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机械毕业设计全套

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MJZ02-035@带自动脱螺纹结构的注射模设计,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 : 周志宇 学 号： 05010158 系 部 : 机械工程系 专 业 : 机械工程及自动化 题 目 : 带自动脱螺纹结构注射模设计 指导者： 丁武学 副教授 评阅者： 胡小秋 副教授 2009 年 6 月 nts毕业设计说明书（论文）中文摘要 本 论文根据工程实际的需要完成化妆品盒 盖的注射模具设计。在设计中采用聚乙烯塑料注射而成型，成型方式为一模两腔，该论文具体分析了产品的工艺性，确定了所采用塑料的工艺参数和所采用的成型设备，确定了模具制作的总体方案，分析并解决了模具的总体结构和各工作部分的具体结构，并进行了一些必要的尺寸计算和强度的校核。该论文还对分型面、浇注系统和脱模机构进行了分析设计，完成了模具工程图设计，最后进行了主要零件加工工艺设计 。 关键词 注射模 成型 工艺性 设计 nts毕业设计说明书（论文）外文摘要 Title Dressing Case Top Injection Molding Design Abstract The present paper actual needs to complete according to the project accomplish the dressing case top injection molding design. Uses the polyethylene plastic injection in the design to take shape, the formation way is a mold two cavity, this paper concrete study products technology capability, had determined uses the formation equipment which the plastic the technological parameter and uses, had determined the mold manufactures the overall concept, analyzed and has solved molds gross structure and each effective range concrete structure, and has carried on some essential size computation and the intensity examination. This paper also halved the profile, the gating system and the mold emptier has carried on the analysis design, has completed the mold engineering plat design. Keywords Injects the mold Formation Technology capability Design nts 南京理工大学泰州科技学院 毕业设计（论文）任务书 系 部 ： 机械工程系 专 业 ： 机械工程及 自动化 学 生 姓 名： 周志宇 学 号： 05010158 设计 (论文 )题目 ： 带自动脱螺纹结构的注射模设计 起 迄 日 期 : 2009 年 3 月 09 日 6 月 14 日 设计 (论文 )地点 : 南京理工大学泰州科技学院 指 导 教 师 : 彭斌彬 专业 负责 人 : 龚光容 发任务书日期 : 2009 年 2 月 26 日 nts 任务书填写要求 1毕业设计（论文）任务书 由指导教师根据各课题的具体情况填写，经 学生所在专业的负责人 审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号 ； 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 GB 7714 2005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009-03-15”。 nts 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 围绕模具设计与制造课程的建设，需要特制几副包含典型结构的注射模，为课程的实验 教学以及开放实验室创造一个良好的环境氛围。 通 过 模 设计，培养学生检索资料，综合应用所学知识，并根据工程实际的要求解决工程实际问题的方法与能力，训练学生模具设计制造的基本技能和模具 CAD 设计能力，提高独立工作的能力，适应社会需求。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 本课题的任务内容是要求设计一副带自动脱螺纹机构的注射模，课题工作量较大，难度适中。具体内容包括： （ 1）调查研究、查阅及翻译文献资料，撰写开题报告； （ 2）根据模具结构要求进行塑件设计； （ 3） 模具总体方案论证（至少设计 3 个方案）； （ 4）模具装配图及全部零件图； （ 5）模具制造工艺； （ 6） 跟踪完成模具的制造与试模； （ 7）模具成形过程动画设计； （ 8）文档整理、撰写毕业设计说明书及使用说明书。 对模具的要求： （ 1）自动脱螺纹机构（内螺纹） （ 2）动力 利用开模动作 （ 3）自动脱凝料 （ 4）一模两件 nts 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 课题成果内容包括： （ 1）开题报告、文献综述、资料翻译； （ 2）模具总体方案图（至少 3 个 ） ； （ 3）模具装配图及全部零件图； （ 4）毕业设计说明书。 