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斜齿直齿双联齿轮注塑模具设计大连理工大学本科毕业设计（论文）斜齿直齿双联齿轮注塑模具设计Design of the injection mold for the joint of a spur gear and a helical gear学 院（系）： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 评 阅 教 师： 完 成 日 期： 2015年6月5日 大连理工大学Dalian University of Technology摘 要模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”。作为国民经济的基础行业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛。其中注射成型模具是最常用的塑料零件成型模具，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量具有重大意义。本说明书的设计对象为斜齿直齿双联齿轮注塑模具设计，下文详细介绍了本次设计的全部过程。首先查阅相关书籍了解模具的工作原理以及各部分的组成、功用，然后根据本次毕业设计题目的要求，寻找合适的原型零件。接下来分析零件的特征，经过分型面的选择、确定型腔布置方案、浇注系统的设计、导向和推出机构的确定、冷却系统的设计算以及模架的选择最终完成对斜齿直齿双联齿轮注塑模具的设计。在这部分中，设计重点在于浇注系统的设计和导向推出机构的设计两个方面。首先要根据零件的特性，来决定采用何种浇注方式。然后进行浇注系统系统设计，将分流道进行合理的分布，尽量让热熔融塑料均匀的流动到零件的型腔中。由于斜齿的存在，塑料零件成型后如何顶出，是决定模具能否正常工作的一个关键问题。在老师的建议下，采用镶件和轴承相互配合的方法，来解决零件顶出的问题。接着对模具设计的方法、依据、计算校核进行了阐述，并且对模具主要零件的尺寸进行了分析计算，最后模具设计过程中的经济性进行了分析。关键词：注塑模具；双联齿轮；浇注系统；顶出机构- I -Design of the injection mold for the joint of a spur gear and a helical gearAbstract The mould is the basic technological equipment of industrial production. It is called “the mother of industry.” As the basic industry of the national economy, the mold involves machinery, automobile, light industry, electronics, chemical, metallurgy, building materials and other industries. It covers kinds of field. And injection molding is the most common plastic parts forming mold, therefore, research injection mold for understanding the plastic product production process and improve the product quality is of great significance.The object of this paper is to design the injection mold for Straight- helical duplicate gear，belowintroducesthe design of the whole process in detail. First, this paper introduces the mold industry situation recently, then the duty of this injection mold design and the plastic material characteristics are analyzed. After