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課題名稱： 帶有齒輪塑件的模具設計
目 錄
1．引言 …………………………………………………………………………………………3
2．塑件分析，塑料成型特征工藝參數(shù)……………………………………………………….3
3．成型零部件的設計………………………………………………………………………….4
（1） 按剛度條件計算
（2） 按強度條件計算
（3） 型芯尺寸的確立
（4） 型芯尺寸的確立
4澆注系統(tǒng)的設計………………………………………………………………………………7
（1） 主流道的設計
（2） 分流道的設計
（3） 分型面的選擇
（4） 側(cè)澆口的設計
（5） 排氣系統(tǒng)的設計
5導向機構(gòu)的設計………………………………………………………………………………8
（1） 導柱設計
（2）導向孔的設計
6推出機構(gòu)的設計……………………………………………………………………………..9
（1） 推桿的設計
（2） 復位桿的設計
7側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)設計……………………………………………………………………11
（1） 抽芯距的計算
（2） 長斜導柱的設計
（3） 短斜導柱的設計
（4） 側(cè)滑塊與導滑槽的設計
（5） 楔緊塊的設計
（6） 側(cè)滑塊定位裝置的設計
8支承零部件的設計……………………………………………………………………………13
（1） 支承板的設計
9溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計…………………………………………………………………………13
（1） 冷卻水道的尺寸確定
10 結(jié)束語……………………………………………………………………………………….14
11 參考文獻…………………………………………………………………………………….15
帶有齒輪塑件的模具設計
摘要 介紹了帶有齒輪塑件在工業(yè)產(chǎn)品及日用品的應用，重點講述了帶有齒輪塑件的模具設計過程。
關(guān)鍵詞 工業(yè)產(chǎn)品及日常用品 模具設計 實用性 模具cad/cam
1．引言
工業(yè)產(chǎn)品及日用品，有時采用精度和強度不太高的塑料傳動，由于塑料具有可塑性強，密度小、比強度高、結(jié)緣性、化學穩(wěn)定性高、外觀多樣的特點，因而受到越來越多的廠家及人民的喜愛。塑料工業(yè)是新興的工業(yè)，是隨著石油工業(yè)的發(fā)展而應而生的，目前塑料制件幾乎已經(jīng)進入一切工業(yè)部門以及人民日常生活的各個領域。隨著機械工業(yè)電子工業(yè)，航空工業(yè)、儀器儀表工業(yè)和日常用品工業(yè)的發(fā)展，塑料成型制件的需求量越來越多，質(zhì)量要求也越來越高，這就要求成型塑件的模具的開發(fā)，設計制造的水平也須越來越高。本文也就對一個帶有齒輪塑件的模具設計過程進行闡述
2．塑件分析，塑料成型特征工藝參數(shù)
圖2-1
如圖所示此塑件材料為ABS,精度要求為一般，圖中齒輪模數(shù)為1，齒數(shù)為31。
材料分析：ABS無毒無味，呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤，具有良好的機械強度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化學穩(wěn)定性和電器性能，密度為1.02～1.5/cm3
ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于加工，經(jīng)過配色可配成任何顏色。
