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錐齒輪的注塑模設(shè)計
緒 論
慕具是制造業(yè)的重要工藝基礎(chǔ)，在我國，模具制造屬于專用設(shè)備制造業(yè)。中國雖然很早就開始制造模具和使用模具，但長期未形成產(chǎn)業(yè)。直到20世紀(jì)80年代后期，中國模具工業(yè)才駛?cè)氚l(fā)展的快車道。近年，不僅國有模具企業(yè)有了很大發(fā)展，三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（個體）模具企業(yè)的發(fā)展也相當(dāng)迅速。雖然中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，但與需求相比，顯然供不應(yīng)求，其主要缺口集中于精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具領(lǐng)域。由于在模具精度、壽命、制造周期及生產(chǎn)能力等方面，中國與國際平均水平和發(fā)達(dá)國家仍有較大差距，因此，每年需要大量進(jìn)口模具。
近年，模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加大，主要表現(xiàn)在，大型、精密、復(fù)雜、長壽命、中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度高于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量及其生產(chǎn)能力增加；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速；股份制改造步伐加快等。從地區(qū)分布來看，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最為集中的省份是廣東和浙江，江蘇、上海、安徽和山東等地近幾年也有較大發(fā)展。
1．存在問題和主要差距
雖然我國模具總量目前已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模，模具水平也有很大提高，但設(shè)計制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達(dá)國家許多。當(dāng)前存在的問題和差距主要表現(xiàn)在以下幾方面：
①總量供不應(yīng)求
國內(nèi)模具自配率只有70%左右。其中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率只有50%左右。
②企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)均不合理
我國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自配的工模具車間（分廠），自產(chǎn)自配比例高達(dá)60%左右，而國外模具超過70%屬商品模具。專業(yè)模具廠大多是“大而全”、“小而全”的組織形式，而國外大多是“小而?！薄ⅰ靶《?。國內(nèi)大型、精密、復(fù)雜、長壽命的模具占總量比例不足30%，而國外在50%以上。2004年，模具進(jìn)出口之比為3.7﹕1，進(jìn)出口相抵后的凈進(jìn)口額達(dá)13.2億美元，為世界模具凈進(jìn)口量最大的國家。
③模具產(chǎn)品水平大大低于國際水平，生產(chǎn)周期卻高于國際水平
產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在模具的精度、型腔表面粗糙度、壽命及結(jié)構(gòu)等方面。
④開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳
我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。我國每個模具職工平均年創(chuàng)造產(chǎn)值約合1萬美元，國外模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家大多是15～20萬美元，有的高達(dá)25～30萬美元，與之相對的是我國相當(dāng)一部分模具企業(yè)還沿用過去作坊式管理，真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的企業(yè)較少。
