行星齿轮的注塑模具设计及其模腔三维造型说明书

目 录 目录 1 中文摘要 4 ABSTRACT 4 第 1 章绪论 5 1 1 模具概述 5 1 2 计算机软件概述 5 1 3 本设计工作 5 第 2 章零件分析及模具结构设计 6 2 4 零件的作用 6 2 5 材料的选择 6 2 6 塑料成型特点及条件 6 2 7 模具结构设计 7 第 3 章注射机的选用及校核 8 3 8 注射机的选用 8 3 8 1 制品的体积估算 8 3 8 2 根据体积选注射机 8 3 9 注射机的校核 9 3 9 1 注射量的校核 9 3 9 2 锁模力的校核 9 3 9 3 最大注射压力的校核 10 3 9 4 注射机安装模具部分的尺寸校核 10 3 9 4 1喷嘴尺寸 10 3 9 4 2定位孔尺寸 10 3 9 4 3模具厚度与注射机模板闭厚度 10 3 9 5 开模行程的校 核 11 第 4 章浇注系统设计 12 4 1 主流道设计 12 4 2 冷料井设计 12 4 3 分流道设计 12 4 4 浇口设计 13 第 5 章成型零件的设计 14 5 1 塑料制件在模具中的位置 14 5 1 1 分型面的确定 14 5 1 2 型腔数量及排列方式 14 5 2 成型零件的设计 14 5 2 1 成型零件工作尺寸的计算 14 5 2 1 1型腔径向方向上的尺寸计算 14 5 2 1 2型腔深度方向上的尺寸计算 15 5 2 2 模具型腔侧壁和底板厚度的计算 16 第 6 章排气系统的设计 17 第 7 章脱模机构的设计 18 7 3 脱模力的计算 18 7 4 推管强度计算与校核 19 7 4 1 推管直径的计算 19 7 4 2 推管应力校核 19 第 8 章合模导向机构的设计 20 第 9 章温度调节系统的设计 22 9 5 模具冷却装置的设计 22 9 5 1 冷却系统的计算 22 9 5 1 1注射周期 22 9 5 1 2塑件熔体的单位热流量 22 9 5 1 3模具冷却时所需的冷却水的体积流量 23 9 5 1 4模具冷却水管道直径 23 9 5 1 5冷却水管总的传热面积 24 9 5 1 6模具上开设的冷却通道的孔数 24 9 5 2 冷却系统的结构 24 9 6 模具加热装置的设计 25 第 10 章模板的选用 26 第 11 章结构设计补充说明 27 11 1模具的开合 模 27 11 2模具杆类零件尺寸参 数 27 11 2 1拉料杆 27 11 2 2推管 27 11 2 3主型销 28 第 12 章模腔三维造型 CAD CAM 29 12 1构建零件实体造型 29 12 2模腔分模 30 12 3模腔模拟加工 30 12 3 1定模板加工 30 12 3 1 1铣削浇口套孔 30 mm30 12 3 1 2钻削模腔中心孔 30 mm10 12 3 1 3铣削 深为 6mm 的模腔 31 mm52 12 3 2动模板加工 31 12 3 2 1钻削模板中心孔 31 mm10 12 3 2 2钻削模腔中心孔 31 mm10 12 3 2 3 铣削 深为 8mm 的模 mm52 腔 31 12 3 2 4 铣削 R2 5mm 的侧浇道 31 12 4 生成 NC 文件 32 第 13 章设计总结 33 参考文献 34 中文摘要 本文设计了一行星齿轮的注塑模具 通过计算设计了注塑模具的成型结构 脱模 机构 浇注系统等方面 在设计过程中采用了先进制造中的 CAD CAM 技术 使用 CAXA 软件辅助设计了模具的三维造型 并进行了塑件上 下模的仿真加工 生成刀具路径 关键词 关键词 注塑模具 脱模机构 CAD CAM Abstract In this paper a plastic injection mould of planet wheel is designed The design includes the mould structure the mould cavity the pour system and so on Through the design one of advanced manufacture technology known as CAD CAM is used Firstly the software of CAXA is used to design the three dimension model of the mould and then it is used in simulating the plastic element of the upper and lower mould half so that the tool path is generated Key words plastic injection mould mould cavity CAD CAM 第 1 章绪论 1 1 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 2 计算机软件概述 CAXA 制造工程师是由我国北京北航海尔软件有限公司研制开发的全中文 面向 数控铣床和加工中心的三维 CAD CAM 软件 它基于微机平台 采用原创 Windows 菜 单和交互方式 全中文界面 便于轻松地学习和操作 其具有线框造型 曲面造型和 实体造型的设计功能又具有生成二至五轴的加工代码的数控加工功能 