4主要参考文献： 1 成都科技大学，北京化工学院，天津轻工业学院合编 .塑料成型模具 M.北京：中国轻工业出版社， 1982 2 胡石玉 .模具制造技术 M.南京：东南大学出版社， 1997 3 骆志斌 .模具工手册 M.南京：江苏科学技术出版社， 2000 4 机械设计手册联合编写组 .机械设计手册（第 3 版上、中、下） M.北京：化学工业出版社， 1987 5 王庆五 ， 仇亚琴 ， 张昱等编著 .SolidWorks 2006 中文版模具设 计专家指导教程M.北京： 机械工业出版社， 2006 6 模具实用技术丛书编委会 .塑料模具设计制造与应用实例 M.北京：机械工业出版社， 2002 7 张明善主编 .塑料成型工艺及设备 M.北京： 中国轻工业出版社 ， 1998 8 轻工业部广州轻工业学校编 .塑料成型工艺学 M.北京： 中国轻工业出版社 ，1990 9 唐志玉主编塑料模具设计师指南 M.北京：国防工业出版社， 1999 10 模具设计与制造技术教育丛书编委会编模具常用机构设计 M.北京：机械工业出版社 ， 2003 11 林清安 .Pro/ENGINEER 零件设计（基础篇上、 下） M.北京：北京大学出版社，2000 nts 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2009 年 3 月 9 日 3 月 15 日 熟悉课题，查阅有关资料，完成资料翻译 3 月 16 日 3 月 29 日 完成文献综述，撰写开题报告，学习注射模设计方法，熟悉 Solidworks 或 ProE 三维 CAD 软件 3 月 30 日 4 月 8 日 按照模具结构要求进行塑件设计，进行模具初步方案考虑。 4 月 9 日 4 月 15 日 进行注射模结构方案设 计 画出模具总体方案图（至少 3个），优选一种（应有文字说明）。 4 月 16 日 4 月 29 日 基本掌握 CAD 软件操作，完成塑件注射模方案设计和基本计算 4 月 30 日 5 月 10 日 塑件注射模结构设计，利用 Solidworks 或 ProE 等 CAD 软件进行零件造型设计 5 月 11 日 5 月 17 日 完成塑件注射模零件造型、装配体设计和修改完善 5 月 18 日 5 月 31 日 完成塑件注射模工程图和装配图设计 6 月 1 日 6 月 7 日 完善图纸，撰写设计说明书 6 月 8 日 6 月 13 日 打印设计说明书和图纸，整理 相关资料 6 月 14 日 准备答辩 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 系部意见： 系部主任： 年 月 日 nts 南京理工大学泰州科技学院 毕业设计 (论文 )前期工作材料 学生姓名 : 周志宇 学 号： 05010158 系 部 : 机械工程系 专 业 : 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 : 带自动脱螺纹结构注射模设计 指导教师 : 彭斌彬 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备 注 1 毕业设计 (论文 )选题、审题表 1 2 毕业设计 (论文 )任务书 1 3 毕业设计 (论文 )开题报告含文献综述 1 4 毕业设计 (论文 )外文资料翻译含原文 1 5 毕业设计（论文）中期检查表 1 2009 年 5 月 nts南京理工大学 泰州科技学院 本科生毕业设计（论文）选题、审题表 系 部 机械工程系 指导 教师 姓 名 彭斌彬 专业技术职 务 课题名称 带自动脱螺纹结构的注射模设计 适用专业 机械工程及自动化 课题性质 A B C D E 课题来源 A B C D 课题预计 工作量大小 大 适中 小 课题预计 难易程度 难 适中 易 课题简介 围绕模具设计与制造课程的建设，需要特制几副包含典型结构的注射模，为课程的实验教学以及开放实验室创造一个 良好的环境氛围。本课题的任务就是要求设计一副带自动脱螺纹机构的注射模，依此为基础，做好模具制造的工艺设计。通过模具设计这样一个典型环节综合训练，达到综合训练学生运用所学知识，解决工程实际问题的能力。 课题应完成的任务和对学生的要求 1测绘塑件图纸。要求实测实物尺寸，合理确定零件精度，利用三维CAD 软件进行实体造型，生成工程图纸； 2完成塑件注射模方案设计和设计计算； 3全部模具零件图、装配图纸设计。要求所有成型零件完成三维实体造型后生成工程图； 4模具制造工艺设计。要求完成主要零件工艺设计； 5编写设计说明书。 要求：学生具备塑料模具设计、机械加工工艺规程设计的基本知识，熟悉常用的 CAD 设计软件。 条件：计算机 所在专业审定意见： 专业负责人 (签名 )： 年 月 日 本课题由 周志宇 同学选定，学号： 05010158 注： 1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用； 2有关内容的填写见背面的 填表说明 ，并在表中相应栏内打“ ”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在 学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档 。 nts 填 表 说 明 1 该表的填写只针对 1 名学生做毕业设计（论文）时选择使用，如同一课题由 2名及 2 名以上同学选择，应在申报课题的名称上加以区别（加副标题），并且在“设计（论文）要求”一栏中说明。 2 “ 课题性质” 一栏： A产品设计； B工程技术研究； C软件开发； D研究论文或调研报告 E其它。 3 “课题来源” 一栏： A自然（社会）科学基金与省（部）、市级以上科研课题； B企、 事业单位委托课题； C校、院（系）级基金课题； D自拟课题。 4 “课题简介” 一栏： 主要指该课题的背景介绍、理论意义或实用价值。 