矿泉水瓶盖注射模具设计说明书

毕业设计(论文)矿泉水瓶瓶盖注塑模设计机械与电子工程系机械设计制造及其自动化11级升本：任方成（51101090008）指导教师：王贤才完成日期：2013年5月16日

目录中文摘要 3英文摘要 41前言 51.1本研究领域的现状和国内外的发展趋势 51.1.1概述 51.1.2国外的发展情况 51.1.3国内的发展情况 61.2本课题的研究内容、要求、目的及意义 61.2.1本课题的研究内容 61.2.2本课题的研究要求 71.2.3本课题的研究目的 71.2.4研究意义 72注塑模具设计部分 82.1塑件分析 82.2塑料材料的成型特性 82.3设备的选择 92.3.1塑件的体积 92.3.2锁模力的校核 112.3.3开模行程的校核 122.4浇注系统的设计 122.4.1主流道的设计 122.4.2分流道的设计 122.4.3冷料穴的设计 142.4.4设计所用的浇口形式 142.4.5分型面的设计 152.4.6排气槽的设计 152.5成型零部件的设计和计算 152.5.1成型零部件的设计 152.5.2成型零件工作尺寸的计算 152.5.3型腔壁厚计算 182.6脱模机构的设计和计算 202.6.1脱模阻力的计算 202.6.2脱模机构的设计 212.7脱螺纹机构的设计 212.7.1脱螺纹的形式 212.7.2旋转脱螺纹扭距的计算 212.7.3对主流道凝料能否脱出的校核 222.7.4止转装置的设计 232.7.5驱动装置和传动装置的设计和计算 232.8合模导向机构的设计 272.8.1顶出系统的导向 272.8.2成型零件的导向及定位 282.9.1冷却系统的设计 282.9.2模具冷却时间的计算 292.9.3冷却参数的计算 302.10支承与连接零件的设计与选择 312.10.1非标零件的设计 312.10.2标准零件的选取 31结论 32谢辞 33参考文献 34

插图清单TOC\h\z\c"图2—"图2-1塑件2D图 8图2-2浇口套 13图2-3分流道的设计 14图2-4主流道冷料穴和拉料装置 14图2-5分流道浇口 15图2-6型芯与塑件 16图2-7支撑柱 28图2-8导柱和导套的设计 28图2-9冷却水道的设计 29

插表清单TOC\h\z\c"表2-"表2-1聚丙烯的力学性能 8表2-2聚丙烯的热性能及电性能 9表2-3聚丙烯的物理性能 9表2-4聚丙烯的工艺参数 9表2-5一模两腔 11表2-6设计中所用螺钉 31表2-7设计中所用螺母 31矿泉水瓶盖注射模具设计摘要：本文详细介绍了矿泉水瓶盖注射模具的设计。采用一模两腔，边缘式浇口，利用型芯成型塑件的内止转齿，齿条、齿轮脱螺纹，顶杆顶出塑件。并对浇注系统、成型零件、脱模机构、脱螺纹机构、合模导向机构和温度调节系统做了详细设计和计算。关键词：注射模,螺纹型芯,边缘浇口

ThedesignofthebottlelidofthecosmeticsinjectingmoldingAbstract:Thistexthasintroducedthedesignthatthebottlelidofthecosmeticsinjectedthemouldindetail.usingtwocavities,edgegate,thethreadplugshapethetoothinside,andturnontherack.Geartransmissiontoletthewhorloutofthethreadring.usingtheejectorpintoletitofffinally.InthisdesignIcheckthefeedsystem,Shapingpart.Organizationofejectionforce.Organizationoftakingoffthethreadring.Shutingthemouldandguidethesystematicdesignandcalculationoftheorganizationandtemperaturecontrol.Keywords:injection,mouldthreadedcore,edgegate

矿泉水瓶瓶盖注塑模设计1前言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。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（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。（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/CAM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准备。

2注塑模具设计部分2.1塑件分析下图是一矿泉水瓶的瓶盖，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），可较好地满足产品的生产要求。图2-SEQ图2—\*ARABIC1塑件2D图2.2塑料材料的成型特性表2-SEQ表2-\*ARABIC1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/Mpa3778～90拉伸强度/Mpa—78～90断裂伸长率/%＞200—弯曲强度/Mpa67132弯曲弹性模量/Gpa1.454.5简支梁冲击强度(无缺口)/(kJ/m²)7851简支梁冲击强度(缺口)/(kJ/m²)3.5～4.814.1布氏硬度HBS8.659.1

