注塑模课程设计说明书——齿轮套

课程设计

      学    院：材料科学与工程学院

 专    业：材料成型与控制工程   

班    级： 

 学　　号：          

 姓　　名：        

 指导教师：    

2012 年 01 月 06 日

任务书

一、任务与要求

（1）给定形状比较简单塑件，拟定塑件的成型工艺，正确选用成型设备；

（2）合理选择模具结构，根据塑件图的技术要求，提出模具结构方案，并使之结构合理，质量可靠，操作方便。

（3）正确地确定模具成型零件的结构形状、尺寸及技术要求；

（4）所设计的模具应当制造工艺性良好，能高效、优质、可靠地生产，且模具使用寿命长，造价便宜。

（5）课程设计时间为1周，设计中要完成以下工作：

模具装配图1张（A1或A2）

成型零件图2～4张

制品图1张

设计计算说明书（10～20页）

二、设计题目

设计主要内容

一、塑件成型工艺分析

1、塑料性能分析

本塑件材料为聚酰胺，又称尼龙，代号为PP。具有良好的电气性能、热性能及力学综合性能，其力学强度随温度而异。聚酰胺在熔化状态时有很高的流动性，所以用这种塑料注射薄壁零件。并且它是一种自润滑性材料，做成轴承和齿轮，可以在无润滑的状态下使用。对化学药物无论是弱碱、醇、酸、铜，碳氢化合物、油脂均不受影响。缺点是吸水性大，成形 收缩率不稳定，因此对塑件尺寸控制困难。聚酰胺用品种牌号有尼龙4，尼龙5，尼龙6，尼龙7，尼龙8，尼龙9，尼龙11，尼龙12，尼龙13，以及尼龙66，尼龙610，尼龙1010等。本塑件采用尼龙66。

2、成型工艺分析

PA66的成型条件如下：

3、塑件结构分析

塑件结构如下图所示，此塑件的尺寸无精度要求，为自由尺寸，均按MT6级精度取公差值。表面粗糙度没有特别要求。此塑件外型如下，总体尺寸不大不小，塑件成型性能良好。

二、塑件分型面位置的分析

分型面应选择在塑件截面最大处，尽量取在料流末端，利于排气，保证塑件表面质量。该塑件的最大截面在齿轮部分，如上图所示。为了使开模时塑件包紧在型芯上留在动模一侧，所以分型面设置在上图齿轮的右侧面处符合模具的开模要求。

