本科毕业论文-圆柱齿轮注塑模的设计.doc

河河北北农农业业大大学学 现现代代科科技技学学院院 本本科科毕毕业业 设设计计 题题 目：目： 圆柱齿轮注塑模的设计圆柱齿轮注塑模的设计 学学 部：部： 工程技术学部工程技术学部 专业班级：专业班级：机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学学 号：号： 20106142805032010614280503 学生姓名：学生姓名： 指导教师姓名：指导教师姓名： 指导教师职称：指导教师职称：教授教授 二二 O 一四一四 年年 五五 月二十七日月二十七日 2 圆柱齿轮注塑模的设计圆柱齿轮注塑模的设计 摘要：注射成型在整个制造业的生产中占有十分重要的地位。据估计，注射成型的制品 约占所有模具塑料制品总产量的三分之一，注射模约占塑料成型模具数量的二分之一以 上。注塑模具在模具工业中的重要性显而易见。现在，注塑模具设计和制造中的传统方 法早已满足不了现代生产发展的需要。为了赢得竞争、占有市场、可持续发展，模具生 产必须变革传统的生产方法，引进新技术、新思维。在计算机技术日益发达的今天，将 计算机运用于注塑模具以及制造业中己迫在眉睫。 本文具体地阐述了模具的技术特点以及先进制造模式在模具行业中的应用，提出以 计算机应用技术为手段的辅助模具设计的新方法。主要针对注塑模具常见的成型方式进 行了分析研究，克服传统模具的问题与不足，以达到将注塑模设计过程智能化。对系统 进行分析并设计出系统的总体框架，选择 solidworks 作为设计工具。通过对系统体系结构 和功能模块具体分析，对系统进行了功能设计，划分了系统功能模块。建立了系统的设 计框架模型。最终设计出满足工程需要的注塑模。 关键词： solidworks 计算机 注塑模 3 Plastic injection mold design Abstract：Injection forming and stamping forming plays an important role in the manufacturing business. Now, the traditional way of die designing and manufacture can hardly meet the need of the modern production. Introducing new tehniques and information tehnology into this field correspond with the current.With the increasing development of the comuter technology today,it is an inevitable trend to employ the computer into die designing and mnufacture. It is formulized that the technical feature of the mould CAD/CAM/CAE system and the application of advanced manufacture pattem in the mould domain, in this paper. A new method of mould design-aided based on computer application technology is come through.In order to find the way to intelligentize the process of injection forming and blanking die designing, this article mainly discusses injection forming, and four common types of forming: blanking, bending, deep drawing and other forming.The paper analyzes the whole system and figures out its frame , slidworks is chosen to be the tool of building the database.After analyzing of the systems whole framework, the functions are designed and the modules are divided. Based on the analysis of the entities and relation of them in course of design of cupola charging, information model of