表2-SEQ表2-\*ARABIC2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玻璃化温度/℃-18～-10—熔点(粘流温度)/℃170～176170～180热变形温度/℃45N/cm²180/cm²102～11556～67127127线膨胀系数/(10-５/℃)9.84.9比热容/[J/kg·K)]1930—热导率/[W/(m·K)]0.118—燃烧性/cm/min)慢—体积电阻/Ω·cm＞1016—击穿电压/(kV/mm)30—表2-SEQ表2-\*ARABIC3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/cm³)0.90～0.91—比体积/(cm²/g)1.10～1.11—吸水性/%(24小时)长时间0.01～0.03浸水18d0.50.05—透明度或透光度半透明—表2-SEQ表2-\*ARABIC4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/%1.0～3.00.4～0.8拉伸模量E/*10³Mpa1.6～1.73.1～6.2泊松比μ0.43—与刚的摩擦因数ƒ0.49～0.51—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：式(2-3a)又由于聚丙烯的密度并且在注入模具时由于流动阻力增加，加大了沿螺杆逆流量，再考虑安全系数，实际注射量M取为机器最大注射能力的85%。式（2-3b）假设采用的是SZ-60/450卧式注塑机，理论注射量为105cm³；锁模力为450kN。根据锁模力确定型腔的数目：式（2-3c)其中锁模力为F(N)；型腔压力为p()；每个塑件的投影面积为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30。通过计算得：假设浇注系统的投影面积和塑件投影面积相等即：则：根据最大注射量确定型腔数目：式（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：则：

