斜齒輪組件注塑模設計【說明書+CAD】

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畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯 系 別 電信息系系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 B070203 姓 名 李 勇 學 號 B0706011 外文出處 ScienceDirect International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 740–747 附 件 1. 原文； 2. 譯文 分析快速成型注塑模具加工程序 Sadegh Rahmati, Phill Dickens 摘要 隨著全球市場競爭的日益激烈，企業(yè)壓力增加，不斷調低產品生產周期。由于交貨時間和工具加工成本趨于下降的趨勢,所以現代工具制造廠必須在壓力下快速、準確、以較低成本來生產產品?？s短生產原型產品是時間加快新產品開發(fā)的關鍵?？焖俪尚湍＞呱a當中，特別使用快速成型技術制造注塑模具裝配可節(jié)約生產成本并減少時間。在本文中,快速成型技術是用來直接生產快速注射模這種短期生產工具。對快速成形工具成功注射的數量及其性能進行評價分析?？焖俪尚铜h(huán)氧工具能抵抗注射壓力、注射溫度以及500次注射次數。對注射過程中工具失效機制調查得知工具的失效是由于過度的彎曲應力或是因為由于剪切應力過大而造成的。 2006年愛思唯爾出版社有限公司版權所有。 介紹 設計降低生產新部件時間的方法,因為產品的交貨時間拖很久的話無法滿足客戶需求[1,2]。設計能力提高、產品品種增加、交貨時間縮短，以及產量降低，均是快速模具技術發(fā)展的重要驅動力,生產期間，加工時間和生產成本明顯有所降低[3 - 5]。與此同時,快速成型模具加工技術正在不斷提高,并在制造商企業(yè)內越來越受歡迎 [6 - 8]。在諾丁漢大學研發(fā)的快速成型注塑模具工具方面占有兩種優(yōu)勢。 第一種是在在應力和溫度的極端條件下針對工具的設計可提供資料數據,并能從不同的測試中獲取數據, 類似于真實情況[9]。第二種是研發(fā)一種理論分析快速成型注塑模具過程的方法 [10]。這證明可使用少量的快速成型注塑模具成功生產五百個以上數量的工具零件。 作者：S. Rahmati的郵箱，rahmati@rapidtoolpart.com。英國拉夫堡大學快速生產研究小組的負責人和教授。 實驗方法 在構建快速成型注塑模具工具過程當中，根據光固化快速成型250型號快速成型機上的CAD數據，直接將環(huán)氧樹脂殼層嵌入到模具當中。這些嵌入物正好通過鋼框架插入到鋼模具當中，模具背面用鋁粉或是鋁薄片和環(huán)氧樹脂的混合物填充(圖1)。這些混合物額外增加了嵌入物力量并使模具具有散熱特點。使用50噸的巴頓菲爾注塑機測試快速成型工具，生產聚丙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯零件。如圖2 彈簧澆注系統 快速成型模具 上內模 腔鋼框架 模后填充材料 鐵心用鋼框架 頂出 針 快速成型模具下內膜 圖1：快速成型模具工具鑲件橫截面 圖2：從快速成型工具取出后的模具狀態(tài) 模具加工過程當中，測出型腔模具溫度和壓力，利用不同的熱電偶控制熔體溫度，以盡可能地確保型腔狀態(tài)保持一致。使用光學顯微鏡或是掃描電子顯微鏡檢測兩種模具斷裂樣本。裂縫的立方體用于橫截面和斷裂面的研究。裂縫當中嵌入模具材料的立方體，使用鑄造材料鑄好，切割然后使用光學顯微鏡將其拋光，以便于檢測?？墒牵褂脪呙桦娮语@微鏡研究立方體斷裂面和模心，導致快速成型模具工具出現失效機理。 注射壓力分析 在噴射器底部放上測壓軟件來檢測壓力剖面（如圖3）。 澆道套 模制 澆鑄道 噴射器內角 模腔邊 噴射器中間 噴射器 測壓元件 模蕊側  噴射器中間 測壓元件電纜 圖3：噴射器和測壓元件的位置 在頂針施加的壓力將轉移到放置在噴射器另一末端的測壓元件上。取五個頂針其中的三個,其中一放在噴射器中間，另外兩個放在噴射器拐角處，測量壓力。所有的測壓元件與數據記錄器連接，并用電腦操作。在注射過程中記錄的變化電壓轉換成為壓力。結果如圖4描繪所示，在噴射器中間達到最大噴射壓力1650 psi （11.4兆帕), 在噴射器拐角壓力下降到約1300psi(9兆帕)。 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個地方的壓力剖面 Corner Pressure 1 Middle Pressure Corner Pressure 3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 時間 (秒) 圖4. 快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個地方的壓力剖面。 快速成型環(huán)氧樹脂模具工具相關溫度和材料的研究 圖5記錄了在周期時間內的典型實際溫度，在開始下一次注射前，溫度達到451攝氏足夠在規(guī)定時間內完成使模具冷卻過程。為了計算抗?jié)q強度和剪切應力，需準備標準實驗樣品，規(guī)格按照ISO527測量剪切應力，按照ISO179檢測沖擊強度。 120 100 80 60 40  模心1 模心2 模心3 模心4 型腔1 型腔2 型腔3 型腔4 20 0 0 100 200 300 400 500 600 時間 秒) 圖5：環(huán)氧樹脂模具工具內逐次循環(huán)溫度變化 沖擊強度平均值被測定為28.4 kJ/m2 ，不同溫度平均值如圖6描繪所示。環(huán)氧樹脂拉力和剪切力測試結果如圖7所示。 100 90 沖擊強度 80 70 60 50 40 30 20 10 20 30 40 50 60 70 80 90 溫度 (攝氏度) 圖6：飽和環(huán)氧樹脂的不同溫度下相關的沖擊強度。 70 70 60 60 抗拉強度(MPa) 50 剪切應力(MPa) 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 溫度 (°C) 圖7：快速成型環(huán)氧樹脂5170型號模具的相關溫度下的最大抗拉強度和最大剪切應力 失效機理分析 當塑膠被注入到在型腔時,型腔內突然壓力上升, 在成型周期期間內腔壓力達到最高(圖4)。這種壓力表現出核心特征,這可能導致工具斷裂,如果超過材料的極限抗拉強度極限抗撓曲強度，圖8顯示了在注塑期間各種可能發(fā)生的情況,。在8(a),沒有失敗,8(b)中出現一個彎曲故障，8(c)有一個剪切破壞。瞬間彎曲應力會導致過程失敗,或是裂紋擴展，疲勞失效。 立方體 模制 流動方向 旋轉點 熔體壓力傳感器 熔體壓力傳感器 (a) (b) (c) 圖8：注射期間發(fā)生不同情況下示意圖，(a) 沒有失敗; (b) 玩去破壞; (c) 剪切失敗. 在注射過程中抗彎失敗 觀察到絕大多數失敗的情況是在彎曲應力上。出現彎曲故障時注射壓力克服了工具的抗彎強度,致使繞軸點旋轉,最終導致斷裂(圖8(b))。如果注射壓力超出了快速成型模具工具的抗彎強度這種情況可能會出現,但通?？箯澥∈怯捎谑褂么螖颠^多 (圖9)。表1記錄了快速成型模具立方體的抗彎強度的相關理論計算。 