其特点是易学 易用 价格较低 1 3 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 CAXA 制造工程师在计算机中构造了行星齿轮的三维型腔造型 并进行仿真加工 生 成加工刀具轨迹 然后将刀具轨迹自动生成了能直接用于数控加工的 NC 文件 第三 使用 CAXA 实体设计绘出模具各零部件的三维实体 并进行各零部件的装配 最后将 装配全过程以及开合模过程做成动画 第 2 章零件分析及模具结构设计 2 4 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 2 5 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 2 6 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 的成型条件如下表一 表一 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 喷嘴料 筒 前 部 料 筒 中 部 料 筒 后 部 温 度 C 时 间 h 方 法 温 度 C 时 间 h 1 15 1 5 2 2 265260250240 80 70 1 20 100 1 10 12 1 6 油 水 盐 水 90 1 00 4 宜用螺 杆式 注射机 螺杆 带止回 环 喷 嘴宜用自 锁式 2 7 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 第 3 章注射机的选用及校核 3 8 注射机的选用 3 8 1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 塑件中间圆 1 V 环及塑件两边齿轮 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 8 2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 表二 注射机主要技术参数 理论 注射 容积 3 cm 螺杆 直径 mm 注射 压力 MPa 模板 行程 mm 模具 最大 厚度 mm 顶出 行程 mm 喷嘴 孔直 径 mm 实际 注射 量 g 锁模 力 KN 模具最 小厚度 mm 定位孔 直径 mm 喷嘴 球半 径 mm 582616022024040453400130 064 0 0 5 63 12 3 9 注射机的校核 3 9 1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 n4 n 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 gm4 42538 0 8 36107 64 3 9 2锁模力的校核 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 MP35 20 ac MPP30 安全系数 常取 k2 1 1 1 k 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 3 9 3最大注射压力的校核 塑件成型所需的最大锁模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 P MPa 成型塑件所需的注射压力 s P MPa 注射机的额定注射压力为 160 40 68 SZMPa 而 PA66 材料的注射压力为70 120 MPa 故有 s PP 3 9 4注射机安装模具部分的尺寸校核 3 9 4 1 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 mm mm 前端孔径 d和球面半径 r满足下列关系 mm mm 2 1 rR 1 5 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 mmR14212 mmD514 3 9 4 2 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 3 9 4 3 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 H mm 模具闭合厚度 m H mm 注射机允许的最大模具厚度 max H mm 其中模具闭合厚度为 mmHm1922563324032 故有 mmmmmm240192130 3 9 5开模行程的校核 对于单分型面注射模 其最大开模行程应满足 mmHHS10 5 21 式中 注射机最大开模行程 S mm 塑件脱模距离 1 H mm 包括浇注系统凝料在内的塑件高度 2 H mm 则有 mmmmS51101625220 其中 注射机最大开模行程与模具厚度无关 第 4 章浇注系统设计 4 1 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 主流道大端 6 2 4 Ram 4 0 与分流道相接处应有过渡圆角 通常取 选用 以减少料流转向rmm3 1mmr1 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 