表2-SEQ表2-\*ARABIC5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/cm³105螺杆（柱塞）直径/mm35注射压力/Mpa125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/KN450拉杆内间距mm280*250移模行程/mm220最大模具厚度/mm300最小模具厚度/mm100锁模形式双曲肘定位孔直径/mmφ55喷嘴球半径/mm202.3.2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：式(2-3e)上式中F——锁模力，KNp——型腔压力，A——塑件及流道系统在分型面上的投影面积，mm已知型腔压力为25或30；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：式(2-3f)上式中S——流道系统在分型面上的投影面积，n——模腔数则：即：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：式(2-3g)上式中S——注塑机的最大开模行程(移动模板台面行程)，mmH1——塑件脱出距离，mmH2——包括流道凝料在内的塑件高度，mm已知：所以：又由于SZ-60/450卧式注塑机的移模行程为220mm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Ra0.63µm；（4）主流道大端呈圆角，r=1mm。（5）喷嘴球的半径r=2mm，则凹坑的球面半径R=2mm；（6）凹坑深度：mm；喷嘴孔径d=mm；小端直径D=mm；大端直径为mm。（7）主流道长度取53mm。设计见图：图2-SEQ图2—\*ARABIC2浇口套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5mm，质量在200g以下的塑件可用公式：式(2-4a)上式中W——流经分流道的塑料量，gL——分流道长度mmD——分流道直径，由上式得为6mm其中n——为型腔数目m——为塑件质量，g得出：取分流道的长度为108mm。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：图2-SEQ图2—\*ARABIC3分流道的设计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2-SEQ图2—\*ARABIC4主流道冷料穴和拉料装置2.4.4设计所用的浇口形式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）。具体的表示形式见下图：图2-SEQ图2—\*ARABIC5分流道浇口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Ra0.4µm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。（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。具体的形式见下图：图2-SEQ图2—\*ARABIC6型芯与塑件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2.1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=60.00mm，所以查表得Δ=0.64按照平均收缩率计算凹模径向尺寸公式：式(2-5a)上式中——凹模的径向尺寸，mm——塑料的平均收缩率，%——塑件径向公称尺寸，mmΔ——塑件公差值，mm——凹模制造公差，mm已知=60.00mm；=0.02；Δ=0.64mm所以=Δ/3=0.21mm深度尺寸：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=15.00mm，所以查表得Δ=0.40mm按照平均收缩率计算凹模深度尺寸公式：式(2-5b)上式中：——凹模的深度尺寸，mm——塑料的平均收缩率，%——塑件高度公称尺寸，mmΔ——塑件公差值，mm——凹模深度制造公差，mm已知=15.00mm；=0.02；Δ=0.40mm所以：（2）按平均收缩率计算组合型芯尺寸径向尺寸：由上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：上式中S——塑件的壁厚mm，由此得出塑件壁厚为2mm。所以d=60.00-22=56.00mm，所以查表得Δ=0.64按照平均收缩率计算型芯径向尺寸公式：式(2-5c)上式中——组合型芯的径向尺寸，mm——塑料的平均收缩率，%——塑件径向公称尺寸，mmΔ——塑件公差值，mm——组合型芯制造公差，mm已知=56.00mm；=0.02；Δ=0.64mm所以=Δ/3=0.21mm高度尺寸：由上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=13.00mm，所以查表得Δ=0.36mm按照平均收缩率计算组合型芯高度尺寸公式：式(2-5d)上式中——组合型芯高度尺寸，mm——塑料的平均收缩率，%——塑件孔深度公称尺寸，mmΔ——塑件公差值，mm——组合型芯高度制造公差，mm已知=13.00mm；=0.02；Δ=0.36mm所以=Δ/3=0.12mm2.5.3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由上得出：式(2-5e)上式中E——模具材料的弹性模量，，碳刚为2.1105p——型腔压力，，由前面所知为25或30——刚度条件，即允许变形量，mm，由上式得出聚丙烯的值允许范围为0.025～0.04mmh——型腔深度尺寸，mm所以：按强度计算侧壁的厚度s由上得出：式(2-5f)上式中r——型腔径向半径，mmp——型腔压力，，由前面所知为25或30[σ]——模具材料的许用应力，，已知为160所以：由此可以选取s=8.00mm。按刚度计算底版的厚度式(2-5g)上式中E——模具材料的弹性模量，，碳钢为2.1105p——型腔压力，，由前面所知为25或30[δ]——刚度条件，即允许变形量，mm，由第一节得出聚丙烯的[δ]值允许范围为0.025～0.04mmh——型腔深度尺寸，mm所以：按强度计算底板的厚度式(2-5h)上式中r——型腔径向半径，mmp——型腔压力，，由前面所知为25或30[σ]——模具材料的许用应力，，已知为160所以：由此可以选取=17.00mm。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2mm，内孔直径为56mm，所以塑件的壁厚与内孔直径之比为：而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式(2-6a)上式中E——塑料的拉伸模量，ε——塑料成型平均收缩率，%t——塑料的平均壁厚，mmL——塑料包容型芯的长度，mmµ——塑料的泊松比φ——脱模斜度(塑料侧面与脱模方向之夹角)ƒ——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。——由ƒ和φ决定的无因次数，可由下式计算：式(2-6b)已知E=1.6～1.710³；ε=2%；t=2mm；L=13mm；μ=0.43；φ=1º；ƒ=0.50根据前面所知的B＝28262.6.2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。