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本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 1 頁 共 33 頁 1 引言 1 1 本研究領域的現(xiàn)狀和國內外的發(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 柔性化和網絡化 追求的目 標是提高產品質量及生產效率 縮短設計及制造周期 降低生產成本 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)不僅應強調信息的集成 更應該強調技術人和管理的集成 在開 發(fā)模式制造系統(tǒng)時強調 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 網絡技術的應用 網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品設計技術 產品的開發(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 甚至要考慮到經濟 心理 環(huán)境 衛(wèi)生及社會等各方面的因素 產品的開發(fā)要進行多目標全 性能的優(yōu)化設計 以追求模具產品動靜態(tài)特性 效率 精度 使用壽命 可靠性 制造成本 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 2 頁 共 33 頁 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 一些產品并非來自設計概念 而是起源于另外一些產品或實物 要在只 有產品原型或實物模型 而沒有產品圖樣的條件下進行模具設計和制造以便制造出產品 此 時需要通過實物的測量 然后利用測量數(shù)據進行實物的 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 快速經濟地制造出產品 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 國內的發(fā)展情況 6 目前國內模具行業(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) 但國內優(yōu)秀的 CAD CAM 系統(tǒng)很少 只有少數(shù)適合模具 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 3 頁 共 33 頁 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構有限元分所能力 強大的 計算機輔助制造能力 產品數(shù)據管理能力等 但價格昂貴 一般企業(yè)難以支持 1 2 本課題的研究內容 要求 目的及意義 1 2 1 本課題的研究內容 做化妝品瓶蓋的模具設計 使該化妝品的瓶蓋注射模結構簡單 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 要使注射模結構簡單 并可自動脫模 3 流道設計合理 可保證產品質量并且又節(jié)約生產原材料 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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 4 頁 共 33 頁 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構達到自動脫模 經分析在塑 件內的頂面設計一圈防轉齒 見圖 1 可較好地滿足產品的生產要求 圖 1 塑件圖 2 2 塑料材料的成型特性 表 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 m 78 51 簡支梁沖擊強度 缺口 kJ m 3 5 4 8 14 1 布氏硬度 HBS 8 65 9 1 表 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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 5 頁 共 33 頁 玻璃化溫度 18 10 熔點 粘流溫度 170 176 170 180 熱變形溫度 45N 180 102 115 56 67 127 127 線膨脹系數(shù) 10 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 10 16 擊穿電壓 kV 30 表 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 0 90 0 91 比體積 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 10 MPa 1 6 1 7 3 1 6 2 泊松比 0 43 與剛的摩擦因數(shù) 0 49 0 51 2 3 設備的選擇 2 3 1 塑件的體積 根據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 2122hRhrRV 305 17 07 15607 46cm 又由于聚丙烯的密度 0 9g 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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 6 頁 共 33 頁 射量 M 取為機器最大注射能力的 85 2 3b VmM 85 g04 135 79 85 假設采用的是 SZ 60 450 臥式注塑機 理論注射量為 105 鎖模力為 450kN 根據鎖模力確定型腔的數(shù)目 2 3c 1Ap Fn 其中鎖模力為 F N 型腔壓力為 p MPa 塑件的投影面積為 A1 澆注系統(tǒng)的投影 面積為 A2 已知鎖模力為 450kN 型腔壓力為 25 或 30MPa 通過計算得 2221 6014 360 RA 22863014 m 假設澆注系統(tǒng)的投影面積和塑件投影面積相等即 21 則 2863045 n 4 3 4 根據最大注射量確定型腔數(shù)目 2 3d 128 0mn 其中最大注射量為 m g 單個塑件的質量為 m1 g 澆注系統(tǒng)的質量為 m2 g 已知最大注射量為 105 假設澆注系統(tǒng)質量為 1 7 倍塑件質量 單個塑件質量為 m1 0 9 17 05 15 