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本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 33 頁 共 33 頁 1　引言 1.1 本研究領域的現(xiàn)狀和國內(nèi)外的發(fā)展趨勢 1.1.1 概述 21世紀模具制造行業(yè)的基本特征是高度集成化，智能化，柔性化和網(wǎng)絡化，追求的目標是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設計及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應變能力，滿足用戶需求[3]。 1.1.2　國外的發(fā)展情況 國外的模具發(fā)展狀況具體表現(xiàn)為以下七個特征[5] （1） 集成化技術 現(xiàn)代模具設計制造系統(tǒng)不僅應強調(diào)信息的集成，更應該強調(diào)技術人和管理的集成。在開發(fā)模式制造系統(tǒng)時強調(diào)“多集成”的概念，即信息集成，智能集成，串并行工作機制集成及人員集成，這更適合未來制造系統(tǒng)的需要。 （2） 智能化技術 應用人工智能技術實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期各個環(huán)節(jié)的智能化，以及模具設備的智能化，也要實現(xiàn)人與系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮。 （3） 網(wǎng)絡技術的應用 網(wǎng)絡技術包括硬件與軟件的集成實現(xiàn)。各種通訊協(xié)議及制造自動化協(xié)議，信息通訊接口，系統(tǒng)操作控制策略等，是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎。目前早通過了Internet實現(xiàn)跨國界模具設計的成功例子。 （4） 多學科多功能綜合產(chǎn)品設計技術 產(chǎn)品的開發(fā)設計不僅用到機械科學的理論與知識，還用到了電磁學，光學，控制理論等，甚至要考慮到經(jīng)濟，心理，環(huán)境，衛(wèi)生及社會等各方面的因素。產(chǎn)品的開發(fā)要進行多目標全性能的優(yōu)化設計，以追求模具產(chǎn)品動靜態(tài)特性，效率，精度，使用壽命，可靠性，制造成本與制造周期的最佳組合。 （5） 虛擬現(xiàn)實與多媒體技術的應用 虛擬現(xiàn)實在21世紀整個制造中都將有廣泛的應用，可以用于培訓，制造系統(tǒng)仿真，實現(xiàn)基于制造仿真的設計與制造，集成設計與制造，實現(xiàn)集成人的設計等。美國已于1999年借助于VR技術成功地修復了哈博太空望遠鏡。多媒體技術采用多種介質(zhì)來存儲，表達處理多種信息，融文字，語音，圖象于一體，給人一種真實感。 （6） 反求技術的應用 在許多情況下，一些產(chǎn)品并非來自設計概念，而是起源于另外一些產(chǎn)品或?qū)嵨?，要在只有產(chǎn)品原型或?qū)嵨锬Ｐ停鴽]有產(chǎn)品圖樣的條件下進行模具設計和制造以便制造出產(chǎn)品。此時需要通過實物的測量，然后利用測量數(shù)據(jù)進行實物的CAD幾何模型的重新構造。這種過程就是反求工程RE。建立了CAD幾何模型后，就可以依據(jù)這種數(shù)字化的幾何模型用于后續(xù)的許多操作[4]。 （7） 快速成形制造技術 快速成形制造技術RPM基于層制造原理，迅速制造出產(chǎn)品原型，而與零件的幾何復雜程度無關，尤其在具有復雜曲面形狀的產(chǎn)品制造中更能顯示其優(yōu)越性。它不僅能夠迅速制造出原型供設計評估，裝配校檢，功能實驗。而且還可以通過形狀復制，快速經(jīng)濟地制造出產(chǎn)品模具，從而避免了傳統(tǒng)模具制造的費時和耗成本的NC加工，因而RPM技術在模具制造中發(fā)揮著重要的作用。 1.1.3　國內(nèi)的發(fā)展情況[6] 目前國內(nèi)模具行業(yè)的基本情況是，隨著輕工業(yè)及汽車制造業(yè)的迅速發(fā)展，模具設計制造日漸受到人們廣泛關注，已形成一個行業(yè)。但是我國模具行業(yè)缺乏技術人員，存在品種少，精度低，制造周期長。壽命短，供不應求的狀況。一些大型精密復雜的模具還不能自行制造，需要每年花幾百萬，上千萬美元從國外進口，制約了工業(yè)的發(fā)展，所以在我國大力發(fā)展模具行業(yè)勢在必行。為了提高模具企業(yè)的設計水平和加工能力。中國模具協(xié)會向全國模具行業(yè)推薦適合于模具企業(yè)用的CAD/CAM系統(tǒng)。但國內(nèi)優(yōu)秀的CAD/CAM系統(tǒng)很少，只有少數(shù)適合模具行業(yè)應用。而國外購買的雖有強大的三維曲面造型能力強大的結(jié)構有限元分所能力，強大的計算機輔助制造能力。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理能力等，但價格昂貴，一般企業(yè)難以支持。 1.2　本課題的研究內(nèi)容，要求，目的及意義 1.2.1　本課題的研究內(nèi)容 做化妝品瓶蓋的模具設計，使該化妝品的瓶蓋注射模結(jié)構簡單，型腔，型芯，齒輪傳動機構設計合理，并可自動脫模。