机械毕业设计（论文）-速度表从动齿轮模具设计及工作过程的动画设计【全套图纸三维】

哈尔滨理工大学学士学位论文 - I - 速度表从动齿轮模具设计及工作过程的动画设计速度表从动齿轮模具设计及工作过程的动画设计 摘摘 要要 由于塑料具有许多金属和其它非金属所无法比拟的优点, 所以近年来发 展尤为迅速。在现代工业和日用产品中，越来越多的塑料制品代替了以往 的多类产品，而模具作为塑件的成型技术也得到了迅速发展。 本次毕业设计就是在 Pro ENGINEER 平台上对速度表从动齿轮进行的 注射模具设计。塑料注射模是模具中的一种，也是当今市场最常用、最具 发展前景的模具之一。在设计过程中，通过了解和掌握塑料尼龙及速度表 从动齿轮塑料模具设计的有关知识，主要完成注射塑料模具的成型部分、 浇注系统、脱模机构、模体等部分的设计，并利用功能强大的 CAD 软件 Pro ENGINEER 进行三维造型及工过程的动画设计。 通过本次设计，不仅掌握了注射模具的基本设计过程和设计要领，并 了解了塑料的基本成型工艺，以及软件 Pro ENGINEER 的实体建模、装配 建模、制图基础、工过程动画设计等各个环节的基本操作规则及运用方法， 从而可以利用软件 Pro ENGINEER 或其它三维设计软件完成模具的整体设 计。 关键词关键词 塑料；注射模具；Pro ENGINEER 软件 全套图纸，三维动画，加全套图纸，三维动画，加 153893706 哈尔滨理工大学学士学位论文 - II - DrivenDriven geargear moldmold designdesign ofof thethe autometerautometer andand animationanimation ofof workersworkers coursecourse AbstractAbstract Because the plastics have many advantages that the metals and other nonmetals with for cant compare to, it developed quickly these yeas. In the modern industry and the articles for daily use, more and more plastic products replaced many products of former, and the mould as the technique of mould for plastic also got the quick development. The design project for graduation is on the Pro ENGINEER platform to design the injection mould for Driven gear wheel of the autometer. It is one of the molds, and also in nowadays market is the most in common used, most having the developing foreground of the mold insides the injection mould for plastics. In the design process, through the understanding and mastering the plastics Nylon and Driven Initiative gear wheel of the autometer, primarily complete to the plastics mould of type part, injection system, , and design the system for the plastics taking off and the frame of mold the etc. And make use of the Pro ENGINEER which is one of the CAD software with mighty functions to accomplish 3D shapes and Animation of workers course. After finishing this design, we not only control the basic process and the main points of the injection moulds design, but also understood entity that the plasticss fundamental type craft, and the solid modeling, the assembly and the engineering drawing in Pro ENGINEER, Animation of workers course, graphics the foundation to the basic operation rule and application method of the each link. Finally, we can make use of the Pro ENGINEER and other 3D soft ware to 哈尔滨理工大学学士学位论文 - III - complete the mould overall design. KeywordsKeywords：Plastics; The injection mould for plastics; Pro ENGINEER 哈尔滨理工大学学士学位论文 - IV - 目目 录录 摘 要.I Abstract .II 第 1 章 绪论1 1.1 课题背景.1 第 2 章 塑件与注射模具3 2.1 塑料.3 2.1.1 塑料的结构、成分3 2.1.2 塑料的使用性能及用途3 2.1.3 塑料的选用3 2.2 注射模具.5 2.2.1 注射模具设计的几个部分6 2.3 塑件几何形状.6 2.4 尺寸精度.7 2.5 表面质量.7 第 3 章 模具的设计8 3.1 成型零件的结构及设计.8 3.1.1 分型面位置的确定8 3.1.2 型腔数目的确定9 3.1.3 型腔结构设计10 3.2 动模固定板和定模固定板.12 3.2.1 成型零件的三维造型12 3.3 注射机的确定.14 3.3.1 注射机型号的确定14 3.3.2 