345g 則 345 1 5719 058 n 3 2 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 7 頁 共 33 頁 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 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 螺桿轉速 r min 14 200 鎖模力 kN 450 拉桿內間距 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 55 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 10APF 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 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 SRnA 2 式中 S 流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積 n 模腔數(shù) 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 8 頁 共 33 頁 則 A 4 60 2 60 2 14130cm 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 21HS 式中 S 注塑機的最大開模行程 移動模板臺面行程 H 1 塑件脫出距離 H 2 包括流道凝料在內的塑件高度 已知 H 1 13 H 2 50 所以 H 1 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 內壁的粗糙度為 Ra0 63 m 4 主流道大端呈圓角 r 1 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 9 頁 共 33 頁 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 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 質量在 200g 以下的塑件可用公式 2 4a 4265 0LWD 式中 W 流經分流道的塑料量 g L 分流道長度 D 分流道直徑 由 得為 6 其中 VnmW n 為型腔數(shù)目 m 為塑件質量 g 得出 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 10 頁 共 33 頁 L 214265 0WD 205 1794 m258 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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 11 頁 共 33 頁 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 紅 線 處 為 階梯 分 型 面綠 線 處 為 所 設 的隱 藏 式 的 澆 口 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 它的質量直接關系到制件質量 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)?表面粗糙度 一般 Ra0 4 m 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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 12 頁 共 33 頁 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 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 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 0 64 按照平均收縮率計算凹模徑向尺寸公式 2 5a ZscpMLS 431 式中 L M 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 塑件公差值 z 凹模制造公差 已知 L s 60 00 Scp 0 02 0 64 所以 z 3 0 21 LM 60 00 60 00 0 02 3 4 0 64 0 21 60 72 0 21 深度尺寸 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 13 頁 共 33 頁 由 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 0 40 按照平均收縮率計算凹模深度尺寸公式 2 5b zscpMS 321 式中 H M 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 塑件公差值 z 凹模深度制造公差 已知 H s 15 00 S cp 0 02 0 40 所以 z 3 0 13 HM 1 0 02 15 00 2 3 0 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 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 又由于塑件的內徑尺寸 SDd2 式中 S 塑件的壁厚 由 得出塑件壁厚為 2 所以 d 60 00 2 2 56 00 所以查表得 0 64 按照平均收縮率計算型芯徑向尺寸公式 2 5c zscpMLS 431 式中 L M 組合型芯的徑向尺寸 Scp 塑料的平均收縮率 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 14 頁 共 33 頁 Ls 塑件徑向公稱尺寸 塑件公差值 z 組合型芯制造公差 已知 L s 56 00 S cp 0 02 0 64 所以 z 3 0 21 021 021 657430 562 1 M 高度尺寸 由 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 0 36 按照平均收縮率計算組合型芯高度尺寸公式 2 5d 0321zscpMS 式中 H M 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 