并書寫開題報告，和模具說明書。根據(jù)說明書畫模具CAD圖。 1.2.2　本課題的研究要求 （1） 此塑件外表面不允許有印跡，并且要光滑。 （2） 要使注射模結(jié)構簡單，并可自動脫模。 （3） 流道設計合理，可保證產(chǎn)品質(zhì)量并且又節(jié)約生產(chǎn)原材料。 （4） 了解聚丙烯的性能，特性和設計時的要求。 1.2.3　本課題的研究目的 （1）　檢驗理論知識掌握情況，將理論與實踐結(jié)合。 （2）　步掌握進行模具設計的方法，過程，為將來走向工作崗位進行科技開發(fā)工作和撰寫科研論文打下基礎。 （3）　培養(yǎng)自己的動手能力，創(chuàng)新能力，計算機運用能力。 1.2.4　研究意義 （1）　對于模具的設計可以從選材到設計到成型有一個完整的了解和初步的掌握。以進一步的熟練掌握AuToCAD的運用。 （2）　鍛煉自己的獨立思考能力和創(chuàng)造能力，為更好更快的適應工作作備。 ２　設計部分 2.1　塑件分析 圖1是我自行設計的一個瓶蓋，從該塑件的外觀可以看出為了要使此塑件的外觀不留下印跡，可以采用改良的邊緣澆口。利用齒輪傳動螺紋型芯的結(jié)構達到自動脫模。經(jīng)分析在塑件內(nèi)的頂面設計一圈防轉(zhuǎn)齒（見圖1），可較好地滿足產(chǎn)品的生產(chǎn)要求。 圖1 塑件圖 2.2　塑料材料的成型特性 表１　聚丙烯的力學性能 材料性能 純聚丙烯 玻纖增強聚丙烯 屈服強度/MPa 37 78～90 拉伸強度/MPa — 78～90 斷裂伸長率/% ＞200 — 彎曲強度/MPa 67 132 彎曲彈性模量/GPa 1.45 4.5 簡支梁沖擊強度(無缺口)/(kJ/m2) 78 51 簡支梁沖擊強度(缺口)/(kJ/m2) 3.5～4.8 14.1 布氏硬度HBS 8.65 9.1 表２　聚丙烯的熱性能及電性能 材料性能 純聚丙烯 玻纖增強聚丙烯 玻璃化溫度/℃ -18～-10 — 熔點(粘流溫度)/℃ 170～176 170～180 熱變形溫度/℃　　45N/㎝2 　　　180/㎝2 102～115 56～67 127 127 線膨脹系數(shù)/(10-５/℃) 9.8 4.9 比熱容/[J/(㎏·K)] 1930 — 熱導率/[W/(m·K)] 0.118 — 燃燒性/(㎝/min) 慢 — 體積電阻/Ω·㎝ ＞1016 — 擊穿電壓/(kV/㎜) 30 — 表３　聚丙烯的物理性能 材料性能 純聚丙烯 玻纖增強聚丙烯 密度/(g/㎝3) 0.90～0.91 — 比體積/(㎝2/g) 1.10～1.11 — 吸水性/%(24小時) 長時間 　0.01～0.03 浸水18d0.5 0.05 — 透明度或透光度 半透明 — 表4 　聚丙烯的工藝參數(shù) 材料性能 純聚丙烯 玻纖增強聚丙烯 成型收縮率/% 1.0～3.0 0.4～0.8 拉伸模量E/*103MPa 1.6～1.7 3.1～6.2 泊松比μ 0.43 — 與剛的摩擦因數(shù)? 0.49～0.51 — 2.3　設備的選擇１ 2.3.1　塑件的體積 根據(jù)塑件的體積可以得出大概的注射量，從而粗略的得出大概的注射量。 本課題的塑件體積為 　　　　 　　　　　　　　　　　 (2-3a) 又由于聚丙烯的密度ρ=0.9g/㎝3 并且在注入模具時由于流動阻力增加，加大了沿螺桿逆流亮，再考慮安全系數(shù)，實際注射量M取為機器最大注射能力的85%。 　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2-3b) 假設采用的是SZ-60/450臥式注塑機，理論注射量為105㎝3；鎖模力為450kN。 根據(jù)鎖模力確定型腔的數(shù)目 　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　(2-3c) 其中鎖模力為F(N)；型腔壓力為p(MPa)；塑件的投影面積為A1(㎜2)；澆注系統(tǒng)的投影面積為A2(㎜2) 已知鎖模力為450kN；型腔壓力為25或30MPa。 通過計算得 　　 假設澆注系統(tǒng)的投影面積和塑件投影面積相等即 則 　　　　　 　　　　　 =4.3≈4 根據(jù)最大注射量確定型腔數(shù)目 　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2-3d) 其中最大注射量為m(g)；單個塑件的質(zhì)量為m1(g)；澆注系統(tǒng)的質(zhì)量為m2(g) 已知最大注射量為105㎝3，假設澆注系統(tǒng)質(zhì)量為1.7倍塑件質(zhì)量。 單個塑件質(zhì)量為： m1=0.9×17.05=15.345g 則 　　　 =3.2 現(xiàn)決定采用一模兩腔，所以可以采用SZ-60/450臥式注塑機。 理論注射量/㎝3 105 螺桿（柱塞）直徑/㎜ 35 注射壓力/MPa 125 注射速率/(g/s) 75 塑化能力/(g/s) 10 螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min) 14―200 鎖模力/kN 450 拉桿內(nèi)間距/㎜ 280*250 移模行程/㎜ 220 最大模具厚度/㎜ 300 最小模具厚度/㎜ 100 鎖模形式 雙曲肘 定位孔直徑/㎜ φ55 噴嘴球半徑/㎜ 20 2.3.2　鎖模力的校核 鎖模力為注射機鎖模裝置用于夾緊模具的力。