毕业设计说明书-模板设计)

1.1国际国内塑料模具发展概况 1.2我国模具设计技术今后发展方向

第二章 毕业设计课题资料查询

2.1塑件结构及工艺技术要求

六边形盲孔和内螺纹，采用的材料：PA6（聚酰胺），其技术要求1.收缩率0.5%～0.6%。2.未注公差尺寸按MT5级。3.大批量生产。在内螺纹脱模时有一定的加工难度，另外塑件上的六边形盲孔需要装配小型芯，增加了一定的难度，该塑件注塑时最主要考虑的是脱模和包紧力。

2.2注塑机的初选

根据任务书，初步选择注塑机其外形下图2-1所示，其规格如下：

表2-1 注塑机规格

注塑机型号：SYM-800 …… 机器质量/t：3 螺杆直径/mm：35 …… 外形尺寸（L×W×T）m×m×m:3.7×1.12×1.6 2.3塑件的加工性能和工艺性能

(1)塑件的理化性能分析(见表2-2)

表2-2 PA6塑件的理化性能表 PA6（Polyanide6） 屈服强度/Mpa …… 脱模斜度 型芯20`-45` 注：查于《简明塑料模具设计手册》

…… 型腔25`-45` 溢边值[δ]（mm） 0.02 70 …… 拉伸强度/Mpa …… 62 （2）塑件的基本性能分析（见表2-3 PA6-基本性能表）

表2-3 PA6-基本性能表

PA6 数据 资料来源 屈华昌主编．塑料成型工艺与使用温度 -30℃-100℃ 模具设计．第2章 北京：高等教育出版社，2009 成型特点 主要用途范围 结论 … … … 表2-4 工艺参数表

注射成形机类型 密度(g/cm^3) … … 螺杆式 1.10～1.15 … 注射压力(MPa) 成形时间(s)/注射时间 … 80～1100 0～4 … … … (3)模具的热平衡计算相关图表（见表2-5）

表2-5 各种材料的成型温度与模温的关系

材料名称 PP … … 成型温度（℃） 200-270 … 注：查于《塑料成型工艺与模具设计》屈华昌主编．249页

表2-6 常用塑料熔体凝固时放出的热量

塑料品种 PA66 △i值（KJ/kg） 650-750 塑料品种 SAN △i值（KJ/kg） 270-360 模具温度（℃） 20-60 注：查于《塑料成型工艺与模具设计》屈华昌主编．250页

表2-7 水在不同温度下的η值（㎡/s）

水温（℃） 15 …… η（㎡/s） 1.79×10-6 …… 水温（℃） 47 …… η（㎡/s） 0.69×10-6 …… 表2-8 塑料的导温系数、导热系数、比热容、密度和潜热的关系 热扩散率k塑料 （㎡/s） （W/m·℃） （KJ/kg·℃） 导热系数λ比热容密度ρ（Kg/m） 3 潜热Le (KJ/kg) PP …… 6.7×10-8 …… 0.117 …… …… 1.926 900 …… 180 …… 注：查于《模具设计手册》软件版 表2-9 塑件厚度与所需冷却时间的关系

表2-10 A0与水温的关系

平均水温（℃） A0值 平均水温（℃） A0值 0 5.71 40 9．28 5 6.16 45 9.66 10 6.60 50 10.05 15 7.06 55 10.43 20 7.50 60 10.82 25 7.95 65 11.16 30 8.40 70 11.51 35 8.84 75 11.86 表2-11 一些模具材料的导热系数

模具材料 碳素钢（S50C 0,5%C） … 表2-12注塑机常用水流量

水孔直径 （mm） 8 … … 水流量 （m3/min） 1.79×10-3 … 水流速 （m/s） 0.66 使用注射机 锁模力T ＜50T 60克以下注射机 … λ（W/m·℃） 53 … 2.4塑件收缩及补缩问题

（1）PA6材料收缩率为0.6%-1.4%。

………

2.5塑料对模具温度的要求

融料冷却速度对结晶度影响较大，对塑件结构及性能有明显影响，故应正确控制模温，一般为40℃-60℃，……。

2.6模具材料

模具用钢及热处理工艺见表2-13

表2-13 常用塑料模具用钢使用性能和加工性能

零件名称 型腔（凹模） 型芯（凸模）螺纹型芯 螺纹型环 成型镶件 成型推杆 45 调质 材料牌号 热处理方法 …… …… …… 第三章 塑件的工艺性分析

3.1成型塑件工艺性分析

塑料制件主要根据使用要求进行设计，…… 本设计从以下几个方面进行分析:

3.1.1尺寸精度分析

塑件如下图3-1所示

图3-1塑件零件图

未标注公差的尺寸，按《塑料成型工艺与模具设计》表3-9，MT5查取公差，其主要尺寸公差如下表3-1所示

表3-1塑件尺寸表

尺寸 塑件外形尺寸 塑件原始尺寸 ∮28 9.5 5 M24 7.5 ∮12 4.5 R0.75 R0.3 R1.8 孔尺寸 7.05 塑件转换尺寸 内形尺寸 MT5 塑件尺寸精度 MT5 MT5 3.1.2粗糙度分析 3.1.3形状分析 3.1.4脱模斜度分析