2．造成上述差距的原因很多，除了歷史上模具作為產(chǎn)品長期未得到應(yīng)有的重視，以及多數(shù)國有企業(yè)機(jī)制不能適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)之外，還有下列幾個原因：
⑴國家對模具工業(yè)的政策支持力度還不夠
雖然國家已經(jīng)明確頒布了模具行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策，但配套政策少，執(zhí)行力度弱。目前享受模具產(chǎn)品增值稅的企業(yè)全國只有185家，大多數(shù)企業(yè)仍舊稅負(fù)過重。模具企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造引進(jìn)設(shè)備要繳納相當(dāng)數(shù)量的稅金，影響技術(shù)進(jìn)步，而且民營企業(yè)貸款十分困難。
⑵人才嚴(yán)重不足，科研開發(fā)及技術(shù)攻關(guān)投入太少
模具行業(yè)是技術(shù)、資金、勞動密集的產(chǎn)業(yè)，隨著時代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，掌握并且熟練運(yùn)用新技術(shù)的人才異常短缺，高級模具鉗工及企業(yè)管理人才也非常緊張。由于模具企業(yè)效益欠佳及對科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)重視不夠，科研單位和大專院校的眼睛盯著創(chuàng)收，導(dǎo)致模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)方面投入太少，致使模具技術(shù)發(fā)展步伐不大，進(jìn)展不快
⑶工藝裝備水平低，且配套性不好，利用率低
近年來我國機(jī)床行業(yè)進(jìn)步較快，已能提供比較成套的高精度加工設(shè)備，但與國外裝備相比，仍有較大差距。雖然國內(nèi)許多企業(yè)已引進(jìn)許多國外先進(jìn)設(shè)備，但總體的裝備水平比國外許多企業(yè)低很多。由于體制和資金等方面的原因，引進(jìn)設(shè)備不配套，設(shè)備與附件不配套現(xiàn)象十分普遍，設(shè)備利用率低的問題長期得不到較妥善的解決。
⑷專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化程度低，協(xié)作能力差
由于長期以來受“大而全”“小而全”影響，模具專業(yè)化水平低，專業(yè)分工不細(xì)致，商品化程度低。目前國內(nèi)每年生產(chǎn)的模具，商品模具只占40﹪左右，其余為自產(chǎn)自用。模具企業(yè)之間協(xié)作不暢，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)。模具標(biāo)準(zhǔn)化水平低，模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低也對模具質(zhì)量、成本有較大影響，特別是對模具制造周期有很大影響。
⑸模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后
模具材料性能、質(zhì)量和品種問題往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼材相比有較大差距。塑料、板材、設(shè)備性能差，也直接影響模具水平的提高。
3．發(fā)展展望
目前，我國經(jīng)濟(jì)仍處于高速發(fā)展階段，國際上經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢日趨明顯，這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機(jī)遇。一方面，國內(nèi)模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展，另一方面，模具制造也逐漸向我國轉(zhuǎn)移以及跨國集團(tuán)到我國進(jìn)行模具采購趨向也十分明顯。因此，放眼未來，國際、國內(nèi)的模具市場總體發(fā)展趨勢前景看好，預(yù)計中國模具將在良好的市場環(huán)境下得到高速發(fā)展，我國不但會成為模具大國，而且一定逐步向模具制造強(qiáng)國的行列邁進(jìn)?！笆晃濉逼陂g，中國模具工業(yè)水平不僅在量和質(zhì)的方面有很大提高，而且行業(yè)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品水平、開發(fā)創(chuàng)新能力、企業(yè)的體制與機(jī)制以及技術(shù)進(jìn)步的方面也會取得較大發(fā)展。
