2801 行星齒輪模具設計

2801 行星齒輪模具設計,行星,齒輪,模具設計 第 1 頁XX 大學畢業(yè)設計（論文）封面編號： 日期： 2012 年 XX 大學 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ）題 目 型星齒輪的成型工藝及模具設計指導教師 　　　　 　 　 系　　部 　 機電工程系　　　 　 專 業(yè) 　 模具設計與制造 　　　 姓 名 　　　 　　　　　 學　　號 　 　 2012 年 4 月 20 日第 2 頁目 錄1. 零件分析及模具結構設計 ...................................................................................................................31.1 零件的作用 31.2 材料的選擇 32. 注射機的選用及校核 ...........................................................................................................................42.1 注射機的選用 .................................................................................................................................42.1.1 制品的體積估算 ......................................................................................................................42.1.2 根據體積選注射機 ..................................................................................................................43．塑料制件在模具中的位置 ...................................................................................................................53.1 分型面的確定 .................................................................................................................................53.2 型腔數(shù)量及排列方式 .....................................................................................................................53.3 成型零件的設計 .............................................................................................................................63.4 成型零件工作尺寸的計算 .............................................................................................................63.5 型腔徑向方向上的尺寸計算 .........................................................................................................63.6 型腔深度方向上的尺寸計算 .........................................................................................................73.7 模具型腔側壁和底板厚度的計算 .................................................................................................74. 澆注系統(tǒng)設計 .......................................................................................................................................84.1 主流道設計 84.2 冷料井設計 94.3 分流道設計 94.4 澆口設計 .......................................................................................................................................104.5 注射機注射量的校核 ...................................................................................................................114.5.1 鎖模力的校核 ........................................................................................................................114.5.2 最大注射壓力的校核 ............................................................................................................124.6 注射機安裝模具部分的尺寸校核 ...............................................................................................124.6.1 噴嘴尺寸 ................................................................................................................................124.6.2 定位孔尺寸 ............................................................................................................................134.6.3 模具厚度與注射機模板閉厚度 ............................................................................................134.6.4 開模行程的校核 ....................................................................................................................135. 