Z Y X軸方向的彎曲應力 X a h Y Y 中性軸 塑性流動 圖9立方體壓力參量和迎風氣流示意圖 表 1 快速成型模具立方體彎曲應力 慣性矩 力矩 彎曲應力 40 1攝氏度 撓曲強度 （m4) (N m) (Mpa) (Mpa) 立方體1 108 x 10—12 1.687 46.85 65.0 然而,在實踐當中,產生了數以百計的快速成型模具工具零件失效情況,過高地估計理論模型的彎曲應力。這兩個理由，第一，最小寬高比為10時彎曲應力方可承擔,而實驗當中高寬比為四。第二, 在注射過程中注射壓力施加應該在在立方體的前面,但是現實中這種壓力施加在熔壓方塊的后面。 疲勞裂紋擴展 圖10是一幅拍攝在實際故障發(fā)生前的制模斷面圖，圖中顯示的是在后續(xù)注射制模時真實的逆裂紋方向，也就是裂紋產生的相反方向。圖11顯示了一個簡單的立方體的抗彎失敗圖,而圖10是經過大量的鏡頭拍攝得到的。在快速成型模具工具在設置應力集中時發(fā)生裂紋萌生,如尖銳的角度和階梯(此為快速成型模具工具零件固有性質)。 圖10：制模過程失敗前產生的多余的裂紋 圖11：抗彎失敗后裂紋擴展圖 裂縫破壞的跡象如圖12所示,能看到在破裂面條紋形式排列,每條裂紋都代表裂紋擴展狀態(tài)。 圖12 掃描式電子顯微鏡下觀察到的斷裂面上的真實條紋 剪切破壞 剪切破壞在熔體流動的方向剪切時出現。圖13展示了快速成型模具立方體的剪切斷面圖。值得注意的是,快速成形模具立方體是通過塑料流動堆積而成的表2記錄了剪切應力的計算結果, 在操作期間產生快速成型工具的最大剪切應力，均低于快速成型工具工具的抗剪強度。此外, 在表2最后一列所示注射溫度超過401攝氏度時快速成型工具可以被制做成功。圖14,描繪立方體各點最大剪切應力的剪切應力與平均剪切應力比較，以及最大剪切應力各點拋物曲線情形。 表 2 快速成型模具立方體個點剪切應力 剪切面積 AS (mm2) 剪切力 V (N) 剪切應力 tave (Mpa) 剪切強度（40 1攝氏度） (Mpa) 最高溫度 (1C) 立方體1 36 421.64 11.71 24.3 65.3 立方體2 2 30 421.64 14.05 24.3 61.5 立方體3 3 24 421.64 17.57 24.3 55.9 立方體4 18 421.64 23.42 24.3 46.4 ? ? N.A. 圖14：最大立方體底部剪切壓力分布圖 結論 該技術成功的關鍵是快速成形工具必須有極低的導熱系數和較短的注射時間 (圖15)。這兩個因素是快速成型注塑模具成功的關鍵, 可大多情況下都被忽略了。 圖15：注射期間壓力與溫度相關分布圖 工作的結果可歸納如下: ?使用環(huán)氧樹脂過以生產超500個零件，并且使用外間空氣冷卻型腔到451攝氏度。 ?在注射過程中工具的失效歸因于塑料溫度。 ?在注射過程中在工具韌性不好,或在工具溫度過高時可能會出現失敗。 ?經驗和理論計算確認,在注射過程中大多是由于抗彎曲應力失效而失敗。減少了長寬比的特征會降低工具抗彎曲失敗的現象。 ?在注射過程中很少可能由于彎曲破壞而導致剪切應力失效，由于快速成形工具要求特定條件，溫度超過401攝氏度才能注射。 參考文獻 1. [1] D. Chen, F. Cheng，《工業(yè)技術一體化的產品和工藝開發(fā)過程使用快速成型和工作細胞仿真技術雜志》16(1)(2000)。 2. J.A. McDonald, C.J. Ryall, D.H. Wimpenny快速原型個案資料，專業(yè)工程出版，英國，2001。 3. M.A. Evans, R.I. Campbell，使用快速成型模型比較評估工業(yè)設計和加工技術研討會，快速樣機成型雜志 9（5）（2003） 4. A. Venus, S. Crommert,快速成型注塑模具工業(yè)生產，快速原型法，容積2（2）。美國迪爾伯恩市1996。 5. Y. Li, M. Keefe, E.P. Gargiulo,研究直接加工快速成型模具工具，第六快速成形制造方法歐洲會議，諾丁漢,英國,1997年7月,ISBN:0-9519759-7-8，頁數：253-266。 6. P. Decelles, M. Barritt, AIM原型工具,三維系統,1996年P / N 70275/11-25-96。 7. T. Greaves, (Delphi-GM),研究:利用快速成型技術發(fā)展注塑模制模工具，生產廠家會議,1997年。 8. P. Jacobs,快速成型模具進展,快速成型會議，10月，美國馬里蘭大學,1996年。 9. S. Rahmati, P.M. Dickens,快速成型注塑模具工具,第六個快速成形及其制造方面的歐洲會議，諾丁漢,英國,ISBN:0-9519759-7-8,1997年,第213-224頁。 10. S. Rahmati, P.M. Dickens,注塑模具的失效分析,第八年度固體成形技術,德克薩斯州,1997年,頁數295-305。 河南機電高等專科學校 學生畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 學生姓名 學 號 指導教師 選題情況 課題名稱 斜齒輪組件注塑模 難易程度 偏難 適中 √ 偏易 工作量 較大 合理 √ 較小 符合規(guī)范化的要求 任務書 有 √ 無 開題報告 有 √ 無 外文翻譯質量 優(yōu) 良 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 好 √ 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 √ 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) √ 良 中 差 中期成績評定： 所在專業(yè)意見： 負責人： 年 月 日 河南機電高等專科學校 畢業(yè)設計（論文）任務書 系 部： 材料工程系 專 業(yè)： 模具設計與制造 學生姓名: 學 號: 設計(論文)題目： 斜齒輪組件注塑模 起 迄 日 期: 2006 年 3 月10日~ 5月15日 指 導 教 師: 發(fā)任務書日期: 2006年 3 月 10日  任務書填寫要求 1．畢業(yè)設計（論文）任務書由指導教師根據各課題的具體情況填寫，經學生所在專業(yè)的負責人審查、系主管領導簽字后生效。此任務書應在畢業(yè)設計（論文）開始前一周內填好并發(fā)給學生； 2．任務書內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼； 3．任務書內填寫的內容，必須和學生畢業(yè)設計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應當經過所在專業(yè)及系主管領導審批后方可重新填寫； 4．任務書內有關“系”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數字代碼，學生的“學號”要寫全號，請規(guī)范化填寫； 5．任務書內“主要參考文獻”的填寫，應按照國標GB 7714—87《文后參考文獻著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性； 6．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2002年4月2日”或“2002-04-02”。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 1．