电子节气门传动齿轮注塑模设计.doc

工工 学学 院院 毕毕 业业 设设 计 计 论论 文文 题 目 电子节气门传动齿轮注塑模型 专 业 机电技术教育 班 级 06 级 2 班 姓 名 何 瑞 瑞 学 号 2006644203 指导教师 宛 传 平 日 期 2010 年 5 月 18 日 目目 录录 摘要 1 关键字 1 1 绪论 2 2 工艺方案的选择 4 2 注射成型制品的分析 4 2 ABS 的注射工艺参数 4 2 齿轮的技术要求 5 2 传动齿轮的工艺性分析 5 3 注射机型号的确定 6 3 1 型腔数目的确定以及分型面的选择 6 3 2 注射机的选择 7 3 3 注射机有关参数的校核 8 4 浇注系统的设计 9 4 1 浇注系统的布置 9 4 2 流道系统的设计 9 5 模架的选择和标准件的选用 14 5 1 模架的选择 14 5 2 标准件的选用 15 6 成型零件设计和工作尺寸的计算 17 7 脱模推出机构和复位机构设计 21 7 1 脱模推出机构设计 21 7 2 复位机构的设计 22 8 排气方式的设计 22 9 冷却和加热系统的设计 23 9 1 冷却系统的设计 23 9 2 加热系统的设计 25 10 定位机构的设计 25 10 1 合模导向机构的设计 25 10 2 导向机构的总体设计 26 10 3 导柱设计 26 10 4 导套设计 26 11 模具工作过程 27 12 Pro E 三维图展示 29 致谢 31 参考文献 32 Abstract 33 Keywords 33 1 电子节气门传动齿轮注塑模型电子节气门传动齿轮注塑模型 摘要摘要 本文主要讲述了机械零件齿轮类注射模的设计过程 作为电子节气门的机械零件 传 动齿轮要求有良好的经济性并能实现批量生产 在实际生产中 为提高生产效率常采用一模多腔 模具来生产中 小型塑料制件 通过对电子节气门传动齿轮的技术要求进行工艺分析 采用一模 两腔结构 从而满足生产的批量需要 选择合适的标准模架 确定注射机型号 完成模具浇注系 统 成型零部件 温度调节系统 排气系统 脱模机构 合模导向和定位机构的设计 并对型芯 型腔 动模板 定模板 动模座板 定模座板 推件板进行机加工工艺设计 关关键键字字 注射模 工艺 分型面 注射模具 ABS 2 1 1 绪论绪论 从 20 世纪 80 年代初开始 发达工业国家的磨模具工业已从机床工业中分离出来 并 发展成为独立的工业部门 其产值已超过机床工业的产值 改革开放以来 我国的模具工 业发展也十分迅速 模具行业的快速发展是使我国成为世界制造大国的重要原因 尽管我国模具工业有了长足的进步 部分模具已达到国际先进水平 但无论是数量还 是质量仍满足不了国内市场的需要 每年仍需进口 10 多亿美元的各大类型 精密 复杂模 具 与发达国家的模具工业相比 在模具技术上仍有不小的差距 所以 我们模具行业应 在各方面进行不断的技术创新 以缩小与国际先进水平的距离 模具的类型较多 按照成形件材料的不同可分为冲压模具 塑料模具 锻造模具 压 铸模具 橡胶模具 粉末冶金模具 玻璃模具和陶瓷模具 在模具工业的总产值中 冲压 模具约占 50 塑料模具约占 33 压铸模具约占 6 其他各类模具约占 11 冲模 塑料 注射模和压铸模是其中应用最为广泛的三类模具 塑料注射模是一种用来生产塑料零件的模具 它被安装在塑料注射机上 由塑料注射 机将塑料颗粒融化成热熔体 经过合模 高压注射 保压冷却定型 开模 推出制件等工 序 获得所需的塑料零件 近十年来 由于塑料具有的良好特性 使得塑料零件获得越来 越广泛的应用 塑料模已成为广泛使用的一类模具 随着模具工业规模的不断扩大 我国的模具技术水平也有较大的提高 已能制造体现 现代模具设计制造水平的大型 复杂 精密的模具 部分模具达到了国际先进水平 如在 冲模方面 我国的模具企业已能制造部分轿车的大型覆盖件模具 以及用于生产电机定转 子叠片 接插件 电子零件的精密复杂连续模 在塑料模方面 已能制造 48 大屏幕彩电 塑壳模具 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具 并开始 使用先进的热流道和气体辅助注射成形技术 在压铸模方面 已能制造自动扶梯真题梯级 压铸模 汽车发动机缸体压铸模及汽车后轿齿轮箱压铸模等复杂的模具 经济的发展使人们的生活水平得到了提高 汽车逐渐走进了人们的家庭 众所周知 汽车所有部件并非一家企业生产 大批量的汽车零件需要从供应商运输到汽车企业 电子 节气门作为汽车的重要零件 控制发动机的进气流量 决定发动机的运行工况 其中传动 齿轮起到了非常重要的作用 电子节气门的研究工作起源于 20 世纪 70 年代 80 年代开始有产品问世 近 10 年来 国外对电子节气门的研究取得了非常迅速的发展 发展趋势可总结为 在控制策略上由线 性控制发展为非线性控制 由辅助电子节气门发展为独立的电子节气门系统 从单一的控 制功能发展到集成多种控制功能 兼顾提高动力性 经济性 操纵稳定性 排放性和乘坐 舒适性 目前 国外多家公司已对电子节气门系统作了深入的研发 比如德国 Bosch Pierburg 美国 Delphi Visteon 日本 Toyota Hitachi Denso 意大利 Marelli 等已推出系列化产品应用于各种品牌的中高档轿车 虽然国内某些轿车 如 3 POLO 也配备了电子节气门系统 但目前对 ETC 还没有系统深入的研究 也没有成熟的产 品 因此对电子节气门的研究生产就显得尤为重要 