脫模機構的設計 .................................................................................................................................145.1 脫模力的計算 ...............................................................................................................................145.2 推管直徑的計算 ...........................................................................................................................155.3 推管應力校核 ...............................................................................................................................166. 合模導向機構的設計 .........................................................................................................................167. 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計 .........................................................................................................................177.1 模具冷卻水管道直徑 ...................................................................................................................187.2 冷卻水管總的傳熱面積 ...............................................................................................................187.3 模具上開設的冷卻通道的孔數(shù) ...................................................................................................188. 模板的選用 .........................................................................................................................................19參考文獻 ...................................................................................................................................................19第 3 頁型星齒輪的注塑模設計摘要：本文設計了一行星齒輪的注塑模具。該零件選用PA66，質量輕，化學穩(wěn)定性高。PA66 齒輪具有較高的力學強度和剛性，優(yōu)良的耐磨性，自潤滑性、耐疲勞性及耐熱性，可在中等載荷、較高溫度無潤滑或少潤滑下使用。通過計算設計了注塑模具的成型結構、脫模機構、澆注系統(tǒng)等方面，并進行了塑件上、下模的仿真加工，生成刀具路徑。該模具結構小巧而緊湊，運行順暢無阻。第 4 頁1. 零件分析及模具結構設計1.1 零件的作用該零件為一帶金屬嵌件的塑料行星齒輪，其用于家用或辦公用機械，功率很小，但要求傳動平衡，低噪音或無噪音，以及能在少潤滑或無潤滑狀態(tài)下正常工作。該零件在其受力較大的部位鑲入金屬嵌件，這樣可以對塑料齒輪起到增強作用，并由于金屬嵌件的加入，塑料齒輪的成型收縮也將減小，齒輪精度提高。該零件尺寸較小，同軸度要求精度較高，按照其工作要求，其精度等級可選用一般精度等級。1.2 材料的選擇根據零件工作要求及其精度等級，該零件選用 PA66 塑料成型。其中，PA 為聚酰胺的縮寫，又名尼龍。PA66 齒輪具有較高的力學強度和剛性，優(yōu)良的耐磨性，自潤滑性、耐疲勞性及耐熱性，可在中等載荷、較高溫度無潤滑或少潤滑下使用。表 2-20 塑料精度等級的選用，PA66 的一般精度要求為 5 級。表 1.1 PA66 的成型條件第 5 頁密度 3cmg計算收縮率（%）加熱前料筒溫度（）C?模具溫度?成型壓力MPa預熱 后處理 宜用注射機類型噴嘴料筒前部料筒中部料筒后部溫度C?時間h方法溫度?時間h1.151.5～2.226526025024080 70～120100～11012～16油、水、鹽水90～1004宜用螺桿式注射機，螺桿帶止回環(huán)，噴嘴宜用自鎖式2. 注射機的選用及校核2.1 注射機的選用2.1.1 制品的體積估算將該行星齒輪塑件的體積分成四部分：冶金粉末嵌件中間凹陷處 、塑件中1V間圓環(huán) 及塑件兩邊齒輪 、 。2V3V4??32221 79.516)( mrh???????????????? ???322222 .06??第 6 頁????322233 86.15765.6mrhV???????????????? ?322244 9.7???321 8.506.8.153.0679.5??????總2.1.2 根據體積選注射機常用熱塑性塑料注射機型號和主要技術規(guī)格初選 型注射機如表二所示：?SZ40/68表 1.2 注射機主要技術參數(shù)理論注射容積??3cm螺桿直徑注射壓力（MPa）模板行程??m模具最大厚度頂出行程??噴嘴孔直徑m實際注射量??g鎖模力（KN）模具最小厚度??m定位孔直徑噴嘴球半徑??58 26 160 220 240 40 4 53 400 130 064.53??123．塑料制件在模具中的位置3.1 分型面的確定若按分型面設計原則中的“塑件要求同軸度的部分要放到分型面的同一側，以保證塑件同軸度要求”來確定分型面的話，塑件脫模比較困難。來確定分型面的話，塑件脫模比較困難。故為使塑件從模具中順利脫模，且簡化模具結構，應按設計原則中的最基本一條：將分型面選擇在塑件外形的最大輪廓處，即塑件 處，而m32?其同軸度要求通過對結構中如定模板等零部件的設計與加工提出尺寸與形狀的公差第 7 頁精度來保證。3.2 型腔數(shù)量及排列方式考慮到該塑件尺寸較小，且為大批量生產，故采用多腔注射。根據所選注射機注射容量，由前校核所述，選取四腔。模具型腔在模板上的排列方式通常有圓形排列、H 形排列、直線排列及復合排列等。其中，型腔的圓形排列加工較困難，直線形排列加工容易，但平衡性能較差，H 形排列平衡性能好，而且加工性能尚可，使用較廣泛，故選用 H 形排列。3.3 成型零件的設計對于塑料模的型腔設計常用的有兩種方式：一種是整體式型腔，另一種是組合式型腔。整體式型腔結構簡單，牢固不易變形，但是型腔復雜，加工難度非常大。組合式型腔可使復雜型腔簡單化，并且加工難度降低，模具型腔可更換，提高了模具的使用壽命。3.4 成型零件工作尺寸的計算成型零件上用以成型塑件部分的尺寸,稱為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徑向尺寸，型腔和型芯的深度尺寸中心距等。