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江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
綜合畢業(yè)實踐說明書（論文）
標(biāo)題： 基于UG的小型圓柱齒輪注塑模設(shè)計
系 別： 機(jī)械與電子工程系
專 業(yè)： 模具設(shè)計與制造專業(yè)
學(xué) 號： 0911103222
姓 名： 蘇如敏
指導(dǎo)教師： 陳青云
2012年 6月 20日
摘 要
注塑成型是塑件生產(chǎn)最常用的方法之一。本設(shè)計通過注塑模具產(chǎn)品，利用實體模型測量產(chǎn)品的尺寸，對實體進(jìn)行建模，并對塑件的材料和塑件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并對塑件的模具進(jìn)行設(shè)計，包括塑件成品的設(shè)計、工藝參數(shù)的分析與計算、工作部分的設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加工方案的制定，確定塑件的最佳澆注位置，并通過實際情況進(jìn)行調(diào)整，從而得到對實際生產(chǎn)來說最合理的澆注位置。在確定模具型腔數(shù)目后，分析產(chǎn)品的氣穴、熔接痕、充填時間、充填結(jié)束時的體積溫度、流動前沿處的溫度、速度/時間轉(zhuǎn)換點壓力、充填結(jié)束時的壓力、注射位置處壓力等，可確定注塑模具的合理性。最后本運用UG4.0及其EMX4.1模塊來完成模具整體設(shè)計工作。
關(guān)鍵詞：模具設(shè)計；UG4.0
II
目 錄
引 言 1
第一章 設(shè)計任務(wù)與流程 2
1.1畢業(yè)設(shè)計任務(wù) 2
1.注塑模具設(shè)計的流程 2
第二章 塑件成品、注塑模具設(shè)計與構(gòu)型 4
2.1 概述 4
2.2 模具設(shè)計環(huán)境和應(yīng)用軟件 4
2.2.1 UG4.0 4
2.2.2 AutoCAD 5
2.3零件的三維圖和二維工程圖建模 5
2.3.1零件的立體圖建模 5
2.3.2零件的二維工程圖繪制 6
2.4塑件的基本數(shù)據(jù) 6
2.4.1塑件塑料品種的確定 6
2.4.2塑件材質(zhì) 7
2.4.3塑件結(jié)構(gòu)分析 9
2.4.4塑件體積與質(zhì)量 9
2.4.5塑件圖及其尺寸公差 10
2.4.6分型面及排氣形式的確定 10
2.4.7型腔數(shù)的確定與型腔的分布 11
第三章 分析設(shè)計與計算 11
3.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計 11
3.1.1主流道設(shè)計 11
3.1.2 冷料穴設(shè)計 12
3.2 成型方案 13
3.2.1 成型部分的設(shè)計 13
3.2.2 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 15
3.2.3 成型零部件工作尺寸計算 16
3.2.4 型腔壁厚和底板厚度的計算 17
3.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計 19
3.3.1 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 19
3.4 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計 21
3.4.1 脫模力計算 21
3.4.2 推桿脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計 21
3.5 冷卻系統(tǒng)的計算 23
3.6 模架形式及規(guī)格 24
3.7 設(shè)備的選擇與校核 25
3.7.1 注塑機(jī)的選擇 25
3.7.2 校核 25
3.7.3 其他 28
3.8 模具裝配圖與零件圖的繪制 28
結(jié) 論 29
參 考 文 獻(xiàn) 30
謝 辭 31
附 圖 32
UG4.0建模 36
基于UG的小型圓柱齒輪注塑模設(shè)計
引言
模具產(chǎn)品是工業(yè)產(chǎn)品制造的基礎(chǔ)，模具技術(shù)已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志之一。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和社會的高速發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，注塑模具設(shè)計也隨著科技發(fā)展明顯縮短生產(chǎn)周期，用一系列軟件對注塑模具進(jìn)行分析設(shè)計，大大縮短了生產(chǎn)周期。
本設(shè)計在注塑模具成型工藝飛速發(fā)展的時代條件下，用UG4.0軟件進(jìn)行建模，用CAD軟件進(jìn)行工程圖的繪制，多種軟件交替進(jìn)行，為注塑模具設(shè)計帶來了極大方便，同時使設(shè)計更為合理精確，更是大大縮短了注塑模具的設(shè)計周期，同時節(jié)約了成本。
本說明書為機(jī)械塑料注射模具設(shè)計說明書，是根據(jù)塑料模具手冊上的設(shè)計過程及相關(guān)工藝編寫的。本說明書的內(nèi)容包括：目錄、設(shè)計指導(dǎo)書、設(shè)計說明書、參考文獻(xiàn)等。 編寫本說明書時，力求符合設(shè)計步驟，詳細(xì)說明了塑料注射模具設(shè)計方法，以及各種參數(shù)的具體計算方法，如塑件的成型工藝、塑料脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計。