模具技術(shù)集合了機(jī)械、電子、化學(xué)、光學(xué)、材料、計算機(jī)、精密監(jiān)測和信息網(wǎng)絡(luò)等諸多學(xué)科，是一個綜合性多學(xué)科的系統(tǒng)工程。模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，模具產(chǎn)品的技術(shù)含量不斷提高，模具制造周期不斷縮短，模具生產(chǎn)朝著信息化、無圖化、精細(xì)化、自動化的方向發(fā)展，模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設(shè)備精良化、產(chǎn)批品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化的方向發(fā)展。我國模具行業(yè)今后仍需提高的共性技術(shù)有：
(1)建立在CAD/CAE平臺上的先進(jìn)模具設(shè)計技術(shù)，提高模具設(shè)計的現(xiàn)代化、信息化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化水平
(2)建立在CAM/CAPP基礎(chǔ)上的先進(jìn)模具加工技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)相結(jié)合，提高模具加工的自動化水平與生產(chǎn)效率。
(3)模具生產(chǎn)企業(yè)的信息化管理技術(shù)。例如PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）、ERP（企業(yè)資源管理）、MIS（模具制造管理信息系統(tǒng)）及INTERMET平臺等信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用、推廣及發(fā)展。
(4)高速、高精、復(fù)合模具加工技術(shù)的研究與應(yīng)用。例如超精沖壓模具制造技術(shù)、精密塑料和壓鑄模具制造技術(shù)等。
(5)提高模具生產(chǎn)效率、降低成本和縮短模具生產(chǎn)周期的各種快速經(jīng)濟(jì)模具制造技術(shù)。
(6)先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用。例如熱流道技術(shù)、氣輔技術(shù)、虛擬技術(shù)、納米技術(shù)、高速掃描技術(shù)、逆向工程、并行工程等技術(shù)在模具研究、開發(fā)、加工過程中的應(yīng)用。
(7)原材料在模具中成形的仿真技術(shù)。
(8)先進(jìn)的模具加工和專有設(shè)備的研究與開發(fā)。
(9)模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件、重要輔件的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。
(10)模具及其制品的檢測技術(shù)。
(11)優(yōu)質(zhì)、新型模具材料的研究與開發(fā)及其正確應(yīng)用。
(12)模具生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)代化管理技術(shù)。
第1章． 模塑工藝規(guī)程的編制
1.1 塑件的工藝性分析
塑件的工藝性分析包括塑件的原材料分析，塑件的尺寸精度分析，塑件的表面質(zhì)量和塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析，其具體分析如下。
1.1.1 塑件的原材料分析
表1 塑件的原材料分析[5]
塑料品種
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
使用溫度
化學(xué)穩(wěn)定性
性能特點(diǎn)
成型特點(diǎn)
聚碳酸酯(pc)，屬于熱塑性塑料
線型結(jié)構(gòu)非結(jié)晶型材料，透明
小于130℃，耐寒性好，脆化溫度位-100℃
有一定的化學(xué)穩(wěn)定性，不耐堿、酮、酯等
透光率較高，介電性能好，吸水性小，但水敏性強(qiáng)(含水量不得超過0.2%)，且吸水后會降解