电子节气门系统的研发已有了很大的进步 但在技术上仍不成熟 因此应用也并不十 分广泛 但是电子节气门系统对提高车辆动力性 经济性 安全性 乘坐舒适性 降低排 放有重大意义 在 21 世纪新能源开发和电控技术飞速发展的形势下 随着生产成本下降以 及排放要求不断提高 电子节气门系统的普及使用将成为必然 尽管注射模具设计和制造的技术难度较高 但由于注射成型方法有其他塑料成型方法 无法取代和比拟的优点 注射成型已得到了较广泛的应用 注射模设计应保证合理注塑工 艺的实施 具有先进的结构 既有良好的可操作性 可靠性和完整性 又有零件的良好的 可加工性 并便于装配和修模 汽车工业已经成为塑料齿轮发展最快的一大领域 这一成功的变化是令人鼓舞的 汽 车制造厂商正努力寻找各种汽车驱动的辅助系统 他们需要的是马达和齿轮等而不是功率 液压或者电缆 这种变化使得塑料齿轮深入应用到很多应用领域 从升降门 座位 跟踪 前灯到刹车传动器 电动节气门段 涡轮调解装置等 塑料齿轮在过去的 50 年里经历了从新型材料到重要的工业材料的一个变化历程 今天 它们已经深入到许多不同的应用领域中 如汽车 手表 缝纫机 结构控制设施和导弹等 起到传递扭矩和运动形式的作用 除了现有的应用领域以外 新的 更难加工的齿轮应用 领域将不断的出现 这种趋势还在深入发展中 塑料动力齿轮的应用进一步拓宽 在一些大尺寸要求的应用领域 塑料齿轮经常用来 替代金属齿轮 如使用塑料的洗衣机传动装置等 这改变着齿轮在尺寸上的应用限度 塑 料齿轮也应用到其它很多领域 如通风和空调系统 HVAC 的减振驱动器 流动设施中的阀 门传动 公共休息室中的自动冲扫器 小型航空器上用的控制表层稳定的动力螺旋器 军 用领域中的螺砣仪以及操纵装置 由于塑料齿轮成型上的优势以及可以成型更大 高精度和高强度的特征 这是塑料齿 轮得以发展的一个重要原因 早期的塑料齿轮发展趋势一般是跨度小于 1 英寸 传输能力 不超过 0 25 马力的直齿轮 现在齿轮可以做成许多不同的结构 传输动力一般为 2 马力 直径范围为 4 6 英寸 预测到 2010 年 塑料齿轮成型直径可以达到 18 英寸 传送能力可 以提高到 10 马力以上 如何设计出一个齿轮构型 在传送动力最大化的同时让传送错误和噪音最小化 还面 临着很多难题 这就对齿轮的同心性 齿形以及其它的特性提出了很高的加工精确要求 某些斜齿轮 可能需要复杂的成型动作来制造最终的产品 其它的齿轮在较厚部分需要使 用芯齿来减少收缩 虽然很多成型专家使用了最新的聚合材料 设备和加工技术达到了生 产新一代塑料齿轮的能力 但是对于所有的加工者来说 将面临的一个真正的挑战是如何 配合制造这种整个高精度产品 虽然我国模具工业的技术水平在近几年里已取得了很大的进步 但总体上与工业发达 的国家相比仍有较大的差距 尽管与发达国家的模具技术仍存在差距 但我国注塑模技术 4 应用越来越广泛 本论文将对传动齿轮塑料件进行注射模的设计 使之能批量化生产 满足汽车零件传 动量需要 在设计齿轮注塑模的时候 我们采用一模多腔 充分发挥注塑机的效力 提高 生产率 从而得到良好的经济效益 在设计时 我们也可改进生产工序 以确保产品的最终质量和尺寸精度 当然 在保 证质量的同时 也要注意其经济实用性 以满足运输过程的大量需要 2 各种模具主要类型有 冲模 锻摸 塑料模 压铸模 粉末冶金模 玻璃模 橡胶模 陶瓷模等 除部分冲模以外的上述各种模具都属于腔型模 因为他们一般都是依靠三维的 模具型腔型 是材料成型 2 2 工艺方案的选择工艺方案的选择 塑料齿轮由于噪音低 惯性小 耐腐蚀 成型工艺好 成本低 具有自滑润性能 因 此广泛应用于仪器仪表和各种家用电器的机械传动中 2 注射成型制品的分析 产品名称 电子节气门传动齿轮 产品材料 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 ABS 是三元共聚物 因此兼有三种元素的 共同性能 使其具有 坚韧 质硬 刚性 的材料 ABS 树脂具有较高冲击韧性和力学强 度 尺寸稳定 耐化学性及电性能良好 易于成型和力学加工等特点 在机械工业系统中 用来制造凸轮 齿轮 泵齿轮等 因此在此采用 ABS 进行设计 塑件如零件图所示 图 1 1 零件三视图 2 ABS 的注射工艺参数 5 成型机类型 螺杆式 喷嘴形式 直通式 脱模斜度 40 1o30 喷嘴温度 170 180 密度 1 03 1 07 克 立方厘米 收缩率 0 3 0 8 预热温度 80 85 预热时间 2 3h 料筒温度 后段 150 170 中段 165 180 前段 180 200 模具温度 50 80 注射压力 60 100MPa 成形时间 注射时间 20 90s 保压时间 0 5s 冷却时间 20 120s 总周期 50 220s 螺杆转速 30r min 适应注射机类型 螺杆式 柱塞均可 后处理方法 红外线灯 烘箱 温度 70 时间 2 4h 2 齿轮的技术要求 电子节气门传动齿轮 材料为丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 ABS ABS 的基本特性 是 呈微黄色 无毒 无味 用 ABS 成型的塑料件有较好的光泽 ABS 有较好的抗冲击强 度 且在低温下也不迅速下降 它还有良好的机械强度和一定的耐磨性 耐寒性 耐油性 耐水性化学稳定性和电气性能 ABS 的成型特点是 在升温时粘度增高 故成型压力较高 塑料上的脱模斜度宜稍大 