最大注射量的校核14 3.3.3 锁模力的校核15 3.4 浇注系统的设计15 3.4.1 主流道的结构设计15 3.4.2 浇口套16 3.4.3 分流道设计16 3.4.4 分流道的形状及尺寸17 3.4.5 浇口的设计17 3.5 浇注系统的平衡.18 3.6 冷料穴的设计.19 哈尔滨理工大学学士学位论文 - V - 第 4 章 模具结构零部件设计20 4.1 导向零件.20 4.1.1 导柱的设计20 4.1.2 导套的设计21 4.2 拉料杆.21 4.3 动模垫板设计.21 4.4 弹簧.23 4.5 支承块.23 4.6 顶板导柱.24 第 5 章 模具工作过程的动画设计25 5.1 装配.25 5.1.1 子组的装配25 5.1.2 模具的整体装配26 5.2 动画设计.28 结 论32 致 谢33 参考文献34 附录 A 英文翻译.35 附录 B 45 附录 C 46 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 1 - 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 课题背景课题背景 模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时 本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁 成金”的“磁力工业”。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；德国 则认为是所有工业中的“关键工业”；日本模具协会也认为“模具是促进社会 繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的 原动力”。日本模具产业年产值达到 13000 亿日元，远远超过日本机床总 产值 9000 亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至已超过了新兴的电子 工业。 我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，预计到 2005 年，仅汽车行业将需要各种塑料制件 36 万吨；电冰箱、洗衣机和空 调的年产量均超过 1000 万台；彩电的年产量已超过 3000 万台。到 2010 年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为 30%，塑料管的普及率 将达到 50%，这些都会大大增大对模具的需求量。 近年来，我国的模具工业一直以每年 13%左右的增长速度快速发展。 据预测，我国模具行业在“十五”期间的增长速度将达到 13%15%。模具 钢的需求量也将以年 12%的速度递增，全国年需求量约 70 万吨左右，而 国产模具钢的品种只占现有国外模具钢品种的 60%，每年进口模具钢约 6 万吨。我国每年进口模具约占市场总量的 20%左右，已超过 10 亿美元， 其中塑料与橡胶模具占全部进口模具的 50%以上；冲压模具占全部进口模 具约 40%。 目前，全世界模具的年产值约为 650 亿美元，我国模具工业的产值在 国际上排名位居第三位，仅次于日本和美国。虽然近几年来，我国模具工 业的技术水平已取得了很大的进步，但总体上与工业发达的国家相比仍有 较大的差距。例如，精密加工设备还很少，许多先进的技术如 CAD/CAE/CAM 技术的普及率还不高，特别是大型、精密、复杂和长寿命 模具远远不能满足国民经济各行业的发展需要。 纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则 是我国模具工业发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低，决定着产品 的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低 的重要标志。因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代 模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业， 其技术、资金与劳动相对密集。目前，我国模具工业的当务之急是加快技 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 2 - 术进步，调整产品结构，增加高档模具的比重，质中求效益，提高模具的 国产化程度，减少对进口模具的依赖。 现代模具技术的发展，在很大程度上依赖于模具标准化、优质模具材 料的研究、先进的设计与制造技术、专用的机床设备，更重要的是生产技 术的管理等。21 世纪模具行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化 和网络化。追求的目标是提高产品的质量及生产效率，缩短设计及制造周 期，降低生产成本，最大限度地提高模具行业的应变能力，满足用户需要。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 3 - 第第 2 章章 塑件与注射模具塑件与注射模具 2.1 塑料塑料 2.1.1 塑料的结构、成分塑料的结构、成分 塑料的主要成分是树脂，树脂有天然树脂和合成树脂两种。无论是什 么种类的树脂，都属于高分子化合物，简称高聚物。高聚物可分为线型高 聚物、体型高聚物、网型高聚物。线型高聚物成型前具有可溶性和可熔性， 成型后仍具有这种特性，因而可多次成型，体型高聚物成型前是可溶和可 熔的，而成型硬化后，就变成既不溶解又不熔融的固体，所以不能再次成 型。 树脂是塑料中必不可少的部分，塑料之所以具有可塑性或流动性，就 是树脂所赋予的。树脂的主要作用是将塑料的其它成分加以粘合，并决定 塑料的类型（热塑性或热固性）和主要性能，塑料中的树脂主要是合成树 脂，其次是纤维素酯，树脂在塑料中的比例约为 4050%，另外，塑料还 包括填充剂、增塑剂、着色剂、稳定剂、润滑剂、阻燃剂、防静电剂等多 种成分，使塑料不但美观，而且改善塑料及塑件的综合性能，使其满足不 同塑件的使用要求。 2.1.2 塑料的使用性能及用途塑料的使用性能及用途 塑料的优点：重量轻、比强度（强度与密度之比）比刚度高、优良的 耐磨、自润滑和吸震性能、粘结能力强、优越的化学稳定性、优良的电绝 缘性能、有些塑料具有优良的光学性能和着色范围宽，可染成各种色调。 