塑件公差值 z 組合型芯高度制造公差 已知 H s 13 00 S cp 0 02 0 36 所以 z 3 0 12 012 012 53630 12 M 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 按剛度計算側壁的厚度 s 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 15 頁 共 33 頁 由 得出 2 5e Ephs415 式中 E 模具材料的彈性模量 MPa 碳剛為 2 1 105MPa p 型腔壓力 MPa 由前面所知為 25 或 30 MPa 剛度條件 即允許變形量 由 得出聚丙烯的 值允許范圍為 0 025 0 04 h 型腔深度尺寸 所以 ms95 406 51 23 按強度計算側壁的厚度 s 由 得出 2 5f 12 prs 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 模具材料的許用應力 MPa 已知為 160 MPa 所以 ms25 6121603 由此可以選取 s 8 00 按剛度計算底版的厚度 hs 2 5g Eph 456 0 式中 E 模具材料的彈性模量 MPa 碳剛為 2 1 105MPa p 型腔壓力 MPa 由前面所知為 25 或 30 MPa 剛度條件 即允許變形量 由 得出聚丙烯的 值允許范圍為 0 025 0 04 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 16 頁 共 33 頁 h 型腔深度尺寸 所以 06 1 235604 s 2 77 按強度計算底板的厚度 hs 2 5h 287 0pr 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 模具材料的許用應力 MPa 已知為 160 MPa 所以 1603 87 2 s 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 內孔直徑為 56 所以塑件的壁厚與內孔直徑之比為 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 BKtgftLEQ10cos2 式中 E 塑料的拉伸模量 MPa 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 塑料的泊松比 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 17 頁 共 33 頁 脫模斜度 塑料側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 當塑件底部有通孔時 10B 項應為零 K1 由 和 決定的無因次數(shù) 可由下式計算 2 6b cosin1f 已知 E 1 6 1 7 10 MPa 2 t 2 L 13 0 43 1 0 50 根據前面所知的 B 2826 K 1 1 0 50 sin1 cos1 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)轉動 使得塑件的螺紋部分被脫出 同時澆道凝料也被旋轉脫出 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 最后經表面氮化處理 配合段的表面粗糙度為 Ra0 8 m 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入淬火鑲塊 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)轉動 使得 塑件的螺紋部分被脫出 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 18 頁 共 33 頁 2 7 2 旋轉脫螺紋扭距的計算 根據 得出對于薄壁內螺紋塑件 旋轉脫模所需最小扭距由下式計算 Mmin 2 7a cos4StrLfE 式中 E 塑料的拉伸彈性模量 MPa 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 螺紋升角 螺紋形狀因子 由螺紋類型決定 由 得出螺紋形狀因子可由下式計算 h cos 2 7b 式中 h 螺紋型芯或螺紋型環(huán)的螺紋工作高度 螺紋牙尖角之半 已知 E 1 6 1 7 10 MPa 2 t 2 L 9 82 r 27 00 S 4 0 0 50 20 15 h 9 82 M min 2 4 105N 旋出螺紋型芯所需的實際扭距 Mco N Mcomin M min 2 7c 式中 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力 只有當力大于 扭轉力時主流道的凝料才能旋轉脫出螺紋 最后隨塑件脫出 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 19 頁 共 33 頁 對于厚壁內螺紋塑件 旋轉脫模所需的最小扭距由下式得出 2 7d cos24minSlfrEM 式中 E 塑料的拉伸彈性模量 MPa 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 螺紋升角 厚壁螺紋塑件無量綱特征因數(shù) 對于內螺紋塑件 2 7e 2rR 塑件的泊松比 R 塑件內螺紋的外半徑 r0 塑件外螺紋的內半徑 已知 R 6 r 0 5 67 0 43 6 5 67 6 5 67 0 43 18 13 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 cosh 式中 h 螺紋型芯或螺紋型環(huán)的螺紋工作高度 螺紋牙尖角之半 已知 E 1 6 1 7 10 MPa 2 l 4 00 r 5 80 S 1 5 0 50 20 15 h 4 00 所以 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 20 頁 共 33 頁 Mmin 6778 32 N 又由于 r 5 80 所以旋出主流道凝料所要的力為 NrF3min 107 8 53267 35 0 14 2 所以塑件對型芯的力大于凝料的扭轉力 主流道的凝料能夠旋轉脫出螺紋 最后隨塑件 脫出 2 7 4 止轉裝置的設計 在塑件內的頂面設計一圈防轉齒 使型芯和塑件之間沒有轉動 只是螺紋型環(huán)從塑件上 脫出 2 7 5 驅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)和圓頭冷料穴轉動 使得塑件和流道凝料旋 轉脫出 