choosing the parting plane, arrangement of the cavity scheme, design of the runner system, determination of the guiding mechanism, design of the cooling system and choice of the ejection mechanism are carried out. In this part, the key points are the design of the runner system and design of the guide and theejecting mechanism. First of all, according to the characteristics of the parts, I decide to use what kind of pouring method. Then I design the runner system. Make the runner system reasonably distributed, and the flow of the hot melt plastic can be evenly distributed to the part of the cavity. Because of the existence of helical gear, how make the plastic parts out of the mold, is the key problem that decides whether the mold can work properly. Under the advice of the teacher, I use the bearing to solve the problem of the parts ejection. In addition, strength check, the efficiency for the mold design and dimensional computation of mold parts are also described in detail. Finally, the sizes of some parts are analyzed, as well as the economic analysis of mold design process has bean done.Key Words：Injection mold；Duplicate gear；Runner system；Ejecting mechanism- IV -目 录摘 要IAbstractII引 言11 绪论21.1 注塑成型原理及工艺特点21.1.1 注塑成型原理21.1.2 注塑成型特点21.2 注塑模具结构组成22 斜齿直齿双联齿轮塑件分析43 注塑材料POM的性能分析63.1 POM塑料介绍63.2 POM塑料特点63.3用途74 注塑模具结构设计84.1 分型面84.1.1 选择分型面的原则84.1.2 分型面的选择94.2 型腔布置104.2.1 影响型腔数目的因素104.2.2 型腔布置的原则114.3 浇注系统114.3.1 主流道的设计124.3.2 分流道的设计144.3.3 浇口设计144.3.4 冷料穴的设计154.4 导向机构164.5 推出机构174.5.1 推出机构的设计原则174.5.2 推出机构设计遇到的问题和解决的方案174.5.3 推出机构设计214.6 温度调节系统224.7 模架的选择234.8 运用三维建模辅助设计模具235 用于成型斜齿直齿双联齿轮的各镶块设计265.1 成型斜齿直齿双联齿轮齿面镶块设计265.2 成型双联齿轮侧面镶块设计286 零件尺寸的设计计算296.1 定模板尺寸的设计计算296.2 定距拉杆的长度确定306.3 成型零件工作尺寸的确定317 经济性分析33结 论34参 考 文 献35致 谢36引 言本次毕业设计的题目为吹泡玩具注塑模具设计，主要设计任务为：1）塑件产品图1张，模具总体结构装配图1张，模具动作原理展开图1张；2）模具主要零件图68张；3）总体图量不少于4张零号图，全部设计图纸用CAD完成；4）外文资料翻译2万英文字符以上；5）模具设计计算说明书一份。