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沈 陽 化 工 大 學 科 亞 學 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 題 目 圓柱齒輪注塑模的設計 齒數28 模數1 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機制1101 學生姓名 張 靜 指導教師 陳慧珍 論文提交日期 2015年 6 月 1 日 論文答辯日期 2015年 6 月 4 日 畢業(yè)設計 論文 任務書 機械設計制造及其自動化專業(yè) 1101 班 學生 張靜 畢業(yè)設計 論文 題目 圓柱齒輪的注塑模設計 齒數28 模數1 畢業(yè)設計 論文 內容 一號圖紙1張 二號圖紙1張 三 號圖紙1張 四號圖紙2張 裝配圖 零件圖 計算說 明書一份 A4紙 小4字33頁 畢業(yè)設計 論文 專題部分 圓柱齒輪注塑模設計的分析 與確定 起止時間 2015年3月16日 2015年6月1日 指導教師 簽字 年 月 日 摘要 針對聚甲醛 POM 塑料圓柱齒輪的精度和外觀質量要求 通過對塑料件結 構和成型工藝特性分析 設計出了一套注塑模具 型腔 型芯采用組合 式結構 設計了型芯安裝定位桿以保證嵌件在型腔中的位置 模具采用 點澆口澆注形式 推出機構采用推管推出 并對注射成型工藝參數進行 優(yōu)化 該模具可以實現自動化生產 提高產量 關鍵詞 圓柱齒輪 注塑模具 點澆口 推管 Abstract According to the precision and appearance demand of POM plastic duplex gear the structure and forming technology Of the product are anal zed and the injectionmould is designed Combination tpe cavity and core are taken and location dowelpin is used to guarantee the relative position of core in the die cavity Pin pointgate and push tube are applied to the product The du plex gear injectionmolding process is optimized The mould realized production automation of the plastic duplex gear and improved quality Keywords duplex gear injection mould pin point gate push tube 目 錄 第一章緒論 1 1 1 介紹本設計的目的 意義和要求 1 1 2 塑料制品的應用與發(fā)展狀況及塑料成形技術 2 第二章塑件的分析 3 2 1 工件的原始尺寸 3 2 2 塑料制品的尺寸 公差和表面質量 4 2 3 塑料制品的幾何形狀 5 2 4 模具的初步分析 5 2 5 塑件的成型工藝過程 6 第三章塑件材料和注塑機的選擇 8 3 1 材料的選擇 8 3 2 注塑機的選擇 9 第四章注塑模設計 11 4 1 模具的結構分析 11 4 2 型腔數量及排列方式 11 4 3 分型面的選擇 11 4 4 澆注系統設計 12 4 5 模具的排氣系統設計 15 4 6 側向抽芯機構設計 15 4 7 成形零件的設計 17 4 8 型腔厚度及底板厚度的計算 22 4 9 脫模機構設計 24 4 10 澆注系統凝料脫模機構設計 27 4 11 合模導向機構的設計 28 4 12 冷卻系統 29 4 13 模架的選擇 29 第五章結 論 31 參考文獻 32 致 謝 33 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論 0 第1章 緒論 1 1介紹本設計的目的 意義和要求 掌握注塑模的設計要領及工藝過程 完成圓柱齒輪模具設計 深入了解注塑模的設 計過程及要領 完成給定零件注塑模成形過程的相關計算和分析 依據學校給出的 零件簡圖 繪制合理的工件模型 自己設計出合理的圓柱齒輪注塑模具 1 2 塑料制品的應用與發(fā)展狀況及塑料成形技術 隨著科技的飛速發(fā)展 塑料制品對人們的日常生活及工業(yè)有這越來越重要的作用 1 2 1 塑料制品與成形 目前塑料制品的生產體積非常大 遠遠超過了其他的一些工業(yè)材料 現在我國的塑 料制品工業(yè)正在飛速發(fā)展 塑料制品已經在很多的領域被應用 塑料工程一般來說 是指塑料的制造和改變性能 塑料制品的制造和塑料制品的模具設計是塑料工程的 重要組成部分 是塑料工業(yè)中必不可少的環(huán)節(jié) 1 2 2 塑料制品 大多數塑料的密度比較低 又具有很好耐腐蝕和較強的絕緣性 品種多種多樣 有 的減少摩擦或增大摩擦 有的可以防震抗沖 它又可以經纖維的增強或改變屬性 一定程度的改善這些制品所需的一些性能 另外 塑料制品好著色 又能多樣的修 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論 1 飾 使它能夠經 