力學(xué)性能很好，抗沖擊抗蠕變性能突出，但耐磨性較差
熔融溫度高(超過330℃才嚴(yán)重分解)，但熔體黏度大；流動性差(溢邊值為0.06mm)；流動性對溫度變化敏感，冷卻速度快；成型收縮率?。灰桩a(chǎn)生應(yīng)力集中
結(jié)論
① 熔融溫度高且熔體黏度大，應(yīng)嚴(yán)格控制模具溫度，一般在70~120℃為宜，模具應(yīng)用耐磨剛，并淬火。
② 水敏性強(qiáng)，加工前必須干燥處理，否則會出現(xiàn)銀絲、氣泡及強(qiáng)度顯著下降
③ 易產(chǎn)生應(yīng)力集中，嚴(yán)格控制成型條件；塑件壁不宜厚，避免有尖角、缺口和金屬嵌件造成應(yīng)力集中，脫模斜度宜取2°
1.1.2 塑件的尺寸精度分析
該塑件的主要尺寸有其特定的要求，其余尺寸都為自由尺寸，按MT5查取公差，所以其精度不是很高，易成型，其主要尺寸公差標(biāo)注如下（單位均為mm）：
塑件的外形尺寸：，，，
塑件的內(nèi)形尺寸：，，，
1.1.3 塑件表面質(zhì)量分析
與金屬零件一樣，塑件的表面質(zhì)量對它的使用性能是有影響的。塑件強(qiáng)度與它的表面粗糙度有直接關(guān)系。表面顯微不平的凹陷正是應(yīng)力集中處，且凹陷愈深，它的半徑愈小，則應(yīng)力集中就愈大，因此強(qiáng)度就愈差。另外粗糙度大的塑件表面的耐腐蝕就差些。由于錐齒輪在傳動過程中防止過早失效，所以該塑件的外形粗糙度取Ra=0.4 ，而塑件內(nèi)部沒有較高的表面粗糙度要求。
1.1.4 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析
從圖紙上分析：該塑件整體外形為回轉(zhuǎn)體，且符合最小壁厚要求，壁厚也較均勻。
綜上所述，該塑件可采用注射成型加工。
1.2 計算塑件體積和質(zhì)量
1.2.1計算塑件的體積
V=2026.61mm3（經(jīng)估算所得，過程略）
1.2.2 計算塑件的質(zhì)量
計算塑件的質(zhì)量是為了選擇注塑機(jī)及確定模具型腔數(shù)，根據(jù)有關(guān)手冊查得：ρ=1.2kg/dm3－PC的密度，所以塑件的質(zhì)量
M=ρv=1.2×10ˉ3×2026.61
=2.43 g
根據(jù)塑件形狀及尺寸采用“一出四”，即一模四腔?？紤]外形尺寸，對塑件原材料的分析以及注射所需的壓力情況，參考模具設(shè)計手冊初選螺桿式注射機(jī)：XS-ZY-250。
1.3 塑件模塑成型工藝參數(shù)的確定
聚碳酸酯注射成型工藝參數(shù)見表 2 ，試模時，可根據(jù)實際情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整
表2 聚碳酸酯注射成型工藝參數(shù)
工藝參數(shù)
規(guī)格
工藝參數(shù)
規(guī)格
預(yù)熱和干燥
溫度：110～120℃
成型時間/s
注射時間
20～90
時間：8～12 h
保壓時間
0～5
料筒溫度t/℃
后段
210～240
冷卻時間
20～90
中段
230～280
總周期
40～190
前段
240～285
模具溫度t/℃
70～120
噴嘴溫度t/℃
240～250
注射壓力P/MPa
80～110
第2章． 注塑模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括：分型面的選擇，模具型腔數(shù)目的確定及型腔的排列，澆注系統(tǒng)的設(shè)計，型芯、型腔結(jié)構(gòu)的確定，推件方式的確定。
2.1 分型面的選擇
該塑件為錐齒輪，由于其使用性能要求，其外觀要求美觀，無斑點(diǎn)和熔接痕，表面質(zhì)量要求較高，并且齒輪的齒廓與孔的同軸度要求也比較高。根據(jù)分型面的選擇原則，分型面選在齒輪的最大截面A-A處，如圖2所示：
圖1 分型面的選擇
這樣也有利于澆注系統(tǒng)的排列和模具的平衡。
2.2 確定模具型腔數(shù)目及排列方式
由于該塑件采用的是一模四件成型，所以考慮到模具成型零件和出模方式的設(shè)計，模具的型腔排列方式如下圖3所示：
圖2型腔的排列
2.3 確定澆注系統(tǒng)
2.3.1 主流道設(shè)計
根據(jù)手冊查得XS-ZY-125型注射機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸：
噴嘴球半徑：R0=12mm
噴嘴孔直徑：d0=4mm
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系：R=R0+（1～2）mm，d=d0+0.5mm