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 33 页 1 引 言 1.1 本研究领域的现状和国内外的发展趋势 1.1.1 概述 21 世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化 ， 智能化 ， 柔性化和网络化，追求的目标是提高产品质量及生产效率 ， 缩短设计及制造周期，降低生产成本 ， 最大限度地提高模具制造业的应变能力，满足用户需求 3。 1.1.2 国外的发展情况 国外的模具发展状况具体表现为以下七个特征 5 （ 1） 集成化技术 现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术人和管理的集成。在开发模式制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成 ， 智能集成 ， 串并行 工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需要。 （ 2） 智能化技术 应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥 。 （ 3） 网络技术的应用 网络技术包括硬件与软件的集成实现。各种通讯协议及制造自动化协议，信息通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。目前早通过了 Internet实现跨国界模具设计的成功例子。 （ 4） 多学科多功能综合产品设计技术 产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识，还用到了电磁学 ， 光学 ， 控制理论等，甚至要考虑到经济 ， 心理 ， 环境 ， 卫生及社会等各方面的因素。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求模具产品动静态特性 ， 效率 ， 精度 ， 使用寿命 ， 可nts本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 33 页 靠性 ， 制造成本与制造周期的最佳组合。 （ 5） 虚拟现实与多媒体技术的应用 虚拟现实在 21 世纪整个制造中都将有广泛的应用，可以用于培训 ， 制造系统仿真 ，实现基于制造仿真的设计与制造 ， 集成设计与制造 ， 实现集成人的设计等。美国已于 1999年借助于 VR 技术成功地修复了哈博太空望远镜。多媒体技术采用多种介质来存储 ， 表达处理多种信息，融文字 ， 语音 ， 图象于一体，给人 一种真实感。 （ 6） 反求技术的应用 在许多情况下，一些产品并非来自设计概念，而是起源于另外一些产品或实物，要在只有产品原型或实物模型，而没有产品图样的条件下进行模具设计和制造以便制造出产品。此时需要通过实物的测量，然后利用测量数据进行实物的 CAD 几何模型的重新构造。这种过程就是反求工程 RE。建立了 CAD 几何模型后，就可以依据这种数字化的几何模型用于后续的许多操作 4。 （ 7） 快速成形制造技术 快速成形制造技术 RPM 基于层制造原理，迅速制造出产品原型，而与零件的几何复杂程度无关，尤其在具有复杂曲面形状的 产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型供设计评估 ， 装配校检 ， 功能实验。而且还可以通过形状复制，快速经济地制造出产品模具，从而避免了传统模具制造的费时和耗成本的 NC 加工，因而 RPM 技术在模具制造中发挥着重要的作用。 1.1.3 国内的发展情况 6 目前国内模具行业的基本情况是，随着轻工业及汽车制造业的迅 速 发展，模具设计制造日渐受到人们广泛关注，已形成一个行业。但是我国模具行业缺乏技术人员，存在品种少 ， 精度低 ， 制造周期长 。 寿命短 ， 供不应求的状况。一些大型精密复杂的模具还不能自行制造，需要每年花几 百万 ， 上千万美元从国外进口，制约了工业的发展，所以在我国大力发展模具行业势在必行。为了提高模具企业的设计水平和加工能力。中国模具协会向全国模具行业推荐适合于模具企业用的 CAD/CAM 系统。但国内优秀的 CAD/CAMnts本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 33 页 系统很少，只有少数适合模具行业应用。而国外购买的虽有强大的三维曲面造型能力强大的结构有限元分所能力 ， 强大的计算机辅助制造能力 。 产品数据管理能力等，但价格昂贵，一般企业难以支持。 1.2 本课题的研究内容 ， 要求 ， 目的及意义 1.2.1 本课题的研究内容 做化妆品瓶盖的模具设计，使该化妆品的瓶盖注射模 结构简单，型腔 ， 型芯 ， 齿轮传动机构设计合理，并可自动脱模。并书写开题报告，和模具说明书。根据说明书画模具 CAD 图。 1.2.2 本课题的研究要求 （ 1） 此塑件外表面不允许有印迹，并且要光滑。 （ 2） 要使注射模结构简单，并可自动脱模。 （ 3） 流道设计合理，可保证产品质量并且又节约生产原材料。 （ 4） 了解聚丙烯的性能 ， 特性和设计时的要求。 1.2.3 本课题的研究目的 （ 1） 检验理论知识掌握情况，将理论与实践结合。 （ 2） 步掌握进行模具设计的方法 ， 过程，为将来走向工作岗位进行科技开发工作和撰写科研论 文打下基础。 （ 3） 培养自己的动手能力 ， 创新能力 ， 计算机运用能力。 1.2.4 研究意义 （ 1） 对于模具的设计可以从选材到设计到成型有一个完整的了解和初步的掌握。以进一步的熟练掌握 AuToCAD 的运用。 （ 2） 锻炼自己的独立思考能力和创造能力，为更好更快的适应工作作 备。 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 33 页 设计部分 2.1 塑件分析 图 1 是 我自行设计 的 一个 瓶盖，从该塑件的外观可以看出为了要使此塑件的外观不留下印迹，可以采用改良的边缘浇口。利用齿轮传动螺纹型芯的结构达到自动脱模。经分析在塑件内的顶面设计一圈防转齿（见图 1），可较 好地满足产品的生产要求。 