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【正文】 在流道內的壓力損失，則希望流道的截面積大；要減少傳熱損失，有希望流道的表面積小，因此可用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率，該比值大則流道的效率塑料模具設計論文 11 高。為了加工方便，采用矩形截面，由于矩形截面的尺寸無固定公式，又因為矩形與梯形的 形狀類似，所以在此套用梯形截面尺寸的計算公式，計算后取矩形截面的長為 6mm，寬為 4mm。 圖 14 分流道與澆口的連接處 塑料模具設計論文 12 澆口的設計 澆口是連接分流道與型腔的通道，除直接澆口外，它是澆注系統中截面最小的部分，但卻是澆注系統的關鍵部分，澆口的位置、形狀及尺寸對塑件性能和質量的影響很大，本次設計采用側澆口。 圖 15 側澆口形式 圖 15 中，圖 a 為分流道、澆口與塑件在分型面同一側的形式；圖 b 為分流道和澆口與塑件在分型面兩側的形式，澆口搭接在塑件上；圖 c 為分流道和澆口與塑件在分型面兩側的形式，澆口搭接在分流道上。 本次畢業設計中，由于塑件結構特殊，考慮到塑件的成型工藝，采用如圖 b）所塑料模具設計論文 13 示的澆口形式，即分流道和澆口與塑件在分型面兩側的形式，澆口搭接在塑件上。 l 一般取值為 2～ 3mm，取 3mm。本次設計的模具結構中只有主流道冷料穴。如果不能可靠地將上述氣體排出模腔，將導致以下后果： 塑料模具設計論文 14 或殘留于制品內部形成氣泡，或積存于熔料與模腔表壁之間導致制品表面內凹；增加熔體充型阻力，導致模腔填充不全、保壓不充分、注射壓力增大，熔體充模速率降低；熔接質量差，制品上明顯的熔接痕甚至熔接縫（裂紋 ） ,塑件力學性能下降；塑件表層受壓氣體易導致塑件表面出現銀紋、云霧、分層剝落等，表面質量差；模腔內被壓縮的氣體將伴隨溫度升高，可能使氣穴或氣泡周圍的塑料發生局部降解變色或燒焦。 本設計中塑件的尺寸并不大，利用螺紋型芯與軸套的配合（ H8/f8） 間隙、軸套與型腔的配合（ H8/f8） 間隙排氣。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能，所以選 用 20Cr， 并滲碳淬火，硬度大于 55HRC。本次設計中采用組合式結構，組合式凹模結構是指型腔是由兩個以上的零部件組合而成的。小型塑件在采用多型腔模具成型時，各單個型腔采用機械加工、冷擠壓、電加工等方法加工制成，然后壓入模板中。 圖 20 凸模三維圖 ③螺紋成型零件的結構設計 螺紋直接成型的方法有： （ 1）采用螺紋成型零件（型芯或螺紋型環）在成型之后將塑件旋下，該方法在模具結構上需配有旋轉驅動裝置。 （ 3）對于要求不高且用軟塑料成型的螺紋，可通過強制脫模來成型。 影響塑件精度的因素主要有 成型零件制造公差、成型收縮率、型腔和成型零件的磨損等， 鑒于影響塑件尺寸精度的因素多且復雜，塑件本身精度也難以達到高精度，為了計算方便，規定： 塑料模具設計論文 17 1） 塑件上的軸類尺寸以其最大值為公稱尺寸，公差為單向負偏差；塑件上孔類尺寸以其最小尺寸為公稱尺寸，公差為 單向正偏差。其中 A 類尺寸有 SR SR 8? 、 ? ? 5 ? 1 ? 1? 1 ? 2 SR（ 4+1）、 SR（ 5+1）、 ? 5 ? 50、 1 2 1 2螺紋大徑為 ? 1中徑 ? 、小徑 ? ， B 類尺寸有 1 10（ A 類尺寸是指塑件上不受成型零件移動的影響的尺寸， B 類尺寸是指塑件上受成型零件移動的影響的尺寸）。 大徑： d 大m = ? ?? ?0scp md1 ????? 中大S 中徑： d 中m = ? ?? ?0scp md1 ????? 中中S 小徑： d 小m = ? ?? ?0scp md1 ????? 中小S 螺距： Lm = ? ?? ? 