取主流道球面半徑：R=14mm
取主流道的小端直徑：d=4.5mm
為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設(shè)計成圓錐形，其斜度為1°～3°。經(jīng)換算得主流道大端直徑D=12mm。同時為了使熔料順利進(jìn)入分流道，在主流道出料端設(shè)計r=5mm的圓弧過渡。
主流道的尺寸直接影響到熔體的流動速度和沖模時間。由于主流道要與高溫塑料熔體及主注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，所以在注射模中主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的澆口套形式。
主流道的長度L一般按模板的厚度確定，一般控制在60mm以下。
2.3.2 分流道的設(shè)計
分流道的形狀及尺寸與塑件的體積，壁厚，形狀的復(fù)雜程度，注射速率等因素有關(guān)。該塑件的體積不是很大，形狀不算太復(fù)雜，且壁厚較均勻。為了便于加工方面的考慮，采用截面形狀為半圓形的分流道。查有關(guān)手冊得R=6mm
2.3.3 澆口設(shè)計
A． 澆口形式的選擇
由于該塑件外觀質(zhì)量要求較高，澆口的位置和大小應(yīng)以不影響塑件的外觀質(zhì)量為前提。同時，也應(yīng)盡量使模具結(jié)構(gòu)更簡單，所以成型該塑件的模具采用點(diǎn)澆口的形式
B． 進(jìn)料位置的確定
根據(jù)塑件外觀質(zhì)量的要求以及型腔的安放方式，進(jìn)料位置設(shè)計在塑件的底部。
2.3.4 冷料穴的設(shè)計
冷料穴位于主流道政對面的動模板上或者處于分流道的末端，其作用是收集熔體前鋒 的料，防止冷料進(jìn)入模具型腔而影響制品的質(zhì)量。
冷料穴的長度通常為流道直徑d的1.5～2.0倍。所以冷料穴長度L=9mm。設(shè)置在熔體流動方向的轉(zhuǎn)折位置，并迎著上游的熔體流向。其結(jié)構(gòu)如下圖4所示：
圖3 冷料穴
2.4 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.4.1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于塑件的形狀比較復(fù)雜，所以采用熱處理變形小的40Cr ，采用整體式。這樣便于加工和制造。
2.4.2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計
考慮模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)置，型芯采用整體式結(jié)構(gòu)，采用熱處理變形小的CrWMn。
2.5 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計
2.5.1 推件方式的選擇
根據(jù)塑件的形狀特點(diǎn)，模具型腔在定模部分。開模后，由于塑料的收縮，塑件包在型芯上留在動模一側(cè)，其推出機(jī)構(gòu)可采用推管推出或頂桿頂出。其中，推管推出結(jié)構(gòu)可靠，頂出力均勻，不影響塑件的外觀質(zhì)量，而由于錐齒輪的結(jié)構(gòu)所限，采用頂桿頂出，其頂桿無法放置。
從以上分析得出：該塑件采用推管推出機(jī)構(gòu)。并且從塑件圖上可知，其脫模行程不大，所以采用長型芯的方式，即型芯緊固在模具底板上。而推管壁厚與塑件的壁厚一樣，由前面的可知其壁厚為3.5mm，在1.5mm以上。推管的材料與推桿一樣采用45#鋼，其滑動長度的淬火硬度為50HRC左右，表面粗糙度達(dá)Ra0.63～1.25μm。其具體結(jié)構(gòu)及尺寸如附圖所示。
2.5.2 復(fù)位裝置的選擇
由于該模采用的是推管脫模，在將塑件頂出后，必須返回其原始位置，才能合模進(jìn)行下一次的注塑成型。該模采用回程桿的方式來進(jìn)行推管的回復(fù)。回程也是標(biāo)準(zhǔn)件。只需買來即能使用。
2.5.3 導(dǎo)向裝置的選擇
由于塑件的要求不是很高，所以不需設(shè)置設(shè)置導(dǎo)向裝置，用回程桿來進(jìn)行導(dǎo)向既可滿足要求。
2.6 對合導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計