this system is established. Corresponding database form is designed.I a word,I will try my best to finish the design of plastics mold which helps us. Key words：solidworks; Computer; injection mold 4 目目 录录 1 绪论 1.1 引言4 1.2 国内模具制造溉况4 1.3 论文课题背景、意义与主要内容4 1.4 注塑模具概述5 2 塑件的分析.5 2.1 工件的原始尺寸5 2.2 塑件的三维图5 2.3 塑料制品的尺寸，公差和表面质量5 2.4 塑料制品的几何形状6 2.5 模具的初步分析6 3 塑件材料和注塑机的选择.6 3.1 齿轮材料聚甲醛的成型工艺6 3.2 注塑机的选择7 4 注塑模的设计.8 4.1 模具结构分析8 4.2 型腔数量及排列方式8 4.3 分型面的选择8 4.4 浇注系统设计9 4.5 模具的排气系统设计12 4.6 侧向抽芯机构.12 4.7 成形零件的设计.13 4.8 型腔厚度及底板厚度的计算17 4.9 脱模机构的设计18 4.10 浇注系统凝料脱模机构设计19 4.11 合模导向机构的设计20 4.12 冷却系统20 4.13 模架的选择20 4.14 模具的三维总装配图20 5 结论21 致谢21 参考文献22 5 圆柱齿轮注塑模具设计 1 绪论 1.1 引言 随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。人们已经越来越清楚认 识到产品质量、成本和新产品开发能力的重要性，而模具制造(CADCAM/CAE)是整个 链条中最基础的要素之一。模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要 标志，并在很大程度上决定了企业的生存空间。现在，模具制造行业追求的目标是提高 产品质量及生产效率、缩短设计及制造周期，降低生产成本、最大限度提高模具制造业 的应变能力，满足用户需求。 1.2 国内模具制造溉况 我国模具设计和制造水平在最近几年中已经有了很大提高，模具生产技术也有了很 大进步。模具 CADCAMCAE 技术，热流道和气辅技术，快速成型技术，高速切削技 术等方面也有了很大进步。虽然我国模具工业的水平有了一定的提高，但与国际先进水 平相比，我国的模具制造业在发展中也存在着很多的问题。 1.3 论文课题背景、意义与主要内容 （1）选题背景及意义 改革开放以来，少数单位在该模具技术领域采用了 CAD、CAM、CAE 技术和先进制 造技术，显著地缩短了模具设计和制造周期。提高了模具质量，实现了模具工作零件的 互换，但是有些模具仍然依靠进口，这严重地影响了我国机电产品自主开发的能力和改 型更新的速度。 模具设计涉及到大量的表和结构图，要设计出符合要求的模具，除了要对模具知识 有较深的掌握之外，还必须具备机械设计、材料、零件加工等多方面知识和技术。只有 这样，才能提高设计效率和可靠性，使设计人员能方便、快速、有效的设计出符合实际 要求、性能稳定的模具成为可能。同时，模具工业是国民经济的基础行业，应用计算机 辅助设计的先进技术，是实现模具设计自动化的重要方法和手段，对提高国家工业水平 和产品开发能力都有现实的意义。 （2）课题研究的主要内容 注塑模具设计是一个前后联系的逻辑过程，通过加载产品模型、确定顶出方向、收 缩率、目前布局、分型面、型芯和型腔、滑块/抽芯、模架及其标准件、浇注系统、冷却 系统等步骤的工作完成整套模具设计的流程。在开展本课题的研究过程中，本文主要探 讨并研究了基于 solidworks 的注塑模具辅助设计和使用 solidworks 进行注塑模具设计的基 本方法。 6 1.4 注塑模具概述 注塑模具是注塑成型加工所需要的模具。所谓注塑成型（Injection Molding）是指受 热融化的材料由高压射入模腔，经冷却固化后，得到成形品的方法。注塑成型过程大致 可分为以下 6 个阶段“合模-注射-保压-冷却-开模-制品取出”，上述工艺反复进行，就可连 续生产出制品。塑料早已成为人类不可缺少的重要生产资料。注射成型在整个塑料制品 的生产中占有十分重要的地位。 2 塑件的分析 本文内容主要有如下部分：根据齿轮的齿顶圆尺寸较小的情况，确定所需要模具属 于小型模具；根据图纸精度要求查出了齿轮各个部分的公差；用 solidworks 设计了齿轮的 三维图，直观的了解了塑件；为了便于脱模，对塑件的壁和孔都选择了一定的脱模斜度。 2.1 工件的原始尺寸 所要设计的塑件为齿轮，属于正常齿制，齿顶高系数，齿根系数，模 1h* a 25. 0c* 数 m=1，齿数 z=28，所以齿根高度为：， ）（）（mm25 . 1 125 . 