.5820cmmmV 总 则：gVm7 . 6821 . 5 15 . 1 总总 在一个注射成型周期内，需注射入模具内的塑料熔体的质量，应为制件和浇注 系统两部分质量之和，即： 浇总 mnmm 根据生产经验，注射机的最大注射量是其额定注射量的 80%，即： g mm8 . 0 式中：一个成型周期内所需注射的塑料质量； m g 型腔数目，取；n4n 单个塑件的质量； 总 m g 浇注系统凝料和飞边所需的塑料质量取； 浇 m ggm10 浇 注射机额定注射量； g m g 则有：gm 4 . 42538 . 0 8 . 36107 . 64 4.5.24.5.2锁模力的校核锁模力的校核 由于高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向的很大的推力，这个 力应小于注射机的公称锁模力，否则将产生溢料现象 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 11 页 共 55 页 锁模力是在成型时锁紧模具的最大力。成型时高压熔融塑料在分型面上显现的 涨力应小于锁模力，即： 1000 AkP F c 式中：注射机的额定锁模力；F N 塑料制品与浇注系统在分型面上的总投影面积；A 2 m 熔融塑料在型腔内的平均压力；对于螺杆式注射机，其型腔内 c P a P 平均压力一般为，取； a MP3520 ac MPP30 安全系数，常取；k2 . 11 . 1k 其中： 塑料制品在分型面的投影面积为: 2 2 1 3217 2 32 4mmA 主流道在分型面的投影面积为: 2 2 2 5 . 78 2 10 mmA 分流道在分型面的投影面积为: 2 3 7605384mmA 故总投影面积为: 2 321 5 . 4055760 5 . 783217mmAAAA 则有:KNKNF146 1000 10 5 . 405510302 . 1 400 66 故满足条件. 4.5.34.5.3最大注射压力的校核最大注射压力的校核 塑件成型所需的最大注射压力应小于注射机的额定锁模力，即： s PP 式中：注射机的最大注射压力；PMPa 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 12 页 共 55 页 成型塑件所需的注射压力； s PMPa 注射机的额定注射压力为 160；40/68SZMPa 而 PA66 材料的注射压力为 70120；MPa 故有： s PP 4.5.44.5.4注射机安装模具部分的尺寸校核注射机安装模具部分的尺寸校核 4.5.4.1 喷嘴尺寸喷嘴尺寸 模具主流道衬套的小端孔径 D和球面半径 R要与塑料注射成型机喷嘴mmmm 前端孔径 d和球面半径 r满足下列关系：mmmm 21 rR15 . 0 dD 保证注射成型时在主流道衬道处不形成死角，无熔料积存，并便于主流道凝料 的脱模。故有： mmR14212mmD514 4.5.4.2 定位孔尺寸定位孔尺寸 模具与注射机上定位孔为，两者按 配合实现定位，以保证模具主mm 3 . 63 7 7 f H 流道的轴线与注射机喷嘴轴线重合。 4.5.4.3 模具厚度与注射机模板闭厚度模具厚度与注射机模板闭厚度 模具闭合时的厚度在注射机动、定模固定板之间的最大闭合高度和最小闭合高 度之间，即： min H m H max H 式中：注射机允许的最小模具厚度； min Hmm 模具闭合厚度； m Hmm 注射机允许的最大模具厚度； max Hmm 其中模具闭合厚度为： mmHm1922563324032 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 13 页 共 55 页 故有： mmmmmm240192130 4.5.54.5.5开模行程的校核开模行程的校核 注射机的开模行程是有限制的，塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小 于注射机的最大开模距离，否则塑件无法从模具中取出。