由于塑料具有这些优点，因此在现代工业和日用产品中，越来越多用到塑 料制品，特别应用于光学仪器和包装工业方面，发展尤为迅速。但是由于 要求其耐磨性要高，抗冲击韧性要好，因此对塑料的成份，注塑整个过程 的工艺，设备，模具等，都要作出大量工作，以保证塑件的表面质量良好， 从而达到使用的要求。 2.1.3 塑料的选用塑料的选用 常用塑料可分为：热塑性塑料和热固性塑料两种。热塑性塑料的合成 树脂都是线型或支链型高聚物，因而受热变软，甚至成为可流动的稳定粘 稠液体，在此状态时具有可塑性，可塑成一定形状的塑件，冷却后保持既 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 4 - 得的形状，如再加热又可变软塑制成另一形状，如此可以反复进行多次。 节省原料又可减小污染，因此选用热塑性塑料。 考虑到该塑件是应用于汽车的速度表，要有一定的硬度和刚性，综合 考虑各种塑料的综合性能，选用尼龙 66 塑料。 尼龙 66 树脂： 1名称为聚己内酰胺，俗名尼龙 66； 2结构式为NH（CH2）6CO ； n 3分子量达到 1500022000； 4性能如表 2-1 所示。 表 2-1 尼龙 66 性能表 指 标 名 称指 标序 号型号型型型 1外 观乳白色均匀颗粒 3相对密度(20)1.101.15 4熔 点()250260 5颗 粒 度 (N/g)40 6燃烧性HB 7 热变形温度(1.81MPa，) 6070 8成型收缩率(%)12 9体积电阻(.cm)1013 10体积电阻()1013 11相对粘度2.72.82.82.92.9 12拉伸强度606570 13静弯曲强度( MPa)8090100 14缺口冲击强度(KJ/m2)789 5产品为半透明或不透明乳白色结晶形聚合物。具有优良的耐磨性， 自润滑性，机械强度较高。耐酸、碱以及卤代烷、烃类、酯类和酮类溶剂， 易溶于极性溶剂如苯酚、甲酸、硫酸等。 6成型工艺尼龙 66 较易受热氧化而发黄，采用真空干燥，避免高温 氧化分解，也有利于除去微量水分。干燥温度（855），干燥时间 58 小时。 注射成型温度 240290，注射压力 60220MPa，模具温度为 2090。 2.2 注射模具注射模具 1.选材选材 表面淬火钢最适合来制造模具。这种模具实用且不昂贵，其 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 5 - 费用所占比例小，通过表面淬火、碳化、和渗碳，模具可以形成像玻璃一 样硬的表面，同时形成柔韧、可延展的芯部结构。坚硬的表面为模具提供 了耐磨损性，而其韧性芯部可以承受振动以及交变载荷。 2.塑料注塑模具成型方法塑料注塑模具成型方法 注射成型可成型各种形状的塑料制品。它 的特点是成型周期短，能一次成型外形复杂，尺寸精密，带有嵌件的制品， 生产效率高，易于实现自动化，应用广泛。所用设备是各种类型的注射机， 作用是将料筒内的塑料加热，使其塑化，然后对熔融塑料实施高压，使其 由喷嘴注入模具型腔。 3.塑料注射过程中应注意的共同问题塑料注射过程中应注意的共同问题 由于对塑料制品的表面质量要 求很高，不能有任何斑纹、气孔等缺陷，因而在整个注塑过程对原料、设 备、模具、甚至产品的设计，都要十分注意和提出严格甚至特殊的要求。 尼龙是无定形塑性材料，流动性中等，因此充模能力可以满足塑件的成型 要求。但会到其他方面因素的影响，所以应注意以下几项。 a原料的准备与干燥。由于尼龙极易吸湿，使成型塑件表面出现斑 痕、云纹等缺陷，因此在储存、运输、加料过程中，必须注意密封，尽量 避免尼龙吸收水分。加热前一定要干燥，并在注塑时，加料必须使用干燥 料斗。还要注意一点的是干燥过程中，输入的空气最好应经过滤、除湿， 以便保证不会污染原料。 b机筒、螺杆及其附件的清洁。为防止原料污染和在螺杆及附件凹 陷处存有旧料或杂质，特别热稳定性差的树脂存在，因此在使用前、停机 后都应用螺杆清洗剂清洗干净各件，使其不得粘有杂质，当临时停机时， 为防止原料在高温下停留时间长，引起解降，应将干燥机和机筒温度降低。 c在模具设计上应注意的问题（包括产品的设计） 。为了防止出现回 流动不畅，或冷却不均造成塑料成型不良，产生表面缺陷和变质，一般在 模具设计时，应注意以下几点。壁厚应尽量均匀一致，脱模斜度要足够大； 过渡部分应逐步。圆滑过渡，防止有尖角；浇口，流道尽可能宽大、粗短， 且应根据收缩冷凝过程设置浇口位置，必要时应加冷料井；模具表面应光 洁，粗糙度低（最好低于 0.8） 。 d注塑工艺方面应注意的问题(包括注塑机的要求） 。为了减少内应力和 表面质量缺陷，在注塑工艺方面应注意以下几方面的问题。应选用专用螺 杆、带单独温控射嘴的注塑机；注射温度在塑料树脂不分解的前提下，宜 用较高注射温度；注射压力：一般较高，以克服熔料粘度大的缺陷，但压 力太高会产生内应力造成脱模因难和变形；注射速度：在满足充模的情况 下，一般宜低，最好能采用慢快慢多级注射；保压时间和成型周期： 在满足产品充模，不产生凹陷、气泡的情况下；宜尽量短，以尽量减低熔 料在机筒停留时间；螺杆转速和背压：在满足塑化质量的前提下，应尽量 低，防止产生解降的可能；模具温度：制品的冷却好坏，对质量影响极大， 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 6 - 所以模温一定要能精确控制其过程，有可能的话，模温宜高一些好。 2.2.1 注射模具设计注射模具设计的几个部分的几个部分 注射模可分为动模和定模两大部分，注射时动模与定模闭合构成型腔 和浇注系统，开模时动模和定模分离，取出塑件。定模安装在注射机固定 模板上，而动模则安装在注射机的移动模板上。 注射模的总体功能结构分为： 成型部分作为塑件的几何边界，包容塑件，完成塑件的结构和尺 寸等的成型。 浇注系统将注射机喷嘴过来的熔融塑料过渡到型腔中，起了输送 管道的作用。 排气系统充模时，排除熔料进入后模腔中多余的气体或料流末端 冷料等。 温度调节系统控制模具的温度，使熔融塑料在充满模腔后迅速可 靠定型。对于不同的塑料和塑件，温度调节的方法不一样，在本例中，不 设计该系统，详细情况见温度调节系统设计部分。 脱模机构把模腔中定型后的塑件从模具中脱分并取出的部件。 模体（模架）是整个模具的主骨架，通过它将模具的各个部分有 机地结合在一起，并在使用时，通过它与注射机联系在一起。 2.3 塑件塑件几何形状几何形状 1.形状形状 速度表从动齿轮的结构如图 2-2 所示。 图 2-2 从动齿轮的结构图 塑件的几何形状应尽可能保证有利于成型的原则，即在开模取出时， 尽可能不采用复杂的瓣合分型与侧抽芯。因此，塑件的内外表面形状要尽 量避免旁侧凹陷部分。