本畢業(yè)設計（論文）課題來源及應達到的目的： 題目：斜齒輪組件的成型工藝及塑料模具設計 原始資料: 設計題目：斜齒輪注塑模 生產批量：大批量生產 2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內容和要求（包括原始數據、技術要求、工作要求等）： 內容：（1）完成斜齒輪組件零件的工藝性分析及工藝方案制定 （2）斜齒輪組件模具裝配圖及全部零件圖的繪制 （3）完成模具主要工作零件的工藝規(guī)程編制 （4）編寫設計說明書 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 系部意見： 系領導： 年 月 日 ?塑料模具工業(yè)現狀及發(fā)展方向 姬經信 一、我國塑料模具工業(yè)的發(fā)展現狀 80年代以來，在國家產業(yè)政策和與之配套的一系列國家經濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產值為245億，至2002年我國模具總產值約為360億元，其中塑料模約30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。 我國塑料模工業(yè)從起步到現在，歷經半個多世紀，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板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數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Ⅰ.K模具有限公司制造多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產品的水平，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，具體數據見表一。 成型工藝方面，多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(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，一般采用內熱式或外熱式熱流道裝置，少數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，以生產家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數量的CAD/CAM系統，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、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、華中理工大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內模具的具體情況、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，并且出現了一些國產的商品化的熱流道系統元件。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。表1:國內外塑料模具技術比較表 項目 國外 國內 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% 標準化程度 70～80% 小于30% 中型塑料模生產周期 一個月左右 2～4個月 在模具行業(yè)中的占有量 30～40% 25～30% 據有關方面預測，模具市場的總體趨勢是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時，由于近年來進口模具中，精密、大型、復雜、長壽命模具占多數，所以，從減少進口、提高國產化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材接頭模具成為模具市場新的經濟增長點，高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡模的發(fā)展也將高于總平均水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在“十五”期間將有較大發(fā)展，特別是電冰箱、空調器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產品方面，除了彩電等音像產品外，筆記本電腦和網機頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場的增長點。 二、我國塑料模具工業(yè)和今后的主要發(fā)展方向將包括： 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；基于網絡的CAD/CAM/CAE一體化系統結構初見端倪，其將解決傳統混合型CAD/CAM系統無法滿足實際生產過程分工協作要求的問題；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.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率和質量，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，積極生產價廉高質量的元器件，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品質量的前提下，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的普通注射工藝有更多的工藝參數需要確定和控制，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。 4.開發(fā)新的成型工藝和快速經濟模具。以適應多品種、少批量的生產方式。 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，首先要制訂統一的國家標準，并嚴格按標準生產；其次要逐步形成規(guī)模生產，提高商品化程度、提高標準件質量、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)質材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質量顯得十分必要。 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、調整、廉價的檢測設備是實現逆向工程的必要前提 河南機電高等專科學校 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學生姓名： 學 號： 專 業(yè)： 模具設計與制造 設計(論文)題目： 斜齒輪注塑模與模具設計 指導教師： 2006年 5 月15 日  開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3． “文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，本科學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇（?？粕簧儆?0篇，不包括辭典、手冊）； 4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“2002年4月26日”或“2002-04-26”。