ABS 易吸水 成型加工前应进行干燥处理 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 在正常的成型条件下 壁厚熔料温度及 收缩率影响极小 要求塑件精度高时 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 所以轴座模具温度可控制在 60 80 所以选择这种材料完全符 合要求 3 2 传动齿轮的工艺性分析 机械零件传动齿轮结构的合理性 工艺性直接关系到其成型模具结构 类型 生产周 期与成本 只有符合模具工艺要求的塑料制品的设计 才能顺利的成型 确保内在与外观 的质量要求 达到高效率生产和低成本目的 在设计时应充分考虑这些因素 分析传动齿轮的结构特点可知 该塑件结构较为复杂 塑件表面为规则几何面 要选 择从塑件的最大截面处 即塑件底面 分型 塑件体积较小 因此如何正确设计浇注系统 脱模机构及冷却系统是该模具设计的主要问题 机械零件传动齿轮的工艺性分析主要从以下几个方面出发 6 2 4 12 4 1 齿轮的脱模斜度齿轮的脱模斜度 为保证塑件很好的脱模 塑件应有一定的脱模斜度 最小脱模斜度与塑料性能 收缩 率的大小 塑件的几何形状有关 材料质脆 硬的 脱模斜度要求大 本塑件内的 30mm 的内表面 38mm 的外表面与 8mm 的内外表面均有脱模斜度 脱模斜度均为 45 2 4 22 4 2 齿轮的壁厚齿轮的壁厚 塑料制品应该有一定的厚度 这不仅是为了塑料制品本身在使用中有足够的强度和刚 度 而且也是为了塑料在成型时有良好的流动状态 齿轮壁厚受使用要求 塑料材料 ABS 的性能 其几何尺寸以及成型工艺等众多因素的 制约 根据成型工艺的要求 应尽量使制件各部分壁厚均匀 否则成型后会因收缩不均匀 而使制品变形或产生缩孔 凹陷烧伤或者填充不足等缺陷 热塑性塑料的壁厚应控制在 1mm 4mm 之间 太厚会产生气泡和缺陷 同时也不易冷却 该齿轮塑件的壁厚为 2mm 而且 均匀 故符合成型工艺要求 2 4 32 4 3 齿轮的收缩率齿轮的收缩率 塑料经过成型后所获得的制品从热模具中拿出来后 因为冷却及其它原因而引起尺寸 减少或者体积收缩的性质即塑料的收缩性 收缩性是每一种塑料的固有特性之一 它因塑 料种类以及模具条件的不同而不同 为使塑件产品符合图纸要求 在设计模具时 对于收缩性总是可以补偿的 但现在的 资料还不足以使设计精确的估计塑料各个部位的收缩程度 对于收缩率本身的复杂程度及 造成收缩的诸多原因间的相互关系 还需进行研究 但从前总结的经验可知 影响收缩率 的因素大致可分为塑料的性质 塑件结构 模具结构 成型工艺条件等几方面 4 2 4 42 4 4 圆角圆角 在塑件设计过程中 为了避免应力集中 提高塑件强度 改善塑件的流动情况及便于脱模 在塑件 的各面或内部连接处 应采用圆弧过渡 另外 塑件上的圆角对于模具制造和机械加工及提高模具强度 也是有利的 本塑件中未注圆角为 R1 R2 3 3 注射机型号的注射机型号的确定确定 3 1 型腔数目的确定以及分型面的选择 型腔数目的确定主要参考以下几点来确定 1 根据经济性确定型腔数目 根据总成型加工费用最小的原则 并忽略准备时间试生产 原材料费用 仅考虑模具加工费和塑件成型加工费 2 根据注射机的额定锁模力确定型腔数目 当成型大型平板制件时常用这种方法 3 根据注射机的最大注射量确定型腔数目 根据经验 在模具中每增加一个型腔 制品 尺寸精度要降低 4 对于高精度制品 由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件一致 故型 腔数目不超过 4 个 ABS 塑料制品的成型周期为 40 70s 考虑到端齿盘塑件的体积较小 取其成型周期为 T 50s 型腔数设为 2 模具将其设计成一模二腔 7 如何确定分型面 需要考虑的因素比较复杂 由于分型面受到塑件在模具中的成型位 置 浇注系统设计 塑件的结构工艺性及精度 嵌件位置形状以及推出方法 模具的制造 排气 操作工艺等多种因素的影响 因此在选择分型面时应综合分析比较 从几种方案中 优选出较为合理的方案 选择分型面时一般应遵循以下几项原则 1 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 2 便于塑件顺利脱模 尽量使塑件开模时留在动模一边 3 保证塑件的精度要求 4 满足塑件的外观质量要求 5 便于模具加工制造 6 对成型面积的影响 7 对排气效果的影响 8 对侧向抽芯的影响 其中最重要的是第 2 和第 5 第 8 点 为了便于模具加工制造 应尽可能选择平直分 型面工易于加工的分型面 分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在后模一边 这样有 助于后模设置的推出机构动作 5 由以上选择分型面原则 在塑件的最大投影面上开设分型面 3 2 注射机的选择 3 2 13 2 1 计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量 通过 Pro E 建模分析 塑件体积 V1为 6 71cm ABS 的密度 1 05 g cm3 塑件质量 3 m1 V1 6 71 1 05 7 05g 流道凝料的质量 m2还是个未知数 可按塑件质量的 0 6 倍来 估算 从上述分析中确定为一模二腔 所以注射量为 m 1 6nm1 1 6 2 7 05 22 56g 