大學(xué)三年的?？茖W(xué)習(xí)即將結(jié)束，設(shè)計是其中最后一個環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。在完成大學(xué)四年的課程學(xué)習(xí)和課程、生產(chǎn)實習(xí)，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對機(jī)械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。
本說明書在編寫過程中，得到老師和同學(xué)的大力支持和熱情幫助，在此謹(jǐn)表謝意。雖然在設(shè)計中得到了指導(dǎo)老師的用心指導(dǎo)，但由于本人水平有限，而且缺乏經(jīng)驗，設(shè)計中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。
1 設(shè)計任務(wù)與流程
1.1設(shè)計任務(wù)
設(shè)計題目：圓柱齒輪注塑模具設(shè)計，塑件實物為圓柱齒輪，該零件要求具有一定的強(qiáng)度和剛度，其中塑件上的圓形孔與其他零件有配合要求，內(nèi)壁有粗糙度要求，同時塑件下表面及上表面也應(yīng)平整光滑。
設(shè)計要求：
1) 繪制該塑件的工程圖，確定塑件所用塑料品種；
2) 為滿足大批量自動化生產(chǎn)的需要，為該塑件設(shè)計注塑模具。
1.2圓柱齒輪的注塑模具設(shè)計的流程
基本內(nèi)容：
塑件設(shè)計、工藝性分析、確定收縮率和分型面、澆道系統(tǒng)設(shè)計、冷卻系統(tǒng)、模具結(jié)構(gòu)件設(shè)計、注射設(shè)備選擇、繪制模具設(shè)計圖紙。
1) 塑件設(shè)計，利用軟件UG4.0進(jìn)行塑件的立體建模，再在軟件AutoCAD中完成塑件尺寸及公差等技術(shù)要求的標(biāo)注，并輸出工程圖。
2) 注塑設(shè)備選擇，確定塑件的型腔數(shù)，并計算塑件的投影面積，通過注射量的校核、注射力的校核、鎖模力的校核、安裝部分的尺寸校核、開模行程的校核、頂出裝置的校核，結(jié)合注塑設(shè)備的資料確定注塑設(shè)備的型號。
3) 確定收縮率和分型面，首先由塑件性能的要求等，確定塑件的塑料，通過查資料確定塑件的收縮率。根據(jù)線圈骨架的工藝及結(jié)構(gòu)特點，確定具體的分型面，大致應(yīng)為球面軸套的孔中心線所在平面。
4) 模架，通過塑件的大小及型腔數(shù)、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向部件、推出機(jī)構(gòu)、調(diào)溫系統(tǒng)等的初步估算，確定使用模架的型號。
5) 澆注系統(tǒng)設(shè)計，本塑件使用的是冷流道澆注系統(tǒng)，在澆注系統(tǒng)設(shè)計中，包括流道的設(shè)計、噴嘴的選擇、主流道襯套的選擇等，還必須研究一模四腔澆注系統(tǒng)的平衡性設(shè)計。
6) 成型零件，確定型腔數(shù)和分型面。對模腔和模芯進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。計算成型部件的工作尺寸。
7) 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計，根據(jù)開關(guān)座的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計頂出機(jī)構(gòu)。
8) 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計。
9) 零部件加工工藝制定，結(jié)合現(xiàn)代加工手段，利用數(shù)控CNC，電火花，線切割等方法，制定最符合經(jīng)濟(jì)效益的加工工藝。
10) 完成整套模具的二維工程圖的繪制。
2 塑件成品、注塑模具設(shè)計與構(gòu)型
2.1 概述
注塑件的模具設(shè)計是注塑制品加工工序中必不可少的一個步驟。但不同的模具公司，不同的設(shè)計人員，采用不同的CAD軟件進(jìn)行模具輔助設(shè)計，都有自己的一套設(shè)計過程。本設(shè)計先用UG4.0進(jìn)行實體建模，然后經(jīng)過一系列的設(shè)計最后用CAD軟件完成制圖。
2.2 模具設(shè)計環(huán)境和應(yīng)用軟件
2.2.1 UG4.0
UG4.0是一個優(yōu)秀的CAD/CAE/CAM軟件，在模具的設(shè)計與制造領(lǐng)域，UG4.0較早地在廣東深圳、東莞、廣州以及華東一帶得到廣泛應(yīng)用，由于它的應(yīng)用，可以大大縮短模具設(shè)計與制造周期，提高模具質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
2.2.2 AutoCAD
AutoCAD是著名的工程圖畫圖軟件，用以繪制二維工程圖。
2.3零件的三維圖和二維工程圖建模
2.3.1零件的立體圖建模
利用UG4.0分析所給零件的外形和尺寸，利用UG4.0的建模方法，根據(jù)線圈骨架的形狀和使用特點進(jìn)行建模（如圖2-1,2-2所示）。
圖2-1：圓柱齒輪立體圖
圖2-2：圓柱齒輪立體圖
2.3.2零件的二維工程圖繪制
工程圖是在設(shè)計的最后用作指導(dǎo)生產(chǎn)的三視圖圖樣。工程圖圖樣的制作可以說是正式將零件或裝配模型的設(shè)計歸檔的過程，其正確與否，直接影響到生產(chǎn)部門的生產(chǎn)制作。
2.4塑件的基本數(shù)據(jù)
2.4.1塑件塑料品種的確定
本設(shè)計中塑件實物為不透明制件，根據(jù)塑件的使用要求，確定所用塑料應(yīng)是聚甲醛（POM）.