首先要根据设计说明书中的要求初步确定方案，然后根据方案画出草图，初步进行三维建模，接下来进行具体的校核计算。在此期间，通过CAD画出模具装配图、开模顺序图和主要零件图。设计中讨论和设计的重点包括浇注系统设计和推出机构的设计分析。本文主要说明的是分型面的选择、浇注系统的设计、推出机构的设计等几个方面的设计过程和依据，以及其模具各零件的具体尺寸的确定过程。1 绪论1.1 注塑成型原理及工艺特点1.1.1 注塑成型原理注塑成形的原理是将颗粒状或粉末状的塑料从注塑机的料斗送入加热的料筒中，经过加热融化成熔融状态的熔体，在注塑机螺杆的推动下以高流速注入模具型腔，经过一定时间的保压冷却后，模具打开，在推出机构的作用下将塑件顶出模具，得到成型品的方法。注塑成型又称注射模塑成型，它是一种注射兼模塑的成型方法。注塑成型方法的优点是生产速度快、效率高，操作可实现自动化，花色品种多，形状可以由简到繁，尺寸可以由大到小，而且制品尺寸精确，产品易更新换代，能成形状复杂的制件，注塑成型适用于大量生产与形状复杂产品等成型加工领域1。1.1.2 注塑成型特点注塑成型是一种生产中广泛应用的塑料成型方法，它具有以下特点：1）成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精确的塑件。2）适应性强，目前，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此种方法成型，某些热固性塑料也可采用注塑成型。3）生产效率高，易于实现自动化生产。4）注塑成型所需设备昂贵，模具结构比较复杂，制造成本高，所以注塑成型特备适合于大批量生产。1.2 注塑模具结构组成根据模具上各零部件所起的作用，一般注塑模具由以下几部分组成。1）成型零部件模具中用于塑件成型的空腔部分，也成为模腔或型腔。因为型腔是直接用于塑件成型的部分，所以其形状应与塑件的形状一致，考虑到塑料的收缩性，型腔尺寸应该在塑件尺寸的基础上乘以塑料相应的收缩率。2）浇注系统浇注系统是塑料由注塑机向型腔浇注时流经的流道部分，它由主流道、分流道、浇注口、冷料穴四个部分组成。3）加热和冷却系统亦称温度调节系统，用于满足塑件或注塑工艺对模具温度的要求，加热系统是在模具内部或周围安装加热装置实现，冷却系统则是在模具内部设计冷却通道，通常用水作为冷却介质。4）合模导向机构常用的合模导向机构由导柱和导套组成，是确保合模时动模部分和定模部分准确对正而设计的，一般有导向柱、导向孔和导套，或者是在动模和定模上分别设计互相吻合和结构来实现导向。5）复位机构合模时使推出机构回复到开模前的状态的机构，一般要与推出机构固定在同一固定板上，使用顶筒或顶板作为推出机构的模具结构中，复位机构还需配合复位弹簧使用以保证顶筒或顶板在合模前先回复到准确位置。6）推出机构在开模过程中将塑件从模具中推出的装置，又称脱模机构，是注塑模具的重要组成部分。其结构通常有顶杆、顶筒和顶板，设计时需根据塑件形状，模具结构选择合适的推出机构2。2 斜齿直齿双联齿轮塑件分析塑件名称：斜齿直齿双联齿轮（具体结构见图2.1）图2.1 斜齿直齿双联齿轮我们知道，对于齿轮这种零件，它的齿面的表面质量是至关重要的。我这次的毕业设计题目的零件直齿斜齿双联齿轮，它的侧面全都是齿轮的啮合面。这就决定了，我们在选择浇注系统时，要尽量避免选择直浇口，尽量选择点浇口。点浇口可以直接在齿轮上下底面上建立浇口，不会影响到齿轮啮合面的表面质量。另外，由于斜齿齿面的存在，零件注塑成型后如何取出是个值得思考的问题。最终我选择利用镶块和轴承配合，使零件顶出时可以旋转来解决这个问题。具体细节将在后面有关章节继续讨论。由于我们是想注塑得到齿轮。那么模具就必须有与零件齿形一致的、可以成型零件的外齿圈。此外，我们知道，想要得到齿轮的齿形，大体上有两种方法，成形法和展成法。无论采用何种方法，这个预想中的外齿圈，应该是一个独立的镶块，这样才方便加工。这个也是可以从零件分析中得到的。最后，因为齿轮上下底面都有加强筋的存在，成型加强筋的部分，也应该单独设立镶块成型。否则需要对选购的模板进行大量的加工，这是我们不愿意看到的3。通过对零件的分析，可得到如下几条结论。1）为保证零件重要表面的质量，本次设计的浇注系统选用点浇口。2）模具的推出结构中应该含有轴承，在零件顶出时，通过轴承的旋转，保证零件斜齿部分可以顺利脱出模具。3）斜齿和直齿的成型部分，即外齿圈。由于加工方法的限制，无法直接在动模板和定模板上加工得到，必须是单独加工的零件。4）由于加强筋的存在，齿轮的上下表面也应该单独加工为镶块。