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机械毕业设计全套

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JX04-262@骨轮零件的注射模设计,机械毕业设计全套

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南京理工大学泰州科技学院 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者 : 李薇薇 学 号： 05010201 系 部 : 机械工程学院 专 业 : 机械工程及自动化 题 目 : 骨轮零件的注射模设计 指导者： 评阅者： 2009 年 6 月 张跃 助教 nts毕业设计说明书（论文）中文摘要 本 论文是根据实际的需要设计出骨轮的注射模。在设计中采用的是聚甲醛的塑料，成型的方式为一模两腔，分析了产品的工艺性，确定了塑料的工艺参数和设计方案，以及它的总体结构和具体结构，并进行了一些必要的尺寸计算和强度校核。本文还对分型面、浇注系统、侧抽芯机构、顶出机构、脱模机构和温度调节系统进行了分析设计，完成了模具三维设计和工程图设计。 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 ProE 进行塑料模具的设计方法和技巧，熟悉了工程应用设计。 关键词 注射模 塑料 成型 结构设计 nts毕业设计说明书（论文）外文摘要 Title The Design of Plastic Injection Mould of Gulun Abstract The present paper actual completes the plastic injection mould of gulun according to the practical necessary. Uses the POM plastic injection in the design to take shape, the formation way is a mold two cavities. The paper concretely studies product s technology capability, and determines the formation equipment and the designing concept. Else, it determines the gross construction, each effective range concrete structure and carries on some essential size computation and the intensity examination. The paper also designs the halving-profile, the irrigate system, shuck institution, temperature adjust system and other systems. Finally, it completes the triaxiality models and the schedule drawings of the mould. Through this design, we have applied the university period most foundations and the specialized knowledge, deeply studies the knowledge system, have mastered the methods and skills of designing plastic mould with ProE, and have been familiar with the project application design. Keywords Plastic injection mould Plastic Forming structure design nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 32 页 1 引言 1.1 塑料模具的现状及发展 模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各领域发展的重要基础工业之一。塑料模具是用于成型塑料的模具，它是型腔模具的一种类型。 1.1.1 国外模具技术发展及水平 模具是工业生产的基础工艺装备。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中， 60% 80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生产所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工方法所不能比拟的。模具生产技术水平的高低，己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志 。 近年来由于汽车、 建筑 、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要，推动了注射成型技术水平的发展 ， 主要表现在以下几个方 面： （ 1） 模具 CADCAMCAE技术 模具 CADCAMCAE 技术是模具技术发展的一个重要里程碑，实现了数字建模、产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全过程的一体化。