所選注射機的鎖模力必須大于由于高壓熔體注入模腔而產(chǎn)生的脹模力，此脹模力等于塑件和流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積與型腔壓力的乘積。 即： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2-3e) 式中　F——鎖模力，kN p——型腔壓力，MPa A——塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積，㎜2 已知型腔壓力為25或30MPa；澆注系統(tǒng)的投影面積為1倍的塑件投影面積；塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積為 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2-3f) 式中　S——流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積，㎜2 　　　　　n——模腔數(shù) 則 　　　　　A=4×π(60/2)2+×π(60/2)2=14130cm2 即　　p×A/1000=30×14130/1000 =423.9kN<450kN 所以鎖模力符合要求 2.3.3　開模行程的校核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機的最大開模行程。對于液壓-機械式鎖模機構注塑機，其最大開模行程由注塑機曲肘機構的最大行程決定，與模具厚度無關。 單分型面注射模，其開模行程按下式校核 　　　 (5～10)　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2-3g) 式中　S——注塑機的最大開模行程(移動模板臺面行程)，㎜ 　　　　　H1——塑件脫出距離，㎜ 　　　　　H2——包括流道凝料在內(nèi)的塑件高度，㎜ 已知 　　　　　H1=13㎜；　H2=50㎜ 所以 　　　　　H1+H2+(5～10)=13+50+(5～10)≤73㎜ 又由于SZ-60/450臥式注塑機的移模行程為220㎜ 　　　　　73㎜<220㎜ 所以開模行程也符合要求 2.4　澆注系統(tǒng)的設計 2.4.1　主流道的設計　 （1） 形狀：圓錐形； （2） 錐角：3°； （3） 內(nèi)壁的粗糙度為Ra0.63μm； （4） 主流道大端呈圓角，r=1㎜。 （5） 噴嘴球的半徑r=20㎜，則凹坑的球面半徑R=21㎜； （6） 凹坑深度：3㎜；噴嘴孔徑d=4㎜；小端直徑D=5㎜；大端直徑為9㎜。 （7） 主流道長度取53㎜。 設計見圖2： 圖2 主流道圖 2.4.2　分流道的設計 采用半圓形截面流道。因為塑料熔體在流道中流動時，表面冷凝凍結(jié)，起絕熱的作用，熔體僅在流道中心流動，因此分流道的理想狀態(tài)應是其中心線與澆口的中心線位于同一直線上，而半圓形截面可以滿足。 分流道的長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口的位置，從輸送熔體時的減少壓力損失和熱量損失及減少澆道凝料的要求出發(fā)，應力求縮短。 對于壁厚小于3㎜，質(zhì)量在200g以下的塑件可用公式 　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2-4a) 式中　W——流經(jīng)分流道的塑料量，g 　　　　　L——分流道長度，㎜ 　　　　　D——分流道直徑，由１得為6㎜ 其中　 　 n——為型腔數(shù)目 m——為塑件質(zhì)量，g 得出 　　　　 L= = 取分流道的長度為108㎜ 分流道的布置取決于型腔的布局，兩者相互影響。分流道的布置形式有平衡式和非平衡式兩種。此設計中我采用的是平衡式布置。平衡式布置可以使各型腔同時均衡的進料，從而保證了各型腔成型出來的塑件在強度，性能，重量上的一致性。 　　設計見圖3： 圖3 分流道圖 2.4.3　冷料穴的設計 本設計中對于冷料穴的選擇是按照設計的目的來選擇的。由于此設計的目的是要實現(xiàn)自動脫模。所以選擇如下圖的冷料穴，它們由冷料倒錐將主流道凝料拉出，當其被脫出時，塑件和流道凝料可以自動脫出，易實現(xiàn)自動化操。 圖4 冷料穴 2.4.4　設計所用的澆口形式 澆口是連接分流道和型腔的一段細短的通道，是澆注系統(tǒng)的關鍵部分。澆口的主要作用有兩個：一是塑料熔體流經(jīng)的通道；二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。 在本次設計中為了滿足塑件的要求不在表面留下痕跡，不影響塑件的外觀，采用改良的邊緣澆口，也就是使分流道與澆口的連接處在塑件的下底面（通過分型面采用微階梯式來完成）。具體的表示形式見圖5： 圖5 澆口形式 2.4.5　分型面的設計 打開模具取出塑件或澆注系統(tǒng)凝料的面叫做分型面。分型面一般設在塑件斷面尺寸最大處，在此次設計中采用的是單個分型面，并且是微階梯式的。把型芯設在動模一邊，型腔設在定模一邊，開模后塑件留在動模，有利于塑件的脫模。具體的形式見上圖。 2.4.6　排氣槽的設計 由于此次設計的模具屬小型模具，可以用分型面來排氣。 