三、塑件型腔数量及排列方式的确定

根据设计要求，模具结构为单型腔模具，且打算用矩形侧浇口，所以型腔的中心设置在与模具中心偏移一个单侧分流道长度+侧浇口长度+1/2最大塑件直径的距离的位置处。

四、注射机的选择及有关参数的校核

1、注射量的计算

通过proe三维软件，计算出塑件的体积为：

= 173801 

塑件的质量为：

m塑=ρV塑=1.15x173.801=199.87g

另外，流道凝料可按塑料体积的0.3陪来估算，则

2.塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需胀型力的计算

由于该塑件为单型腔模具，根据塑件形状得知塑件与浇注系统在分型面上的投影面积A为 

胀型力：

其中=25（查《塑料成型加工与模具》表5-2得）

3.初选注射机

根据每一生产周期的注射量和胀型力的值，选用型号为SZY-300的注射成型机。其具体参数如下：

（1）、注射量的校核

为保证成型过程顺利进行，模具需要实际注射量应该小于或等于某注射机标称注射量的80%，即：

式中n为型腔个数；为单个塑件容积；为浇注系统的容积。

代入数据得：

结论：满足要求。

（2）、注射压力的校核

为保证成型过程顺利进行，注射机的标称注射压力应大于塑件成型所需的注射压力。查《塑料模具设计手册》得PA66料的注射压力为（80～120）MPa。

又

所以符合要求。

（3）、锁模力校核

注射机的标称锁模力必需大于塑件的胀型力即：。根据前面的数据：

结论：符合要求。

（4）、开模行程的校核

确定该塑件采用单分型面模具。要求注射机的最大开模行程大于模具实际开模所需的开模距离。

因SZY-300是具有液压-机械式合模机构的注射机，其最大开模行程与模具厚度无关。所以对于单分型面注射模而言，模具所需的开模行程为：

结论：符合要求。

综上所述，注射机满足本塑件的使用要求。

五、成型零部件工作尺寸的计算

此塑件的尺寸无精度要求，为自由尺寸，均按MT6级精度取公差值。且塑件各类尺寸均为不受模具活动部分影响的A类尺寸。

型腔径向尺寸计算公式： 

因为塑件的精度较低，所以取型腔制造公差=1/4，磨损量=1/12，

x=2/3。则型腔径向各尺寸计算如下：

尺寸1：

尺寸2：

尺寸3：

尺寸4：

型芯径向尺寸计算公式：，取型芯制造公差=1/4，x=2/3。则型芯径向各尺寸计算如下：

尺寸5：

型芯的中心距尺寸： 1/2

尺寸6：

1/20.1375mm

型腔深度尺寸计算公式：，取=1/3，x=1/2。则型腔的深度为：

尺寸7：

型芯的高度尺寸计算公式：，取=1/3，x=1/2。则型芯的高度为：

尺寸8：

尺寸9：

六、浇注系统形式的选择

1、主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔内。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模是主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间，另外，由于主流道与高温塑料熔体及注射喷嘴反复接触。因此在设计中常设计为课拆卸更换的浇口套。

 (1)为了防止浇口套与注射机喷嘴对接处溢料，主流道与喷嘴的对接处应设计成半球形凹坑，凹坑深度为，其球面半径SR应比注射机喷嘴头球面半径大1~2mm；主流道小端直径比喷嘴大0.5~1mm，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模。

已知已选的机台喷嘴孔直径为4mm，喷嘴球半径为12mm，则主流道小端直径为5mm，球面半径为13mm，凹坑深度取。

(2)为了减少对塑料熔体的阻力及顺利脱出主流道凝料，主流道通常设计成圆锥形，内壁表面粗糙度应加工小于等于。

(3)主流道的圆锥角设得过小，会增加主流道凝料的脱出难度；设得过大，又会产生湍流或漩涡，卷入空气，所以，通常取。本塑件主流道的圆锥角取。

(4)主流道大端呈圆角过渡，圆角半径，以减小料流转向过渡时的阻力。本塑件主流道大端圆角半径取。

(5)在模具结构允许的情况下，主流道的长度应尽能短，一般取，过长则会增加压力损失，使塑料熔体的温度下降过多，从而影响熔体的顺利充型。根据模板的厚度而定。初选L=50mm。

(6)为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈分开设计，主流道长约等于模板厚度。衬套如下图所示材料采用T10A钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC～57HRC。

2.分流道的设计

（1）分流道的布置形式

为了尽量减少在流道内的压力损失和尽量避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，并且考虑到本模具是一模一腔结构，因此采用单侧分流道。

（2）分流道的长度

本塑件采用的塑料是PA66，尼龙的流动性很好，当分流道很短时，分流道的直径可小到2mm左右，而对于所以本模具采用梯形截面、D=7mm的分流道。

3.浇口的设计

模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸。无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：

●尽量缩短流动距离。

●浇口应开设在塑件壁厚最大处。

●必须尽量减少熔接痕。

●应有利于型腔中气体排出。                     

●考虑分子定向影响。

●避免产生喷射和蠕动。

●浇口处避免弯曲和受冲击载荷。

●注意对外观质量的影响。

根据以上的条件，选用适合于管状和同轴度要求高的塑件的爪型浇口。

七、成型零件刚度及支承板厚度计算

理论分析表明，对于大尺寸的型腔刚度不足是主要矛盾，应按刚度条件计算零件的结构尺寸。而小尺寸的型腔在发生足够大的弹性变形前往往因强度不足而破坏，因此应按强度条件进行计算。由于没有详细的资料对大尺寸型腔与小尺寸型腔进行区分，一下将按强度条件和刚度条件进行计算然后取其较大者。

对于模具型腔刚度条件的校核，根据模具成型的特殊情况，必须考虑一下几个方面的问题：

(1)型腔不发生溢料 高压塑料熔体作用下，模具型腔壁过大的弹性变形将导致某些结合面出现溢料间隙，从而产生溢料和飞边。因此，必须根据不同塑料的溢料间隙来决定其刚度条件。本塑件材料PA66属于低粘度塑料，其许用溢料间隙为0.025--0.04mm.(数据参考《塑料成型加工与模具》)