2.4.2塑件材質(zhì)
名稱 ：POM；
中文學(xué)名：聚甲醛；
POM的外觀為淡黃色右白色半透明右不特定明的粉料或料料，硬而質(zhì)密，與象牙相似，制品表面光滑并有光澤，成型收縮率高達(dá)3.5%。POM的透氣性小，公為PE的幾分之一。
1) POM的力學(xué)性能。POM具有較高的拉伸模量。這樣使其有較好的剛性和硬度。POM既具有剛性又具有較高的耐磨性，在工程塑料中是很寶貴的。
2) POM具有較高的耐磨性，對于經(jīng)受長期滑動的部件較為適用。另外，POM的表面硬度與鋁合金接近，動態(tài)摩擦?xí)r具有自潤滑作用，無噪聲。
3) POM的熱學(xué)性能。POM具有較高的熱變形溫度。它屬于熱敏性聚合物，在成型溫度下的熱穩(wěn)定性差，易分解，一般造粒時加入0.1%雙氰胺和0.5%抗氧劑2246作為穩(wěn)定劑。
4) POM的化學(xué)性能。POM具有能耐許多種有機(jī)溶劑的功能，對油脂類（汽油、潤滑油）有較好的穩(wěn)定性。
5) POM的電性能。POM的電絕緣性能較好，它的電性能在較寬的頻率和溫度范圍內(nèi)變化很小，溫度對其也沒有顯著的影響。但當(dāng)長期在室外的紫外線下使用時，它的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度下降，表面甚至?xí)?dǎo)致粉化，這使得它的電性能比其它塑料稍差一些。
6) POM耐電弧性極好。而且能在高溫下保持。它的介電常數(shù)與厚度有關(guān)，厚度0.127mm時是82.7KV/mm，厚度為1.88mm時為23.6KV/mm。
7) POM的環(huán)境性能。POM的耐溶劑性良好，它可以耐烴類、醇類、醛類、醚類、汽油、潤滑油及弱堿，而且可以在高溫下保持相當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)穩(wěn)定性。POM不耐強(qiáng)酸和氧化劑，對稀酸及弱酸有一定的穩(wěn)定性。
8) POM的應(yīng)用。針對POM的性能，這種塑料在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。機(jī)械工業(yè)中對于強(qiáng)度大、耐磨、耐疲勞、沖擊高的一些零件如齒輪、軸承、滑輪、凸輪、帶輪、螺栓等零件的制造生產(chǎn)；汽車工業(yè)中利用比強(qiáng)度高的優(yōu)點，用來生產(chǎn)制造一些水箱冷門、散熱器箱蓋、風(fēng)扇、控制桿、開頭、齒輪等；電子電器行業(yè)利用其介電強(qiáng)度高、介電損耗角正切值小、耐電弧高的優(yōu)點，生產(chǎn)制造電扳手外殼、電動工具外殼、開關(guān)手頂、電視機(jī)等的外殼。
注塑是POM塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑機(jī)，螺桿式注塑機(jī)，后者更適用于形狀復(fù)雜制件、大型制品成型。 如[表2-1]所示：
[表2-1]螺桿式注塑機(jī)的工藝參數(shù)表
注塑機(jī)類型
噴嘴形式
噴嘴溫度/℃
料筒溫度/℃
螺桿式
普通
170-180
前段
中段
后端
170-190
180-200
170-190
模具溫度/℃
注射壓力/MPa
保壓力/ MPa
注射時間/s
90-100
80-120
30-50
2-5
保壓時間/s
冷卻時間/s
成型周期/s
螺桿轉(zhuǎn)速/r.min
20-90
20-60
50-160
20-40
2.4.3塑件結(jié)構(gòu)分析
通過觀察測量可知該塑件為類似對稱結(jié)構(gòu)
2.4.4塑件體積與質(zhì)量
取POM的密度為1.39g/cm3，由UG4.0可算出塑件的體積和質(zhì)量[5]，如圖2-4。
則可計算零件的體積為：=4.594710974579cm3
零件質(zhì)量為：= 6.38664825466481g
圖2-3：UG4.0計算
2.4.5塑件圖及其尺寸公差
標(biāo)注尺寸在繪制圖紙中是非常重要的一步。傳統(tǒng)的模具設(shè)計需要計算成型零件的加工尺寸，模具型芯和型腔的加工尺寸可以通過公式計算基本尺寸，S指塑件的平均收縮率。而在使用UG4.0進(jìn)行模具設(shè)計的過程中，塑件已經(jīng)定義了其收縮率（取3.5%），則不需要通過繁瑣的計算而直接可以標(biāo)注出成型零部件的基本尺寸。
但尺寸標(biāo)注還有一個公差的問題，這是無法從軟件自動導(dǎo)出的，需要設(shè)計者設(shè)定。由于塑料收縮率范圍和穩(wěn)定性各有差異，首先必須合理化確定不同塑料成形塑件的尺寸公差。即由收縮率范圍較大或收縮率穩(wěn)定性較差塑料成形塑件的尺寸公差應(yīng)取得大一些。否則就會出現(xiàn)大量尺寸超差的廢品，為此，各國對塑料件的尺寸公差制訂了國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。中國也曾制訂了部級專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但大都無相應(yīng)的模具型腔的尺寸公差。德國國家標(biāo)準(zhǔn)中專門制訂了塑件尺寸公差的DIN16901標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的模具型腔尺寸公差的DIN16749標(biāo)準(zhǔn)。此標(biāo)準(zhǔn)在世界上具有較大的影響，因而可供塑料模具行業(yè)參考。由于本人沒能收集到這個標(biāo)準(zhǔn)，則就按照慣例考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取，Δ指塑件的尺寸公差[4]。