略加修飾 后走進各家各戶 在塑料制品的生產過程中 技術人員必須熟練產品設計的相關理論 結構和造型 塑料制品的設計又與成型模具的制造和應用有著密不可分的關系 1 2 3 塑料成型技術 大多的塑料制品與金屬產品不一樣 很少采用刀具進行加工 也極少的采用高聚物 溶液狀態(tài)加工 絕大部分的高聚物加工制作都必須經過熔體的流動和改變型態(tài) 通 過模具加工制品 塑料成型工藝與模具技術是一門新興的綜合學科 不僅與高分子材料合成技術的提 高 成型設備和成型機的改革對成熟和進步 隨著計算機技術的滲透形成的過程 在塑料加工領域發(fā)展的數值模擬技術等在塑料加工領域的滲透而發(fā)展 模具一般可分為塑膠模具與非塑膠模具 塑膠模具根據生產工藝和生產產品的不同 又分為 注射成型模 電視機外殼 鍵盤按鈕 應用最普遍 吹氣模 飲料瓶 壓縮成型模 電木開關 轉移成型模 集成電路制品 擠壓成型模 膠水管 塑膠袋 熱成型模 透明成形包裝外殼 旋轉成型模 軟膠洋娃娃玩具 模具是一種生產塑料制品的工具 需要幾組零件才能構成一個模具整體 成型模腔 是這個組合中最重要的部件 整個模具是被安裝在注塑機上的 注塑時 成型模腔 內被注入熔融塑料 并在腔內冷卻定型 接著上下模分開 此時制品被頂出系統 從模腔頂出離開模具 最后模具再閉合進行下一次注塑 整個過程以循環(huán)方式進行 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章 緒論 2 注塑模具是由若干塊鋼板配合各種零件組成的 基本分為 成型裝置 定位裝置 固定裝置 冷卻系統 恒溫系統 道流系統 頂出系統 目前 塑料的產品已經遠遠的影響人們的生活 易加工 成本低 密度低等優(yōu)點 使得塑料的使用越來越多 隨著塑料的使用 必然面臨著塑料的成型問題 塑料的 成型方式主要有 注塑 壓塑 擠塑等方式 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 塑件的分析 3 第2章 塑件的分析 根據齒輪的齒頂圓尺寸較小的情況 確定所需模具屬于小型模具 根據圖紙精度要 求查出了齒輪各個部分的公差 為了便于脫模 對塑件的壁和孔都選擇了一定的脫 模斜度 分析了塑件的成型工藝 2 1 工件的原始尺寸 所要設計的塑件為齒輪 屬于正常齒制 齒頂高系數 齒根系數 1 ah25 0 c 模數 齒數 所以齒根高度為1 m28z 5 1 cmchaf 齒頂高為 分度圓直徑為 28czd 齒頂圓直徑為 30ma 齒根圓直徑為 5 chff 2 2 塑料制品的尺寸 公差和表面質量 2 2 1 塑料制品的尺寸 這里的尺寸是指制品的總體尺寸 而不是壁厚 孔徑等結構尺寸 由于塑料流動性的限制 對于流動性差的塑料或薄壁制品進行注塑模塑時 制品尺 寸不宜過大 以免熔體不能充滿型腔或形成熔接痕 從而影響制品外觀和強度 此 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 塑件的分析 4 外 注塑模塑制品的尺寸受到注塑機的公稱注塑量 合模力和模板尺寸的限制 塑件的主要尺寸如圖2 1所示 圖 2 1 2 2 2 塑料制品的公差 根據本設計的要求 產品的主要影響因素是 模具制造誤差及磨損 特別是成形的 制造和裝配誤差和使用磨損部分 塑料收縮率的波動 成型工藝條件的變化 形狀 的塑料制品 飛邊厚度波動 噴射角度和成型產品尺寸變化 塑料產品分為8級精度 根據塑料品種 每個塑料可選3級 在模具制造的精度一般高于精度的塑料制品各 等級 2 2 3 塑料制品的表面質量 塑料制品的表面質量是非常重要的 一定要避免確實 根據上面的要求 對所給定的塑料制品精度定為MT4 模具精度為IT6 查模塑件尺寸公差表 GB T 14486 1993 塑件的精度為MT4 齒輪的徑向基本尺寸為 故公差 m30 36 0A 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 塑件的分析 5 高度尺寸為 公差取 m6 18 0A 筒壁部分徑向基本尺寸為 公差取 高度尺寸為 公差取2 32 0A m9 側型芯徑向尺寸為 公差取 高度為 20 A m68B 5 2 公差取 以上A B指尺寸公差表中的 公差種類 36 2 3 塑料制品的幾何形狀 2 3 1 脫模斜度 合理的安排脫模時的模具斜度是為了防止擦傷制品表面 其大小主要取決與制品的 收縮情況 形狀和壁的厚以級部位 在一般情況下 脫模斜度為 但應根 301 據具體情況而定 如果有特殊要求或較高精度 應該用比較小的斜度 不易脫掉的 就應取較大的脫模斜度 打開模具是 為了讓制品留在型芯上 里頭表面斜度比 外表面的斜度小 2 3 2 塑料制品的圓角 一般來講 制品上多數的轉角都應采用圓弧角 這種方法的好處是可以提高制品的 強度 所以在其內部的流動狀態(tài)也被改變 便于脫模 如果別無其他要求各連接處 的圓角半徑要小 2 4 模具的初步分析 本設計主要是由三個部分組成 帶軸套齒輪 童壁和其上的一個側孔 軸套和筒壁 孔同心不同徑 筒壁側孔需采用抽芯機構 如圖2 1所示工件見圖 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 塑件的分析 6 圖 2 1工件簡圖 如圖2 1工件簡圖所示 端面1和端面2是齒輪的最大投影面 可以隨意選擇一個斷面作為分 型面 筒璧部分是用于定位的 所以它和軸套孔要同心 