3.5 型腔徑向方向上的尺寸計算分度圓直徑： ??cpmQdD??1齒頂圓直徑： a齒根圓直徑： cpfmf式中： ——塑件分度圓直徑 ；d??——塑件齒頂圓直徑 ；a——塑件齒根圓直徑 ；f——塑件平均收縮率（%） ；cpQ則有： %85.12.??c第 8 頁齒數(shù)為 處：17?Z??mDm97.25%8.15.21????a 03f ..7.1齒數(shù)為 處：8?Z??m527812????mDa 6.30.30f %5.2對于塑件最大輪廓 處：???zxQdcps?????0式中： ——型腔內徑尺寸 ；?——塑件外徑基本尺寸 ；sd?m——塑件公差 ；?——綜合修正系數(shù)；塑件精度低，批量比較小時， ；塑件精度高，x 21?x批量大時， 。43?——模具制造公差 ，一般 ；z???m????41~5z?由[1]查得 5 級精度時： ；36.0??mz09.則有： D09.09.324%85.132?????????????3.6 型腔深度方向上的尺寸計算 zcpmQhH???????????0132則對于動模板上， ，查得： ；h81 m. mz05.4??故有： D05.05.1823%5. ?????????????而對于定模板上， ，查得： ；mh61 .?z05.4???第 9 頁故有： mD05.05.97823%85.16?????????????3.7 模具型腔側壁和底板厚度的計算理論分析和實踐證明，對大尺寸型腔，剛度不足是主要問題，應按剛度條件計算；對小尺寸型腔，強度不足是主要問題，應按強度條件計算。該模具為小尺寸型腔，則對于圓形鑲拼組合式，按強度計算有：側壁： ????????12mpcPrt?底部： pht.式中： ——模腔壓力（ ） ；mPMa——材料許用應力（ ） ，對于 45 鋼， ；p?PMPap160??——凹模型腔內孔 ；r??m則有： tc 3.5121603??????????th7.85.并由[3]表 6.10 對于型腔內壁直徑在 范圍內的圓形鑲拼組合式凹模有：m40; 模套壁厚：mtC8?S18?今取： 104. 澆注系統(tǒng)設計4.1 主流道設計主流道是指從注射機的噴嘴與模具接觸的部位起到分流道為止的一段流道。主流道橫截面形狀采用圓形截面。為了便于流道凝料的脫出，主流道設計成圓錐形，其錐度為 ，取 ，內壁光滑，表面粗糙度 小于 。主流道大?6~2???4??Ram?4.0端與分流道相接處應有過渡圓角（通常 取 ，選用 ）以減少料流轉rm3~1r1?第 10 頁向時的阻力。圖 3-1 主流道對于小型注射模具，直接利用主流道襯套的臺肩作為模具的定位圈，定位圈與澆口套一體，壓配于定模板內，能防止從定模板內頂出。且因定位圈直徑 D 為注射機定位孔配合直徑，應按選用注射機的定位孔直徑確定。直徑一般比注射機定位孔直徑小，以便于裝模，故選澆口套上 D 為： ，澆口套結構與尺寸參m01.36???數(shù)如零件圖所示。圖 3-2 澆口套結構4.2 冷料井設計在每個注射成型周期開始時，最前端的料接觸低溫模具后會降溫，變硬被稱為冷料。為了防止在下一次注射成型時，將冷料帶進型腔而影響塑件質量，一般在主流道或分流道的末端設置冷料井，以儲藏冷料并使熔體順利地充滿型腔。為了使主流道凝料能順利地從主流道襯套中脫出，往往使冷料井兼有開模時將主流道凝料從主流道拉出而附在動模一邊的作用。先選用 Z 形拉料桿的冷料井，其結構尺寸如下附圖所示：第 11 頁圖 3-3 冷料井4.3 分流道設計分流道是主流道與型腔澆口之間的一段流道。它是熔體由主流道流入型腔的過渡通道。對于多型腔模需設分流道，為使各型腔內能同時填充，分流道采用平衡式布置。比較不同截面形狀分流道的性能，采用 U 形分流道，其熱量損失小，加工性能容易。U 形分流道寬度 可在 內選取，半徑 ，深度 ，Bm10~5BR5.0?RH25.1?；斜度HR5.0?? ????。?； ；m?8； ； ；?5.2.?mH35.21???m5.13.0??4.4 澆口設計澆口是料流進入型腔最狹窄部分，也是澆注系統(tǒng)中最短的一段。澆口尺寸狹小且短，目的是使由分流道流進的熔體產生加速，形成理想的流動狀態(tài)而充滿型腔，又便于注射成型后的塑件與澆口分離。本設計中澆口形式采用側澆口，其形狀簡單，便于加工，而且尺寸精度容易保證；適用于一模多件，能提高生產效率；試模時，如發(fā)現(xiàn)不適當，容易及時修改；能相對獨立地控制充填速度與封閉時間。側澆口截面形狀為矩形，其尺寸參數(shù)如下： tnh??0.5~1?b75.0~l 3~1r式中： ——澆口深度 ，通常 ；h??m2——塑件在澆口位置處的壁厚 ；t ??——系數(shù)，對于 PA， ；n8.0?n第 12 頁——澆口寬度 ；b??m——澆口長度 ；l——澆口半徑 ；r則有： ； h6.128.0??取： ； ；mBb5r為去澆口方便，?。?；l7.0其中分流道與澆口的連接方式及尺寸參數(shù)如下附圖所示：如圖 3-4 4.5 注射機注射量的校核 33821.59.5820cmV??總則： gm7.6?總總 ?在一個注射成型周期內，需注射入模具內的塑料熔體的質量，應為制件和澆注系統(tǒng)兩部分質量之和，即： 澆總 mn??根據生產經驗，注射機的最大注射量是其額定注射量的 80%，即：g8.0?式中： ——一個成型周期內所需注射的塑料質量 ；m??——型腔數(shù)目，取 ；n4?n——單個塑件的質量 ；總 ??g——澆注系統(tǒng)凝料和飛邊所需的塑料質量 取 ；澆 ??ggm10?澆——注射機額定注射量 ；gm??第 13 頁則有： gm4.2538.0617.4??????4.5.1 鎖模力的校核鎖模力是在成型時鎖緊模具的最大力。成型時高壓熔融塑料在分型面上顯現(xiàn)的漲力應小于鎖模力，即： 10AkPFc?式中： ——注射機的額定鎖模力 ；F??N——塑料制品與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積 ；A ??2m——熔融塑料在型腔內的平均壓力 ；對于螺桿式注射機，其型腔內cP??aP平均壓力一般為 ，取 ；aMP35~20c30?——安全系數(shù)，常取 ；k2.1~k其中：塑料制品在分型面的投影面積為:??2213174mA????主流道在分型面的投影面積為:2225.80分流道在分型面的投影面積為:23764mA??故總投影面積為:2321 5.40765.81m???則有: KNKNF160.40?????故滿足條件.第 14 頁4.5.2 最大注射壓力的校核塑件成型所需的最大鎖模力應小于注射機的額定鎖模力，即： sP?式中： ——注射機的最大注射壓力 ；P??Ma——成型塑件所需的注射壓力 ；s注射機的額定注射壓力為 160 ；40/68?SZ P而 PA66 材料的注射壓力為 70～120 ；a故有： sP?4.6 注射機安裝模具部分的尺寸校核4.6.1 噴嘴尺寸模具主流道襯套的小端孔徑 D 和球面半徑 R 要與塑料注射成型機噴嘴??m??m前端孔徑 d 和球面半徑 r 滿足下列關系：??m2~1??R1~5.0??d保證注射成型時在主流道襯道處不形成死角，無熔料積存，并便于主流道凝料的脫模。故有：m142??mD514??4.6.2 定位孔尺寸模具與注射機上定位孔為 ，兩者按 配合實現(xiàn)定位，以保證模具主3.6?7fH流道的軸線與注射機噴嘴軸線重合。4.6.3 模具厚度與注射機模板閉厚度模具閉合時的厚度在注射機動、定模固定板之間的最大閉合高度和最小閉合高度之間，即： minH?max式中： ——注射機允許的最小模具厚度 ；minH??第 15 頁——模具閉合厚度 ；mH??m——注射機允許的最大模具厚度 ；ax ??其中模具閉合厚度為： m1925632403???故有： m4019?4.6.4 開模行程的校核對于單分型面注射模，其最大開模行程應滿足： ??mHS10~521??