1、1 .零件分析及模具结构设计31.1 零件的作用31.2 材料的选择32 .注射机的选用及校核42.1 注射机的选用42.1.1 制品的体积估算42.1.2 根据体积选注射机43 .塑料制件在模具中的位置53.1 分型面的确定53.2 型腔数量及排列方式53.3 成型零件的设计63.4 成型零件工作尺寸的计算63.5 型腔径向方向上的尺寸计算63.6 型腔深度方向上的尺寸计算73.7 模具型腔侧壁和底板厚度的计算74 .浇注系统设计84.1 主流道设计84.2 冷料井设计94.3 分流道设计94.4 浇口设计IO4.5 注射机注射量的校核Il4.5.1 锁模力的校核114.5.2最大注射压力的
2、校核124.6注射机安装模具部分的尺寸校核134.6.1喷嘴尺寸134.6.2定位孔尺寸134.6.3模具厚度与注射机模板闭厚度134.6.4开模行程的校核135 .脱模机构的设计145.1 脱模力的计算145.2 推管直径的计算155.3 推管应力校核166 .合模导向机构的设计167 .温度调节系统的设计177.1 模具冷却水管道直径177.2 冷却水管总的传热面积187.3 模具上开设的冷却通道的孔数188 .模板的选用18参考文献19型星齿轮的注塑模设计摘要：本文设计了一行星齿轮的注塑模具。该零件选用PA66,质量轻，化学稳定性高。PA66齿轮具有较高的力学强度和刚性，优良的耐磨性，自
3、泄滑性、耐疲劳性及耐热性，可在中等载荷、较高温度无润滑或少润滑下使用。通过计算设计了注塑模具的成型结构、脱模机构、浇注系统等方面，并进行了型件上、下模的仿真加工，生成刀具路径。该模具结构小巧而紧凑，运行顺畅无阻。关使词：注塑模具脱模机构刀具路径Abstract：Thisarticledesignedaplanetgeartocastthemold.ThisComponentsselectPA66,thequalitylightly,thechemicalstabilityishigh.ThePA66gearhasthehighermechanicsintensityandtherigidity
4、thefineresistancetowear,thenature,bearswearinessandthethermalstability,mayinthemediumload,ahighertemperaturenothaveunderthelubricationorthefewlubricationsuses.Designedthroughthecomputationhascastthemoldtotakeshapethestructure,thedrawingofpatternsorganization,poursaspectandsoonsystem,andcarriedonhas
5、modelledon,thestampingdiesimulationprocessing,producedthecuttingtoolway.Thismoldstructureexquisiteandcompact,themovementsmoothisUnimpededoKeywords:plasticinjectionmouldmouldcavityTheknifehavePath1 .零件分析及模具结构设计1.1 零件的作用该零件为一带金属嵌件的塑料行星齿轮，其用于家用或办公用机械，功率很小，但要求传动平衡，低噪音或无噪音，以及能在少润滑或无润滑状态下正常工作。该零件在其受力较大的部位
6、镶入金属嵌件，这样可以对塑料齿轮起到增强作用，并由于金属嵌件的加入，塑料齿轮的成型收缩也将减小，齿轮精度提高。该零件尺寸较小，同轴度要求精度较高，按照其工作要求，其精度等级可选用一般精度等级。1.2 材料的选择根据零件工作要求及其精度等级，该零件选用PA66塑料成型。其中，PA为聚酰胺的缩写，又名尼龙。PA66齿轮具有较高的力学强度和刚性，优良的耐磨性，自润滑性、耐疲劳性及耐热性，可在中等载荷、较高温度无润滑或少润滑下使用。表2-20塑料精度等级的选用，PA66的一般精度要求为5级。表1.1PA66的成型条件密计模成度算具型预热后处理宜用g/收温压注射7c加热前料筒温度缩度力机类()率MPa型
7、温时温时宜用喷料料料度间方度间螺杆1.5嘴筒筒筒Ch法h式注1前中后8070射机，.2.2部部部螺杆112100油、90带止526262524O12水、回环，5OOOIlO盐104喷嘴16水O宜用自锁式2 .注射机的选用及校核2.1 注射机的选用2.1.1 制品的体积估算将该行星齿轮塑件的体积分成四部分：冶金粉末嵌件中间凹陷处K、塑件中间圆环匕及塑件两边齿轮匕、V4O=-v211=(i2-)=-6一(I%=527.79三3匕=v3i-v311=-r)=6僧%-(%，=1857.86W.=+V2+V,+V4=527.79+1206.37+1857.86+2228.96=5820.98三32.