图 1 塑件图 2.2 塑料材料的成型特性 表 聚丙烯的力学性能 材料性能 纯聚丙烯 玻纤增强聚丙烯 屈服强度 /MPa 37 78 90 拉伸强度 /MPa 78 90 断裂伸长率 /% 200 弯曲强度 /MPa 67 132 弯曲弹性模量 /GPa 1.45 4.5 简支梁冲击强度 (无缺口 )/(kJ/m) 78 51 简支梁冲击强度 (缺口 )/(kJ/m) 3.5 4.8 14.1 布氏硬度 HBS 8.65 9.1 表 聚丙烯的热性能及电性能 材料性能 纯聚丙烯 玻纤增强聚丙烯 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 33 页 玻璃化温度 / -18 -10 熔点 (粘流温度 )/ 170 176 170 180 热变形温度 / 45N/ 180/ 102 115 56 67 127 127 线膨胀系数 /(10- / ) 9.8 4.9 比热容 /J/( K) 1930 热导率 /W/(m K) 0.118 燃烧性 /( /min) 慢 体积电阻 / 1016 击穿电压 /(kV/ ) 30 表 聚丙烯的物理性能 材料性能 纯聚丙烯 玻纤增强聚丙烯 密度 /(g/ ) 0.90 0.91 比体积 /( /g) 1.10 1.11 吸水性 /%(24 小时 ) 长时间 0.01 0.03 浸水 18d0.5 0.05 透明度或透光度 半透明 表 4 聚丙烯的工艺参数 材料性能 纯聚丙烯 玻纤增强聚丙烯 成型收缩率 /% 1.0 3.0 0.4 0.8 拉伸模量 E/*10MPa 1.6 1.7 3.1 6.2 泊松比 0.43 与刚的摩擦因数 0.49 0.51 2.3 设备的选择 2.3.1 塑件的体积 根据塑件的体积可以得出大概的注射量，从而粗略的得出大概的注射量。 本课题的塑件体积为 21222 hhRhrRV (2-3a) 322205.1707.111526007.11254260cm 又由于聚丙烯的密度 =0.9g/ 并且在注入模具时由于流动阻力增加，加大了沿螺杆逆流亮，再考虑 安全系数，实nts本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 33 页 际注射量 M 取为机器最大注射能力的 85%。 VmM %85%85 (2-3b) g04.1305.179.0%85 假设采用的是 SZ-60/450 卧式注塑机，理论注射量为 105 ；锁模力为 450kN。 根据锁模力确定型腔的数目 11AApFn (2-3c) 其中锁模力为 F(N)；型腔压力为 p(MPa)；塑件的投影面积为 A1( )；浇注系统的投影面积为 A2( ) 已知锁模力为 450kN；型腔压力为 25 或 30MPa。 通过计算得 2221 26014.3260 RA22 2 8 2 63014.3 mm 假设浇注系统的投影面积和塑件投影面积相等即 21 AA 则 2 8 2 62 8 2 63010450 3 n =4.3 4 根据最大注射量确定型腔数目 128.0 mmmn (2-3d) 其中最大注射量为 m(g)；单个塑件的质量为 m1(g)；浇注系统的质量为 m2(g) 已知最大注射量为 105 ，假设浇注系统质量为 1.7 倍塑件质量。 单个塑件质量为： m1=0.9 17.05=15.345g 则 345.1531058.0 n =3.2 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 33 页 现决定采用一模两腔，所以可以采用 SZ-60/450 卧式注塑机 。 理论注射量 / 105 螺杆（柱塞）直 径 / 35 注射压力 /MPa 125 注射速率 /(g/s) 75 塑化能力 /(g/s) 10 螺杆转速 /(r/min) 14 200 锁模力 /kN 450 拉杆内间距 / 280*250 移模行程 / 220 最大模具厚度 / 300 最小模具厚度 / 100 锁模形式 双曲肘 定位孔直径 / 55 喷嘴球半径 / 20 2.3.2 锁模力的校核 锁模力为注射机锁模装置用于夹紧模具的力。所选注射机的锁模力必须大于由于高压熔体注入模腔而产生的胀模力，此胀模力等于塑件和流道系统在分 型面上的投影面积与型腔压力的乘积。 即： 1000APF (2-3e) 式中 F 锁模力， kN p 型腔压力， MPa A 塑件及流道系统在分型面上的投影面积， 已知型腔压力为 25 或 30MPa；浇注系统的投影面积为 1 倍的塑件投影面积；塑件及流道系统在分型面上的投影面积为 SRnA 2 (2-3f) 式中 S 流道系统在分型面上的投影面 积， n 模腔数 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 33 页 则 A=4 (60/2)+ (60/2)=14130cm 即 p A/1000=30 14130/1000 =423.9kN450kN 所以锁模力符合要求 2.3.3 开模行程的校核 开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于液压 -机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机曲肘机构的最大行程决定，与模具厚度无关。 单分型面注射模，其开模行程按下式校核 21 HHS (5 10) (2-3g) 式中 S 注塑机的最大开模行程 (移动模板台面行程 )， H1 塑件脱出距离， H2 包括流道凝料在内的塑件高度， 已知 H1=13 ； H2=50 所以 H1+H2+(5 10)=13+50+(5 10) 73 又由于 SZ-60/450 卧式注塑机的移模行程为 220 73 220 所以开模行程也符合要求 2.4 浇注系统的设计 2.4.1 主流道的设计 （ 1） 形状：圆锥形； （ 2） 锥角： 3； （ 3） 内 壁的粗糙度为 Ra0.63 m； （ 4） 主流道大端呈圆角， r=1 。 