本套模具的裝配圖和非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖如附圖所示。
塑件大致的尺寸（長×寬×高）為30×30×15（mm）。大多數(shù)尺寸的公差為或更大。對于小于的尺寸的地方就要注意，由于精度比較高，建模時就應(yīng)該沿減料方向適當(dāng)加大基本尺寸或者增加脫模斜度以便試模后可以修改達(dá)到合乎要求的尺寸精度。
2.4.6分型面及排氣形式的確定
模具上用以取出塑件和凝料的可分離的接觸表面成為分型面，是動模和定模的分界面。注塑模具有一個分型面也有多個分型面，分型面應(yīng)盡可能簡單，以便于塑件的脫模和模具的制造，同時分型面的位置應(yīng)位于塑件的斷面輪廓最大處。分型面還應(yīng)考慮型腔排氣順利、確保塑件質(zhì)量、無損塑件外觀等因素[6]。
分型面設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：
分型面的方向盡量采用與注塑機(jī)開模方向垂直的方向；
1).分型面一般開設(shè)在產(chǎn)品的最大截面處；
2).盡量使塑件留在動模一側(cè)；
3).有利于保證塑件的尺寸精度和外觀質(zhì)量等；
4).有利于成型零件的加工與制造。
由于本設(shè)計塑件采用單分型面，而單分型面無外乎以下三種結(jié)構(gòu)情況：
1).型腔完全在動模一側(cè)。
2).型腔完全在定模一側(cè)。
3).型腔各有一部分在動定模。
根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點，依照設(shè)計原則，本設(shè)計的注塑模具分型面各有一部分在動定模，即第三種形式。
排氣方式的確定，由于塑件較小，排氣量小，因此采用分型面及推桿和推桿孔間的間隙排氣。
2.4.7型腔數(shù)的確定與型腔的分布
1) 型腔數(shù)的確定
注塑模具型腔數(shù)的確定與現(xiàn)有注塑機(jī)的規(guī)格、所要求的塑件質(zhì)量、塑件的幾何形狀、塑件成本及交貨期等因素有關(guān)。
針對本設(shè)計的塑件，由于尺寸精度和重復(fù)精度要求不高，且工件尺寸較小，為使結(jié)構(gòu)簡單，采用一模四腔。
2) 型腔的布置
型腔的排列涉及模具尺寸，澆注系統(tǒng)平衡、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計及模具在開合模時的受力平衡等問題。因此在設(shè)計中應(yīng)根據(jù)各方面的情況進(jìn)行綜合考慮。在本設(shè)計中由于采用一模四腔，著重考慮模具在開合模時的受力平衡和澆注系統(tǒng)的平衡，因而型腔對稱方式布置。
3.分析設(shè)計與計算
3.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計
澆注系統(tǒng)是塑料熔體從注塑機(jī)噴嘴流向型腔的通道，澆注系統(tǒng)設(shè)計是注塑模具設(shè)計中的重要問題之一，在設(shè)計澆注系統(tǒng)時應(yīng)考慮塑料成型特性、塑件形狀及大小、塑件外觀、模具成型塑件的型腔數(shù)、冷料、成型效率、注射機(jī)安裝模板大小等因素。對澆注系統(tǒng)的設(shè)計要求有：
1).對模腔的填充迅速有序。
2).盡可能同時充滿各個型腔。
3).對熱力和壓力損失較小。
4).極可能消耗較少的塑料。
5).能夠使型腔順利排氣。
6). 不會使冷料進(jìn)入型腔。
7).澆注痕跡對塑件外觀影響很小。
8).澆注系統(tǒng)凝料容易與塑件分離火切除。
澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口、冷料井四部分組成[7]。
3.1.1主流道設(shè)計
由于該塑件擬用臥式注塑機(jī)，因此主流道為錐形流道。由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復(fù)地接觸和碰撞，容易損壞，所以模具的主流道通常宜設(shè)計成可拆卸與更換的襯套結(jié)構(gòu)。這樣更可以使主流道穿過模具結(jié)構(gòu)中的兩塊模板結(jié)合處溢料造成主流道凝料脫出的困難。澆口套設(shè)計如[圖3-1]所示：
圖3-1澆口套
經(jīng)過設(shè)計參數(shù)如下：
1).主流道小端直徑d是與注塑機(jī)噴嘴相配合的，其徑向尺寸應(yīng)大于噴嘴孔徑0.5-1mm，即d=注塑機(jī)噴嘴直徑+（0.5-1）mm，以便當(dāng)主流道與噴嘴同軸度有偏差時主流道凝料易從定模側(cè)脫出。由最后設(shè)計可知注塑機(jī)噴嘴直徑取2.5，故d=3.0.α=2°-4°，本設(shè)計取錐度α為3°。
2).球面半徑應(yīng)比噴嘴球面半徑大1-2mm，以保證注射過程中噴嘴與模具緊密接觸，防止熔體流入因兩球面配合誤差形成的間隙中，妨礙主流道凝料的脫出。
3).主流道長度L可根據(jù)定模板座的厚度來確定，一般≤60mm，取L=35，
定位環(huán)設(shè)計：
