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編號 無錫太湖學院 畢業(yè)設計（論文） 題目： 打印機齒輪注塑模設計 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 　　 0923258 學生姓名： 紀明治 指導教師： 高漢華 （職稱：副教授） （職稱： ） 2013年5月25日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 打印機齒輪注塑模設計 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械96 學 號： 0923258 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 打印機齒輪注塑模設計 無錫太湖學院 　信 機　系 　機械工程及自動化 　專業(yè) 畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目　　 打印機齒輪注塑模設計 　　 2、專題　 　 二、課題來源及選題依據(jù) 課題來源于生產(chǎn)實際。 近年來，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用工程塑料在強度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍也在不斷擴大，如：家用電器、儀器儀表，建筑器材，汽車工業(yè)、日用五金等眾多領域，塑料制品所占的比例正迅猛增加，一個設計合理的塑料件能代替多個傳統(tǒng)金屬件，工業(yè)產(chǎn)品和日用產(chǎn)品塑料化的趨勢不斷上升。 采用模具生產(chǎn)制件具有生產(chǎn)效率高，質(zhì)量好，切削少，節(jié)約能源和原材料，成本低等一系列優(yōu)點，模具成型已經(jīng)成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段，成為多種成型工藝中最具有潛力的發(fā)展方向。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 1.掌握塑料模具設計的方法和技巧。 2.完成打印機齒輪成型工藝和主要部件的參數(shù)計算。 3.完成打印機齒輪模具標準件的選用。 I 4.完成打印機齒輪模具零、部件圖10張以上。 5.完成打印機齒輪模具總裝圖1張。 6.撰寫畢業(yè)說明書一份。 ①計算正確完整，文字簡潔通順，書寫整齊清晰。 ②論文中所引用的公式和數(shù)據(jù)應注明出處。 ③論文字數(shù)不少于1.5萬字。 四、接受任務學生： 機械96 班 　　姓名 紀明治 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師　　　　　　　簽名 　　　　　　　簽名 　　　　　　　簽名 教研室主任 　　　　　　〔學科組組長研究所所長〕 　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名 2012 年 11月 7 日 摘 要 打印機齒輪,廣泛應用于我們的工業(yè)生產(chǎn)實際。為了適應用戶對模具制造的精度高，短交貨期，低成本的要求，模具工業(yè)正廣泛應用數(shù)字化制造技術來加速技術的進步。為了縮短模具制造周期，降低模具成本，必須采用CAD/CAM技術進行塑料模具的設計。 通過設計制定打印機齒輪的模具設計，掌握注塑模具制品的設計以及成型工藝的選擇；一般齒輪成型模具的設計能力,質(zhì)量分析以及工藝改進，注塑模具結(jié)構(gòu)改進設計的能力；熟悉及學習使用模具設計的常用軟件以及同實際設計的結(jié)合。 本模具設計過程中分析了打印機齒輪的工藝特性，并介紹了PA66材料的成型工藝特點，在模具結(jié)構(gòu)設計過程中提出了不同的成型方案并進行了比較，采取了最佳成型方案，同時詳細的分析了模具結(jié)構(gòu)與計算。通過整個設計過程表明該模具能夠達到此塑件所需要求的加工工藝。根據(jù)題目設計的主要任務是塑料齒輪注塑模具的設計。也就是設計一副注塑模具來生產(chǎn)齒輪塑料產(chǎn)品，以實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)量。最后，還對模具的成型零件進行了加工工藝的分析與設備的校核，還說明了模具的工作原理，對模具的裝備還作了簡單的介紹。 關鍵詞：模具設計；打印機齒輪；注塑模； Abstract Printer gear were widely used in industrial production. In order to adapt to the users of the mold manufacturing which become high precision, short delivery time, low-cost requirements, the mold industry is widely used digital manufacturing technology to accelerate the advancement of technology. To short the mold manufacturing cycle and reduce the cost of the mold, CAD / CAM technology must be used. ???? Designing mold , develop printer gear master injection mold design and molding process of the products of choice; the general