1 chh * af m 齿顶高为： 分度圆直径为： 11ham 28 mzd 齿顶圆直径为： 齿根圆直径为： 302 dda 5 . 252 ff hdd 2.2 塑件的三维图 利用 solidworks 软件和零件图对工件进行三维建模,建模过程 为:首先利用 solidworks 的齿轮外挂直接将轮齿部分画出来，然后 在 solidworks 的建模环境里，用草图画出筒壁圆环，用拉伸特征 方式建模;再在筒壁上打一个侧孔。 三维图如右图 2-1 所示： 2.3 塑料制品的尺寸，公差和表面质量 （1）塑件的主要尺寸如图 2-2 所示： （2）塑料制品的公差 塑料制品分为 8 个精度等级，根据塑料品种的不同，每一种 塑料可选其中的 3 个等级。模具制造的精度一般塑料制品的精度 高出 12 个等级。 （3）塑料制品的表面质量塑料制品表面质量包括有无斑点， 条纹，凹痕，起泡，变色等缺陷，还有表面光泽性和表面粗糙度。 表面缺陷必须避免，表面光泽性和表面粗糙度应根据塑料制品使用要求而定。 图 2-3 齿轮公差要求 图 2-1 齿轮零件图 图 2-2 齿轮基本尺寸 7 根据上面的要求，对所给定的塑料制品精度定为 MT4，模具精度为 IT6。查模塑件尺 寸公差表（GB/T 144861993） ，塑件的精度为 MT4，如 上图 2-3 所示。 2.4 塑料制品的几何形状 （1）脱模斜度 为了便于塑料制品脱模，以防脱模时擦伤制品表面，与脱模方向平行的制品表面一 般应具有合理的脱模斜度。其大小主要取决于塑料的收缩率，塑料制品的形状和壁厚以 及制品的部位。 根据制品的形状和壁厚，并且为了制品留在型芯一边，选用内表面脱模斜度为 30， 外表面脱模斜度稍大，为 35。脱模斜度选为：筒壁部分，外壁 5，内表面 10；齿轮部 分，外壁 0，内表面 5。 （2）塑料制品的圆角 塑料制品上所有转角应尽可能采用圆弧过渡。采用圆弧过渡的好处在于避免应力集 中，提高强度，改善熔体在型腔中的流动状况，有利于充满型腔，便于脱模。在制品结 构上无特殊要求时，制品的各连接处的圆角半径应不小于 0.51mm。对于使用上要求必 须以尖角过渡或分型处和型腔配合不便制成圆角时，则仍以尖角过渡。 2.5 模具的初步分析 图 2-4 所示为工件简图。从图上可以看出，工件主要是由三部 分构成：带轴套齿轮，筒壁和其上的一个侧孔。轴套和筒壁孔同心 不同径。筒壁侧孔需采用抽芯机构。 端面 1 和端面 2 是齿轮的最大投影面，初步可以选定其中一个 为分型面。开模的时候因存在侧向抽芯机构，故要先抽芯后开模。 3 塑件材料和注塑机的选择 合适的材料和加工手段是制造合格产品的基础，本节将详细讨论材料和注塑机的选 择。 3.1 齿轮材料聚甲醛的成型工艺 塑件材料为聚甲醛，它的成型工艺如下：聚甲醛流动性差，成形困难，若成型件大， 模具需要加热设备，主浇道粗而短，分浇道少转弯。聚甲醛还有毒，型芯，型腔要进行 电镀处理。聚甲醛未结晶型高聚物，结晶度为 75%80%，加上聚块速度快，当从定型转 变为结晶状态时，会产生较大的体积变化，使成形收缩率达 1.5%3.5%，造成制品表面凹 陷。因此必须严格控制加工工艺，并对制件进行热处理以提高其成形稳定性和减少内应 力。聚甲醛的稳定性差，当树脂超过正常加工温度上限或允许温度下停留时间较长，均 会引起分解，产生强烈刺激性气体甲醛气体，轻则产生变色和起泡，重则导致爆炸事故。 因此，在保证注塑流动性的前提下，应尽量用较低的加工温度和较短的受热时间，注塑 图 2-4 工件简图 8 时间一般为 25s。一旦分解，立即缓慢降低机筒温度，并设法清洗变色物料。为了防止 局部过热而分解，成形设备中不得存在料流死角，同时与树脂接触部位应避免使用铜或 铜合金材料。聚甲醛的加工温度设定一般是：机筒后方 165210；机筒中间 170210； 机筒前方 180215；射嘴 170215；模具 40120；射料速度可以是适中到快速；射 压无论是在首阶段还是次阶段，一般为 1000bar（1bar=Pa） ，最大不要超过 1700bar； 5 10 转动线速度不应超过 0.10.5m/s；背压越低越好，最高不要超过 200bar。聚甲醛虽然吸湿 性低，但是由于造粒时用水冷却，故要求在 8090干燥 4h。 3.2 注塑机的选择 （1）选择原则 注射量（容积）不能大于注塑机额定注射量的 80%： （3-1） 额注 VV8 . 0 注射量不能小于注塑机额定注射量的 20%： （3-2） 额注 VV2 . 0 所给零件选取的材料为聚甲醛（POM） ，故选用螺杆式注射机。 塑件的体积： ）（）（ ）（）（）（ 33 22222 cm5mm575.4672 14.327-228635.214.3-415-2014.39 V 齿轮体积虽然很小，但是 POM 的注射时间很短，本模具选择 2s，因为它在高温度下停留 较长时间会分解产生气体，甚至引起爆炸事故。所以，所选用的注射机首先要保证其注 塑时间在 POM 所能承受的时间范围内，且时间相差很小。故注塑时间对生产率的影响不 大。