对常用塑件的脱模斜度可按以下表3-2查取。

表3-2常用塑件的脱模斜度

塑料名称 型腔 聚乙烯（PE）… …… 25′～45′ …… 脱模斜度 型芯 20′～45′ …… 所以综合考虑以上因素，取塑件脱模斜度为30′

3.1.5厚度分析

……,改进塑件的壁厚为2mm，改进前后如下图3-2所示

(a) 改进前 （b）改进后

图3-2塑件比较图

3.1.6支承面分析 3.1.7圆角分析 3.1.8孔分析

选用如表3.5所示，孔间距和孔边距可按表3-3所列数值的75％确定。

表3-3 热固性塑件的孔间距和孔边距 单位mm

孔径 孔间距、孔边距 <1.5 1-1.5 1.5-3 1.5-2 3-6 2-3 6-10 3-4 10-18 4-5 18-30 5-7 由于盲孔只能用一端固定的型芯来成型，盲孔深度可以根据不同的成型方法成型，其值参考表3-4设计。

表3-4 不同的成型方法盲孔深度的设计

项目 成型方法 传递或注射成型 尺寸设计 H≤4d 平行加压方向H≤2.5d 盲孔深度H 压缩成型 垂直加压方向（侧向）H≤2d 塑件盲孔深度5<4×7.05=28.2mm, 也满足规定要求。 3.1.9螺纹分析

如图3-3所示。塑件内螺纹始、末端过渡长度z的数值可按表3-5选取。

图3-3 塑件内螺纹的修正 表3-5 塑件上螺纹始、末端过渡长度

螺距P/mm 螺纹直径/mm ＜0.5 0.5-1 始、末端过度长度L/mm ≤10 … … 1 … 2 … 3 ＞1 注：始、末端的过渡长度相当于车制金属螺纹型芯或型腔的退刀长度。

塑件螺纹直径d=24mm,螺距p=1.5mm，故取过渡端长度6mm.

第四章 注塑工艺分析与工艺方案设计

4.1浇注系统的设计与计算 4.1.1浇注系统类型的确定

浇注系统的设计应遵行一下原则 (1)适应塑料的成型工艺性能。…… ……。

综合考虑以上原则现设计两种浇注系统方案。

方案1 分流道采用U形，浇口采用侧浇口，其布置形式如下图4-1所示 方案2 分流道采用梯形，浇口采用点浇口，其布置形式如下图4-2所示 比较上述两种方案：方案2 ……，方案1……，设计采用方案1。

4.1.2主流道和主流道衬套结构设计与计算

主流道固化时间要求：浇注系统主流道及其附近的塑料熔体应该最后固化。 （1）卧式或立式注塑机主流道结构设计要点

主流道与喷嘴结构：接触处多做成半球形的凹坑，凹坑球半径R2应比喷嘴球头半径R1大l～2mm。下图4-3为浇口套与注塑机喷嘴的配合形式。

……

图4-3 浇口套与注塑机喷嘴的配合

……

图4-4主流道尺寸

主流道小端直径：应比注塑机喷出孔直径约大0.5～l mm 常取48mm。d=5mm 主流道大端直径：应比分流道深度大15mm以上，锥角一般取2O一6O。如图4-4所示:

由经验公式：

D4v （4-1） KDd2Ltan （4-2）

式中： D——主浇道大端直径（mm）；

……；

所以浇注系统的基本尺寸为：

d=6mm，D=10mm，L=64mm，H=5mm， =5°，R=16mm 主流道衬套结构：设计成一体的，见下图4-5所示。

图4-5浇口套零件图

图4-6冷料井

（2）主流道剪切速率校核

因为该副模具是一模四腔，塑料件体积不是很大，采用点浇口要进行主流道和分流道的剪切速率校核。经验：主流道5103s-1 、分流道 5102s-1、点浇口

5105s-1，其它浇口5103～5104s-1

表4-1 流道剪切速率校核

（3）冷料井类型和结构（图4-6） 冷料井作用……。

冷料井结构：如下图4-6所示 （4）主流道总压力损失计算：

pPii1i144

8aiLiqvi （4-3） 4R式中：Li——各段流道长度，该处Li取66mm。

RiR——各段流道半径，该处i取4mm。

qvi——各段流道体积流量，该处qvi取1404.2mm

vi——各段流道中熔体表观粘度，=7.0×102Pa.s查《塑料成型模具》中国轻工业

vi出版社图3-3-6，

将以上值代入（4-3）得p=12.66MPa。

4.1.3分流道系统设计与计算

（1）分流道断面尺寸

常用的分流道截面形状有圆形、六角形、梯形、u形、半圆形及矩形等几种形式，如图4-7所示。分流道截面的形状应考虑压力损失、热量损失较少和易于加工的要求。

图4-7 分流道截面形状

取分流道的截面形状为U形

按经验计算 b0.27mg4L （4-4）

R0.5b （4-5） h1.25R （4-7） 式中 b---U流道的宽度，㎜

……

上式适用：……。按经验取值：……。 其形状如下图4-8、图4-9所示

图4-8 分流道横截面图

图4-9流道剖视图

（2）校核:分流道剪切速率

43.3qvi （4-8） R3q式中：vi——流道流量；——流道剪切速率；R——流道半径

qviR32.5104 （4-7）

将上述数值代入式（4-7）、（4-8）得 （3）分流道总损失计算：

pPii1i1448aiLiqvi （4-9）

R4式中 Li— 各段流道长度（20mm）； ……

将以上参数代入式（4-9）得：

p=37.28MPa

5-1 = 2-1510s；剪切速率确定： 经验：主流道510s；分流道510s；点浇道

3-1其它浇口5103-5104s-1

表观粘度vi确定：各段流道中熔体表观粘度，vi=7.0×10Pas。

2表4-2 流道剪切速率校核

计算公式 2符号 物理意义 当量半径 流道断面积 流道长度 出处 结果 2A①Rn3 L3.3Q② 3Rn①查《塑料模具技术手册》机械工业出版社1997.6表3—10 =1.55103s1 分流道的剪切速率在 =5102~5103S1的范围内，符合设计要求 流道的体积流率 ②查塑料设计手剪切速率 册软件版 4.1.4浇口设计与计算