gear mold design capability, quality analysis and process improvement, ability to improve the design of injection mold structure; commonly used software, and a combination of the actual design of the same. ????The mold design process analysis, process characteristics of the printer gear, and PA66 material molding process characteristics, different molding program and compared in the mold design process, to take the best molding program, at the same time detailed mold structure and calculation. Mold can be achieved through the entire design process show that the requirements for the processing of the plastic parts. The main task is to design under the title injection mold design of plastic gears. An injection mold is designed to produce the gear plastic products to automate increase production. Finally, the molded part of the mold process analysis equipment check, and also describes the working principle of the mold, the mold equipment also made a brief introduction. Key words: Mold Design; Printer gear; Injection Molding 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 1 緒 論 1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 1 1.2 國內(nèi)外塑料成型模具發(fā)展概況 1 1.3本課題應達到的要求 3 1.4 本課題應達到的要求 3 2 打印機齒輪成型工藝性分析 4 2.1 打印機齒輪分析 4 2.2 注射成型過程及工藝參數(shù) 5 2.3 PA66的性能分析 6 3模具結(jié)構(gòu)形式的擬定 7 3.1 分型面位置的確定 7 3.2 確定型腔數(shù)量及排列方式 8 3.3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 8 4 注射機的選用 10 4.1 所需注射量的計算 10 4.2 注射機型號的選定 10 4.3 型腔數(shù)量及注射機有關工藝參數(shù)的校核 11 4.3.1 型腔數(shù)量的校核 11 4.3.2 注射機工藝參數(shù)的校核 12 4.3.3 安裝尺寸校核 12 4.4 開模行程和推出機構(gòu)的校核 13 4.4.1 開模行程校核 13 4.4.2 推出機構(gòu)校核 13 4.5 模架尺寸與注射機拉桿內(nèi)間距校核 13 5 澆注系統(tǒng)設計 14 5.1 主流道的設計 14 5.2 冷料穴的設計 15 5.3 分流道的設計 15 5.4 澆口的設計 18 5.5 澆注系統(tǒng)凝料體積計算 19 5.6 澆注系統(tǒng)各截面流過熔體的體積計算 20 5.7 普通澆注系統(tǒng)截面尺寸的計算與校核 20 6 模具成型零件的設計 23 6.1 定模部分的型芯 23 6.2 動模部分的型芯與型腔 24 6.2.1 齒輪型腔 24 6.2.2 圓柱型芯Ⅱ 25 6.3 斜滑塊(瓣合模型腔) 25 6.3.1 成型打印機齒輪的上半部分 26 6.3.2 成型打印機齒輪的下半部分 26 6. 4 型腔零件強度、剛度的校核 26 6.4.1 齒根部分距整體型腔邊沿的距離校核 26 6.4.2 型腔底板厚度的校核 27 7 模架的選用 29 7.1 定模座板 29 7.2 定模板 29 7.3 支承板 29 7.4 墊塊 29 7.5 動模座板 30 7.6 模套 30 7.7 推板 30 7.8 推桿固定板 30 8推出機構(gòu)設計 31 8.1 脫模推出機構(gòu)的設計原則 31 8.2 打印機齒輪推出的基本方式 31 8.3 打印機齒輪的推出機構(gòu) 31 8.4 斜滑塊推出機構(gòu) 32 8.5 脫模力的計算 33 9 側(cè)向分型抽芯機構(gòu)設計 37 9.1 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)類型的確定 37 9.2 斜滑塊(瓣合模塊)的幾種方案對比 37 9.3 斜滑塊的組合形式 37 9.4 斜滑塊的導滑形式 38 9.5 設計要點 38 9.6 各項尺寸的計算與校核 39 10 排氣與溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計 43 10.1 排氣系統(tǒng)設計 43 10.2 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計 43 10.2.1 加熱系統(tǒng) 