随着模具生产中软、硬件技术的不断发展，采用 CADCAMCAE技术以实现模具设计与制造的一体化和建立模具制造柔性加工系统是模具设计和制造的发展方向。 （ 2） 高寿命和快速经济模具 为了适应大批量生产的需 要，研究人员正在从模具结构设计、模具材料及热处理、模具表面强化、模具制造等方面提高模具寿命。当前研究和应用模具钢（如仿美国生产的预硬钢 P20、国产的易切削预硬钢 5NiSCa 等）以及模具表面强化新技术，使塑料模具的精度和寿命大大提高。同时，为了适应多品种、少批量生产，开发快速经济模具越来越引起人们的重视。如各种超塑性材料制作的模具、中低熔点合金模具等。 （ 3） 微型化、超大型化和精密化 塑件的日趋大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔（如塑封模已达到一模几百腔）使模具日趋大型化。同时随着零件微型化以及模具结构 发展的要求，精密模具的精度已由原来的 5um 提高到 2um 3um，今后有些模具的加工精度公差要求在 1um以下，这就要求发展超精加工技术。 （ 4） 模具标准化和专业化生产 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 32 页 模具标准化和标准件的专业化生产是现代模具设计与制造的基础，是提高模具质量、缩短模具制造周期的根本措施，也是模具的发展方向。目前在工业技术先进的国家，中小型冲模、塑料注射模、压铸模等模具标准件使用覆盖率已达80 90。而我国只有 30左右，但已经制定了冲压模、塑料注射模及压铸模等模具的国家标准。在沿海工业发达的地区，模具制造企业已采用了国际通 用的模具标准及相应的标准件。 （ 5） 模具制造先进设备和技术 现在高速、精密、数控、自动化的模具加工设备更新发展很快，数控铣床、加工中心和各种数控电加工机床的广泛应用，对保证塑料模具的加工精度和缩短加工周期起了关键性的作用。同时，模具加工的新技术、新工艺不断涌现，如快速成型（ RPM）技术、高速铣削加工技术以及三维曲面模具研磨抛光工艺与技术等，都进一步促进了模具制造技术的发展。 （ 6） 高速扫描及数字化系统 英国雷尼绍公司的模具扫描系统，已在我国 200多家模具厂中得到应用，取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫 描到加工出期望的产品所需的诸多功能，大大缩短了研制制造周期（扫描速度最高可达 3m/min）。该系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用。随着模具高速扫描及数字化系统的发展，今后“逆向工程”和“并行工程”将得到更广泛的应用 1。 1.1.2 国内模具技术发展及水平 中国的模具企业大都是中小企业，从作坊式的企业成长起来，甚至目前仍有许多模具企业是作坊式的管理，在模具交货期、成本、质量的控制方面问题层出不断。面对激烈的市场竞争，落后的管理手段和水平，使模具企业中的管理和技术人员只有疲于奔命。因此，模具制造 企业要提高管理水平，具备快速反应和及时调整的能力，没有一套先进的管理系统实现管理的信息化是很难做到的。通过信息化建设，实现模具制造 。 所谓信息化的模具企业，就是在模具企业应用 INTERNET、 ERP等信息化技术，把模具企业上下游业务过程，技术沟通过程，以及模具企业内部业务管理过程，以 IT形式固定下来，最终提高模具企业的经营管理水平，提高模具企业运转的效率。 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 32 页 目前， CAD/CAM 技术的推广已由 “ 甩图板 ” 阶段跨入到了深化应用阶段。CAPP技术的应用，可以大大提高企业工艺编制的效率和准确性； PDM 系统的应用，可以 对产品开发数据进行有效的管理； MIS/ERP 系统的应用，则可以从根本上降低企业的成本，提高生产和管理效率 7,9。这些系统之间实现信息的集成和功能上的配合，并逐步实现企业的全面信息化，已成为 CAD/CAM技术深化应用的主题 , 是模具发展的第二次变革。 未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括： （ 1） 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平； （ 2） 在模具设计制造中广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术； （ 3） 大力发展快速制造成形和快速制造模具技术； （ 4） 在塑料模具中推广应用热流道技术 、气辅注射成型和高压注射成型技术； （ 5） 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； （ 6） 发展优质模具材料和先进的表面处理技术； （ 7） 逐步推广高速铣削在模具加工的应用； （ 8） 进一步研究开发模具的抛光技术和设备； （ 9） 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程； （ 10） 开发新的成形工艺和模具 2,3。 1.2 塑料注塑模具的设计步骤 1.2.1 塑件的工艺性分析 （ 1）塑件成型工艺性分析 塑件如图 1 所示。 图 1 塑件 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 32 页 名称：骨轮 材料：聚甲醛（ POM） 数量：大批量生产 要求：塑件外 侧表面光滑，塑件脱模斜度为 45。 （ a） 塑件材料基本特性 聚甲醛是继尼龙之后发展起来的一种性能优良的热塑性工程塑料，其性能不亚于尼龙，而价格却比尼龙低廉。