齿轮的体积小，如果采用多个型腔，在同一时间可以成形多个零件。但是每增加一 个型腔，塑件的精度就会下降 4%左右。因此多型腔设计实际上是采用了舍精度而求效率 的方法。而所给图纸上标明了塑件的精度为 MT4，是比较高的精度。所以，经过充分分 析后，选择两个型腔比较合理。考虑到浇注系统凝料部分，可取模具注射体积为， 3 cm15 换算成质量为 21g，超过了 SYS-20 直角式注塑机的额定注射量。所以另外选择额定注射 量为，型号为 SZ-25/20 的注塑机。 3 0cm2 （2）注射机的校核 锁模力的校核 锁模力必须大于型腔内压力，一面在注射过程中由于锁模力过小而造成模具胀开发 生溢料现象。取型腔压力为 35MPa，得锁模力为: 式中，分别为型腔投影面 ）（）（）（NAAAPFk90 5 . 1102235n jjzm z A j A 积和浇注系统的投影面积。所选注射机的锁模力为 200kN 远大于 90kN，故锁模力可靠。 最大注射力校核 POM 注射压力在 100120MPa 之间。本塑件可选用 100MPa 的注射力。而所选注射 机的最大注射压力为 200MPa，比 100MPa 大，满足要求，故最大注射压力可靠。 最大开模行程校核 9 对于双分型面开模行程按下式校核： （3-3） ）（105a 21 HHS 式中 S注塑机最大开模行程（移动模板台面行程） ，mm； a定模座板与定模型腔板分开的距离（应足以取出凝料） ，mm； 塑件脱模距离，mm； 1 H 包括流道凝料在内的塑件高度，mm。 2 H ）（）（mm631058396210S 最大开模行程大于模具所需要的开模行程，所以选用的注塑机满足要求。 4 注塑模的设计 这部分按照模具的设计步骤，对模具的各个结构进行了详细设计。通过对各个方案 进行比较，择优选择，最终确定了最优化的模具结构。 4.1 模具结构分析 零件具有侧孔，因而注塑模具有侧向抽芯机构。故模具的结构主要有：浇注系统， 成形机构，导向机构，脱模机构，侧向抽芯机构，加热冷却系统，排气系统（聚甲醛对 温度很敏感，故需良好的排气系统，以防压缩空气的高温造成零件的局部烧坏即产生气 泡等缺陷） ，其他部件。 4.2 型腔数量及排列方式 根据注塑机选择时的分析，型腔数目为 2 个。在选择型腔布局方式时，首先应考虑 到型腔的布局要求对称，以防模具承受偏差力而产生溢料现象，型腔排列也宜紧凑，以 节约模具材料，减轻模具重量。由前面分析可知，型腔数目 已定为 2 个，只能采用平衡对称式布置。它应以直线型排列 方式设计。由于直线型腔排列方式平衡性较差，所以锁模力 需大些。又从前面所选注塑机锁模力校核来看，锁模力远大 于型腔的压力，股平衡性没有太大的影响，可以不考虑。故 型腔的排列方式为直线排列。其排列形式如图 4-1 所示： 4.3 分型面的选择 分型面的设计在注塑模的设计中占有相当重要的位置，分型面可以为一个也可以为 多个。 考虑模具的侧向抽拔距都比较小，选择分型面时应将抽芯和分型距离长的方向置于 开合模的方向，将小抽拔距的方向作为侧向分型和抽芯方向。 作为主要大排气渠道应将分型面设置在熔融塑料的流动末端，以利于模具型腔内气 体的排出。 考虑模具的加工难度，要使模具易于加工，工艺要力求简单。 图 4-1 型腔数量及排布 10 如图 2-4 所示，从齿轮的结构上分析可知只需要个分型面。遵照分型面设计原则应 设置在最大投影面上，以便齿轮顺利脱模，有两种方案可供选择：一个是端面，另一 个是端面 2。 如果选择端面 2 做分型面时，轴套型芯和筒壁孔型芯应该分开以顺利脱模。轴套型 芯和齿轮型腔可以都设置在动模上，以保证齿轮同轴度的要求。齿轮型腔的加工也比较 容易，可以直接利用内齿轮的加工方法加工。筒壁内孔和轴套型芯在开模合模过程中， 二者的同心要求难以满足。所以否定了端面 2 作分型面的方案。那么型芯可以加工为一 体，满足了筒壁和轴套同心要求，再将型腔也固定在动模上，就满足了齿轮型腔和轴套 的同轴度要求。型腔和型芯都放置在动模上。 熔融塑料直接从浇口进入型腔，分型面和浇口在同一个平面上。开模时，齿轮由于 冷却收缩而固定在动模型芯上，随着型芯移动，从定模中脱出。符合模具设计的原则。 所以选择端面 1 为分型面合理。 4.4 浇注系统设计 模具采用了两个型腔，故需要设置分浇道以便熔料能同时充满两个型腔。为了取出 浇注系统凝料，在分浇道平面增加一个分型面，将模具改为双分型面结构。浇注系统应 该由主浇道，分浇道，浇口和冷料穴组成。下面对它们分别进 行设计。 （1）主浇道的设计 为了使浇道中凝料顺利拔出，将其设计为圆锥形，如图 4-2 所示：POM 流动性稍差些，故选取主浇道锥角为 7，主浇道 内壁表面粗糙度取小值，为 0.8。通常主浇道进口端直径 a Rm 为 48mm，并考虑到进口段凹坑直径比注射机喷嘴球面直径大 0.51mm。注射机的喷嘴 球半径为 10.0mm，所以进口端凹坑半径为 R=11.0mm，可以 )mm(4.411 5 2 5 2 RH 取 H=6.0mm。 