而齒輪是通過軸套與軸連接 的 所以軸套和輪齒的同軸度也要求較高 2 5 塑件的成型工藝過程 其主要過程有 成型前的準備 注射成型過程以及對塑件的后期處理三個階段 2 5 1 成型前的準備 為了保證塑件成型的質量 在成型前應進行一系列必要的準備工作 內容如下 原材料外觀的檢驗和工藝性能的測定 物料的預熱和干燥 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章 塑件的分析 7 嵌件的預熱 料筒的清洗 脫模劑的選用 2 5 2 注塑成型過程 在注塑機和模具上通過加料 加熱塑化 加熱注塑 保壓 冷卻定型 脫模等工序 對塑料進行成形 2 5 3 后處理 主要用于解決注塑過程中由于塑料在型腔內結晶 取向和冷卻不同而產生的一些內 應力 為解決這些問題 要對塑件進行適當的后期處理 其主要方法是退火和調濕 處理 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 塑料材料和注塑機的選擇 8 第3章 塑件材料和注塑機的選擇 根據本設計的要求選擇物合適的材料跟注塑機是一個很好的基礎 3 1 材料的選擇 3 1 1 齒輪分析 本設計的工件是齒輪 所以需要承受反復的荷載 比較高的強度 很好的耐磨性 目前所常用的熱塑性材料有 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 從他們的流動性上比 較 聚乙烯 聚丙烯 聚苯乙烯屬于流動性好的一類 聚甲基丙基酸甲酯 聚甲醛 屬于中等類 而聚氯乙烯是最差的 3 1 2 主要高分子材料 聚乙烯 該材料的潔凈度和密度都比較高 較硬 耐腐蝕 且絕緣性也好 但是在熱的溫度 下容易老化 聚丙烯 拉伸強度 硬度及彈性都比聚乙烯要好 濕度不影響該材料的絕緣效果 聚氯乙烯抗拉神 抗屈服 抗沖擊能力都比較強 可以用作單獨材料使用 聚甲醛 它是又一種比尼龍熱塑性要好的材料 表面比較堅硬而且光滑 適應本設計這種以 滑動為主要組成的運動 不易吸水 所以要求制作的精確要高以些 3 1 3 選擇材料 雖然 低壓聚乙烯也具有硬 耐磨 耐蝕的性能 但其在熱的作用下易老化 其用 途僅限于承載不高的零件 成型時注射方向的收縮率和處置方向的收縮率不一樣 制件容易產生變形 產生縮孔 這些對于要求高強度的齒輪來說是非常不利的 而 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 塑料材料和注塑機的選擇 9 聚丙烯也具有硬度好及抗疲勞彎曲程度高的特點 但在氧 熱的作用下極易解聚 老化 成型時也容易發(fā)生縮孔 凹痕和變形 對齒輪也不利 所以聚甲醛是最佳的 材料 聚甲醛的成型工藝 聚甲醛流動性差 成型困難 若成型條件大 模具需要加熱裝備 主澆道粗而短 分澆道少轉彎 該材料還有毒 所以要電鍍處理型心及型腔 必須嚴格控制該才料 的加工工藝 并對這種制件進行熱處理來提高其穩(wěn)定性 這種材料在較高的溫度下 比較容易分解產生氣體 情況比較嚴重是會發(fā)生爆炸事故 所以要求加工溫度低且 時間要短 一旦分解 要注意緩慢的降低它的溫度并除色 聚甲醛雖然不易吸水 因此加工必須用水冷卻 然后一般就要求干燥4小時左右 3 2 注塑機的選擇 3 2 1 選擇原則 注射量 容積 不能大于注射機額定注射量的80 額注 V8 0 注射量不能小于注射機額定注射量的20 額注 2 本設計所選擇加工零件材料為聚甲醛 POM 因此選用選用螺桿式注射機 塑件的體積 5 7 462 14 3 27 28 635 2140139332cmV 如上式所示該設計的體積很小 如果采用單型腔的話 應該選擇額定注射量為 的注射機 注射機料筒內的熔料在注射時大概有70 參與了注射 大大超過3 1cm 了所要求的20 限度 所以改設計符合注射機的選擇原則 3 2 2 注射機校核 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章 塑料材料和注塑機的選擇 10 本設計要求所選注射劑的鎖模力必須大于型腔內部的壓力 以免發(fā)生溢料的現象 古查表4 1 注塑模設計 取型腔壓力位35MPa 得鎖模力為 90 5 102 3 kNAAnPFjjZm 式中 分別為型腔投影面積和澆注系統的投影面積 所選注射機的鎖模力為ZAj 200kN 故鎖模力可靠 最大注射力校核塑件形狀并不復雜 屬于中等流度的一般制品 所以POM 注射壓力在 之間 MPa120 開模行程校核對于雙分型面開模行程按下式校核 10 5 21 aHS 式中 表示注塑機最大開模行程 移動模板臺面形成 mm S 表示定模座板與定模腔板分開的距離 應足以取出凝料 mm a 表示塑件脫模距離 mm 1H 表示包括流道凝料在內的塑件高度 mm 2 63 10 5 3896210mS 最大開模行程大于模具所需的開模行程 所以選用的注塑機滿足要求 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 11 第4章 注塑模設計 根據本設計的模具設計的要求 通過嘗試各種設計方案來選擇一個最好的模具 設計結構 4 1 模具的結構分析 零件具有側孔 因而注射模具具有側向抽芯結構 一般模具設計的結構主要由 澆 注系統 成型機構 導向機構 脫模機構 側向抽芯機構 加熱冷卻系統 排氣系 統構成 4 2 型腔數量及排列方式 模具有單型腔和多型腔 根據本設計注射機的選分析 