對合導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功能三保證動定模部分能夠準(zhǔn)確對合，使分別加工在動模和定模上的成型表面在模具閉合后形成形狀和尺寸準(zhǔn)確的腔體，從而保證塑件形狀，壁厚和尺寸的準(zhǔn)確，該模具采用導(dǎo)柱對合導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)柱和型芯一起安裝在動模一側(cè)，這樣在合模時可起保護(hù)作用。
導(dǎo)柱，導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)形式的選擇：
導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)形式采用階梯形導(dǎo)柱，這樣當(dāng)導(dǎo)柱工作部分翹曲時，容易從模板中卸下更換，采用4根直徑相同的導(dǎo)柱不對稱的方式來進(jìn)行布置。而導(dǎo)套則采用有肩導(dǎo)套。
導(dǎo)柱和導(dǎo)套都是標(biāo)準(zhǔn)件，從外面買進(jìn)就可直接使用。
2.7 點(diǎn)澆口凝料的脫出
由前面可知該模具采用點(diǎn)澆口，為了將澆注系統(tǒng)凝料取出，需要增加一個分型面。這種結(jié)構(gòu)的澆注系統(tǒng)凝料一般是人 工取出的，因此模具結(jié)構(gòu)簡單，但是生產(chǎn)率低，勞動強(qiáng)度大，只用于小批量生產(chǎn)，為適應(yīng)自動化的要求該模具采用側(cè)凹拉斷點(diǎn)澆口凝料的方法來取出澆注系統(tǒng)的凝料。其主要方法是在分流道盡頭鉆一斜孔（側(cè)凹8），開模時由于斜孔內(nèi)冷凝塑料的限制，澆注系統(tǒng)凝料在澆口處與塑件拉斷，容后由于主流道冷料井的拉料桿(6)的作用，鉤住澆注系統(tǒng)凝料脫離澆口套，當(dāng)主流道完全退出澆口套后，在限位拉桿的作用下，拉動定模板將澆注系統(tǒng)凝料從拉了桿中脫出。他們的結(jié)構(gòu)關(guān)如下圖5所示。
拉料桿采用帶?10的圓形側(cè)凹的拉料桿，并且為了便于凝料的脫出，其與冷料穴的結(jié)構(gòu)如下圖4所示：
圖4 澆注系統(tǒng)凝料的脫出
1—澆口套；2—拉料桿；3—上模座；4—定模板；5—動模板；6—型芯；7—推管；8—側(cè)凹
2.8 確定排氣系統(tǒng)的形式：
當(dāng)塑料填充型腔時，必須排出澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱產(chǎn)生的氣體，以保證塑件不會由于填充不足而出現(xiàn)氣泡、接縫或表面輪廓不清等缺點(diǎn)；甚至氣體受壓力形成高溫使塑料焦化。但是此制件比較小采用分型面間隙排氣即可。
第3章 模具設(shè)計的有關(guān)計算
3.1 成型零件的尺寸計算
該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算。查有關(guān)手冊可知PC的收縮率為0.5%～0.7%。故平均收縮率為SCP=（0.5+0.7）%/2=0.6%=0.006。根據(jù)塑件尺寸工差要求，模具的制造公差取δ=△/4
3.1.1 型芯主要工作尺寸的計算
根據(jù)塑件圖可知型芯主要成型2個軸孔。其尺寸計算見表3
表3型芯主要工作尺寸的計算
已知條件：平均收縮率SCP=0.006mm；δ=△/4；X-系數(shù)，按表4.4-6查取[1]；△為塑件公差
類別
塑件尺寸(mm)
計算公式
型芯的工作尺寸（mm）
型芯的計算
?
?
?
?
3.1.2 型腔主要工作尺寸的計算
根據(jù)塑件圖，型腔主要成型錐齒輪的齒廓以及齒輪的高度，型腔不僅要考慮在直徑方向上的收縮，還應(yīng)考慮在切向方向上齒厚上的收縮，但從上塑件圖上可知該齒輪較小，加工較困難，所以可以不考慮齒厚上的收縮。
型腔的主要工作尺寸以齒頂圓錐為計算基準(zhǔn)。其主要工作尺寸見下表4：
表4 型腔的主要工作尺寸的計算
類別
塑件尺寸(mm)
計算公式
型芯的工作尺寸（mm）
型腔的計算
23±0.14
22.97±0.04
3.2 型腔側(cè)壁厚度及底板厚度的計算
3.2.1 型腔側(cè)壁厚度的計算
該模具型腔為整體式的圓形型腔，根據(jù)整體式圓形型腔側(cè)壁厚度計算公式
進(jìn)行計算。
=6.09mm
式中：---材料的許用應(yīng)力，=300N/mm2
---模腔壓力；=60MPa
r----型腔內(nèi)孔的半徑
考慮到該型腔為整體式，為了便于制造取型腔側(cè)壁厚度為15mm。
3.2.2 型腔底板厚度計算
根據(jù)整體式型腔地板厚度計算公式進(jìn)行計算。
=8.13mm
考慮模具的整體結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)取,H=32mm。