（1）浇口截面形状设计 浇口的设计需要满足一下条件： 1）利于减小制品翘曲变形 ……：

根据脱模机构设计及浇口位置分布分析图表4-3，可知该塑件适合选用侧浇口。 常用侧浇口如下图4-10所示

图4.10侧浇口

侧浇口宽度和深度的经验公式为

b

(0.60.9)A （4-10）

30t(0.60.9) （4-11）

式中 b——侧浇口宽度，mm； ……。

而通过表4-3及公式（4-8）、（4-9）确定浇口。

表4-3 常用塑料所适应的浇口形式

塑料种类 聚丙烯（PP） … … 直接浇口 √ … 侧浇口 √ … … 平逢浇口 点浇口 √ … 潜伏浇口 … 环形浇口 代入数据计算得:

b=2mm；t=1.5mm；l=2mm。

（2）校核

剪切速率校核：圆形

计算公式 2A①Rn L 324qv4-110s （4-12） 3R 表4-4 流道剪切速率校核

符号 物理意义 当量半径 流道断面积 流道长度 出处 ①查《塑料模具技术手册》机械工业出版社1997.表结果 侧浇口的剪切速率在=5102~5104S1的范围内，符合设计要求 4qv② Rn3 流道的体积流率 剪切速率 3—10 ②查塑料设计手册软件版 根据计算结果所设计的浇口的剪切速率符合要求，那么可以确定浇口的尺寸长为2mm，宽为2mm，高为1.5mm.

4.2分型面的选择

分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。 分型面位置的选择考虑如下问题：

（1）外表质量：分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。 ……

（8）排气：当分型面作为主要排气面时 料流的末端应在分型面上以利排气。 该副模具在考虑以上因素后共设三处分型面：首先完成提手部位球行空间的抽芯，其次脱凹模让塑件留在定模上，最后完成内侧抽芯脱出浇注系统。

考虑到塑件的实际结构，分型面的选择，考虑一下两者能够设计方案如下图4-11图4-12所示

图4-11分型面方案1 4-12分型面方案2

因为……。所以分型面的选择采用方案1。

4.3排气系统的确定

常用的排气方法有四种 （1） 利用配合间隙排气。

…,排气槽深度可按表4-5取值。取0.01mm.

表4-5常用塑件溢边值

塑料 ABS … … 溢边值S 0.03 … 塑料 PP 溢边值S 0.01-0.02 … … 塑料 PS 溢边值S 0.02-0.03 … 塑料 POM … 溢边值S 0.01-0.03 …

4.4型腔数目的确定及型腔的布置 4.4.1型腔数目的确定

在设计一模多腔的模具时，需要确定最经济的型腔数目模具n.影响n的因素有技术参数和经济指标两个方面.技术参数包括锁模力,最大注射量,塑化能力,模板尺寸,制品尺寸精度和流变参数等.影响 图4-13 质量属性

型腔数目的重要因素有如下四个：

(1) 根据注塑机最大注塑量求型腔数 根据图4-13可知：

塑件质量ｍ=2.9cm31.14g/ cm3 =3.3(g)

预选注塑机为:SYM-800(卧式) 最大注塑量计算： 实际注塑量：

nmq0.85msoqs 型腔数量计算： 式中

m o  m so  s mso——注塑机的最大注塑量，该处mso取148.2g。

（按国际惯例指注塑在常温下密度为s=1.14 g/㎝3 的PA6的对空注塑量）q——一个塑件的质量和它均分到的浇注系统质量和，该处q取4.8g。——常温下某塑料的密度g/cm3 ，该处取0.960。

3s——常温下PS的密度g/㎝3 该处s取1.14g/cm。 所以上面参数代入式（4-13）、（4-14）得:

nm'0.85qms00.85148.20.96q.81.1422 s4（2）由锁模力和模板尺寸确定型腔数

4-13）4-14）（ （

1）型腔压力计算：pkpo=0.4×178=71.2MPa 式中：……。

（3）根据塑化能力求型腔数

模具的注塑容量还必须与注塑机的塑化能力相匹配。 型腔数：

Gtc100Gn （4-15） 3.6q6qx（4）根据塑件精度确定型腔数目

…….