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 2得一對鋼制直齒圓錐齒輪的齒面接觸強度驗算公式為 H 2 7l Hub KT 1325 0Re3 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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 21 頁 共 33 頁 H 許用接觸應力 MPa H Hlim SH 1440 1 1 1309MPa 其中 Hlim 試驗齒輪的接觸疲勞極限 可由 得 SH 齒面接觸疲勞安全系數(shù) 可由 得 已知 T 1 2082 55 27 2 1 124 105N 齒輪按 8 級精度得 K 1 2 b1 24 u 28 20 1 4 b 2 26 Re 96 H 1286MPa 又因為 H Hlim SH 1309MPa 1286MPa 根據 得鋼制齒輪傳動的輪齒彎曲強度驗算公式 2 7i MPaFZbmYKTF 12 已知 T 1 1 124 105N 齒輪按 8 級精度 K 1 5 b 24 z 1 20 z2 28 m 3 5 YF1 2 91 Y F2 2 64 所以 F1 2 1 5 1 124 105 2 91 24 3 5 20 167MPa F2 2 1 5 1 124 105 2 64 24 3 5 28 108MPa FFSlim 380 1 3 292 MPa 167MPa F2 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) 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 22 頁 共 33 頁 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 2得鋼制齒輪傳動的齒面接觸強度驗算公式為 2 7g Huba KTH 2135 式中 u 大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比 T1 小齒輪上的轉距 N K 載荷系數(shù) b 齒寬 a 中心距 H 許用接觸應力 MPa H Hlim SH 2 7i Hlim 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 H 1130 1 1 1027MPa 已知 T 1 2082 55 27 5 62 104N 齒輪按 8 級精度得 K 1 5 b1 3 0 10 30 a 84 u 34 22 1 545 b 2 52 H 691MPa 1027MPa 所以滿足齒面接觸強度 根據 2得鋼制齒輪傳動的輪齒彎曲強度驗算公式 2 7i MPaFZbmYKTF 12 已知 T 1 5 62 104N 齒輪按 8 級精度 K 1 5 b 3 0 10 30 z 1 22 z2 34 m 3 0 Y F1 2 84 Y F2 2 52 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 23 頁 共 33 頁 所以 F1 2 1 5 5 62 104 2 84 30 3 0 22 81MPa 84 2512 FY 72MPa 2 7j FlinFS 1 320 1 3 246MPa 81MPa F2 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 15 4 3 75 圈才能脫出塑件 根 據傳動比可以得出中間的大齒輪要旋轉 3 75 22 34 2 43 圈 同時可以得出經過直齒圓錐 齒輪后要 2 43 20 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 旋出塑件齒條經過的距離為 75 1 733 130 可以把齒條看做是一個齒輪 周長為 130 則 D 130 41 4 所以齒 條的齒數(shù)最少為 41 4 3 14 現(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 Huba KTH 2135 式中 u 大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比 T1 小齒輪上的轉距 N 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 24 頁 共 33 頁 K 載荷系數(shù) b 齒寬 a 中心距 H 許用接觸應力 MPa H Hlim SH 2 7i Hlim 試驗齒輪的接觸疲勞極限 可由 得 SH 齒面接觸疲勞安全系數(shù) 可由 得 H 1340 1 1 1218MPa 已知 T 1 1 124 105N 齒輪按 8 級精度得 K 1 5 b 3 0 10 30 a 67 5 u 25 20 1 25 H 335 2 25 1 5 1 124 105 1 25 30 67 5 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 MPaFZbmYKTF 12 已知 T 1 1 124 105N 齒輪按 8 級精度 K 1 5 b 3 0 10 30 z 1 20 z2 25 m 3 0 Y F1 2 91 Y F2 2 72 所以 F1 165MPa 91 276512 FY 154MPa F1 Flim SF 2 7j 380 1 3 292MPa 165MPa 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 25 頁 共 33 頁 F2 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 4 m 圖 8 為導柱導套的設計 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 26 頁 共 33 頁 圖 8 導柱導套 2 9 溫度調節(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量和生產效率 所以模具上需要添加溫度調節(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 提高塑件定型質量和生 產效率 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只需通過經熱交換后的溫 水即可 5 降低入水與出水的溫度 可通過改變冷卻孔道排列的形式 6 要結合塑料的特性和塑件的結構 合理考慮冷卻水通道的排列形式 如塑件的收縮率 