43 10.2.2 冷卻系統(tǒng) 43 10.3 冷卻裝置的布置 44 11 結(jié)論與展望 45 11.1 結(jié)論 45 11.2 不足之處及未來展望 45 致 謝 47 參考文獻 49 49 1 緒 論 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 近年來，隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用工程塑料在強度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍也在不斷擴大，如：家用電器、儀器儀表，建筑器材，汽車工業(yè)、日用五金等眾多領域，塑料制品所占的比例正迅猛增加，一個設計合理的塑料件能代替多個傳統(tǒng)金屬件，工業(yè)產(chǎn)品和日用產(chǎn)品塑料化的趨勢不斷上升。 采用模具生產(chǎn)制件具有生產(chǎn)效率高，質(zhì)量好，切削少，節(jié)約能源和原材料，成本低等一系列優(yōu)點，模具成型已經(jīng)成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段，成為多種成型工藝中最具有潛力的發(fā)展方向。模具是機械、電子等工業(yè)的基礎工業(yè)，它對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展起著越來越大的作用。 1.2 國內(nèi)外塑料成型模具發(fā)展概況 塑料是以樹脂為主要成分的高分子有機化合物。樹脂可分為天然樹脂和合成樹脂兩大類，各種合成樹脂都是將低分子化合物的單體通過合成的方法生產(chǎn)出的高分子化合物，一般相對分子質(zhì)量都大于１萬，有的甚至可達百萬級。在一定溫度和壓力下，塑料具有可塑性，可以利用模具成型為具有一定幾何形狀和尺寸精度的塑料制件。 塑料工業(yè)是一門新興的工業(yè)，是隨著石油工業(yè)發(fā)展應運而生的。 塑料工業(yè)的發(fā)展大致分為以下幾個階段。 (1) 初創(chuàng)階段 (2) 發(fā)展階段。 20世紀30年代，低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚酰胺等熱塑性塑料相繼工業(yè)化，奠定了塑料工業(yè)的基礎，為其進一步發(fā)展開辟了道路。 (3) 飛躍發(fā)展階段。 20世紀50年代中期到20世紀60年代末，石油化工的高速發(fā)展為塑料工業(yè)提供了豐富而廉價的原料。 (4) 穩(wěn)定增長階段 我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5Kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表盤等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津津榮天和機電有限公司和煙臺北極星模具有限公司制造多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪打印機齒輪的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型收縮造成齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為0.08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10～30萬次，淬火鋼模達50～1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距，具體數(shù)據(jù)見表1-1。 表1-1 國內(nèi)外塑料模具技術比較表 項目 國外 國內(nèi) 注塑模型腔精度 0.005～0.01mm 0.02～0.05mm 型腔表面粗糙度 Ra0.01～0.05μm Ra0.20μm 非淬火鋼模具壽命 10～60萬次 10～30萬次 淬火鋼模具壽命 160～300萬次 50～100萬次 熱流道模具使用率 80%以上 總體不足10% 續(xù)表1-1 標準化程度70~80% 70～80% 小于30% 在模具行業(yè)占有量 30～40% 25~30% 成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29～34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及技術。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50%～80%相比，差距較大。 在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中科技開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內(nèi)模具的具體情況、能在微機上應用且價格低等特點，為進一步普及模具CAD/CAM技術創(chuàng)造了良好條件。 近年來，國內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如：P20，3Gr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大影響，但總體使用量仍較少。塑料模具標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛得到應用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度的商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業(yè)國家已達到70%～80%相比，仍有差距。 