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，撰寫1500字左右（本科生200字左右）的文獻綜述(包括目前該課題在國內外的研究狀況、發(fā)展趨勢以及對本人研究課題的啟發(fā))： 文 獻 綜 述 在進行畢業(yè)設計之前，必須做好一切準備工作，而收集有關設計課題研究方面的資料、文獻是最為重要的。在設計工作開始時，只有對課題研究的內容有了，充分地了解，才會有設計目的和方向；所以收集、查閱有關文獻資料是必要的。 在設計之前首先應該對國內外的模具發(fā)展現狀和發(fā)展趨勢有所了解，以便在設計過程中能夠正確、合理地設計出一套模具。下面就先分析一下國內外的模具發(fā)展現狀與發(fā)展趨勢以及我國的模具發(fā)展現狀。 1.隨著工業(yè)產品質量的不斷提高，沖壓產品的生產正呈現出多品種、少批量，復雜、大型、精密，更新換代速度快等變化特點，沖壓模具也正向高效、精密、長壽命、大型化方向發(fā)展。為適應市場的變化，隨著計算機技術和制造技術的迅速發(fā)展，沖壓模具設計與制造技術正在由手工設計、依靠工人的經驗和常規(guī)的機械加工技術向計算機輔助設計（CAD）、數控加工中心進行切削加工、數控線切割、數控電火花等為核心的計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術方面轉變。模具的發(fā)展現狀及發(fā)展趨勢如下詳述： 1）.CAD/CAM技術的應用：CAD/CAM是一項高科技、高效益的系統工種，是模具設計與制造行業(yè)的有效輔助工具；通過它能夠對產品、模具結構、成型工藝、數控加工及成本等進行設計和優(yōu)化?，F在已經廣泛地應用與模具的設計與制造加工的過程中，并還在不斷地發(fā)展和創(chuàng)新。 2）.模具標準件：模具的標準化對縮短模具制造周期、提高質量、降低成本起到很大的作用。我國的模具標準化程度達到30%以下，而國外先進國家達到70%—80%左右。這樣，不僅有利于國內的模具制造的發(fā)展，也有利于模具的國際化發(fā)展。 3）.模具的制造精度：國外的制造水平能夠是制造公差達到0.003—0.005 mm，表面的粗糙度達到Ra 0.0002 mm以下（花10以上）；我國的制造水平可以是制造公差達到0.01—0.02 mm,模具表面的粗糙度達到Ra0.00160.0008 mm（花7—8）。由此可見，如今模具技術的發(fā)展水平還是很高的，但也可以看出我國在這方面的技術與國外先進國家還有很大的差距。 4）.模具的使用壽命：國外的沖壓模具的使用壽命，（合金鋼制模）500—1000萬次，（硬質合金制模）2億次；我國的沖壓模具的使用壽命分別為：100—400萬次，6000—1億次。模具的使用壽命的加長就意味著模具的制造成本降低，從而提高了生產效益。 5）.模具的加工制造設備：國外已經廣泛地使用了數控加工中心，線切割，電火花，化學腐蝕等先進的設備，大大地提高了模具的制造周期。 2.我國的模具業(yè)的發(fā)展現狀：進入21世紀，隨著科學技術的發(fā)展，我國的工業(yè)化程度也有了很大地提高，特別是在模具行業(yè)有了很大地發(fā)展。如：在模具設計與制造上，不但自己可以制造一些大型，精密，復雜，高效，長壽命的模具，并且能夠出口到國外，打開國外的市場。但是，目前我國的沖壓技術與工業(yè)發(fā)達國家相比還相當落后，主要原因是我國在沖壓基礎理論及成型工藝，模具標準化，模具設計，模具制造工藝及設備等方面與工業(yè)發(fā)達國家尚有相當大的差距，導致我國的模具在壽命，效率，加工精度，生產周期等方面與工業(yè)發(fā)達國家的模具相比差距相當大。因此這就需要我們努力去研究，推動我國模具業(yè)的發(fā)展。 3.在查閱、收集有關資料的時候，不僅使我對模具業(yè)的發(fā)展現狀及發(fā)展趨勢、模具的設計與制造技術等有了更多，更全面地了解；而且收集到了許多有關本課題的研究，與本課題相關、相似的東西，查找各種有關模具設計與制造方面的經驗公式，和經驗數據；通過查閱資料和文獻能夠將課堂上所學習到的理論知識，與實際生產當中的實例相結合去更好地成設計任務；并且使我在課程設計上有了更多的設計思路，也有了更多的考慮空間，同時也使我在設計的過程中能夠從多方面地去考慮問題——模具設計的合理性及對設計好的模具在工作過程中可能會出現的問題及解決辦法。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題的研究思路（包括要研究或解決的問題和擬采用的研究方法、手段（途徑）及進度安排等）： 1. 先通過收集和查閱各種文獻資料和與同學老師的交流、指導，對目前國內外的模具（沖壓模具）的發(fā)展狀況和發(fā)展趨勢進行深入的了解，預計用時間三天； 2. 拿到工件的結構簡圖，對工件進行結構形狀、尺寸精度、加工工藝性等方面作出詳細地分析，并查閱相關資料看是否符合常規(guī)零件結構設計，預計用時兩天； 3. 經過對工件的結構工藝性分析，擬訂可行的沖壓工藝方案，并經過分析，研究、比較，選擇一種最為合理的沖壓工藝作為生產應用，估計用時間兩天； 4. 進行主要的設計計算，利用各種經驗公式或者經驗數據對沖壓力（沖裁力、卸料力、總沖壓工藝力），壓力中心的位置，工作零部件的刃口尺寸的設計計算以及彈性卸料元件橡膠的設計，預計需用時間四天； 5. 根據工件的結構，材料，生產批量來進行模具的總體設計，包括模具的類型，定位方式，卸料方式，導向方式等方面的設計；在設計中，應該綜合考慮模具的安裝，維修，生產效率等，預計用時間兩天； 6. 對模具的主要零部件進行設計，主要有凸模、凹模、定位板、卸料板、模架和導柱導套等零件，根據工作需要的強度來設計尺寸，包括各零件的圖紙，預計需用時間五天； 7. 模具的總裝圖和工作原理（有裝配簡圖）需要用時間兩天； 8. 模具主要零部件的加工工藝過程（凸模、凹模、定位板、卸料板）分析與設計，預計用時間兩天； 9. 模具的裝配與調試，預計用時兩天；  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 2．對本課題的研究思路、深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 斜齒輪組件注塑模設計 第一章 任務來源及設計目的意義 1.1 設計任務來源 設計題目：斜齒輪注塑模 材 料：POM 生產批量：大批量生產 圖1-1 產品零件圖 1.2 設計目的及意義 本設計題目為斜齒輪組件注塑模，但對做畢業(yè)設計的畢業(yè)生有一定的設計意義，它概括了斜齒輪組件塑料零件的設計要求、內容及方向。通過對該零件模具的設計，進一步加強了設計者注塑模設計的基礎，為設計更復雜的注塑模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經驗。 第二章 零件的工藝性分析 2.1 塑件的工藝性分析 塑件的原材料分析。(1)聚甲醛為白色或蛋黃色塑料，縱合性能良好，強度剛度，都好，抗沖擊疲勞，減磨耐磨性好，吸水少尺寸穩(wěn)定但熱穩(wěn)定性差、易燃燒，長期暴曬易老化，適于做耐磨性零件、傳動件、化工容器及儀器儀表外殼。（2）聚甲醛對注射壓力比較敏感在成型時要注意控制，（3）聚甲醛的吸濕性強；故成型前需要對材料進行干燥，并且干燥后的材料還要防止再次吸濕。（4）聚甲醛的收縮率的范圍比較大（1.5%----3.5%）具有很強的不穩(wěn)定性。 