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 27 頁 共 33 頁 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驗公式 2 9a WTmRQ49 2306 5 式中 T m 塑料的初始成型溫度 C Tw 模具溫度 C R 塑件的半徑 由 得聚丙烯的塑料溫度 160 260 C 模具溫度 40 60 C 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 t 0 75 1 960 0 75 0 00078125 每秒鐘注入塑料量 M N m 0 00078125 56 0 04375 g 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 28 頁 共 33 頁 單位時間內注入模具的塑料熔體的質量 G 3600 0 04375 10 3 0 1575 h 塑料成型時在模具內釋放的熱焓量 i 583 38 700 14KJ 又因為 冷卻水的比熱容為 1932 J K 密度為 1 0 10 m t 1 t2 3 C 所以模具冷卻時所需冷卻水的體積流量為 2 9b min34109 2310965017 2 tCiGV 取冷卻水體積流量為 5 0 10 3 m 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 2410 240361517 0 m TwiGV 冷卻水孔長 2 9d dAL 14200 3 14 8 565 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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 29 頁 共 33 頁 作用 名稱 規(guī)格 數(shù)目 固定定位圈 開槽盤頭螺釘 GB67 85 5 13 4 固定直齒圓柱小齒輪和型環(huán) 開槽沉頭螺釘 GB67 85 M2 5 24 12 連接模板 內六角圓柱頭螺釘 GB70 85 M16 240 GB70 85 M16 25 8 8 固定頂出固定板和頂出底板 內六角圓柱頭螺釘 GB70 85 M6 22 5 6 固定支承柱 內六角圓柱頭螺釘 GB70 85 M10 50 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 型六角薄螺母 GB6172 86 M24 1 緊固與齒條嚙合的齒輪 型六角薄螺母 GB6172 86 M24 1 緊固大錐齒輪 型六角薄螺母 GB6172 86 M16 1 固定齒輪軸 1 上套筒 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 8 50 GB1096 79 1 固定直齒圓錐小齒輪 圓頭普通平鍵 鍵 8 36 GB1096 79 1 固定直齒圓錐大齒輪 圓頭普通平鍵 鍵 5 26 GB1096 79 1 固定與齒條嚙合直齒圓柱小齒輪 圓頭普通平鍵 鍵 8 22 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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 30 頁 共 33 頁 3 設計說明與結論 本次設計的注射模具一般用來生產塑件的外表面不允許留下印痕的瓶蓋 該設計的模具 結構簡單 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動 齒輪再帶 動一對錐齒輪轉動 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止轉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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 31 頁 共 33 頁 結束語 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 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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 32 頁 共 33 頁 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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 論 文 第 33 頁 共 33 頁 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 2000 2 揚可楨 程光蘊主編 機械設計基礎 北京 高等教育出版社 2002 3 肖景容 模具計算機輔助設計 M 武漢 華中理工大學出版社 1990 4 現(xiàn)代模具技術委員會 模具 CAD CAM M 北京 技術出版社 1995 5 馬 穎 模具 CAD CAM 技術的發(fā)展概況 J 模具工業(yè) 1999 12 3 10 6 杜志俊 現(xiàn)代模具技術綜述 J 機械工程師 1999 6 3 5 7 楊 寧 一種新穎的螺紋瓶蓋注射模 J 模具工業(yè) 2000 11 44 45 8 周雄輝 聶明 阮雪榆 模具計算機集成制造技術的研究 J 鍛壓技術 1996 1 43 46 9 許發(fā)樾 模具企業(yè)的管理與建設 J 模具工業(yè) 1999 12 3 10 10 陸寧 實用注塑模具設計 北京 中國輕工業(yè)出版社 1997 11 中國電子學會 生產技術學會工裝設計與制造組織 工模具設計與制造資料匯編 武漢 電子工藝技術 編輯部出版 1982 12 德 K Stoeckhert G Menning 編著 模具制造手冊 北京 化學工業(yè)出版社 2003 13 陳萬林等編著 實用塑料注射模設計與制造 M 北京 機械工業(yè)出版社 2000 14 中國標準出版社第三編輯室編 塑料模具標準匯編 北京 中國標準出版社 1997 15 日 白石順一郎著 注塑成型模具 M 北京 烴加工出版 1989 16 華楚生主編 機械制造技術基礎 重慶 重慶大學出版社 2000 17 朱思明 湯善甫等編 化工設備機械基礎 M 上海 華東理工大學出版社 1991 18 胡宗澤 清華大學 羅圣國 北京科技大學 機械設計課程設計手冊 北京 高等 教育出版社 1999 19 合肥市標準計量局編 行位公差及其應用 安徽科學技術出版社 1979