礦泉水瓶瓶蓋注塑模設計

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1、 畢業(yè)設計(論文) 礦泉水瓶瓶蓋注塑模設計 系 別 ： 機械與電子工程系 專業(yè)（班級）： 機械設計制造及其自動化11級升本 作者（學號）： 任方成（） 指引教師： 王賢才 完畢日期： 5月16日 目 錄 中文摘要 3 英文摘要 4 1 前言 5 1.1 本研究領域的現(xiàn)狀和國內外的發(fā)展趨勢 5 1.1.1 概述 5 1.1.2 國外的發(fā)展狀況 5 1.1.3 國內的發(fā)展狀況 6 1.2 本課題的研究內容、規(guī)定、目的及意義 6 1.2.1 本課題的研究內容 6 1.2.2 本課題的研究規(guī)定

2、 7 1.2.3 本課題的研究目的 7 1.2.4 研究意義 7 2 注塑模具設計部分 8 2.1 塑件分析 8 2.2 塑料材料的成型特性 8 2.3 設備的選擇 9 2.3.1 塑件的體積 9 2.3.2 鎖模力的校核 11 2.3.3 開模行程的校核 12 2.4 澆注系統(tǒng)的設計 12 2.4.1 主流道的設計 12 2.4.2 分流道的設計 12 2.4.3 冷料穴的設計 14 2.4.4 設計所用的澆口形式 14 2.4.5 分型面的設計 15 2.4.6 排氣槽的設計 15 2.5 成型零部件的設計和計算 15 2.5.1 成型零部件的設計 1

3、5 2.5.2 成型零件工作尺寸的計算 15 2.5.3 型腔壁厚計算 18 2.6 脫模機構的設計和計算 20 2.6.1 脫模阻力的計算 20 2.6.2 脫模機構的設計 21 2.7 脫螺紋機構的設計 21 2.7.1 脫螺紋的形式 21 2.7.2 旋轉脫螺紋扭距的計算 21 2.7.3 對主流道凝料能否脫出的校核 22 2.7.4 止轉裝置的設計 23 2.7.5 驅動裝置和傳動裝置的設計和計算 23 2.8 合模導向機構的設計 27 2.8.1 頂出系統(tǒng)的導向 27 2.8.2 成型零件的導向及定位 28 2.9.1 冷卻系統(tǒng)的設計 28 2.9.2

4、 模具冷卻時間的計算 29 2.9.3 冷卻參數(shù)的計算 30 2.10 支承與連接零件的設計與選擇 31 2.10.1 非標零件的設計 31 2.10.2 原則零件的選用 31 結論 32 謝辭 33 參照文獻 34 插圖清單 圖2-1塑件2D圖 8 圖2-2澆口套 13 圖2-3分流道的設計 14 圖2-4主流道冷料穴和拉料裝置 14 圖2-5分流道澆口 15 圖2-6型芯與塑件 16 圖2-7支撐柱 28 圖2-8導柱和導套的設計 28 圖2-9冷卻水道的設計 29 插表清單 表2-1聚丙烯的力學性能 8 表2-2聚丙烯的熱性能及電性

5、能 9 表2-3聚丙烯的物理性能 9 表2-4聚丙烯的工藝參數(shù) 9 表2-5一模兩腔 11 表2-6設計中所用螺釘 31 表2-7設計中所用螺母 31 礦泉水瓶蓋注射模具設計 摘 要：本文具體簡介了礦泉水瓶蓋注射模具的設計。采用一模兩腔，邊沿式澆口，運用型芯成型塑件的內止轉齒，齒條、齒輪脫螺紋，頂桿頂出塑件。并對澆注系統(tǒng)、成型零件、脫模機構、脫螺紋機構、合模導向機構和溫度調節(jié)系統(tǒng)做了具體設計和計算。 核心詞：注射模,螺紋型芯,邊沿澆口 The design of the bottle lid of the cosmetics injecting molding A

6、bstract: This text has introduced the design that the bottle lid of the cosmetics injected the mould in detail . using two cavities, edge gate , the thread plug shape the tooth inside , and turn on the rack. Gear transmission to let the whorl out of the thread ring. using the ejector pin to let it

7、off finally .In this design I check the feed system ,Shaping part. Organization of ejection force.Organization of taking off the thread ring. Shuting the mould and guide the systematic design and calculation of the organization and temperature control . Key words: injection ,mould threaded core

8、,edge gate 礦泉水瓶瓶蓋注塑模設計 1 前 言 1.1 本研究領域的現(xiàn)狀和國內外的發(fā)展趨勢 1.1.1 概述 21世紀模具制造行業(yè)的基本特性是高度集成化、智能化、柔性化和網絡化，追求的目的是提高產品質量及生產效率、縮短設計及制造周期，減少生產成本、最大限度地提高模具制造業(yè)的應變能力，滿足顧客需求。 1.1.2 國外的發(fā)展狀況 國外的模具發(fā)展狀況具體體現(xiàn)為如下七個特性 （1）集成化技術 現(xiàn)代模具設計制造系統(tǒng)不僅應強調信息的集成，更應當強調技術人和管理的集成。在開發(fā)模式制造系統(tǒng)時強調“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作機制集成及人員集成，這更適