3 2 23 2 2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算 流道凝料 包括浇口 在分型面上的投影面积 A2 在模具设计前是个未知值 根据多型 腔模的统计分析 A2是每个塑件在分型面上的投影面积 A1的 0 2 倍 0 5 倍 因此可用 0 35nA1来进行估算 所以总投影面积 A nA1 A2 nA1 0 35nA1 1 35nA1 1 35 2 1492 25 4029 08mm2 式中 A1 d 43 6 2 1492 25mm2 4 2 4 14 3 因为 d 38 2 8 2 43 6mm 锁模力 Fm Ap型 4029 08 35 141017 97N 141 02kN 8 式中型腔压力 p型ABS 料一般型腔压力为 20 40Mpa 此处取 35Mpa 因是薄壁塑件 而且有 精度要求不是很高 1 3 2 33 2 3 根据塑件质量和锁模力来选择注射机根据塑件质量和锁模力来选择注射机 注射机的最大注射量 额定注射量 G 和额定锁模力 Fm 应满足 G m 22 56 0 75g 30 08g 其中 注射系数 在此取 0 75 F Fm 141 02kN 根据以上分析 采用一模二腔的模具结构 考虑塑件的结构 塑件的材料 塑件的注 射成型工艺 以及模架限制 选择的注射机为上海第一塑料机械厂生产的 SZ100 630 型注 射机 见表 2 1 表 3 1 SZ100 630 型注射机主要技术参数 数据类型数据值 数据类型数据值 理论注射容量 cm3 75 顶出形式 中心液压顶出 两侧顶杆机械顶 出螺杆转速 30r min 螺杆直径 mm 30 拉杆内间距 mm 370 320 注射压力 Mpa 224 移模行程 mm270 注射速率 g s 60 最大模厚 mm300 塑化能力 g s 7 3 最小模厚 mm100 螺杆转速 r min 14 200 定位孔直径 mm125 喷嘴球半径 mm 15 喷嘴孔直径 mm5 锁模方式 双曲肘 后处理方法 红外线灯 烘箱 温度 70 时 间 2 4h 适应注射机类型 结构形式 螺杆式 柱塞均可 卧式 锁模力 kN 630 3 3 注射机有关参数的校核 1 型腔数量的校核 1 由注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数 n n 1 2 3600 m mkMt 上式右边 4 67 2 型腔数校核合格 式中 k 注射机最大注射量的利用系数 一般取 0 8 M 注射机的额定塑化量 9 t 成型周期 取 50s 2 按注射机的最大注射量校核型腔数量 n 1 2 m mKmN 上式右边 3 31 2 符合要求 式中 m 注射机允许的最大注射量 g 或 cm3 该注射量为 75cm3 N 2 注射压力的校核 pe k p0 1 3 140 182MPa 而 pe 224Mpa 注射压力校核合格 式中 k 注射压力安全系数 一般取 k 1 25 1 4 此处取 1 3 P0 因注射条件是难流动的薄壁窄浇口件 注射条件为 130 150Mpa 此处 取 140Mpa 3 锁模力校核 F k0Ap型 1 15 115 74 133 10kN 而 F 630kN 锁模力校核合格 k0 锁模力安全系数 一般取 k0 1 1 1 2 此处取 1 15 4 根据塑件产量考虑 对试制或小批量塑件宜取单型腔或少型腔 大批量时宜取多型 腔 本塑件的产量为中等 综上所述 该塑件适合采用一模二腔结构较为合理 4 4 浇注系统的设计浇注系统的设计 4 1 浇注系统的布置 浇注系统控制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段 对塑件关系极大 多型腔模具的浇注系统由主流道 冷料井 分流道 浇口几部分组成 为确保塑件质量 浇注系统采用平衡式布置形式 从主流道末端到各型腔的分流道 其长度 断面形状和尺寸都对应相等 这种布置可使塑料熔体均衡的充满各个型腔 一起 出模的各塑件质量和尺寸精度的一致性好 4 2 流道系统的设计 4 2 14 2 1 主流道主流道 直浇口式主流道呈截锥体 主流道入口直径 d 应大于注射机喷嘴直径 1mm 左右 这 样便于两者能同轴对准 也使得主流道凝料能顺利脱出 主流道入口的凹坑球面半径 R 应该大于注射机喷嘴球头半径约 2 3mm 反之 两者不能很好的贴合 会上塑料熔体反喷 出现溢变致使脱模困难 锥孔壁粗糙度 主流道的锥角 过大的锥mRa 8 0 2 4 角会产生湍流或涡流 卷入空气 过小的锥角使凝料脱模困难 还会使充模时流动阻力大 比表面增大 热量损耗大 1 主浇道的各部分尺寸为 1 主流道小端直径 10 d 注射机喷嘴直径 0 5 1 5 1 6mm 2 主流道球面半径 R 喷嘴球头半径 1 2 mm 15 1 16mm 3 球面配合高度 h 3mm 5mm 取 h 3mm 4 主流道长度 尽量小于 60mm 由标准模架结合该模具的结构 取 L 30 25 55mm 5 主流道大端直径 D d 2Ltan3o 11 76mm 取 D 11 5mm 6 浇口套总长 L 30 25 h 2 60mm 2 主流道村套的形式 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触 属易损件 对材料要求较严 因而模具主 流道部分常设计成可拆卸更换的主流道村套形式即浇口套 以便有效地由 d 