开模距离一般可分为两种 情况:一是当注射机采用液压机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程由连杆机构 的最大行程决定，并不受模具厚度的影响即注射机最大开模行程与模具厚度无关； 二是当注射机采用液压机械联合作用的锁模机构时，最大开模行程由连杆机构的最 大行程决定，并受模具厚度的影响即注射机最大开模行程与模具厚度有关。 对于单分型面注射模，其最大开模行程应满足： mmHHS105 21 式中：注射机最大开模行程；Smm 塑件脱模距离； 1 Hmm 包括浇注系统凝料在内的塑件高度； 2 Hmm 则有： mmmmS51101625220 其中：注射机最大开模行程与模具厚度无关。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 14 页 共 55 页 5 5 浇注系统设计浇注系统设计 浇注系统的设计需要考虑到以下几点： 1。 考虑塑料的流动性，保征流体流动顺利，快，不紊乱。 2。模穴的配置(排部)尽量采用平衡配置，模穴与浇口的位置力求平衡，以防止模具 承受偏载，而产生溢料现象。 3。避免熔体正面冲出小直径型芯或脆弱的金属镶件。 4。进料口的位置和形状要结合塑件的形状和技术要求确定。 5。流道末端必须设计冷料井，以防止冷料随流道系统进入型腔造成成品成型缺陷。 6。一模多腔时，防止大小相差悬殊的制件放一模内。 7。结合线的位置，主要是由浇注系统的设计决定的，在成品上额外加肉厚，减肉厚 及辅助流道。可以在补调整浇口位置的情况下，改变结合线的位置 8.浇注系统的距离应尽量的短，以减小塑胶流动过程中的压力降和成型的周期。 9.浇注系统的体积应尽量小，以减少成本上浪费 10.进浇中心与顶出中心要同心 5.15.1 主流道设计主流道设计 主流道是指从注射机的喷嘴与模具接触的部位起到分流道为止的一段流道。主 流道横截面形状采用圆形截面。为了便于流道凝料的脱出，主流道设计成圆锥形， 其锥度为，取，内壁光滑，表面粗糙度小于。主流道大 62 4Ram4 . 0 端与分流道相接处应有过渡圆角（通常 取，选用）以减少料流转rmm31mmr1 向时的阻力。 对于小型注射模具，直接利用主流道衬套的台肩作为模具的定位圈，定位圈与 浇口套一体，压配于定模板内，能防止从定模板内顶出。 且因定位圈直径 D 为注射机定位孔配合直径，应按选用注射机的定位孔直径确 定。直径一般比注射机定位孔直径小，以便于装模，故选浇口套上 D 为： ，浇口套结构与尺寸参数如零件图所示。mmD 0 1 . 0 3 .63 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 15 页 共 55 页 5.25.2 冷料井设计冷料井设计 在每个注射成型周期开始时，最前端的料接触低温模具后会降温，变硬被称为 冷料。为了防止在下一次注射成型时，将冷料带进型腔而影响塑件质量，一般在主 流道或分流道的末端设置冷料井，以储藏冷料并使熔体顺利地充满型腔。 为了使主流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出，往往使冷料井兼有开模时将 主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用。先选用 Z 形拉料杆的冷料井，其 结构尺寸如下图 4.1 所示： 图 4.1 Z 形拉料杆的冷料井 5.35.3 分流道设计分流道设计 分流道是主流道与型腔浇口之间的一段流道。它是熔体由主流道流入型腔的过 渡通道。对于多型腔模需设分流道，为使各型腔内能同时填充，分流道采用平衡式 布置。比较不同截面形状分流道的性能，采用 U 形分流道，其热量损失小，加工性 能容易。 U 形分流道宽度可在内选取， B mm105 半径，BR5 . 0 深度，RH25 . 1 ；HR5 . 0 斜度 105 取：； ；mmB5 8 ； ； ；mmR5 . 255 . 0mmH35 . 225 . 1 mmR5 . 