实践证明，注射模主浇道和分浇道的切变速率为时所成形制品 1-32 s105105 的质量较好。对于一般热塑性塑料，根据经验公式： （4-1） 2 nv/ q3 . 3R 式中 熔体的体积流量，； 浇道端面尺寸的当量半径，。 v q s/cm3 n R cm 根据前面注塑机的选择，可知熔体的体积流量为： v q）（s/cm254 . 1/35q 3 v 对于小型模具，主浇道取，但是 POM 需要较快的注射速度，所以本模 1-2s 105 具取。代入公式得 1-3s 1054 . 4105/q3 . 3 n 32 nv RR， 主浇道进口端直径取为。 mm9d 在保证制品成形的条件下，对于聚甲醛来说，主浇道应该很短，所以取主浇道长度 为。 0mm3 图 4-2 主浇道 11 出口端直径： （4-2） ）（mm 8 . 12 2 tan2d LD 出口端圆角半径： (4-3) ）（mm6 . 1 8 1 rD 主浇道进口和注塑机喷嘴头部接触的表面一 种是平面，一种是弧面。平面连接在密封时需要 有很高的压力，实际生产中很少用。加 之本模具又属于小型模具，所以选用弧面连接。 （2）主浇道衬套 主浇道通常单独开在一个主浇道衬套中，在 淬火后嵌入模具，这样在损坏时便于更换和修磨。 通常的主浇道衬套有 A 型和 B 型两类，如图 4-3 所示。对于小型模具，可将主浇道衬套 与定位环设计为一个整体。衬套长度与定模配合部分的厚度一致，主浇道出口处的端面 不得突出在分型面上。 （3）定位环的设计 为了使主浇道与喷嘴和料筒 对中，在主浇道衬套上增加定位 环，喷嘴可以在定位环作用下和 主浇道进口对准进料。小型模具 的定位环一般和衬套设计在一起。 定位环有 6 种形式，但是为了弥补不同厂家生产的定位孔不一致的缺点，通常选择的定 位环有以下两种形式（图 4-4） （a）是最常用的一种形式，图（b）可以不在定模上加工 安装定位环的台阶孔。对于小型模具，优先采用图（b）所示的定位环。 减少在定模上加工台阶孔的工序，节约模具的加工时间。定位环 高度取 8mm。将定位环和衬套设计为一个整体，如图 4-5 所示。 （4）拉料杆的设计 主浇道长度为 30mm，在开模的时候主浇道的凝料需要被同 时取出。目前常用的结构主要有：球头形拉料杆，倒锥形三种形 式。结合本模具的设计可以就看出，所用的拉料杆开模的时候不能运动，主要是靠外力 从一个固定的位置拉出，所以在主浇道的末端设置一个球头形拉料杆，如图 4-6 所示，将 凝料在开模后拉向动模方向。 （5）分浇道的设计 模具采用了双型腔设计。常用的分浇道截面形状有圆形，正 方形，梯形，U 形，半圆形和正六角形等。 通常选择半圆形浇口，这种浇口不存在死角，而且有利于 POM 流动，加工的时候也不需在两边板上加工。 分浇道的长度取决于模具型腔的整体布置方案和浇口位置。根据各种因素分析，聚 烯烃类塑料，分浇道直径应是塑件最大壁厚的 1.6 倍。聚缩醛类塑料应是 1.5 倍。绝大部 图 4-4 定位环（a） 定位环（b） 图 4-5 浇口套 图 4-6 拉料杆 图 4-3 主浇道衬套 12 分塑件的分浇道断面直径都在 310mm 之间，少数低粘度塑料的塑件可小于 3mm，高 粘度塑料的塑件可大于 10mm。表 4-1 列出常用注塑件分浇道断面尺寸的推荐范围，其 数据是长期经验积累炳实验验证的。 表 4-1 不同材料分浇道截面直径 塑料名称分浇道截面直径/mm ABS，AS4.85.9 聚乙烯1.69.3 尼龙类1.69.5 聚甲醛3.510 丙烯酸塑料810 抗冲击丙烯酸塑料812.5 醋酸纤维素510 聚丙烯510 异质同晶体810 聚苯乙烯3.510 软聚乙烯3.510 硬聚乙烯6.516 聚氨酯6.58.0 热塑性聚酯3.58.0 聚苯醚6.510 聚砜6.510 离子化合物2.410 聚苯硫醚6.513 据表 4-1 选分浇道直径为 9mm。 为防止分浇道前端冷料进入浇口和型腔，堵塞浇口和对塑件性能产生影响，在分浇 道末端设置冷却料穴用于收集前端的冷料。其长度一般为分浇道直径，此处取为 9mm。 分浇道的布置：分浇道应以平衡式布置，即分浇道的长度，形状和截面尺寸都必须 对称，以达到各个型腔的塑料流动平衡和热平衡，使物料均匀充满各个型腔。 （6）浇口设计 浇口是连接分浇道和型腔的一段细短通道，它的形状，数量，尺寸和位置对塑件的 影响很大。 浇口的尺寸和类型 浇口的截面积一般取分浇道截面积的 3%6%，浇口长度约 为 11.5mm，在设计时应取最小值，试模时逐步调整。从齿轮形状看，可以选用点浇口。 点浇口具有很大的位置自由度，浇口周围的应力小，且浇口可以自行拉断，同时其两端 的压力差大，可以产生剪切热，增加了塑料的表观流动性，能正确控制补料时间，无倒 13 流之虑。此模具在开模后，浇口处在模板中间，浇口凝料应易于和塑件分离，故使用直 点浇口，选择圆形浇口，长度为 1.1mm，浇口直径为： 上端: ）（ 分上 mm8 . 