2.2 塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析 2.2.1 結構分析 結構分析：從零件圖上分析：該零件總體形狀為帶凸緣的斜齒輪組件，形狀簡單，結構合理且制件的壁厚均勻，在兩邊相交的部分也都設有圓弧過渡，在成型時塑料在模具型腔內流動阻力相對較小有利于制品的成型，只是該塑件是斜齒輪組件，其齒槽方向與開模方向不一致，不能直接對塑件進行脫模，所以需要設計一個旋轉的脫模機構來實現脫模過程的順利完成，因而在模具結構的設計具有一定的難度，該零件屬于中等復雜程度。 2.2.2 尺寸精度分析 該零件的重要尺寸如、為MF1（GB/T14486-1993）其余尺寸mm 、mm、mm、mm等尺寸精度為MT5級（GB/T14486-1993）,次重要尺寸如6mm、16mm等的尺寸精度為未注公差，由以上分析可見，該零件的尺寸精度中等偏下，對應的模具相關零件的尺寸加工可以保證。 從塑件的壁厚上來看，壁厚最大處尺寸為6mm，最小處為4mm壁厚差為2mm，較均勻，有利于塑件的成型。 2.2.3 表面質量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷、毛刺，內部要求比較光滑外，還要保證產品兩端面與中心孔的同軸度，制件不能彎曲變形等。故設計模具型腔時要特別考慮型腔結構對塑件制品質量的影響。 綜上分析可以看出，在模具型腔結構設計合理，注塑時工藝參數控制得合乎要求的情況下，零件的成型要求是可以得到保證。 2.3 計算塑件的體積和質量 計算塑件的質量是為了選用注塑機及確定模具的型腔數。 計算塑件的體積：V=5465（過程省略） 計算塑件的質量：根據設計手冊可查得POM的密度為ρ=1.12～1.5g/取ρ=1.4 g/ 故塑件質量為：W=Vρ=5465×1.4×=7.5g 采用一模四腔的模具結構考慮其外形尺寸注塑時所需要的注射壓力、合模力等有關因素的情況下初步選用型號為FL—80G型注塑機，該注塑機的注射量為72g，最大注射壓力為120Mpa，最大鎖模力為500KN。最大開模行程220mm拉桿間距離（水平×垂直）為350mm×310mm,裝模高度為150m～300mm,頂出力22KN，頂出行程為50mm[4]。 2.4 塑件注塑工藝參數的確定 查找相關文獻和參考工廠實際應用情況PA6成型工藝參數可作如下選擇（試模時可根據實際情況作適當的調整） 注塑溫度：包括料筒溫度和噴嘴溫度。 料筒溫度：喂料區(qū)溫度選用80℃ 后段溫度選用230℃ 中段溫度選用240℃ 前段溫度選用240℃ 噴嘴溫度選用240℃ 熔料溫度：230～240℃ 料筒恒溫：210℃ 模具溫度：60～100℃ 注射壓力：100～160Mpa 注塑時間：選用0.15s 保壓壓力：注射壓力的50% 保壓時間：10s 背壓：2～8Mpa 需要準確的調解 冷卻時間：30s 注塑速度：建議采用較快的注塑速度 計量行程：0.5～3.5D 殘料量：4mm 預熱桿：80℃時烘干4小時 回收率：可加入10%回料 收縮率：0.7%～2.0% 澆口系統：點式 機器停工時段：無需用其它料清洗，熔料殘留在料筒內時間可達20min。容易發(fā)生熱降解。 注：料筒設標準螺桿，特殊幾何尺寸有較高塑化能力，上述可用直通式噴嘴。[4] 第三章 注塑模的結構設計 注塑模結構設計主要包括：分型面選擇，模具型腔數的確定、型腔的排列方式、冷卻水道布局、澆口位置設置、模具工作零件的結構設計、側向分型與抽芯機構的設計、推出機構的設計等內容。[5] 3.1 分型面的選擇 模具閉合時動模和定模相配合的接觸平面，叫做分型面。分型面的選擇受塑件形狀，壁厚，成型方法，后處理工序，塑件外觀，塑件尺寸精度，塑件脫模方法，模具類型，型腔數目，模具排氣，嵌件，澆口位置與形式成型機的結構等的影響。 在選擇分型面時，應遵循以下原則： 1． 塑件脫模方便，選擇分型面時應盡可能使開模后塑件留在動模一側。 2． 要盡可能使模具結構簡單。 3． 型腔排氣順利，因此分型面應該選擇在熔體流動的末端。 4． 確保塑件質量。 5． 無損塑件外觀。 6． 考慮側向抽拔距，選擇分型面時應將抽芯或分型距離長的方向置于動，定模的開合模方向上，對于帶有互相垂直的兩個方向都有孔或凹槽的塑件，應避免長距離抽芯。 7． 要注意脫模斜度對塑件質量的影響。 8． 如果塑件上側孔，必須側向抽芯，應避免定模上側向抽芯。 9． 分型面的選擇應有利于嵌件的安裝。 綜上述幾點原則，確定分型面的位置在裝配圖所示的 模具設計過程中，分型面的選擇很關鍵，它決定了模具的結構。應根據分型面選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面。 該塑件為斜齒輪組件，表面無特殊的質量要求，但齒輪配合部分要求光滑無毛刺且端部有圓角過度為最好，塑件的下半部分有金屬鑲件為使鑲件能夠很好地和塑料融合在一起，而成型后又較容易把塑件頂出。采用如下圖所示的分型方式較為合理 圖3-1 分型面 3.2 確定型腔的排列方式 本塑件在注塑時采用一模四件即需要四個型腔，綜合考慮澆注系統，模具結構的復雜程度等因素擬采取以下的型腔排列方式： 圖3-2 型腔排列方式 采用上圖所示的型腔排列方式的最大優(yōu)點是從主流道末端到各型腔的分流道其長度、端面形狀和尺寸都是對應相等的，所以各流道受力較為平衡，易于塑件的成型。 綜合考慮模具型腔的排列方式和塑件的外形尺寸初步選用標準模架類型為—200×250—T—GB/T12556.1—1990 3.3: 澆注系統設計 澆注系統是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔為止的塑料熔體的流動通道。普通澆注系統包括主流道，分流道，澆口和冷料穴。澆注系統在模具中占有非常重要的地位，他的設計合理與否直接對制品的成型起到決定的作用。澆注系統的功能就是將熔體的塑料，經過注塑機噴嘴，在高溫，高壓，高速狀態(tài)下，通過澆注系統進入模具型腔。 澆注系統的基本原則，是在滿足塑料制品質量的同時，還應有利于提高成型速度來縮短成型周期。澆注系統設計應注意的幾個問題： 1)首先根據塑料制品的結構分析其充填過程，以保證塑件制品的內在質量和尺寸穩(wěn)定。 2)在設計澆注系統時，應當非常注意澆注系統對制品外觀的影響。在設計過程中經常會遇到這樣的情況，某一塑料制品的澆口設計在某處比較合理，但由于在該處位置澆口影響制品外觀，只能將澆口改在其它部位。若實在無法處理時，可通過改變制品結構再解決。 3)在設計澆注系統時，應該考慮到模具在注射時，是否能適應全自動操作。要達到全自動操作，必須在保證開模時，制品與澆注系統能自動脫落，澆口與制品亦要盡可能自動分離。 4)澆注系統的設計，必須考慮到塑料制品生產的后續(xù)加工工序。如因后續(xù)工序在加工，裝配，管理上的需要，往往需設置輔助流道，將多件制品取成一件。 5.在設計澆注系統時，應留有一定的余地，這樣在使用時即使有些不足之處，亦可以比較方便地得到解決。 6)多觀察分析各類塑料制品的澆注系統和澆口位置的選擇，吸取其成功之處，提高澆注系統設計的可靠性。 7)設計澆注系統時，其主流道進口處的位置應盡量與模具中心重合。 3 .3. 1 主流道設計主流道是主流道機噴嘴與模具接觸的部分起到分流道為止的一般流道，是熔融塑料進入模具時最先經過的部位，它的作用是將注塑機噴嘴流出的塑料熔體導入分流道或型腔，其形狀為圓錐狀，錐角取2 ~4，便于塑料熔體順利地向前流動，開模時主流道凝料又能順利地被拔出，主流道出口端應有圓角，圓角半徑R取0.3~3mm或0.125D 主流道長度應盡量短，以減小壓力損失和廢料量。通常，主流道長度可小于60mm。 （1）主流道設計 根據設計手冊查得FL—80G型注塑機噴嘴的有關尺寸： 噴嘴前端孔經：=Ф4mm 噴嘴前端球面半徑 =12mm 根據模具主流道與噴嘴的關系 R=+（1～2）mm D=+(0.5～1)mm 取主流道球面半徑R=13mm 取主流道小端直徑d=Ф5mm 為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設計成圓錐形其斜度為 ～，經換算得主流道大端直徑D=Ф8.5mm。為了使熔料順利進入分流道，可在主流道出料端設計半徑r=5mm的圓弧過渡。 （2）分流道設計 常見的分流道的截面形狀有圓形，半圓形，橢圓形和梯形，U形和矩形截面，但以梯形截面最為常用。恰當合理的分流道形狀和尺寸應根據制品的體積，壁厚，形狀復雜程度，模腔的數量以及所用塑料的性能等因素綜合考慮。在這里選用梯形分流道，此種截面是拋物線形截面的變形，與此兩種截面相比，熱損失大，但便于分流道的加工及刀具選擇，因此也是最常用的形式。分流道結構尺寸參考文分流道的布局取決于型腔的布局，型腔與分流道的布局原則是排列緊湊，縮小模具尺寸，分流道的長度盡量短，鎖模力力求平衡，分流道的布置形式有平衡式進料和非平衡式進料兩種，根據實際要求，在這里采用平衡式澆口形式。分流道設計時應注意以下幾點： （1）分流道布置應盡量平衡。 （2）分流道的尺寸需根據制品的壁厚，體積，形狀復雜程度以及所用塑料性能等因素而定。 （3）分流道表壁的表面粗糙度不宜太小，以免冷料帶入模腔，一般要求達到Ra1.25~2.5m 即可，這樣做可增大對外層塑料熔體的流動阻力，使其流速減小并與中心熔體之間具有一定的速度差，以保證熔體流動時具有合適的切變速率和剪切熱。 （4）當分流道設計比較長時，其末端應留有冷料穴，以防前鋒冷料堵塞澆口或進入模腔造成充模不足或影響制品的熔接強度。 （5）設計分流道時應將熱量損失和流動阻力作為主要矛盾進行考慮，只有在保證塑料熔體能夠在足夠的壓力和合理的溫度下充滿模腔時，才能盡量減小分流道截面積和長度以降低原材料消耗。 分流道的形狀及尺寸應根據塑件的體積壁厚形狀的復雜程度注塑速率，分流道長度等因素來確定。本塑件的形狀不算復雜，熔料填充型腔比較容易，根據型腔的排列方式可知分流道的長度較短，為了便于加工起見選用截面形狀為半圓形的分流道。查表得R=4mm。如圖所示：圖3-3 圖3－3 半圓形分流道 3．3．2.冷料穴設計： 冷料穴一般都設置在主流道末端，即主流道正對面的動模上，直徑應稍大于主流道大端直徑，以利于冷料流入。當分流倒較長時，可將分流道的盡頭沿前進方向稍延長部分作為冷料穴。其作用是用來儲藏注射間隔期間產生的冷料類的，防止冷料進入型腔而影響塑件質量，并使塑件能順利地充滿型腔。為便于拉料桿將主流道凝料拉出，選用底部帶有拉桿的Z形冷料穴，這類冷料穴的底部由一根推桿組成，推桿裝于推桿固定板上。 在設計時應注意，冷料穴的大小要適宜，一般情況下，主流道冷料穴圓柱體的直徑為6~12mm，其深度為6~10mm,對于大型制品，冷料穴的具體尺寸可適當加大，在此處三板式模具上一般不設主流道冷料穴，只在分流道上設計冷料穴，其結構尺寸參照文獻【3】表6——161冷料穴與拉料桿。 3．3．3澆口設計： 它是分流道與型腔之間的狹窄部分，也是澆注系統中最短小的部分，它的作用是使分流道輸送來得熔融塑料的流速產生加速度，形成理想的流態(tài)順序，迅速地充滿型腔，同時還起著封閉型腔防止塑料倒流的作用，并在成型后便于使?jié)部谂c塑件分離。 3．3．4．1．澆口形式和尺寸設計 因該塑件屬扁平塑件，在這里宜采用平縫式澆口，它又稱薄片式澆口或寬薄澆口，是側澆口的另一變異形式，采用平縫式澆口的優(yōu)點是塑料通過特別開設的平行澆道得到均勻分配，以較低的線速度呈平行流均勻進入型腔，因而使塑件的內應力小，尤其是為了減少因定向而產生的翹曲，并減小了氣泡及缺料等缺陷，這對防止聚乙烯塑件變形更為有效，但去除澆口加工量大，且澆口痕跡明顯， 澆 （3）澆口設計影響澆口截面形狀及其尺寸確定的因素，就制品而言，包括制品的形狀，大小，壁厚，尺寸精度，外觀質量及力學性能等，制品所用塑料特性對澆口設計的影響因素是塑料的成型溫度，粘度，收縮率及有無填充物等。此外，在進行澆口設計時，還應考慮澆口的加工，脫模及消除澆口的難易程度，除此以外，在選擇澆口位置時，還應注意以下幾點： 1． 澆口位置應設在制品最大壁厚處，使塑件從厚壁流向壁薄，并保持澆口至型腔各處的流程基本一致。 2． 防止?jié)部谔幃a生噴射而在充填過程中產生產生蛇形流。 3． 澆口位置應設在制品的主要受力方向上，因為塑料的流動方向上所承受的力和壓應力最高，特別是帶填料的增強塑料，這種情況更加明顯。 在選擇澆口位置時應考慮制品的尺寸要求，因為塑料經澆口充填型腔時，在塑料的流動方向與垂直于流動方向上的收縮不盡相同，所以應考慮到變形和收縮的方向性。 根據塑件的成型要求及型腔的排列方式選用側澆口較為理想。設計時考慮選擇從壁厚為6mm處進料，料有厚處往薄處流，而且在模具結構上采取鑲拼式型腔，型芯，有利于填充，排氣，故采用截面為矩形的側澆口，查表初選尺寸為（b×l×h）1mm×0.8mm×0.6mm, 試模時修整。 3.4排氣結構設計： 注塑模的排氣是模具設計中不可忽視的一個問題，特別是快速注塑成型工藝的發(fā)展對注塑模排氣的要求更加嚴格。在注塑過程中，塑料熔體進入模腔的同時置換出模腔內的氣體，這些氣體如果不能排出模腔，將會影響制品成型以及脫模后的質量，因此，在注塑模具時，必須考慮排氣結構的設計問題。 常見的排氣方式有排氣槽排氣，分型面排氣，拼鑲件縫隙排氣，推桿間隙排氣，粉末燒結合金塊排氣，強制排氣等。本設計中盒蓋塑件采用的是中小型模具，僅利用分型面排氣還不行，在這里應設置排氣槽， 排氣槽深度通常為0.03~0.05mm必要時可深至0.1~0.3mm，寬度為5~10mm,為了防止塑料堵塞排氣槽，又在上述深度的排氣槽向外延伸6mm，以外加深到0.8mm.其具體尺寸參考文獻【6】 3.5 成型零件結構設計 （1）凹模結構設計。本塑件的模具設計過程中一模四件的結構形式，考慮加工的難易程度。凹模擬采用鑲拼式結構，其結構形式如圖： 圖3－4 凹模結構設計 （2）凸模的結構設計。凸模主要是與凹模相結合構成模具的型腔，其凸模和側型芯的結構形式如圖： 圖3－5 凸模結構設計 第四章 模具設計的有關計算 本例中成型零件工作尺寸計算時均采用平均收縮率，平均制造公差和平均磨損量來進行計算。 查表得尼龍的收縮率為S=1.5～2.5% 故平均收縮率為=（1.5+2.5）%/2=2%，考慮到工廠模具制造的現有條件，模具的制造公差取δZ=△/3 4.1 型腔和型芯工作尺寸的計算 型腔、型芯工作尺寸計算見表4-1 類別 序號 模具零件名稱 塑件尺寸 計算公式 型腔或型芯工作尺寸 L 型腔的計算 1 輪齒成型型腔板 2 輪掏成型型腔板 型芯的計算 1 小型芯 2 輪套成型型心 3 側型心 4.2 型腔側壁厚度及底板厚度計算 （1）凹模型腔側壁厚度計算 凹模力整體式圓形型腔，鑲入模具凹模型腔板中的結構形式，根據整體圓形凹模型腔側壁厚計算公式 經計算得t為6.65mm,為方便設計，設計時取10mm. (2)底板厚度計算 該模具的凹模板的底部部分為一整塊模板，其強度足以承受注射時的壓力。但為了設計時整體結構的協調，取該塊模板厚度為80mm。 第五章 脫模機構的設計 在注塑成型的每一個循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中取出，完成取出塑件這個動作的機構就是脫模機構，也稱為頂出機構。熱塑性塑料在脫模時有較大的彈性，即使在較小的脫模斜度下，也可順利脫模。但為了減小脫模阻力，一般在產品沒有特殊要求的條件下，應選用2°脫模斜度作為標準斜度。