帶有齒輪塑件的模具設(shè)計
帶有齒輪塑件的模具設(shè)計,帶有,齒輪,模具設(shè)計
課題名稱： 帶有齒輪塑件的模具設(shè)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(shè)計………………………………………………………………………….4
（1） 按剛度條件計算
（2） 按強(qiáng)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(shè)計………………………………………………………………………………7
（1） 主流道的設(shè)計
（2） 分流道的設(shè)計
（3） 分型面的選擇
（4） 側(cè)澆口的設(shè)計
（5） 排氣系統(tǒng)的設(shè)計
5導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計………………………………………………………………………………8
（1） 導(dǎo)柱設(shè)計
（2）導(dǎo)向孔的設(shè)計
6推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計……………………………………………………………………………..9
（1） 推桿的設(shè)計
（2） 復(fù)位桿的設(shè)計
7側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計……………………………………………………………………11
（1） 抽芯距的計算
（2） 長斜導(dǎo)柱的設(shè)計
（3） 短斜導(dǎo)柱的設(shè)計
（4） 側(cè)滑塊與導(dǎo)滑槽的設(shè)計
（5） 楔緊塊的設(shè)計
（6） 側(cè)滑塊定位裝置的設(shè)計
8支承零部件的設(shè)計……………………………………………………………………………13
（1） 支承板的設(shè)計
9溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計…………………………………………………………………………13
（1） 冷卻水道的尺寸確定
10 結(jié)束語……………………………………………………………………………………….14
11 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………….15
帶有齒輪塑件的模具設(shè)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(yīng)用，重點講述了帶有齒輪塑件的模具設(shè)計過程。
關(guān)鍵詞 工業(yè)產(chǎn)品及日常用品 模具設(shè)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(qiáng)度不太高的塑料傳動，由于塑料具有可塑性強(qiáng)，密度小、比強(qiáng)度高、結(jié)緣性、化學(xué)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(yīng)而生的，目前塑料制件幾乎已經(jīng)進(jìn)入一切工業(yè)部門以及人民日常生活的各個領(lǐng)域。隨著機(jī)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(shè)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(shè)計過程進(jìn)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(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化學(xué)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(yīng)進(jìn)行干燥處理，ABS易產(chǎn)節(jié)痕，模具設(shè)計時應(yīng)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(qiáng)調(diào)塑件光澤和耐熱時，模具溫度應(yīng)控制在60～80°c。
當(dāng)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(dǎo)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(shè)計方案。
3．成型零部件的設(shè)計
根據(jù)成型零部件的強(qiáng)度與剛度計算，及其經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和實用性來考慮，設(shè)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(jìn)行強(qiáng)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(jìn)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(qiáng)度條件計算：
s≥r(
式中 [—型腔材料許用拉應(yīng)力為150Mpa 代入計算得出19≥r(成立故能滿足其強(qiáng)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(shè)計中應(yīng)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(jìn)行設(shè)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(shè)計
（1） 主流道的設(shè)計 主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)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(shè)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(jī)，結(jié)合廠里實際應(yīng)用情況，及模架的選擇及剛度與強(qiáng)度要求澆口套設(shè)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(shè)計 在設(shè)計多型腔或者多澆口的單型腔的澆注系統(tǒng)時應(yīng)設(shè)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(jī)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(shè)計原則，
1分型面應(yīng)該選在塑件的最大輪廓處
2分型面的選擇應(yīng)有利于塑件的順利脫模
3分型面的選擇應(yīng)保證塑件的精度要求
4分型面的選擇應(yīng)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(yīng)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(shè)計在同一側(cè)，使其能夠順利脫模。
（3） 側(cè)澆口的設(shè)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(yīng)該開設(shè)在塑件壁厚處等要求，故澆口開設(shè)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(shè)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(shè)計拉料桿為：
圖2-8
（5）排氣系統(tǒng)的設(shè)計
利用配合間隙排氣，這是最常見的，也是最經(jīng)濟(jì)的，更是具有使用性的。利用滑塊和導(dǎo)滑槽配合間隙便可以排氣，所以這里無須開排氣槽。
5導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)分為動模與定模之間的導(dǎo)向作用和推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向，為了確保動、定模之間的正確導(dǎo)向與定位，需要在動、定模部分采用導(dǎo)柱、導(dǎo)套。其作用主要有三點：定位作用、導(dǎo)向作用、承受一定的側(cè)向壓力。
（1）導(dǎo)柱設(shè)計
按照導(dǎo)柱導(dǎo)向部分的長度應(yīng)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(shè)計成帶頭導(dǎo)柱根據(jù)所選模架與模板厚度得出：
圖2-9
（2）導(dǎo)向孔的設(shè)計