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。2.7.2旋转脱螺纹扭距的计算根据以上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：式(2-7a)上式中E——塑料的拉伸弹性模量，ε——塑料成型平均收缩率，%t——螺纹塑料的平均壁厚，mmr——螺纹型芯或型环的中半径，mmL——螺纹型芯或型环螺纹段的长度，mmƒ——塑料与钢材之间的摩擦因数S——螺距，mmλ——螺纹升角，ºΨ——螺纹形状因子，由螺纹类型决定由上得出螺纹形状因子可由下式计算：式(2-7b)上式中h——螺纹型芯或螺纹型环的螺纹工作高度，mmα——螺纹牙尖角之半，º已知E=1.6～1.710³；ε=2%；t=2mm；L=9.82mm；r=27.00mm；S=4.0；ƒ=0.50；λ=20º；α=15º；h=9.82mm旋出螺纹型芯所需的实际扭距(Nmm)：式(2-7c)上式中——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：式(2-7d)上式中E——塑料的拉伸弹性模量，ε——塑料成型平均收缩率，%r——螺纹型芯或型环的中半径，mmL——螺纹型芯或型环螺纹段的长度，mmƒ——塑料与钢材之间的摩擦因数S——螺距，mmλ——螺纹升角，º——厚壁螺纹塑件无量纲特征因数，对于内螺纹塑件式(2-7e)——塑件的泊松比R——塑件内螺纹的外半径，mm——塑件外螺纹的内半径，mm已知R=6mm；=5.67mm；μ=0.43Ψ——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：式中h——螺纹型芯或螺纹型环的螺纹工作高度，mmα——螺纹牙尖角之半，º已知E=1.6～1.710³；ε=2%；l=4.00mm；r=5.80mm；S=1.5mm；ƒ=0.50；λ=；α=15º；h=4.00mm所以：又由于r=5.80mm，所以旋出主流道凝料所要的力为：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；根据上面得一对钢制直齿圆锥齿轮的齿面接触强度验算公式为：式(2-7l)上式中——为齿宽和齿宽系数之比，齿宽系数一般取0.25～0.3b——齿轮的齿宽，mmK——载荷系数u——齿数比，对于单级直齿圆锥齿轮传动，一般u为1～3——许用接触应力，其中——试验齿轮的接触疲劳极限，可由上式得。——齿面接触疲劳安全系数，可由上式得：已知齿轮按8级精度得K=1.2；b1=24mm；u=28/20=1.4；b2=26mm；Re=96mm又因为==1309＞1286根据得钢制齿轮传动的轮齿弯曲强度验算公式：式(2-7i)已知齿轮按8级精度K=1.5；b=24mm；z1=20；z2=28；m=3.5；YF1=2.91；YF2=2.64所以：由此得出轮齿弯曲强度满足。（2）齿圆柱齿轮的校核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根据上式得钢制齿轮传动的齿面接触强度验算公式为：式(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·mmK——载荷系数b——齿宽，mma——中心距，mm[σH]——许用接触应力，式(2-7i)——试验齿轮的接触疲劳极限，可由上式得。SH——齿面接触疲劳安全系数，可由上式得。已知=2082.5527=5.62104N·mm齿轮按8级精度得K=1.5；=3.010=30mm；a=84mm；u=34/22=1.545；b2=52mm所以满足齿面接触强度根据上式得钢制齿轮传动的轮齿弯曲强度验算公式：式(2-7i)已知齿轮按8级精度K=1.5；b=3.010=30mm；z1=22；z2=34；m=3.0；YF1=2.84；YF2=2.52所以：式(2-7j)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3.7522/34=2.43圈，同时可以得出经过直齿圆锥齿轮后要2.4320/28=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75mm，旋出塑件齿条经过的距离为751.733=130mm。可以把齿条看做是一个齿轮，周长为130mm，则D=130/π=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：式(2-7g)上式中u——大齿轮与小齿轮的齿数比T1——小齿轮上的转距，N·mmK——载荷系数b——齿宽，mma——中心距，mm——许用接触应力，式(2-7i)——试验齿轮的接触疲劳极限，可由上式得。SH——齿面接触疲劳安全系数，可由上式得。已知T1=1.124105N·mm齿轮按8级精度得K=1.5；b=3.010=30mm；a=67.5mm；u=25/20=1.25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：式(2-7i)已知T1=1.124105N·mm齿轮按8级精度K=1.5；b=3.010=30mm；z1=20；z2=25；m=3.0；YF1=2.91；YF2=2.72所以：式(2-7j)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2-SEQ图2—\*ARABIC7支撑柱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6～8mm。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度为Ra0.4。图2-SEQ图2—\*ARABIC8导柱和导套的设计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）浇口处要加强冷却。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。见下图：图2-SEQ图2—\*ARABIC9冷却水道的设计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：式(2-9a)上式中Tm——塑料的初始成型温度，ºCTw——模具温度，ºCR——塑件的半径，mm由上式得聚丙烯的塑料温度160-260ºC，模具温度40-60ºC。2.9.3冷却参数的计算每秒钟注射次数为：每秒钟注入塑料量：单位时间内注入模具的塑料熔体的质量：塑料成型时在模具内释放的热焓量：又因为冷却水的比热容为1932J/(㎏·K)；密度为ρ=1.010³(㎏/m²)；t1-t2=3ºC所以模具冷却时所需冷却水的体积流量为：式(2-9b)取冷却水体积流量为5.010-3(m³/min)得D=8mm，冷却水最低流速为1.66v/(m/s)冷却水孔总传热面积为：式(2-9c)冷却水孔长：式(2-9d)2.10支承与连接零件的设计与选择2.10.1非标零件的设计在本次设计中非标零件主要有定模固定板，动、定模板，动模固定板、动模垫板、垫块、动模底板、顶杆固定板、顶出底板、导柱导套、复位杆、顶杆、支承柱等。2.10.2标准零件的选取在本次设计中，采用的标准零件有螺钉、螺母、轴承和键，滚动轴承数目为2。表2-SEQ表2-\*ARABIC6设计中所用螺钉作用名称规格数目固定定位圈开槽盘头螺钉GB67-85-Ｍ5134