3 注塑材料POM的性能分析3.1 POM塑料介绍POM（聚甲醛树脂）定义：聚甲醛是一种没有侧链、高密度、高结晶性的线型聚合物。按其分子链中化学结构的不同，可分为均聚甲醛和共聚甲醛两种。两者的重要区别是：均聚甲醛密度、结晶度、熔点都高，但热稳定性差，加工温度范围窄（约10），对酸碱稳定性略低；而共聚甲醛密度、结晶度、熔点、强度都较低，但热稳定性好，不易分解，加工温度范围宽（约50），对酸碱稳定性较好。是具有优异的综合性能的工程塑料。有良好的物理、机械和化学性能，尤其是有优异的耐摩擦性能。俗称赛钢或夺钢，为第三大通用塑料。 适于制作减磨耐磨零件，传动零件，以及化工，仪表等零件。合成树脂中的一种，又名聚甲醛树脂、POM塑料、赛钢料等；是一种白色或黑色塑料颗粒，具有高硬度、高钢性、高耐磨的特性。主要用于齿轮，轴承，汽车零部件、机床、仪表内件等起骨架作用的产品。3.2 POM塑料特点聚甲醛是一种表面光滑、有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，薄壁部分呈半透明。燃烧特性为容易燃烧，离火后继续燃烧，火焰上端呈黄色，下端呈蓝色，发生熔融滴落，有强烈的刺激性甲醛味、鱼腥臭。聚甲醛为白色粉末，一般不透明，着色性好， 比重1.41-1.43克/立方厘米，成型收缩率1.2-3.0%，成型温度170-200 ，干燥条件80-90 2小时。POM的长期耐热性能不高，但短期可达到160，其中均聚POM短期耐热比共聚POM高10以上，但长期耐热共聚POM反而比均聚POM高10左右。可在-40100温度范围内长期使用。POM极易分解，分解温度为240度。分解时有刺激性和腐蚀性气体发生，故模具钢材宜选用耐腐蚀性的材料制作。1）POM是结晶型塑料，密度为1.42g/cm3，它的钢性很好，俗称“赛钢”。2）它具有耐疲劳、耐蠕变、耐磨、耐热、耐冲击等优良的性能，且摩擦系数小，自润滑性好。3）POM不易吸湿，吸水率为0.220.25%，在潮湿的环境中尺寸稳定性好，其收缩率为2.5%（较大），注塑时尺寸较难控制，热变形温度为172，聚甲醛有均聚甲醛两种，性能不同（均聚甲醛耐温性好一点）。POM强度、刚度高，弹性好，减磨耐磨性好。其力学性能优异，比强度可达50.5MPa，比刚度可达2650MPa，与金属十分接近。POM的力学性能随温度变化小，共聚POM比均聚POM的变化稍大一点。POM的冲击强度较高，但常规冲击不及ABS和PC；POM对缺口敏感，有缺口可使冲击强度下降90%之多。POM的疲劳强度十分突出，10交变载荷作用后，疲劳强度可达35MPa，而PA和PC仅为28MPa。POM的蠕变性与PA相似，在20、21MPa、3000h时仅为2.3%，而且受温度的影响很小。POM的摩擦因数小，耐磨性好（POMPA66PA6ABSHPVCPSPC），极限PV值很大，自润滑性好。POM制品对磨时，高载荷作用时易产生类似尖叫的噪声4。POM的电绝缘性较好，几乎不受温度和湿度的影响；介电常数和介电损耗在很宽的温度、湿度和频率范围内变化很小；耐电弧性极好，并可在高温下保持。POM的介电强度与厚度有关，厚度0.127mm时为82.7kV/mm，厚度为1.88mm时为23.6kV/mm。 POM不耐强酸和氧化剂，对烯酸及弱酸有一定的稳定性。POM的耐溶剂性良好，可耐烃类、醇类、醛类、醚类、汽油、润滑油及弱碱等，并可在高温下保持相当的化学稳定性。吸水性小，尺寸稳定性好。POM的耐候性不好，长期在紫外线作用下，力学性能下降，表面发生粉化和龟裂。POM熔融范围窄，熔融和凝固快，料温稍低于熔融温度即发生结晶，流动性中等，吸湿小，可不经干燥处理。3.3 用途多聚甲醛为高甲醛含量的固态甲醛，呈固体颗粒状、便于贮存和运输。在较高的温度下能变成甲醛蒸气，易于代替高浓度甲醛参与各种反应，有利于化工、制药等化学合成及其他工业领域的应用，特别是在要求使用无水甲醛作原料的合成方面，用途广泛。主要有以下几方面:1）农药：合成乙草胺、丁草胺和草甘膦等；2）涂料：合成高档汽车用漆；3）树脂：合成脲醛树脂、酚醛树脂、聚缩醛树脂、蜜胺树脂、离子交换树脂等及各种粘合剂；4）造纸：合成纸张增强剂；5）铸造：翻砂脱膜剂、合成铸造粘合剂；6）养殖业：薰蒸消毒剂。7）有机原料：用于制备季戊四醇、三羟甲基丙烷、甘油、丙烯酸、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、N羟基甲基丙烯酰胺、烷基苯酚、甲基乙烯基酮等。