根據以上設計規(guī)范，查文獻【7】表5—27常用塑料的脫模斜度推薦值可得聚乙烯凸模的脫模斜度為 20″~45″，凹模的脫模斜度為25″~45″。頂出機構應遵循如下設計原則： 1） 頂出機構的運動要準確，可靠，靈活，無卡死現象，機構本身要有足夠的剛度和強度，足以克服脫模阻力。 2） 保證在頂出過程中塑件不變形，這是對頂出機構的最基本要求。在設計時要正確估計塑件對模具粘附力的大小和所在位置，合理地設置頂出部位，使頂出力能均勻合理地分布，要讓塑件能平穩(wěn)地從模具中脫出而不會產生變形。頂出力中大部分是用來克服因塑料收縮而產生的包緊力，這個力的大小與塑料品種，性能，以及塑件的幾何形狀復雜程度，型腔深度，壁厚還有模具溫度，頂出時間，脫模斜度，模具成型零件的表面粗糙度等因素有關，其影響因素較為復雜，很難準確地進行計算。一般原則是塑件收縮率越大，塑件壁越厚，型芯尺寸越大，形狀越復雜，型腔深度越深，脫模斜度越小，模具溫度越低，冷卻時間越長，成型零件表面粗糙度越大，其對模具的包緊力就越大 ，此時就應選擇頂出力較大的頂出方式。 3） 頂出力的分布應盡量靠近型芯，且頂出面積應盡可能大，以防塑件被頂壞。 4） 頂出力應作用在不易使塑件產生變形的部位，如加強筋，凸緣，厚壁處等。應盡量避免使頂出力作用在塑件平面位置上。 5） 若頂出部位需設在塑件使用或裝配的基準面上時，為不影響塑件尺寸和使用，一般使頂桿與塑件接觸部位處凹進塑件0.1mm左右，而頂出桿端面應高于基準面，否則塑件表面會出現凸起，影響基準面的平整和外觀。 根據上述原則及前面設計內容可知模具中選用脫模機構為推板加斜導桿推出，推板頂出的設計要點如下: 1. 推板頂出位置應設置在頂出阻力大的地方,也就是使塑件不易變形的部位. 2. 由于塑件收縮時包緊型芯,因此頂出力作用點應盡量靠近型芯,同時頂出力應施于塑件剛性和強度最大的部位,如凸緣,加強筋等處,作用面積也盡可能大一點. 3. 與塑件直接接觸的脫出零件的配合間隙要保證不漏料,以免在塑件上留下飛刺痕跡. 4. 在設計模具結構時,必須考慮在開模過程中保證塑料留在具有頂出裝置的那一部分,即留于動模上,這樣的頂出機構較為簡單. 5. 在脫出機構完成動作后,并在取出機構完成動作后,到下一個操作循環(huán)時,脫出機構要可靠協調復位,避免各種干涉和損壞現象. 本塑件是斜齒輪組件在齒輪外側的齒槽與開模方向不一致且它們之間有一個螺旋的角度所以在脫模時必須考慮設計一個能在開模時隨著開模過程的進行使塑件和型腔同時旋轉一個角這樣才能在開模時順利把制件頂出，在本副模具的設計中，在頂管的尾部安裝了推力軸承，在開模時頂桿頂動軸承蓋及軸承座使推塊上升，在上升的過程中，由于塑件及推塊同時發(fā)生轉動，直到塑件脫出型腔。這種機構脫模可靠，設計方便且在模具中占用空間較小，非常適合在本副模具中使用。 第六章 模具加熱與冷卻系統的有關計算 本塑件在注射成型時不要求太高的模溫，因此，在模具上可不設加熱系統，通過下列計算可以判斷是否需要設計冷卻系統： 設定模具平均工作溫度40℃，用20℃的常溫水作為模具冷卻介質，其出口溫度為30℃，產品為(初算每2分鐘一套1.08kg/h。 一、求塑件在硬化時每小時釋放的熱量Q3，查有關文獻得PA6的單位熱流量為6.27×J/kg Q3=WQ2=1.1286×J/kg 二、求冷卻水的體積流量V V= = =0.45× /min 可見，由體積流量V查表可知所需的冷卻水管直徑非常小，故在該副模具的設計過程中可不設冷卻系統，依靠空冷的方式冷卻模具即可。 第七章 模具閉合高度的確定 在支承和固定零件的設計中根據經驗確定：定模座板=25mm 定模鑲件固定板=35mm，動模鑲件板 =35mm，支承板=20mm ，墊板=20mm,推力軸承固定板=10mm，=10mm,動模座板=25mm 因而模具的閉合高度為： H=+++++++ =25+35+35+20+20+10+10+25=191mm 第八章 注塑機有關參數的校核 模具的外形尺寸為200mm×250mm×191mm而FL—50G型注塑機的最大安裝尺寸為350mm×310mm.裝模高度為150～300mm即該副模具滿足安裝條件。經查FL—50G型注塑機的最大開模行程S=220mm。滿足頂出塑件時的頂出要求S≥++（5～10）mm=20+6+10=36mm經驗證。FL—80G型注塑機型注塑機能滿足使用要求，故可采用。 第九章 繪制模具總裝圖和非標準零件工作圖 9.1.工作原理： 開模時，在彈簧8的作用下I-I分型面分型，點澆口凝料留在流道板27內。當 I-I面分型距離達流到高度之后 定距拉桿9限定流到板27移動，從而II-II分型面分型。在I-I 面分型時，脫落了斜楔7約束的側型心4，在彈簧3的作用下抽出制品。推出時，推管20邊推出制品，邊沿軸向旋轉， 推管20下方放置了鋼球，以減少推管20旋轉的阻力。合摸時，導柱33插入一對連桿 36之間，連桿伸展迫使推出機構先復位，復位桿1作用保證推管準確的復位。 9.2 塑料模具的裝配 塑料模具裝配時常用的裝配基準大致分為兩種，以塑料模中的主要工作零件如型芯、型腔和鑲塊等為裝配基準件，模具的其他零件都依靠裝配基準件進行順序裝配；有導柱，導套的模具，以模板側面為基準進行修配和裝配。 一，塑料模零件組裝： 型芯壓入前,通常在固定板的孔口加工出工藝倒角或引入錐度，有利于型芯壓入組裝和保證型芯垂直度。將型芯尖角部位修成R0.3圓弧，或將固定板孔角部用鋸條修出槽，型芯壓入過程中要多次檢查型芯的垂直度和方位。然后按劃線加工定模固定板型孔，將預加工的型芯精修成型，將動定模固定板疊合在一起，使分型面緊密貼合，然后夾緊。下一步是將型芯壓入固定并配合緊密，裝配后，型芯外露部分要符合圖紙要求，分別將導套，導柱壓入定模，固定模并檢查導套，導柱的松緊程度，將定模上平面磨平，然后將動模固定板下平面磨平。再將滑塊型芯裝入導滑槽，并推至端面與定模定位面相接觸，將滑塊上固定螺釘，使滑塊與滑塊面均勻接觸，同時分型面間留有0.2mm的間隙，此間隙可用塞尺檢查。用壓力機將澆口套壓入定模板，將定模板，復鉆螺孔后，擰入螺釘和敲入銷釘緊固，將動模板，支架復鉆后擰入螺釘緊固。各部分裝配完成后，檢查制品，驗證模具質量狀況，發(fā)現問題可以調整。 導柱導套孔在整個模具裝配過程中的順序基本上有兩種：若選定型芯和型腔為裝配基準時，則導柱導套孔的加工順序應安排在完成型芯，型腔的組裝。合模后進行，若塑件結構形狀使型芯，型腔在合模后很難找正相對位置，或者模具設有斜滑塊機構時，則要先加工裝配導柱導套，作為模具裝配基準。 未淬硬模板上導柱導套孔的加工，可在坐標鏜床上分別加工或將動，定模板疊合在一起用工藝銷釘定位后在車床，立銑和鏜床上加工。 二，裝配調試的工藝要求及注意問題： 1，試模前，應對零件的裝配過程再次檢查一遍，以防安裝模具過程中造成傷人，同時必須對設備的油路，水路進行檢查，并按規(guī)定作好開機前的準備。 2，開模試模時，原則上選擇在低壓，低溫和較長的時間條件下成型，然后按壓力，時間，溫度這樣的先后順序變動。 3，注射成型時，可選用高速和低速兩種工藝，一般在制件壁厚面大時采用高速注射成型。 4，對粘度高和熱穩(wěn)定差的塑件，采用較慢的螺桿轉速和略低的背壓加料和預塑，而粘度低和熱穩(wěn)定性好的塑料，可采用較快的螺桿轉速和略高的背壓。 5，試模后，將模具清理干凈，涂上防繡油，然后分別入庫和返修。 第十章 注塑模主要零件加工工藝規(guī)程的編制 10.1 定模鑲件加工工藝過程 定模鑲件的加工工藝過程見表10-1。 表10-1 下模座板的加工工藝過程 序號 工序名稱 工序內容 1 下料 材料牌號45鋼。