聚甲醛树脂为白色粉末，经造粒后为淡黄色或白色，半透明有光泽的硬粒。 聚甲醛有较高的抗拉、抗压性能和突出的耐疲劳强度，特别适合于用于长时间反复承受外力的齿轮材料；聚甲醛尺寸稳定、吸水率小，具有优良的减摩、耐磨性能；能耐扭变，有突出的回弹能力，可用于制造塑料弹簧；常温下一般不溶于有机溶剂，能耐醛、酯、醚、烬及弱酸、弱碱，耐汽油及润滑油性能也很好，但不耐强酸； 有较好的电气绝缘性能。 聚甲醛的缺点是成型收缩率大，在成型温度下的热稳定性较差。 （ b） 塑件材料主要用途 聚甲醛特别适合于制作轴承、凸轮、滚轮、辊子、齿轮等耐磨传动零件，还可用于制造汽车仪表板、汽化器、各种仪器外壳、罩盖、箱体、化工容器、泵叶轮、鼓风机叶片、配电盘、线圈座、各种输油管、塑料弹簧等。 （ c） 塑件材料成型特点 聚甲醛的收缩率大；其熔融温度范围小，热稳定性差，因此过热或在允许温度下长时间受热，均会产生分解，分解产物甲醛对人体和设备都有害。聚甲醛的熔融或凝固十分迅速，熔融速度快有利于成型，缩短成型周 期，但凝固速度快会使熔料结晶化速度快，塑件容易产生熔接痕等表面缺陷。所以，在成型时注射速度要快，注射压力不宜过高。其摩擦系数低、弹性高，浅侧凹槽可采用强制脱出，塑件表面可带有皱纹花样 1。 （ 2）塑件成型工艺参数的确定 查相关手册得到 POM塑料成型工艺参数： 收缩率 1.2 3.0； 注射机类型 螺杆式； nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 32 页 螺杆转速 170r/min 180r/min； 料筒温度 前段 170。 C 190。 C，中段 170。 C 190。 C，后段 170。 C180。 C； 喷嘴温度 170。 C 180。 C； 模具温度 90。 C 120。 C； 注射压力 80MPa 130MPa； 保压压力 30MPa 50 MPa； 成型时间 注射时间 2s 5s，保压时间 20s 80s，冷却时间 20s60s。 1.2.2 绘制模具装配草图 模具装配图的设计应先从绘制装配图如手，根据塑件的具体情况，经过认真考虑、比较、初步确定出各部分的结构情况，最大限度地满足塑件的技术要求和模具的合理工艺性。 （ 1）确定分型面和浇口位置 及结构形式 分型面是塑件取出时和浇注系统分离的接触面。一般情况下我们在设计时应根据塑料的几何形状，尺寸精度要求，兼顾其浇口形式、脱模方式、嵌件位置以及排气条件、易清除飞边、便于加工等诸因素，通盘考虑设计。 模具设计中的一个重要环节就是浇口套的位置确定。浇口位置是保证浇注塑件快速和均匀的关键，所以我们要在保证塑件表面不受损伤的前提下，确定浇口主流道和分流道冷料穴的位置形状、大小及排气方法等，使注射时物料流畅，易于成型。且易于清除浇注塑料。 （ 2）确定成型零件的结构形式及安装方法 成型结构简式注射成型的核心部位 ，它直接影响塑件质量、加工的难易程度。选择合理的成型位置、结构见状形式，就是能使成型结构简在现有设备状况下，基本满足技术上的需要，易于加工、易于修改维修和更换。 （ 3） 选择成型设备 模具与注射机必须配套使用，根据塑件的具体情况，先选择注射机并进行模具设计。成型设备有两个重要参数。一是理论注射容量，另一个是在于注射方向相垂直的最大投影面积。根据这两个参数及可选用合适的成型设备。在选用时，nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 32 页 成型设备的两个参数应略大于这个模具所用塑料的体积以及他的投影面积，只有这样才能顺利成型。 其次还应注意以下几点： （ a） 测算 核实模板所受注射压力应小于注射机的锁模力； （ b） 模具的闭合高度应在注射机的最大闭合高度和最小高度之间； （ c） 模体外形尺寸能从注射机的拉杆空间安装； 应了解注射机的定位孔直径、喷嘴孔径及喷嘴球半径尺寸，使模具与之配套；模具采用的顶出方式应适应注射机的顶出方式和顶出距离，注射机的模板行程应满足在开模时能去除塑件时所需要的距离。 （ 4） 侧抽机构的确定 根据塑件侧壁凹凸槽结构选择合适的侧抽机构。 （ 5） 顶出机构的确定 定模动模分型后，侧抽芯也完成了抽芯动作。塑件落在动模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障碍 ，折实顶出机构在注射机顶杆的驱动下将成型塑件从动模中顶出。 （ 6） 确定温度调节方式 温度的控制直接影响了塑件成型的尺寸、质量、外观和效率，所以每个模具都必须尽可能好的设计温度控制部分，为了取得较好的冷却效果，对冷却回路应由良好的布局，如冷却回路的位置、尺寸形状等，并预先考虑流出足够的冷却水路的安装空间。 （ 7） 确定主要结构件的尺寸 通过以上问题的初步确定，即可勾画出模体的轮廓，这时应确定导向机构的导柱及顶出系统的复位以及必要的先复位等的结构形式和安装位置，以及各组合部分的连接形式及所必须的支承板、支承块等 4。 1.2.3 对零件进行造型设计并绘制工程图 装配草图绘制完成后，就应开始对各零件做详细的造型设计。工程图尽量按1： 1的比例画出，因为这样比较直观，容易发现问题，如果需要放大或缩小，必须严格按比例画出。按制图规划，正确标出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 32 页 最后，对模具进行装配并绘制装配图，编写设计说明书。主要零件绘制完成，对装配草图的自我检验和审定。即已存在的问题会充分暴露出来，经过改正修订后，描清并正式编号，标出模体的外轮廓尺寸以及模具的定位和安装尺寸。 1.3 课程任务要求 本课题是骨轮注 射模的设计。要求对骨轮进行测绘，并 完成其 CAD 三维造型设计。