8）其他：医药及消毒。4 注塑模具结构设计在本节中模具结构设计主要包括以下组成结构的基本方案设计：1) 分型面的选择；2) 型腔布置方案；3) 注射机选择；4) 浇注系统的设计；5) 合模导向机构的设计；6) 推出机构的设计；7) 冷却系统的设计；8) 模架选择。4.1 分型面4.1.1 选择分型面的原则模具上用于取出塑件和凝料的可分离的接触表面称为分型面。分型面的设计在注射模的设计当中占有非常重要的位置，分型面的类型，形式选择是否恰当，设计是否合理，在模具设计中也非常重要，不仅直接决定了模具结构的复杂程度，而且对制品的成型质量和生产操作等都有影响。选择分型面时应遵守如下原则：1) 分型面应选择在制品的最大截面处，这是首要原则。2) 尽可能使制品留在动模一侧，这样有利于脱模机构的设置。3) 有利于保证制品的尺寸精度。4) 有利于保证制品的外观质量。5) 尽可能满足制品的使用要求。6) 尽量减小制品在合模方向上的投影面积，以减小所需锁模力。7) 长型芯应置于开模方向，短型芯置于侧向抽芯方向有利于减小抽拔距。8) 熔体充模流动的末端应在分型面上，有利于排气。9) 有利于简化模具结构。10) 在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。4.1.2 分型面的选择因为成型齿轮齿面部分计划由独立的镶块来承担。为了避免重复加工，应保证只用两个镶块就可以成型斜齿、直齿齿轮。因此，既能使零件注塑成形后可以顺利取出，又能满足上文中提出的条件的，可行的分型面只有两处。分别是： 图4.1 零件分型面A示意图 图4.2 零件分型面B示意图其中分型面A选择在直齿与斜齿的结合面上；分型面B选择在整个双联齿轮的底面。这两种方案都满足了分型面选择的原则。下面我们来具体讨论这两种方案的优劣。首先讨论方案A。如果选择分型面A作为整个零件的分型面，那么直齿与斜齿分别要在动模和定模中成型，动模板和定模板都要做相对应的加工。而且，如果将直齿放在定模中成型，那么可供顶出机构选择的顶出面积很大，有调整的余地。我画出的对应的方案如下：图4.3 分型面A设计示意图如果采用方案B。整个零件都需在动模板中成型，需要对动模板大量加工。而且可供顶出机构顶出的面积较小，容易与直齿部分相互干涉。如图：图4.4 分型面B设计示意图经过和老师的讨论，为了加工方便、不与其他零件产生干涉、能够顺利的顶出注塑零件，我决定采用方案A。4.2 型腔布置注射模具每一次注射循环所能成型的塑件个数是由模具的型腔个数所决定的，型腔数目及布置方案和分型面的选择决定了塑件在模具中的位置。4.2.1 影响型腔数目的因素模具设计首先要确定型腔的数目，单型腔模具的塑件精度高，工艺参数易于控制，模具结构简单制造成本低，但生产率低，生产成本高。而多型腔模具生产率高，生产成本低，但塑件精度低，工艺参数难以确定。确定型腔数目时需考虑一下四个因素：1）注射机的锁模力；2）注射机的注射量；3）制品精度；4）经济性考虑。本次设计中，规定型腔数量为一模两腔。4.2.2 型腔布置的原则型腔数目确定后，须考虑型腔及浇注系统的排布。各型腔到中心流道的相对位置应能满足以下要求：1) 各型腔在相同的条件下熔料应能同时充满。2) 由主流道到各型腔的流程应尽可能缩短，以使流道料降到最低。3) 各型腔间应预留有足够的空间，以便排布冷却水孔与推出杆的位置。4) 型腔采用平衡式排布，既有利于进料，也能确保塑件质量均一和稳定。5) 型腔排布尽可能与浇口对称，以防止溢料。6) 型腔排布应尽可能紧凑，以减小模具整体外形尺寸。本次设计采用一模两腔，综合上述原则，型腔分布在主流道两侧，分流道采用对称结构平衡排布，使主流道到各型腔的距离相等。最终型腔排布方案如图4.5所示。图4.5 型腔分布图4.3 浇注系统浇注系统是指注塑模具中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道。分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统两类。正确设计浇注系统对获得优质塑料产品和提高生产率极为重要5。注射机模具浇注系统一般由四部分组成。1) 主流道从注塑机喷嘴到分流道入口之间的一段流道，主流道与注塑机喷嘴在同一直线上，塑料熔体在主流道中不改变流动方向。2) 分流道从主流道末端到浇口的整个通道，因此它开设在分型面上，分流道的功能是使熔体过度和转向。3) 浇口分流道末端与模具型腔入口之间狭窄且短小的一段通道，分限制性浇口和非限制性浇口两种。