第4章 模具加熱與冷卻系統(tǒng)的計算
注射模不僅是塑料熔體的成型設(shè)備，而且還是熱交換器，模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)直接關(guān)系塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，是注射模設(shè)計的核心內(nèi)容之一。在注射成型過程中，塑料熔體所釋放的熱量約有5%～30%由模具傳導(dǎo)，對流和輻射的方式散發(fā)到大氣中，熱量大部分由冷卻水帶走，模具的冷卻時間約占整個注射循環(huán)周期的2/3。 由于聚碳酸酯的熔融粘度高，流動性差，所以需要較高的模溫，若模溫過低，則會影響塑料的流動性，產(chǎn)生較大的流動剪切力，使塑件的內(nèi)應(yīng)力較大，甚至?xí)霈F(xiàn)冷流痕，銀絲，注不滿等缺陷。所以需要對模具進(jìn)行加熱。該模具采用加熱中插入電加熱棒的加熱方法進(jìn)行對模具的加熱。
4.1 加熱功率的計算
根據(jù)電加熱功率計算的經(jīng)驗公式：=89.3×25
=2232.5（W）
式中：G-模具的重量，經(jīng)估算得G=89.3㎏；
q-為加熱單位重量模具至所需溫度的電功率，查表得q=25(w/㎏)
4.2 電加熱棒根數(shù)的計算及在模具上的布置
考慮模板的尺寸，在該模具上布置4根電加熱棒，所以其功率的計算如下：
=2232.5/4=558.125 （W）
所以選用4根25×300mm的加熱棒。其位置見附圖。
第5章 模具閉合高度的確定
本塑件采用點(diǎn)澆口注射成型，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，選擇P1型。根據(jù)前面的計算，模架的周邊尺寸為315mm×315mm
導(dǎo)柱:32mm×100mm×40mm(Ⅰ)GB/T 4196.5-1984
導(dǎo)套：32mm×32mmGB/T 4169.2-7984
復(fù)位桿：
在支撐與固定零件的設(shè)計中，根據(jù)經(jīng)驗確定：
定模座板：=40mm
定模板：=32mm
動模板：=25mm
墊 塊：=80mm
凸模固定板：=20mm
動模座板：=25mm
所以模具的閉合高度：
第6章 注塑機(jī)有關(guān)參數(shù)校核
6.1 模具安裝部分的校核
該模具的外形尺寸為400mm×355mm，XS-ZY-250型注射機(jī)模板最大安裝尺寸為598×520，故能滿足模具安裝要求。
由于XS-ZY-250型注射機(jī)所允許模具的最小厚度為=165mm,最大厚度=350mm。所以也滿足模具安裝要求。
6.2 模具開模行程的校核
經(jīng)查資料注射機(jī)XS-ZY-250型的最大開模行程S=350mm,滿足下式計算所需的出件要求：
所以，XS-ZY-250型注射機(jī)能滿足使用要求，故可以采用。
第7章 繪制模具總裝圖和非標(biāo)準(zhǔn)零件工作圖
本模具的總裝圖見裝配圖所示。非標(biāo)準(zhǔn)件圖見零件圖。
本模具的工作原理：模具安裝在注塑機(jī)上，定模部分固定在注塑機(jī)的定模板上，動模固定在注塑機(jī)的動模板上。合模后，注塑機(jī)通過噴嘴將熔料經(jīng)流道注入型腔，經(jīng)保壓、冷卻后塑件成型。開模時動模部分隨動模板一起運(yùn)動漸漸將分型面打開，型芯隨動模一起運(yùn)動，塑件依附在型芯上。型芯隨型芯固定板5運(yùn)動一定距離后停止運(yùn)動，此時推件板20在注射機(jī)頂桿的驅(qū)動下向前運(yùn)動使塑件漸漸脫離型芯。合模時，隨著分型面的逐漸閉合推動復(fù)位桿恢復(fù)原位。
第8章 模具的安裝與調(diào)試
8.1模具的安裝
裝配順序如下：
(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(dǎo)柱孔，將定模板7，動模板5，定模座板8合在一起，使分模面緊密接觸并夾緊。鏜導(dǎo)柱孔，型孔，在空內(nèi)壓入工藝定位銷后，加工側(cè)面的垂直基準(zhǔn)。
(3) 加工定模，用定模側(cè)面的垂直基準(zhǔn)確定定模7上型腔中心的實際位置，并以此作為加工基準(zhǔn)，對其進(jìn)行電火花穿孔加工，將錐齒輪的四個型腔成型出來，然后加工出澆口套孔以及四個拉料桿孔。
(4) 加工動模，按定模實際加工中心位置在動模板5上加工出四個推管孔以及型腔，然后加工出四個復(fù)位桿孔。
(5) 壓入導(dǎo)柱。在定模座板8，定模板7以及動模板5上分別壓入導(dǎo)柱，并檢查其垂直度，使導(dǎo)向可靠，滑動靈活。