式中： ——注射機最大開模行程 ；S——塑件脫模距離 ；1H?——包括澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度 ；2 ??則有： mmS51060????其中：注射機最大開模行程與模具厚度無關。5. 脫模機構的設計在注射成型的每一個循環(huán)中，都必須使塑件從模具型腔和型芯上脫出，這種脫出塑件的機構稱為脫模機構。整個脫模過程包括開模、推出、取件、閉模、脫模機構復位過程。對于中心有孔的圓筒形塑件，采用推管推出機構進行脫模，推管推出平穩(wěn)可靠，塑件無變形，無頂出痕跡。推管的脫模機構采用動模座板固定型芯的推管機構，即：型芯（主型銷）固定在動模座板上，并且穿過推板和推桿固定板，推管固定在推桿固定板上。推管內部與主型銷做間隙配合，推管外部與型腔板做間隙配合，推管與主型銷配合長度為頂出行程 ，推管與型腔板的配合長度為推管外徑的m5~3?倍，這種頂出機構結構可靠，多用于脫模距離不大的場合。2~5.1第 16 頁5.1 脫模力的計算當脫模斜度不大時（一般指 ）初始脫模力最大，一經推動，脫模力即迅速減?5〈小，所以脫模力的計算須按照無脫模斜度的條件計算。由于塑件壁厚與其內孔直徑之比大于 ，故由[1]表 5-94 應按下式計算：201??10??????BfkmLSErQ?式中： ——脫模力 ；Q??N——塑料彈性模量 ，對于 ，由表 5-57 查得： E2/c6PA；25/108.2~.c?——塑料平均成型收縮率 ；S??%——包容型芯的長度 ；Lm——塑料與鋼的摩擦系數(shù)，對于 ，由表 5-56 查得： ；f 6PA35.0~2——塑料的泊松比，約為 ；m49.0~38.——塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積 ，當塑件底部有B ??2m通孔時，該項視為零?！c 和 有關的系數(shù)，其由下式計算所得：krt trk2??式中： ——型芯的平均半徑 ， ；r??cmcm475.1037???——塑件的壁厚 ，約為 ；t t.15??則有： 2.47.1502.???k其中：?。? ； ； ；cmNE3.0f46.m則有： ???NQ1590.152.46.018%??????第 17 頁5.2 推管直徑的計算推管直徑 由下式計算所得：d413264?????????QEnld??式中： ——推管直徑 ；d??cm——推管長度系數(shù)， ；?7.0??——推管長度 ， ；l cml6.1?——推管數(shù)量；n——推管材料的彈性模量 ，對于鋼：E??2/N27/10.2cmNE??則有： cmd3.01590.216764473???????????考慮到于推管中放一主型銷與冶金粉末嵌件配合，故選?。?d5.3 推管應力校核其校核公式如下： SdnQ????24式中： ——推管應力???2/cmN——推管鋼材屈服極限強度 ，對于一般中碳鋼：S ??2/c；2/30cNS?則有： ??2221 /30/0401594 cmNS????????6. 合模導向機構的設計在模具工作時，導向機構可以維持動模和定模正確合模，合模后保持型腔的正確形狀。同時,導向機構可以引導動模按順序合模，防止型芯在合模過程中損壞；并第 18 頁能承受一定的側壓力。本設計導向機構采用導柱導套導向。因動、定模合模時無方位要求，故導柱在模具上的布置方式可采用直徑相同并對稱布置。并使固定導柱的孔徑與固定導套的孔徑相等，以便于加工，且有利于保證同軸度和尺寸精度。為使導向裝置具有良好的導向性能，將導柱的先導部分做成錐度?？紤]到模具生產批量大，故選用帶肩導柱與帶肩導套。為了使導柱、導套的配合表面硬而耐磨，而中心部分具有良好的韌性，導柱導套材料選用 20 號鋼經滲碳淬火處理，滲碳深度為 0.8~1.2mm。其中，導柱淬火到 HRC56～60，導套淬火到HRC50~55，導套硬度低于導柱硬度，可以改善摩擦情況。導柱、導套的尺寸參數(shù)如下附圖所示:圖 6-1 導柱 圖 6-2 導套導柱、導套加工的工藝路線為:毛坯(棒料，材料為 20 號鋼)→車削加工(內外圓配合部分留磨量 0.2～0.3mm)→熱處理(滲碳淬火)→內外圓磨削→精磨至要求尺寸。導柱在熱處理后修復中心孔，最后進行磨削時，可利用兩端的中心孔進行裝夾，并在一次裝夾中將導柱的兩個外圓磨出，以保證兩表面間的同軸度。導套磨削加工時，先磨內圓，再以內圓定位，用頂尖頂住芯軸磨外圓。這樣，就不僅可保證同軸度要求，且能防止內孔的微量變形。導柱、導套端部轉彎處必須圓滑，以防止在運動中將配合表面劃傷。因此，全部精磨后，必須用油石將圓弧處磨圓滑，消除磨削后在圓弧處出現(xiàn)的棱帶。7. 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計在塑料注射成型過程中，模具就像一個熱交換器，輸入熱量的方式是加熱裝置的加熱和塑料熔體帶走的熱量。輸出熱量的方式是自然散熱和向外熱傳導，其中 95%的第 19 頁熱量是靠傳熱介質(冷卻水)帶走。在塑料成型過程中，要保持模具溫度穩(wěn)定，就應保持輸入熱和輸出熱平衡。為此，必須設置模具溫度調節(jié)系統(tǒng)，對模具進行加熱和冷卻，以調節(jié)模具溫度。7.1 模具冷卻水管道直徑 vVd?604?式中： ——冷卻水管道直徑 ；d??m——管道內冷卻水的流速，一般取 ，選取v sm/5.2~8smv/0.2?則有： 60.2617343?????7.2 冷卻水管總的傳熱面積傳熱膜系數(shù)按下式計算： ??2.08.174dvfk??式中： ——冷卻通道孔徑與冷卻介質間的傳熱系數(shù)， （ ） ；k ??ChmJ??2/——與冷卻介質有關的物理系數(shù)，由[5]表 8-29 查得： ；f .7?f則有： ??Jk ?????? 22.08.03/5161.718.4故冷卻水孔總的傳熱面積為： TkWQA?26式中： ——模溫與冷卻介質溫度之間的平均溫度 ，其中，模溫為 ；T???C? C?80則有： 213.0238092445.6mA???????????第 20 頁7.3 模具上開設的冷卻通道的孔數(shù) dLAn??式中： ——冷卻通道的長度 ，為使模具得到均勻冷卻，要求控制回路長度L??m在 1.2~1.5m 內，今取為 1.4m；則有： 84.10623.?????n8. 模板的選用由[6]表注射模中小型模架組合形式，結合實際計算所需，采用基本型 模板2A尺寸選用如下：表 8-1 模板的選用模板 座板規(guī)格寬度 長度 厚度 寬度 厚度LB???L定模 A動模 B1定模 1H動模 2200x250 200 250 32 40 315 25 25墊塊 支承板 推桿固定板 推板 導柱 導套 復位桿 內六角螺釘寬度 厚度 厚度 厚度 寬度 直徑3BC3H1h22Bd12d340 63 32 16 20 118 20 28 12.5 84M?中心距b2b3bl2l3l160 80 156 206 210 146參考文獻[1] 付宏生， 《塑料模設計手冊》 ，機械工業(yè)出版社，2002[2]劉京華，注塑制品與注塑模具設計，機械工業(yè)出版社，2002第 21 頁[3]屈華昌，塑料成型工藝與模具設計，機械工業(yè)出版社，2002[4]模具使用技術叢書編委會 塑料模具設計制造與應用實例，機械工業(yè)出版社，2002[5]黨根茂，駱志斌，李集仁，模具設計與制造，西安電子科技大學出版社，1995[6]王樹勛，鄧庚厚.典型注塑模具結構圖冊，中南工業(yè)大學出版社，1992[7]許發(fā)樾，實用模具設計與制造手冊，機械工業(yè)出版社，2000[8]王之煦，許杏根.簡明機械設計手冊，機械工業(yè)出版社，1992[9]黃毅宏，李明輝.