2.5　成型零部件的設計和計算 2.5.1　成型零部件的設計 構成模具型腔的零件統(tǒng)稱為成型零件，主要包括凹模，凸模，型芯，鑲塊，各種成型桿和成型環(huán)。 型腔是直接和高溫高壓的塑件相接觸，它的質(zhì)量直接關系到制件質(zhì)量，要求它有足夠的強度，剛度，硬度，耐磨性，以承受塑件的擠壓力和料流的摩擦力，有足夠的精度和適當?shù)谋砻娲植诙龋ㄒ话鉘a0.4μm以下），保證塑件制品表面的光潔美觀和容易脫模。 （1）　凹模采用整體嵌入式，凹模鑲塊采用帶軸肩臺階的圓柱形，然后嵌入固定板中，用墊板和螺釘將其固定。 （2）　型芯用成型時用以裝固螺紋嵌件的螺紋型芯，但在型芯的外圈固定一螺紋型環(huán)，用以成型塑件的內(nèi)螺紋。具體的形式見圖6： 圖6 外圈固定螺紋 2.5.2　成型零件工作尺寸的計算１ （1）　平均收縮率計算型腔尺寸 聚丙烯的收縮率一般為1%～3%,從而得出聚丙烯的平均收縮率為2%。 徑向尺寸 　　由１得出聚丙烯的一般精度等級為6級。同時得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的外徑D=60.00㎜，所以查表得Δ=0.64 按照平均收縮率計算凹模徑向尺寸公式 　　　　　　 (2-5a) 式中　LM——凹模的徑向尺寸，㎜ Scp——塑料的平均收縮率，% Ls——塑件徑向公稱尺寸，㎜ Δ——塑件公差值，㎜ δz——凹模制造公差，㎜ 已知　Ls=60.00㎜　　Scp=0.02　　Δ=0.64㎜ 　　所以　δz=Δ/3=0.21㎜ LM=[60.00+60.000.02-3/40.64]+0.21 =60.72+0.21 深度尺寸 　　由１得出聚丙烯的一般精度等級為6級。同時得出塑料制件的尺寸公差。 　　又由于塑件的深度尺寸Hs=15.00㎜，所以查表得Δ=0.40㎜ 　　按照平均收縮率計算凹模深度尺寸公式 　　　　　 (2-5b) 　　式中　HM——凹模的深度尺寸，㎜ Scp——塑料的平均收縮率，% Hs——塑件高度公稱尺寸，㎜ Δ——塑件公差值，㎜ δz——凹模深度制造公差，㎜ 已知　Hs=15.00㎜　　Scp=0.02　　Δ=0.40㎜ 　　所以　δz=Δ/3=0.13㎜ HM=[(1+0.02)15.00-2/30.40]+0.13 =15.03+0.13 （2）　按平均收縮率計算組合型芯尺寸 徑向尺寸 由１得出聚丙烯的一般精度等級為6級。同時得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的內(nèi)徑尺寸 式中 S——塑件的壁厚㎜，由１得出塑件壁厚為2㎜。 所以　d=60.00-22=56.00㎜，所以查表得Δ=0.64 　　按照平均收縮率計算型芯徑向尺寸公式 　　　　　 (2-5c) 式中　LM——組合型芯的徑向尺寸，㎜ Scp——塑料的平均收縮率，% Ls——塑件徑向公稱尺寸，㎜ Δ——塑件公差值，㎜ δz——組合型芯制造公差，㎜ 已知　Ls=56.00㎜　　Scp=0.02　　Δ=0.64㎜ 　　所以　δz=Δ/3=0.21㎜ 高度尺寸 　　由１得出聚丙烯的一般精度等級為6級。同時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=13.00㎜，所以查表得Δ=0.36㎜ 　　按照平均收縮率計算組合型芯高度尺寸公式 　　　　 (2-5d) 　　式中　HM——組合型芯高度尺寸，㎜ Scp——塑料的平均收縮率，% Hs——塑件孔深度公稱尺寸，㎜ Δ——塑件公差值，㎜ δz——組合型芯高度制造公差，㎜ 已知　Hs=13.00㎜　　Scp=0.02　　Δ=0.36㎜ 所以　 δz=Δ/3=0.12㎜ 2.5.3　型腔壁厚計算 模具的型腔將受到高壓的作用，因此模具型腔應該具有足夠的剛度和強度。強度不足將導致塑性變形，甚至開裂。剛度不足將導致彈性變形，導致型腔向外膨脹，產(chǎn)生溢料間隙。在本次設計中采用圓形整體式型腔。 按剛度計算側(cè)壁的厚度s 由１得出 　　　 (2-5e) 式中　E——模具材料的彈性模量，MPa，碳剛為2.1105MPa p——型腔壓力，MPa，由前面所知為25或30 MPa [δ]——剛度條件，即允許變形量，㎜，由１得出聚丙烯的[δ]值允許范圍為0.025～0.04㎜ h——型腔深度尺寸，㎜ 所以　 按強度計算側(cè)壁的厚度s 由１得出 　　　　　　　　(2-5f) 　　式中　r——型腔徑向半徑，㎜ p——型腔壓力，MPa，由前面所知為25或30 MPa [σ]——模具材料的許用應力，MPa，已知為160 MPa 所以　 由此可以選取s=8.00㎜。 按剛度計算底版的厚度hs (2-5g) 　　　　　　　　 　　式中　E——模具材料的彈性模量，MPa，碳剛為2.1105MPa p——型腔壓力，MPa，由前面所知為25或30 MPa [δ]——剛度條件，即允許變形量，㎜，由１得出聚丙烯的[δ]值允許范圍為0.025～0.04㎜ h——型腔深度尺寸，㎜ 　　所以　 ≧2.77㎜ 按強度計算底板的厚度hs (2-5h) 　　式中　r——型腔徑向半徑，㎜ p——型腔壓力，MPa，由前面所知為25或30 MPa [σ]——模具材料的許用應力，MPa，已知為160 MPa 所以　 ≧11.43㎜ 由此可以選取hs=17.00㎜。 