1.3本課題應達到的要求 （1）提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多腔所致。 （2）在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術。CAD/CAM技術已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術，近年來模具CAD/CAM技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進一步普及創(chuàng)造良好的條件；基于網(wǎng)絡的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題；CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。 （3）開發(fā)新的成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應多品種、少批量的生產(chǎn)方式。 （4）推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產(chǎn)價廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且常用于較復雜的大型制品，模具設計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究開發(fā)高壓注射成型工藝與模具也非常重要。 （5）提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標準件的應用要大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)，提高商品化程度、提高標準件質(zhì)量、降低成本；再次是要進一步增加標準件的規(guī)格品種。 （6）應用優(yōu)質(zhì)材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。 （7）研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關鍵技術之一。研究和應用多樣、調(diào)整、廉價的檢測設備是實現(xiàn)逆向工程的必要前提。 1.4 本課題應達到的要求 （1）通過大量查閱文獻資料和實驗研究，將理論和實踐結(jié)合，進行比較分析，完成設計。 （2）通過對教材、網(wǎng)上及圖書館搜集的資料做詳盡的分析以外，還有在所有實訓實踐當中的動手操作。 2 打印機齒輪成型工藝性分析 2.1 打印機齒輪分析 1 圓柱齒輪打印機齒輪工程圖如圖2.1所示，齒輪部分參數(shù)見表2-1。 圖2.1打印機齒輪零件工作圖 表2-1 打印機齒輪部分參數(shù) 模數(shù) 0.8 壓力角/() 20 齒數(shù) 20 分度圓直徑/mm 16 齒頂圓直徑/mm 17.6 跨齒數(shù) 3 公法線長度 2 色調(diào)：不透明、藍色。 3 生產(chǎn)綱領：大批量。 4 打印機齒輪的結(jié)構(gòu)及成型工藝性分析 (1) 結(jié)構(gòu)分析如下。 ① 該打印機齒輪作為傳動件，一端為齒輪，另一端為插銷，分別在不同的型腔內(nèi)成型，必須保證打印機齒輪的同軸度，所以在模具設計和制造上要有精密的定位措施和良好的加工工藝，以保證傳動精度。 ② 該打印機齒輪外形是一階梯形軸類零件，圓柱齒輪以上的部分有側(cè)向凹凸和槽。 (2) 成型工藝分析如下。 ① 精度等級。采用一般精度5級。 ② 脫模斜度。該打印機齒輪壁厚約為1.25mm，其脫模斜度查參考文獻[1]中的表8.5-7有打印機齒輪內(nèi)表面25′~40′，打印機齒輪外表面25′~40′。由于該打印機齒輪沒有特殊狹窄細小部位，所用塑料為PA66，流動性極好，注射充型流暢，所以打印機齒輪外形沒有放脫模斜度。同時為了保證齒輪傳動的齒面接觸強度，齒輪輪齒不放脫模斜度，軸孔起定心作用也不放脫模斜度。 2.2 注射成型過程及工藝參數(shù) 1 注射成型過程 (1) 成型前的準備。對PA66的色澤、細度和均勻度等進行檢驗。由于PA66容易吸濕，成型前應進行充分的干燥，干燥至水分含量<0.3%。干燥條仵：真空度為Pa，烘箱溫度為90℃ ~110℃ ，料層厚度，<25mm，干燥時間8h~12h。 (2) 注射過程。塑料在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可以分為充模、壓實、保壓、倒流和冷卻5個階段。 (3) 打印機齒輪的后處理。采用調(diào)濕處理，其熱處理條件查參考文獻[1]中的表8.7-10有處理介質(zhì)為油；處理溫度為120℃ ；處理時間為15min。 2 PA66的注射工藝參數(shù) (1) 注射機：螺桿式。 (2) 螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)：20~50。 (3) 料筒溫度(℃) ：后段250~260； 中段260~280； 前段255-265。 (4) 噴嘴溫度(℃ )：250-260；噴嘴形式：自鎖式。 (5) 模具溫度(℃ )：60 ~120。 (6) 注射壓力(MPa)：80~130。 (7) 保壓壓力(MPa)：40~50。 (8) 成型時間(s)：注射0~5；保壓20~50；成型周期50 ~100；冷卻20-40。 注：螺桿帶止回環(huán)。 2.3 PA66的性能分析 1 使用性能 堅韌、耐磨、耐油、耐水、抗霉菌，但吸水大，因此符合此打印機齒輪作為傳動仵的要求。適用于作一般機械零件、減摩耐磨零件、傳動零件以及化工、電器、儀表等零件。 