6mm R 16mm 取 H 1 3 2 5 R 6mm 由模具结构可得浇口套尺寸 如 3 mmr1 下图所示 11 图 4 1 浇口套 把定位圈与浇口套设计成两个零件的形式 以台阶的形式固定在定模板上 由于定位圈与注射机定 位孔存在间隙配合 所以取定位圈外径 125mm 浇口套与模板间配合采用 H7 m6 的过渡配合 浇口套 和定位圈采用 H9 f9 的配合 浇口套采用 B 型浇口套 定位圈采用 JIS 标准型定位圈 其设计规格以及 参数如下图所示 图 4 2 定位圈 4 2 24 2 2 分流道分流道 分流道是将从主流道来的塑料熔体沿分型面引入各个型腔的那一段流道 因此它开设 在分型面上 分流道的断面有圆形 半圆形 正六边形 梯形 矩形 U 字型等 其中圆 形 正六边形需要在动模和定模两边同时开槽组合而成 其余断面可只开在定模一边或动 模一边 传动齿轮注射模具采用的是一模二腔 在设计分流道时还要考虑到型腔的布置 其设 计的原则有 1 尽量保证各型腔同时充满 并均衡的补料 以保证同模种二个端齿盘塑件的性能 尺寸尽可能一致 12 2 各型腔之间距离恰当 应有足够空间排布冷却水道 螺钉等 并有足够截面积承受 注塑压力 3 在满足以上要求的情况下 尽量缩短流道长度 降低浇注系统凝料重量 4 型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注塑机锁模力的中心 一般在模板的中 心上 一模多腔模具分流面的布置有平衡式和非平衡式两种 只有平衡式才能同时满足以上 几点要求 适用于生产高精度的制品 所谓平衡式的布置是指 从主流道到各型腔的分流 道 其长度 截面形状和尺寸均对应相等 这种设计可达到各个型腔均衡的进料 在加工 时应保证各对应部分的尺寸误差控制在 1 以内 虽然传动齿轮不是高精度的塑件制品 但 还是把分流面布置成平衡式的 因为非平衡式的主流道到各个型腔的分流道的长度可能不 是全部对应相等 其成型工艺不易控制 7 图 4 3 流道布置 在传动齿轮注射模具中 要降低流动阻力 应使分流道尽量短且转弯少 此分流道的 断面尺寸要足够大 以降低压力损失和温度损失 缩短充模时间 进而生产出高质量的齿 轮塑件 但过大的流断面增加了浇注系统回头料重量 增加了回头料配用比例 不但多耗 能 而且会降低齿轮塑件的质量 此外 粗大的流道要求较长的冷却时间 延长了作业周 期 降低了机器的效益 它在分型面上的投影面积增大 减小了作用在制品上的有效锁模 力 因此 单方面的过多强调采用大流道来降低压力和温度损失是具有局限性的 分流道常见的断面形状有圆形 正六边形 梯形等数种 希望选取易于加工 且在流 道长度和流道体积相同的情况下流动阻力和热量损失都最小的断面形状 从减少热损失的 角度出发其比表面积 即单位体积所具有的表面积 约等于断面周长与断面面积之比 应 越小越好 从减少流动阻力的角度也有类似的结论 8 综合以上 并考虑到加工和脱模方便 分流道截面形状采用梯形截面 13 图 4 4 a 一级分流道横截面 图 4 4 b 二级分流道横截面 4 2 34 2 3 冷料井及拉料杆冷料井及拉料杆 冷料井除了具有容纳冷料的作用外 同时还具有在开模时将主流道和分流道的冷凝料 勾住 使其保留在动模一侧 冷料井一般设在主流道对面的动模板上 但齿轮模具有拉料 杆拉出冷凝料 故可将冷料井槽开设在型腔板上 根据模具注射需要 在主流道末端开设冷料井 冷料井开设如下图所示 图 4 5 冷料井的设置 拉料杆的杆脚固定在动模上 开模时将主流道凝料从定模中拉出 其后在脱模过程中 由推件板将其从拉杆成型头中推出 该模具采用 B 型的结构形式 如下图所示 14 图 4 6 拉料杆的设计 4 2 44 2 4 浇口的设计浇口的设计 浇口是指紧接流道末端将塑料熔体引入型腔的狭窄部分 主流道型浇口以外的各种浇 口 其断面尺寸都比分流道的断面尺寸小得多 长度也很短 其着调节料流速度 控制补 料时间等作用 模具设计时 浇口的位置及尺寸要求比较严格 初步试模后还需进一步修改浇口尺寸 无论采用何种浇口 其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大 因此合理选择浇口的开 设位置是提高质量的重要环节 同时浇口位置的不同还影响模具结构 总之要使塑件具有 良好的性能与外表 一定要认真考虑浇口位置的选择 通常要考虑以下几项原则 1 尽量缩短流动距离 2 浇口应开设在塑件壁厚最大处 3 必须尽量减少熔接痕 4 应有利于型腔中气体排出 5 考虑分子定向影响 6 避免产生喷射和蠕动 7 浇口处避免弯曲和受冲击载荷 8 注意对外观质量的影响 9 考虑以上原则 又由于模具结构为两板式 且为一模二腔 塑件较小且薄 故采用侧 浇口 侧浇口开设在主分型面上 截面形状易于加工和调整修正 浇口凝料易切除故对塑 件外观质量影响甚小 ABS 推荐的侧浇口尺寸如下表所示 表 4 1 ABS 推荐的侧浇口尺寸 壁厚 t mm 浇口宽 W mm 浇口深 h mm 浇口长 mm l 2 0 2 0 3 0 1 4 1 8 0 8 因为塑件壁厚为 2mm 故取浇口宽 W 2 0mm 深 h 1 6mm 长 0 8mm l 进行注塑时 使塑料熔体从横浇道流入型腔 利用模板配合间隙排气 使成型该零件更 加容易 15 5 5 模架的选择和标准件的选用模架的选择和标准件的选用 5 1 模架的选择 模架是模具的骨架 用模架将模具的各个部分联系在一起 对于注塑模具常常用通用 型的模架 