综合考虑以上5个因素：确定型腔的数目为4个。

4.4.2型腔的布置

(1)尽量保证各型腔从总压力中均等分得所需的型腔压力，同时均匀充满，并均衡补料，以保证各塑件的性能、尺寸尽可能一致。

……常见型腔的布置形式见下表4-6

表4-6常见型腔的布置形式

考虑以上因素，现提出两种方案一模四腔的型腔布置形式，如下图4-14、图4-15所示

图4-14 型腔的布置方案1 图4-15型腔的布置方案2

经比较可知方案1较为适合此塑件的成型，故型腔的布置形式采用方案1

第五章 塑件三维建模及CAE分析

5.1塑件的三维建模

采用Pro/e三维建模软件，对螺纹端盖进行实体建模，如下图5-1所示

图5-1塑件三维图

5.2 CAE分析结果

通过CAE模流分析可以查看有无短射现象；注射压力是否太高；产品不同部位的收缩是否均匀；产品表面是否出现明显缩水；熔接痕出现位置；气穴出现状况与结构复杂性等。

（1）网格划分如下图5-2，塑件三维建模符合CAE分析要求。

图5-2塑件网格划分图

（2）流动分析结果

流动分析结果报告主要内容:填充时间、玻纤取向张量、速度/压力切换是的压力、压力、流动前沿处的温度、剪切速率，拉伸速率、流动速率、粘度、密度、体积温度、气穴、体积收缩率、锁模力、充填区域、冻结时间、注射位置处的压力XY图，这些分析结果见下图所示。……

……

图5-3充填时间

……

图5-4玻纤取向张量

由图5-3、5-4可知填充时间为1.16s, 玻纤取向张量取向基本一致。

……

图5-5拉伸速率

……

图5-6剪切速率最大值

图5-5、5-6颜色一致，拉伸速率基本一样，剪切塑料最大值时间为0.826s

……

图5-7密度

……

图5-8冻结时间

由图5-7知塑件密度分布均匀，图5-8知冻结时间基本一致

……

图5-9树脂充填区域

……

图5-10流动前沿温度

由图5-9、5-10知熔料能全部充满型腔，流动前沿温度相同

……

……

图5-11速度

图5-12流动速率

由图5-11、图5-12知熔料流动速率基本相同

……

……

图5-13剪切速率

图5-14气穴

由图5-13、图5-14知各处剪切速率一样，螺纹处易出现气穴

……

……

图5-15速度/压力切换时的压力

图5-16体积收缩率

由图5-15、图5-16知速度/压力切换时的压力为21Mpa,各处体积收缩率一致……

……

图5-17锁模力

图5-18注射位置处压力

由图5-17、图5-18知锁模力为6.812t，注射位置出的压力为21.10Mpa

……

……

图5-19温度

图5-20粘度

由图5-19、图5-20知温度平衡，各处粘度一样，分布情况较好

……

图5-21压力

由图5-21知,最大注射压力为21.10Mpa

结论：

1)充填阶段结束的结果摘要 ……

注射压力 =18.2551MPa ……

2）保压阶段结束的结果摘要 ……

最大剪切速率 =21951，1/s 3）由此得注射工艺参数

熔体温度 =265.00 C 模具温度 =90.00 C 注射时间 =1.08 s

……

注射压力 =21.0982MPa 速度/压力切换时充填的体积 =99.6511 % 保压压力 =17Mpa 保压时间 =11.12s 冷却时间 =20s 成型周期 =32.2s

第六章 注射机的选择及注射机工艺参数校核

6.1注塑机的技术规范 6.2注塑压力的校核

所选注塑机为：SYM-800，注射容量为130 cm3，其小孔喷嘴R=0.25cm，L=2.5cm。

zz查《塑料注塑模具设计计算简明手册》‘聚合物的幂律指数’，根据PA6取注塑温度为265℃。

经喷嘴的熔体剪切速率：

4Q（6-1） 3Rz

式中：——经喷嘴的熔体剪切速率 Q——体积流量（cm3/s）；[其中 QQV245.82= =122.91，QV-熔体体积，

2SS-充模时间] SQV245.82= =1.34，S-流经主流道的时间，所以取S=2s。

Q183.12Rz——注塑机小孔喷嘴半径（cm）（0.25）

代入式（5-1）得 经喷嘴的熔体剪应力：

式中： ——经喷嘴的熔体剪应力（N/cm2）

（0.25） k'——表观稠度 （NS/cm2）

k'n（6-2）

——剪切速率（1/s）（1.0×104S1）

n——幂律指数（0.56） 代入式（5-2）得

=0.25×（1.0×104）0.56×25

则经喷嘴的熔体压力降：

Pz2LZR

（6-3）

Z式中： Pz——经喷嘴的熔体压力降（MPa） LZ——喷嘴长度（cm）（2.5） 代入式（5-3）得

Pz=500N/cm2=5MPa

注塑装置的压力损失：

pe2.25pz （6-4）

式中： Pe——注塑装置的压力损失（MPa） 代入式（5-4）得

pe=11.25

注塑机压力校核： 0.7pmaxpepcpj

（6-5）

式中： pmax——注塑机的最大注塑压力（145MPa）

Pe——注塑装置的压力损失（11.25）

pc——成型需要的压力，一般取20～40 MPa（因为PE的流动性好，

其注塑型腔压力一般取25MPa）

pj——浇注系统的压力损失（10.4MPa）

代入式（5-5）得：

 0.7×145=101.5＞46.65

结论：以上浇注系统的各项数据均符合设计要求。

6.3锁模力的校核

6.3.1通过型腔压力校核锁模力 6.3.2型腔数目的校核计算 6.4注射量的校核

6.5开模行程和脱模距离的校核 6.6模具闭合高度的校核

第七章 注射模具设计

7.1注射模的结构设计 7.1.1标准注塑模架的确定

选用标准注塑模架零件，该标准是1984年2月27日由原国家标准局批准并发布，规定了1985年1月1日实施。该标准共有11个通用零件，主要包括注塑模具中常用的推出、导向、定位等零件和模块、模板。