為了節(jié)省材料，定位環(huán)與主流道襯套分開設(shè)計。其外徑D與注塑機(jī)的定位孔之間采用較松配合。如［圖3-2］所示：
圖3-2主流套襯套
3.1.2 冷料穴設(shè)計
冷料穴一般設(shè)在主流道正對面的動模板上，當(dāng)分流道較長且到澆注口有拐角時，也開設(shè)分流道冷料穴。冷料穴的作用是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響塑件質(zhì)量，開模時又能將主流道的凝料拉出。冷料穴的直徑與主流道大端直徑相同或略大一點，長度約為直徑的1-1.5倍。
本設(shè)計采用的為點澆口，所以直接用錐形拉推桿即可以了，如圖3-3所示：
圖3-3錐形拉推桿
3.2 成型方案
從生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率方面考慮，確定成型的方案，該產(chǎn)品的成型方案采用一模四腔，對稱式布置，澆注形式采用冷流道，澆口為點澆口，分流道為圓形，主流道為圓錐形。
3.2.1 成型部分的設(shè)計
成型塑件外表面或上表面的零件稱凹模或型腔。凹模按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、組合式等。
成型塑件內(nèi)表面或下表面的零件稱凸模或型芯。型芯按復(fù)雜程度和結(jié)構(gòu)形式大致有整體式型芯和組合式型芯。
本設(shè)計塑件結(jié)構(gòu)簡單，成型用的型芯型腔結(jié)構(gòu)較簡單，可用數(shù)控機(jī)床直接加工。為節(jié)約成本和保證精度，本設(shè)計采用整體嵌入式，其立體圖如附圖所示。其凹凸模結(jié)構(gòu)如下圖3-4，圖3-5所示。
圖3-4凹模
圖3-5凸模
3.2.2 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計
工作尺寸的計算有型腔與型芯的徑向尺寸、型腔與型芯的高度尺寸、中心距尺寸等的計算。在計算時，必須根據(jù)塑件的尺寸和精度要求來確定相應(yīng)的成型零件的尺寸和精度等級。塑件中方形孔與其他零件有一定的配合要求，其精度為MT3，其余尺寸無配合要求，精度要求不高，故取塑件的均為MT5級；由于塑件的所有尺寸要求都沒有達(dá)到高精度要求，因此，所有工作尺寸按平均收縮率法計算。
PA的平均收縮率SCP=（Smax+Smin）/2=（2.0%+5.0％）/2=3.5%，取3.5％，△為塑件的尺寸公差，生產(chǎn)實踐證明，成型零件的制造公差z約為塑件總公差的取1/3-1/4，因此在確定成型零件工作尺寸公差值時，可取塑件公差值的1/3-1/4，或取IT7-IT8級作為模具的制造公差[10]。
3.2.3 成型零部件工作尺寸計算
型腔尺寸計算：
LM= (L(1+ SCP) -x△)0+z
= (30*(1+ 0.035) -0.75*0.56)0+0.56/3
=30.630+0.19mm
塑件尺寸較小，系數(shù)x=0.75，以下同。
Lｗ= (L1(1+ SCP) -x△) 0+z
= (30*(1+ 0.035) -0.75*0.44) 0+0.44/3
=30.720+0.15mm
HM= (H(1+ SCP) -x△) 0+z
= (5.6*(1+ 0.035) -0.75*0.20) 0+0.20/3
=5.6460+0.07mm
型芯尺寸計算：
LM= (L2(1+ SCP) -x△) 0-z
= (20*(1+ 0.035) -0.75*0.28) - 0.28/3 0
=20.49-0.090mm
LW1= (L3(1+ SCP) -x△) 0-z
= (15*(1+ 0.035) -0.75*0.24) - 0.24/3 0
=15.345-0.080mm
LW2=(L3(1+ SCP) -x△) 0-z
= (7*(1+ 0.035) -0.75*0.24) - 0.24/3 0
=7.065-0.080mm
HM= (H(1+ SCP) -x△) 0+z
= (9.4*(1+ 0.035) -0.75*0.20) - 0.24/3 0
=9.579-0.080mm
3.2.4 型腔壁厚和底板厚度的計算
1.型腔壁厚計算
塑料模具型腔應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，因為它們在注塑成型過程中受到塑料成型熔體的高壓作用。如果型腔側(cè)壁和支撐厚度過小，可能因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形，導(dǎo)致溢料和出現(xiàn)飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。對于小尺寸型腔，因在發(fā)生大的彈性變形之前，其應(yīng)力往往已經(jīng)超過了材料的許用應(yīng)力，所以應(yīng)以強(qiáng)度計算為主。在不知道分界尺寸時，應(yīng)分別按照強(qiáng)度條件和剛度條件對型腔尺寸進(jìn)行計算，其大值為型腔的壁厚尺寸。
根據(jù)本設(shè)計的成型零件的結(jié)構(gòu)，用組合式圓形型腔側(cè)壁計算公式，
按強(qiáng)度計算：
PH1l2/(2HS2)+ PH1b/(2HS)≤
式中，S——型腔側(cè)壁厚度，
P——型腔最大壓力，取P=40MPa,
H——型腔側(cè)壁總高，H1——型腔深度，H1/H=0.73，
l——型腔長度l=30mm，
b——型腔寬度，b=30mm，