非限制性浇口起引料、进料作用；限制性浇口能使熔体加快流速，形成理想的流动状态并注入模具型腔，且对补缩具有控制作用。4) 冷料井通常设置在主流道和分流道转弯处的末端，主要用来除去熔料前锋的冷料，同时也经常起拉断浇注系统凝料的作用。浇注系统设计的正确与否，对注射成型过程和制品质量有着直接影响，在浇注系统设计时应遵循如下原则： 结合型腔布置方案，尽可能采用平衡式布置分流道。 尽量减小分流道长度，降低压力损失，缩短充模时间。 应尽可能将主流道中心设置在模板中心处。 浇口尺寸、位置、数量应有利于熔体流动和排气补缩。 应能方便可靠地脱出凝料，易于和制品分离或切除修整。 尽可能减小熔体充模时对模具型芯和嵌件的冲击。 考虑储存冷料的措施。 预先考虑熔接痕可能出现的位置以及对制品质量的影响。4.3.1 主流道的设计主流道是从注射及喷嘴于模具接触部分开始到分流道为止的一段通道。在卧式或者立式的注射机上，主流道垂直于分型面。为了能使凝料顺利地从主流道中拔出，所以主流道设计成圆锥形，对于安装在角式注射机上的注射模具，主流道平行于分型面。主流道大多设计成等径形圆柱形，而且直接开设在模具的分型面上6。定位环的作用主要是使注射机喷嘴与模具的主流道准确对正、定位。1）浇口套由于主流道要与高温塑料融体及注射机的喷嘴反复的接触，所以只有在小批量的注射生产中，注塑模的主流道在定模板上加工，大部分注射模中主流道部分常设计成为可拆卸，可更换的浇口套。根据要求及已选择的注射机，此次选择的浇口套如图4.6。图4.6 浇口套2） 定位圈很多注射模具的定位采用单独加设定位圈的方法，也有用浇口套实现注射模与注射机之间的定位的。有的浇口套只起到主流道的作用，其外径又起到注射模与注射机之间的定位作用，浇口套要与所选的注射机的喷嘴和定位孔相一致。定位圈应根据注射机和已选的主流道衬套来选择，定位圈如图4.7所示：图4.7 定位圈 4.3.2 分流道的设计分流道指的是由浇道末端到浇口的流通通道。常用的分流道的截面积主要包括：圆形，半圆形，正方形，矩形和梯形等注射压力与流道的横截面积有着直接关系，横截面积越大，压力的损失就越小；而横截面积越小，热量的损失就越大。所以，可以根据分流道的截面积与表面积的比值来表示流道的效率。效率越高，就表示流道设计的越合理。查阅相关书籍可知，梯形截面热量损失最小 7。这里我们采用梯形流道,分流道横截面如下图：图4.8 流道横截面示意图4.3.3 浇口设计浇口是浇注系统中连接流道与型腔的截面最小的一段通道，是浇注系统中最关键的部分。他的位置、形状和尺寸对塑件的成型有很大的影响。其设计包括其形状、尺寸以及位置的选择。它可分为限制性浇口和非限制性浇口两种。限制性浇口包括侧浇口、平缝浇口、扇形交口、盘形浇口、环形浇口、点浇口、潜伏浇口、护耳浇口等。浇口的主要作用有以下几点：1）熔体充模后，浇口处熔体首先凝固，可防止注塑机螺杆抽回时熔体向流道回流。2）熔体在流经狭窄的浇口时会产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模。3）便于将塑件的浇口尾料切除。4）在多型腔模具中，浇口能用来平衡进料。对于多浇口的单型腔模具，浇口还能控制熔接痕在制品中的位置。上文中已经介绍了本次设计采用点浇口。下面简单介绍一下点浇口的优缺点：优点：熔融塑料流通过浇口时流速增高，加上摩擦力的作用，塑料流的温度升高。这样，能获得外形清晰，表面光泽的塑件；开模后点浇口可自动拉断，有利于自动化操作。去除浇口以后，塑件上留下的痕迹不明显，不影响塑件表面的美观；确定浇口的位置很灵活。缺点：注射压力损失较大，对塑件成型不利；模具结构较复杂，一般采用双分型面模具(三开模)才便于脱出浇道凝料；由于浇口附近的流速过高，造成分子高度定向，增加局部应力，易发生开裂现象。在不影响塑件使用的前提下，需要加大浇口对面塑件的壁厚，并使其呈圆弧过渡；有时塑件采用一个点浇口时易产生翘曲变形，故应采用多个点浇口同时进料。4.3.4 冷料穴的设计冷料穴的作用是存储塑料熔体流动的前锋冷料，以防止塑料熔体冷料进入型腔而影响塑件的质量。冷料穴常常设计在主流道的末端，当分流道较长时，在分流道的末端有时也开设冷料穴。卧式或者立式注射机使用的模具的冷料穴设置在主流道正对面的动模上，直径稍大于主流道的大端直径，以利于冷料流入。直角式注射机使用的模具的冷料穴即为主流道的延长部分8。