4 2 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 尺寸如下附图所示 附图 a 4 3 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 半径 深度 B mm10 5BR5 0 RH25 1 斜度HR5 0 10 5 取 mmB5 8 mmR5 255 0 mmH35 225 1 mmR5 135 0 4 4 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 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 5 5 1 b75 0 5 0 l3 1 r 式中 浇口深度 通常 h mm2 5 0 h 塑件在浇口位置处的壁厚 t mm 系数 对于 PA n8 0 n 浇口宽度 b mm 浇口长度 l mm 浇口半径 r mm 则有 mmh6 128 0 取 mmBb5 mmr1 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附图所示 附图 b 第 5 章成型零件的设计 5 1 塑料制件在模具中的位置 5 1 1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 而其同mm32 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 5 1 2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 5 2 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 5 2 1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 5 2 1 1 型腔径向方向上的尺寸计算 分度圆直径 cpm QdD 1 齿顶圆直径 cpama QdD 1 齿根圆直径 cpfmf QdD 1 式中 塑件分度圆直径 d mm 塑件齿顶圆直径 a d mm 塑件齿根圆直径 f d mm 塑件平均收缩率 cp Q 则有 85 1 2 2 25 1 cp Q 齿数为处 17 Z mmDm97 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 18 Z mmDm50 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 D mm 塑件外径基本尺寸 s d mm 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 5 2 1 2 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 5 2 2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 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 r mm 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 mmtC8 mmS18 今取 mmtC10 第 6 章排气系统的设计 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 第 7 章脱模机构的设计 在注射成型的每一个循环中 都必须使塑件从模具型腔和型芯上脱出 这种脱出 塑件的机构称为脱模机构 整个脱模过程包括开模 推出 取件 闭模 脱模机构复 位过程 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mm5 3 倍 这种顶出机构结构可靠 多用于脱模距离不大的场合 2 5 1 7 3 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 由表 5 57 查得 E 2 cmN66PA 25 1088 2 25 1 cmN 塑料平均成型收缩率 S 包容型芯的长度 L cm 塑料与钢的摩擦系数 对于 由表 5 56 查得 f66PA 35 0 2 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 r cmcmr475 1 10 22 3227 1 塑件的壁厚 约为 t cmcmt5 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 E 3 0 f46 0 m 则有 NQ15900 3 01522 2 46 0 1 3 08 0 85 1 102475 1 2 5 7 4 推管强度计算与校核 7 4 1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 d cm 推管长度系数 7 0 推管长度 l cmcmmml6 10106 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 7 4 