135 . 0 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 16 页 共 55 页 5.45.4 浇口设计浇口设计 浇口是料流进入型腔最狭窄部分，也是浇注系统中最短的一段。浇口尺寸狭小 且短，目的是使由分流道流进的熔体产生加速，形成理想的流动状态而充满型腔， 又便于注射成型后的塑件与浇口分离。 其浇口位置选取原则为： 1、考虑定向对塑件性能的影响；一般来说，沿分子取向方向的收缩率、强度和应力 开裂要大于垂直方向。应用如：采用多浇先或改变位置来改善翘曲以及利用取向 设计铰链等。 2、避免熔体破碎现象 在塑件上产生缺陷； 喷射：当熔体进行高速充模时，受离模膨胀影响，造成熔体表面粗糙，且在模 内形成蛇形流动，甚至产生熔体破碎（挤出时，随的增加，大分子链被完全拉直， . 呈现出较大的弹性性质，也导致熔体无法保证稳定的层流而呈失稳状态，此时出模 料会变得粗细不均，粗糙无光泽、如再增加，则熔体呈波浪形，甚至断裂成碎片 . 即熔体破碎） 喷射的形成：主要是小浇口正对大型腔的情况。 造成的缺陷： （1）造成折叠，产生波浪状痕迹。 （2）喷出的高度定向细丝或很快变硬的断裂物不能很好与后进的熔体熔合，形 成缺陷。 （3）使腔中气体难于顺序排出，形成气泡或焦痕。 其避免措施为： （1）增大浇口断面尺寸。 （2）避免小浇口正对大型腔。 （3）护耳式。 3、有利于流动、排气和补料；熔体流动原则：充满阻力最小的空间。 因此：尽量开设在截面嘴厚处，同时也有利于补缩，浇口位置也与排气系统相 配合。有加强筋时可利用加强筋（沿料流方向开设）来改善流动。 4、减少熔接痕增加熔接牢度； （1）减少浇口数（保证充填及质量）减少熔接痕，如圆环式和轮辐式 （2）开设冷料井增加熔接牢度 5、防止将型芯或嵌件挤歪变形； 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 17 页 共 55 页 6、校核流动距离比。尽量缩短流动距离 本设计中浇口形式采用侧浇口，其形状简单，便于加工，而且尺寸精度容易保 证；适用于一模多件，能提高生产效率；试模时，如发现不适当，容易及时修改； 能相对独立地控制充填速度与封闭时间。 侧浇口截面形状为矩形，其尺寸参数如下： tnh 0 . 55 . 1b75. 05 . 0l31r 式中：浇口深度，通常；hmm25 . 0h 塑件在浇口位置处的壁厚；tmm 系数，对于 PA，；n8 . 0n 浇口宽度；bmm 浇口长度；lmm 浇口半径；rmm 则有：； mmh6 . 128 . 0 取： ； ；mmBb5mmr1 为去浇口方便，取：；mml7 . 0 其中分流道与浇口的连接方式及尺寸参数如下图 4.2 所示： 图 4.2 分流道与浇口的连接方式及尺寸参数 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 18 页 共 55 页 6 6 成型零件的设计成型零件的设计 6.16.1 塑料制件在模具中的位置塑料制件在模具中的位置 6.1.16.1.1分型面的确定分型面的确定 若按分型面设计原则中的“塑件要求同轴度的部分要放到分型面的同一侧，以 保证塑件同轴度要求”来确定分型面的话，塑件脱模比较困难。来确定分型面的话， 塑件脱模比较困难。故为使塑件从模具中顺利脱模，且简化模具结构，应按设计原 则中的最基本一条：将分型面选择在塑件外形的最大轮廓处，即塑件处，而mm32 其同轴度要求通过对结构中如定模板等零部件的设计与加工提出尺寸与形状的公差 精度来保证。 6.1.26.1.2型腔数量及排列方式型腔数量及排列方式 考虑到该塑件尺寸较小，且为大批量生产，故采用多腔注射。根据所选注射机 注射容量，由前校核所述，选取四腔。 模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、H 形排列、直线排列及复合排 列等。其中，型腔的圆形排列加工较困难，直线形排列加工容易，但平衡性能较差， H 形排列平衡性能好，而且加工性能尚可，使用较广泛，故选用 H 形排列。 