1）底部带有推杆的冷料穴其中端部为Z字形推料杆的冷料穴是最常用的一种形式，还有带倒锥形和环形槽的冷料穴形式便于拉出主流道凝料，但仅适用于弹性较好的软质塑料，当其被推出时，塑件和流道能自动脱落，易实现自动化操作。2）底部带有拉料杆的冷料穴此类冷料穴适于推板脱模的注塑模，拉料杆固定于型芯固定板上，适用于弹性较好的塑料。底部带有分流锥形式拉料杆的冷料穴适用于中间有孔的塑件而又采用直接浇口或爪形浇口形式的场合。此次模具设计中，由于已经设计了拉料杆，所以采用直壁冷料穴，位于主流道的末端。4.4 导向机构在设计导向机构时，我们要遵循以下几条导向机构的设计原则9：1）导向零件应合理地均匀设置在模具周围，与模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度。导柱中心至模具外缘应至少有一个导柱直径的厚度。2）通常一副模具需设置24根导柱，其数量视模具结构尺寸而定。3）各导柱、导套及导向孔的轴线应保证平行，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件。4）确保导向零件在合模时首先接触，以避免凸模先进入型腔，导致成型零件损坏。合模导向机构主要由导柱导向机构和锥面定位型式两种。导柱导向机构是我们使用的主要导向机构，在设计导柱导向机构时因注意以下几点：1）应该合理均匀的分布在模具分型面的四个角。导柱至模具的边缘应该有足够的距离，以保证模具的强度。2）导柱的长度应比型芯端面的高度高出68mm,以免在错误定位时，型芯进入凹模型腔相碰而损坏。3）导柱设置在动模一侧可以起到保护型芯以及塑件脱模时，支撑推件板的作用，在设计中，应该根据具体情况，来选择导柱的设置，但一般设置在动模一侧。根据以上原则，本设计选择导柱和导套导向机构，其形式如图4.9所示。图4.9 导柱导套导向机构4.5 推出机构4.5.1 推出机构的设计原则 常用的推出零件有推杆、推管、推板、瓣合凹模和活动镶块等5。推出机构的设计应遵循下列原则：1）推出机构尽量设置动模一侧，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作，致使模具结构简单。2）正确分析塑件对型腔内壁粘附力的大小及位置，选择合适的推出机构，使推出力与脱模力相重合，推出力应设置在塑件刚性和强度最大的部位，尽可能减小作用面积以防止塑件变形或损坏。3）当塑件各处脱模阻力相同时，应均匀布置推出零件，保证塑件被推出时受力均匀，推出平稳，不变形。4）推出机构应使推出动作可靠、灵活，结构简单、制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度，以承受推出过程中的各种作用力，确保塑件顺利脱模。5）推出位置尽可能设在塑件内部，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。6）必须考虑合模时推出机构的正确复位，并保证不与其它模具零件相干涉。7）若推出部位须设在使用或装配的基面上时，为不影响塑件尺寸和使用，一般推杆与塑件接触处凹进塑件0.1mm，否则塑件会出现凸起，影响基面的平整。4.5.2 推出机构设计遇到的问题和解决的方案前文提到过，在确定分型面时，以直齿与斜齿的交界面作为分型面。而且，基于对顶出机构腾出足够空间的考虑，本次设计中将整个斜齿齿轮部分置于动模板，将整个直齿部分置于定模板。图4.10 成型型腔布置斜齿齿轮的斜齿面在推出动作时会与模具体相互干涉，如何解决这个问题，是决定本次设计成败的关键。本次设计给出的解决方案是，首先在动模板上设置镶块来成型齿轮侧面。斜齿的齿面由一个可旋转的外齿圈（自制零件）来成型，如图：图4.11 斜齿成型外圈斜齿外圈的下底面和动模板镶块相接触，并定位。二者之间在顶出动作时，会发出相互运动，为了减小摩擦，在二者相互接触的面上，标示了较低的表面粗糙度。由于斜齿外齿圈的加工方法的限制，结合本次设计的要求，这个零件被设计成了通孔。要想使这个齿轮外圈能够自如旋转，在其外侧还必须配合轴承。本次设计选用的轴承编号为61814，轴承底部与斜齿成型外圈的肩部配合，防止轴承脱落。除此之外，轴承外圈也需进行定位，而且本段落前文提到的各个零件并没有固定在动模板上。因此还需要设计一个将轴承进行定位，并且能把各零件固定在动模板上的部件。如图：图4.12 动模板固定件动模板固定件内壁与轴承的外圈相互配合，并对轴承进行定位。动模板的外圈与动模板相互配合。这样，整个动模板型腔内的各个零件，均可定位。动模板固定件上设置了螺钉孔，可以与动模板进行联接。