2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 第 8 章合模导向机构的设计 在模具工作时 导向机构可以维持动模和定模正确合模 合模后保持型腔的正确 形状 同时 导向机构可以引导动模按顺序合模 防止型芯在合模过程中损坏 并能承 受一定的侧压力 本设计导向机构采用导柱导套导向 因动 定模合模时无方位要求 故导柱在模 具上的布置方式可采用直径相同并对称布置 并使固定导柱的孔径与固定导套的孔径 相等 以便于加工 且有利于保证同轴度和尺寸精度 为使导向装置具有良好的导向 性能 将导柱的先导部分做成锥度 考虑到模具生产批量大 故选用带肩导柱与带肩导套 为了使导柱 导套的配合 表面硬而耐磨 而中心部分具有良好的韧性 导柱导套材料选用 20 号钢经渗碳淬火处 理 渗碳深度为 0 8 1 2mm 其中 导柱淬火到 HRC56 60 导套淬火到 HRC50 55 导套硬度低于导柱硬度 可以改善摩擦情况 导柱 导套的尺寸参数如 下附图所示 附图 c 附图 d 导柱 导套加工的工艺路线为 毛坯 棒料 材料为 20 号钢 车削加工 内外圆配 合部分留磨量 0 2 0 3mm 热处理 渗碳淬火 内外圆磨削 精磨至要求尺寸 导柱在热处理后修复中心孔 最后进行磨削时 可利用两端的中心孔进行装夹 并在一次装夹中将导柱的两个外圆磨出 以保证两表面间的同轴度 导套磨削加工时 先磨内圆 再以内圆定位 用顶尖顶住芯轴磨外圆 这样 就 不仅可保证同轴度要求 且能防止内孔的微量变形 导柱 导套端部转弯处必须圆滑 以防止在运动中将配合表面划伤 因此 全部 精磨后 必须用油石将圆弧处磨圆滑 消除磨削后在圆弧处出现的棱带 第 9 章温度调节系统的设计 在塑料注射成型过程中 模具就像一个热交换器 输入热量的方式是加热装置的 加热和塑料熔体带走的热量 输出热量的方式是自然散热和向外热传导 其中 95 的 热量是靠传热介质 冷却水 带走 在塑料成型过程中 要保持模具温度稳定 就应保 持输入热和输出热平衡 为此 必须设置模具温度调节系统 对模具进行加热和冷却 以调节模具温度 9 5 模具冷却装置的设计 9 5 1冷却系统的计算 9 5 1 1 注射周期 rcni TTTTT 式中 充模时间 i T s 开压及保压时间 n T s 冷却时间 c T s 开闭模及取件时间 r T s A 充模时间 由前面计算可知 在一周期内注射量为gG 8 29 则由 1 表 5 49 查得 取sTi8 0 5 0 sTi6 0 B 开压及保压时间 开压及保压时间与塑件壁厚有关 其公式为 2 23 0SSTn 式中 塑件平均壁厚 该塑件平均壁厚为 S mmmm5 故有 sTn 5 165253 0 2 C 冷却时间 由 1 表 5 51 查得时 对于 PA66 mmS0 5 sTc9 53 D 开闭模及取件时间 其脱模取件及开闭模时间基本上与模内塑件的冷却无甚关系 故计算冷却系统时 可不考虑 故其注射周期为 sTTTT cni 71 9 53 5 166 0 9 5 1 2 塑件熔体的单位热流量 KTTCQ 211 式中 塑件熔体的单位热流量 1 Q kgJ 塑件的比热容 C CkgJ 结晶形塑料的熔化潜热 K kgJ 冷却水的出口温度 1 T C 冷却水的进口温度 2 T C 其中 CT 30 1 CT 20 2 并由表 11 4 查得 CkgJC 1884kgJK 1030 1 5 则有 kgJQ 1488401030 1 20301884 5 1 9 5 1 3 模具冷却时所需的冷却水的体积流量 21 2 TTC WQ V p 式中 冷却介质的体积流量 V min 3 m 单位时间内注入模具中的塑料质量 W min kg 冷却介质带走的热量 2 Q kgJ 冷却介质的密度 为 33 101mkg 冷却介质的定压比热 时 p CC 20 KkgJCp 4183 其中 min 0252 0 60 71 108 29 3 kg T G W 在不考虑其它热损失的情况下 可以认为塑件所放出的热量等于冷却介质带走的 热量 故有 kgJQQ 148840 12 则有 min 1017 3 15 2732030104183101 1488400252 0 3 33 mV 9 5 1 4 模具冷却水管道直径 v V d 60 4 式中 冷却水管道直径 d mm 管道内冷却水的流速 一般取 选取vsm 5 2 8 0smv 0 2 则有 mmd6 0 260 1017 3 4 3 9 5 1 5 冷却水管总的传热面积 传热膜系数按下式计算 2 0 8 0 187 4 d vf k 式中 冷却通道孔径与冷却介质间的传热系数 k ChmJ 2 与冷却介质有关的物理系数 由 5 表 8 29 查得 f22 7 f 则有 ChmJk 2 2 0 8 0 3 5210 6 0 2100 122 7187 4 故冷却水孔总的传热面积为 Tk WQ A 2 60 式中 模温与冷却介质温度之间的平均温度 其中 模温为 T C C 80 则有 2 13 0 2 2030 809240 1488400252 0 60 mA 9 5 1 6 模具上开设的冷却通道的孔数 dL A n 式中 冷却通道的长度 为使模具得到均匀冷却 要求控制回路长度L m 在 1 2 1 5m 内 今取为 1 4m 则有 8 4 1106 23 0 