2cp1 ms ??? LS 式中 d 大m 、 d 中m 、 d 小m —— 螺紋型芯的大徑、中 徑、和小徑的基本尺寸（ mm）； d 大m 、 d 中m 、 d 小m —— 塑料上螺孔的大徑、中徑、和小徑的基本尺寸（ mm）； Scp —— 塑料的平均收縮率（ %）； 中? —— 塑料內螺紋中徑公差（ mm），可按金屬螺紋公差標準之最低精度取值； m? —— 螺紋型芯或型環中徑制造公差（ mm），一般取塑料螺紋中徑公差（ 4/1~5/1 ） 中? ； Lm —— 螺紋型芯或型環的螺距（ mm）； Ls —— 塑件上螺紋的螺距（ mm），對型芯而言是指內螺紋螺距，對型環是指螺紋螺距。 ①按剛度條件計算，型腔底板厚為： h? ? ?3 ?E 所以 h? 354 ?? ??= ②按強度條件計算，型腔底板厚為： h? ? ?? 所以 h?355 2?? = 因此凹模型腔的底厚只要大于或等于 即可，為了縮短模具的制造周期，其厚度采用標準值，取 20mm。 圖 24 嵌件在模具中的位置 圖 25 嵌件的固定方式 脫模機構設計 脫模方案的 確定 本次畢業設計中塑件帶有螺紋結構，因此應設計脫螺紋的機構來實現塑件的脫模。此次設計中模具螺紋塑件的旋轉脫模：開模過程中，借助開模運動，帶動齒輪轉動，并通過齒輪軸、錐齒輪、圓柱齒輪，最終帶動螺紋型芯和螺紋拉料桿旋轉，實現螺紋型芯從塑件中脫出 及拉出澆注系統系統凝料，完成塑件與澆注系統凝料的同步脫模。對于不通孔殼形塑件脫模時，還須克服大氣壓力。 ①對于薄壁螺紋塑件的旋轉脫模，其所需最小扭矩 ( N則采用的公式為： Mmin = ???? ?cos fr4 2cpS LES 式中： E=， S cp =%， r= 2/dm =， f=， S=2mm ， L? d? 2= 14 2=， ? =arctanmdn?P = arctan * 2*1 =? ， ? 查表取 ， ? =? ? ? ? ???? 2222 rR/rR =? ? ? ? . 3 57/6 . 3 57 2222 ??? =，? =h/cos? =? =6/cos30? =。 所以 Mmin2 = ???? ?cos fr4 2cpS LES = 9 2 s 1 1 . 8 0 2 ??? ??????? = N 齒面接觸疲勞強度計算 ，齒面接觸疲勞強度的校核式： ][1 HHE1tH ?? ??? ZZuubdKF 塑料模具設計論文 27 上述式中： u—— 齒數比； ZE —— 彈性影響系數，其數值與材料有關，查表 45 鋼彈性影響系數 ； ZH —— 區域系數，對于標準齒輪， ZH =； b—— 齒寬， mm； d1 —— 小齒輪分度圓直徑， mm。 mm 小齒輪齒數 Z1 =20,則 Z2 =2 20=40， i=2040 =2 查圖： Ya1F = Ya1S = Ya2F = Ya2S = 因 ? ?1a1Fa1Y FSY? = ? = ? ?2a2Fa2Y FSY? = ? = 故應對大齒輪進行彎曲強度計算。兩軸交角可根據需要確定，但大多為 90。曲線齒推出輪傳動具有工作平穩、承載能力高、使用壽命長等許多優點，適于高速、重載應用場合；其主要缺點是制造難，要求具備專用加工機床，專業性強，所以一般場合不便推廣。 一般可用于＜ 5m／ s 場合。采用直齒圓柱齒輪強度計算公式，并代入當量齒輪的相應參數，得直齒錐齒輪彎曲強度校核式和設計式如下： 校核計算公式： aamt1bm SFF YYKF?? ? ?aat1 R0 .51bm SF YYKF ?? ? ?F?? 設計計算公式： m? ? ?3 aa22211 1)( 4HSF YYURRZ KT ??? ??? 式中： m為大端模數； YaF 為齒形系數，按當量齒數 zv = ?cosz 查表； Ya1S 為齒根應力修正系數，按 zv = ?cosz 查表。 mm 塑料模具設計論文 30 根據 ZV =?cos1Z=? 20= 取 YaF =、 YaS =、 U取 3， 模數 m? ? ?3 aa22211 1)( 4HSF YYURRZ KT ??? ??? = 3 22 74610)( ????? ???? = 將 m 放大 20% m= =，由 于塑料模具安裝在注塑機上，工作條件十分惡劣，為了保證齒輪的使用壽命以及方便加工，取 m=2mm。 