本塑件为结构图的斜齿轮部分，中间的细杆部分可 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 7 - 以像型芯一样固定下来，斜齿轮为成型部分。 2.脱模斜度脱模斜度 由于塑料冷却后产生收缩，会使塑件紧紧包住模具型芯 或型腔中的凸起部分，为了便于从塑件中抽出型芯或型腔中取出塑件，防 止脱模时拉伤或擦伤塑件，因此塑件内外表面沿脱模方向应具有足够的脱 模斜度。由于该塑件的成型部分为一斜齿轮，本身具有一定的螺旋角，这 样成型的斜齿轮可以通过自身的旋转旋出，并且斜齿轮的成型部分应有一 定的倒角，这样有利于脱模。 3.壁厚壁厚 塑件厚度要尽可能均匀,否则会因硬化或冷却速度不同而引起 收缩率不一致,结果在塑件内部产生内应力,致使塑件产生翘曲、缩孔、裂 纹，甚至开裂等缺陷。本设计符合要求，成型部分的壁厚为一环形。 4.圆角圆角 带有尖角的塑件，往往会在尖角处产生应力集中，影响塑件 强度；同时还会出现凹痕或气泡，影响塑件外观质量。为此，塑件除了使 用上要求必须采用尖角之处外，其余所有转角处均应尽可能采用圆弧过渡。 这样，不仅避免了应力集中，提高了强度，而且还增加了塑件的美观，有 利于塑件充模时的流动。 2.4 尺寸精度尺寸精度 因为本塑件为速度表的从动齿轮，啮合性要好，需要一定的传动精度， 公法线平均长度偏差为 5.891,齿圈跳动公差为 0.15。 120 . 0 246 . 0 2.5 表面质量表面质量 该塑件齿面粗糙度选为 3.2，其余全部为 6.3,表面光滑平整，表面缺陷 必须避免。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 8 - 第第 3 章章 模具的设计模具的设计 3.1 成型零件的结构及设计成型零件的结构及设计 3.1.1 分型面位置的确定分型面位置的确定 如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在 模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置 形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因 此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。 选择分型面时一般应遵循以下几项原则。 1.件质量考虑 a.确保塑件尺寸精度。选择分型面时，应考虑减小由于脱模斜度造成 塑件的大小端尺寸差异。由于本塑件相对高度较小，而且有自身斜度，所 以可以底面为分型面。 b.确保塑件表面要求。分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部位 以及塑件外观的要求，而且分型面处所产生的飞边应容易修整加工。 c.分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 2.技术规格考虑 a.锁模力考虑。即尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。当塑件在 分型面上的投影面积接近于注射机的最大注射面积时，有产生溢料的可能。 模具的分型面尺寸在保证一定的型腔不溢料边距的情况下，应尽可能减小 分型面接触面积，从而可以增加分型面的接触应力，防止溢料，并简化分 型面的加工。 b.模板间距考虑。在该模具中，动模的高度约为 18mm，定模的高度 约调 2mm,.模具的闭合高度为 20mm，脱模时，分型面需要打开 2mm 才能 离开凹模，接着继续开模约 90mm 才能让出塑件及浇注系统脱模时需要占 用的空间。这样要求注射机在开模结束后动、定模板之间的最小间距为 92mm，附录 A 中注射机的移模行程为 260mm，满足要求。 3. 模具结构考虑 a.尽量简化脱模部件。为便于塑件脱模，应使塑件在开模时尽可能留 于动模部分（因为塑件的顶出机构通常都设在动模部分） 。因为速度表从 动齿轮成型件中有一金属嵌件，金属嵌件放置在动模板上，塑件成型后必 然留在嵌件上，开模后即可用顶杆顶出塑件。如嵌件设在定模板上，则使 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 9 - 脱模困难。 b.方便浇注系统的布置。 c.便于排溢，为了有利于气体的排出，分型面尽可能与料流的末端重 合，即底座底面。 d.模具总体结构简化，尽量减少分型面数目，尽量采用平直分型面。 e.便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 f.便于模具加工制造。 g.对侧向抽芯的影响。 h.模具制造难易性考虑。 综上所述，由于速度表从动齿轮外观质量要求高，尺寸精度要求较高， 且装配精度要求高，但结构相对简单，模具将会采用一个分模面，一个分 型面。为了便于模具加工制造，应尽可能选择平直分型面，易于加工，易 于成型。如图 3-1 所示，采用 AA 这样一个平直的分型面，分型面选在 斜齿轮上倒角的下边缘，AA 上面为上型腔成型部分 ，AA 下面为下 型腔成型部分，并且应当保证上下型腔在分型面处的齿廓线配合在一起， 这样才能保证整个的塑件成型，本设计的型腔单独设计成一个模块 ，固 定在模板上，固定时应加一个销钉，防止旋转。下型腔的成形部分由两块 成形模块镶拼组成 B-B 上面为一成形模块，B-B 的下面为一成形模块。 图 3-1 分型面确定图 3.1.2 型腔数目的确定型腔数目的确定 型腔数目的确定可以有多种原则。 1.用的注射机的最大注射量确定型腔数； 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 10 - 2.注射机最大锁模力确定型腔数； 3.塑件精度确定型腔数； 4.性确定型腔数。 本设计的型腔的数量为“一出四”即一模四腔，已考虑了本产品的生产 批量（大批量生产）和注射机型号。因此我们设计的模具为多型腔的模具。 考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方 式如图 3-2 所示。 图 3-2 模具的型腔排列方式图 在本例中，我们采用第一种方法来确定型腔数目： （31） 件 废公利 G GGK n 式中：为型腔数n 为注射机公称注射量的利用系数,般取 0.750.85,这里取 利 K 0.80。 为注射机的质量公称注射量，g。 公 G 为浇注系统及飞边等的塑料质量，g。 废 G 为单个型腔中的塑件质量，g。 件 G 在本设计中由于所选的注射成型机的最大注射量比所需的大出很多， 所以确定型腔数为四是可以的了。 