（1）GB/T4169.8-1984 模板， 见《中国模具设计大典》表13.2-10。 ……

（7）GB/T4169.2-1984 直导套， 见《中国模具设计大典》表13.2-3。 选用A2模架如图7-1 ……

图7-1模架图

7.1.2型腔、型芯结构设计

（1）凹模结构设计 如图7-2所示

图7-2凹模零件图

（2）型芯结构设计

螺纹型芯轴来成型塑件的内螺纹，在成型时考虑塑件的收缩率，其表面粗糙度要小（Ra<0.4um）应有0.5。脱模斜度，零件图如下图7-3所示，用六边形 型芯来成型塑件上的孔，采用螺钉将其与定模板联接。其基本结构如下图7-4所示。

图7-3凸模螺纹型芯轴 图7-4带六棱柱的型芯

7.1.3脱模机构设计

考虑了三种脱模机构方案，进行分析比较，以便得出更为合理的脱模方法。

方案一，强制脱模：……。

方案二，如图7-5所示这种脱螺纹机构结构简单、可靠。……。

…

图7-5拼合型环脱螺纹方式

方案三，

（1） 脱出螺纹基本方法选用“螺纹型心后退式”，此法适用于端面止转及内孔出

筋止转。

（2）螺纹型芯只旋转轴不向退回的结构：此方案型芯或型环与转轴的连接和安装的方法简单，但塑件止转方法较复杂，当型芯旋转不退回时，依据塑件结构，旋转和止转均设计在动模侧。当型芯旋转不退回时，塑件将发生轴向移动，见图7-6。

图7-6螺纹型芯旋转轴不后退的脱螺纹方式

通过比较方案一、方案二和方案三比较，方案三中（2）的“螺纹型芯只旋转不轴向退回的脱螺纹机构”最满足此次设计宗旨，下面对此次齿轮传动系统进行设计。

7.1.4注射模具零件设计

由方案三（2）中的脱模机构可知，该副模具需进行比较多的零件设计。 型腔和型芯的设计在前节已确定，下面对其主要连接零件，定位零件，导向零件进行设计。

（1）模具主要连接件选择或设计 模板之间的连接件…,如下图7-7所示

……

图7-7内六角头螺钉

（2）模具主要定位件选择或设计

模架在安装时，圆柱定位销和圆锥定位销，如下图7-8、图7-9所示

……

图7-8圆锥销

……

图7-9圆柱销

（3）模具主要导向件选择或设计

模具主要采用导柱进行导向，采用对称不等径的布置方式，导柱与导套用间隙配合，

当要求精度高时，可选用紧一点的配合，但过紧的配合会引起较快的磨损、拉伤，设计使用寿命较长直接加在模板上，而应嵌入导向套，导向套表面硬度大、耐磨、易更换。如下图7-11所示

图7-11导柱与导套配合形式

（2） 齿轮零件的设计，齿轮的传动设计见7.2.3所示

（3） 轴承的选择，根据前面对型芯凸模轴的设计，轴承选择61904GB/T276-199

7.2注塑模具设计及计算 7.2.1型腔和型芯成型尺寸计算

（1）塑件精度影响误差值的确定 ……

（2）按平均收缩率计算成型尺寸

通常，凸凹模的工作尺寸根据塑料的收缩率，凸凹工作尺寸的制造公差和磨损量三个因素确定，塑件零件图见第三章，图3-1所示。

1）凹模的工作尺寸。具体计算公式如下： 凹模的径向尺寸为：

 (Lm)0 （7-1） [(1S)Lsx]0zz式中 Lm——模具型腔径向基本尺寸；

Ls——塑件外表面的径向基本尺寸； S——塑件平均收缩率；

——塑件外表面径向基本尺寸的公差；

z——/3；

x——0.75

0塑件外形基本尺寸： 2800.5mm，120.2mm， S=0.015

将以上参数代入（7-1）得：

0.170.067模具型腔工作尺寸 ：28.0450120mm

凹模的深度尺寸计算公式为：

 (Hm)0 （7-2） [(1S)Hsx]0zz式中 Hm——模具型腔深度基本尺寸；

Hs——塑件凸起部分高度基本尺寸； x——2/3；

塑件外形高度部分尺寸：9.50，500.48mm0.24mm 将以上参数代入（7-2）得：

模具型腔高度尺寸： 9.30.160.0802mm

4.910mm 2）凸模的工作尺寸。具体计算公式如下： 凸模径向尺寸计算公式为：

(l00m)z[(1S)lsx]z ……

将以上参数代入式（7-4）得： 模具型芯高度尺寸： 5.1600.08mm 3）螺纹型芯工作尺寸计算 0①螺纹型芯大径 ： (d0m大)z1Sds大+△中 z0②螺纹型芯中径 ： (dm中)0z1Sds中+△中 z0③螺纹型芯小径 ： (d)zm小01Sds小+△中 z式中： dm大——螺纹型环大径基本尺寸