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 33 页 （ 5） 喷嘴球的半径 r=20 ，则凹坑的球面半径 R=21 ； （ 6） 凹坑深度： 3 ；喷嘴孔径 d=4 ；小端直径 D=5 ；大端直径为 9 。 （ 7） 主流道长度取 53 。 设计见图 2： 图 2 主流道图 2.4.2 分流道的设计 采用半圆形截面流道。因为塑料熔体在流道中流动时，表面冷凝冻结，起绝热的作用，熔体仅在流道中心流动，因此分流道的理想状态应是其中心线与浇口的中心线位于同一直线上，而半圆形截面可以满足。 分流 道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口的位置，从输送熔体时的减少压力损失和热量损失及减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。 对于壁厚小于 3 ，质量在 200g 以下的塑件可用公式 42 6 5 4.0 LWD (2-4a) 式中 W 流经分流道的塑料量， g L 分流道长度， D 分流道直径，由 得为 6 其中 VnmnW n 为型腔数目 m 为塑件质量， g 得出 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 33 页 L= 2142 6 5 4.0 WD= 2205.179.0142 6 5 4.0 6 mm258 取分流道的长度为 108 分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置形式有平衡式和非平衡式两种。此设计中我采用的是平衡式布置。平衡式布置可以使各型腔同时均衡的进料，从而保证了各型腔成型出来的塑件在强度 ， 性能 ， 重量上的一致性。 设计见图 3： 图 3 分流道图 2.4.3 冷料穴的设计 本设计中对于冷料穴的选 择是按照设计的目的来选择的。由于此设计的目的是要实现自动脱模。所以选择如下图的冷料穴，它们由冷料倒锥将主流道凝料拉出，当其被脱出时，塑件和流道凝料可以自动脱出，易实现自动化操。 图 4 冷料穴 2.4.4 设计所用的浇口形式 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 33 页 浇口是连接分流道和型腔的一段细短的通道，是浇注系统的关键部分。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。 在本次设计中为了满足塑件的要求不在表面留下痕迹，不影响塑件的外观，采用改良的边缘浇口，也就是使分流道与浇口的连接处在 塑件的下底面（通过分型面 采用微阶梯式来完成）。具体的表示形式见 图 5： 红线处为阶梯分型面绿线处为所设的隐藏式的浇口图 5 浇口形式 2.4.5 分型面的设计 打开模具取出塑件或浇注系统凝料的面叫做分型面。分型面一般设在塑件断面尺寸最大处，在此次设计中采用的是单个分型面，并且是微阶梯式的。把型芯设在动模一边，型腔设在定模一边，开模后塑件留在动模，有利于塑件的脱模。具体的形式见上图。 2.4.6 排气槽的设计 由于此次设计的模具属小型模具，可以用分型面来排气。 2.5 成型零部件的设计和计算 2.5.1 成型零部件的 设计 构成模具型腔的零件统称为成型零件，主要包括凹模 ， 凸模 ， 型芯 ， 镶块 ， 各种成型杆和成型环。 型腔是直接和高温高压的塑件相接触，它的质量直接关系到制件质量，要求它有足够的强度 ， 刚度 ， 硬度 ， 耐磨性，以承受塑件的挤压力和料流的摩擦力，有足够的精度和适当的表面粗糙度（一般 Ra0.4m 以下），保证塑件制品表面的光洁美观和容易脱模。 （ 1） 凹模采用整体嵌入式，凹模镶块采用带轴肩台阶的圆柱形，然后嵌入固定板中，用垫板和螺钉将其固定。 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 33 页 （ 2） 型芯用成型时用以装固螺纹嵌件的螺纹型芯，但 在型芯的外圈固定一螺纹型环，用以 成型塑件的内螺纹。具体的形式见 图 6： 图 6 外圈固定螺纹 2.5.2 成型零件工作尺寸的计算 （ 1） 平均收缩率计算型腔尺寸 聚丙烯的收缩率一般为 1% 3%,从而得出聚丙烯的平均收缩率为 2%。 径向尺寸 由 得出聚丙烯的一般精度等级为 6 级。同时得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的外径 D=60.00 ，所以查表得 =0.64 按照平均收缩率计算凹模径向尺寸公式 ZscpM LSL 431 (2-5a) 式中 LM 凹 模的径向尺寸， Scp 塑料的平均收缩率， % Ls 塑件径向公称尺寸， 塑件公差值， z 凹模制造公差， 已知 Ls=60.00 Scp=0.02 =0.64 所以 z= /3=0.21 LM=60.00+60.00 0.02-3/4 0.64+0.21 =60.72+0.21 深度尺寸 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 33 页 由 得出聚丙烯的一般精度等级为 6 级。同时得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的 深度尺寸 Hs=15.00 ，所以查表得 =0.40 按照平均收缩率计算凹模深度尺寸公式 zscpM HSH 321 (2-5b) 式中 HM 凹模的深度尺寸， Scp 塑料的平均收缩率， % Hs 塑件高度公称尺寸， 塑件公差值， z 凹模深度制造公差， 已知 Hs=15.00 Scp=0.02 =0.40 所以 z= /3=0.13 HM=(1+0.02) 15.00-2/3 0.40+0.13 =15.03+0.13 （ 2） 按平均收缩率计算组合型芯尺寸 径向尺寸 由 得出聚丙烯的一般精度等级为 6 级。同时得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的内径尺寸 SDd 2 式中 S 塑件的壁厚，由 得出塑件壁厚为 2 。 