成型特點：ABS在升溫時粘度增高，所以成型壓力較高，故塑件上的脫模斜度宜稍大，ABS易吸水，成型加壓前應進行干燥處理，ABS易產(chǎn)節(jié)痕，模具設計時應注意盡量減少澆注系統(tǒng)對料流的阻力，在正常的成型條件下壁厚，熔料溫度對收縮率影響極小，在要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50～60°c,而在強調(diào)塑件光澤和耐熱時，模具溫度應控制在60～80°c。
當注射成型的塑料與開合模方向不同的內(nèi)側(cè)或外側(cè)有孔、凹穴或凸臺時，模具上成型該處的零件必須制成可側(cè)向移動的，以便在塑件脫模推出之前，先將側(cè)向零件抽出，然后再把塑件從模內(nèi)推出，否則將無法脫模，由上圖可知，由于齒輪及導角所致，為了保證此塑件有良好的外觀及滿足工作與精度要求，初步確定此塑件采用側(cè)向分型的模具設計方案。
3．成型零部件的設計
根據(jù)成型零部件的強度與剛度計算，及其經(jīng)濟效應和實用性來考慮，設定為一模兩腔，由于要在動模布置澆注系統(tǒng)及使塑件能與側(cè)型芯順利脫模，確定型腔之間最小壁厚為19mm，對其進行強度與剛度校核，由于采用的是整體式圓型型腔,，且此型腔分三段，故取最長段14mm,進行校核即可。
（1） 按剛度條件計算：
δmax==化簡得出 s≥1.15
式中 E—型腔材料彈性模量；
J—梁的慣性矩
S—側(cè)壁厚度
P—型腔內(nèi)單位面積熔體壓力
根據(jù)查表結(jié)果得出E=2.06×10Mpa [δ]=0.05mm P取30Mpa,代入計算得出結(jié)果19≥1.15，成立故能滿足其剛度要求。
（2）按強度條件計算：
s≥r(
式中 [—型腔材料許用拉應力為150Mpa 代入計算得出19≥r(成立故能滿足其強度要求，確定最小壁厚之后,結(jié)合模具抽芯原則,初步確定選用A型模架，模架尺寸為210×170，并可確定各個模板厚度及部分零件尺寸。如下圖
圖 2-2
（3） 型芯尺寸的確立：
成型零部件工作尺寸是指直接用來構(gòu)成塑件型面的尺寸，影響塑件尺寸精度的因素很多，概括的說有塑料材料，塑件結(jié)構(gòu)和成型工藝過程、模具結(jié)構(gòu)、模具制造和裝配、模具使用中的磨損等因素。在模具設計中應根據(jù)塑件的材料、幾何形狀、尺寸精度等級及影響因素等進行設計計算。
考慮到是側(cè)抽芯,其中有一部分型芯長4mm將作為導向的作用型芯如圖：
圖 2-3
根據(jù)塑件的精度要求為一般，故可確立型芯尺寸，根據(jù)型芯徑向公式L=[(1+s)L+0.75Δ],其中 S—塑料的平均收縮率 δ—取Δ/3
Δ—塑件的公差
由塑件尺寸 27，28代入計算得27．3285，28.334。
根據(jù)型芯高度公式h=[(1+s)h+2/3Δ], 由塑件尺寸15,6代入計算得
15.216,6.138,型芯導向部分長4mm將以（H7/g7）配合。
（4） 型腔尺寸的確立：
為了保證型芯能與其順利導向，型腔不工作部分將打通并與芯以（H7/g7）配合，如圖
圖2-4
根據(jù)型芯腔向公式L=[(1+s)L-0.75Δ], 由塑件尺寸32
3034.998,28.476。32，33，35，28.5代入計算得,31.982,29.985,32.987,
根據(jù)型腔深度公式h=[(1+s)h-2/3Δ]，由塑件尺寸14，5，1，代入計算得13.95，4.934，0.997。另外根據(jù)塑件材料為ABS型芯脫模斜度為35，型腔脫模斜度為40
4澆注系統(tǒng)的設計
（1） 主流道的設計 主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具接觸出開始到分流道為止的塑料體的流動通道，根據(jù)模具設定為一模兩腔，可以估計一次成型所需的塑料，因此可確定型號為SZ-60/40立式注射機，結(jié)合廠里實際應用情況，及模架的選擇及剛度與強度要求澆口套設計如下：
圖2-5
澆口套末端流直徑為6，錐角為2度。