模具制造工藝，機械工業(yè)出版社，1999[10]楊偉群，數(shù)控工藝工藝教程，清華大學出版社，2002第 1 頁XX 大學畢業(yè)設計（論文）封面編號： 日期： 2012 年 XX 大學 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ）題 目 型星齒輪的成型工藝及模具設計指導教師 　　　　 　 　 系　　部 　 機電工程系　　　 　 專 業(yè) 　 模具設計與制造 　　　 姓 名 　　　 　　　　　 學　　號 　 　 2012 年 4 月 20 日第 2 頁目 錄1. 零件分析及模具結構設計 ...................................................................................................................31.1 零件的作用 31.2 材料的選擇 32. 注射機的選用及校核 ...........................................................................................................................42.1 注射機的選用 .................................................................................................................................42.1.1 制品的體積估算 ......................................................................................................................42.1.2 根據體積選注射機 ..................................................................................................................43．塑料制件在模具中的位置 ...................................................................................................................53.1 分型面的確定 .................................................................................................................................53.2 型腔數(shù)量及排列方式 .....................................................................................................................53.3 成型零件的設計 .............................................................................................................................63.4 成型零件工作尺寸的計算 .............................................................................................................63.5 型腔徑向方向上的尺寸計算 .........................................................................................................63.6 型腔深度方向上的尺寸計算 .........................................................................................................73.7 模具型腔側壁和底板厚度的計算 .................................................................................................74. 澆注系統(tǒng)設計 .......................................................................................................................................84.1 主流道設計 84.2 冷料井設計 94.3 分流道設計 94.4 澆口設計 .......................................................................................................................................104.5 注射機注射量的校核 ...................................................................................................................114.5.1 鎖模力的校核 ........................................................................................................................114.5.2 最大注射壓力的校核 ............................................................................................................124.6 注射機安裝模具部分的尺寸校核 ...............................................................................................124.6.1 噴嘴尺寸 ................................................................................................................................124.6.2 定位孔尺寸 ............................................................................................................................134.6.3 模具厚度與注射機模板閉厚度 ............................................................................................134.6.4 開模行程的校核 ....................................................................................................................135. 