………

z —螺纹型环中径制造公差，可取z=中/5

塑件内螺纹尺寸：240.15mm， 23.350.150.1500mm，22.9170mm将以上参数代入式（7-5）、（7-6）、（7-7）得：

螺纹型芯尺寸： 24.520，23.85000.04mm0.03mm， 23.420.04mm4)螺纹型芯螺距工作尺寸

zz

(Pm)2Ps(1S)2 (7-8)

式中： Pm——螺纹型芯螺距工作的基本尺寸 Ps——塑件内螺纹螺距的基本尺寸 z——螺纹型芯螺距制造公差

7-3）7-5）

7-6）

（7-7）

（ （ （

塑件内螺纹螺距的基本尺寸Ps1.5mm 将以上参数代入式（7-8）得：

螺纹型芯螺距尺寸 Pm=1.530.15mm

7.2.2成型零件力学计算

（1）模板和模具的接触应力强度校核 结论：模板和模具的接触应力强度满足要求。 （2）凹模型腔强度与刚度计算

塑件外圆尺寸φ28mm,模具型腔为整体式凹模材料40Cr。 1）强度计算：

1[]Sr[()2-1][]2P] （7-10）

2）刚度计算：

E[]+0.75rP1Sr[()2-1] （7-11）

E[]-1.25rP式中：E——弹性模量; []——允许变形量 将各数据代入式（7-11）得 所以型腔的最小厚度S=4mm。

由于凹模板是整体式的，也远满足设计要求。

7.2.3齿轮传动的设计

按照方案三（2）的螺纹脱模机构对齿轮进行设计 （1）传动比分配 设计总传动比为i0.4

第1级，齿条－直齿圆柱齿轮传动， i10。 第2级，直齿锥齿轮－直齿锥齿轮传动 i20.8 第3级，直齿圆柱齿轮－直齿圆柱齿轮。i30.5

变速组齿轮齿数的确定原则是：齿轮结构尺寸紧凑，输出轴转速误差小。具体要求是：齿数和S≤100～120；受传动性能限制的最少齿数，一般Zmin=18～20，高速齿轮

Zmin=25；

齿轮传动强度设计需依据塑件脱模力矩大小确定，故下面对脱模力矩进行计算。 （2）脱模力矩计算

该塑件有内螺纹，要计算螺纹型芯旋出的所需的力矩，以确定所需动力作为设计机械传动装置的依据。

如下图所示塑件对螺纹型芯的总抱紧力ps ，假设作用在螺纹中径的圆柱面上，由此可得所需型芯或塑件旋转的脱模力矩

Mfcpsr2fc(p1p)2r 2（7-12）

式中：r2——螺纹中径的半径值，

fc——塑件与钢表面间的脱模系数。

该包紧力由两部分组成，psp1p2其中p1是以中径圆柱体作为内表面的壁厚或薄壁的圆筒塑件的抱紧力。

当圆筒壁厚td2/20

p1当圆筒壁厚td2/20

p11.25E(TfTj)Rr2uR2r22221.5αE(TfTj)r2Ac

（7-13）

Ac

（7-14）

Ac2r2h （7-15） 式中： α——塑料的线膨胀系数，1/℃;

……

h——螺纹长度,mm。

p2是塑件内螺纹齿形对型芯牙形的轴向包紧力，可视为具有凹槽塑件的加紧力。

p21.5E(TfTj)(d2d12)式中：d——螺纹外径；

(7-16)

d1——螺纹内径。相邻螺纹牙齿间的夹紧力会相互抵消，螺纹升角影响很小，

而牙形一般是对称的。

因为塑件平均壁厚t=2mm，螺纹大径为d为24，中径d2为23.35，小径d1 为22.917，

R为14mm，r2为11.675mm，壁厚与中径之比

21，属于厚壁壳体形塑件。且塑23.3520件横断面为圆形。

查《简明塑料模具设计手册》第四章表4-38得

-1

E1.95103MPa；fc0.4；Tf140℃；Tj90℃；8105℃；u0.35

代入式（7-14）、（7-16）、（7-12）计算得 905.6 N

594.5 N

即为第三级传动单个塑件所需的脱模力矩，因为设计为一模四腔，所以第三级传动轴的总力矩为M34728Nm， 第二级传动轴力矩M2M25670Nm。 i120.8M32856Nm，第一i230.5级传动轴力矩M1传递功率

pMn103 （7-17） 9550把以上数据代入式（7-16）得 第三级传动功率 p3M3n2890103103264w 95509550p3264==293.3w η230.9第二级传动功率 p2第一级传动功率 p1p2293==326w η120.9又因所选注塑机电动机功率N=9Kw

所以脱螺纹时所需旋转功率为：326w<9000w，远满足需求。 （3）直齿轮传动设计

进行齿轮传动设计需满足以下强度条件 齿面接触疲劳强度条件

δH=ZEZHZε齿根弯曲疲劳强度条件

2KT1u1[δH]bd12u

（7-18）

ＫFδＦ＝tYFaYsaYδＦ] ε[bm （7-19）

式中：δH——齿面接触应力； ……Yε——重合度系数。 由此进行齿轮传动设计，并代入相关参数得以下 ①设计参数

传递功率 P=0.26(kW) 传递转矩 T=56(N·m) 齿轮1转速 n1=45(r/min) 齿轮2转速 n2=90(r/min) 传动比 i=0.50 原动机载荷特性 SF=均匀平稳 工作机载荷特性 WF=均匀平稳 预定寿命 H=20000(小时) ②布置与结构