（2）分流道的設計 在設計多型腔或者多澆口的單型腔的澆注系統(tǒng)時應設置分流道，考慮到U形截面加工較容易，而且熱量損失與壓力損失均不大，故為所選，根據(jù)經(jīng)驗值分流道寬度為3.2-9.5才是合理的，故分道流道寬度b=4mm，半徑R=b/2=2,深度h=1.25×2=2.5,為了能夠使塑料流動平衡均勻，使排列緊湊流程盡量短，使脹模力的中心與注射機鎖模力中心一致，分流道采用如下布置，角度為111°
圖2-6
（3）分型面的選擇 根據(jù)分型面的設計原則，
1分型面應該選在塑件的最大輪廓處
2分型面的選擇應有利于塑件的順利脫模
3分型面的選擇應保證塑件的精度要求
4分型面的選擇應滿足塑件的外觀質(zhì)量要求
5分型面的選擇要便于模具的加工制造
6 分型面的選擇應有利于排氣
綜合上面幾點故將側(cè)型芯與塑件最大輪廓Φ35不設計在同一側(cè)，使其能夠順利脫模。
（3） 側(cè)澆口的設計
根據(jù)澆口的位置選擇要求，盡量縮短流動距離，避免熔體破裂現(xiàn)象引起塑件的缺陷，澆口應該開設在塑件壁厚處等要求，故澆口開設在最大壁厚Φ35 處
根據(jù)側(cè)澆口的范圍尺寸經(jīng)驗取值,b=1,t=1,L=1,如圖：
圖2-7
冷料穴是澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成之一，其作用是容納澆注系統(tǒng)中料流的前鋒冷料，設計如上圖。
是一個半徑為3.9的半球形。根據(jù)澆口套末段直徑為6mm及模架的選用，選擇拉料桿直徑為Φ6，并以H7/dc4的配合，設計拉料桿為：
圖2-8
（5）排氣系統(tǒng)的設計
利用配合間隙排氣，這是最常見的，也是最經(jīng)濟的，更是具有使用性的。利用滑塊和導滑槽配合間隙便可以排氣，所以這里無須開排氣槽。
5導向機構(gòu)的設計
導向機構(gòu)分為動模與定模之間的導向作用和推出機構(gòu)的導向，為了確保動、定模之間的正確導向與定位，需要在動、定模部分采用導柱、導套。其作用主要有三點：定位作用、導向作用、承受一定的側(cè)向壓力。
（1）導柱設計
按照導柱導向部分的長度應比凸模高度高出8-12mm,這里由于采用的側(cè)向抽芯，故要求至少比分型面高出8-12mm,這里由于模具精度要求不高，故可設計成帶頭導柱根據(jù)所選模架與模板厚度得出：
圖2-9
（2）導向孔的設計
導向孔分無導套和有導套兩種，無導套是導向孔直接開設在模板上，這種形式的孔加工簡單經(jīng)濟，精度要求不高的模具，由于此塑件精度為一般，故無導套為所選用。
6推出機構(gòu)的設計
推出機構(gòu)一般由推出、復位和導向三大部件組成，推出機構(gòu)按其推出動作的動力來源可分為手動推出機構(gòu)、機動推出機構(gòu)、和液壓與氣動推出機構(gòu)等，按模具的結(jié)構(gòu)特征可分為一次推出機構(gòu)、二次推出機構(gòu)、定模推出機構(gòu)等等
一次推出機構(gòu)又稱簡單推出機構(gòu)，它是指開模后在動模一側(cè)用一次推出動作完成塑件的推出。一次推出機構(gòu)，包括推桿推出機構(gòu)，推管推出機構(gòu)，推件板推出機構(gòu)等等。由于設置推桿的自由度較大，且截面大部分為圓形，制造維修方便、推出動作靈活可靠，推出時運動阻力小，便于跟換，結(jié)合模架的選擇綜合各方面因素考慮，推桿推出機構(gòu)應該是首選。
（1）推桿的設計
根據(jù)推桿位置的選擇要求：推桿的位置應該選擇在脫模阻力最大，當塑件各處的脫模阻力相同時需要均勻布置、推桿位置選擇時應注意塑件本身的強度與剛度，推桿裝入模具后，其端面應與型腔底面平齊，或高出型腔0.05-0.1mm,考慮冷料穴中有較多的塑料，故在其附近設置兩根推桿，由于此塑件為傳動使用并無外觀的要求故在型腔內(nèi)各設置兩根推桿，根據(jù)各模板的厚度、型腔尺寸、分流道及最小壁厚考慮設計推桿如下：
圖2-10
（2）復位桿的設計