6.26.2 成型零件的设计成型零件的设计 对于塑料模的型腔设计常用的有两种方式：一种是整体式型腔，另一种是组合式 型腔。整体式型腔结构简单，牢固不易变形，但是型腔复杂，加工难度非常大。组 合式型腔可使复杂型腔简单化，并且加工难度降低，模具型腔可更换，提高了模具 的使用寿命。 模具合模后，凹模、凸模和型芯等组成了一个封闭的模具型腔，模具型腔的形状 与尺寸就决定了塑料制件的形状与尺寸。构成模具型腔的所有零件称为成型零件。 6.2.16.2.1成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸的计算 成型零件上用以成型塑件部分的尺寸,称为成型零件的工作尺寸.成型零件工作尺 寸主要有型腔和型芯径向尺寸，型腔和型芯的深度尺寸,中心距等。计算成型零件工 作尺寸时，塑料的成型收缩率可按相应的标准和有关塑料生产厂的产品说明书等资 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 19 页 共 55 页 料查找。对于某些不太重要的塑料制件，如日用器皿等，可不考虑收缩率。对尺寸 精度有较高要求的塑件制件，只有在成型工艺规程规定条件下制造出试样后，才能 获得准确的收缩率值。塑料制件的壁厚、形状、外形尺寸、熔料流长度、浇口形式 等均对收缩率有影响，这点在计算成型零件工作尺寸时，都应予以注意。 6.2.1.1 型腔径向方向上的尺寸计算型腔径向方向上的尺寸计算 分度圆直径： cpm QdD1 齿顶圆直径： cpama QdD1 齿根圆直径： cpfmf QdD1 式中：塑件分度圆直径；dmm 塑件齿顶圆直径； a dmm 塑件齿根圆直径； f dmm 塑件平均收缩率（%） ； cp Q 则有： %85 . 1 2 2 . 25 . 1 cp Q 齿数为处：17ZmmDm97.25%85 . 1 1 5 . 25 1 mmDma03.29%85 . 1 1 5 . 28 1 mmDmf15.22%85 . 1 175.21 1 齿数为处：18ZmmDm50.27%85 . 1 127 2 mmDma56.30%85 . 1 130 2 mmDmf68.23%85 . 1 125.23 2 对于塑件最大轮廓处：mm32 z xQddD cpss 0 式中：型腔内径尺寸；Dmm 塑件外径基本尺寸； s dmm 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 20 页 共 55 页 塑件公差；mm 综合修正系数；塑件精度低，批量比较小时，；塑件精度高，x 2 1 x 批量大时，。 4 3 x 模具制造公差，一般； z mm 4 1 5 1 z 由1查得 5 级精度时：；mm36 . 0 mm z 09 . 0 4 则有：mmD 09 . 0 0 09 . 0 0 322.3236 . 0 4 3 %85 . 1 3232 6.2.1.2 型腔深度方向上的尺寸计算型腔深度方向上的尺寸计算 z cpm QhhH 0 11 3 2 则对于动模板上，查得：mmh8 1 ；mm20 . 0 mm z 05 . 0 4 故有：mmD 05 . 0 0 05 . 0 0 015 . 8 2 . 0 3 2 %85 . 1 88 而对于定模板上，查得：mmh6 1 ；mm20 . 0 mm z 05 . 0 4 故有：mmD 05 . 0 0 05 . 0 0 978 . 5 20 . 0 3 2 %85 . 1 66 6.2.26.2.2模具型腔侧壁和底板厚度的计算模具型腔侧壁和底板厚度的计算 理论分析和实践证明，对大尺寸型腔，刚度不足是主要问题，应按刚度条件计 算；对小尺寸型腔，强度不足是主要问题，应按强度条件计算。 该模具为小尺寸型腔，则对于圆形镶拼组合式，按强度计算有： 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 21 页 共 55 页 侧壁： 1 2 mp p c P rt 底部： p m h P rt 22 . 