骨轮注射模要求一模两腔，并能自动脱模，实现自动化。完成该注射模具装配图设计，全部零件图纸设计，模具成型零件 CAD三维造型设计，以及完成该注射模具的制造工艺设计。 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 32 页 2 方案分析与设计 如下图所示，开模时沿 1分型面分型，由于滑块侧凹卡住塑件，致使塑件开模时停留在动模一侧， 凝料留在定模一侧。 推杆 3推动滑块 9的同时，抽出侧型芯 ，塑件自动脱落。 图 2 装配图 1-动模座板 2-推板 3-推杆 4-推杆固定板 5-支承板 6-垫块 7-型芯固定板 8-模套 9-滑块 10-弹簧顶销 11-定模座板 12-型芯 13-紧固螺栓 14-浇口套 15-型芯 16-弹簧 17-定距螺钉 18-中间板 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 32 页 3 注塑成型的准备 3.1 注塑成型工艺简介 注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性 ， 首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化 ， 使之成为粘流状态熔体 ，然后在柱塞或螺杆的高压推动下 ， 以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中 ， 经过 一段时间的保压冷却以后 ， 开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件 。 一般分为三个阶段的工作 ，如图 3所示。 图 3 注塑成型压力 时间曲线 （ 1） 物料准备 ： 成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于 脱模。 （ 2）注塑过程 ： 塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示 3所示。图中 T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（ T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值 P0。从时间 T1到 T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 32 页 段的时 间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从 T2到 T3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。 （ 3）制件后处理 ： 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变 坏，严重时会开裂。 故 有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种 5。 3.3 注塑机的选择 3.3.1 注塑机简介 1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机 ， 这是注塑成型工艺技术的一大突破 ， 目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的 30%； 注塑机的产量占整个塑料机械产量的 50%。 成为塑料成型设备制造业中增长最快 ， 产量最多的机种之一 。 注塑机的分类方式很多 ， 目前尚未形成完全统一标准的分类方法 。 常用的说法有 ： （ 1）按设备外形特征分类 :卧式 ,立式 ,直角式 ,多工位注塑机 ； （ 2）按加工能力分类 :超 小型 ,小型 ,中型 ,大型和超大型注塑机 。 此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类 ,但日常生活中用的较少 。 3.3.2 注塑机基本参数 注塑机的主要参数有公称注射量 ， 注射压力 ， 注射速度 ， 塑化能力 ， 锁模力 ，合模装置的基本尺寸 ， 开合模速度 ,空循环时间等 。 这些参数是设计 ， 制造 ， 购买和使用注塑机的主要依据 。 （ 1） 公称注塑量 ： 指在对空注射的情况下 ， 注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时 ， 注射装置所能达到的最大注射量 ， 反映了注塑机的加工能 力。 （ 2） 注 射压力 ： 为了克服熔料流经喷嘴 ， 浇道和型腔时的流动阻力 ， 螺杆(或柱塞 )对熔料必须施加足够的压力 ， 我们将这种压力称为注射压力 。 （ 3） 注射速率 ： 为了使熔料及时充满型腔 ， 除了必须有足够的注射压力外 ，熔料还必须有一定的流动速率 ， 描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 32 页 度 。 常用的注射速率如表 1所示 。 表 1 注射量 与 注射时间 的关系 注射量 /CM3 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率 /CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射时间 /S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 （ 4） 塑化能力 ： 单位时间内所能塑化的物料量 。 塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调 ， 若塑化能力高而机器的空循环时间长 ， 则不能发挥塑化装置的能力 ， 反之则会加长成型周期 。 （ 5） 锁模力 ： 注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力 ， 在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开 。 （ 6） 合模装置的基本尺寸 ： 包括模板尺寸 ， 拉杆 空间 ， 模板间最大开距 ，动模板的行程 ， 模具最大厚度与最小厚度等 。 这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围 。 （ 7） 开合模速度 ： 为使模具闭合时平稳 ， 以及开模 ， 推出制件时不使塑料制件损坏 ， 要求模板在整个行程中的速度要合理 ， 即合模时从快到慢 ， 开模时由慢到快在到停 。 （ 8） 空循环时间 ： 在没有塑化 ， 注射保压 ， 冷却 ， 取出制件等动作的情况下 ， 完成一次循环所需的时间 5,6。 3.1.3 注射成型机的计算 （ 1）注射容量 国产标准注射机的标准规定，以注射机注射聚甲醛时在对空注射条件下，注射机螺杆或柱塞做一次最大行 程所能达到的最大容量。 注射容量是选择注射机的重要参数，它在一定程度上反映了注射机的注射能力，标志着注射机能成型最大体积的塑料制品。 确定了单个塑件的体积（质量）和模孔数量就可以大体上计算出多模塑件的总体积，再加上浇注系统中主流道、分流道、浇口、冷井的体积，即是一模塑料的总体积 Vm。 Vm 0.8Vz nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 32 页 式中 Vm 成型零件与浇注系统体积总和， cm3 ； Vz 注射机最大注射容量， cm3 ； 估算： Vm=2 3.14 52 4=528cm3 取整约为 500cm3 （ 2） 最大成型面积 最大注射面积是指塑料在模具在分型面上所允许成型的最大投影面积，也就是说在模具设计时，布局在模具分型面上的塑件及浇注系统的投影面积 S，只能小于这个数据时才能正常可靠的注射 1,11。 S=2 3.14 8.82=486.3cm3 式 中 S 塑料在模具分型面上允许成型的投影面积； （ 3）模具的闭合高度 注射机动压板的最大的行程和压板间最大和最小间距是一个固定的参数。它决定着所能安装的模具的闭合高度。对于所用的注射机来说，注射 模的闭合高度必须符合下列的要求： H 小 H H 大 式中 H 小 注射机 允许的最小厚度， mm； H 注射机 的实际闭合高度， mm； H 大 注射机 允许的最大厚度， mm； H=20+10+10+15+15+10+80+15+25=200mm； （ 4）定位环和浇口套 定位环是将定模部分装入注射机定压板的定位对中位置，应与注射机的定位孔采取动配合的连接形式，以保证模具体对中。 （ 5）模具的截面尺寸 可安装的注射模具外形最大尺寸取决于注射机的压板尺寸和拉杆 的间距，因为此注射模的最长的边不应超过压板尺寸，而模具的最短边应小于拉杆间距，才能将注射模装入注射机，并应留有固定模体的压紧空间。同时，注射模动、定模上的紧固螺栓孔，也应与注射机压板上的标准螺孔一致。 （ 6）模具的顶出 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 32 页 注射机的顶出装置通常有中心顶杆顶出、两侧顶杆顶出以及液压顶出几种形式。应在动模座板与注射机顶出位置相对的位置上，设置稍大于注射机顶杆的通孔，以便于注射机顶杆通过。 综合考虑上述条件，注射机选择 XS-Z-60型号。 3.2 注射模具分型面的选择 3.2.1 分型面的基本形式 分型面的形式由 塑料的具体情况而定，但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、综合式分型面。 3.2.2 分型面选择的基本原则 选择分型面的基本原则： （ 1）便于塑件脱模 ； （ 2）在开模时尽量使塑件留在动模 ； （ 3）外观不遭到损坏 ； （ 4）有利于排气和模具的加工方便 。 3.2.3 分型面的选择 根据对 骨轮 模型的观察和分型面选择的基本原则。现选择 A-A为分型面 ，如图 4所示。 图 4 分型面 3.3 注射模具浇注系统的设计 注塑模的浇注系统是指 模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道 ， 它由主流道 ， 分流道 ， 冷料穴和浇口组成 。 它向型腔中的传质 ，传热 ， 传压情况决定着塑件的内在和外表质量 ， 它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度 ， 所以浇注系统是模具设计中的主要内容之nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 32 页 一 。 3.3.1 注射模具浇注系统的组成 浇注系统是将熔融的塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通道，它包括主流道、分流道、浇口及冷料 。在设计注射模具的浇注系统是应注意以下几项原则 ： （ 1）根据所确定的塑件型腔数设计合理的浇注系统布局； （ 2）根据塑件的形状 和大小以及壁厚等诸多因素，并结合选择分型面的形式选择浇注系统的形式及位置； （ 3）应尽量的缩短物料的流程和便于清除料把，以节省原料，提升注射效率； （ 4）应根据所选用塑件的成型性能，特别是它的流动性能，选择浇注系统的截面积和长度，并使其圆滑过渡以利于物流的流动； （ 5）排气良好。 