3 n 9 5 2冷却系统的结构 本模具采用凹模冷却水道布局 在模具上钻孔 通入冷却水 由于直通式冷却通 道形状结构简单 制造方便 适用于成型较浅的塑件 故采用该种形式 分别与动 定模板上钻孔 当塑件壁厚基本均匀时 冷却通道与型腔表面距离相等 但考虑到塑 件留在动模上的部分比定模上的要厚 故动模上的水孔较靠近型腔 且由于该塑件壁 厚较厚 故应将冷却通道尽量靠近型腔 今取定模上冷却水孔的孔壁至镶件表面的距 离为 7 动模上的为 5 mmmm 9 6 模具加热装置的设计 对于热塑性塑料注射成型模具 当遇到成型流动性差的塑料及采用热流道时均需 要对模具进行加热 对于热固性塑料也需要加热 因本设计中采用冷流道浇注系统且对 于塑件材料 PA66 其流动性好 故不需设置加热装置 第 10 章模板的选用 由 6 表注射模中小型模架组合形式 结合实际计算所需 采用基本型模板尺 2 A 寸选用如下 模板座板规格 宽度长度厚度宽度厚度 LB BL定模 A 动模 B 1 B定模 1 H动模 2 H 200 x25020025032403152525 垫块支承 板 推杆固 定板 推板导 柱 导 套 复位 杆 内六角螺 钉 宽度厚 度 厚度厚度宽度直径 3 BC 3 H 1 h 2 h 2 Bd 1 d 2 d 3 d 4063321620118202812 584M 中心距 b 2 b 3 bl 2 l 3 l 16080156206210146 第 11 章结构设计补充说明 11 1模具的开合模 开模时 其在动定模板处分型 当动模移动一定距离后 主型销脱离定模板 在注射 机中心顶杆作用下 推动推板与推杆固定板 此时弹簧被压缩 并且带动推管将塑件 顶出 当塑件脱出后 中心顶杆退回 弹簧复位 动模部件便往前移动合模 11 2模具杆类零件尺寸参数 11 2 1 拉料杆 附图 e 11 2 2 推管 附图 f 11 2 3 主型销 附图 g 第 12 章模腔三维造型 CAD CAM 12 1构建零件实体造型 分析制品的零件图可知 该行星齿轮零件两边为一渐开线圆柱齿轮 齿数分别为 17 齿和 18 齿 中间为一凸起的圆台 制品中心处为一嵌件 此嵌件向两边mm32 齿轮各凸起 1mm 使用 CAXA 实体构建零件实体主要过程如下 1 选取 设计元素 中的 工具 拉出一齿轮 参数设置为 齿数 18 齿廓 渐 开线 齿厚 8mm 中心孔半径 8mm 分度圆半径为 13 5mm 2 在 图素 中拉出一圆柱体 并将其定位到齿轮中心点处与齿轮贴合 参数设 置为 长度 32mm 宽度 32mm 高度 2mm 3 与步骤 1 类似拉出一齿轮 参数设置为 齿数 17 齿廓 渐开线 齿厚 6mm 中心孔半径 8mm 分度圆半径为 12 75mm 至此 塑件生成 4 在 图素 中拉出一圆柱体 参数设置为 长度 16mm 宽度 16mm 高度 6mm 同理再作一圆柱体将其定位于在此之前的圆柱体中心处 参数设置为 长度 12mm 宽 度 12mm 高度 6mm 同理 再生成一圆柱体 步骤同前 参数设置为 长度 16mm 宽 度 16mm 高度 6mm 最后 拉出一孔类圆柱体 将其中心定位于这三各圆柱体轴线上 参数设置为 长度 10mm 宽度 10mm 高度 18mm 至此 嵌件生成 5 用三维球和约束条件将塑件与嵌件装配起来 至此 零件生成 零件图如下所 示 附图 h 12 2模腔分模 分型面取在零件的最大截面处 即 齿数为 18 的齿轮与圆台在动模上的齿腔成型 另一齿轮在定模上的齿腔成型 考虑到零件尺寸较小 且轮廓较复杂 将齿腔做成镶 圈 分别固定于动 定模板上的模腔里面 镶圈形状如附图 附图所示 ij 附图 附图 模腔模拟加工ij 由于直接参与成型的齿腔做成了镶圈 故齿腔的成型加工采用线切割加工更为简 便 目前辅助加工软件多为铣削或钻削等传统加工模拟与仿真 因此本设计模腔加工 部分只对动 定模板上的放置镶圈的凹腔进行加工仿真 又由于模腔只参与齿轮侧壁 的成型 故对其精度要求不高 这里采用铣削和钻削一次加工完成 具体过程如下 12 3模腔模拟加工 12 3 1 定模板加工 12 3 1 1铣削浇口套孔 mm30 采用平面区域加工方法 选用刀具半径 R 7 刀角半径 R 0 的端刀 12 3 1 2 钻削模腔中心孔 mm10 采用平面区域加工方法 选用刀具半径 R 5 的钻头 12 3 1 3 铣削 深为 6mm 的模腔 mm52 采用平面区域加工方法 选用刀具半径 R 7 刀角半径 R 0 的端刀 12 3 2 动模板加工 12 3 2 1 钻削模板中心孔 mm10 采用平面区域加工方法 选用刀具半径 R 5 的钻头 12 3 2 2 钻削模腔中心孔 mm10 采用平面区域加工方法 选用刀具半径 R 5 的钻头 12 3 2 3 铣削 深为 8mm 的模腔 mm52 采用平面区域加工方法 选用刀具半径 R 7 刀角半径 R 0 的端刀 12 3 2 4 铣削 R2 5mm 的侧浇道 采用曲面区域加工方法 选用刀具半径 R 2 5 刀角半径 R 2 5 的球刀 拐角过度方 式为圆弧 仿真加工后零件如附图 附图所示 kl 附图 附图kl 12 4生成 NC 文件 在 CAXA 制造工程师进行如下操作 应用 后置处理 生成 G 代码 即可得可直接 用于机床上的 NC 文件 第 13 章设计总结 随着时间的推移 毕业设计已逐步迈入尾声