——允許變形量，=0.05mm，
代入數(shù)值，解得S=25mm,
按剛度計算：
PH1l4/(32FHS3)≤
式中，符號意義同上，其余E——彈性模量，E=2.06X105MPa，——模具材料的許用應(yīng)力，=158MPa。
代入數(shù)值解得，S=18mm。
取兩個計算結(jié)果的最大值為型腔的壁厚尺寸，故S=25mm。
2.底板厚度的計算
按剛度計算：
5Pbl4/(32ET3)≤
式中T為型腔底板或凸模支撐板厚度，B=2S+b=75mm，其余同上。
代入數(shù)值得：T=25mm
按強(qiáng)度計算：
3Pbl3/(4BT2)=
代入數(shù)值得，T=20mm。
取兩個計算結(jié)果的最大值為型腔底板或凸模支撐板厚度T=25mm。
3.3導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計
3.3.1 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式，本設(shè)計采用導(dǎo)柱導(dǎo)向。導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。
1）.導(dǎo)柱
導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求[11]：
a) 長度 導(dǎo)柱導(dǎo)向部分的長度應(yīng)比凸模部分高出8-12mm，以免出現(xiàn)導(dǎo)柱未導(dǎo)正方向而型芯先進(jìn)入型腔。
b) 形狀 導(dǎo)柱前端應(yīng)做成錐臺形或半球形，以使導(dǎo)柱順利的進(jìn)入導(dǎo)向孔。錐形頭高度取與相鄰圓柱直徑的1/3，前端還應(yīng)倒角。
c) 材料 導(dǎo)柱應(yīng)具有硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的內(nèi)芯，因此多采用20鋼經(jīng)滲碳淬火處理，硬度為50-55HRC，導(dǎo)柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8μm，導(dǎo)向部分表面粗糙度Ra為0.8-0.4μm。
d) 數(shù)量及布置 導(dǎo)柱應(yīng)合理均布在模具分型面的四周，導(dǎo)柱中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具強(qiáng)度，導(dǎo)柱中心到模具邊緣距離通常為導(dǎo)柱直徑的1-1.5倍。
e) 配合精度 導(dǎo)柱固定端與模板之間一般采用H7/m6或H7/k6；導(dǎo)柱的導(dǎo)向部分通常采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。
所選導(dǎo)柱為帶頭導(dǎo)柱，結(jié)構(gòu)及其尺寸如下如圖3-6，3-7所示：
圖3-6導(dǎo)柱
圖3-7導(dǎo)柱
2.導(dǎo)套
本設(shè)計選用帶頭導(dǎo)套，為了方便導(dǎo)套壓入模板同時便于導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套，在導(dǎo)套端面內(nèi)外倒圓角R，模具導(dǎo)向孔為通孔。
導(dǎo)套內(nèi)孔與導(dǎo)柱之間為間隙配合H7/f7，外表面與模板孔為較緊的過渡配合H8/f7，其前端設(shè)長為3mm的引導(dǎo)部分，按間隙配合H8/e7制造，其粗糙度內(nèi)外表面均為Ra1.6μm。
導(dǎo)套的材料為為20鋼，采用滲碳淬火處理。
導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)及其尺寸如下圖3-7，3-8所示：
圖3-7導(dǎo)套
圖3-8導(dǎo)套
3.4 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計
3.4.1 脫模力計算
脫模力Qe有兩部分組成，即 Qe=Qc+Qb
式中Qc為制件對型芯包緊的脫模阻力，N；Qb為使封閉殼體脫模需克服的真空吸力，N，Qb=0.1Ab=0.1*4.4*6.4=2.816N，這里0.1的單位為MPa，Ab為型芯的橫截面積，mm2。
比例系數(shù)λ=γcp/t=3.44/0.75=4.587
在脫模力計算中，將λ=γcp/t＜1.5視為厚壁制件，其中t為制件壁厚，γcp為型芯的平均半徑，t=0.8mm，對于矩形型芯，γcp=(l+b)/π=(6.4+4.4)/π=4.587mm。
脫模阻力
Qc=2（l+b）EεhKf/（(1+μ+Kλ)cosβ）
式中， E——塑料的拉伸彈性模量，查表，PA的取值為E=2*103MPa；
ε——塑料的平均成型收縮率，查表得，ε=0.020；
h——型芯脫模方向高度，mm，h=15.525mm；
l、b——圓柱型芯的斷面兩邊邊長，mm，l=20.7mm，b=15.525mm；
μ——塑料的泊松比，查表得，μ=0.3；
β——型芯的脫模斜度，取0°，
Kf——脫模斜度修正系數(shù)，其計算式為：
Kf=（fcosβ-sinβ）/（1+ fsinβcosβ）=0.4
f——制品與鋼材之間的靜摩擦因數(shù)，查表得，f=0.4，
Kλ——壁厚之間的計算系數(shù)，計算式為
Kλ=2λ2/（sinβ+2λcosβ）=3.0
代入數(shù)值，得Qc=125.4N.