3.3.2 注射模具主流道的设计 主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道 ， 通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上 ， 断面为圆形 ， 有一定的锥度 ， 目的是便于冷料的脱模 ， 同时也改善料流的速度 ， 因为要和注塑机相配 ， 所以其尺寸与注塑机有关 。 由 于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞 ， 所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套 ， 以便选用优质的钢材单独加工和热处理 。 （ 1）主流道的设计要点 （ a） 为了便于浇注凝料从主流道中取出，主流道采用 =3 6 度左右的圆锥孔，对流动性较差的塑料也可取得稍大一些，但过于大则容易引起注射速度缓慢，并容易形成涡流。 （ b） 浇口套与塑料注射区直接接触时，其出料端端面直径应尽量选得 要 小些。如果过大，即浇口套与型腔的接触面积增大，模腔内部压力对浇口套的反坐力也将按此比例增大，到一定程度时浇口套容易从模体中弹出。 （ c） 浇口套的材料应选用优质钢 T8A，并应进行淬硬处理，为了防止注射机喷嘴不被碰撞而损坏，浇口套的硬度应低于注射机喷嘴的硬度，以增加内壁的耐磨性，并减小注射中的阻力，圆锥孔大端处应有的过渡圆角，以减小物流在转向时的流出阻力。 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 32 页 （ d） 浇口套于注射机的喷嘴头的接触球面必须吻合，由于注射机喷嘴头是球面，半径是固定的，所以为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸球面接触良好，圆锥孔的小端直径则应大于喷嘴的内孔直径，球面与主流道孔应以清角连接，不应有倒拔痕迹，以保证主流道凝料顺 利脱模。 （ e） 定位环是模体与注射机的定位装置，它保证浇口套于注射机的喷嘴对中定位，定位环的外径应与注射机的定位孔间隙配合。定位环厚度，小于注射定位孔的深度。 （ f） 浇口套端面应与定模相配合部分的平面高度一致。 （ 2）浇口套的设计 注射机 XS-Z-60 的喷嘴球半径为 12mm， 喷嘴孔径为 6mm。所以要使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸球面接触良好，凹球面半径取 13mm，圆锥孔的小端直径则应大于喷嘴口内径，取 7mm，如图 5。 图 5 浇口套 3.3.3 注射模具分流道的设计 分流道是主流道与浇口之间的 通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。 常用分流道断面尺寸推荐如表 2所示。 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 32 页 表 2 流道断面尺寸推荐值 塑料名称 分流道断面直径mm 塑料名称 分流道断面直径 mm ABS， AS 聚乙烯 尼龙类 聚甲醛 丙烯酸 抗冲击丙烯酸 醋酸纤维素 聚丙烯 异质同晶体 4.8 9.5 1.6 9.5 1.6 9.5 3.5 10 8 10 8 12.5 5 10 5 10 8 10 聚苯乙烯 软聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 热塑性聚酯 聚苯醚 聚砜 离子聚合物 聚苯硫醚 3.5 10 3.5 10 6.5 16 6.5 8.0 3.5 8.0 6.5 10 6.5 10 2.4 10 6.5 13 分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形， U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可 以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状 。 3.3.4 注射模具浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，该模具采用侧浇口，其有以下特 性 ： （ 1） 形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证； （ 2） 试模时如发现不当，容易及时修改； （ 3） 能相对独立地控制填充速度及封闭时间； （ 4） 对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。 浇口 位置 的 选择原则 ：（ a） 尽量缩短流动距离 ； （ b） 避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷 ； nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 32 页 （ c） 浇口应开设在塑件厚壁处 ； （ d） 考虑分子定向的影响 ； （ e） 减少熔接痕，提高熔接强度 。 侧浇口为扁平形状，可以大大的缩短冷却时间，缩短成型周期。易于去除浇注系统的凝料而不影响塑件的外观。浇口设置在塑件表面，浇口截面形状简单，容易加工，且注射效率高。 3.3.5 冷料穴和钩料脱模装置 冷料穴设置在主流道的末端，即主流道正对面的动模板上。它的作用是用来储存注射间歇期间，喷嘴前端由散热造成温度降低而产生的冷料。在注射时，如果它们进入流道，将堵塞流道并减缓料流速度。进入型腔，将在塑件上出现冷疤或冷斑。推板式钩料装置由冷料穴 、 钩料杆组成，钩料杆安装在型芯固定板上，不与顶出系统联动。 