材料252mm×201mm×15mm的平面 2 銑 ①銑平面 ②銑平面保證55+0.3 ③切斷保證長度35+0.2 3 熱處理 調質處理至24～28HRC 4 鉆空 ①在平面上鉆4個￠15的孔 ②鉆中心孔￠50的孔 ③半精車各臺階面 ④精車各臺階面及兩端面留0.2mm磨量 5 鉸 精鉸中心孔留0.1～0.2mm磨量 6 熱 淬火后回火保證45～50HRC 7 磨 精磨各外圓臺階面至圖 8 表 鍍鉻 9 鉗 拋光 10.2 動模鑲件加工工藝過程 動模鑲件加工工藝過程見表10-2 表10-2 側型芯的加工工藝過程 序號 工序名稱 工序內容 1 下料 材料牌號45號鋼 材料規(guī)格Ф13×150mm一根 2 車 ①車端面 ②車外圓保證Ф55+0.3 ③切斷保證35+0.2 3 熱處理 調質處理至24～28HRC 4 車 ①車外圓各臺階面留0.3～0.5余量 ②車2×2的凹槽 ③鉆中心孔留0.3～0.5mm鉸量 5 鉸 鉸中心孔留0.2mm磨量 6 熱處理 淬火后回火保證45～50HRC 7 磨 精磨各外圓部分至圖 8 鉗 研配鉆面部分 9 表 鍍鉻 10 鉗 拋光 模具典型零件機械加工工序卡 （模具專業(yè)沖壓、塑料模具課題適用） 機械加工工序卡片 產品型號 零(部)件圖號 產品名稱 零(部)件名稱 共( )頁 第( )頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每個毛坯可制件數 每臺件數 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 準終 單件 工步號 工步內容 工藝裝備 主軸轉速 r·minˉ1 切削速度 m·minˉ1 進給量 mm·rˉ1 切削深度 mm 進給次數 工步工時 機動 輔助 設 計(日期) 審 核(日期) 標準化(日期) 會 簽(日期) 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 模具典型零件機械加工工序卡 機械加工工序卡片 產品型號 零(部)件圖號 產品名稱 零(部)件名稱 共( )頁 第( )頁 車間 工序號 工序名稱 材料牌號 毛坯種類 毛坯外形尺寸 每個毛坯可制件數 每臺件數 設備名稱 設備型號 設備編號 同時加工件數 夾具編號 夾具名稱 切削液 工位器具編號 工位器具名稱 工序工時 準終 單件 工步號 工步內容 工藝裝備 主軸轉速 r·minˉ1 切削速度 m·minˉ1 進給量 mm·rˉ1 切削深度 mm 進給次數 工步工時 機動 輔助 設 計(日期) 審 核(日期) 標準化(日期) 會 簽(日期) 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 標記 處數 更改文件號 簽字 日期 第十一章 模具的安裝與調試 11.1模具的安裝： 裝配的要求如下： （1）模具上下平面的平行度偏差不大于0.05mm，分型面處需密合。 （2）推件時推件桿和卸料板動作要同步。 裝配順序： (1) 裝配前按圖檢驗主要工作零件及其他零件的尺寸。 (2) 鏜導柱孔，將定模，推件板，型芯固定板合在一起，使分模面緊密接觸并夾緊。鏜導柱孔，型孔，在空內壓入工藝定位銷后，加工側面的垂直基準。 (3) 加工定模，用定模側面的垂直基準確定定模上型腔中心的實際位置，并依次作為加工基準，鏜線切割用的穿絲孔，線切割矩形孔。 (4) 加工推件板，按定模實際加工中心位置在推件板上鏜線切割用的穿絲孔，并以穿絲孔為基準切割型孔。 (5) 壓入導柱。在定模座，推件板，型芯固定板上分別壓入導柱，使導向可靠，滑動靈活。 (6) 裝配型芯。將型芯固定板與推件板合攏，把型芯放入推件板型孔內，用螺孔復印法和壓銷釘套法使型芯緊固在型芯固定板上。 (7) 通過型芯引鉆支撐板和型心固定板上的孔。 (8) 通過支撐板引鉆推桿固定板上的孔。 (9) 在推桿固定板和支撐板上加工限位螺釘孔和復位桿孔。 (10) 將鑲塊裝入定模。 (11) 加工定模座板，加工螺孔，限位孔和導柱孔。 (12) 定模和定模座板的裝配。用平行夾頭把它們夾緊，通過定模板的孔引鉆在定模上，拆開后，再定模上攻螺孔，然后用螺釘和銷釘將定模和定模座板緊固。 (13) 裝配動模部分，修正推桿和復位桿長度。 (14) 完成裝配后進行試模，并校驗入庫。 11.2 模具的調試： 注射模裝配成以后。也要按正常的生產條件進行試模，以了解模具的實際使用性能是否滿足生產要求、有無不完善的地方進行改進或作調整。 通過試模塑件上常會出現各種弊病，為此必須進行原因分析，排除故障。造成次廢品的原因很多，有時是單一的，但經常是多個方面綜合的原因。需按成型條件，成型設備，模具結構及制造精度，塑件結構及形狀等因素逐個分析找出其中主要矛盾，然后再采取調節(jié)成型條件，修整模具等方法加以解決。首先，在初次試模中我們最常遇到的問題是根本得不到完整的樣件。常因塑件被粘附于模腔內，或型芯上，甚至因流道粘著制品被損壞。這是試模首先應當解決的問題。 在試模過程中，應做詳細記錄，并將結果填入試模記錄卡，注明模具是否合格。如需返修，則應提出返修意見。在記錄卡中應摘錄成型工藝條件及操作注意要點，最好能附加上加工出的制件，以供參考。 試模后，將模具清理干凈，涂上防銹漆，然后分別入庫和返修。 設計總結 本設計設計內容為斜齒輪組件塑料模設計，通過對斜齒輪組件的設計，基本掌握了對塑料模設計的方法及步驟，對塑料模有了更進一步的了解和認識，對模具的制造方法和制造途徑積累了豐富的經驗。 本設計中模板等尺寸也不代表一種最佳的選擇，例如模板的厚度，可以根據能取得的原料的厚度按最小的加工量選擇（要滿足最小厚度要求，同時也不能太厚太重）。合理選擇模具的結構。根據塑件的圖紙及技術要求，研究和選擇適當的成型方法與設備，必要時還要請教老師。只有模具結構選擇好了，才能設計出結構合理，質量可靠，操作方便，的模具。設計模具必須制造方便。設計模具時，盡量做到使設計的模具制造容易，造價便宜。設計的模具應當效率高，工作可靠。這一要求涉及到的方面很多。模具零件應耐磨耐用，模具零件的耐用度影響整個模具的使用壽命。模具的結構要適應塑料的成型特性。在設計模具時，充分了解所用塑料的成型特性，并盡量滿足要求，同樣是獲得優(yōu)質制件的措施。 同一塑件由不同的人設計有多種多樣的方案，最終都有可能很好的使用，通過這次設計，我認識到了除了正確掌握和應用書本知識外，吸取他人的設計經驗也是非常重要的。 致謝 本設計在設計過程中得到了楊占堯、翟德梅、趙常海、原紅玲、于智宏、蘇光等幾位指導老師的大力支持和幫助，再此表示誠摯的感謝，由于本人水平有限，收集資料困難，如果有不盡人意的地方，懇請導師不吝賜教，提出寶貴改進意見。 參考文獻 【1】 《塑料注塑模結構與設計》清華大學出版社 楊占堯主編 20004 【2】 《塑料注塑模具設計從人門到精通》航空工業(yè)出版社 張中元主編1999 【3】 《塑料模具設計》西北工業(yè)大學出版社 李秦蕊主編 1995.9年 【4】 《金屬與塑料成型機械》河南機電高等?？茖W校 翟德梅主編 2000年 【5】 《注塑成型技術》化學工業(yè)出版社 王興天主編 2001年 【6】 《塑料成型工藝》工程塑料應用1999.27（7）：28 【7】 《塑料工程手冊》機械工業(yè)出版社 黃 銳主編 2000年 【8】 《實用模具設計與制造手冊》機械工業(yè)出版社 許發(fā)樾主編 2000年 【9】 《實用模具技術手冊》機械工業(yè)出版社 陳錫棟 周小玉主編 2001年 【10】 《注塑模設計》 西北工業(yè)大學出版社 張克慧 主編. 2001 【11】 ≤塑料成型工藝及模具簡明手冊》機械工業(yè)出版社 王孝培 主編200年 33