齿轮1布置形式 悬臂布置 齿轮2布置形式 悬臂布置 ③材料及热处理

齿面啮合类型 软齿面 热处理质量级别 Q=ME 齿轮1材料及热处理 40Cr<调质> 齿轮1硬度 275 HBS 齿轮2材料及热处理 34CrNi3Mo<调质> 齿轮2硬度 305 HBS ④齿轮精度

齿轮1精度 7级 齿轮2精度 6级

⑤齿轮基本参数 ……

⑥强度校核相关系数 ……

⑦强度校核数据 ……

结论：通过以上计算所设计的直齿轮满足强度要求。 （4）锥齿轮传动设计

锥齿轮的设计参照直齿轮的设计步骤，这里就不进行强度校核计算，利用附录计算程序，直接给出计算结果，其主要几何尺寸如下

齿数比u uz1280.8 z235分锥角 1art(tanu)38.65 当量齿数zv zv1z12836 cos1cos38.65大端模数m m2mm

大端分度圆直径d d1mz122856mm

锥距R Rm2z12z2228235244.82mm 22齿宽系数R R0.33

齿高h hhahfm1.2m2.2m2.224.4mm 大端顶圆da da1d12hacos156220.77859.2mm 齿顶角a

aart(tanha)2.6 RhfR)3

齿根角f fart(tan顶锥角a a141 根锥角f

f136

（5）齿轮齿条传动设计

齿轮齿条的设计也参照直齿轮的设计步骤，这里也不进行强度校核计算，直接给出计算结果，其主要几何尺寸如下

模数m1.5 齿数z120 齿形角20 …

7.2.4螺纹圈数与齿条关系

此次设计的零件体积很小，开模力将远大于零件的摩擦力，所以不从强度计算方向进行传动零件的设计，如齿轮的设计。

由于塑件有螺纹，故开模时采用较小的速度，取脱螺纹速度为n3= 1.5r/s,即90r/min，塑件螺纹长度为7.5mm，螺距为1.5mm,所以螺纹圈数为5圈，型芯轴需旋转5圈才能完全脱出螺纹，因传动比为i=0.4，n1=n3/0.4=0.6r/s,即36r/min，则一级传动轴需转5×0.4=2圈。

因为轴齿轮模数m=1.5,齿数=20，则公称直径d=30mm，圆周周长L=π×d=3.14×30=94.2mm，轴齿轮转2圈即在齿条上移动2L=188.4mm。

因此所需齿条长度至少为188.4mm

7.2.5塑件脱螺纹和开模行程计算

…

如下图7-10所示开模示意图

图7-10开模示意图

所以开模行程取190mm。

7.3模具热平衡计算

……。

由于PA6塑料成型时要求模温在60～100(C)，并且塑件尺寸较小，故模具不考虑设置加热系统，冷却装置考虑如下：

（1）单位时间里模具型腔内的总热量QIN 总热量QIN（KJ/h）为

QINWQ1NGQ1 （7-19）

式中 W——单位时间内注入模具型腔中的塑料重量(KJ/h)；

…

Q1C（ （7-20） 21max1min）式中 C2——塑料的比热容[KJ/(kgc)]；

…

由表2-3查得：C2=1.340KJ/(kgoc)，由于PA6塑料是非结晶型塑料，所以μ=0。

θ1max220oc,θ1min55oc，由moldflow分析结果可知，成型周期T由注射时间、保压时

间、冷却时间和开闭模时间组成，T=40s。

代入式（7-20）得

将以上数据代入式（7-19）得

（2）通过自然冷却所散发的热量Qc、QR、QL

通过自然冷却所散发的热量由三部分（Qc、QR、QL）组成。

1）由对流所散发的热量Qc（KJ/h）

Q1F(t2mt0) C （7-21） 式中 F——模具表面积(m2)； …

1——传热系数[(KJ/(cm2hc)]，当0θ2m<300c1At(t2mt0)1/2。

''' '' （7-22）

FF'F' （7-23）

式中：F'为模具四侧面积；F''为模具对合面积；为开模率 代入式（7-21）、（7-22）、（7-23）数据计算得：

FF'F''=0.2×0.2×4＋0.25×2×0.3=0.31 m2

Qc=At(t2mt0)1/2×0.31×（55-20）=268.7KJ 2）由辐射所散发的热量QR（KJ/h） QR20.8F[(273t2m4273t04)()] （7-24） 100100式中：QR——由辐射散发的热量（KJ/h）；