脫模機構的設計 .................................................................................................................................145.1 脫模力的計算 ...............................................................................................................................145.2 推管直徑的計算 ...........................................................................................................................155.3 推管應力校核 ...............................................................................................................................166. 合模導向機構的設計 .........................................................................................................................167. 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計 .........................................................................................................................177.1 模具冷卻水管道直徑 ...................................................................................................................187.2 冷卻水管總的傳熱面積 ...............................................................................................................187.3 模具上開設的冷卻通道的孔數(shù) ...................................................................................................188. 模板的選用 .........................................................................................................................................19參考文獻 ...................................................................................................................................................19第 3 頁型星齒輪的注塑模設計摘要：本文設計了一行星齒輪的注塑模具。該零件選用PA66，質量輕，化學穩(wěn)定性高。PA66 齒輪具有較高的力學強度和剛性，優(yōu)良的耐磨性，自潤滑性、耐疲勞性及耐熱性，可在中等載荷、較高溫度無潤滑或少潤滑下使用。通過計算設計了注塑模具的成型結構、脫模機構、澆注系統(tǒng)等方面，并進行了塑件上、下模的仿真加工，生成刀具路徑。該模具結構小巧而緊湊，運行順暢無阻。第 4 頁1. 零件分析及模具結構設計1.1 零件的作用該零件為一帶金屬嵌件的塑料行星齒輪，其用于家用或辦公用機械，功率很小，但要求傳動平衡，低噪音或無噪音，以及能在少潤滑或無潤滑狀態(tài)下正常工作。該零件在其受力較大的部位鑲入金屬嵌件，這樣可以對塑料齒輪起到增強作用，并由于金屬嵌件的加入，塑料齒輪的成型收縮也將減小，齒輪精度提高。該零件尺寸較小，同軸度要求精度較高，按照其工作要求，其精度等級可選用一般精度等級。1.2 材料的選擇根據零件工作要求及其精度等級，該零件選用 PA66 塑料成型。其中，PA 為聚酰胺的縮寫，又名尼龍。PA66 齒輪具有較高的力學強度和剛性，優(yōu)良的耐磨性，自潤滑性、耐疲勞性及耐熱性，可在中等載荷、較高溫度無潤滑或少潤滑下使用。表 2-20 塑料精度等級的選用，PA66 的一般精度要求為 5 級。表 1.1 PA66 的成型條件第 5 頁密度 3cmg計算收縮率（%）加熱前料筒溫度（）C?模具溫度?成型壓力MPa預熱 后處理 宜用注射機類型噴嘴料筒前部料筒中部料筒后部溫度C?時間h方法溫度?時間h1.151.5～2.226526025024080 70～120100～11012～16油、水、鹽水90～1004宜用螺桿式注射機，螺桿帶止回環(huán)，噴嘴宜用自鎖式2. 注射機的選用及校核2.1 注射機的選用2.1.1 制品的體積估算將該行星齒輪塑件的體積分成四部分：冶金粉末嵌件中間凹陷處 、塑件中1V間圓環(huán) 及塑件兩邊齒輪 、 。2V3V4??32221 79.516)( mrh???????????????? ???322222 .06??第 6 頁????322233 86.15765.6mrhV???????????????? ?322244 9.7???321 8.506.8.153.0679.5??????總2.1.2 根據體積選注射機常用熱塑性塑料注射機型號和主要技術規(guī)格初選 型注射機如表二所示：?SZ40/68表 1.2 注射機主要技術參數(shù)理論注射容積??3cm螺桿直徑注射壓力（MPa）模板行程??m模具最大厚度頂出行程??噴嘴孔直徑m實際注射量??g鎖模力（KN）模具最小厚度??m定位孔直徑噴嘴球半徑??58 26 160 220 240 40 4 53 400 130 064.53??123．塑料制件在模具中的位置3.1 分型面的確定若按分型面設計原則中的“塑件要求同軸度的部分要放到分型面的同一側，以保證塑件同軸度要求”來確定分型面的話，塑件脫模比較困難。來確定分型面的話，塑件脫模比較困難。故為使塑件從模具中順利脫模，且簡化模具結構，應按設計原則中的最基本一條：將分型面選擇在塑件外形的最大輪廓處，即塑件 處，而m32?其同軸度要求通過對結構中如定模板等零部件的設計與加工提出尺寸與形狀的公差第 7 頁精度來保證。3.2 型腔數(shù)量及排列方式考慮到該塑件尺寸較小，且為大批量生產，故采用多腔注射。根據所選注射機注射容量，由前校核所述，選取四腔。模具型腔在模板上的排列方式通常有圓形排列、H 形排列、直線排列及復合排列等。其中，型腔的圓形排列加工較困難，直線形排列加工容易，但平衡性能較差，H 形排列平衡性能好，而且加工性能尚可，使用較廣泛，故選用 H 形排列。3.3 成型零件的設計對于塑料模的型腔設計常用的有兩種方式：一種是整體式型腔，另一種是組合式型腔。整體式型腔結構簡單，牢固不易變形，但是型腔復雜，加工難度非常大。組合式型腔可使復雜型腔簡單化，并且加工難度降低，模具型腔可更換，提高了模具的使用壽命。3.4 成型零件工作尺寸的計算成型零件上用以成型塑件部分的尺寸,稱為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徑向尺寸，型腔和型芯的深度尺寸中心距等。