導(dǎo)向孔分無導(dǎo)套和有導(dǎo)套兩種，無導(dǎo)套是導(dǎo)向孔直接開設(shè)在模板上，這種形式的孔加工簡單經(jīng)濟(jì)，精度要求不高的模具，由于此塑件精度為一般，故無導(dǎo)套為所選用。
6推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計
推出機(jī)構(gòu)一般由推出、復(fù)位和導(dǎo)向三大部件組成，推出機(jī)構(gòu)按其推出動作的動力來源可分為手動推出機(jī)構(gòu)、機(jī)動推出機(jī)構(gòu)、和液壓與氣動推出機(jī)構(gòu)等，按模具的結(jié)構(gòu)特征可分為一次推出機(jī)構(gòu)、二次推出機(jī)構(gòu)、定模推出機(jī)構(gòu)等等
一次推出機(jī)構(gòu)又稱簡單推出機(jī)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(jī)構(gòu)，包括推桿推出機(jī)構(gòu)，推管推出機(jī)構(gòu)，推件板推出機(jī)構(gòu)等等。由于設(shè)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(jī)構(gòu)應(yīng)該是首選。
（1）推桿的設(shè)計
根據(jù)推桿位置的選擇要求：推桿的位置應(yīng)該選擇在脫模阻力最大，當(dāng)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(yīng)注意塑件本身的強(qiáng)度與剛度，推桿裝入模具后，其端面應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)計推桿如下：
圖2-10
（2）復(fù)位桿的設(shè)計
推出機(jī)構(gòu)在注射模工作時，每開合模一次，就往復(fù)運動一次，除了推桿和復(fù)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(jī)構(gòu)復(fù)位最簡單最常用的方法是在推桿固定板同時安裝復(fù)位桿，復(fù)位桿為圓形截面，每副模具一般設(shè)置4根根據(jù)模架的選擇，復(fù)位桿設(shè)計如下：
圖2-11
數(shù)量為4根，中心距為146×50mm,此外由于設(shè)置側(cè)向抽芯的緣故，為了防止干涉需要在復(fù)位桿設(shè)置彈簧，彈簧先復(fù)位機(jī)構(gòu)是利用彈簧的彈力使推出機(jī)構(gòu)在合模之前進(jìn)行復(fù)位的一種先復(fù)位機(jī)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(fù)位桿能夠及時復(fù)位，設(shè)計彈簧中徑為14mm, 截面直徑為3mm。
7側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)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(jī)動、液壓或氣動以及手動等三大類。機(jī)動側(cè)向分型與抽芯機(jī)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(fù)位。這類機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)比較復(fù)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(dǎo)柱、彎銷、斜導(dǎo)槽、斜滑塊等。斜導(dǎo)柱側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)是在開模力或推出力的作用下，斜導(dǎo)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(dǎo)柱有下面幾個原因，斜導(dǎo)柱側(cè)向分型與抽芯機(jī)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(dǎo)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(dǎo)柱的設(shè)計
根據(jù)斜導(dǎo)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(shè)計成錐臺形，其錐角θ大于斜導(dǎo)柱的傾斜角a，θ= a +2°=21°，斜導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)柱在合模過程中正確定位，斜導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)柱總長為：
L=L+ L+錐臺高度（5－10）＝132mm。
由F,F導(dǎo)出公式
F其中A為包絡(luò)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(dǎo)柱直徑為Ф18，又因為斜導(dǎo)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(dāng)大一些故取Ф20
（3） 短斜導(dǎo)柱的設(shè)計
為了使塑件能夠脫模順利，短斜導(dǎo)柱應(yīng)該與長斜導(dǎo)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(dǎo)柱固定部分長度L=≈40mm則長斜導(dǎo)柱總長為：
L=L+ L+錐臺高度（5－10）＝70mm。另外為了防止斜導(dǎo)柱合模時不與模板碰撞，應(yīng)該在模板上開槽，經(jīng)過計算設(shè)計斜導(dǎo)柱如下：
圖2-11
（4）側(cè)滑塊與導(dǎo)滑槽的設(shè)計
在設(shè)計導(dǎo)滑槽與側(cè)滑塊時，導(dǎo)滑部分配合采用(H8/g7)配合，為整體式導(dǎo)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(shè)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(dǎo)柱，使斜導(dǎo)柱發(fā)生變形。在設(shè)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(shè)計
為了合模時讓斜導(dǎo)柱能正確插入側(cè)滑塊的斜導(dǎo)孔中，在開模過程中側(cè)滑塊剛脫離斜導(dǎo)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(shè)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(shè)計
用來防止成型零部件及各部分機(jī)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(shè)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(shè)計要求是，具有較高的平行度和必要的硬度和強(qiáng)度，根據(jù)所選模架得出支承板厚度為35mm,故對其進(jìn)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(shè)計。
9溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)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(shè)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(shè)置在支承板如下：
圖2-12
在上模座板設(shè)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(shè)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(xué)知識有限，目前還不能很好的利用好CAD/CAM/CAE設(shè)計模具實乃一大憾事，通過這次設(shè)計，發(fā)現(xiàn)在實際當(dāng)中模具的設(shè)計與制造與理論中的是有區(qū)別的，因為經(jīng)濟(jì)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(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的，在設(shè)計期間，在廠模具車間實習(xí)期間，得到了廠里模具師傅大力指導(dǎo)，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(xì)心指導(dǎo)，在此表示感謝！由于時間有限，設(shè)計中難免有不合理之處希望各位指出。
參考文獻(xiàn)：
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