8、1.2 根据体积选注射机常用热塑性塑料注射机型号和主要技术规格初选SZ-68/40型注射机如表二所示:表1.2注射机主要技术参数理论螺杆注模板模具顶出喷嘴实际锁模具定位喷嘴注射直径射行程最大行程孔直注射模最小孔直球半容积(run)压厚度mm)径量力厚度径径(cn3)力(fV71)(nn)(g)(nn)(run)(mm)(KNMPa)582616022024040453400130西？123 .塑料制件在模具中的位置3.1 分型面的确定若按分型面设计原则中的“塑件要求同轴度的部分要放到分型面的同一侧，以保证塑件同轴度要求”来确定分型面的话，塑件脱模比较困难。来确定分型面的话，塑件脱模比较困难。故
9、为使塑件从模具中顺利脱模，且简化模具结构，应按设计原则中的最基本一条：将分型面选择在塑件外形的最大轮廓处，即塑件。32而处，而其同轴度要求通过对结构中如定模板等零部件的设计与加工提出尺寸与形状的公差精度来保证。3.2 型腔数量及排列方式考虑到该塑件尺寸较小，且为大批量生产，故采用多腔注射。根据所选注射机注射容量，由前校核所述，选取四腔。模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、H形排列、直线排列及复合排列等。其中，型腔的圆形排列加工较困难，直线形排列加工容易，但平衡性能较差，H形排列平衡性能好，而且加工性能尚可，使用较广泛，故选用H形排列。3.3 成型零件的设计对于塑料模的型腔设计常用的有两种
10、方式：一种是整体式型腔，另一种是组合式型腔。整体式型腔结构简单，牢固不易变形，但是型腔复杂，加工难度非常大。组合式型腔可使复杂型腔简单化，并且加工难度降低，模具型腔可更换，提高了模具的使用寿命。3.4 成型零件工作尺寸的计算成型零件上用以成型塑件部分的尺寸,称为成型零件的工作尺寸.成型零件工作尺寸主要有型腔和型芯径向尺寸，型腔和型芯的深度尺寸中心距等。3.5 型腔径向方向上的尺寸计算分度圆直径：=d(l+O,/齿顶圆直径：Dma=da(+Qc)齿根圆直径：Dmf=d/(1+Qep)式中：d塑件分度圆直径(nun)；da塑件齿顶圆直径(z7W?)；df塑件齿根圆直径(加)；Qep塑件平均收缩率(
11、)；则有：grp=1,52,2=1.85齿数为Z=17处：DM=25.5x(1+1.85%)=25.97Dltiai=28.5x(1+1.85%)=29.03加Dmfl=21.75(l+1.85%)=22.15wn齿数为Z=18处：0“2=27X(1+1.85%)=27.50IWDftla2=30x(1+1.85%)=30.56/W7?Dmf2=23.25(l+1.85%)23.68wzn对于塑件最大轮廓32mtn处：D=(ds+dsQcp-A,)-式中：D型腔内径尺寸(2W)；dx塑件外径基本尺寸塑件公差(如)；X综合修正系数；塑件精度低，批量比较小时，X=%；塑件精度高,批量大时，X=%
12、z模具制造公差(rnm,一般2=(%h；由查得5级精度时：=0.36mm；2=；=0.09mn/+0-09则有：D=32+32x1.85%-二X0.36=32.322；OO9w/77I4Jo3.6 型腔深度方向上的尺寸计算%=(i4-河则对于动模板上，%=8mm,查得：A=0.20w%;.,.,=0.05mmZ4/D+05故有：D=8+81.85%-0.2=8,O15；OO5/77w3OVjzo而对于定模板上，%=6mm,查得：=0.20mm；.,.,=0.05mm24/2-,05故有：D=6+61.85%-0.20=5.978/相根、3%3.7模具型腔侧壁和底板厚度的计算理论分析和实践证明
13、对大尺寸型腔，刚度不足是主要问题，应按刚度条件计算;对小尺寸型腔，强度不足是主要问题，应按强度条件计算。该模具为小尺寸型腔，则对于圆形镶拼组合式，按强度计算有：底部:1.22Pl式中：PM模腔压力(MPa)；=8.27p材料许用应力(MPa),对于45钢，p=160MPa；r凹模型腔内孔(m%);3211,22x35TV160并由3表6.10对于型腔内壁直径在4(加加范围内的圆形镶拼组合式凹模有:tc=8nvn;模套壁厚：S=1Stnm今取：tc=0fwn4.浇注系统设计4.1 主流道设计主流道是指从注射机的喷嘴与模具接触的部位起到分流道为止的一段流道。主流道横截面形状采用圆形截面。为了便于