所以 d=60.00-2 2=56.00 ，所以查表得 =0.64 按照平均收缩率计算型芯径向 尺寸公式 zscpM LSL 431 (2-5c) 式中 LM 组合型芯的径向尺寸， Scp 塑料的平均收缩率， % nts本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 33 页 Ls 塑件径向公称尺寸， 塑件公差值， z 组合型芯制造公差， 已知 Ls=56.00 Scp=0.02 =0.64 所以 z= /3=0.21 021.00 21.0 60.5764.04300.5602.01 ML高度尺寸 由 得出聚丙烯的一般精度等级为 6 级。同时得出塑料制件的尺寸公差。 又 由于塑件的深度尺寸 Hs=15.00-2.00=13.00 ，所以查表得 =0.36 按照平均收缩率计算组合型芯高度尺寸公式 0321zscpMHSH (2-5d) 式中 HM 组合型芯高度尺寸， Scp 塑料的平均收缩率， % Hs 塑件孔深度公称尺寸， 塑件公差值， z 组合型芯高度制造公差， 已知 Hs=13.00 Scp=0.02 =0.36 所以 z= /3=0.12 012.00 12.0 5.1336.03200.1302.01 MH2.5.3 型腔壁厚计算 模具的型腔将受到高压的作用，因此模具型腔应该具有足够的刚度和强度。强度不足将导致塑性变形，甚至开裂。刚度不足将导致弹性变形，导致型腔向外膨胀，产生溢料间隙。在本次设计中采用圆形整体式型腔。 按刚度计算侧壁的厚度 s nts本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 33 页 由 得出 Ephs 415.1 (2-5e) 式中 E 模具材料的弹性模量， MPa，碳刚为 2.1 105MPa p 型腔压力， MPa，由前面所知为 25 或 30 MPa 刚度条件，即允许变形量，由 得出聚丙烯的 值允许范围为0.025 0.04 h 型腔深度尺寸， 所以 mms 95.406.05101.2403.153015.1 按强度计算侧壁的厚度 s 由 得出 12 prs (2-5f) 式中 r 型腔径向半径， p 型腔压力， MPa，由前面所知为 25 或 30 MPa 模具材料的许用应力 ， MPa，已知为 160 MPa 所以 mms 25.61252160 16036.30 由此可以选取 s=8.00 。 按刚度计算底版的厚度 hs Ephs 456.0 (2-5g) 式中 E 模具材料的弹性模量， MPa，碳刚为 2.1 105MPa p 型腔压力， MPa，由前面所知为 25 或 30 MPa 刚度条件，即允许变 形量，由 得出聚丙烯的 值允许范围为0.025 0.04 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 33 页 h 型腔深度尺寸， 所以 06.0101.2 03.153056.0 54 s 2.77 按强度计算底板的厚度 hs 287.0 prs (2-5h) 式中 r 型腔径向半径， p 型腔压力， MPa，由前面所知为 25 或 30 MPa 模具材料的许用应力， MPa，已知为 160 MPa 所以 160 36.303087.0 2s 11.43 由此可以选取 hs=17.00 。 2.6 脱模机构的设计和计算 2.6.1 脱模阻力的计算 因为塑件的壁厚为 2 ，内孔直径为 56 ，所以塑件的壁厚与内孔直径之比为 2/56=0.0357 而 1/20=0.05 0.0357 所以可以看作是薄壁壳体形塑件，又由于塑件的断面为圆环形 BKtgftLEQ 1011c o s2 (2-6a) 式中 E 塑料的拉伸模量， MPa 塑料成型平均收缩率， % t 塑料的平均壁厚， L 塑料包容型芯的长度， 塑料的泊松比 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 33 页 脱模斜度 (塑料侧面与脱模方向之夹角 ) 塑料与钢材之间的摩擦因数 B 塑件再与开模方向垂直的平面上的投影面积 ( ),当塑件底部有通孔时， 10B 项应为零。 K1 由和决定的无因次数，可由下式计算 co ssin11 fK (2-6b) 已知 E=1.6 1.7 10MPa =2% t=2 L=13 =0.43 =1 =0.50 根据前面所知的 B 2826 K1=1+0.50 sin1cos1=1.01 Q=2082.55N 2.6.2 脱模机构的设计 在本次设计中，我采用的脱模机构是先由齿条带动锥齿轮传动，再由锥齿轮带动螺纹型环转动，使得塑件的螺纹部分被脱出，同时浇道凝料也被旋转脱出，再用顶杆顶动塑件。在自身重力的作用下浇道和凝料就会掉落下来。 推杆采用直杆式圆柱推杆，为了增大细长推杆的刚性，设计成台阶形。推 杆用热作模具钢制造，最后经表面氮化处理，配合段的表面粗糙度为 Ra0.8 m。 推杆脱模机构用复位杆复位，复位杆应对称分布，常取 2 到 4 根，但最好多于 2 根。与复位杆头部接触的定模板应淬火或局部镶入淬火镶块。 为避免推板运动时发生偏斜，造成运动卡滞或推杆弯曲损坏等问题，设计推出导向装置。因为是中小型模具采用 2 根导柱导向。并且设置导向套。 2.7 脱螺纹机构的设计 2.7.1 脱螺纹的形式 在本设计中采用的是开模时齿条带动锥齿轮传动，再由锥齿轮带动螺纹型环转动，使得塑件的螺纹部分被脱出。 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 33 页 2.7.2 旋转脱螺纹扭距 的计算 根据 得出对于薄壁内螺纹塑件，旋转脱模所需最小扭距由下式计算： Mmin= cos4 S trLfE(2-7a) 式中 E 塑料的拉伸弹性模量， MPa 塑料成型平均收缩率， % t 螺纹塑料的平均壁厚， r 螺纹型芯或型环的中半径， L 螺纹型芯或型环螺纹段的长度， 塑料与钢材之间的摩擦因数 S 螺距， 螺纹升角， 螺纹形状因子，由螺纹类型决定 由 得出螺纹形状因子可由下式计算 =h/cos (2-7b) 式中 h 螺纹型芯或螺纹型环的螺纹工作高度， 螺纹牙尖角之半， 已知 E=1.6 1.7 10MPa =2% t=2 L=9.82 r=27.00 S=4.0 =0.50 =20 =15 h=9.82 Mmin=2.4 105N 旋出螺纹 型芯所需的实际扭距 Mco(N )： Mcomin= Mmin (2-7c) 式中 由试验确定之系数，一般旋出螺纹型环所需的实际扭距约等于最小扭距。 