推出機構(gòu)在注射模工作時，每開合模一次，就往復運動一次，除了推桿和復位桿與模板的活動配合以外，其余均處與浮動狀態(tài)，使推出機構(gòu)復位最簡單最常用的方法是在推桿固定板同時安裝復位桿，復位桿為圓形截面，每副模具一般設置4根根據(jù)模架的選擇，復位桿設計如下：
圖2-11
數(shù)量為4根，中心距為146×50mm,此外由于設置側(cè)向抽芯的緣故，為了防止干涉需要在復位桿設置彈簧，彈簧先復位機構(gòu)是利用彈簧的彈力使推出機構(gòu)在合模之前進行復位的一種先復位機構(gòu)，即彈簧被壓縮地安裝在推板固定板與動模支承板之間。為了使復位桿能夠及時復位，設計彈簧中徑為14mm, 截面直徑為3mm。
7側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)設計
根據(jù)動力來源的不同，側(cè)向分型與抽芯一般可分為機動、液壓或氣動以及手動等三大類。機動側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)是利用注射模開模力作為動力，通過有關(guān) 傳動零件將力作用于側(cè)向成型零件使其側(cè)向參考:分型或者將其側(cè)向抽芯，合模時又靠有關(guān)傳動零件使側(cè)向成型零件復位。這類機構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復雜，但能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，根據(jù)傳動零件的不同，又可分為斜導柱、彎銷、斜導槽、斜滑塊等。斜導柱側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)是在開模力或推出力的作用下，斜導柱驅(qū)動側(cè)型芯或側(cè)向成型塊完成側(cè)向抽芯或側(cè)向分型的動作，這里采用的是斜導柱有下面幾個原因，斜導柱側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊錯湊、動作可靠、制造方便、且有一個主要原因是這里抽芯距不大。
（1） 抽芯距的計算
根據(jù)側(cè)抽芯距一般比塑件上的側(cè)凹、側(cè)孔的深度大2－3mm；用公式表示為S=S+3mm,為了使型芯在分型時完全與塑料分離，由塑件尺寸可得出型芯工作長度為21mm,且多出4mm為導向，故在型芯一側(cè)抽芯距為S=S+3mm＝21＋4＋3＝28mm,同理，由型腔工作長度為5mm，故有型腔一側(cè)抽芯距為S=S+3mm＝5＋3＝8mm
（2） 長斜導柱的設計
根據(jù)斜導柱的傾斜角的取值范圍12°—22°經(jīng)過初步計算合確定為19°。
由此并可得出楔緊角a′=a+2=21°，由于車銷半球形較困難，故設計成錐臺形，其錐角θ大于斜導柱的傾斜角a，θ= a +2°=21°，斜導柱與固定端與模板之間采用H7/m6過渡配合，工作部分與滑塊上斜導孔之間采用H11/b11的間隙配合，材料用T8A，熱處理硬度HRC≥55，表面粗糙度為Ra≤0.8μm，但為了使斜導柱在合模過程中正確定位，斜導柱工作部分將單邊削去1mm的深度值。
根據(jù)傾斜角a＝19°及抽芯距28由公式L=得出其工作長度為L＝≈86.1mm。
同理可以得到斜導柱固定部分長度L=≈40mm,其中25是指上模座板的厚度，13是固定在定模板的厚度，則長斜導柱總長為：
L=L+ L+錐臺高度（5－10）＝132mm。
由F,F導出公式
F其中A為包絡型芯的面積，P為塑件對單位面積的包緊力。
將A、P值帶入計算結(jié)果得出F=5kN,又因為H為27mm,故可查得斜導柱直徑為Ф18，又因為斜導柱工作部分將單邊削去1mm的深度值，為了保證其剛度與硬度要求可以適當大一些故取Ф20
（3） 短斜導柱的設計
為了使塑件能夠脫模順利，短斜導柱應該與長斜導柱其形狀與技術(shù)要求一致，則由型腔抽芯距S=8mm可得出其工作尺寸為：