(2)保证塑件精度  塑件的尺寸精度要求模具型腔具有良好的刚性，即塑料注入时不产生过大的弹性变形，最大弹性变形值可以取制件允许公差值的五分之一左右。本塑件型腔最大尺寸为108mm,其公差值为1.42mm，因此从保证尺寸精度的角度出发，允许的弹性变量为0.284mm。

(3)保证制件的顺利脱模 A66塑料的收缩率为1%~2.5%,则本塑件的最大收缩值为1.08--2.70mm。

综上所述，当以不溢料间隙作为允许变形量进行刚度计算时，可以同时满足以上三个要求。

另外，该模具的凸模采用整体式，凹模采用局部镶嵌式。

1、型腔最小侧壁壁厚的计算

该模具采用组合式圆形型腔 ，当已知刚度条件，可得按刚度条件计算的侧壁厚度：

——融料熔体对型腔的压力，已知PA66料注射时型腔的平均压力；

——型腔内半径，本塑件；

——型腔外半径，本塑件R=108 

——模具许用变形量，根据上文的分析取；

——材料的弹性模量，中碳钢。

μ——型腔材料的泊松比，碳钢取0.25

所以，按刚度条件确定的最小侧壁壁厚S为

按第三强度理式推算得强度计算公式：

——型腔材料的许用应力，一般中碳钢=180MPa。

所以，得型腔的最小侧壁厚度为S=11.8mm。

2、型腔最小底板厚度的计算

按刚度条件计算底板厚度h

定模板部分的型腔是整体式圆形型腔，底板可视为周边固定的圆板，其最大变形位于板中心，其值为： 

由此按刚度条件确定底板厚度公式为：

按强度条件计算底板厚度h

对底板强度计算分析发现，其最大应力发生在周边，所需底板厚度为： 

——型腔材料的需用应力，一般中碳钢=180Mpa.

于是得到型腔最小底板厚度为16.31mm。

八、模架的选择

1、各模板尺寸的确定

由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，在根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为A1型、模架尺寸为的标准模架，可符合要求。

(1)A1板尺寸。A1板是定模型腔的组成板之一，塑件在此板中的高度为10mm，型腔最小底板厚度为16.31mm,考虑到主流道的长度，参考标准模架，故A板厚度取42mm。

(2)A2板尺寸。A2板是定模型腔的另一组成板，塑件在此板中的高度为60mm，考虑力学稳定性、推管的位置及模板上还要开设冷却水道等因素，还需留出足够的距离，参考标准模架，故B板厚度取80mm。

（3） B板尺寸。B板是型芯固定板，考虑力学稳定性还需留出足够的距离，故B板厚度按模架标准板厚取32mm。

(4)C板（垫块）尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推件板厚度+（5～10）mm=（60+20+15+5～10）mm=100～105mm，参考标准模架，初步定C板厚度为100mm。

（42+80+32+100+32=318mm

经上述尺寸计算，模架已经确定,模架结构形式为A1型标准模架，其外形尺寸为：。

2.模架各尺寸的校核

 根据所选注射机来校核该模具设计的尺寸。

（1）模具高度尺寸308mm，130mm<318mm<355mm（模具的最小厚度和最大厚度），校核合格。

（2）模具的开模行程S=H1+H2+（5～10）mm=10+60+（5～10）=75～80<340mm，校核合格。

九、导向机构的设计

注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈与注射机相配合，是模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位机构。