3.1.3 型腔结构设计型腔结构设计 成型零件在工作时是直接与塑料接触，并成型塑件的，其形状复杂， 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 11 - 精度与光洁度要求较高。因此在选择结构时要既考虑保证成型塑件，又要 便于制造加工。成型零件整体方式强度、刚度好，结构简单，而镶拼式成 型零件的刚性不如整体式成型零件，且易在塑件表面留下镶拼线痕迹，而 且模具的结构复杂。考虑本塑件的待塑部分和嵌件的结构，动模采用镶拼 组合方式，但采用这方式可以使便于加工，保证精度。所以采用镶拼组合 方式的动模模具的模具结构，使模具型腔的加工简化。动定模型腔结构如 图 3-3、图 3-4 所示。 图 3-3 定模结构图 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 12 - 图 3-4 动模结构图 成型工作尺寸计算。 a顶圆直径尺寸 利用公式： m scpss xQddD 0 腔 (3-2) 式中， 腔 D 为型腔内形（内径）尺寸，mm s d 为塑件外径基本尺寸，mm。 s 为塑件公差， s=0.46 mm。 cp Q 为塑料平均收缩率，已知为 2%。 x为综合修正系数，一般情况，x=1/2。 m 为模具成型尺寸设计公差，一般 m =(1/81/4)s =0.0580.115。 以塑件的基本外形尺寸 25.164 mm 为例，得 顶 D =（25.164+25.1642%-1/20.46） 115 . 0 0 =25.437mm 115 . 0 0 同理，型腔的其它内形部分也应用式（3-2）计算。 b型腔深度尺寸公式 m scpss xQhhH 0 腔 （3-3） 式中， 腔 H 为型腔深度尺寸，mm。 s h 为塑件高度基本尺寸，mm。 其它各项同上，下同。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 13 - 以塑件的基本高度尺寸 20mm 为例，得： H腔=(20+202-1/20) 0 0=20.4mm 同理，型腔的其它深度尺寸也应用式（3-3）计算。 3.2 动模固定板和定模固定板动模固定板和定模固定板 动模固定板和定模固定板是模具的最外层装置，动模固定板作用是固 定连接动模部分和为了安装在注射机上的板，定模固定板作用是固定连接 定模部分和为了安装在注射机上的板，因此要有一定的厚度，并有一定的 强度。根据已设计的型腔和型芯模块的尺寸，可选用相应的标准模板。即 定模固定板的外形尺寸为 222282mm，厚度为 20mm。动模固定板外形尺 寸为 222245mm，厚度为 24mm。 3.2.1 成型零件的三维造型成型零件的三维造型 成型零件无论是上型腔还是下型腔画法的主要部分都是斜齿轮的画法。 下面介绍应用 Pro ENGINEER 野火版定模型腔的画法。 单击菜单 文件新建命令，打开新建对话框，选择零件类型，输入 新建文件名称“shangxingqiang”,然后确定，进入零件工作环境。 1.斜齿轮参数的设置,选择工具 /参数,然后进行设置。 z(齿数) 整数 19,m(模数) 实数 1.25,bta(螺旋角) 实数 6.5486,afph(压力角) 实数 20，da (顶圆直径),df(齿跟圆直径),db(基圆 直径),d(分度圆直径)。 2设置完成选择工具/关系进行编辑。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 14 - 图 3-5 上型腔 /*分度圆直径 d=m*z/cos(bta) /*基圆直径 db=m*z*cos(afph) /*齿顶圆直径 da=d+2*1*m /*齿根圆直径 df=d-2*(1+0.25)*m 3选择拉伸,拉伸直径为 df 和高度为 20 的圆柱环(选择 Front 面为草 绘平面),选择草绘对 d，da，df 分别进行草绘。 4齿廓线的绘制,插入基准曲线/从方程/选出坐标系/笛卡儿坐标系, 在打开的记事本中进行编辑。 afa=45*t r=db/2 x=r*cos(afa )+pi*r*afa/180*sin(afa ) y=r*sin(afa )-pi*r*afa/180*cos(afa ) z=0 5选择基准轴,基准点,通过基准轴基准点作出基准平面 1,然后作基 准平面 2(通过基准轴,偏移基准平面 1，90/z 度),通过基准平面 2 对基准 曲线镜像,选择草绘画出完整的齿廓线,修剪,草绘/选用边重命名为环 1。 6编辑/特征操作/复制/移动/选取/独立/完成,平移 20,旋转 z 轴 bta,重命名为环 2。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 15 - 7创建第一个轮齿,插入/扫描混合/切口,截面选择环 1 和环 2。 8复制另一轮齿,编辑/特征操作/复制,曲线边轴,旋转角度 360/z。 9阵列,19。 10旋转工具将高 20mm 的已成型体切割为 2mm,拉伸(以圆柱体的底面 为草绘平面)。 11浇道,剪切/倒直角/倒圆角。 这样上型腔模就完成了(如图 3-5),下型腔（如图 3-6）和塑件都用相 同的画法。 图 3-6 下型腔 3.3 注射机的确定注射机的确定 3.3.1 注射机型号的确定注射机型号的确定 一般工厂的塑胶部都拥有从小到大各种型号的注射机。中等型号的占 大部分，小型和大型的只占一小部分。所以我们不必过多的考虑注射机型 号。具体到这套模具，采用注射机型号为中型的 SZ-160/80 和规格以及各 参数如附录 A。 3.3.2 最大注射量的校核最大注射量的校核 按(3-1)式校核 KVOV=+V浇 (3-1) n i i V 1 式中 VO为注射成型机最大注射量 （cm） 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 16 - V 为塑料制品的体积（包括制品、浇道凝料和飞边）（cm3） Vi为一个塑料制品的体积（cm3） V浇为浇道浇道凝料和飞边的体积（cm3） n 为型腔数 K 为利用系数，K=0.8 利用式(3-1)得 0.8163=130.4 4(R22-R12)H+4L1L21/3SH=101 即 130101 注射成型机的注射量合适。 3.3.3 锁模力的校核锁模力的校核 用式(3-2) FOP模A分100 (3-2) 式中 FO 为注射成型机的公称锁模力(N) 2540 MPa P模为模内压力(型腔内熔休压力)(MPa) A分为塑料制品及浇注系统在分型面是的投影面积之和( cm3) FO=800 P模A分100=3025.45100 =763.5 即锁模力的校核合适。 