L=＝≈24.5mm
同理可以得到斜導柱固定部分長度L=≈40mm則長斜導柱總長為：
L=L+ L+錐臺高度（5－10）＝70mm。另外為了防止斜導柱合模時不與模板碰撞，應該在模板上開槽，經(jīng)過計算設計斜導柱如下：
圖2-11
（4）側(cè)滑塊與導滑槽的設計
在設計導滑槽與側(cè)滑塊時，導滑部分配合采用(H8/g7)配合，為整體式導滑槽，配合部分的粗糙度R≤0.8um側(cè)滑塊采用45鋼制造，HRC大于40。
（5）楔緊塊的設計
在注射成型過程中，側(cè)向成型零件在成型壓力下會使側(cè)滑塊向外移，如果沒有楔緊塊楔緊，側(cè)向力會通過側(cè)滑塊傳給斜導柱，使斜導柱發(fā)生變形。在設計楔緊塊過程中，采用的是螺釘固定的形式，它具有結(jié)構(gòu)簡單，加工方便的優(yōu)點。
（6）側(cè)滑塊定位裝置的設計
為了合模時讓斜導柱能正確插入側(cè)滑塊的斜導孔中，在開模過程中側(cè)滑塊剛脫離斜導柱必須定位，否則合模時會損壞模具。側(cè)滑塊定位裝置的設計采用的是彈簧鋼珠式，側(cè)滑塊上的定位穴成90錐穴，彈簧的中徑為7.5mm,彈簧截面直徑為0.5mm,鋼珠直徑為8mm。
8支承零部件的設計
用來防止成型零部件及各部分機構(gòu)在成型壓力作用下發(fā)生變形超差現(xiàn)象的零部件均稱為支承零部件。
（1） 支承板的設計
支承板，又稱動模墊板，是墊在動模型腔下面的一塊平板，其作用是承受成型時塑料熔體對動模型腔或型芯的作用力，以防止型腔底部產(chǎn)生過大的翹曲變形或防止主型芯脫出型芯固定板。對支承板的設計要求是，具有較高的平行度和必要的硬度和強度，根據(jù)所選模架得出支承板厚度為35mm,故對其進行剛度較核即可。
由公式h≥，由模架尺寸可知b=11cm,L=12.2cm,B=17cm,由支承板材料為45鋼可得E=2.1×10Mpa，求得h≥3.3cm, 支承板厚度故選35mm是合適的。
由于模架已選，上模座板，墊塊，下模座板尺寸已經(jīng)確定，故無需再設計。
9溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計
注射入模具中的熱塑性熔融樹脂，必須在模具內(nèi)冷卻才能成為塑件，所以模具溫度必須低于注射入模具型腔內(nèi)的熔融樹脂的溫度為了縮短冷卻時間一般就是開始冷卻水道。
(1) 冷卻水道的尺寸確定
根據(jù)模架的選擇及各個零件的布置確定冷卻水道為Ф6，由冷卻水孔總散熱面積公式A=
其中G—單位時間內(nèi)注入模具內(nèi)的塑料熔體的質(zhì)量
—塑料成型時在 模具內(nèi)釋放的熱焓量
T—模具溫度
T—冷卻水的平均溫度
經(jīng)計算G為1.8，查表得3.5，T為 50，T為20，帶入計算得A=5.83×10㎡。
由傳熱面積A=πdl,，代入上式化簡得：L=10mm,這是由于小型塑件的原因，可見冷卻水道需要得很少，但為了遵循盡量多設冷卻水道的原則，又因為模板上要布置滑塊的緣故，特將冷卻水管設置在支承板如下：
圖2-12
在上模座板設置如下：
圖2-13
結(jié)束語：
模具，由其在工業(yè)中的特殊地位，現(xiàn)代模具的設計與制造正朝CAD/CAM/CAE的方向發(fā)展,Pro/e、UG等等便是其中的代表者，由于本人所學知識有限，目前還不能很好的利用好CAD/CAM/CAE設計模具實乃一大憾事，通過這次設計，發(fā)現(xiàn)在實際當中模具的設計與制造與理論中的是有區(qū)別的，因為經(jīng)濟與實用，才是現(xiàn)在模具商考慮更多的，就那模架的選擇來說，只能說是準標準的，在設計期間，在廠模具車間實習期間，得到了廠里模具師傅大力指導，知道了模具沒有實踐是行不通的，經(jīng)過三周時間，一副較完整的模具已成型，此期間得到了譚小紅老師得細心指導，在此表示感謝！由于時間有限，設計中難免有不合理之處希望各位指出。
參考文獻：
（1）屈華昌主編. 塑料成型工藝與模具設計. 高等教育出版社.