F'——为模具四侧面积（m2），该处F'为0.16。

——辐射率，磨光面0.04～0.05, 一般加工表面0.8～0.9，毛坯1.0； 代入式（7-24）得

273554273204QR=20.8×0.16×0.85=124KJ 1001003）向注塑机工作台面所传热量

QL3.6F'''(t2mt0) （7-25） 式中：QL——向注塑机工作台面所传热量（KJ/h） …

将上式值代入式（7-25）得：

QL=3.6×105×0.05×（55-20）=1034.5KJ

通过自然冷却所散发的热量

QoutQcQRQL=268.7+124+1034.5=1426.7KJ＞QIN=1253.6KJ

故不需要设置专门的冷却系统。

第八章 绘制模具图

8.1绘制总装结构图

绘制总装图采用1：1的比例。 模具总装配包括以下内容： ……

8.2绘制全部零件图

……

8.3校对、审图

8.3.1模具及其零件与塑件图纸的关系

模具及模具零件的材质、硬度、尺寸精度，结构等符合塑件图纸的要求。

8.3.2塑料制件方面

塑料料流的流动、缩孔、熔接痕、裂口，脱模斜度等不影响塑料制件的使用性能、尺寸精度、表面质量等方面的要求。成型材料的收缩选用得正确。

8.3.3成型设备方面

注射量、注射压力、锁模力，模具的安装，制件的抽芯，脱模；注射机的喷嘴与浇口套正确地接触。

8.3.4模具结构方面

（1）分型面位置及精加工精度满足需要不会发生溢料，开模后能保证塑料制件留在有顶出装置的模具一边。

（2）脱模方式正确，推杆、推管的大小、位置、数量合适，推板不会被型腔卡住，不会擦伤成型零件。

（3）模具温度调节方面。冷却介质的流动线路位置、大小、数量合适。 （4）处理塑料制件侧凹的方法，脱侧凹的机构恰当。

（5）浇注、排气系统的位置、大小恰当。

8.4模具设计的标准化问题 8.4.1整体结构标准化

采用标准典型模具结构进行模具设计：模板，凸模固定板，凹模固定板，导柱，选用国标。

8.4.2常用模具零件标准化

推杆、导柱、导套、模脚、推杆固定板及垫板等均采用标准化。凡是能够标准的模具零件和部件，均应尽量标准化。

8.5凹模加工工艺规程的编制

凹模零件图如下图8-1所示 加工工艺见表8-1

表8-1凹模加工工艺表

序号 1 2 3 4 工序名称 下料 热处理 刨平面 钻、镗孔 255mm×255mm×30mm 正火 252mm×252mm×27mm 钻导柱配合孔φ25mm、φ28mm,销孔φ12mm、锥孔φ6mm,通孔φ14mm，再扩成阶梯孔φ20mm深16mm,圆周止转孔，φ1mm，凹模孔φ28mm,加工至图纸设计精度 5 6 7 8 铣 磨 电火花加工 研、抛光 铣U形分流道b=5mm、R=2.5mm、h=3.5mm，矩形点浇口L=2mm、b=1.5mm、h=2mm 磨六表面至Ra1.6、保证垂直度为0.01mm 加工凹模型腔至指定尺寸精度 研磨、抛光型腔粗糙度至Ra0.2mm 工序内容 第九章 总 结

…

参考文献

［1］塑料模具设计手册编委会．塑料模具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2001

…

致 谢

…

附录：圆锥齿轮参数计算程序

/*

* File: bevel_gear.c

* This program reads the tooth_number number and Module, * to get the other parameters of the bevel gears #include #include\"math.h\" #define PI 3.14 #define C 0.25 #define HA 1 #define angle 20 main() { int Z1,Z2; float

minute_1,minute_2,minute_t,minute_top1,minute_top2,minute_bom1,minute_bom2,ha,hf,c,m,h,da1,da2,df1,df2,db1,db2,p,s,e,a,d1,d2,pb,R,Zv1,Zv2; printf(\"Please input teeth_number number:\\n\"); scanf(\"%d,%d\

printf(\"Please input the Module number:\\n\"); scanf(\"%f\

minute_1=atan2(Z1,Z2)*180/3.14; minute_2=90-minute_1; ha=HA*m; hf=(HA+C)*m; h=(2*HA+C)*m; c=C*m;

d1=m*Z1; d2=m*Z2;

da1=d1+2*ha*cos(3.14*minute_1/180); da2=d2+2*ha*cos(3.14*minute_2/180);

df1=d1-2*hf*cos(3.14*minute_1/180); df2=d2-2*hf*cos(3.14*minute_2/180); db1=d1*cos(3.14*angle/180); db2=d2*cos(3.14*angle/180); R=m*sqrt(Z1*Z1+Z2*Z2)/2; minute_t=atan2(hf,R)*180/3.14; minute_top1=minute_1+minute_t; minute_top2=minute_2+minute_t; minute_bom1=minute_1-minute_t; minute_bom2=minute_2-minute_t; p=PI*m; s=PI*m/2; e=PI*m/2;

pb=p*cos(3.14*angle/180); Zv1=Z1/cos(3.14*minute_1/180); Zv2=Z2/cos(3.14*minute_2/180);

printf(\"The commom parameters of the gears:\\n\"); printf(\"Height_addendum=%f\\n teeth_thick=%f\\n

teeth_space=%f\\n

Height_dedendum=%f\\n top_space=%f\\n

pb=%f\\n

Height_total=%f\\n Face_width=%d\\n

R=%f\\n,minute_teeth=%f\\n\printf(\"The parameters of the small gear:\\n\");

printf(\"minute=%f\\n,minute_top=%f\\n,minute_bom=%f\\n,Dem_pitch=%f\\n

Dem_addendum=%f\\n,Dem_dedendum=%f\\n,Dem_base=%f\\n,Zv1=%f\\n\ minute_top1,minute_bom1,d1,da1,df1,db1,Zv1); printf(\"The parameters of the big gear:\\n\");

printf(\"minute=%f\\n,minute_top=%f\\n,minute_bom=%f\\n,Dem_pitch=%f\\n, Dem_addendum=%f\\nDem_dedendum=%f\\n,Dem_base=%f\\nZv2=%f\\n\ minute_2,minute_top2,minute_bom2,d2,da2,df2,db2,Zv2);

｝