2.6　脫模機構的設計和計算 2.6.1　脫模阻力的計算 因為塑件的壁厚為2㎜，內(nèi)孔直徑為56㎜，所以塑件的壁厚與內(nèi)孔直徑之比為 2/56=0.0357 　　而 1/20=0.05＞0.0357 所以可以看作是薄壁殼體形塑件，又由于塑件的斷面為圓環(huán)形 (2-6a) 式中　E——塑料的拉伸模量，MPa ε——塑料成型平均收縮率，% 　　　　　t——塑料的平均壁厚，㎜ L——塑料包容型芯的長度，㎜ μ——塑料的泊松比 φ——脫模斜度(塑料側(cè)面與脫模方向之夾角) ?——塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù) B——塑件再與開模方向垂直的平面上的投影面積(㎝2),當塑件底部有通孔時，10B項應為零。 K1——由?和φ決定的無因次數(shù)，可由下式計算 　　　 　　　　　　　　　　 (2-6b) 已知　E=1.6～1.7103MPa ε=2%　t=2㎜　L=13㎜　μ=0.43　φ=1o　?=0.50　 　　根據(jù)前面所知的B＝2826㎜2 　　　　　 K1=1+0.50sin1ocos1o=1.01 Q=2082.55N 2.6.2　脫模機構的設計 在本次設計中，我采用的脫模機構是先由齒條帶動錐齒輪傳動，再由錐齒輪帶動螺紋型環(huán)轉(zhuǎn)動，使得塑件的螺紋部分被脫出，同時澆道凝料也被旋轉(zhuǎn)脫出，再用頂桿頂動塑件。在自身重力的作用下澆道和凝料就會掉落下來。 推桿采用直桿式圓柱推桿，為了增大細長推桿的剛性，設計成臺階形。推桿用熱作模具鋼制造，最后經(jīng)表面氮化處理，配合段的表面粗糙度為Ra0.8μm。 推桿脫模機構用復位桿復位，復位桿應對稱分布，常取2到4根，但最好多于2根。與復位桿頭部接觸的定模板應淬火或局部鑲?cè)氪慊痂倝K。 為避免推板運動時發(fā)生偏斜，造成運動卡滯或推桿彎曲損壞等問題，設計推出導向裝置。因為是中小型模具采用2根導柱導向。并且設置導向套。 2.7　脫螺紋機構的設計 2.7.1　脫螺紋的形式 在本設計中采用的是開模時齒條帶動錐齒輪傳動，再由錐齒輪帶動螺紋型環(huán)轉(zhuǎn)動，使得塑件的螺紋部分被脫出。 2.7.2　旋轉(zhuǎn)脫螺紋扭距的計算 根據(jù)１得出對于薄壁內(nèi)螺紋塑件，旋轉(zhuǎn)脫模所需最小扭距由下式計算： Mmin=　　　　　 　　　　　　　 (2-7a) 式中　E——塑料的拉伸彈性模量，MPa 　　　　　ε——塑料成型平均收縮率，% 　　　　　t——螺紋塑料的平均壁厚，㎜ r——螺紋型芯或型環(huán)的中半徑，㎜ L——螺紋型芯或型環(huán)螺紋段的長度，㎜ ?——塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù) S——螺距，㎜ λ——螺紋升角，o 　　　　　Ψ——螺紋形狀因子，由螺紋類型決定 由１得出螺紋形狀因子可由下式計算 Ψ=h/cosα　　　　　　　　　 　　　 　　　　　　　 (2-7b) 式中　h——螺紋型芯或螺紋型環(huán)的螺紋工作高度，㎜ 　　　　　α——螺紋牙尖角之半，o 已知　E=1.6～1.7103MPa ε=2%　t=2㎜　L=9.82㎜　r=27.00㎜　S=4.0 ?=0.50　λ=20o　α=15o　h=9.82㎜ 　　　　 Mmin=2.4105N·㎜ 旋出螺紋型芯所需的實際扭距Mco(N·㎜)： Mcomin=φMmin　　　　　　　　 　　　 　　　　　　　 (2-7c) 　　式中　φ——由試驗確定之系數(shù)，一般旋出螺紋型環(huán)所需的實際扭距約等于最小扭距。 2.7.3　對主流道凝料能否脫出的校核 主流道凝料能否脫出要看澆口處塑件對型芯的力是否大于凝料的扭轉(zhuǎn)力，只有當力大于扭轉(zhuǎn)力時主流道的凝料才能旋轉(zhuǎn)脫出螺紋，最后隨塑件脫出。 對于厚壁內(nèi)螺紋塑件，旋轉(zhuǎn)脫模所需的最小扭距由下式得出： 　　　　　　　　　　　　 (2-7d) 式中　E——塑料的拉伸彈性模量，MPa 　　　　　ε——塑料成型平均收縮率，% r——螺紋型芯或型環(huán)的中半徑，㎜ L——螺紋型芯或型環(huán)螺紋段的長度，㎜ ?——塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù) S——螺距，㎜ λ——螺紋升角，o θ——厚壁螺紋塑件無量綱特征因數(shù)，對于內(nèi)螺紋塑件 θ= 　 　　　　　　　　 (2-7e) μ——塑件的泊松比 R——塑件內(nèi)螺紋的外半徑，㎜ r0——塑件外螺紋的內(nèi)半徑，㎜ 已知　R=6㎜　r0=5.67㎜　μ=0.43 θ=62+5.672/(62-5.672)+0.43 =18.13 　　　　　Ψ——螺紋形狀因子，由螺紋類型決定。螺紋形狀因子可由下式計算 　　　　　　　　　　　　 　　　 式中　h——螺紋型芯或螺紋型環(huán)的螺紋工作高度，㎜ 　　　　　α——螺紋牙尖角之半，o 已知　E=1.6～1.7103MPa ε=2%　l=4.00㎜　r=5.80㎜　S=1.5㎜　?=0.50　λ=20o　α=15o　h=4.00㎜ 所以 Mmin=6778.32 N·㎜ 　　又由于r=5.80㎜，所以旋出主流道凝料所要的力為 　　　　　 　 所以塑件對型芯的力大于凝料的扭轉(zhuǎn)力，主流道的凝料能夠旋轉(zhuǎn)脫出螺紋，最后隨塑件脫出。 