014.28%3 4 %3 4 d A （4-4） 下 端 ： （4-5） ）（ 下 mm240cot5 . 028 . 0d 其形状如图 4-7 所示。 浇口的位置 结合齿轮的形状及分型面的选择将浇口设置在齿轮的端面 1。综合 考虑，选择两个浇口比较合适，也易于布置，熔料在两个位置同时注入型腔；另一种是 在 T 字架两边各设一个浇口，如图 4-8 所示。 1分浇道；2浇口， 圆形布置适合于多浇口方 案，加工方法比 T 形式布 置要简单，但是材料利用 率低，凝料太多，没有冷 料穴，温度低的熔料进入 了点浇口可能会迅速冷却 而导致堵塞。而 T 形式布置适用于浇口为 2 个或 3 个的方案，加工虽 然比圆形复杂些，但是它的材料利用率高，浇道末端的冷料穴能将冷料收集而不使其进 入点浇口。所以，此处选择 T 形式布置 2 个点浇口。 4.5 模具的排气系统设计 对于注射模而言，排气系统尤为重要，因为注塑的过程是通过熔料置换出空气而形 成的。由于模具的型腔比较小，空气置换量不大，利用分型面可以很好地将型腔内空气 排除。顶出机构的配合间隙也可以作为排气通道，不需另外设置专门的排气装置。 4.6 侧向抽芯机构 在齿轮上有侧孔，必须设计侧向抽芯机构。根据动力源的分类，侧向抽芯可以分为： 机动侧向抽芯机构；液压或气压侧向抽芯机构；手动抽芯机构。 机械抽芯比较合适。结合齿轮的侧孔研究得：侧孔对齿轮的使用及外观没有影响， 所以它可以选择较大的脱模斜度，从而可以减少侧向抽芯时的抽拔力。机动抽芯又分为： 斜导柱侧向抽芯，弯销侧向抽芯，斜导槽抽芯，斜滑块侧向抽芯，其他侧向抽芯机构 （如弹性元件） 。 抽芯长度： （4-6） ）（mm6333ss 1 式中 型芯的长度，mm。 1 s 图 4-8 浇口的布 置 图 4-7 浇口 14 抽芯力： （4-7） ）（sin-coschp c F 式中 抽芯力，N； c F 侧型芯成形部分的截面平均周长，m； c 侧型芯成形部分的高度，m； h 塑件对侧型芯的缩应力（包紧力） ，其值与塑件的几何形状及塑料的品 p 种成型工艺有关，一般情况下模内冷却的塑件，； MP128p 塑件在热状态下对钢的摩擦因数，一般； 2 . 015 . 0 侧型芯的脱模斜度或倾斜角， （ ） 。 将有关参数带入（4-7）式中得： ）（）（NF 6 . 30sin-coschp c 可见抽芯力很小。 弹簧抽芯机构的结构要简单些。由前面的计算可知，侧向抽芯的抽芯力为 30.6N，很 小，故选择弹簧抽芯机构比较合适。因为侧型芯前端面和定模型芯表面接触，为了使型 芯合模的时候与定模型芯吻合，将滑块制成正方体。 侧抽芯弹簧的选择：侧抽芯力为，弹簧压缩距离定为。为了使抽 NF6 .54 c mm6x 芯顺利，弹簧在复位时，当压缩距离达到 4mm 时，弹簧所产生的弹力就应该达到 。所以选择弹簧的规格为：弹簧丝直径，中径，自由长度 NF 6 . 54mm3d mm9D 。考虑到在合模的时候，由于滑杆直径较小，为了避免复位板造成的推力过大， mm30l 在导杆顶端上面采用滚轮与复位板接触，以减少摩擦力。 4.7 成形零件的设计 （1）成形零件的结构设计 综合分析，整体嵌入式凹模是最佳选择。型腔的加工简单，成本也不高。在凹模 损坏需要修理或者更换时，整体式凹模也容易拆除和安装。虽然成形后可能会出现诸如 毛刺等缺陷，但是它也有助于分型，且不会对齿轮的精度和使用产生影响。结合齿轮的 精度及轴套和齿之间的同轴度关系，用整体嵌入式凹模可以利用固定板精确定位，从而 保证了齿轮轴轴套和齿之间的同轴度。所以整体嵌入式凹模为最佳选择。齿轮型腔和筒 壁型腔必须分开加工，因为两个不能加工在同一实体上，嵌入两块不同的固定板，再用 螺钉将两块板连接起来。型腔的外部可以制成圆形或正方形，但是为了方便加工和节省 材料，将型腔的外部制成圆形。因为型腔是轴对称的，所以其旋转不会对塑件产生影响， 不需要用销钉或键来止转。 选用镶嵌式型芯。它不仅加工简单，节省材料，而且也便于安装，对于小型模具 非常实用。型芯可以加工成带台阶的，因其尺寸小，利用过盈配合将型芯与固定板固定， 再施以树脂连接。型芯虽为回转体，但是没有凹槽或者凸起，不需要用销钉止转。动模 型芯在固定之后，为了消除安装到凹模固定板上由于底部不平产生的应力，增加一道平 磨工序。 （3）成形零件的工作尺寸设计 影响塑件尺寸和精度的因素主要有： 成形收缩率 15 塑料成形后的收缩率与材料，塑件的结构，模具的结构以及成形的工艺条件等因素 有关，因此在实际工作中，成性收缩率的波动很大，从而引起塑件尺寸的误差很大，塑 件尺寸的变化值为: （4-8） sminmaxs -LSS）（ 式中 塑件收缩波动而引起的塑件尺寸误差，mm； s 塑料的最大收缩率，%； max S 塑件的最小收缩率，%； min S 塑件尺寸，mm。 s L 一般情况下，成性收缩率波动引起的塑件尺寸误差要求控制在塑件尺寸公差的 1/3 以 内。 