本設計的模具的型腔采用多 型腔方式 數目為兩個 這種模具的生產效率高 成本低 在選擇型腔的布局方式時 本設計首先考慮到布局對稱 因為需要防止模具承 受偏差 排列也要緊湊 以節(jié)約材料 減輕重量 從前面我們所選則的注射機鎖模 力校核來看 鎖模力遠大于型腔的壓力 所以對其平穩(wěn)沒有太大的影響 可以不考 慮 所以型腔采用直線型排列 4 3 分型面的選擇 我們知道分型面一般在模具設計中是很重要的 所以要合理的設計本模具的分型面 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 12 它對本設計的整體結構設計有很中要的作用 分型面的選擇 本設計分型面選擇在塑件的外形最大輪廓處 便于很方便的脫離定模 對于齒輪模具的脫模 本設計模具的脫模機構設置在動模的一側 模具開模時塑件 留在動模一側 利于容易脫離模具 從本設計圖2 1所示 因為齒輪的結構 可知本設計只需要一個分型面 對于塑件的表面也沒有要 求 由于它的主要功能只是傳動 所以只要保證其加工精度和同軸度 可以隨意選 擇風型面的位置 4 4 澆注系統設計 本設計澆注系統是一個重要環(huán)節(jié) 所以設計時遵循以下原則 型腔布局要平衡 開設部位要力求對稱 排列要緊湊 分澆道的流程要盡量短 端面尺寸要盡可能大 減少彎曲 為了減少塑料的消耗 本設計在滿足各型腔填充滿材料的情況下 減少了本設計 澆注系統的整體容積 4 4 1 主澆道的設計 注射機的噴嘴球面直徑為 所以進口端凹坑半徑為 m0 1 mR0 1 可以取 RH4 152 H6 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 13 圖 4 1 根據實際來看 一般模具注射莫主澆道和分澆道的切變速率 13205 1 s 時 所以成形制品的質量較好 對于一般熱塑性塑料 根據經驗公式 2 3 nVRq 式中 熔體的體積流量 Vqscm 3 澆道端面尺寸的當量半徑 nR 根據前面的注射機選擇 可知熔體的體積流量 為Vq 254 1 33scmqV 主澆道取 所以此模具取 代入公式得1205 s 10 r4 32 nnVR 主澆道進口端直徑取為 md9 在保證該制品成形的情況下 主澆道的一般長度應短 這樣就減少壓力的損失及材 料的浪費 一般可小于或等于 對于該材料而言 主澆道應該很短 所以取60 主澆道長度為 m30 出口端直徑 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 14 8 12tanmLdD 出口端圓角半徑 6 r 4 4 2 主澆道襯套和定位環(huán) 主要轉動的輪和高溫塑料的熔體注射機噴嘴反復接觸和碰撞 所以一般不會主溝在 固定模具打開 但它將在主澆道襯套分別設置 通常在淬火后嵌入模具 用于更換 損壞的情況下 磨削 為了使主流道噴嘴和料筒對 主流道襯套可以添加定位環(huán) 與噴嘴可以與主流道入口對齊 對于小型模具 主流道襯套和定位環(huán)設計為一個整體 如圖2 4所示 套管的長度與固定模具零件厚度一致 與主轉輪出口端面不突出的分型面 與定位環(huán)的高度為8mm 4 4 3 拉料桿的設計 結合本模具的設計可以看出 在主澆道位置設置一球頭形拉料桿 將凝料在開模后 拉向動模方向 利用一個特殊機構 拉料勾 在開模的過程中將凝料從分澆道中取出 4 4 4 分澆道的設計 分澆道用于連接主澆道和澆口 常用的分澆道截面形狀有圓形 正方形 梯形 U 形半圓形和正六角形等 澆道的截面面積越大 其損失熱量就越多 壓力損失越小 通常用澆道的截面積和 表面積的比值來表示澆道的效率 其中圓形和正方形的效率最高 但是圓形澆道要 在澆道兩邊板上同時加工出半圓形槽 加工難度大 而且澆道不容易對正 澆注時 會產生飛邊 梯形和U 型效率差不多 梯形澆道同樣容易存在死角 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 15 表4 1 列出常用塑件分澆道斷面尺寸推薦范圍 其數據是根據長期經驗積累并試驗驗證的 表中數據適用于圓形分澆道 對于其他的截面形式 應按表中數據折算 表4 1 不同塑料的分澆道截面直徑 塑料名稱 分澆道截面直徑 mm 塑料名稱 分澆道截面直徑 mm ABS AS 4 8 9 5 聚苯乙烯 3 5 10 聚乙烯 1 6 9 3 軟聚乙烯 3 5 10 尼龍類 1 6 9 5 硬聚乙烯 6 5 16 聚甲醛 3 5 10 聚氨酯 6 5 8 0 丙烯酸塑料 8 10 熱塑性聚酯 3 5 8 0 抗沖擊丙烯酸塑料 8 12 5 聚苯醚 6 5 10 醋酸纖維素 5 10 聚砜 6 5 10 聚丙烯 5 10 離子聚合物 2 4 10 異質同晶體 8 10 聚苯硫醚 6 5 13 據表4 1 選分澆道直徑為 m9 為了防止冷料從分前端澆注道路到門和門腔 塑件在冷料穴的作用在子末流道端采 集前端冷料 它的長度一般分為流道直徑 其中長度是9mm 分澆道的布置 分澆道應該以平衡式布置 即分澆道長度 形狀和截面尺寸必須對稱 以達到各個 型腔的塑料流動平衡和熱平衡 使物料均勻的充滿各個型腔 轉輪流道布置應平衡布局 即澆口的長度 斷面形狀及尺寸必須達到各個型腔對稱 的塑性流動和熱平衡 物料均勻每腔 4 4 5 澆口設計 門口是一段細短流道連接流道和型腔 其形狀 大小 數量 位置是正確的 對塑件質量的影響是非常大的 