(6) 裝配型芯。先將型芯固定板2，動模板5，推桿固定板21以及推板22合攏，把型芯10放入推管9孔內(nèi)，然后把推管9放入動模板5的型控內(nèi)，用螺孔復(fù)印法和壓銷釘套法使推管以及型芯緊固在型芯固定板2上。
(7) 通過動模板5引鉆推桿固定板上21的復(fù)位桿孔。
(8) 組裝動模座板1，型芯固定板2，墊塊以及動模板5。
(9) 在推桿固定板21和動模板5上加工限位螺釘孔。
(10) 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7的孔引鉆在定模上，拆開后，再定模上鉆，拉料桿孔，然后將定模7和定模座板8緊固。
(11) 裝配動模部分，修正推桿和復(fù)位桿長度。
(12) 完成裝配后進(jìn)行試模，并校驗入庫。
8.2 模具的調(diào)試：
注射模裝配成以后。也要按正常的生產(chǎn)條件進(jìn)行試模，以了解模具的實際使用性能是否滿足生產(chǎn)要求、有無不完善的地方進(jìn)行改進(jìn)或作調(diào)整。
通過試模塑件上常會出現(xiàn)各種弊病，為此必須進(jìn)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(jīng)常是多個方面綜合的原因。需按成型條件，成型設(shè)備，模具結(jié)構(gòu)及制造精度，塑件結(jié)構(gòu)及形狀等因素逐個分析找出其中主要矛盾，然后再采取調(diào)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(nèi)，或型芯上，甚至因流道粘著制品被損壞。這是試模首先應(yīng)當(dāng)解決的問題。
在試模過程中，應(yīng)做詳細(xì)記錄，并將結(jié)果填入試模記錄卡，注明模具是否合格。如需返修，則應(yīng)提出返修意見。在記錄卡中應(yīng)摘錄成型工藝條件及操作注意要點(diǎn)，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(shè)計總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計是一項非常繁雜的工作，它涉及的知識比較廣泛，很多都是我們所學(xué)課本上沒有的東西，這就要靠自己去圖書館查找自己所需要的資料；還有很多設(shè)計計算，這些都要靠自己運(yùn)用自己的思維能力去解決，可以說，完成這樣復(fù)雜的工作需要一定的毅力和耐心。
在學(xué)校中，我們主要學(xué)的是理論性的知識，而實踐性很欠缺，而畢業(yè)設(shè)計就相當(dāng)于實戰(zhàn)前的一次演練。通過畢業(yè)設(shè)計可是把我們以前學(xué)的專業(yè)知識系統(tǒng)的連貫起來，使我們在溫習(xí)舊知識的同時也可以學(xué)習(xí)到很多新的知識；這不但提高了我們解決問題的能力，開闊了我們的視野，在一定程度上彌補(bǔ)我們實踐經(jīng)驗的不足，為以后的工作打下堅實的基礎(chǔ)。
本設(shè)計設(shè)計內(nèi)容為錐齒輪塑料模設(shè)計，通過對錐齒輪的設(shè)計，基本掌握了對塑料模設(shè)計的方法及步驟，對塑料模有了更進(jìn)一步的了解和認(rèn)識，對模具的制造方法和制造途徑積累了一定的經(jīng)驗。
由于水平有限，很多知識掌握的不是很牢固，因此在設(shè)計中難免要遇到很多難題，由于有了課程設(shè)計老師的不吝指導(dǎo)和同學(xué)的熱心幫助下，克服了一個又一個的困難，使我的畢業(yè)設(shè)計日趨完善。本設(shè)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(jù)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）。同一塑件由不同的人設(shè)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(shè)計，我認(rèn)識到了除了正確掌握和應(yīng)用書本知識外，吸取他人的設(shè)計經(jīng)驗也是非常重要的。
致謝
本設(shè)計在設(shè)計過程中得到了楊占堯、翟德梅、趙常海、原紅玲、于智宏等幾位指導(dǎo)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(dǎo)師不吝賜教，提出寶貴改進(jìn)意見。
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