3.5 型腔徑向方向上的尺寸計算分度圓直徑： ??cpmQdD??1齒頂圓直徑： a齒根圓直徑： cpfmf式中： ——塑件分度圓直徑 ；d??——塑件齒頂圓直徑 ；a——塑件齒根圓直徑 ；f——塑件平均收縮率（%） ；cpQ則有： %85.12.??c第 8 頁齒數(shù)為 處：17?Z??mDm97.25%8.15.21????a 03f ..7.1齒數(shù)為 處：8?Z??m527812????mDa 6.30.30f %5.2對于塑件最大輪廓 處：???zxQdcps?????0式中： ——型腔內徑尺寸 ；?——塑件外徑基本尺寸 ；sd?m——塑件公差 ；?——綜合修正系數(shù)；塑件精度低，批量比較小時， ；塑件精度高，x 21?x批量大時， 。43?——模具制造公差 ，一般 ；z???m????41~5z?由[1]查得 5 級精度時： ；36.0??mz09.則有： D09.09.324%85.132?????????????3.6 型腔深度方向上的尺寸計算 zcpmQhH???????????0132則對于動模板上， ，查得： ；h81 m. mz05.4??故有： D05.05.1823%5. ?????????????而對于定模板上， ，查得： ；mh61 .?z05.4???第 9 頁故有： mD05.05.97823%85.16?????????????3.7 模具型腔側壁和底板厚度的計算理論分析和實踐證明，對大尺寸型腔，剛度不足是主要問題，應按剛度條件計算；對小尺寸型腔，強度不足是主要問題，應按強度條件計算。該模具為小尺寸型腔，則對于圓形鑲拼組合式，按強度計算有：側壁： ????????12mpcPrt?底部： pht.式中： ——模腔壓力（ ） ；mPMa——材料許用應力（ ） ，對于 45 鋼， ；p?PMPap160??——凹模型腔內孔 ；r??m則有： tc 3.5121603??????????th7.85.并由[3]表 6.10 對于型腔內壁直徑在 范圍內的圓形鑲拼組合式凹模有：m40; 模套壁厚：mtC8?S18?今取： 104. 澆注系統(tǒng)設計4.1 主流道設計主流道是指從注射機的噴嘴與模具接觸的部位起到分流道為止的一段流道。主流道橫截面形狀采用圓形截面。為了便于流道凝料的脫出，主流道設計成圓錐形，其錐度為 ，取 ，內壁光滑，表面粗糙度 小于 。主流道大?6~2???4??Ram?4.0端與分流道相接處應有過渡圓角（通常 取 ，選用 ）以減少料流轉rm3~1r1?第 10 頁向時的阻力。圖 3-1 主流道對于小型注射模具，直接利用主流道襯套的臺肩作為模具的定位圈，定位圈與澆口套一體，壓配于定模板內，能防止從定模板內頂出。且因定位圈直徑 D 為注射機定位孔配合直徑，應按選用注射機的定位孔直徑確定。直徑一般比注射機定位孔直徑小，以便于裝模，故選澆口套上 D 為： ，澆口套結構與尺寸參m01.36???數(shù)如零件圖所示。圖 3-2 澆口套結構4.2 冷料井設計在每個注射成型周期開始時，最前端的料接觸低溫模具后會降溫，變硬被稱為冷料。為了防止在下一次注射成型時，將冷料帶進型腔而影響塑件質量，一般在主流道或分流道的末端設置冷料井，以儲藏冷料并使熔體順利地充滿型腔。為了使主流道凝料能順利地從主流道襯套中脫出，往往使冷料井兼有開模時將主流道凝料從主流道拉出而附在動模一邊的作用。先選用 Z 形拉料桿的冷料井，其結構尺寸如下附圖所示：第 11 頁圖 3-3 冷料井4.3 分流道設計分流道是主流道與型腔澆口之間的一段流道。它是熔體由主流道流入型腔的過渡通道。對于多型腔模需設分流道，為使各型腔內能同時填充，分流道采用平衡式布置。比較不同截面形狀分流道的性能，采用 U 形分流道，其熱量損失小，加工性能容易。U 形分流道寬度 可在 內選取，半徑 ，深度 ，Bm10~5BR5.0?RH25.1?；斜度HR5.0?? ????。?； ；m?8； ； ；?5.2.?mH35.21???m5.13.0??4.4 澆口設計澆口是料流進入型腔最狹窄部分，也是澆注系統(tǒng)中最短的一段。澆口尺寸狹小且短，目的是使由分流道流進的熔體產生加速，形成理想的流動狀態(tài)而充滿型腔，又便于注射成型后的塑件與澆口分離。本設計中澆口形式采用側澆口，其形狀簡單，便于加工，而且尺寸精度容易保證；適用于一模多件，能提高生產效率；試模時，如發(fā)現(xiàn)不適當，容易及時修改；能相對獨立地控制充填速度與封閉時間。側澆口截面形狀為矩形，其尺寸參數(shù)如下： tnh??0.5~1?b75.0~l 3~1r式中： ——澆口深度 ，通常 ；h??m2——塑件在澆口位置處的壁厚 ；t ??——系數(shù)，對于 PA， ；n8.0?n第 12 頁——澆口寬度 ；b??m——澆口長度 ；l——澆口半徑 ；r則有： ； h6.128.0???。? ； ；mBb5r為去澆口方便，?。?；l7.0其中分流道與澆口的連接方式及尺寸參數(shù)如下附圖所示：如圖 3-4 4.5 注射機注射量的校核 33821.59.5820cmV??總則： gm7.6?總總 ?在一個注射成型周期內，需注射入模具內的塑料熔體的質量，應為制件和澆注系統(tǒng)兩部分質量之和，即： 澆總 mn??根據生產經驗，注射機的最大注射量是其額定注射量的 80%，即：g8.0?式中： ——一個成型周期內所需注射的塑料質量 ；m??——型腔數(shù)目，取 ；n4?n——單個塑件的質量 ；總 ??g——澆注系統(tǒng)凝料和飛邊所需的塑料質量 取 ；澆 ??ggm10?澆——注射機額定注射量 ；gm??第 13 頁則有： gm4.2538.0617.4??????4.5.1 鎖模力的校核鎖模力是在成型時鎖緊模具的最大力。成型時高壓熔融塑料在分型面上顯現(xiàn)的漲力應小于鎖模力，即： 10AkPFc?式中： ——注射機的額定鎖模力 ；F??N——塑料制品與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積 ；A ??2m——熔融塑料在型腔內的平均壓力 ；對于螺桿式注射機，其型腔內cP??aP平均壓力一般為 ，取 ；aMP35~20c30?——安全系數(shù)，常取 ；k2.1~k其中：塑料制品在分型面的投影面積為:??2213174mA????主流道在分型面的投影面積為:2225.80分流道在分型面的投影面積為:23764mA??故總投影面積為:2321 5.40765.81m???則有: KNKNF160.40?????故滿足條件.第 14 頁4.5.2 最大注射壓力的校核塑件成型所需的最大鎖模力應小于注射機的額定鎖模力，即： sP?式中： ——注射機的最大注射壓力 ；P??Ma——成型塑件所需的注射壓力 ；s注射機的額定注射壓力為 160 ；40/68?SZ P而 PA66 材料的注射壓力為 70～120 ；a故有： sP?4.6 注射機安裝模具部分的尺寸校核4.6.1 噴嘴尺寸模具主流道襯套的小端孔徑 D 和球面半徑 R 要與塑料注射成型機噴嘴??m??m前端孔徑 d 和球面半徑 r 滿足下列關系：??m2~1??R1~5.0??d保證注射成型時在主流道襯道處不形成死角，無熔料積存，并便于主流道凝料的脫模。故有：m142??mD514??4.6.2 定位孔尺寸模具與注射機上定位孔為 ，兩者按 配合實現(xiàn)定位，以保證模具主3.6?7fH流道的軸線與注射機噴嘴軸線重合。4.6.3 模具厚度與注射機模板閉厚度模具閉合時的厚度在注射機動、定模固定板之間的最大閉合高度和最小閉合高度之間，即： minH?max式中： ——注射機允許的最小模具厚度 ；minH??第 15 頁——模具閉合厚度 ；mH??m——注射機允許的最大模具厚度 ；ax ??其中模具閉合厚度為： m1925632403???故有： m4019?4.6.4 開模行程的校核對于單分型面注射模，其最大開模行程應滿足： ??mHS10~521??