2 成型性能 (1) 結(jié)晶型塑料，熔融溫度范圍窄，熔融狀態(tài)熱穩(wěn)定性差，料溫超過300℃ ，滯留時間超過30min即分解。較易吸濕，須預熱烘干。 (2)流動性極好，溢邊值一般為0.02mm，易溢料，用螺桿式注射機注射時噴嘴宜用自鎖式結(jié)構(gòu)，并應加熱，螺桿應帶止回環(huán)。 (3)成型收縮率范圍大、收縮率大，取向性明顯，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形等缺陷，成型條件應穩(wěn)定。 (4)融料冷卻速度對結(jié)晶度影響較大，對打印機齒輪結(jié)構(gòu)及性能有明顯影響，故應正確控制模溫，一般為60℃ ~90℃ ，按壁厚選定，模溫低易產(chǎn)生縮孔、結(jié)晶度低等現(xiàn)象。對要求伸長率高、透明度高、柔軟性較好的薄壁打印機齒輪宜選用低模溫；對要求硬度高、耐磨性好，以及在使用時變形小的厚壁打印機齒輪宜選用高模溫。 3 主要性能指標 表2-2 PA66的主要性能指標[1]。 密度/ cm 1.10 屈服強度/MPa 89 質(zhì)量體積/cm/g 0.91 抗拉強度/MPa 74 吸水率24h/(%) 0.9~1.6 拉伸彈性模量/GPa 1.2~2.8 玻璃化溫度/℃ 47 抗彎強度/MPa 126 熔點/℃ 250~265 彎曲彈性模量/GPa 2.8 計算收縮率/(%) 1.5 抗壓強度/MPa 71~98 比熱容/(J/(kg· K)) 1680 抗剪強度/MPa 67 3模具結(jié)構(gòu)形式的擬定 3.1 分型面位置的確定 在打印機齒輪設計階段，就應考慮成型時分型面的形狀和位置，否則無法用模具成型。在模具設計階段，應首先確定分型面的位置，然后才選擇模具的結(jié)構(gòu)。分型面設計是否合理，對打印機齒輪質(zhì)量、工藝操作難易程度和模具的設計制造都有很大影響。因此，分型面的選擇是注射模設計中的一個關鍵因素。 1 分型面的選擇原則 (1) 有利于保證打印機齒輪的外觀質(zhì)量。 (2) 分型面應選擇在打印機齒輪的最大截面處。 (3) 盡可能使打印機齒輪留在動模一側(cè)。 (4) 有利于保證打印機齒輪的尺寸精度。 (5) 盡可能滿足打印機齒輪的使用要求。 (6) 盡量減少打印機齒輪在合模方向上的投影面積。 (7) 長型芯應置于開模方向。 (8) 有利于排氣。 (9) 有利于簡化模具結(jié)構(gòu)。 該打印機齒輪在進行打印機齒輪設計時已經(jīng)充分考慮了上述原則，同時從所提供的打印機齒輪圖樣可看出該打印機齒輪一端為齒輪，齒輪以上部分外形為階梯形，且在外圓柱面上有側(cè)向凹凸和槽，所以分型時需進行軸向抽芯和側(cè)向抽芯分型。 2 分型面選擇方案 (1) 分型面選擇方案I。第一分型面與開模方向垂直；第二分型面與打印機齒輪推出方向平行。分型面的形式與位置如圖3.1所示。定模型芯(長為26)利用開模動作從打印機齒輪中抽出，打印機齒輪外側(cè)凸凹利用瓣合模或滑塊來成型，分型距離短(單邊距離為12mm左右)，齒輪部分可在另外一塊模板中成型，整個打印機齒輪成型精度比較高，模具結(jié)構(gòu)也比較簡單。 (2) 分型面選擇方案Ⅱ。第一分型面與開模方向平行第二分型面與開模方向垂直，如圖3.2所示。因為齒輪在動、定模兩個部分，所以齒輪部分無法直接開模，必須做一個型腔嵌件由側(cè)向抽芯分型。左右抽芯需側(cè)向移動，其中左型芯需側(cè)向移動26+2(安全余量)=28mm，設斜導柱的安裝斜度為22°，通過計算滑塊厚度69.3，若設置成一模多腔，則滑塊體積就比較大了，模具的垂直高度也比較大，模具結(jié)構(gòu)也相當復雜。 綜上所述，分型面采用方案I結(jié)構(gòu)相對簡單，打印機齒輪成型精度可靠，因此采用方案I。 圖3.1分型面形式與位置 1—定模部分；2—第Ⅰ分型面；3—瓣合模部分； 4—第Ⅱ分型面 圖3.2 分型面形式與位置 11—定模部分； 2—左側(cè)型芯；3—右側(cè)型芯和型腔； 4—動模部分 3.2 確定型腔數(shù)量及排列方式 當打印機齒輪分型面確定之后，就需要考慮是采用單型腔模還是多型腔模。 一般來說，大中型打印機齒輪和精度要求高的小型打印機齒輪優(yōu)先采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，但對于精度要求不高的小型打印機齒輪(沒有配合精度要求)，形狀簡單，又是大批量生產(chǎn)時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。故由此初步擬定采用一模四腔，如圖3.3所示。 3.3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 該打印機齒輪外觀質(zhì)量要求較高，從該打印機齒輪的外部特征可以看出打印機齒輪外形是一階梯形軸類零件，φ10外圓柱面上有側(cè)向凹凸和槽，對該打印機齒輪進行模塑成型時，在圓柱齒輪以上的部分只能采用側(cè)向成型。側(cè)向成型方法有多種形式，有斜導柱、斜導槽和彎銷驅(qū)動側(cè)向成型滑塊成型，有斜滑塊側(cè)向成型等方法。而斜滑塊側(cè)向成型要比斜導柱之類的側(cè)向成型機構(gòu)簡單得多，因此本設計采用斜滑塊側(cè)向成型。而齒輪采用整體模腔成型，因此可初步擬定采用四型腔兩分型面的模具結(jié)構(gòu)形式，其中兩分型面分別為水平、垂直分型面，如3.4所示。 圖3.3 型腔布置 圖3.4 模具結(jié)構(gòu)形式 4 注射機的選用 注射模是安裝在注射機上使用的工藝裝備，因此設計注射模是應該詳細了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出符合要求的模具。 