14、流道凝料的脱出，主流道设计成圆锥形，其锥度为a=206,取a=4。，内壁光滑，表面粗糙度Ra小于0.44力。主流道大端与分流道相接处应有过渡圆角(通常r取13加，选用尸=而机)以减少料流转向时的阻力。图3-1主流道对于小型注射模具，直接利用主流道衬套的台肩作为模具的定位圈，定位圈与浇套一体，压配于定模板内，能防止从定模板内顶出。且因定位圈直径D为注射机定位孔配合直径,应按选用注射机的定位孔直径确定。直径一般比注射机定位孔直径小,以便于装模，故选浇口套上D为：0=063.32(MM浇口套结构与尺寸参数如零件图所示。图3-2浇口套结构4.2冷料井设计在每个注射成型周期开始时，最前端的料接触低温模具
15、后会降温，变硬被称为冷料。为了防止在下一次注射成型时，将冷料带进型腔而影响塑件质量，一般在主流道或分流道的末端设置冷料井，以储藏冷料并使熔体顺利地充满型腔。为了使主流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出，往往使冷料井兼有开模时将主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用。先选用Z形拉料杆的冷料井，其结构尺寸如下附图所示：图3-3冷料井4.3分流道设计分流道是主流道与型腔浇口之间的一段流道。它是熔体由主流道流入型腔的过渡通道。对于多型腔模需设分流道，为使各型腔内能同时填充，分流道采用平衡式布置。比较不同截面形状分流道的性能，采用U形分流道，其热量损失小，加工性能容易。U形分流道宽度8可在510mm内
16、选取，半径R=O.53,深度=L25R,Ro=0.5;斜度=5l（T取：B=5mm；=8；.7?=0.55=2.5mm；/=1.252.53nun；R=0.53=1.5mm；4.4浇口设计浇口是料流进入型腔最狭窄部分，也是浇注系统中最短的一段。浇口尺寸狭小且短，目的是使由分流道流进的熔体产生加速，形成理想的流动状态而充满型腔，又便于注射成型后的塑件与浇口分离。本设计中浇口形式采用侧浇口，其形状简单，便于加工，而且尺寸精度容易保证；适用于一模多件，能提高生产效率；试模时，如发现不适当，容易及时修改；能相对独立地控制充填速度与封闭时间。侧浇口截面形状为矩形，其尺寸参数如下：h=ntZ?=1.5-5
17、0/=0.5-0.75厂=13式中：h浇口深度帆），通常力=0.52；t塑件在浇口位置处的壁厚（mm）；n系数，对于PA,=0.8；b浇口宽度（，丽）；/浇口长度（7帆）；r浇口半径（加7）；则有：h=0.82=1.Gtnm；取：b=B=5mm；r=mm；为去浇口方便，取：/=0.7z三;其中分流道与浇口的连接方式及尺寸参数如下附图所示:RO如图3-44.5注射机注射量的校核%=5820.98三35.821cn3贝J:加总=%=1.15x5.821*6.7g在一个注射成型周期内，需注射入模具内的塑料熔体的质量，应为制件和浇注系统两部分质量之和，即：m=机总+加浇根据生产经验，注射机的最大注射
18、量是其额定注射量的80%,即：m0.8n,式中：7个成型周期内所需注射的塑料质量(g)；型腔数目，取=4；加总一一单个塑件的质量(g)；团浇一一浇注系统凝料和飞边所需的塑料质量(g)取相浇=IOg;mg注射机额定注射量(g)；则有：m=4x6.7+10=36.8V0.853=42.4g4.5.1锁模力的校核锁模力是在成型时锁紧模具的最大力。成型时高压熔融塑料在分型面上显现的涨力应小于锁模力，即：户kPA100O式中：F注射机的额定锁模力(N)；A一一塑料制品与浇注系统在分型面上的总投影面积(m?卜Pe熔融塑料在型腔内的平均压力(4)；对于螺杆式注射机，其型腔内平均压力一般为2035M,取B=3