其模架是标准的 可以在市场上够买 也可以自己设计 选择模架应从以下几 个方面考虑 1 塑件的结构尺寸 2 根据型腔的大小和布置方式 3 根据所选用模架的类型 将导柱 导套分布在合理的位置上 4 模具的大小主要取决于塑件的大小和结构 对于模具而言 在保证足够强度和刚度 的条件下 结构越紧凑越好 由于模具是一模二腔 采用单分型面模具结构 故选用的标准模架为 GB T12556A 型 4 又由二个型腔的排列方式以及使用模板面积和避免浪费 选用标准模架的系列 模 L 200 板规格为 模架参数为 L 250mm Lt 206mm LT 210mm L 146mm Lm 232mm 250200 M 图 5 1 模架250200 5 2 标准件的选用 16 5 2 15 2 1 动模板和定模板的选用动模板和定模板的选用 对于中小型模具的动定模设计 只要模板的有效使用面积不大于其长度和宽度的 60 使用深度不超过其长度的 10 时 可以不必通过计算来校核其强度 模板的有效使用 面积 S114mm 模板的使用深度为 25mm 而模板长度的 10 为 250 10 25mm 14mm 故由以上可知 动模和定模的强度满足 注射成型过程 考虑到组合式凹模 由整体式结构需要 选用的定模板规格为 A 50mm 又 因为凸模采用二个型芯分开 分别固定在动模板上 故选用的动模板规格为 B 32mm 由 A 50mm B 32mm 查表得到垫块规格 C 63mm 5 2 25 2 2 支承板的选用支承板的选用 支承板起着支撑动模板的作用 在成型的过程中 塑料熔体巨大的涨型力施加在动模 板上 而动模板紧靠着支承板 所以支承板的强度一定要能够承受成型的巨大压力 在选 用了模架后 为确保生产的安全性 必须对支承板进行校核 12 支承板的厚度计算公式 3 1 21 32 5 yBE llp LH 其中 H 支承板的厚度 cm L 支承板在垫块之间的跨度 cm P 型腔内压力 MPa L 凹模型腔长度 cm 1 L 凹模型腔宽度 cm 2 B 支承板在 L 方向上的长度 L cm 11 E 钢材的弹性模量 MPa Y 支承板允许最大弯曲变形 cm 在本设计中 121204040200cmmmL cmmml62 3 2 36 1 cmy005 0 cmmml62 3 2 36 2 支承板选用碳结构钢 45 MPaxE 5 101 2 MPap30 cmB20 故支承板的厚度 H 30mm 而标准模架的支 承板厚度为 32mm 故满足设计要求 5 2 45 2 4 导柱和导套的选用导柱和导套的选用 导向机构主要用于保证动模和定模两大部分或模内其他零部件之间准确对合 起定位 和定向作用 在设计导柱导向机构时 要注意以下几点 1 导柱应合理均匀地分布在模具分型面的四角 导柱至模具边缘应有足够的距离 2 导柱的直径应参考标准模架 导柱的布置方式采用等直径导柱不对称布置或不等直 17 径导柱对称布置方法 3 导柱的直径视模具大小而定 但必须具有足够的抗弯强度 且表面要耐磨 芯部要 坚韧 4 导柱的长度应高出型芯端面防止错误定位时型芯进入型腔 5 导柱的端面常设计成锥型或半球形 便于导柱顺利地进入导向孔 6 导柱设置一般情况下设计在动模一侧 特别情况下也可设计在定模一侧 7 导柱的导滑部分的配合为 H7 f7 8 导柱的配合精度 导柱和导向孔通常采用间隙配合 而与安装孔采用过渡配合 配 合部分粗糙度为 R 0 8 同时注意 要采用适当的固定方式防止导柱从安装孔中脱出 m 13 标准模架里对导柱 导套的规格已有说明 故直接采用 取模板的推荐导柱尺寸 20mm 依国家标准 GB4169 4 84 带头导柱直径 mmd 020 0 041 0 20 mmd 015 0 002 0 1 20 mmD 0 2 0 25 mmS 0 1 0 6 mmL 0 5 1 90 mmL 0 1 0 21 40 采用带头导套 I 型 mmd 021 0 0 20 mmd 015 0 002 0 1 28 mmd 040 0 061 02 28 mmD 0 20 0 32 mmD 20 0 10 0 3 20 mmd 020 0 041 04 28 mmS 0 10 0 6 mmR1 mmL50 mmL32 1 5 2 55 2 5 定座模板和定模座板的选用定座模板和定模座板的选用 定模座板是模具与注射机连接固定的板 选用规格为 250mm 250mm 厚 25mm 材料为 45 钢 通过 4 个 M10 的内六角圆柱螺钉与定模固定板连接 定位圈通过 4 个 M6 的内六角圆柱 螺钉与其连接 定模座板与定位圈为 H8 f8 配合 动模座板采用规格为 180mm 250mm 厚 25mm 材料为 45 钢 其上的注射机顶杆孔为 50mm 其上的推板导柱孔与导柱采用 H7 m6 配合 5 2 65 2 6 垫块的选用垫块的选用 垫块在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间 或是调节模具的总厚度 以 适应注射机的模具安装厚度要求此处采用 32mm 250mm 厚 63mm 垫块材料为 Q235A 也 可用 HT200 球墨铸铁等 该模具采用 Q235A 制造 5 2 75 2 7 推板和推板固定板的选用推板和推板固定板的选用 推板材料为 45 钢 选用规格为 130mm 180mm 厚 16mm 其上的推板导套孔与推板导 套采用 H7 k6 配合 用 4 个 M8 的内六角圆柱螺钉与推板固定板固定 