而且由于轴肩的存在，可以压住轴承，可以保证在模具工作时，动模板型腔内部各部件不至于松动脱落。再设计的最初阶段，动模板固定件我设计成了方形。我的想法有二，方形既方便定位，而且可以在动模板的型腔的四个角上铣出小孔，方便动模板型腔内的各零件的安装和拆卸。如图：图4.13 原动模板在老师的建议下，我将方形的结构改成了圆形结构，并且缩小了整个旋转机构的尺寸。这样比较符合经济性要求。圆形结构不利于于型腔内部各零件的安装与拆卸。我提出的第一个解决方案是，在圆形型腔的外壁也铣出若干类似于方形型腔四个角的圆孔。但再和老师进行讨论后，感觉这样做会破坏型腔的强度，而且这种小孔未必真的能够方便型腔内部零件的安装拆卸。于是，我改成了在动模板型腔的底板上钻取两个对称布置的圆孔，在需要拆卸零件时，可以通过这两个小孔将零件推出，如图：图4.13 修改后的动模板 图中竖直方向上的两个螺纹孔用于固定动模板固定件。水平方向对称的两个光孔，是为了方便拆卸型腔内部零件设置的。4.5.3 推出机构设计首先，本次设计中的零件重量轻，体积小。推杆完全可以推出整个零件。其次，斜齿部分推出时需要有轴承和相对应的镶块做配合。所以，占用空间较小的推杆更适合本次的设计。所以本次设计中，我采用推杆推出零件。图4.10 推杆推出机构为了使推出零件在合模后能回到原来的位置，推出机构中常还设有复位杆。复位杆必须与推杆固定在同一块板上，其长度必须一致，分布必须均匀，端面要与所在动模的分型面齐平10。4.6 温度调节系统为了提高冷却系统的效率和使型腔表面温度均匀，在冷却系统的设计中应遵循如下原则：1）在模具设计时应先考虑冷却系统的设计，再设计脱模机构2）对于简单模具，可先设定冷却水出、入口的温差，然后分别计算冷却水的流量、冷却管道直径与长度、保证湍流的流速以及维持该流速所需的压力降。3）精密模具中冷却水出入口温差应在2以内，普通模具应在5以内。4）当模具仅设一个入水接口和一个出水接口时，应将冷却管道串联连接。5）尽可能采用小径多管道的冷却通道。6）普通模具尽可能采用常温水冷却。7）根据模具结构设计冷却管道的位置、中心距。8）冷却管道到型腔壁的距离尽量保持一致。9）进、出口水管接头应尽可能设置在模具的同一侧。取模具的平均工作温度40，用常温20的水做模具冷却介质，其出口温度为25，产量为0.5套/分钟。W为单位时间内注入模具型腔中的塑料重量（kg/h）；N为每小时注射次数；G为每次塑料的注射量（kg）；Q1为单位重量的塑料制品从进入型腔开始到冷却结束时所放出的热量。POM熔体温度取340，平均脱模温度取60，查表得单位热流量之差Q1为340kJ/kg，所以单位时间里模具型腔内的总热量Q（kj/h）为Q=WQ1=NGQ1=300.00979180=99.86kj由冷却水带走的热量Q2约占总热量的95%， Q2=Q95%=99.8695%=94.87kj则模具冷却时所需要的冷却水的体积流量为qv=Q2cout-in=94.874.183100025-20m3/h=4.5410-3m3/h 查表取冷却水的流速为0.5m/s，模具共设置6条冷却水道，每条水道直径为8mm，足以确保对模具体的温度调节11。 d=4qv6v360010-6mm=44.5410-363.140.5360010-6mm=0.84mm86mm时，按刚度计算，当r86mm，使用强度度计算公式进行校核。式中：p为型腔内的熔体压力；E为弹性模量（钢材取2.1105MPa）；r为型腔半径；为泊松比（钢材取0 .25）；位型腔内半径的允许增大量，所以：Sr-2p-1=55160160-245-1=62.36mm67mm时，按刚度计算，当r67mm时，按强度计算。这里，我们依旧对110mm的孔底板厚度进行校核：因为55mm67mm，所以采用强度校核。代入数据，可得：S1.22pr28=1.22455528160=11.39mm14mm所以，侧壁厚度、底板厚度均满足要求。另外，本次设计中动模板与定模板尺寸相仿，尺寸校核与定模板一致，可根据上文中的式子和给出的动模板尺寸图中得知，动模板的尺寸校核是合格的。图6.2 动模板具体尺寸6.2 定距拉杆的长度确定本次设计中，应用定距拉杆来控制模具的开模顺序。下面就定距拉杆的长度进行计算校核。在模具开模时，由于弹簧和拉料杆的作用，模具会首先在脱流道板和定模板之间打开。当大定距拉杆与定模板接触时。定模板受到拉力，但这个力还不足以拉开尼龙扣。这时，拉料杆从流道中脱出，模具从定模固定板和脱流道板之间打开。当小定距拉