19、OM;k安全系数，常取Z=l.l1.2;其中：塑料制品在分型面的投影面积为：A1=49%)=3217mm2主流道在分型面的投影面积为：A2=(1%)=78.5ZWn2分流道在分型面的投影面积为：A3=4385=760mm2故总投影面积为：A=A1+A2+A3=3217+78.5+760=4055.5nn1而后r八，1.2301064055.5106则有：F=4()()KN=146KN1000故满足条件.4.5.2最大注射压力的校核塑件成型所需的最大锁模力应小于注射机的额定锁模力，即：PP$式中：P注射机的最大注射压力(M&)；Px成型塑件所需的注射压力(MRZ)；SZ-68/40注射机的额定注
20、射压力为160MPa；而PA66材料的注射压力为70120MPa；故有：PPs4.6注射机安装模具部分的尺寸校核4.6.1喷嘴尺寸模具主流道衬套的小端孔径D（如）和球面半径R（削篦）要与塑料注射成型机喷嘴前端孔径d（痴z）和球面半径r（制）满足下列关系：R=r+（l2）O=4+（0.5l）保证注射成型时在主流道衬道处不形成死角，无熔料积存，并便于主流道凝料的脱模。故有：R=12+2=14wn）=4+1=5mm4.6.2定位孔尺寸模具与注射机上定位孔为。63.3mm,两者按*配合实现定位，以保证模具主流道的轴线与注射机喷嘴轴线重合。4.6.3模具厚度与注射机模板闭厚度模具闭合时的厚度在注射机动、
21、定模固定板之间的最大闭合高度和最小闭合高度之间，BP：HmtnHfn%式中：Hmin注射机允许的最小模具厚度（加?）；Hm模具闭合厚度（7加）；HmaX注射机允许的最大模具厚度（?）；其中模具闭合厚度为：Hm=32+40+32+63+25=192w故有：130mm192/n/n25+16+10=5tnm其中：注射机最大开模行程与模具厚度无关。5.脱模机构的设计在注射成型的每一个循环中，都必须使塑件从模具型腔和型芯上脱出，这种脱出塑件的机构称为脱模机构。整个脱模过程包括开模、推出、取件、闭模、脱模机构复位过程。对于中心有孔的圆筒形塑件，采用推管推出机构进行脱模，推管推出平稳可靠，塑件无变形，无顶
22、出痕迹。推管的脱模机构采用动模座板固定型芯的推管机构，即：型芯（主型销）固定在动模座板上，并且穿过推板和推杆固定板，推管固定在推杆固定板上。推管内部与主型销做间隙配合，推管外部与型腔板做间隙配合，推管与主型销配合长度为顶出行程+35mm,推管与型腔板的配合长度为推管外径的1.52倍,这种顶出机构结构可靠，多用于脱模距离不大的场合。5.1脱模力的计算当脱模斜度不大时（一般指5。）初始脱模力最大，一经推动，脱模力即迅速减小，所以脱模力的计算须按照无脱模斜度的条件计算。由于塑件壁厚与其内孔直径之比大于%。，故由1表5-94应按下式计算：+ 3x102丫ESL,于(1+机+以1+7)式中：Q脱模力（N
23、E塑料弹性模量（nc112）,对于尸A66,由表5-57查得：1.25-2.88IO5cm2;S塑料平均成型收缩率()；1.包容型芯的长度(C机)；/一塑料与钢的摩擦系数，对于PA66,由表5-56查得：0.20.35；m塑料的泊松比，约为0.380.49；B塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积优尸)，当塑件底部有通孔时，该项视为零。k与/和，有关的系数，其由下式计算所得:k=J厂t+2tr式中：r型芯的平均半径(cz),r=I；+；XioI=1475w；t塑件的壁厚(cm),约为f=5xl()T=0.5cn;则有:21.47520.52 20.5 1.475=2.522其中:取：E =
24、 2.01052 ； / = 0.3 ； w = 0.46 ；则有:21.475 2105 1.85%0.80.3(1 + 0.46 + 2.522X1 + 0.3)+ 0 = 1590 5.2推管直径的计算推管直径d由下式计算所得:(64. 7r QI n E式中：d推管直径(CVn)；推管长度系数，Oko.7；1推管长度(cm), I = 106帆m = 10.6cm ；n推管数量；E推管材料的弹性模量(nc),对于钢：E = 201 NZcm2则有：d =59=0.3cm考虑到于推管中放一主型销与冶金粉末嵌件配合，故选取:(1=10/77/775 .3推管应力校核其校核公式如下：一4Q一