2.7.4　止轉(zhuǎn)裝置的設計 在塑件內(nèi)的頂面設計一圈防轉(zhuǎn)齒，使型芯和塑件之間沒有轉(zhuǎn)動，只是螺紋型環(huán)從塑件上脫出。 2.7.5　驅(qū)動裝置和傳動裝置的設計和計算 在本次設計中，我采用的靠開模力來帶動齒條移動，然后帶動錐齒輪尾端的齒輪轉(zhuǎn)動，從而帶動錐齒輪傳動，再由錐齒輪帶動螺紋型環(huán)和圓頭冷料穴轉(zhuǎn)動，使得塑件和流道凝料旋轉(zhuǎn)脫出，再在頂桿的作用下脫落。 （1） 圓錐齒輪傳動的校核 在本次設計中采用的直齒圓錐齒輪的大端模數(shù)為3.5，壓力角為20°。 小齒輪的齒數(shù)為20采用20CrMnTi滲碳淬火回火HRC=62； 大齒輪的齒數(shù)為28采用20Cr滲碳淬火回火HRC=57； 根據(jù)2得一對鋼制直齒圓錐齒輪的齒面接觸強度驗算公式為 σH= 　　　　　　　 (2-7l) 式中　Re——為齒寬和齒寬系數(shù)之比，齒寬系數(shù)一般取0.25～0.3 b——齒輪的齒寬，㎜ 　　　　　K——載荷系數(shù) u——齒數(shù)比，對于單級直齒圓錐齒輪傳動，一般u為1～3 [σH]——許用接觸應力，MPa [σH]=σHlim/SH=1440/1.1=1309MPa 其中　σHlim——試驗齒輪的接觸疲勞極限，可由２得。 SH——齒面接觸疲勞安全系數(shù)，可由２得。 　　已知　T1=2082.55272=1.124105N·㎜　齒輪按8級精度得K=1.2　 b1=24㎜　u=28/20=1.4　 b2=26㎜　Re=96㎜　 　　　　　 σH=1286MPa 又因為[σH]=σHlim/SH=1309MPa＞1286MPa 　　根據(jù)２得鋼制齒輪傳動的輪齒彎曲強度驗算公式 　　　　　　　　　　　　 (2-7i) 已知　T1=1.124105N·㎜　齒輪按8級精度K=1.5　b=24㎜　z1=20　 z2=28　m=3.5　YF1=2.91　 YF2=2.64 所以 σF1=21.51.1241052.91/(243.5220) 　　　 =167MPa σF2=21.51.1241052.64/(243.5228) 　　 =108MPa =380/1.3=292 MPa＞167MPa [σF2]=360/1.3=277MPa＞108MPa 由此得出輪齒彎曲強度滿足。 （2） 齒圓柱齒輪的校核 與型環(huán)相連的兩小齒輪采用軟齒面，齒輪為40Cr表面淬火，齒面硬度HRC＝54　齒數(shù)為22　模數(shù)為3.0 與兩小齒輪嚙合的大齒輪是非標齒輪，齒輪為35SiMn表面淬火，齒面硬度HRC＝45，齒數(shù)為34　模數(shù)為3.0 根據(jù)2得鋼制齒輪傳動的齒面接觸強度驗算公式為 (2-7g) 式中　u——大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比 T1——小齒輪上的轉(zhuǎn)距，N·㎜ K——載荷系數(shù) b——齒寬，㎜ a——中心距，㎜ [σH]——許用接觸應力，MPa [σH]=σHlim/SH (2-7i) σHlim——試驗齒輪的接觸疲勞極限，可由2得。 SH——齒面接觸疲勞安全系數(shù)，可由2得。 [σH]= 1130/1.1=1027MPa 已知　T1=2082.5527=5.62104N·㎜齒輪按8級精度得K=1.5　 b1=3.010=30㎜　a=84㎜　u=34/22=1.545　 b2=52㎜ σH=691MPa＜1027MPa 所以滿足齒面接觸強度 　　根據(jù)2得鋼制齒輪傳動的輪齒彎曲強度驗算公式 (2-7i) 已知　T1=5.62104N·㎜　齒輪按8級精度K=1.5　b=3.010=30㎜　z1=22　 z2=34　m=3.0　 YF1=2.84　 YF2=2.52 所以 σF1=21.55.621042.84/(303.0222) =81MPa =72MPa (2-7j) =320/1.3=246MPa＞81MPa [σF2]=240/1.3=200MPa＞72MPa 由此得出輪齒彎曲強度滿足。 （3） 齒輪齒條的校核 塑件的型環(huán)高度為15，螺距為4，則齒輪(1,2)要旋轉(zhuǎn)15/4=3.75圈才能脫出塑件，根據(jù)傳動比可以得出中間的大齒輪要旋轉(zhuǎn)3.7522/34=2.43圈，同時可以得出經(jīng)過直齒圓錐齒輪后要2.4320/28=1.733圈才可以脫出塑件。 在本次設計中，與齒條嚙合的圓柱齒輪采用軟齒面，齒輪為20Cr滲碳淬火回火，HRC=56，齒數(shù)為25，模數(shù)為3.0，則d為75㎜，旋出塑件齒條經(jīng)過的距離為751.733=130㎜?？梢园妖X條看做是一個齒輪，周長為130㎜，則D=130/π=41.4，所以齒條的齒數(shù)最少為41.4/3=14?，F(xiàn)在取齒條齒數(shù)為20，齒條材料為20CrMnTi滲碳淬火回火，HRC=62。 齒輪齒條傳動的齒面接觸強度驗算公式為 (2-7g) 式中　u——大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比 T1——小齒輪上的轉(zhuǎn)距，N·㎜ K——載荷系數(shù) b——齒寬，㎜ a——中心距，㎜ [σH]——許用接觸應力，MPa [σH]=σHlim/SH (2-7i) σHlim——試驗齒輪的接觸疲勞極限，可由２得。 