模具成形零件的制造误差 实践证明，如果模具成形零件的制造误差在 IT7IT8 级之间，成形零件的制造公差 占塑件尺寸公差的 1/3。 模具成型零件的磨损 对于中小型塑件，模具成形零件最大磨损可取塑件公差的 1/6，大型塑件，模具成形 零件最大磨应取塑件公差的 1/6 以下。 模具安装配合的公差 模具的成形零件由于间隙配合的变化，会引起宿建德尺寸变化。模具的配合间隙公 差应不影响模具成形零件的尺寸精度和位置精度。 （4）成形零件工作尺寸的计算 模腔工作尺寸的计算 模腔尺寸计算包括型腔和型芯的径向尺寸，型腔深度和型芯高度尺寸，中心距尺寸 的计算。 a.凹模径向尺寸的计算选择平均尺寸法计算，公式为: b. （4-9） z 0 scp 4 3 -)1 ( LSLM 校核公式为 : （4-10） ssmincz -LLSLM 式中 凹模径向尺寸，mm； M L 塑件径向公称尺寸，mm； s L 凹模的平均收缩率，%； cp S 塑件公差值，mm； 凹模制造公差，mm； z 凹模的磨损量，mm； c 塑件的最小收缩率，%； min S 系数随塑件精度和尺寸变化，一般在 0.50.8 之间。 4 3 塑件公差值：轮齿公差，筒壁公差。 ）（A36 . 0 1 ）（A32 . 0 2 塑件径向公称尺寸：齿腔，为齿轮分度圆直径；筒壁。 mm300 36 . 0 - mm200 32 . 0 - 塑料的平均收缩率：查相关资料，聚甲醛的收缩率为 1.5%3.0%，故平均收缩率为 2.25%。 16 塑料最大和最小收缩率：，。 %0 . 3 max S%5 . 1 min S 凹模的制造差： 12 . 0 3 1 1z1 117. 0 3 1 2z2 凹模的磨损量： 053. 0 6 1 2c2 06 . 0 6 1 1c1 将参数代入式中，算出型腔尺寸得： 齿腔顶圆凹模径向尺寸： 齿腔分度圆凹模径向尺寸： 04 . 0 08 . 0 - 10.30 12 . 0 0 13.28 齿根圆凹模径向尺寸： 筒壁凹模径向尺寸： 10 . 0 02. 0- 60.25 12 . 0 0 15.20 齿腔顶圆： 30905.29- ssmincz LLSLM 齿腔分度圆： 2889.27- ssmincz LLSLM 齿根圆： 5 . 25372.25- ssmincz LLSLM 筒壁： 2087.19- ssmincz LLSLM b.齿轮齿廓计算（变模数法） 。为获得所需的齿轮齿廓，需要对齿腔参数进行修正， 修正公式如下： （4-11） （4-12） cp c 1 cos cos Q m1m cpc ）（Q 式中 齿轮的压力角，； 20 m齿轮的模数； 模具齿腔的压力角， （） ； c 模具齿腔的模数； c m 塑料的平均收缩率，%。 cp Q 将以上数据代入到公式（4-11）和公式（4-12）中得：；。 16 c 0225 . 1 mc c.凹模深度尺寸计算平均尺寸法: （4-13） z 0 scp 3 2 -)1 ( HSHM 校核： （4-14） ssmax -HHSHM 式中 凹模高度尺寸，mm； M H 塑件高度公称尺寸，mm； s H 凹模深度制造公差。 z 塑件高度公称尺寸：齿腔为齿轮分度圆直径；筒壁孔 mm60 18 . 0 -s Hmm90 20 . 0 -s H 将参数代入式（4-13）中，算出型腔高度得：齿腔筒壁 mm02 . 6 01. 0 05. 0-M H mm10 . 9 04 . 0 03 . 0 -M H 齿腔： 6015 . 6 - ssmax HHSHM 17 筒壁： 9999 . 8 - ssmax HHSHM 需要对筒壁型腔进行修正，筒壁。 mm070. 9 07 . 0 0M H 型芯尺寸计算： a.型芯径向尺寸计算。采用平均尺寸法： （4-15） 0 - scpm z 4 3 1 LSL）（ 校核： （4-16） ssmaxczm -LLSL 式中 型芯径向尺寸，mm； m L 型芯制造公差，mm； z 型芯的磨损量，mm； c 系数，取值范围为 0.50.8。 4 3 塑件径向公称尺寸：轴套；筒壁 mm7 20 . 0 0 mm15 20 . 0 0 将参数代入公式（4-15）中，算出型芯径向尺寸得：轴套；筒壁 01 . 0 06 . 0 -m 30. 7L 。 05 . 0 04 . 0 -m 50.15L 轴套： 7993 . 6 - ssmaxczm LLSL 筒壁： 15963.14- ssmaxczm LLSL 应对轴套，筒壁型芯进行修正，轴套 7.315mm；筒壁 15.585mm。 b.型芯高度计算。塑件为通孔结构，所以型芯和型腔的高度相同。 侧型芯径向尺寸及高度计算: （4-17） 0 - scpm z 4 3 1 LSL）（ 校核: （4-18） ssmaxczm -LLSL 式中 型芯径向尺寸，mm； m L 型芯制造公差，mm； z 型芯的磨损量，mm； c 系数，取值范围为 0.50.8。 