3.43.4 浇注系统的设计浇注系统的设计 浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道， 其由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。 3.4.1 主流道的结构设计主流道的结构设计 主流道是指从注射机喷嘴与模具接触的部位起，到分流道为止的这一 段。熔融塑料首先经过主流道， ，主流道的断面形状常为圆形。主流道截 面面积过小，塑料在流动过程中冷却面积相对增加，热量损失大，黏度增 加，流动性降低，成型压力损失大，造成成型困难；如主流道截面面积过 大，会使流道容积增大，塑料耗量增多，而且会使塑料流动过程中压力减 弱，冷却时间延长，容易产生紊流或涡流，使塑件产生气孔，影响塑件质 量。 为了便于凝料从主流道中拔出，主流道设计成圆锥形，其半锥角 1 3 内壁必须光滑，表面粗糙度应有 Ra0. 24。其小端直径 D2=D1+（0.51）mm,常取 48mm。主流道大端处应呈圆角，其半径常取 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 17 - r=13 mm，以减小料流转向时的阻力。主流道的一端常设计成带凸台的圆 盘，高度为 510mm,并与注射机固定模板的定位孔间隙配合，衬套的球形 凹坑深度常取 35mm,R2=R1+（12mm） 。在保证塑件成型良好的前提下， 主流道的 L 尽量短，否则将会使主流道凝料增多，塑料损耗量大，且增加 压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型。通常主流道 L 可小于或等于 60 mm,详见图 3-7 所示。 3.4.2 浇口套浇口套 由于主流道要与高温塑料及喷嘴接触和碰撞，所以模具的主流道部分 通常设计成可拆卸的主流道衬套，简称浇注套或浇口套，可用 45#表面淬 火 HRC55 。浇注套的主要作用是：a.使模具安装时进入定位孔方便而在 注射机上很好的定位，与注射机喷嘴孔吻合，并能经受塑料的反压力，不 致被推出模具。b.作为浇注系统的主流道，将料筒内的塑料过渡到模具内， 保证料流有力畅通地达到型腔，在注射过程中不应有塑料溢出，同时保证 主流道凝料脱出方便。结构如图 3-7 所示。 图 3-7 浇口套 3.4.3 分流道设计分流道设计 在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是 指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔 融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得 平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的 充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配 到各个型腔。 3.4.4 分流道的形状及尺寸分流道的形状及尺寸 分流道是装配线图中定模腔板下的水平的流道。为了便于加工及凝料 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 18 - 脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形、梯形、 U 形、半圆形及矩形等，本塑件采用圆形截面，圆形截面加工工艺性好， 且塑料熔体的热量散失流动阻力小，因此分流道设计成圆形截面，便于分 流道和主流道凝料脱模，取干道直径为 6mm，其与干道垂直的分浇道直径 为 4 mm。如图 3-8 所示。 3.4.4.1 分流道的表面粗糙度分流道的表面粗糙度 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料 熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度 Ra 并不要求很低， 一般取 1.6m 左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却 皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流 动时具有适宜的剪切速率和剪切热。实际加工时，用铣床铣出流道后，少 为省一下模，省掉加工纹理就行了。 （省模：制造模具的一道很重要的工 序，一般配备了专业的省模女工，即用打磨机，沙纸，油石等打磨工具将 模具型腔表面磨光，磨亮，降低型腔表面粗糙度。 ） 3.4.4.2 分流道的布置形式分流道的布置形式 流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的 布置形式，但应遵循两方面原则：即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸； 另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。本模具的流道布置形式采用平衡 式，如图 3-2 所示。 3.4.5 浇口的设计浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是 浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、 形状及尺寸塑件性能和质对量的影响很大，因此合理选择浇口位置是提高 塑件质量的重要环节。选择浇口位置时应遵循以下原则，并根据具体情况 决定：浇口的位置选择应尽量避免产生喷射和蠕动；浇口应开设在塑件断 面最厚处，以利于塑料添充及补料；浇口位置的选择应使塑料的流程最短， 料流变向最少，以减少流动能量的损失；应有利于型腔内的气体排出，以 免由于气体被压缩产生高温，使塑件局部碳化烧焦；应减少或避免塑件的 熔接痕，增加熔接牢度，无特殊需要，最好不要开设一个以上的浇口，否 则会增加熔接痕的数量；应防止料流将型腔、型芯、嵌件挤压变形，对于 有细长型芯的圆筒形塑件，应避免偏心进料，以防止型芯弯曲。 3.4.5.1 浇口的选用浇口的选用 浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我们将采用限制性浇口。