1 式中：模腔压力（） ； m PMPa 材料许用应力（） ，对于 45 钢，； p MPaMPa p 160 凹模型腔内孔；rmm 则有：mmtc33 . 5 1 352160 160 2 32 mmth27 . 8 160 3522 . 1 2 32 并由3表 6.10 对于型腔内壁直径在范围内的圆形镶拼组合式凹模有：mm40 ; 模套壁厚：mmtC8mmS18 今取：mmtC10 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 22 页 共 55 页 7 7 排气系统的设计排气系统的设计 注塑模的排气是模具设计中不可忽视的一个问题，特别是快速注塑成型工艺的 发展对注塑模排气的要求更加严格。在排气不良的模具中，气体经受很大的压缩作 用而产生反压力，这种反压力阻止熔融塑料的正常快速充模，而且，气体压缩所产 生的热也可能使塑料烧焦。 6.16.1 排气系统的作用和方式排气系统的作用和方式 1、利用配合间隙排气 这种方法适用于简单型腔的小型模具。 2、利用排气槽排气 对于大型模具可以在分型面上开设排气槽，加强型腔内部气体的排放。 3、利用排气塞排气 如果型腔最后充填的部位不在分型面上，其附近又没有可以排气的推杆或活动型 芯时，需要在型腔深处镶嵌排气塞，排气塞用烧结金属块制成 6.26.2 排气系统的设置排气系统的设置 关于排气系统设置的要保证以下几点： （1）排气要保证迅速、完全，排气速度要与充模速度相适应。 （2）排气槽(孔)尽量设在塑件较厚的成型部位。 （3）排气槽应尽量设在分型面上，但排气槽溢料产生的毛边应不妨碍塑件脱模。 （4）排气槽应尽量设在料流的终点，如流道、冷料穴的尽端。 （5）为了模具制造和清模的方便，排气槽应尽量设在凹模的一面。 （6）排气槽排气方向不应朝向操作面，防止注射时漏料烫伤人。 （7）排气槽(孔)不应有死角，防止积存冷料 如下表 6.1，列出了排气系统的不同类型以及其使用场合。 表 6.1 排气系统类型及使用场合 排气机构基本类型设计要点及使用场合 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 23 页 共 55 页 分型 面排 气 1、 在型腔周围设置排气槽 使用中，在浇口对侧部位必须 及时清除残留树脂分解物质， 否则易腐蚀型腔表面，清理不 易。 推杆 排气 1 因推杆的运动，残留树脂自 清理效果较好。 排气机构基本类型设计要点及使用场合 镶件 排气 1、对于制品的筋、槽部 位经常采用这种排气方 式。 烧结 合金 排气 1、采用烧结合金排气时， 由于烧结合金的热传导 率低不能使其过热，否 则易产生分解物质而堵 塞气孔。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 24 页 共 55 页 6.36.3 各种不同树脂的排气槽深度各种不同树脂的排气槽深度 主要依据是树脂的粘度及其是否容易分解。 其原则为： （1）粘度低的树脂排气槽的深度要浅。 （2）容易分解的树脂，排气槽的截面积要大。 如下表 6.2 所示： 表 6.2 各种不同树脂的排气槽深度一览表 树脂名称排气槽深度 mm树脂名称排气槽深度 mm PE0.02PA（含玻璃纤维）0.010.03 PP0.010.02PA0.01 PS0.02PC0.020.03 SB0.03PC（含玻璃纤维）0.050.07 ABS0.03PBT（含玻璃纤维）0.010.03 SAN0.03AS0.03 ASA0.03PMMA0.020.03 POM0.010.03 但考虑到该注射模为小型模具,塑件体积不大,其可利用零件间的配合间隙自然排 气,故不需另开排气槽。 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 25 页 共 55 页 8 8 脱模机构的设计脱模机构的设计 在注射成型的每一个循环中，注射模在注射机上合模注射结束后，都必须将模 具打开，然后把成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出，脱出塑件的机 构称为推出机构或脱模机构。