4 3 塑件径向公称尺寸为： mm6 36 . 0 0 将参数带入式（4-17）中，算出型芯径向尺寸得： mm40 . 6 01 . 0 11 . 0 - 18 校核： 6045 . 6 - ssmaxczm LLSL 4.8 型腔厚度及底板厚度的计算 型腔模在注射成型过程中，由于注射压力很高，常由于刚度不足而弯曲变形，应按 刚度计算；对于小型模具的型腔，型腔常常在弯曲变形之前，期内盈利就已经超过御用 应力，按强度计算。 从前面的有关设计可以看出，此模具型腔比较小，最大只有 28mm，属于小型模具， 因此，在校核时按照强度计算。 齿腔和筒壁型腔都是圆形，因此应选择圆形型腔强度的计算公式。 型腔是通过镶嵌入固定板的，因此属于组合式型腔。 强度计算公式为 ：（4-19） 1 2 r 2 1 p S 式中 圆形型腔的侧壁厚度，mm； S 型腔半径，可取塑件半径，mm； r p型腔压力，MPa； 模具材料的许用应力，MPa。 轮齿部分：塑件的轮齿部分齿顶圆半径，型腔压力，模具材料 mm15r aM35pP 的许用应力，代入公式（4-19）得到，只要型腔壁厚大于 4mm，就能承受型腔 mm4S 内 35MPa 的压力。为了使模具型腔在加工中容易固定，取型腔厚度为 20mm，故轮齿型 腔外部尺寸为。 mm35R 筒壁部分：筒壁内孔半径，代入式（4-19）中，得到，只要大于 mm5 . 7r mm2S 2mm 就可以承受型腔内的压力。为了使型腔固定板容易加工，结构简单，可以取筒壁厚 度为 25mm。 底板厚度计算公式为： （4-20） 2 1 2 1 2 p r 1 . 1 pr22. 1 h 式中 h型腔厚度，mm； p型腔内压力，MPa； r型腔半径，mm； 模具材料的许用应力，MPa。 轮齿部分： mm35.6 pr22.1 h 2 1 2 筒壁部分： mm18.3 pr22.1 h 2 1 2 19 轮齿部分底板就是浇口板，其厚度可取为 8mm，筒壁部分底板为垫板，其厚度可取 为 10mm。 4.9 脱模机构的设计 在注射成形的每一个循环中，塑件必须从模具的型腔及型芯中脱出，这一完成塑件 脱模的机构称为脱模机构。 （1）脱模力的计算 经过注射机的高压注射，塑料在模具内冷却定型，此时塑料收缩将型芯包紧，这一 包紧力是开模后塑件脱出时所必须克服的。此外，如果有不通孔存在，还会带来大气压 力，塑料及型芯的粘附力，摩擦力以及机构本身运行时所产生的摩擦阻力。开始脱模时 的瞬时阻力最大，称为初始脱模力。脱模力的计算一般是计算初始脱模力。 齿轮的壁厚与内孔直径之比为，大于 1/20，属于厚壁塑件。故按照厚壁塑 7/6/ tD 件选取脱模力计算公式。塑件横断面形状为圆形，所以齿轮的脱模力计算公式为： （4-21） B K LE Q10 K1 tan-fr2 12 式中 脱模力，N； Q 塑料的拉伸模量，MPa； E 塑料成形的平均收缩率，%； 被包型芯的长度，mm； L 塑料的泊松比； 脱模斜度， （ ） ； f塑料与钢材之间的摩擦因数； r型芯的平均半径，mm； B塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积，当塑件底部有通孔时， 2 mm 10B 项视为 0； 由 f 和决定的无量纲数； 1 K 由和决定的无量纲数。 2 K t r 查常用热塑性材料的主要技术指标，塑料的拉伸模量; a105 . 2 3MP E 塑料成形的平均收缩率; 塑料的泊松比为；脱模 %25 . 2 2 %5 . 1%0 . 3 35 . 0 斜度，塑料与钢材之间的摩擦系数。 1 1 . 0f 轴套部分被包型芯的长度；型芯的平均半径，塑件为通孔结构， mm6Lmm5 . 3r 10B 为 0，所以： 58 . 0 6 5 . 3 l r 31.0 cos2cos 2 2 2 1 K 1cosfsin1 2 K 20 将上述参数代入式（4-21）中，得到轴套部分脱模力为。 NQ389 轴 筒壁部分被包型芯的长度；型芯的平均半径，塑件为通孔结构， mm9Lmm5 . 7r 10B 为 0，所以： 83.0 9 5.7 l r 52 . 0 cos2cos 2 2 2 1 K 1cosfsin1 2 K 将上述参数代入式（24）中，得到筒壁部分脱模力为。 NQ1215 筒 所以总的脱模力为： ）（ 筒轴 NQQQ16041215389 （2）简单脱模机构 在所有模具脱模机构中，简单脱模机构是最常用的一种形式。其原理是在动模一边 施加一次顶出力，将塑件从模具中脱出。通常分为顶杆脱模机构，顶管脱模机构，推板 脱模机构，活动镶块或凹模脱模机构，多元件联合脱模机构和气动脱模机构。 从脱模力来看，三种脱模机构都满足。顶管脱模机构和推板脱模机 构较顶杆脱模机构顶出要平稳些，对齿轮的精度要求很有利。同时模具 的结构很小，可供安装脱模机构作用面很小，顶杆脱模机构和推板脱模 机构都难以布置。 顶管脱模机构按照顶管的固定方式