澆口位置結合齒輪的形狀和分型面的選擇 門安裝在齒輪的端面使熔融材料同時充 滿型腔和可選擇的多個大門同時送 但許多跑步者會增加澆口的長度 產生壓力降 選擇兩門適合安裝方便 熔體在兩個位置同時注入腔和減少注射時間 他的安排兩 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 16 一是兩門是設置在四周 另一個是在T形架的兩側分別設置一個門 環(huán)形布置適用于多門方案 處理比T形布局要簡單 但材料利用率低 凝料太多 沒 有寒冷的窯洞 溫度低的熔體進入門點可以快速冷卻引起的門堵塞 雖然材料比圓 形更高 但材料利用率高 流道末端的冷料穴可以收集冷料 所以 在這里選擇T 型兩點澆口 4 5 模具的排氣系統設計 對注塑模具的排氣系統 尤其重要的是 由于注塑過程是由物質熔融形成空氣置換 如果沒有良好的排氣系統 這將導致塑件由于填充或輪廓表面缺陷和其他的缺陷 的不足 有以下幾種方法 用排氣間隙 表面排氣 粉末燒結金排氣是模具排氣的 主要形式 由于模腔小 排氣量小 分型面的使用可以排除空氣腔 對頂出機構的配合間隙也 可作為排氣通道 并沒有特殊的排氣裝置是必需的 4 6 側向抽芯機構設計 由于本設計齒輪上有側孔 所以就必須設計側向的抽芯機構 其主要分類有 機動側向抽芯機構 液壓或氣動側向抽芯機構 手動側向抽芯機構 機動抽芯易于實現自動化 減少工人勞動強度 但是較為復雜 液壓或氣壓抽芯主 要用于一些需要高質量表面的薄壁件 手動抽芯則只適用于小批量 抽拔力小的場 合 彎稍側向抽芯 斜導槽側向抽芯 斜滑塊側向抽芯 其他側向抽芯機構 如彈 性原件 抽芯長度 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 17 631ms 式中 型芯的長度 1sm 抽芯力 sinco hpFc 式中 抽芯力 N cF 側型芯成形部分的截面平均周長 m 側型芯成形部分的高度 m h p 塑件對側型芯的收縮應力 包緊力 其值與塑件的幾何形狀及塑料的品種 成形 工藝有關 一般情況下模內冷卻的塑件 MPap12 8 塑料在熱狀態(tài)時對鋼的摩擦因數 一般 05 側型芯的脫模斜度或傾斜角 將有關參數帶進式中得 6 30 sinco NhpFc 可見抽芯力很小 開模的時候 模具對于復位塊1向下運動 滑塊7在彈簧的作用下向左滑動帶動型芯 向左運動 從而實現了抽芯 合模的時候 滑塊7又在復位塊1的作用下回到了原位 斜導柱 彎銷和斜導槽三種抽芯機構原理相似 結構也大同小異 和彈簧抽芯機構 比較可以看出 彈簧抽芯機構的結構要簡單些 由前面計算可知 側向抽芯的抽芯 力為56N 很小 故選擇彈簧抽芯機構比較合適 因為側型芯前端面和定模型芯表 面接觸 為了使型芯在合模的時候與定模型芯吻合 將滑塊制成正方形 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 18 4 7 成形零件的設計 4 7 1 成型零件的設計應具備的性能 由于該設計的工件需于高溫熔料接觸 所以其必須具備如下性能 具備很高的剛度和強度 具備足夠的硬度和耐磨性能 具備較好的光滑性能和不被蝕的性能 并且易加工 不容易變型 成型部位有較高的精度 型腔和型芯選擇45 號鋼材料 它是塑性材料 其屈服點為 MPas35 4 7 2 成型零件的結構設計 結合齒輪形狀 尺寸以及模具的加工分析 整體式凹模雖然適用于中小型模具 并 且加工塑件表面無痕跡 但是其加工困難 更何況是具有雙齒輪型腔的模具 整體 式凹模浪費材料 熱處理變形較大 加上POM 本身收縮將會使生產出的齒輪塑件精度降低 合格率降低 因而不能選擇整體式凹 模 同樣不宜使用鑲嵌式凹模 四壁拼合式凹模和拼塊式凹模 此模具的型腔位于 動模上 它包括輪齒型腔和筒壁型腔兩部分 齒輪型腔加工很簡單 可以用車圓孔 插齒的方式加工 筒壁型腔可以直接用車床加工 加工工藝簡單 不符合鑲嵌式凹 模的應用場合 而且用鑲嵌式凹模還要為保證塑件表面質量而增加磨平 拋光等工 序 增加了型腔的加工工藝及加工成本 齒輪并不存在側凹 模具也不需要側向分 型 故不選拼塊式凹模 置于四壁拼合式凹模 則適用于矩陣型腔的 型芯結構設計型芯是成型塑件內表面的模具零部件 根據結構不同分為 整體式型 芯 鑲嵌式型芯 組合式型芯 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 19 整體式型芯可以直接加工在固定板和型腔上 成型牢固 質量好 適合齒輪這種小 尺寸注塑件 但其加工難度大 鑲嵌式是將型芯單獨加工之后再用配合的方式固定 于型芯固定板上 加工簡單 節(jié)省材料 組合式應用于復雜型芯 因為齒輪軸套很 簡單所以不適用 4 7 3 成型零件的工作尺寸設計 形成了成型零部件的尺寸直接成型塑件尺寸 主要包括徑向尺寸和型腔和型芯型腔 深度和高度型芯 型腔和型芯的尺寸和位置 在模具設計過程中應根據塑件的大小 確定工作尺寸和精度的模具零件精度 影響塑件尺寸和精度的因素主要有 成型收縮率塑料成型后的收縮率與材料 塑件的結構的波動很大 從而引起塑件的 尺寸誤差很大 塑件尺寸的變化值為 ssLS minax 式中 塑料收縮波動而引起的塑件尺寸誤差 mm s 塑料的最大收縮率 maxS 塑料的最小收縮率 in 塑件的尺寸 mm sL 一般來說 塑料成型收縮引起的尺寸誤差控制的波動在公差的1 3塑料零件 