（2）塑料成型工藝及模具設計課程設計指導書.
（3）中國模具設計大典
（4）李云程主編. 模具制造工藝學. 機械工業(yè)出版社.
（5）吳兆祥主編. 模具材料及熱處理. 機械工業(yè)出版社.
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課題名稱： 帶有齒輪塑件的模具設計
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1．引言 …………………………………………………………………………………………3
2．塑件分析，塑料成型特征工藝參數(shù)……………………………………………………….3
3．成型零部件的設計………………………………………………………………………….4
（1） 按剛度條件計算
（2） 按強度條件計算
（3） 型芯尺寸的確立
（4） 型芯尺寸的確立
4澆注系統(tǒng)的設計………………………………………………………………………………7
（1） 主流道的設計
（2） 分流道的設計
（3） 分型面的選擇
（4） 側(cè)澆口的設計
（5） 排氣系統(tǒng)的設計
5導向機構(gòu)的設計………………………………………………………………………………8
（1） 導柱設計
（2）導向孔的設計
6推出機構(gòu)的設計……………………………………………………………………………..9
（1） 推桿的設計
（2） 復位桿的設計
7側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)設計……………………………………………………………………11
（1） 抽芯距的計算
（2） 長斜導柱的設計
（3） 短斜導柱的設計
（4） 側(cè)滑塊與導滑槽的設計
（5） 楔緊塊的設計
（6） 側(cè)滑塊定位裝置的設計
8支承零部件的設計……………………………………………………………………………13
（1） 支承板的設計
9溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計…………………………………………………………………………13
（1） 冷卻水道的尺寸確定
10 結(jié)束語……………………………………………………………………………………….14
11 參考文獻…………………………………………………………………………………….15
帶有齒輪塑件的模具設計
摘要 介紹了帶有齒輪塑件在工業(yè)產(chǎn)品及日用品的應用，重點講述了帶有齒輪塑件的模具設計過程。
關(guān)鍵詞 工業(yè)產(chǎn)品及日常用品 模具設計 實用性 模具cad/cam
1．引言
工業(yè)產(chǎn)品及日用品，有時采用精度和強度不太高的塑料傳動，由于塑料具有可塑性強，密度小、比強度高、結(jié)緣性、化學穩(wěn)定性高、外觀多樣的特點，因而受到越來越多的廠家及人民的喜愛。塑料工業(yè)是新興的工業(yè)，是隨著石油工業(yè)的發(fā)展而應而生的，目前塑料制件幾乎已經(jīng)進入一切工業(yè)部門以及人民日常生活的各個領域。隨著機械工業(yè)電子工業(yè)，航空工業(yè)、儀器儀表工業(yè)和日常用品工業(yè)的發(fā)展，塑料成型制件的需求量越來越多，質(zhì)量要求也越來越高，這就要求成型塑件的模具的開發(fā)，設計制造的水平也須越來越高。本文也就對一個帶有齒輪塑件的模具設計過程進行闡述
2．塑件分析，塑料成型特征工藝參數(shù)
圖2-1
如圖所示此塑件材料為ABS,精度要求為一般，圖中齒輪模數(shù)為1，齒數(shù)為31。
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