SH——齒面接觸疲勞安全系數(shù)，可由２得。 [σH]= 1340/1.1=1218MPa 已知　T1=1.124105N·㎜　齒輪按8級精度得K=1.5　 b=3.010=30㎜　a=67.5㎜　u=25/20=1.25 σH=335[(2.25)3 1.51.124105/(1.253067.52)]? 　　　　　　 =1123MPa＜1218MPa 所以滿足齒面接觸強度 　　齒輪齒條傳動的彎曲強度驗算公式 　　　　　　　　　　　　 (2-7i) 已知　T1=1.124105N·㎜　齒輪按8級精度K=1.5　b=3.010=30㎜　z1=20　 z2=25　m=3.0　 YF1=2.91　 YF2=2.72 所以 σF1=165MPa =154MPa [σF1]=σFlim/SF 　　　　　　　　 (2-7j) =380/1.3=292MPa＞165MPa [σF2]=360/1.3=277MPa＞154MPa 由此得出輪齒彎曲強度滿足。 2.8　合模導向機構的設計 2.8.1　頂出系統(tǒng)的導向 頂出裝置在模具內(nèi)往復運動，除滑動配合外，其余部分都處于浮動狀態(tài)，頂出板和頂出固定板的重量不應作用在推桿上，應由頂出系統(tǒng)的導向零件來支撐，在本次設計中，我采用的是設支承柱外加導套，在本次設計中采用的形式，這樣可以使支承柱兼起導柱的作用。 圖7 支承柱 2.8.2　成型零件的導向及定位 　　模具在進行裝配和調(diào)模試機時，保證動.定模之間一定的方向和位置。導向零件要承受一定的側(cè)向力，起導向和定向的作用。當模具牢靠裝在注射機上后，模具在注射成型過程中，如果模具上無精定位裝置，動定模的正確定位由注射機的拉桿精度保證；如果模具有精確定位裝置，動定模的正確定位由模具的精定位裝置保證。 因為此次設計的模具是小型模具，所以只用兩個直徑相同且對稱分布的導柱。由于動模采用推板頂出塑件，所以導柱常設在動模。各導柱導套及導向孔的軸線應保證平行，否則將影響合模的準確性，甚至損壞導向零件。在合模時要使導向零件先接觸，避免凸模先進入型腔，導致成型零件損壞。所以導柱長度必須比凸模斷面高出6～8㎜。導柱固定部分按H7/m8過渡配合。導柱滑動部分按H8/f8間隙配合。導柱工作部分的表面粗糙度為Ra0.4μm。 　　　　圖8為導柱導套的設計： 圖8 導柱導套 2.9　溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設計和計算 2.9.1　冷卻系統(tǒng)的設計 模具的溫度直接影響到塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。所以模具上需要添加溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以達到理想的溫度要求。熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效的冷卻，使熔融的塑料的熱量盡快傳給模具，以便使塑件可靠冷卻定型并可迅速脫模。提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 因為水的熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低，且低于室溫的水容易取得，所以冷卻水普遍使用。用水冷卻即在模具型腔周圍或型腔內(nèi)開設冷卻水通道，利用循環(huán)水將熱量帶走。 冷卻裝置的設計要考慮以下幾點： （1） 保證塑件收縮均勻，維持模具熱平衡。 （2） 冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，對塑件冷卻也就越均勻。 （3） 水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即水孔的排列與型腔形狀盡量吻合。 （4） 澆口出要加強冷卻。一般熔融塑料填充型腔時，澆口附近溫度最高，距澆口越遠溫度越低。因此澆口附近應加強冷卻，通冷卻水，而在溫度較低的外側(cè)只需通過經(jīng)熱交換后的溫水即可。 （5） 降低入水與出水的溫度?？赏ㄟ^改變冷卻孔道排列的形式。 （6） 要結(jié)合塑料的特性和塑件的結(jié)構，合理考慮冷卻水通道的排列形式。如塑件的收縮率，壁厚等。 （7） 冷卻水通道要避免接近塑件的熔接痕部位，冷卻通道的密封性要好，冷卻通道的進口與出口接頭盡量不要高出模具外表面。 在本次設計中我采用的是簡單流道式，即通過在模具上直接打孔，并通以冷卻水而進行冷卻，是最常見的一種形式。我采用的是通過軟管在模外連接冷卻水路。見圖9： 圖9 冷卻方式 2.9.2　模具冷卻時間的計算 塑件在模內(nèi)的冷卻時間通常是指塑料熔體從充滿型腔時起到開模取出塑件時為止。 　　聚丙烯塑料制件的最大壁厚中心層達到凝固點時所需的冷卻時間的經(jīng)驗公式： 　　　　　 (2-9a) 式中　Tm——塑料的初始成型溫度，oC Tw——模具溫度，oC R——塑件的半徑，㎜ 由１得聚丙烯的塑料溫度160-260oC，模具溫度40-60oC。 