3.4 注射模具成型零件和模体的设计 3.4.1 注射模具型腔的结构设计 （ 1）型腔的结构形式 型腔大体有以下几种结构形式： （ a） 整体式 整体式型腔由整块材料加工而成的型腔。它的优点是：强度和刚度都相对较高，且不易变形，塑件上不会产生拼模缝痕迹。它的缺点是：切削量大，使模具成本较高，同时给热处理和表面处理带来困难，只适用于形状较为简单的中、小型模具，但随着用业技术的发展，随着电蚀机床、仿型机床、数控机床的广泛应用。有些形状复杂的大型模具也有采用整体式型腔结构的。 （ b） 整体组合式 型腔由整块材料制成，用台肩或螺栓固定在模板上。它的主要优点是便于加工，特别是在多型腔模具中，型腔单个加工后，在分别装入模板，这样容易保证各型腔的同心度要求以及尺寸精 度要求，并且便于部分成型件进行热处理等。 （ c） 局部组合式 型腔由整块材料制成，但局部镶有成型嵌件的局部组合式型腔。局部组合式型腔多用于型腔较深或形状较为复杂，整体加工比较困难或局部需要淬硬的模nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 32 页 具。 （ d） 完全组合式 完全组合式是由多个螺栓拼块组合而成的型腔。它的特点是，便于机加工，便于抛光研磨和局部热处理。节约优质钢材。这种形式多用于不容易加工的型腔或成型大面积塑件的大型型腔上。 骨轮 注射模的型腔部分不是很复杂，可利用电火花进行。这里选择整体式型腔。 （ 2）型腔壁厚和底板厚度的计算 在塑料注射模的注射过程 中，型腔从合模到注射保证过程中受到高压的冲击力，因此模具型腔应该有足够的硬度和刚度，总的说来，型腔所承受的力大体有如下几种： （ a） 合模时的压应力； （ b） 注射过程中塑料流动的注射压力； （ c） 浇口封闭前一瞬间的保证压力； （ d） 开模时的拉应力 ， 但型腔所承受的力主要是注射压力和保证压力，并在注射过程中总在变化。在这些压力作用下，当型腔的刚度不足时，往往会产生弹性变形，导致型腔向外膨胀，它将直接影响塑件的质量和尺寸精度，型腔将会弹性恢复，当型腔的弹性变形恢复量大于塑件壁厚的收缩量时，将压紧塑件，引起塑件顶出困 难，甚至使塑件留在型腔中。如果型腔强度不够时，会产生塑性变形，即引起型腔的永久变形，特别严重的会使型腔破裂，酿成事故。所以在模具设计时要首先考虑使型腔的壁厚和底板厚度都有足够的强度和刚度，以保证型腔在注射过程中产生超过规定限度的弹性变形。因此型腔壁厚和底板厚度的计算和选择是十分重要的。 此模具是组合式圆形型腔，圆形型腔是指内外壁横断面都是圆形。组合式圆形型腔的侧壁和底部均受到冲击压力。组合式圆形型腔侧壁厚度的计算，下面对刚度和强度分别计算。 3.4.2 注射模具成型零件的尺寸确定 （ 1） 型腔侧壁厚度的计算 （ a） 按刚度计算 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 32 页 其壁厚 S按下面公式计算： S=R-r=r rpErpE111（ 3.1） 式中 S 型腔侧壁厚度， mm R 型腔外半径， mm r 型腔内半径， r=54mm E 型腔材料的弹性模量， MPa， E=2.06 105MPa 型腔许用变形量， =0.03mm P 型腔内 单位平均压力， p=30MPa 泊松比， =0.25 代入公式中得： S=15mm （ b） 按强度计算 其壁厚 S按下面公式计算 S=r 12 p （ 3.2） 式中 型腔材料的许用应力， =156.8MPa 其余符号见公式 （ 3.1） 代入公式中得： S=14.6mm （ 2）底板厚度的计算 （ a） 按刚度计算 其壁厚 H按下面公式计 算 H=0.9r 3 Epr（ 3.3） 式中 H 底版厚度， mm 其余符号见公式 （ 3.1） 代入公式中得： H=31.1mm （ b） 按强度计算 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 32 页 其壁厚 H按下面公式计算 H=1.1r p（ 3.4） 其余符号见公式 （ 3.1） 和 （ 3.2） 代入公式中得： H=25.5mm （ 3） 型腔尺寸计算 型腔的各部分尺寸一般都是趋于增大尺寸，因此 应选择塑件公差的 1/2，取负偏差，再加上 -1/4的磨损量，而型芯深度则再加上 -1/6的磨损量，这样的型腔的计算尺寸的表述如下： （ a） 型腔的径向尺寸的计算式： 000 431 SDD （ 3.5） 式中 0D 型腔的最小基本尺寸； 0D 塑件的最大基本尺寸； S 塑件的平均收缩率， S=0.02； 塑件的公差，取 8级精度； 模具 制造公差，按 1/4选取； 根据（ 3.5）式计算得型腔的各径向尺寸： mmD 35.170,0 mmD 0 2 5.1.00 682.170 mmD 3.108,1 mmD 0 2 5.101 391.107 （ b） 型腔的深度尺寸的计算公式 000 321 SHH（ 3.6） 式中 0H 型腔深度的最小尺寸； 0H 塑件的最大基本尺寸； 其余符号与（ 3.5）相同 。 根据（ 3.6）式计算得型腔的各深度尺寸： nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 32 页 mmH 2.170 mmH 0 2 5.100 814.14 mmH 2.401 mmH 0 2 5.101 274.38 mmH 32 mmH 025.102 33.0 （ 4）型芯尺寸的计算 型芯的各部尺寸除特殊情况外都是趋于缩小尺寸，因此应选择塑件公差的1/2，取正偏差，再加上 +1/4的磨损量，而型芯高度则加上 +1/6的磨损量。型芯的计算尺寸表达如下。 （ a） 型芯的径向尺寸的计算式： 000 431 Sdd （ 3.7） 式中 0d 型芯的最大基本尺寸； 0d 塑件的最小基本尺寸； 其余符 号与（ 3.5）相同。 根据（ 3.7）式计算得型芯的各径向尺寸： mmd 35.1700 mmd 0 0 2 5.10 829.176 mmd 1081 mmd 0025.11 2 3 5.1 1 3 （ b） 型芯的高度尺寸的计算式： 000 321 Shh （ 3.8） 式中 0h 型芯高度的最大尺寸； 0h 塑件内形深度的最小尺寸； 其余符号与（ 3.5）相同。 根据（ 3.8）式计算得型芯的各高度尺寸： mmh 8.160 mmh 0 0 2 5.10 866.19 mmh 371 mmh 0 0 2 5.11 47.40 mmh 32 mmh 0 025.12 79.5 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 22 页 共 32 页 （ 5）中心距尺寸的计算 中心距尺寸的计算式： 21100 SCC（ 3.9） 式中 0C 模具的中心距基本尺寸； 0C 塑件中心距的基本尺寸 4,11； 其余符号与（ 3.5）相同。 根据（ 3.9）式计算得各中心距尺寸： mmC 400 mmC 512.08.400 3.4.3 注射模具型芯的结构设计 型芯的结构形式大体有： （ 1） 整体式； （ 2） 整体组合式； （ 3） 局部组合式；（ 4） 完全组合式； 本模具选择的是整体组合式。 整体组合式就是将主体型芯镶嵌在模板上固定而成。它加工简单，易修复更换，也有很高的强度和刚度。 3.5 注射模具的侧抽芯机构 3.5.1 注射模具的侧抽芯机构概述 侧抽芯机构的分类，按其抽芯动力来源，注射模侧抽芯机构主要分手动抽芯、机动抽芯和液压抽芯 三大类。 （ 1） 手动侧抽芯机构 ： 它是在塑件开模前依靠人工将侧型芯抽出或在开模后将塑件和型芯一并从模内顶出，然后在模外用手工工具抽出侧型芯，合模前再将侧型芯装入模体内的抽芯方法。 （ 2） 机动侧抽芯机构 ： 它的抽芯方法是在开模是依靠注射机的开模力，通过抽芯机构机械零件的传动使其改变移动方向，将活动的侧型芯抽出。机动侧抽芯机构根据抽芯方式及机械结构的不同，又分为斜导柱式抽芯机构，弯拉杆式抽芯机构、弯拉板式抽芯机构、斜滑 块 式抽芯机构、顶出式抽芯机构及齿轮式抽芯机构等等。 （ 3） 液压或气动侧抽芯机构 ： 它是依靠液压系统或 气动装置为动力，抽出活动的侧型芯的。 本毕业设计模具选择机动侧抽芯中的 斜滑块 式抽芯机构。 nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 23 页 共 32 页 3.5.2 注射模具的斜滑块式抽芯机构设计 （ 1）斜滑块抽芯机构的工作原理 斜滑块抽芯机构适用于塑件侧孔或侧凹较浅但成型面积较大的场合。斜滑块侧向抽芯的特点是利用推出机构的推力驱动斜滑块侧向运动，在塑件被推出的同时由斜滑块完成侧向抽芯动作。一般分为外侧抽芯和内侧抽芯两种。本设计是外侧抽芯。 （ 2） 斜滑块机构的设计要点 （ a） 斜滑块的导滑形式 整体导滑形式，加工精度不易保证，又不能进行热处理，故适宜用于小型或批量不大的 模具； 圆柱销导滑形式，采用斜向镶入的导柱销导滑； 镶块导滑形式，镶块可单独进行热处理和磨削加工，导滑精度高且耐磨。导滑镶块用圆柱销定位，外加销套是为了提高安装位置精度； 燕尾导滑形式，结构复杂，加工困难。主要用于小模具多滑块的情况。 本设计采用圆柱销导滑形式。 （ b） 斜滑块的止动装置 设计斜滑块抽芯机构时，若定模侧有成型型芯，则需设置销钉锁紧或压紧的止动装置。本设计可以设置弹簧和弹簧顶销，以便在开模时，斜滑块无法滑动，塑件与定模型芯分离而留在动模一侧。 3.6 注射模具的顶出机构的设计 3.6.1 注 射模具的顶出机构 顶出机构的分类：按驱动方式分类可分为：手动顶出、机动顶出、气动顶出； 按模具结构分类可分为：一次顶出、二次顶出、螺纹顶出、特殊顶出。 注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。 脱模机构的设计一般遵循以下原则： （ 1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。 （ 2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推nts 本科毕业设计说明书（论文） 第 24 页 共 32 页 出力应施于塑件刚性和强度最大的部位。 （ 3）结构合理可靠，便于制造和维护。 本 设计使用简单的推杆和推管脱模机构，因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。 3.6.2 自动脱落机构 由于设计中采用的是斜滑块式抽芯机构，斜滑块在导滑槽内向两侧分型，完成侧向抽芯的同时也将塑件从动模型芯上脱出。 3.7 塑料注射模具的排气设计 在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气 体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等的间隙排气。 通常，选择排气槽的开设位置时，应遵循以下原则： （ 1）排气口不能正对操作者，以防熔料喷出而发生工伤事故； （ 2）最好开设在分型面上，如果产生飞边易随塑件脱出； （ 3）最好设在凹模上，以便于模具加工和清模方便； （ 4）开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位 ，如流道或冷料穴的终端； （ 5）开设在靠近嵌件和制件壁最薄处，因为这样的部位最容易形成熔接痕； （ 6）