注射機規(guī)格的確定主要是根據(jù)打印機齒輪的大小及型腔的數(shù)目和排列方式，在確定模具結(jié)構(gòu)形式及初步估算外形尺寸的前提下，設計人員應對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離等進行計算。根據(jù)這些參數(shù)選擇一臺和模具相匹配的注射機，倘若用戶已提供了注射機的型號和規(guī)格，設計人員必須對其進行校核，若不能滿足要求，則必須自己調(diào)整或與用戶取得商量調(diào)整。 4.1 所需注射量的計算 1 打印機齒輪質(zhì)量、體積計算 對于該設計，用戶提供了打印機齒輪圖樣，據(jù)此建立打印機齒輪模型并對此模型分析得： 打印機齒輪體積 cm 打印機齒輪質(zhì)量 g 2 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 可按打印機齒輪體積的0.6倍計算，由于該模具采用一模四腔，所以澆注系統(tǒng)凝料體積為 cm 3 該模具一次注射所需塑料PA66 體積 cm 質(zhì)量 g 4.2 注射機型號的選定 根據(jù)以上的計算初步選定型號為SZ—45/100A型臥式注射機，其主要技術參數(shù)見表4-1。 表4-1 SZ-45/100A型注射機主要技術參數(shù) 螺桿直徑/mm 25 拉桿內(nèi)間距/mm 215265 螺桿長徑比 22.4 最大模具厚度/mm 240 理論容量/ cm 49 最小模具厚度/mm 90 注射質(zhì)量/g 45 推出行程/mm 60 注射速率/(g/s) 40 頂出力/kN 27 塑化能力/(g/s) 6 頂出桿根數(shù) 1 額定注射壓力/MPa 200 定位孔直徑/mm 螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min) 0~140 頂出中心孔直徑/mm 50 鎖模力/kN 400 噴 嘴 球半徑SR/mm 12 開模行程/mm 240 孔直徑/mm 3 4.3 型腔數(shù)量及注射機有關工藝參數(shù)的校核 4.3.1 型腔數(shù)量的校核 4.3.1.1 由注射機料筒塑化速率校核型腔數(shù)量 上式右邊，符合要求。 式中 ——注射機最大注射量的利用系數(shù)，結(jié)晶型塑料一般取0.75； ——注射機的額定塑化量(g/h或cm/h)，該注射機為6g/s； ——成型周期，因打印機齒輪小，壁厚不大，取30s； ——單個打印機齒輪的質(zhì)量和體積(g或cm)，取掘1≈ 2.61g； ——澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量和體積(g或cm)，取0.6× 4。 4.3.1.2 按注射機的最大注射量校核型腔數(shù)量 上式右邊，符合要求。 式中——注射機大注射量(g或cm)，該注射機為4允許的最5g。 其他符號意義與取值同前。 4.3.1.3 按注射機的額定鎖模力校核型腔數(shù)量 打印機齒輪在充模過程中產(chǎn)生的脹模力主要作用在兩個位置： 在兩瓣合模上的作用面積約為mm 瓣合模與支承板的接觸處的作用面積約為mm 上式右邊，符合要求。 式中 ——注射機的額定鎖模力(N)，該注射機為N； ——4個打印機齒輪在模具分型面上的投影面積(mm)，mm； ——澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積(mm)，mm； ——塑料熔體對型腔的成型壓力(MPa)，一般是注射壓力的30%~65%，尼龍流動性好，該處取型腔平均壓力為30MPa。 4.3.2 注射機工藝參數(shù)的校核 4.3.2.1 注射量校核 注射量以容積表示最大注射容積為 cm 式中 ——模具型腔和流道的最大容積(cm)； ——指定型號與規(guī)格的注射機注射量容積(cm)，該注射機為49 cm； ——注射系數(shù)，取0.75~0.85，無定型塑料可取0.85，結(jié)晶型塑料可取0.75，該處取0.75。 倘若實際注射量過小，注射機的塑化能力得不到發(fā)揮，塑料在料筒中停留時間就會過長。所以最小注射量容積cm。故每次注射的實際注射量容積應滿足，而cm，符合要求。 4.3.2.2 鎖模力校核 在前面已進行，符合要求。 4.3.2.3 最大注射壓力校核 注射機的額定注射壓力即為該機器的最高壓力MPa(見表4-1)，應該大于注射成型是所需調(diào)用的注射壓力，即 式中 ——安全系數(shù)，常取=1.25~1.4。 實際生產(chǎn)中，該打印機齒輪成型時所需注射壓力為70MPa~100MPa。 代值計算，符合要求。 4.3.3 安裝尺寸校核 4.3.3.1 噴嘴尺寸 （1）主流道的小端直徑大于注射機噴嘴，通常為 mm 對于該模具d=3mm(見表4-1)，取=3.5mm，符合要求。 （2）主流道入口的凹球面半徑應大于注射機噴嘴球半徑，通常為 mm 對于該模具mm(見表4-1)，取mm，符合要求。 4.3.3.2 定位圈尺寸 注射機定位孔尺寸為mm，定位圈尺寸取mm，兩者之間呈較松動的間隙配合，符合要求。 4.3.3.3 最大與最小模具厚度 模具厚度應滿足 式中mm，mm(見表4-1)。 而該套模具厚度，符合要求。 4.4 開模行程和推出機構(gòu)的校核 4.4.1 開模行程校核 mm 式中 ——注射機動模板的開模行程(mm)，取240mm，見表4-1； ——打印機齒輪推出行程(mm)，取18mm； ——包括流道凝料在內(nèi)的打印機齒輪高度(mm)，其值為 mm 代值計算，符合要求。 4.4.2 推出機構(gòu)校核 該注射機推出行程為60mm，大于mm，符合要求。 4.5 模架尺寸與注射機拉桿內(nèi)間距校核 該套模具模架的外形尺寸為250mm×250mm，而注射機拉桿內(nèi)間距為215mm×265mm，因265mm>250mm，符合要求。 