整个脱模过程包括开模、推出、取件、闭模、脱模机 构复位过程。 脱模机构的动作通常是由安装在注射机上的顶杆或液压缸来完成的。对于中心 有孔的圆筒形塑件，采用推管推出机构进行脱模，推管推出平稳可靠，塑件无变形， 无顶出痕迹。推管的脱模机构采用动模座板固定型芯的推管机构，即：型芯（主型 销）固定在动模座板上，并且穿过推板和推杆固定板，推管固定在推杆固定板上。 推管内部与主型销做间隙配合，推管外部与型腔板做间隙配合，推管与主型销配合 长度为顶出行程，推管与型腔板的配合长度为推管外径的倍，这种mm5325 . 1 顶出机构结构可靠，多用于脱模距离不大的场合。脱模机构的设计原则为： （1） 结构简单可靠； （2） 不造成塑件变形损坏等质量问题； （3） 塑件绿于动模； （4） 足够的刚强度。 7.1 脱模力的计算脱模力的计算 当脱模斜度不大时（一般指）初始脱模力最大，一经推动，脱模力即迅速减 5 小，所以脱模力的计算须按照无脱模斜度的条件计算。 由于塑件壁厚与其内孔直径之比大于，故由1表 5-94 应按下式计算： 20 1 10 11 2 B fkm fLSEr Q 式中：脱模力；Q N 塑料弹性模量，对于，由1表 5-57 查得： E 2 /cmN66PA ； 25 /1088 . 2 25 . 1 cmN 塑料平均成型收缩率；S % 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 26 页 共 55 页 包容型芯的长度；Lcm 塑料与钢的摩擦系数，对于，由1表 5-56 查得：f66PA ；35. 02 . 0 塑料的泊松比，约为；m49 . 0 38 . 0 塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积，当塑件底部有B 2 mm 通孔时，该项视为零。 与 和 有关的系数，其由下式计算所得：krt trt r k 2 2 2 2 式中： 型芯的平均半径，；rcmcmr475 . 1 10 22 3227 1 塑件的壁厚，约为；tcmcmt5 . 0105 1 则有：522 . 2 475 . 1 5 . 025 . 0 475 . 1 2 2 2 k 其中：取： ； ； ； 2 5 100 . 2 cm N E3 . 0f46 . 0 m 则有： NQ15900 3 . 01522 . 2 46 . 0 1 3 . 08 . 0%85 . 1 102475 . 1 2 5 7.2 推管强度计算与校核推管强度计算与校核 8.3.18.3.1推管直径的计算推管直径的计算 推管直径由下式计算所得：d 4 1 3 22 64 Q En l d 式中：推管直径；dcm 推管长度系数，；7 . 0 推管长度，；lcmcmmml 6 . 10106 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 27 页 共 55 页 推管数量；n 推管材料的弹性模量，对于钢：E 2 /cmN 27 /101 . 2cmNE 则有：cmd3 . 01590 101 . 21 6 . 107 . 064 4 1 73 22 考虑到于推管中放一主型销与冶金粉末嵌件配合，故选取： mmd10 8.3.28.3.2推管应力校核推管应力校核 其校核公式如下： S dn Q 2 4 式中：推管应力 2 /cmN 推管钢材屈服极限强度，对于一般中碳钢： S 2 /cmN ； 2 /32000cmN S 则有： 22 2 1 /32000/2024 10101 15904 cmNcmN S 南华大学机械工程学院毕业设计（论文） 第 28 页 共 55 页 9 9 合模导向机构的设计合模导向机构的设计 在模具进行装配或成型时，合模导向机构主要用来保证动模和定模两大部分 或模内其他零件之间准确对合，以确保