限 制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 19 - 速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地 充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸， 可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时 还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。 我们采用的是侧浇口。侧浇口又称边缘浇口，国外称之为标准浇口。侧浇 口一般开设在分型面上，塑料熔体于型腔的侧面充模，其截面形状多为矩 形狭缝，调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口 封闭时间。这灯浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征 灵活地选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式，普遍使用于中 小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强；但射压力损 失大，对深型腔塑件排气不便。具体到这套模具，浇口各部分尺寸都是取 的经验值。实际加工中，是先用圆形铣刀铣出直径为 4 的分流道，再将 材料进行热处理，然后做一个铜公（电极）去放电，用电火花打出这个浇 口来的。 3.4.5.2 浇口位置的选择浇口位置的选择 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。 1 尽量缩短流动距离； 2 浇口应开设在塑件壁厚最大处； 3 必须尽量减少熔接痕； 4 应有利于型腔中气体排出； 5 考虑分子定向影响； 6 避免产生喷射和蠕动； 7 浇口处避免弯曲和受冲击载荷； 8 注意对外观质量的影响。 根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，每个型腔设计一个进浇 点如图 3-8 所示。 3.5 浇注系统的平衡浇注系统的平衡 对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量 保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构 允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 20 - 及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口 尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。 显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长 度相等，形状及截面尺寸都相同。 3.6 冷料穴的设计冷料穴的设计 在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小 段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机 料筒以内约 1025mm 的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常 的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如 果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的 影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流 道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。 冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处） ， 其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的 11.5 倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积，冷料穴有六种形式，常用 的是端部为 Z 字形和拉料杆的形式，具体要根据塑料性能合理选用。本模 具中的冷料穴的具体位置和形状如图 3-8 所示。 图 3-8 浇注系统图 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 21 - 第第 4 4 章章 模具结构零部件设计模具结构零部件设计 模具除了型腔模以外一般还包括定模型板、定模固定板、动模垫板 （或叫支承板）、垫块（或叫垫脚、模脚、支承块）、动模固定板、顶出 固定板、顶出垫板（或叫顶出底版）、导柱、导套、等组成。 一般定模 型板与定模固定板要用销钉定位，动模固定板与动模垫板要用销钉定位。 模具上所用的螺钉尽量采用内六角螺钉。模具外表面应光洁，加涂防锈漆 防锈。 4.1 导向零件导向零件 在动、定模之间脱模系统中，都要用到导向零件。导向零件的作用是： 保证模具在进行装配和调模试机时，保证动、定模之间一定的方向和位置。 导向零件要承受一定的侧向力，起了导向和定位的作用。 导向机构零件包括导柱和导套等。导向结构的总体结构设计原则为。 1导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其 中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度。 2根据模具的大小和形状，一副模具一般需要 24 个导柱。 3为了保证分型面很好地接触，导柱和导套在分型面处应有承屑槽， 可在导套的孔口倒角。 4各导柱、导套及导向孔的轴线应保持平行，否则将影响合模的准 确性，甚至破坏导向零件。 5合模时，应保证导向零件首先接触，避免凸模先进入型腔，导致 损坏成型零件。 4.1.1 导柱的设计导柱的设计 导柱的长度必须比凹模端面的高度高出 2mm 以上，以免分模后上模 没有完全脱离成型件而擦伤凸模成型表面，脱离后可按任何利于操作的位 置放在工作台上，为了使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部有一定倒 角，也可做成圆锥形或球形；导柱滑动部分按 H7/f6 配合，导柱工作部分 的表面粗糙度可为 Ra0.4；导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折 断的内芯，因此可采用碳素工具钢（T8）经淬火处理使其硬度提高，硬度 为 HRC55 以上。