對塑件尺寸精度的制造精密模具成型零件的制造誤差的模具零件的重要因素之一 模具零件的制造誤差小 塑件的尺寸精度較高 然而 對模具零件的加工難度大 制造成本和加工周期也將增加 實踐證明 如果在年級之間的模具零件的制造誤 差 成型零件的制造公差站塑件尺寸公差1 3 4 7 4 成型零件工作尺寸的計算 模腔工作尺寸的計算 模腔尺寸計算包括型腔和型芯的徑向尺寸 型腔深度和型芯高度尺寸 中心距尺寸 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 20 的計算 凹模徑向尺寸計算選擇平均尺寸法計算 公式為 zscpMLS 0431 校核公式為 scz min 式中 凹模徑向尺寸 mm ML 塑件徑向公稱尺寸 mm s 塑料的平均收縮率 cpS 塑件公差值 mm 凹模制造公差 mm z 凹模的磨損量 mm c 塑料的最小收縮率 minS 系數隨塑件精度和尺寸變化 一般在 之間 43 8 0 5 塑件公差值 輪齒公差 同比公差 36 01A 32 A 塑件徑向公稱尺寸 齒腔 為齒輪分度圓直徑 筒壁 m m032 塑料的平均收縮率 查相關資料 聚甲醛收縮率為 故平均收縮率 5 1 為 25 cpS 塑料最大和最小收縮率 0 3max S min S 凹模的制造公差 0 117 121 z 17 032 z 凹模的磨損量 0 053 6 c 56c 將參數代入式中 算出型腔尺寸得 齒腔頂圓凹模徑向尺寸 04 813 齒腔分度圓凹模徑向尺寸 2 0 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 21 齒根圓凹模徑向尺寸 10 265 筒壁凹模徑向尺寸 0 齒腔頂圓 3095 2min ssczMLSL 齒腔分度圓 28 7insscz 齒根圓 5 3 25min ssczMLSL 筒壁 2087 19insscz 齒輪齒廓計算 變模數法 為獲得所需的齒輪齒廓 需要對齒腔參數 進行修正 修正公式如下 4 1 cpQ 1osc 4 2 mc 式中 齒輪的壓力角 20 齒輪的模數 m 模具齒腔的壓力角 c 模具齒腔的模數 塑料的水平收縮率 cpQ 將以上數據帶入式 4 1 和式 4 2 中得 16c 025 cm 凹模深度尺寸計算平均尺寸法 4 3 zScpMH 0321 校核 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 22 4 4 ssMHSH max 式中 凹模高度尺寸 mm MH 塑件高度公稱尺寸 mm s 凹模深度制造公差 z 塑件高度公稱尺寸 齒腔 mHs018 6 為齒輪分度圓直徑 筒壁孔 s20 9 將參數帶入式 4 3 中 算出型腔高度得 齒腔 筒壁mHM01 526 04 319 MH 齒腔 6015 6max ssMSH 筒壁 9 8ax ssH 需要對筒壁型腔進行修正 筒壁 M07 9 型芯尺寸計算 型芯徑向尺寸計算 采用平均尺寸法 4 5 031zscpmLS 校核 4 6 Ssczm max 式中 型芯徑向尺寸 mm mL 型芯制造公差 mm z 型芯的磨損量 mm c 系數 取值范圍為 438 0 5 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 23 塑件徑向公稱尺寸 軸套 筒壁m20 720 15 將參數代入式 4 5 中 算出型芯徑向尺寸得 軸套 筒壁01 637 mL05 41 mL 軸套 793 6max ssczmLSL 筒壁 15 14axssczm 應對軸套 筒壁型芯經行修整軸套7 315mm 筒壁15 585mm 型芯高度計算 塑件為通孔結構 所以型芯和型腔的高度相同 側型芯徑向尺寸及高度計算 4 7 031zscpmLS 校核 4 8 sczm max 式中 型芯徑向尺寸 mm mL 型芯制造公差 mm z 型芯的磨損量 mm c 系數 取值范圍為 438 0 5 塑件徑向公稱尺寸為 m36 0 將參數代入式 4 7 中 算出型芯徑向尺寸得 m01 46 校核 5 max ssczmLSL 4 8 型腔厚度及底板厚度的計算 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 24 注射成型過程中 型腔的壓力高 而塑料壓力高 這就要求有一定的強度和剛度的 腔 如果腔的強度和剛度是不夠的 它會導致模具斷裂和變形 腔壁的壓力應腔的最 大壓力是 大型模具型腔 往往由于缺乏剛性 彎曲變形 應按剛度計算 對于一 個小的模具型腔 腔前常彎曲變形 內應力超過許用應力 應根據強度計算 從車頭的設計可以看出 該模具型腔比較小 最大只有28mm 屬于小型的模具 因 此 在考試中應與計算強度一致 腔壁腔是圓形的 因此 應選擇圓形型腔的強度 計算公式 型腔是嵌入在固定板上 因此它屬于組合型腔 強度計算公式為 4 9 12prS 式中 圓形型腔的側壁厚度 mm S 型腔半徑 可取塑件半徑 mm r 型腔壓力 MPa p 模具材料的許用應力 MPa 輪齒部分 塑件的輪齒部分齒頂圓半徑 型腔壓力 模具材料的mr15 MPap35 須用應力 代入公式 4 MPa2365 1 9 得到 只要型腔壁厚大于4mm 就能承受型腔內35MPa 的壓力 mS4 筒壁部分 筒壁內孔半徑 代入式 4 r5 7 9 得到 只要大于2mm 就可以承受型腔內的壓力 2 底板厚度計算公式為 2121 prph 式中 型腔厚度 