2.7.3 对主流道凝料能否脱出的校核 主流道凝料能否脱出要看浇口处塑件对型芯的力是否大于凝料的扭转力，只有当力nts本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 33 页 大于扭转力时主流道的凝料才能旋转脱出螺纹，最后随塑件脱出。 对于厚壁内螺纹塑件，旋转脱模所需的最小扭距由下式得出： c o s24m in S lfrEM(2-7d) 式中 E 塑料的拉伸弹性模量， MPa 塑料成型平均收缩率， % r 螺纹型芯或型环的中半径， L 螺纹型芯或型环螺纹段的长度， 塑料与钢材之间的摩擦因数 S 螺距， 螺纹升角， 厚壁螺纹塑件无量纲特征因数，对于内螺纹塑件 = 22 22rRrR (2-7e) 塑件的泊松比 R 塑件内螺纹的外半径， r0 塑件外螺纹的内半径， 已知 R=6 r0=5.67 =0.43 =6+5.67/(6-5.67)+0.43 =18.13 螺纹形状因子，由螺纹类型决定。螺纹形状因子可由下式计算 cosh 式中 h 螺纹型芯或螺纹型环的螺纹工作高度， 螺纹牙尖角之半， 已知 E=1.6 1.7 10MPa =2% l=4.00 r=5.80 S=1.5 =0.50 =20 =15 h=4.00 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 20 页 共 33 页 所以 Mmin=6778.32 N 又由于 r=5.80 ，所以旋出主流道凝料所要的力为 NrMF 3m i n 1017.180.532.6778 335 1017.1105.800.28104.2 F 所以塑件对型芯的力大于凝料的扭转力，主流道的凝料能够旋转脱出螺纹，最后随塑件脱出。 2.7.4 止转装置的设计 在塑件内的顶面设计一圈防转齿，使型芯和塑件之间没有转动，只是螺纹型环从塑件上脱出。 2.7.5 驱动装置和传动装置的设计和计算 在本次设计 中，我采用的靠开模力来带动齿条移动，然后带动锥齿轮尾端的齿轮转动，从而带动锥齿轮传动，再由锥齿轮带动螺纹型环和圆头冷料穴转动，使得塑件和流道凝料旋转脱出，再在顶杆的作用下脱落。 （ 1） 圆锥齿轮传动的校核 在本次设计中采用的直齿圆锥齿轮的大端模数为 3.5，压力角为 20。 小齿轮的齿数为 20 采用 20CrMnTi 渗碳淬火回火 HRC=62； 大齿轮的齿数为 28 采用 20Cr 渗碳淬火回火 HRC=57； 根据 2得一对钢制直齿圆锥齿轮的齿面接触强度验算公式为 H= HubKTub 13125.0Re335 (2-7l) 式中 Re 为齿宽和齿宽系数之比，齿宽系数一般取 0.25 0.3 b 齿轮的齿宽， K 载荷系数 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 21 页 共 33 页 u 齿数比，对于单级直齿圆锥齿轮传动，一般 u 为 1 3 H 许用接触应力， MPa H= Hlim/SH=1440/1.1=1309MPa 其中 Hlim 试验齿轮的接触疲劳极限，可由 得。 SH 齿面接触疲劳安全系数，可由 得。 已知 T1=2082.55 27 2=1.124 105N 齿轮按 8 级精度得 K=1.2 b1=24 u=28/20=1.4 b2=26 Re=96 H=1286MPa 又因为 H= Hlim/SH=1309MPa 1286MPa 根据 得钢制齿轮传动的轮齿弯曲强度验算公式 M PaFZbmFYKTF 1212 (2-7i) 已知 T1=1.124 105N 齿轮 按 8 级精度 K=1.5 b=24 z1=20 z2=28 m=3.5 YF1=2.91 YF2=2.64 所以 F1=2 1.5 1.124 105 2.91/(24 3.5 20) =167MPa F2=2 1.5 1.124 105 2.64/(24 3.5 28) =108MPa FFF Slim =380/1.3=292 MPa 167MPa F2=360/1.3=277MPa 108MPa 由此得出轮齿弯曲强度 满足。 （ 2） 齿圆柱齿轮的校核 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 22 页 共 33 页 与型环相连的两小齿轮采用软齿面，齿轮为 40Cr 表面淬火，齿面硬度 HRC 54 齿数为 22 模数为 3.0 与两小齿轮啮合的大齿轮是非标齿轮，齿轮为 35SiMn 表面淬火，齿面硬度 HRC 45，齿数为 34 模数为 3.0 根据 2得钢制齿轮传动的齿面接触强度验算公式为 HubaKTuH 2131335 (2-7g) 式中 u 大齿轮与小齿轮的齿数比 T1 小齿轮上的转距， N K 载荷系数 b 齿宽， a 中心 距， H 许用接触应力， MPa H= Hlim/SH (2-7i) Hlim 试验齿轮的接触疲劳极限，可由 2得。 SH 齿面接触疲劳安全系数，可由 2得。 H= 1130/1.1=1027MPa 已知 T1=2082.55 27=5.62 104N齿轮按 8 级精度得 K=1.5 b1=3.0 10=30 a=84 u=34/22=1.545 b2=52 H=691MPa 1027MPa 所以满足齿面接触强度 根据 2得钢制齿轮传动的轮齿弯曲强度验算公式 M PaFZbmFYKTF 1212 (2-7i) 已知 T1=5.62 104N 齿轮按 8 级精度 K=1.5 b=3.0 10=30 z1=22 z2=34 nts本科毕业设计说明书（论文） 第 23 页 共 33 页 m=3.0 YF1=2.84 YF2=2.52 所以 F1=2 1.5 5.62 104 2.84/(30 3.0 22) =81MPa 84.2 52.2811212 FYFYFF =72MPa FFlinF S 1 (2-7j) =320/1.3=246MPa 81MPa F2=240/1.3=200MPa 72MPa 由此得出轮齿弯曲强度满足。 （ 3） 齿轮齿条的校核 塑件的型环高度为 15，螺距为 4，则齿轮 (1,2)要旋转 15/4=3.75 圈才能脱出塑件，根据传动比可以得出中间的大齿轮要旋转 3.75 22/34=2.43 圈，同时可以得出经过直齿圆锥 齿轮后要 2.43 20/28=1.733 圈才可以脱出塑件。 在本次设计中，与齿条啮合的圆柱齿轮采用软齿面，齿轮为 20Cr 渗碳淬火回火，HRC=56，齿数为 25，模数为 3.0，则 d 为 75 ，旋出塑件齿条经过的距离为 75 1.733=130。可以把齿条看做是一个齿轮，周长为 130 ，则 D=130/ =41.4，所以齿条的齿数最少为 41.4/3=14。现在取齿条齿数为 20，齿条材料为 20CrMnTi 渗碳淬火回火， HRC=62。 齿轮齿条传动的齿面接触强度验算公式为 HubaKTuH 2131335 (2-7g) 式中 u 大齿轮与小齿轮的齿数比 T1 小齿轮上的转距， N nts本科毕业设计说明书（论文） 第 24 页 共 33 页 K 载荷系数 b 齿宽， a 中心距， H 许用接触应力， MPa H= Hlim/SH (2-7i) Hlim 试验齿轮的接触疲劳极限，可由 得。 SH 齿面接触疲劳安全 系数，可由 得。 H= 1340/1.1=1218MPa 已知 T1=1.124 105N 齿轮按 8 级精度得 K=1.5 b=3.0 10=30 a=67.5 u=25/20=1.25 H=335(2.25) 1.5 1.124 105/(1.25 30 67.5) =1123MPa 1218MPa 所以满足齿面接触强度 齿轮齿条传动的弯曲强度验算公式 M PaFZbmFYKTF 1212 (2-7i) 已知 T1=1.124 105N 齿轮按 8级精度 K=1.5 b=3.0 10=30 z1=20 z2=25 m=3.0 YF1=2.91 YF2=2.72 所以 F1=165MPa 91.272.21652112FYFYFF =154MPa F1= Flim/SF (2-7j) =380/1.3=292MPa 165MPa nts本科毕业设计说明书（论文） 第 25 页 共 33 页 F2=360/1.3=277MPa 154MPa 由此得出轮齿弯曲强度满足。 2.8 合模导向机构的设计 2.8.1 顶出系统的导向 顶出装置在模具内往复运动，除滑动配合外，其余部分都处于浮动状态 ，顶出板和顶出固定板的重量不应作用在推杆上，应由顶出系统的导向零件来支撑，在本次设计中，我采用的是设支承柱外加导套，在本次设计中采用的形式，这样可以使支承柱兼起导柱的作用。 图 7 支承柱 2.8.2 成型零件的导向及定位 模具在进行装配和调模试机时，保证动 .定模之间一定的方向和位置。导向零件要承受一定的側向力，起导向和定向的作用。当模具牢靠装在注射机上后，模具在注射成型过程中，如果模具上无精定位装置，动定模的正确定位由注射机的拉杆精度保证；如果模具有精确定位装置，动定模的正确定位由模具的精定位装置保 证。 因为此次设计的模具是小型模具，所以只用两个直径相同且对称分布的导柱。由于动模采用推板顶出塑件，所以导柱常设在动模。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。在合模时要使导向零件先接触，避免凸模先进入型腔，导致成型零件损坏。所以导柱长度必须比凸模断面高出 6 8 。导柱固定部分按 H7/m8 过渡配合。导柱滑动部分按 H8/f8 间隙配合。导柱工作部分的表面粗糙nts本科毕业设计说明书（论文） 第 26 页 共 33 页 度为 Ra0.4 m。 图 8 为导柱导套的设计： 图 8 导柱导套 2.9 温度调节系统的设计和计算 2.9.1 冷却系统的设计 模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产效率。所以模具上需要添加温度调节系统以达到理想的温度要求。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融的塑料的热量尽快传给模具，以便使塑件可靠冷却定型并可迅速脱模。提高塑件定型质量和生产效率。 因为水的热容量大，传热系数大，成本低，且低于室温的水容易取得，所以冷却水普遍使用。用水冷却即在模具型腔周围或型腔内开设冷却水通道，利用循环水将热量 带走。 冷却装置的设计要考虑以下几点： （ 1） 保证塑件收缩均匀，维持模具热平衡。 （ 2） 冷却水孔的数量越多，孔径越大，对塑件冷却也就越均匀。 （ 3） 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即水孔的排列与型腔形状尽量吻合。 （ 4） 浇口出要加强冷却。一般熔融塑料填充型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低。因此浇口附近应加强冷却，通冷却水，而在温度较低的外側只需通过经热交nts本科毕业设计说明书（论文） 第 27 页 共 33 页 换后的温水即可。 （ 5） 降低入水与出水的温度。可通过改变冷却孔道排列的形式。 （ 6） 要结合塑料的特性和塑件的结构，合理考虑冷却水通 道的排列形式。如塑件的收缩率，壁厚等。 （ 7） 冷却水通道要避免接近塑件的熔接痕部位，冷却通道的密封性要好，冷却通道的进口与出口接头尽量不要高出模具外表面。 在本次设计中我采用的是简单流道式，即通过在模具上直接打孔，并通以冷却水而进行冷却，是最常见的一种形式。我采用的是通过软管在模外连接冷却水路 。见 图 9： 图 9 冷却方式 2.9.2 模具冷却时间的计算 塑件在模内的冷却时间通常是指塑料熔体从充满型腔时起到开模取出塑件时为止。 聚丙烯塑料制件的最大壁厚中心层达到凝固点时所需的冷却时间的经验公式： WTmTRQ 49.223 490266.65 (2-9a) 式中