齒輪參數： 小直錐齒輪 ： d1 =mz1 =2 20=40mm da1 =d1 +2ha cos 1? =40+2 2 ? = dm1=d1 2hf cos 1? =402 ? = 塑料模具設計論文 31 頂錐角： a1? = 1? + a? =? +? =? 根錐角： f1? = 1? f? =? ? =? 大錐齒 : 2? =90? ? =? d2 =mz2 =2 60=120mm da2 =d2 +2ha cos 2? =40+2 2 ? = dm2=d2 2hf cos 2? =402 ? = 頂錐角： a2? = 2? + a? =? +? =? 根錐角： f2? = 2? f? =? ? =? （五） 齒輪齒條的設計 齒輪齒條傳動設計參照圓柱齒輪設計方法： 圖 30 齒輪齒條傳動 （ 1）選擇材料及確定許用應 力 小齒輪用 45 鋼正火，齒面硬度 170～ 210HBS, lmi1H? =400MPa， 1FE? =340MPa 大齒輪用 45 鋼正火，齒面硬度 170～ 210HBS, lmi2H? =380MPa， 2FE? =320MPa 查表： HS =, FS =2（高可靠度，失效概率 ? 1/10000） ? ?1H? =HHlmi1S? = = MPa ? ?2H? = = ? ?1F? = FFES1? = 2340 =170MPa ? ?2F? = 2320 = 160MPa (2)按輪齒彎曲強度設計計算 設齒輪按 9級精度制造。 小齒輪齒數 Z1 =20,則 Z2 =2 20=40， i=2040 =2 查圖： Ya1F = Ya1S = Ya2F = Ya2S = 因 ? ?1a1Fa1Y FSY? = ? = ? ?2a2Fa2Y FSY? = ? = 故應對大齒輪進行彎曲強度計算。 （ 2）驗算齒面接觸強度 Ft =11d2T = 30 ? = H? =ZE ZH UUKF 1bd2 21t ?? = 14020 )11( 2 ?? ???? =? ?1H? =，安全。其他尺寸根據模具結構確定。 根據以上公式可以推出軸的最小直徑的計算公式： ? ?3 ?T? 整個脫螺紋機構中，受到扭矩最大的軸是齒輪齒條傳動中齒輪的軸，其扭矩 T為 3= N另外還有特殊結構的模架，如點澆口模架、帶推板頂出的模架等。現以中小型模架為例說明其組成。 模架的選擇 裝置是脫螺紋機構（自行設計），而不是推桿推件機構，因此模架中無推桿、復位桿、推桿固定板及推板。 （一）固定板 固定板在模具中起安裝和固定成型零件、合模導向機構以及頂出脫模機構等零部件的作用。 圖 33 定模板圖 34 動模板 （二）支承板 支承板是墊在動模板下面的平板，它的作用是防止固定板固定的零部件脫出固定板，并承受固定部件（工作零件）傳遞的壓力，因此它要具有較高的平行度和剛強度。本次設計的模具結構中只需要墊塊 ，其作用主要是在動模墊板與動模座之間形成頂出機構所需的動作空間。 （四）模座 與注射機動定模板相連接的模具底板稱為模座，設計模座或選用標準模座時，必須要保證它們的輪廓形狀和尺寸與注射機上的動定固定模板相匹配，所以其外形尺寸為 250mm 250mm。 圖 36 定模座板 圖 37 動模座板 合模導向機構設計 在模具進行裝配或成型時 ，合模導向機構主要用來保證動模和定模兩大部分或模內其他零件之間準確對合，以確保塑料制件的形狀和尺寸精度，并避免模內各零部件發生碰撞和干涉。導柱導向機構是比較常用的一種形式，其主要零件是導柱和導套，直接根據模具模板的大小選用標準件。一般水孔的直徑可根據塑件的平均壁厚來確定。 ② 開模行程的校核 對于單分型面： 塑料模具設計論文 38 ? ? SHHS ???? 10~521m 式中 mS —— 完成塑件及流道凝料脫模所需的開模距離（ mm）； 1H —— 塑件的推出距離（ mm），此項在本設計中為旋出螺紋所需的距離，為； 2H —— 塑件高度（ mm）；對單分型面注射模，其還應包括流道凝料的高度，長度為 54mm。 模具三維效果圖 根據以上的設計過程，