式中： ——注射機最大開模行程 ；S——塑件脫模距離 ；1H?——包括澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度 ；2 ??則有： mmS51060????其中：注射機最大開模行程與模具厚度無關。5. 脫模機構的設計在注射成型的每一個循環(huán)中，都必須使塑件從模具型腔和型芯上脫出，這種脫出塑件的機構稱為脫模機構。整個脫模過程包括開模、推出、取件、閉模、脫模機構復位過程。對于中心有孔的圓筒形塑件，采用推管推出機構進行脫模，推管推出平穩(wěn)可靠，塑件無變形，無頂出痕跡。推管的脫模機構采用動模座板固定型芯的推管機構，即：型芯（主型銷）固定在動模座板上，并且穿過推板和推桿固定板，推管固定在推桿固定板上。推管內部與主型銷做間隙配合，推管外部與型腔板做間隙配合，推管與主型銷配合長度為頂出行程 ，推管與型腔板的配合長度為推管外徑的m5~3?倍，這種頂出機構結構可靠，多用于脫模距離不大的場合。2~5.1第 16 頁5.1 脫模力的計算當脫模斜度不大時（一般指 ）初始脫模力最大，一經推動，脫模力即迅速減?5〈小，所以脫模力的計算須按照無脫模斜度的條件計算。由于塑件壁厚與其內孔直徑之比大于 ，故由[1]表 5-94 應按下式計算：201??10??????BfkmLSErQ?式中： ——脫模力 ；Q??N——塑料彈性模量 ，對于 ，由表 5-57 查得： E2/c6PA；25/108.2~.c?——塑料平均成型收縮率 ；S??%——包容型芯的長度 ；Lm——塑料與鋼的摩擦系數(shù)，對于 ，由表 5-56 查得： ；f 6PA35.0~2——塑料的泊松比，約為 ；m49.0~38.——塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積 ，當塑件底部有B ??2m通孔時，該項視為零?！c 和 有關的系數(shù)，其由下式計算所得：krt trk2??式中： ——型芯的平均半徑 ， ；r??cmcm475.1037???——塑件的壁厚 ，約為 ；t t.15??則有： 2.47.1502.???k其中：?。? ； ； ；cmNE3.0f46.m則有： ???NQ1590.152.46.018%??????第 17 頁5.2 推管直徑的計算推管直徑 由下式計算所得：d413264?????????QEnld??式中： ——推管直徑 ；d??cm——推管長度系數(shù)， ；?7.0??——推管長度 ， ；l cml6.1?——推管數(shù)量；n——推管材料的彈性模量 ，對于鋼：E??2/N27/10.2cmNE??則有： cmd3.01590.216764473???????????考慮到于推管中放一主型銷與冶金粉末嵌件配合，故選?。?d5.3 推管應力校核其校核公式如下： SdnQ????24式中： ——推管應力???2/cmN——推管鋼材屈服極限強度 ，對于一般中碳鋼：S ??2/c；2/30cNS?則有： ??2221 /30/0401594 cmNS????????6. 合模導向機構的設計在模具工作時，導向機構可以維持動模和定模正確合模，合模后保持型腔的正確形狀。同時,導向機構可以引導動模按順序合模，防止型芯在合模過程中損壞；并第 18 頁能承受一定的側壓力。本設計導向機構采用導柱導套導向。因動、定模合模時無方位要求，故導柱在模具上的布置方式可采用直徑相同并對稱布置。并使固定導柱的孔徑與固定導套的孔徑相等，以便于加工，且有利于保證同軸度和尺寸精度。為使導向裝置具有良好的導向性能，將導柱的先導部分做成錐度?？紤]到模具生產批量大，故選用帶肩導柱與帶肩導套。為了使導柱、導套的配合表面硬而耐磨，而中心部分具有良好的韌性，導柱導套材料選用 20 號鋼經滲碳淬火處理，滲碳深度為 0.8~1.2mm。其中，導柱淬火到 HRC56～60，導套淬火到HRC50~55，導套硬度低于導柱硬度，可以改善摩擦情況。導柱、導套的尺寸參數(shù)如下附圖所示:圖 6-1 導柱 圖 6-2 導套導柱、導套加工的工藝路線為:毛坯(棒料，材料為 20 號鋼)→車削加工(內外圓配合部分留磨量 0.2～0.3mm)→熱處理(滲碳淬火)→內外圓磨削→精磨至要求尺寸。導柱在熱處理后修復中心孔，最后進行磨削時，可利用兩端的中心孔進行裝夾，并在一次裝夾中將導柱的兩個外圓磨出，以保證兩表面間的同軸度。導套磨削加工時，先磨內圓，再以內圓定位，用頂尖頂住芯軸磨外圓。這樣，就不僅可保證同軸度要求，且能防止內孔的微量變形。導柱、導套端部轉彎處必須圓滑，以防止在運動中將配合表面劃傷。因此，全部精磨后，必須用油石將圓弧處磨圓滑，消除磨削后在圓弧處出現(xiàn)的棱帶。7. 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計在塑料注射成型過程中，模具就像一個熱交換器，輸入熱量的方式是加熱裝置的加熱和塑料熔體帶走的熱量。輸出熱量的方式是自然散熱和向外熱傳導，其中 95%的第 19 頁熱量是靠傳熱介質(冷卻水)帶走。在塑料成型過程中，要保持模具溫度穩(wěn)定，就應保持輸入熱和輸出熱平衡。為此，必須設置模具溫度調節(jié)系統(tǒng)，對模具進行加熱和冷卻，以調節(jié)模具溫度。7.1 模具冷卻水管道直徑 vVd?604?式中： ——冷卻水管道直徑 ；d??m——管道內冷卻水的流速，一般取 ，選取v sm/5.2~8smv/0.2?則有： 60.2617343?????7.2 冷卻水管總的傳熱面積傳熱膜系數(shù)按下式計算： ??2.08.174dvfk??式中： ——冷卻通道孔徑與冷卻介質間的傳熱系數(shù)， （ ） ；k ??ChmJ??2/——與冷卻介質有關的物理系數(shù)，由[5]表 8-29 查得： ；f .7?f則有： ??Jk ?????? 22.08.03/5161.718.4故冷卻水孔總的傳熱面積為： TkWQA?26式中： ——模溫與冷卻介質溫度之間的平均溫度 ，其中，模溫為 ；T???C? C?80則有： 213.0238092445.6mA???????????第 20 頁7.3 模具上開設的冷卻通道的孔數(shù) dLAn??式中： ——冷卻通道的長度 ，為使模具得到均勻冷卻，要求控制回路長度L??m在 1.2~1.5m 內，今取為 1.4m；則有： 84.10623.?????n8. 模板的選用由[6]表注射模中小型模架組合形式，結合實際計算所需，采用基本型 模板2A尺寸選用如下：表 8-1 模板的選用模板 座板規(guī)格寬度 長度 厚度 寬度 厚度LB???L定模 A動模 B1定模 1H動模 2200x250 200 250 32 40 315 25 25墊塊 支承板 推桿固定板 推板 導柱 導套 復位桿 內六角螺釘寬度 厚度 厚度 厚度 寬度 直徑3BC3H1h22Bd12d340 63 32 16 20 118 20 28 12.5 84M?中心距b2b3bl2l3l160 80 156 206 210 146參考文獻[1] 付宏生， 《塑料模設計手冊》 ，機械工業(yè)出版社，2002[2]劉京華，注塑制品與注塑模具設計，機械工業(yè)出版社，2002第 21 頁[3]屈華昌，塑料成型工藝與模具設計，機械工業(yè)出版社，2002[4]模具使用技術叢書編委會 塑料模具設計制造與應用實例，機械工業(yè)出版社，2002[5]黨根茂，駱志斌，李集仁，模具設計與制造，西安電子科技大學出版社，1995[6]王樹勛，鄧庚厚.典型注塑模具結構圖冊，中南工業(yè)大學出版社，1992[7]許發(fā)樾，實用模具設計與制造手冊，機械工業(yè)出版社，2000[8]王之煦，許杏根.簡明機械設計手冊，機械工業(yè)出版社，1992[9]黃毅宏，李明輝.模具制造工藝，機械工業(yè)出版社，1999[10]楊偉群，數(shù)控工藝工藝教程，清華大學出版社，2002