mm h 型腔內壓力 MPa p 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 25 型腔半徑 mm r 模具材料的許用應力 MPa 輪齒部分 35 62 121mprh 筒壁部分 18 32 12prh 4 9 脫模機構設計 對于本設計的脫模 塑件必須從模具的行腔及型芯中推出來 4 9 1 脫模機構的結構組成 脫模機構的設計原則 首先 我們應該對大小和位置的粘附型腔或型芯的塑料部件 的正確分析 選擇畢剝剝職位的合適方法 對重力和射血阻力中心結合中心的頂部 由于該包緊力最大塑性收縮的核心 所以上角色應該是盡可能的靠近核心和最高 輸出應在塑性剛度功能 零件的最大強度 表面應盡可能大一些 有影響的剝離力 的因素很多 在材料的收縮率 塑件壁厚 形狀復雜的模具型芯 型腔的出射角和 小粗糙度高 會增加脫模阻力 相反 它會減少 脫模機構的分類 脫模機構根據動力來源可以分為手動脫模 機動脫模 液壓脫模 氣動脫模 根據 模具結構分為簡單脫模機構 雙向脫模機構 順序脫模機構 二級脫模機構 澆注 系統脫模機構以及帶螺紋塑件的脫模機構等 4 9 2 脫模機構的結構 脫模機構由以下幾部分組成 推桿上的塑料件的直接影響 從型芯脫出塑件 推桿 需要固定 因此設置頂出板固定 通過頂部板與固定板 頂桿固定平衡 注塑機液 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 26 壓頂屋頂上的桿或機械頂桿作用 頂桿完成前行動 推桿小或長距離的彈射過程上 是穩(wěn)定的 在頂部的系統增加推板導柱和導套 頂針頂 頂桿應先于型腔或型芯復 位 通過回程桿 在系統上的拉桿 其作用是澆注系統的冷料拉動模 在卸荷過程 中塑料零件材料一起被頂 的固定銷的作用是推板與動模板之間的間隙離開 防止 垃圾和雜物落入系統的頂部 4 9 3 脫模力的計算 齒輪的壁厚與內孔直徑之比t D 6 7 大于1 20 屬于厚壁塑件 塑件橫斷面形狀為 圓形 所以齒輪的脫模力計算公式為 BKfLrEQ101tan22 式中 脫模力 N Q 塑料的拉伸模量 MPa E 塑料成型的平均收縮率 被包型芯的長度 mm L 塑料的泊松比 脫模斜度 塑料與鋼材之間的摩擦系數 f 型芯的平均半徑 mm r 塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積 B mm2 當塑件底部有通孔時 10B 項視為零 由 和 決定的無量綱數 1Kf 由 和 決定的無量綱數 2tr 塑料的拉伸模量 塑料成型的平均收縮率MPaE3105 2 塑料的泊松比 25 10 3 35 0 脫模斜度 塑料與鋼材之間的摩擦系數 1 0 f 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 27 被包型芯的長度 型芯的平均半徑 塑件為通孔 10B 為零 mL6 mr5 3 所以58 063 lr 31 0cos2s1 Kin2 f 軸套部分脫模力為 NQ389軸 筒壁部分被包型芯的長度 型芯的平均半徑 塑件為通孔 10BmL mr5 7 為零 所以83 0957 lr 52 0cos2s1 K1in2 f 筒壁部分脫模力為 NQ15筒 所以總的脫模力為 160438925N 軸筒 4 9 4 簡單脫模機構 在所有模具脫模機構中 簡單脫模機構是最常用的一種形式 從釋放點 三種脫模機構滿足 推桿推出機構比推桿更穩(wěn)定 齒輪的精度是有利的 同時 模具的結構很小 但釋放的機制是非常小的 推板頂出機構和釋放機制很 難安排 根據管道頂管脫模機構形式不同可分為固定模式 脫模距離為15mm 釋放 距離很小 和核心要求的地位是很高的 所以選擇頂管脫模機構 如圖4 9所示 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 28 圖 4 9模具頂管脫模機構 4 9 5 脫模機構的先復位設計 因為側行芯的模具 所以當夾緊 脫模機構必須先復位防止側型芯和頂管施工干擾 常見的復位桿或彈簧復位 在復位彈簧是最簡單的 所以設計時選擇彈簧復位 4 10 澆注系統凝料脫模機構設計 由于模具有兩個型腔 具有分澆道 所以分澆道的凝料在開模后必須取出 從前面 的設計可以看出 凝料在開模的時候被拉斷 與塑件分開 應該從分型面1取出 分 型面凝料的脫模機構一般有 利用側凹拉斷點澆口凝料 利用托板式拉斷點澆口凝 料 拉料拉桿脫出機構 利用分澆道推板脫卸點澆口凝料 凹模固定板內設置點澆 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 29 口澆注系統凝料脫出機構和利用二次脫模機構脫卸潛伏式澆口凝料幾種形式 本設計結合模具的結構 選用拉料桿將主澆道凝料拉出 再用拉料鉤將其從分澆道 拉出 如圖 在開模的時候由于凝料包裹在拉料桿上 所以凝料隨著它一起運動 從主澆道中拉 出 拉料鉤也與凝料一起運動 當它上邊的螺母與中間板接觸的時候 拉料鉤將不 再運動 此時 主澆道凝料已經從主澆道中脫出 由于拉料鉤不再運動 凝料被拉 住 從拉料桿上分離 而澆口板繼續(xù)運動 分澆道凝料即可拉出 4 11 合模導向機構的設計 注塑模具的導向機構主要有柱導套定位和兩種錐定位 導柱導向機構引導動模運動 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 