脫模力Qe =Qc+Qb=125.4+2.8=128.2N
3.4.2 推桿脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計
推桿是推出機(jī)構(gòu)中最簡單最常見的一種形式。
本設(shè)計將推桿設(shè)計成直桿式圓柱形推桿，常用直徑為1.5-25mm，本設(shè)計取直徑為3mm。高度不大于600mm。推桿與推桿孔之間的配合段用H7/f7。材料選用T8A頭部局部淬火。配合表面粗糙度Ra為0.8μm[12]。
在推桿裝入模具后推桿的長度應(yīng)能使推桿的端部高于型腔平面0.05-0.1mm。
推桿結(jié)構(gòu)如下圖3-9所示：
圖3-9推桿
復(fù)位桿的設(shè)計：
在推桿脫模機(jī)構(gòu)中用復(fù)位桿復(fù)位是最常見的。復(fù)位桿對稱布置，取4根，均布于推桿固定板四周，位于型腔和澆注系統(tǒng)之外。復(fù)位桿端面低于模板平面0.05mm。與復(fù)位桿頭部接觸的定模板應(yīng)淬火。復(fù)位桿的結(jié)構(gòu)及相關(guān)尺寸設(shè)計如下圖3-10所示：
圖3-10復(fù)位桿
3.5 冷卻系統(tǒng)的計算
本塑件在注塑成型時不要求有太高的模溫，因而在模具上可不設(shè)加熱系統(tǒng)，是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下計算[13]。
塑件的產(chǎn)量為0.3 kg/h，查表得單位質(zhì)量的PA在成型溫度下的單位熱流量Q為8.0x102 kJ/kg.
塑件固化時每小時釋放的熱量
WQ=0.3*8.0x102=120kJ/h
求冷卻水的體積流量qv
qv= WQ/(ρC2(T3-T4))
式中，qv——冷卻介質(zhì)的體積流量，m3/min;
ρ——冷卻介質(zhì)的密度，kg/min, ρ=1x103kg/min
T3——冷卻介質(zhì)的出口溫度，℃，T3=30℃；
T4——冷卻介質(zhì)的入口溫度，℃，T4=25℃；
C2——冷卻介質(zhì)的比熱容，kJ/（kg·℃），C2=4.2 kJ/（kg·℃）
代入數(shù)值得，qv=1x10-4 m3/min。
選取來冷卻水管直徑為8mm。
3.6 模架形式及規(guī)格
根據(jù)模具的總體結(jié)構(gòu)：定模板，水口推板，A板，B板，頂針面板，頂針底板，墊塊，動模板，采用推桿脫模機(jī)構(gòu)。
而模架的大小是由模芯的大小來確定的，模芯的布置如圖3-11所示，模芯的大小是120×120mm，選取模架大小為300×320mm。
圖3-11型芯的布置
定模板，動模板，墊塊厚度的確定：
定模板的厚度根據(jù)定模鑲塊的厚度及標(biāo)準(zhǔn)模架的規(guī)格確定，為35mm。
動模板的厚度根據(jù)動模鑲塊的厚度及支撐板強(qiáng)度計算的要求和標(biāo)準(zhǔn)模架的規(guī)格確定，為25mm，
墊塊厚度根據(jù)推出距離（20mm）、頂針面板厚度（15mm），頂針底板厚度（20mm）及標(biāo)準(zhǔn)模架的規(guī)格確定，為80mm。
其他零件的尺寸按標(biāo)準(zhǔn)模架選用。
綜上所述，所選模架為 C1-30X32-Z1 GB/T 12556-1990,結(jié)構(gòu)如圖3-12所示[14，15]。
圖3-12模架
3.7 設(shè)備的選擇與校核
3.7.1 注塑機(jī)的選擇
根據(jù)塑件測繪所得的數(shù)據(jù)計算出塑件的體積約為4.59471cm3，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)圖計算出澆注系統(tǒng)的體積約為5.86 cm3，因此一次所需注塑量約為6.0 cm3。
考慮注塑機(jī)注塑系數(shù)（0.85），注塑機(jī)的注塑量應(yīng)大于6.0 cm3，初步擬定為SZ-30/60,注塑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見下表［3-1］所示[8]。
表［3-1］注塑機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表
注塑機(jī)型號
XS-Z-30
XS-Z-60
理論注塑量/ cm3
30
60
注射壓力/MPa
119
122
鎖模力/KN
250
500
合模形式
液壓-機(jī)械
液壓-機(jī)械
移模行程/ mm
160
180
最大成型面積/ mm2
90
130
最大模具厚度/ mm
180
200
最小模具厚度/ mm
60
70
定位孔直徑/ mm
63.5
55
噴嘴球半徑/ mm
12
12
噴嘴孔半徑/ mm
4.0
4.0
3.7.2 校核
1）注塑壓力的校核
注塑壓力P應(yīng)滿足
P≥k、·P0
式中：k、——安全系數(shù)，常取k、=1.25-1.4；
P0——塑料成型時所需注塑壓力，對ABS，常取60-100 MPa。
由于所用塑料尺寸較小，取注塑壓力為90 MPa，在安全系數(shù)取k、=1.4，P≥k、·P0，代入數(shù)值有119≥112，符合要求。
2）鎖模力的校核
鎖模力F應(yīng)滿足要求
F≥k0·A·p
式中：k0——鎖模力安全系數(shù)，一般取k0=1.1-1.2；
A——塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，約為1.2cm3；
p——型腔的平均壓力，對該模具取30MPa；
經(jīng)計算所需鎖模力為4.3KN，小于注塑機(jī)的鎖模力，符合要求。
模具與注塑機(jī)裝模部位相關(guān)尺寸的校核：
ａ噴嘴尺寸
主流道小端直徑d1大于注塑機(jī)噴嘴直徑，取
d1=d+0.5=3.0mm
澆口套球面半徑R2應(yīng)比噴嘴球面半徑R1大1-2mm，取
R2= R1+2=14mm
ｂ定位圈尺寸
注塑機(jī)定位孔為Φ100mm，定位圈外徑直徑與注塑機(jī)的定位孔制件取較松配合，取Φ98，如圖3-13所示
圖3-13定位圈
ｃ最大模板厚度Hmax與最小模板厚度Hmin.