Q=960(s) 2.9.3　冷卻參數(shù)的計算 每秒鐘注射次數(shù)為 N=1/t0.75=1/9600.75=0.00078125 　　每秒鐘注入塑料量M=Nm=0.0007812556=0.04375(g) 單位時間內(nèi)注入模具的塑料熔體的質(zhì)量 G=36000.0437510-3=0.1575(㎏/h) 　　塑料成型時在模具內(nèi)釋放的熱焓量 △i=583.38-700.14KJ/㎏ 又因為　冷卻水的比熱容為1932[J/(㎏·K)；密度為ρ=1.0103(㎏/m2)；t1-t2=3oC 所以模具冷卻時所需冷卻水的體積流量為 　　　 (2-9b) 取冷卻水體積流量為5.010-3(m3/min) 得D=8㎜，冷卻水最低流速為1.66v/(m/s) 　　冷卻水孔總傳熱面積為 　　　　　(2-9c)　　　　　　　　 冷卻水孔長　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (2-9d) =14200/(3.148)=565.3mm 2.10　支承與連接零件的設計與選擇　 2.10.1　非標零件的設計 在本次設計中非標零件主要有定模固定板，動定模板，動模固定板，動模墊板，墊塊，動模底板，頂桿固定板，頂出底板，導柱導套，復位桿，頂桿，支承柱等。 2.10.2　標準零件的選取 在本次設計中，采用的標準零件有螺釘.螺母.軸承和鍵 表1　設計中所用螺釘 作用 名稱 規(guī)格 數(shù)目 固定定位圈 開槽盤頭螺釘 GB67-85-Ｍ513 4 固定直齒圓柱小齒輪和型環(huán) 開槽沉頭螺釘 GB67-85 M2.524 12 連接模板 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 GB70-85-M16240 GB70-85-M1625 8 8 固定頂出固定板和頂出底板 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 GB70-85-M622.5 6 固定支承柱 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 GB70-85-M1050 2 表2　設計中所用螺母 作用 名稱 規(guī)格 數(shù)目 緊固小錐齒輪 Ι型六角薄螺母 GB6172-86-M24 1 緊固與齒條嚙合的齒輪 Ι型六角薄螺母 GB6172-86-M24 1 緊固大錐齒輪 Ι型六角薄螺母 GB6172-86-M16 1 固定齒輪軸1上套筒 Ι型六角薄螺母 GB6172-86-M20 2 表3　設計中所用鍵 作用 名稱 規(guī)格 數(shù)目 固定直齒圓柱大齒輪 圓頭普通平鍵 鍵850 GB1096-79 1 固定直齒圓錐小齒輪 圓頭普通平鍵 鍵836 GB1096-79 1 固定直齒圓錐大齒輪 圓頭普通平鍵 鍵526 GB1096-79 1 固定與齒條嚙合直齒圓柱小齒輪 圓頭普通平鍵 鍵822 GB1096-79 1 　　在此次設計中用到的滾動軸承　6005　GB/T 276-94,數(shù)目為2。 3　設計說明與結(jié)論 本次設計的注射模具一般用來生產(chǎn)塑件的外表面不允許留下印痕的瓶蓋，該設計的模具結(jié)構簡單，當開模到塑件脫出型腔時，齒條帶動與之相嚙合的直齒圓柱齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪再帶動一對錐齒輪轉(zhuǎn)動，從而使與與直齒圓柱小齒輪相連的螺紋型環(huán)旋出螺紋型芯，塑件的螺紋部分脫出，最后用頂桿把塑件從成型內(nèi)止轉(zhuǎn)齒的螺紋型芯上頂離，達到自動脫模。 本次設計采用了邊緣澆口，使得塑件的表面光滑平整，并且簡化了模具，型芯.型腔和齒輪傳動機構設計合理，可自動脫模。 結(jié)束語 通過本次畢業(yè)設計，對我在大學階段所學習的模具設計方面的知識做了一個很好的總結(jié)和鞏固，也對平時所學習的比較零散的知識做到了系統(tǒng)化的運用。也發(fā)現(xiàn)了自己在學科內(nèi)的某些方面知識的欠缺，做到了很好的復習和理解。 設計中用到了大量專業(yè)知識，例如機械設計.工程制圖.聚合物材料.塑料成型機械.塑料成型模具,材料力學,公差與配合等學科。通過在設計中查閱和復習其相關知識，對部分已生疏的學科又重新做了認識，且在以前學習的基礎上更加深了理解，同時也把書本上學到的知識用到了實際設計中，將單一的學科和其他配套學科融合在一起，學會了綜合考慮問題，比如在設計本套模具中自動卸螺紋機構的時候，既要考慮齒輪齒條本身材料性能，又要注意其加工和安裝的可操作性以及在模具中的整體的安裝位置，以免造成模具結(jié)構不合理，甚至造成各個方向運動的干涉。在設計中還用到了一些計算機輔助設計軟件，更是受益匪淺，例如在設計中大量用到Auto CAD 來進行平面制圖，使得在設計中對于零件的平面投影以及尺寸可以很至關且很精確的表達。 通過本次設計，對模具的設計和加工有了一個比較系統(tǒng)全面的認識。 致謝 在本次設計中，遇到了許多的問題，感謝丁武學教授和張躍老師的悉心指導，有了他們的幫助我才能順利的完成本次設計，在此非常感謝兩位老師的指導和幫助，感謝學校在整個設計過程中給我們提供的各種各樣的便利和幫助，我們的成功和學校的各種努力也是分不開的，也感謝戶廷勇輔導員的幫助，在這期間為了讓我們安心做設計，我們提供了許多的便利，非常感謝。 參考文獻 [1] 賈潤禮，程志遠主編. 實用注射模設計手冊. 北京： 中國輕工業(yè)出版社， 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