25、b=-(TCnd1式中：推管应力(n/c/)s推管钢材屈服极限强度(nct),对于一般中碳钢：s=32000cw2;则有：=4*90=2024N/cm2s32000/V/cm21(010,)6 .合模导向机构的设计在模具工作时，导向机构可以维持动模和定模正确合模，合模后保持型腔的正确形状。同时,导向机构可以引导动模按顺序合模，防止型芯在合模过程中损坏；并能承受一定的侧压力。本设计导向机构采用导柱导套导向。因动、定模合模时无方位要求，故导柱在模具上的布置方式可采用直径相同并对称布置。并使固定导柱的孔径与固定导套的孔径相等，以便于加工，且有利于保证同轴度和尺寸精度。为使导向装置具有良好的导向性能，
26、将导柱的先导部分做成锥度。考虑到模具生产批量大，故选用带肩导柱与带肩导套。为了使导柱、导套的配合表面硬而耐磨，而中心部分具有良好的韧性，导柱导套材料选用20号钢经渗碳淬火处理，渗碳深度为0.81.2其中，导柱淬火到HRC5660,导套淬火到HRC5055,导套硬度低于导柱硬度，可以改善摩擦情况。导柱、导套的尺寸参数如下附图所示：图6-2导套图6-1导柱导柱、导套加工的工艺路线为:毛坯（棒料，材料为20号钢）一车削加工（内外圆配合部分留磨量0.2-0.3mm）一热处理（渗碳淬火）一内外圆磨削一精磨至要求尺寸。导柱在热处理后修复中心孔，最后进行磨削时，可利用两端的中心孔进行装夹，并在一次装夹中将导
27、柱的两个外圆磨出，以保证两表面间的同轴度。导套磨削加工时，先磨内圆，再以内圆定位，用顶尖顶住芯轴磨外圆。这样，就不仅可保证同轴度要求，且能防止内孔的微量变形。导柱、导套端部转弯处必须圆滑，以防止在运动中将配合表面划伤。因此，全部精磨后，必须用油石将圆弧处磨圆滑，消除磨削后在圆弧处出现的棱带。7 .温度调节系统的设计在塑料注射成型过程中，模具就像一个热交换器，输入热量的方式是加热装置的加热和塑料熔体带走的热量。输出热量的方式是自然散热和向外热传导，其中95%的热量是靠传热介质（冷却水）带走。在塑料成型过程中，要保持模具温度稳定，就应保持输入热和输出热平衡。为此，必须设置模具温度调节系统，对模具进
28、行加热和冷却，以调节模具温度。7.1 模具冷却水管道直径式中：d冷却水管道直径（制）；V管道内冷却水的流速，一般取0.82.5ms,选取u=2.0S则有:j43.17x103,a=J6mmV602.07.2 冷却水管总的传热面积传热膜系数按下式计算：4.187(pv)osJ02式中：k冷却通道孔径与冷却介质间的传热系数，(/(./C);f与冷却介质有关的物理系数，由5表8-29查得：/=7.22；则有：4=4.187x7.22x(1.0x0x2.0)”152K)/田C)6故冷却水孔总的传热面积为：_60WqA-式中：AT一一模温与冷却介质温度之间的平均温度(C),其中，模温为80；则有:60
29、0.0252 X 14884()9240 80-30 + 20、2 ;= 0.13w27 .3模具上开设的冷却通道的孔数An=dL式中：L一一冷却通道的长度(加)，为使模具得到均匀冷却，要求控制回路长度在L2L5m内,今取为1.4m；则有:0.238n=；4X6X1X1.48 .模板的选用由6表注射模中小型模架组合形式，结合实际计算所需，采用基本型A2模板尺寸选用如下：表8T模板的选用规格座板-SSMSSMSBoLB.L定模A动模8定模M动模”2200x25020025032403152525垫块支承板推杆固定板推板导柱导套复位杆内六角螺钉宽度厚度厚度厚度宽度直径当C%九h2d4%440633
30、21620118202812.54-8中心距bh2/I2，316080156206210146参考文献1付宏生，塑料模设计手册，机械工业出版社，20022刘京华，注塑制品与注塑模具设计，机械工业出版社，20023屈华昌，塑料成型工艺与模具设计，机械工业出版社，20024模具使用技术丛书编委会塑料模具设计制造与应用实例，机械工业出版社，20025党根茂，骆志斌，李集仁，模具设计与制造，西安电子科技大学出版社，19956王树勋，邓庚厚.典型注塑模具结构图册，中南工业大学出版社，19927许发糙，实用模具设计与制造手册，机械工业出版社，20008王之煦，许杏根.简明机械设计手册，机械工业出版社，19929黄毅宏，李明辉.模具制造工艺，机械工业出版社，199910杨伟群，数控工艺工艺教程，清华大学出版社，2002