注：對于上面4.2、4.3、4.4、4.5的校核內(nèi)容是與后面的模具結(jié)構(gòu)設計交叉進行的，但為了行文整體形式與內(nèi)容的統(tǒng)一，所以將此部分內(nèi)容放于此。 5 澆注系統(tǒng)設計 澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對打印機齒輪質(zhì)量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。 該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流道、分流道、冷料穴、澆口。 5.1 主流道的設計 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴射出的熔體導人分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。 1 主流道尺寸 (1)主流道小端直徑 注射機噴嘴直徑+(0，5~1) 3+(0.5~1)，取=3.5mm。 (2)主流道球面半徑 注射機噴嘴球頭半徑十(1~2) 12十(1~2)，取13mm。 (3)球面配合高度 3mm~5mm，取3mm。 (4)主流道長度 盡量小于60mm，由標準模架結(jié)合該模具的結(jié)構(gòu)，取=25+20=45mm (5)主流道大端直徑(半錐角為1°~2°，取=2°)，取 6.5mm。 (6)澆口套總長 25+20++250mm 2 主流道襯套的形式 主流道小端人口處與注射機噴嘴反復接觸，屬易損件，對材料要求較嚴，因而模具主流道部分常設計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效地選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨進行加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC~55HRC，如圖5.1所示。 圖5.1主流道襯套 由于該模具主流道較長，定位圈和襯套設計成分體式較宜，其定位圈結(jié)構(gòu)尺寸如圖5.2所示。 3 主流道襯套的固定 主流道襯套的固定形式如圖5.3所示。 圖5.2定位圈 圖5.3 主道襯套的固定方式 1—內(nèi)六角螺釘；2—定位圈； 3—定模座板； 4—主流道襯套；5—定模板 5.2 冷料穴的設計 1 主流道冷料穴的設計 開模時應將主流道中的凝料拉出，所以冷料穴直徑應稍大于主流道大端直徑。由于該模具具有垂直分型面即側(cè)向分型，冷料穴分別開在左、右瓣合模上，開模時，將主流道中的凝料拉出；側(cè)向分型時，冷料穴中的凝料及打印機齒輪同時被推出。該模具采用底部無桿的圓環(huán)槽冷料穴，如圖5.4 所示。 其中為主流道大端直徑，該模具取+28.5mm，冷料穴深度為3/4d5mm。 2 分流道冷料穴的設計 當分流道較長時，可將分流道端部沿料流前進方向延長作為分流道冷料穴，以貯存前鋒冷料。該模具的分流道冷料穴與流道的截面相同有兩處：定模部分和瓣合模部分，如圖5.5所示。 5.3 分流道的設計 1 分流道的布置形式 分流道在分型面上的布置與前面所述型腔排列密切相關，有多種不同的布置形式，但應遵循兩方面原則：一方面排列緊湊、縮小模具板面尺寸；另一方面流程盡量短、鎖模力力求平衡。該模具的流道布置形式采用平衡式，定模部分與瓣合模上均開有分流道。該流道形式是由本模具結(jié)構(gòu)形式所確定，無其他最佳方案選擇，圖5.6是最佳分流道布置形式。 圖5.4 主流道冷料穴 圖5.5分流道布置方式 1—側(cè)澆口；2—圓形分流道； 3—冷料穴；4—主流道； 5—梯形分流道； 6、7—分流道冷料穴。 2 分流道的長度 長度應盡量短，且少彎折。該模具分流道的長度計算(見圖5.5)如下。 (1) 圓形分流道單向長度為 25-322mm (2) 梯形分流道單向長度為 = (3) 分流道總長度為 2(+)184mm (4) 分流道單向長度為 /292mm 3 分流道的形狀及尺寸 為了便于加工及凝料脫模，分流道大多設置在分型面上。工程設計中常采用梯形截面，加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失、流動阻力均不大，一般采用下面的經(jīng)驗公式可確定其截面尺寸，即 ， 式中 ——梯形大底邊的寬度(mm)； ——打印機齒輪的質(zhì)量(g)，為2.61g； ——單向分流道的長度(mm)，為92mm； ——梯形的高度(mm)。 注：上式的適用范圍，即打印機齒輪厚度在3mm以下，質(zhì)量小于200g，且的計算結(jié)果在3.2mm~9.5mm范圍內(nèi)才合理。 由于mm，故不在適用范圍，需自行設計。 （1）梯形分流道設計 由參考文獻[2]中表2-40(常用分流道形狀及尺寸)和參考文獻[1]中圖9.2-13(分流道直徑尺寸曲線二)取得分流道直徑mm，又考慮到分流道長度修正系數(shù)，所以修正后的分流道直徑為mm，圓整為4.5。梯形斜角通常取 ，此處??；底部圓角1mm~3mm，取R1mm。其截面形狀及尺寸如圖5.6所示。 （2）圓形分流道設計 由于PA66的流動性極好，為便于瓣合模上分流道的加工，瓣合模上采用圓形分流道，其直徑為4.5mm。 4 分流道的表面粗糙度 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較理想，因此分沉道的內(nèi)表面粗糙度并不要求很低一般取0.63μm~1.6μm，這樣表面稍光滑，有助于增大塑料熔體的外層流動阻力。避免熔流表面滑移，使中心層具有較高的剪切速率。此處0.8μm。 5 分流道向澆口過渡部分的結(jié)構(gòu) 分流道向澆口過渡部分的結(jié)構(gòu)如圖5.7所示。 