30 和固定的合模導向和脫模機構 4 11 1 導向機構的作用 塑料模具各有各的引導機制 模具的導向機構工作時 能保持正確的模具 然后保 持腔 正確的形狀同時 引導機制導致的動態(tài)和固定模式 根據訂單模式 避免在模 具損傷過程的核心 并能承受一定的側向力 與三板結構的模具 導柱所能承受的 卸版和模具型腔板的荷載 引腳的門口 對于大的脫模機構 或釋放機制在細長 桿 釋放機制需要設置導向機制 保持靈活和穩(wěn)定身體的運動 4 11 2 導柱導向機構 導柱導柱和導套的導向采用間隙配合 使設置滑動導柱導向 一般采用H7 h6級匹配 主要有導柱和導套 導柱 導柱的形式有兩種 導套 讓導柱順利進入導套 本設計模具屬于小型模具 選用直通式導柱和直導套 4 12 冷卻系統 塑料注射模溫度調節(jié)能力 好壞直接影響塑件的質量 而且決定著生產效率高 在冷卻腔塑件為均勻 迅速 降低內力塑件和高質量 高效率生產的塑料件 由于所加工塑件體積小 不需要設置太細密水口 選用大水口模架就可以 4 13 模架的選擇 一般的塑料注射模的標準模架共有兩種 分為中小型標準模架和大型標準模架 兩 種標準模架的區(qū)別在于適用范圍不同 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章 注塑模設計 31 中小型標準模架的模板尺寸 mLB9056 大型標準模架的模板尺寸 m2015 3 A1型腔采用兩模板 使用模板的動態(tài)模型 具有推桿推出機構 適用于單一類型的 注塑模具 A2模具及模具使用兩個模板 設置推桿推出機構 直接澆口 采用斜導柱芯注射成 型模具 A3型模具模兩塊模板 使用模板建立動態(tài)模型 推板推出機構 它適用于薄壁塑料 制品成型和脫模力 產品表面不允許有微量注射成型模具 A4型模架采用兩塊模板 設置推板推出機構 只用范圍與 A3型基本相同 本模具采用了兩個分型面 所以可以選用A4型模架 根據共建的尺寸及型腔的數量 可以選用型號為A4 160250 01 Z1 GB T 12556 1990 基本參數是 所選用的導柱為 mLB25016 1984 6 75016 GBm 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章 結論 32 第5章 結 論 目前 塑料產品的市場沖擊 占領市場的趨勢 作為主要的形成途徑的塑料 塑料 注塑模具開發(fā)和塑料制品的使用 而其他幾種成型方法有一定的發(fā)展 模具是用來 加工圓柱形注塑齒輪 在某些情況下 需要潤滑的金屬齒輪不能做 你可以選擇具 有自我的能力運行聚甲醛住宿齒輪 因此 聚甲醛住宿齒輪市場前景好 且成本相 對較低 除了一些高強度鋼齒輪外 其他場合可以聚甲醛注塑齒輪 因此 該模具 的價值仍然很高 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 參考文獻 33 參考文獻 1 邱漢平 常用工程塑料手冊 北京 機械工藝出版社 1988 2 翁其金 塑料模型成型技術 北京 機械工藝出版社 2001 3 申開智 塑料成型與模具 北京 輕工業(yè)出版社 2002 4 屈華昌 塑料成型工藝與模具設計 北京 高等教育出版社 2006 5 鐘志雄 塑料注射成型技術第二版 廣州 廣東科技出版社 1995 6 許發(fā)樾 塑料模具設計制造與應用實例 北京 機械工業(yè)出版社 2002 7 陳志剛 塑料模具設計 北京 機械工業(yè)出版社 2002 8 許佩弦 塑料制品與模具設計 北京 輕工業(yè)出版社 2001 9 王孝培 塑料成型工藝及模具簡明手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2000 10 甘永立 互換性與技術測量 上海 科技技術出版社 2005 11 傅建軍 模型制造工藝 北京 機械工業(yè)出版社 2004 12 馮炳堯 韓泰榮 蔣文生 模具設計與制造簡明手冊 上海 科技技術出版社 1998 13 楊子勇 塑料成型工藝與模具設計 北京 國防工業(yè)出版社 2006 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 致謝 34 致 謝 時光荏苒 青春如梭 我在大學的四年學習時間即將過去 回首過去 我們已經從 一個青澀少年變成了一個可以為社會 祖國建設作出貢獻的畢業(yè)的大學生 四年快 樂的大學生活 讓我不止學會了知識 而且學會了如何做一個合格的大學生 我非 常感謝陳慧珍老師對我的悉心指導 在畢業(yè)設計過程中 陳老師在完成繁重的教學 任務后 還要抽出大量的時間對我們的畢業(yè)設計進行指導 我的此次設計從最初的 理論研究到最終的系統設計 陳慧珍老師一直在給我莫大的關注跟幫助 在此我要 特別的感謝我的指導老師陳慧珍 其次 也要感謝機械設計的其他老師和同學們 雖然我們不是一個老師指導 但是 每一位指導老師對待同學提出的問題都特別關注跟指導 感謝這幾個月來老師和同 學為我提供了很多重要的資料 解決了很多難題 也非常感謝的好室友及班里的各 位同學 最后 感謝沈陽化工大學科亞學院的各位領導對我們大四學生的特別關懷 我也特 別感謝我的導員衣方丹老師 給我們操了不少心 學校給我們一次很好的鍛煉自己 的機會 我會永遠珍惜這段珍貴的時光 感謝沈陽化工大學科亞學院 感謝這里的 老師和同學們