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 22 - 4.1.2 导套的设计导套的设计 采用台阶式导套，检修更换方便，能保证导向精度。为使导柱比较顺 利地进入导套孔，在导套孔的前端应有倒角；导套孔的滑动部分按 H8/f8 间隙配合，表面粗糙度为 Ra0.4；导套的材料硬度应低于导柱的硬度，这 样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。 导柱及导套的结构形式及装配关系如图 4-1 所示。 图 4-1 导向结构图 4.2 拉料杆拉料杆 拉料杆有浇口拉料杆及浇道拉料杆，为了使浇口套内的塑料在开模时 脱出浇口套或使浇道切断进料口脱离模具时所用。另外也常用在拉料杆端 开设冷料穴作贮存冷料所用。拉料部分的形式应按塑料种类，浇注系统的 尺寸形式及模具结构而定。在本设计中由于推板为单板，所以用螺钉将拉 料杆固定在推板上，浇口拉料杆的组合形式见图，由于分浇道不是特别长， 所以在此不设计浇道拉料杆。 4.3 动模垫板设计动模垫板设计 为了防止镶嵌在动模型板上的型腔或其它零件后退用的板。动模板的 厚度 h 可用下面计算公式： H=K100 2 弯 B FL 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 23 - F=pA 式中 F 为动模垫板受的总压力 (N)； A 为塑料制品及浇注系统在分型面上的投影面积(mm2); B 为动模垫板宽度（mm）; L 为支承块距离（mm）; p 为凹模压力，一般取 2545MPa; 弯 为抗弯许用应力（MPa）; K 为修正系数，取 0.60.75。 动模垫板厚度参考尺寸如表 4-1 所示。 表 4-1 动模垫板厚度参考尺寸 塑料制品浇注系统投影面积A (cm3) 垫 板 厚 度 (mm) 55101520 10502025 501002530 1002003040 20040 塑料制品及浇注系统在分型面上的投影面积 A 为： A=4(d1/2)2+4L1L2+(d3/2)2 =d12+4L1L2+d32/4 =*25.1642+4*3.5*11+64*6+82/4 =25.45cm2 动模垫板的厚度外形尺寸选用 222245mm，厚度为 30mm。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 24 - 4.4 弹簧弹簧 在热塑性塑料注射模具中，利用弹簧使推杆复位，这在实际生产中应 用较多。其优点是结构简单，安装和更换都很方便。缺点是容易失效，要 经常更换。在本设计中采用弹簧复位结构。 4.5 支承块支承块 它的主要作用是为了推板能完成推顶动作而形成空间所用，或是调节 模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求，对于该模具，采用平 行垫块。由于它主要是承受压力，所以材料可选用 HT200。本塑件的嵌件 较长，成形之后长度为 92mm。底板下面的嵌件长度为 42mm。顶杆的长 度设计为 40mm，而且还要把塑件推出至少 20mm，这样支承块的长度应 该为推板的长度+顶杆的长度+底板下面嵌件的长度+一定的间隔。垫块的 高度计算式如下： h垫块=h限钉+h推板+h顶杆+S嵌件+（36mm） （4-1） 式中，h垫块为垫块的高度，mm。 h限钉为顶出板限位钉的高度，此处为 0mm。 h推板为推板的厚度，mm。 h顶杆顶杆的高度，mm。 S嵌件为底板下面的嵌件长度，mm 。 （36mm）表示顶出行程的富裕量，mm。 h 垫块=0+20+42+24+4 =90mm 取 h 垫块=90mm。 垫块与动模固定板和动模垫板（动模板）之间可用螺钉定位，如图 4- 2 所示。 图 4-2 垫块与底板连接 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 25 - 4.6 顶板导柱顶板导柱 为推板动作导向，成滑动配合，并且增加了动模部分的强度，在动模 垫板和固定板之间起到支柱的作用，可以防止动模板固定板变形，可以减 少动模板固定板厚度。 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 26 - 第第 5 章章 模具工作过程的动画设计模具工作过程的动画设计 5.1 装配装配 将模具分成三个部分进行装配：上模板部分，下模板部分，推板部分。 5.1.1 子组的装配子组的装配 步骤步骤 1 1 单击菜单文件-新建命令，打开新建对话框，选择组件类型， 输入新建文件名称“shangmu”,然后确定，进入组件工作环境，选择子组 件，进行装配。 步骤步骤 2 插入-元件-装配，在文件夹中选择定模型板，弹出元件放置 对话框，选择放置-固定当前位置，单击确定如图 5-1。接着重复步骤 2 操 作插入第二个元件导柱，在元件放置对话框中单击添加约束，相应选择组 件和元件的装配参考，使其符合条件。重复添加约束，直至符合要求的装 配定位，单击确定。重复以上步骤，完成整个上模板子组件的装配如图 5- 1 所示。 图 5-1 上模板子组件的装配图 哈尔滨理工大学学士学位论文 - 27 - 重复子组件 1 的装配过程，完成下模板部分，最后将塑件与动模型腔 做成圆杆连接，连接的名字命名为“sujian-1” “sujian-2” “sujian-3” “sujian-4” ，约束类型中轴对齐元件参照选择塑件的中心轴，组件选择动 模型腔的中心轴显示完全连接单击确定，接下来将废料件与下模板用滑动 杆连接，连接的名字命名为“feiliao-1” ，把主浇道部分的废料的中心轴和 动模型腔板的中心轴作为他们的轴对齐约束，选择元件和组件的互相平行 的两个基准面作为他们的选转约束显示完全连接单击确定（图 5-2a） ，推 板部分（图 5-2b)的子组件的装配。 图 5-2a 下模子组件的装配图 5.1.25.1.2 模具的整体装配模具的整体装配 步骤步骤 1 单击菜单文件-新建命令，打开新建对话框，选择组件类型， 输入新建文件名称总装，然后确定，进入组件工作环境。 步骤步骤 2 插入-元件-装配，在文件夹中选择“shangmu.asm”,确定后 系统弹出元件放置对话框，选择放置-固定当前位置。