圖5.6 梯形分流道圖 5.7 圓形分流道與側(cè)澆口的連接形式 1—側(cè)澆口；2—型腔；3—流道與側(cè)澆口連接處；4—圓形分流道；5—瓣合模。 5.4 澆口的設計 澆口是連接流道與型腔之間的一段細短通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部位。澆口的形狀、位置和尺寸對打印機齒輪的質(zhì)量影響很大。 澆口截面積通常為分流道截面積的0.07倍~0.09倍，澆口截面積形狀多為矩形和圓形兩種，澆口長度為0.5mm~2.0mm。澆口具體尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗確定，取其下限值，然后在試模時逐步修正。 1 澆口類型及位置的確定 該模具是中小型打印機齒輪的多型腔模具，同時從所提供打印機齒輪圖樣中可看出，在中部φ20的圓周上設置側(cè)澆口比較合適。側(cè)澆口開設在垂直分型面上，從型腔(打印機齒輪)外側(cè)面進料，側(cè)澆口是典型的矩形截面澆口，能很方便地調(diào)整充模時的剪切速率和澆口封閉時間，因而又稱為標準澆口。這類澆口加工容易，修整方便，并且可以根據(jù)打印機齒輪的形狀特征靈活地選擇進料位置，因此它是廣泛使用的一種澆口形式，普遍使用于中小型打印機齒輪的多型腔模具。 2 澆口結(jié)構(gòu)尺寸的經(jīng)驗計算 (1) 側(cè)澆口深度和寬度經(jīng)驗計算 經(jīng)驗公式為 mm， mm 式中 ——側(cè)澆口深度(mm)； ——澆口寬度(mm)； ——打印機齒輪外表面積(約為3200mm ——打印機齒輪厚度(平均厚度約為1.25mm)； ——塑料系數(shù)，由表5-1查得=0.8。 表5-1 塑料材料系數(shù) 塑料材料 PE、PS POM、PC、PP POM、PMMA、PVAC PVC 0.6 0.7 0.8 0.9 (2) 側(cè)澆口的經(jīng)驗計算 由于側(cè)澆口的種類較多，現(xiàn)將常用的經(jīng)驗數(shù)據(jù)列于表5-2。 表5-2 側(cè)澆口的推薦尺寸 推薦壁厚/mm 側(cè)澆口尺寸/mm 交口長度/mm 深度 寬度 1.0 <0.8 0~0.5 0~1.0 0.8~2.4 0.5~1.5 0.8~2.4 2.4~3.2 1.5~2.2 2.4~3.3 3.2~6.4 2.2~2.4 3.3~6.4 綜上得側(cè)澆口尺寸：深度 1.0mm 寬度 1，5mm 長度 mm 如圖5.6 所示，其尺寸實際應用效果如何，應在試模中檢驗與改進。 5.5 澆注系統(tǒng)凝料體積計算 1 主流道與主流道冷料井凝料體積 946mm 2 分流道凝料體積 (1) 梯形分流道凝料體積 2835mm (2) 圓形分流道凝料體積 mm 3 澆口凝料體積 很小，可取為0。 4 澆注系統(tǒng)凝料體積 mm4.5cm 該值小于前面對澆注系統(tǒng)凝料的估算，所以前面有關澆注系統(tǒng)的各項計算與校核符合要求，不需重新設計計算。 5.6 澆注系統(tǒng)各截面流過熔體的體積計算 1 流過澆口的體積 cm 2 流過分流道的體積 cm 3 流過主流道的體積 cm 5.7 普通澆注系統(tǒng)截面尺寸的計算與校核 1 確定適當?shù)募羟兴俾? 根據(jù)經(jīng)驗澆注系統(tǒng)各段的取以下值，所成型打印機齒輪質(zhì)量較好。 (1) 主流道 s~ (2) 分流道 (3) 點澆口 (4) 其他澆口 2 確定體積流率 (1) 主流道體積流率 因打印機齒輪小，即使是一模四腔的模具結(jié)構(gòu)，所需注射塑料熔體的體積也還是比較小的，而主流道尺寸并不小(和注射機噴嘴孔直徑相關聯(lián))，因此主流道體積流率并不大，取 代人得 cm/s (2) 澆口體積流率 側(cè)(矩形)澆口用適當?shù)募羟兴俾蚀说? cm/s 3 注射時間的計算 (1) 模具充模時間 s 式中 ——主流道體積流率； ——注射時間，s； ——模具成型時所需塑料熔體的體積，。 (2) 單個型腔充模時間 s (3)注射時間 根據(jù)經(jīng)驗公式[4]求得注射時間 s 根據(jù)表3.3-5[8]可知≥ 注射機最短注射時間，所選時間合理。 4 校核各處剪切速率 (1) 澆口剪切速率 s,基本合理 (2) 分流道剪切速率 s，合理。 式中 cm，。 (3) 主流道剪切速率 s，基本合理。 式中 0.25cm。 6 模具成型零件的設計 塑料模具型腔在成型過程中受到塑料熔體的高壓作用，應具有足夠的強度和剛度，如果型腔側(cè)壁和底板厚度過小，可能因強度不夠而產(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，導致溢料飛邊，降低打印機齒輪尺寸精度并影響順利脫模。因此，應通過強度和剛度計算來確定型腔壁厚，尤其對于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能單純憑經(jīng)驗來確定型腔壁厚和底板厚度。 6.1 定模部分的型芯 由于該打印機齒輪中間孔為臺階孔，且最小孔位于打印機齒輪中間部位，故需要動、定模部分同時設置型芯。取最小孔的上端面為動、定模兩型芯的接觸表面，同時為了不產(chǎn)生飛邊溢料，應使小端型芯嵌入大端型芯1mm~2mm。 若定模部分采用單一的圓柱型芯，則瓣合模上的型腔或者此圓柱型芯幾乎無法加工，所以采用組合型芯，即在單一的圓柱型芯上通過配合套上一個開有8條槽的圓筒形型芯。 1圓柱型芯I 圖6.1圓柱型芯Ⅰ (1)采用臺肩固定的形式，上底面用定模座板壓緊。 (2)尺寸計算。其中打印機齒輪尺寸公差值源自[2] (打印機齒輪公差數(shù)值表)。 打印機齒輪尺寸 mm， mm， mm， mm ① mm 式中——塑料的平均收縮率，PA66為1.5%； ——取值范圍為0.5~0，75，該處均取0.6； ——打印機齒輪的尺寸公差，見上打印機齒輪尺寸公差值； ——模具成型零件制造誤差(其