模具厚度應(yīng)滿足
Hmax≤H≤Hmax
式中：Hmax=180mm，Hmin=60mm。
由于模具總高Hm=80mm，符合要求。
（1） 開模行程的校核
取出塑件所需的開模行程H為
H=H1+H2=20+15=35mm
式中：H1 ——塑件脫模距離，；
H2——塑件高度，包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)。
斜抽的距離
H=（S+1～2）/tga=(2.5+1.5)/tg16°=13.95mm
S——斜抽的距離
H開模的行程
上面兩種進(jìn)行比較取大值，開模行程H=35mm
由于所用注塑機(jī)為液壓式，故開模行程SK應(yīng)滿足
SK≥H+5-10mm
模具高度H=35mm，SK=160mm，符合要求。
3.7.3 其他
模具的結(jié)構(gòu)、尺寸確定以后，還應(yīng)確定模具材料，由于使用標(biāo)準(zhǔn)模架，材料的選用主要針對澆口套、成型零件等[16]。
3.8模具裝配圖與零件圖的繪制
模具裝配圖用來表達(dá)模具整體結(jié)構(gòu)，外形尺寸，模具各零件間的裝配關(guān)系，是指導(dǎo)模具裝配、檢驗、維修等工作條件的技術(shù)文件。
零件圖實在裝配圖的基礎(chǔ)上繪制的，它是零件制造與檢驗的依據(jù)。
模具總裝配圖如圖3-14所示：
圖3-14模具總裝配圖
結(jié) 論
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上最快的工業(yè)門類之一，對于我國而言，它在整個國民經(jīng)濟(jì)的各個部門中發(fā)揮了越來越大的作用。
本設(shè)計首先確定了塑件的澆注質(zhì)量，其次介紹了注塑件的一般設(shè)計原則，從實際來看，幾乎所有的注塑件都遵循這些原則。在做好注塑成型的準(zhǔn)備工作之后，接著介紹了模具設(shè)計的內(nèi)容，冷流道注塑模具無外乎包括四大系統(tǒng)：澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)和機(jī)構(gòu)系統(tǒng)。在澆注系統(tǒng)的設(shè)計中根據(jù)經(jīng)驗公式取流道橫截面形狀，確定澆口尺寸；溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)說明了設(shè)計的一般步驟，確定冷卻時間，計算體積流量等；頂出系統(tǒng)著重說明了推桿的布置和結(jié)構(gòu)。然后，利用EMX4.1進(jìn)行注塑模具的整體設(shè)計和建模，做完這些工作之后，該模具的設(shè)計到此結(jié)束。
在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗公式有不一致的地方，不同公式的計算結(jié)果有的相差很大，特別是在溫度調(diào)節(jié)與脫模力的計算這兩塊。
單分型面注射模是最為簡單和常見的一種結(jié)構(gòu)形式，約占全部注射模具的70%左右，但目前傳統(tǒng)冷流道模具設(shè)計還是以經(jīng)驗為主，很難對注射各參量進(jìn)行嚴(yán)密的數(shù)學(xué)建模，因為各參量相互影響，關(guān)系復(fù)雜。
我們大學(xué)生對于塑料工業(yè)的認(rèn)識還是很膚淺的，但是通過這次塑料模具課程設(shè)計，讓我們更多的了解有關(guān)塑料模具設(shè)計的基本知識，更進(jìn)一步掌握了一些關(guān)于塑料模具設(shè)計的步驟和方法，對塑料模有了一個更高的認(rèn)識。這對我們在今后的生產(chǎn)實踐工作中無疑是個很好的幫助，也間接性的為今后的工作經(jīng)驗有了一定的積累。
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4
謝詞
時間如白駒過隙，大學(xué)生活就這樣伴隨著設(shè)計的結(jié)束接近了尾聲。設(shè)計是我們大學(xué)學(xué)習(xí)的總結(jié)與驗證，通過本次設(shè)計我收獲了很多，鞏固了以前所學(xué)習(xí)的知識，更讓我知道了自己身上還存在很多不足，需要在今后的學(xué)習(xí)工作中去彌補，這也是我今后努力的方向和動力。
在本次設(shè)計中我首先要感謝我的指導(dǎo)老師陳青云，沒有陳老師的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，我不會有今天的成果。陳老師身上的奉獻(xiàn)精神時刻鞭策著我，是我學(xué)習(xí)的榜樣。
同時我還要感謝陪伴我的每一位老師們和同學(xué)，是你們陪我度過了一個又一個春春夏秋冬，是你們在我人生迷茫的時候給我?guī)椭?，因為有了你們我的人生才充滿了精彩，坎坷的道路也因你們的存在而不再艱辛。相信有了你們的陪伴我會在人生的道路走的更好。
最后再次真誠的感謝那些給過我?guī)椭娜藗儭?
附 圖
UG4.0建模
附圖1圓柱齒輪立體圖
附圖2圓柱齒輪立體圖
附圖3凹模立體圖
附圖4凸模立體圖
附圖5斜抽立體圖
附圖6鏟雞立體圖