推板固定板规格为 130mm 180mm 厚 12 5mm 材料为 45 钢 6 6 成型零件设计和工作尺寸的计算成型零件设计和工作尺寸的计算 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件 包括凹模 型芯 镶块 成型 杆和成型环等 成型零件工作时 直接与塑料接触 塑料熔体的高压 料流的冲刷 脱模 时与塑件间还发生摩擦 因此 成型零件要求有正确的几何形状 较高的尺寸精度和较低 的表面粗糙度 此外 成型零件还要求结构合理 有较高的强度 刚度及较好的耐磨性能 18 设计成型零件时 应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求 确定型腔的总体结构 选择分型面和浇口位置 确定脱模方式 排气部位等 然后根据成型零件的加工 热处理 装配等要求进行成型零件结构设计 计算成型零件的工作尺寸 对关键的成型零件进行强 度和刚度校核 10 6 16 1 凸模 凹模的设计凸模 凹模的设计 凹模用于成型塑件的外表面 按起结构的不同 可分为 6 种 1 整体式凹模 2 整体嵌入式凹模 3 局部镶嵌式凹模 4 大面积镶嵌式凹模 5 四壁拼合式凹模 6 拼块式凹模 虽然零件的几何形状相对比较规则 但由于是一模二腔 若做成整体式凸凹模 模具磨 损后更换费用较大 此外又由于整体式凸模 凹模加工困难 热处理不方便 同时为避免 消耗模具钢多 浪费材料 我们在设计凸模 凹模时选择组合式凸模 凹模结构 11 对于凹模 我们采用整体嵌入式 将二个型腔做在一个凹模上 这样可以保证模具的 精度 对于凸模 我们分开加工 做成二个单独的型芯 这样有利于加工和模具磨损后的 更换 由于型腔壁厚计算比较麻烦 在设计时参考矩形型腔壁厚的数据 表 6 1 壁厚数据 矩形型腔内壁短边 b mm 整体式型腔侧壁厚 s mm 4025 由型腔尺寸以及矩形型腔壁厚 并参考模具结构可以确定凹模 凸模的总体尺寸 其 总体尺寸如下图所示 19 图 6 1 型腔零件图 6 26 2 工作尺寸的计算工作尺寸的计算 在计算型腔和型芯工作尺寸之前 对塑件各重要尺寸应按机械设计中最大实体原则进 行转化 即塑件外形尺寸 名义尺寸 为最大尺寸 其公差 为负值 塑件的内腔尺寸 名义尺寸 为最小尺寸 其公差值 为正值 中心距尺寸为公称尺寸 其公差为正负 1 2 图 6 2 传动齿轮剖视图 在计算型腔和型芯工作尺寸之前 对塑件各重要尺寸应按机械设计中最大实体原则进 行转化 即塑件外形尺寸 名义尺寸 为最大尺寸 其公差 为负值 塑件的内腔尺寸 名义尺寸 为最小尺寸 其公差值 为正值 中心距尺寸为公称尺寸 其公差为正负 1 2 6 2 16 2 1 型腔径向尺寸型腔径向尺寸的计算的计算 根据 P166 8 18 24 得 LM 1 LS 0 5 0 75 mm S 式中 LM 型腔的径向尺寸 LS 塑件的径向尺寸 所用塑料的平均收缩率 ABS 为 4 S 0 0 0 0 55 0 2 8 03 0 S 塑件允许的公差值 z 模具的制造公差 当尺寸小于 50mm 时 z取 4 因 ABS 一般精度要求时采用 IT4 公差等级 根据塑料件尺寸公差 SJ 102 20 10628 38 型腔 0 13 所以 LM 1 0 55 38 0 6 0 13 0 13 4 38 13 0 0325 38 163 0 0 34 型腔 0 13 LM 1 0 55 34 0 6 0 13 0 13 4 34 11 0 0325 34 043 0 0 8 型腔 0 08 LM 1 0 55 8 0 6 0 08 0 08 4 7 996 0 02 8 016 0 004 0 6 2 26 2 2 型腔深度尺寸型腔深度尺寸的计算的计算 z Z sM HH S 0 0 65 0 5 0 1 式中 HM 型腔深度尺寸 mm HS 塑件高度尺寸 mm 其它符号意义同上式 HS 18 5mm 型腔 0 14 HM 1 0 55 18 5 0 5 0 14 18 53 4 14 0 035 0 HS 12 5mm 型腔 0 09 HM 1 0 55 12 5 0 5 0 09 12 52 4 09 0 0025 0 HS 6mm 型腔 0 07 HM 1 0 55 6 0 5 0 07 5 998 4 07 0 018 0 6 2 36 2 3 型芯径向尺寸型芯径向尺寸的计算的计算 根据 P167 8 19 24 得 0 1 Z xLL SMS 式中 L 型芯径向工作尺寸 mm M LS 塑件的径向尺寸 mm 其余符号意义同 P166 8 18 24 式 30 型芯 0 12 LM 1 0 55 30 0 6 0 12 30 24 4 12 0 03 0 21 6 型芯 0 07 LM 1 0 55 6 0 6 0 07 6 075 4 07 0 018 0 13 6 型芯 0 09 LM 1 0 55 13 6 0 6 0 09 13 73 4 09 0 0225 0 6 2 46 2 4 型芯高度尺寸型芯高度尺寸的计算的计算 根据 P168 8 21 24 得 0 65 0 5 0 1 z sM hh S 式中 hM 型芯高度尺寸 mm hs 塑件高度尺寸 mm hs 18 5 型芯 0 14 hM 1 0 55 18 5 0 5 0 14 0 14 4 18 67 0 035 hs 12 5 型芯 0 09 hM 1 0 55 12 5 0 5 0 09 0 