十、脱模推出机构的设计

1.推出力的估算

首先需明确该塑件属于圆环形截面的厚壁制件（t/d＞0.05），脱模力计算公式为：

F=[2 rESL(f-tan )]/(1+ +K1)K2+0.1A

式中，E——塑料的拉伸弹性模量（MPa），查《塑料成型加工与模具》附录2，取E=1300MPa。

  S——塑料成型的平均收缩率（%）   取S=2%

  L——被包型芯长度（mm）          L=60mm

   ——塑料的泊松比                 =0.40

   ——脱模斜度（0）               取 =1°

  f——塑料与型芯之间的摩擦因数    取f=0.20

  A——塑件盲孔型芯在与开模方向垂直的平面上的投影面积（mm2）

  K2——无量纲系数，由f和 决定的无因次数，K2=1+fsin cos =1.0035。

  K1——无量纲系数，其值随λ与 而异，取K1=3.063

则

F1=[2 rESL(f-tan )]/(1+ +K1)K2+0.1A=9987.8N

F2=[2rESL(f-tan)]/(1++K1)K2+0.1A=199.76N

所以，总脱模力为：

       = F1+2x F2 =10387.3KN

2、推出方式的确定

由于塑件形状较为简单，属于环形这一类的塑件，而且壁厚比较厚，故选用推管脱模机构将成型后的塑件从动模上推出。由于推管以环形周边接触塑件，故推顶塑件的力分布均匀，塑件不易变形，也不会留下明显的推出痕迹。采用推管推出时，主型芯和凹模可同时设计在动模一侧，以利于提高塑件的同轴度。

 十一、排气系统设计

当塑料熔体充填型腔时，必须有顺序的排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热分解而产生的气体；若不及时的排出气体塑件会因填充不足而出现气泡或表面轮廓不清。一般模具采用间隙配合进行排气，也可以在分型面上开设排气槽进行排气。根据实际情况并考虑成本，本模具直接利用分型面排气，并且型芯与模具的配合间隙辅助排气。

十二、温度调节系统的设计

1、.冷却介质

PA66属低黏度材料，其模具温度为60～120℃，所以，模具温度初步选定60℃，用常温水对模具进行冷却。

2.冷却系统的简单计算

(1)单位时间内注射入模具中的塑料熔体的总质量

1)塑件制品的体积前面已算得

2)塑料制品的质量

已知PP的密度，则塑料制品的质量

3)塑件平均壁厚为12.5mm，可查《塑料成型加工与模具》表10-6知，

塑件的冷却时间为，取注射时间，脱模时间，则注射周期：。由此得每小时注射次数

4)单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：

(2)确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量

查《塑料成型加工与模具》表10-4，直接可知PA66单位热流量为650~750KJ/Kg，取。

(3)计算冷却水的体积流量

设冷却水道入水口的水温为22℃，出水口的水温为28℃，取水的密度为，水的比热容。

则根据公式可知得：

(4)确定冷却水道的直径

当时，查《塑料成型加工与模具》表10-1可知，为了使冷却水处于稳定湍流状态，取模具冷却水孔直径8mm。

(5)冷却水在管内的流速

(6)求冷却管壁与水交界面的膜传热系数h

因为平均水温为25℃，查《塑料成型加工与模具》表10-5可得，则有：

 (7)计算冷却水通道的导热总面积

(8)计算模具所需冷却水管的总长度

(9)冷却水路的根数x

设每条水路的长度为，则冷却水路的根数为

根

由上述计算可以看出，一条冷却水道对于模具来说显然是不合格的，因此应根据具体情况加以修改。为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分的冷却，本设计中采用两条冷却水道对型芯和凹模进行冷却。

十三、模具开合模动作过程

模具装配试模完毕之后，模具进入正式工作状态，基本工作过程如下.

(1)对塑料PA66塑料进行烘干，并装入料斗。

(2)清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行适当的预热。

(3)合模、锁紧模具。

(4)对塑料进行预塑化，注射装置准备注射。

(5)注射过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模。

(6)脱模过程。开模时，由于塑件对型芯的包紧力式塑件留在动模一侧。开模到一定距离后，推出机构动作，推杆在推板的作用下，带动推管动作。随着推管的推出，塑件进而从动模上的型芯中脱出。最后将塑件取出。

 (7)塑件的后处理。切掉塑件上的浇注系统凝料，对塑件进行调湿处理。

参考文献：

（1）、《塑料成型加工与模具》  化学工业出版社  黄虹编

（2）、《简明塑料模具设计手册》  北京理工大学出版社  齐卫东主编

（3）、《塑料模设计手册》软件版  标准下载网

（4）、《现代工程图学》  上海交通大学出版社  吴巨龙主编