09 4 12 61 0 0225 6 2 56 2 5 中心距尺寸的计算中心距尺寸的计算 根据 1 P168 8 22 得 C z 2 1 0 55 Cs z 2 式中 C 模具中心距尺寸 mm Cs 塑件中心距尺寸 mm 即 C z 2 1 0 55 24 2 24 13 z 2 7 7 脱模推出机构和复位机构设计脱模推出机构和复位机构设计 7 1 脱模推出机构设计 齿轮为外形尺寸较小 而且壁比较薄 所以采用推件板推出 在分型面处从齿轮塑件 的周边推出 推出力大且均匀 推出后外观上几乎不留痕迹 实际效果较好 然而 推件板会由于刚度不足而引起挠曲变形 影响塑件尺寸精度 因此 应按刚度 条件计算推件板的厚度 14 在脱模力的计算中 若 t 为塑件壁厚 为型芯的平均半径 则塑件为10 t rcp cp r 薄壁塑件 由于是矩形型芯 将 b 为矩形型芯断面的二边长度 作为其折算 bl rcp l 半径 20 4mm 10 故齿轮塑件属于薄壁塑件 bl rcp 2 10 t rcp 薄壁矩形塑件的脱模阻力计算公式为 22 7 1 8 f c EshK Q 1 式中 塑料材料的拉伸弹性模量 N E 2 mm 塑料的平均成型收缩率 s 塑料材料的泊松比 型芯的脱模斜度 型芯脱模方向高度 mm h 脱模斜度修正系数 f K 其中 7 2 cossin1 sincos f f K f 式中 塑件与钢表面之间的静摩擦系数 f 查表得 0 4 代入计算可得 0 38 f 1 f K 查手册得 2 N 0 006 14 3 mm 0 3 代入可得单个塑件的脱 E 3 10 2 mmsh 模力 NQc 6 102 由于塑件无封闭面 故 NQQ ce 4 4104 型芯底部为矩形 由矩形塑件推件板的厚度计算公式 mm 7 3 3 1 54 0 BE Q lT e S 式中 推件板的厚度 mm S T 推件板钢材弹性模量 2 1 N E 5 10 2 mm 脱模阻力 N e Q B 推件板宽度 推件板长度方向顶杆之间距离 l 推件板允许变形量 可取塑件高度尺寸公差的 1 10 1 5 mm 23 由模具结构得到 206mm B 200mm 代入可得 l1 052 0 5 1 5 1 mmTS12 5 而模架中的推件板厚度为 20mm 虽然在计算中未考虑推出拉料杆的力 但推件板厚度远大 于计算值 故满足设计需要 15 7 2 复位机构的设计 为避免侧向抽芯结构引起干涉 采用弹簧先复位机构复位 8 8 排气方式的设计排气方式的设计 当排气不良时将在塑件上形成气泡 银文 云雾 接缝 使表面轮廓不清 甚至冲模 不满 严重时在塑件表面产生焦痕 降低冲模速度 影响成型周期 形成断续注射 减低 生产效率 因此我们一般用以下的几种排气方法 1 排气槽排气 对于成型大中型塑件的模具 需排住的气体量多 通常都应开设排气 槽 2 分型面排气 对于小型模具 可利用分型面间隙排气 但分型面须位于容体流动末 端 3 拼镶件缝隙排气 对于组合的凹模或型芯 可利用其拼合的缝隙排气 4 推杆间隙排气 利用推杆与模板或型芯的配合间隙排气 5 粉末烧结合金块排气 6 排气井排气 在塑料熔体汇合处的外侧 设置一个空穴 使气体排入其中 也可以 获得良好的排气效果 7 强制性排气在封闭气体的部位 设置排气杆 由以上原则并考虑到端齿盘塑件较小 排气量不大 故可利用分型面的配合间隙排气 所以在此可以不设置排气槽 16 9 9 冷却和加热系统的设计冷却和加热系统的设计 9 1 冷却系统的设计 凹模管道回路采用外接直通式管道布置 凸模管道回路也采用外接直通式管道布置 冷却水从模具外部经冷却水管流入模具 途经型腔 型芯 带走大量的热能 使得模具循 环注射周期缩短 从而提高生产率 模具热量是伴随塑料熔体注射而进入 又在固化中释放 注射机的钢喷嘴传热是很少 量的 同时还有模具由于空气对流 模具热辐射所散发的热量以及传导给注射机台面的热 量相对于塑料熔体热量 都可以忽略不计 故计算冷却系统时采用简略计算方法 薄壁塑件制品的冷却时间 9 8 ln 2 2 0 2 2 w w k s t 24 1 式中 塑料的热扩散系数 ksmm 2 塑件的最大厚度 mm s 塑料熔体的注射温度 0 C 0 塑件的平均脱模温度 2 C 0 模具温度 w C 0 查表得 0 08 0 10 190 240 40 70 50 70 取 ksmm 2 0 C 0 w C 0 2 C 0 0 09 210 60 50 代入可得塑件冷却时间 t 11 6s ksmm 2 0 C 0 w C 0 2 C 0 热平衡的计算 在单位时间内熔体凝固时放出的热量应等于冷却水所带走的热量 因此有 9 211 1 c WQ qv 2 式中 冷却水的体积流量 v q 单位时间内 每分钟 内注入模具中的塑料重量 min W 单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量 KJ 1 Q 冷却水的密度 3 mkg 冷却水的比热容 1 c 0C kgkJ 冷却水的出口温度 1 C O 冷却水的入口温度 2 C O 可表示为 1 Q 9 4321 ucQ 3 式中 塑料的比热容 2 c CkgkJ o 塑料熔体的初始温度 3 C o 25 塑料制品在推出时的温度 4 C o 塑料的熔化质量焓 u kgkJ 查表得 ABS 的 3 1 4 0 1 Q 2 10 2 10kgkJ 由实际注射产能得 23 102 31005 1 50 6008 26