9、合將來制造系統(tǒng)的需要。 （2）智能化技術 應用人工智能技術實現(xiàn)產品生命周期各個環(huán)節(jié)的智能化，以及模具設備的智能化，也要實現(xiàn)人與系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充足發(fā)揮。 （3）網絡技術的應用 網絡技術涉及硬件與軟件的集成實現(xiàn)。多種通訊合同及制造自動化合同，信息通訊接口，系統(tǒng)操作控制方略等，是實現(xiàn)多種制造系統(tǒng)自動化的基本。目前早通過了Internet實現(xiàn)跨國界模具設計的成功例子。 （4）多學科多功能綜合產品設計技術 產品的開發(fā)設計不僅用到機械科學的理論與知識，還用到了電磁學、光學、控制理論等，甚至要考慮到經濟、心理、環(huán)境、衛(wèi)生及社會等各方面的因素。產品的開發(fā)要進行多目的全性能的優(yōu)化設計，以

10、追求模具產品動靜態(tài)特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制導致本與制造周期的最佳組合。 （5）虛擬現(xiàn)實與多媒體技術的應用 虛擬現(xiàn)實在21世紀整個制造中都將有廣泛的應用，可以用于培訓、制造系統(tǒng)、仿真實現(xiàn)基于制造仿真的設計與制造、集成設計與制造、實現(xiàn)集成人的設計等。美國已于1999年借助于VR技術成功地修復了哈博太空望遠鏡。多媒體技術采用多種介質來存儲、體現(xiàn)解決多種信息，融文字、語音、圖象于一體，給人一種真實感。 （6）反求技術的應用 在許多狀況下，某些產品并非來自設計概念，而是來源于此外某些產品或實物，要在只有產品原型或實物模型，而沒有產品圖樣的條件下進行模具設計和制造以便制造出產品。此時

11、需要通過實物的測量，然后運用測量數(shù)據進行實物的CAD幾何模型的重新構造。這種過程就是反求工程RE。建立了CAD幾何模型后，就可以根據這種數(shù)字化的幾何模型用于后續(xù)的許多操作。 （7）迅速成形制造技術 迅速成形制造技術RPM基于層制造原理，迅速制造出產品原型，而與零件的幾何復雜限度無關，特別在具有復雜曲面形狀的產品制造中更能顯示其優(yōu)越性。它不僅可以迅速制造出原型供設計評估、裝配校檢、功能實驗。并且還可以通過形狀復制，迅速經濟地制造出產品模具，從而避免了老式模具制造的費時和耗成本的NC加工，因而RPM技術在模具制造中發(fā)揮著重要的作用。 1.1.3 國內的發(fā)展狀況 目前國內模具行業(yè)的基本狀況是

12、，隨著輕工業(yè)及汽車制造業(yè)的迅速發(fā)展，模具設計制造日漸受到人們廣泛關注，已形成一種行業(yè)。但是國內模具行業(yè)缺少技術人員，存在品種少、精度低、制造周期長、壽命短、供不應求的狀況。某些大型、精密、復雜的模具還不能自行制造，需要每年花幾百萬、上千萬美元從國外進口，制約了工業(yè)的發(fā)展，因此在國內大力發(fā)展模具行業(yè)勢在必行。 為了提高模具公司的設計水平和加工能力。中國模具協(xié)會向全國模具行業(yè)推薦適合于模具公司用的CAD/CAM系統(tǒng)。但國內優(yōu)秀的CAD/CAM系統(tǒng)很少，只有少數(shù)適合模具行業(yè)應用。而國外購買的雖有強大的三維曲面造型能力、強大的構造有限元分所能力、強大的計算機輔助制造能力、產品數(shù)據管理能力等，但價格昂

13、貴，一般公司難以支持。 1.2 本課題的研究內容、規(guī)定、目的及意義 1.2.1 本課題的研究內容 做化妝品瓶蓋的模具設計，使該化妝品的瓶蓋注射模構造簡樸，型腔、型芯、齒輪傳動機構設計合理，并可自動脫模。并書寫開題報告，和模具闡明書。根據闡明書畫模具CAD圖。 1.2.2 本課題的研究規(guī)定 （1）此塑件外表面不容許有印跡，并且要光滑。 （2）要使注射模構造簡樸，并可自動脫模。 （3）流道設計合理，可保證產品質量并且又節(jié)省生產原材料。 （4）理解聚丙烯的性能、特性和設計時的規(guī)定。 1.2.3 本課題的研究目的 （1）檢查理論知識掌握狀況，將理論與實踐結合。 （2）步掌握進行模

14、具設計的措施、過程，為將來走向工作崗位進行科技開發(fā)工作和撰寫科研論文打下基本。 （3）培養(yǎng)自己的動手能力、創(chuàng)新能力、計算機運用能力。 1.2.4 研究意義 （1）對于模具的設計可以從選材到設計到成型有一種完整的理解和初步的掌握。以進一步的純熟掌握AuToCAD的運用。 （2）鍛煉自己的獨立思考能力和發(fā)明能力，為更好更快的適應工作作準備。2 注塑模具設計部分 2.1 塑件分析 下圖是一礦泉水瓶的瓶蓋，從該塑件的外觀可以看出為了要使此塑件的外觀不留下印跡，可以采用改良的邊沿澆口。運用齒輪傳動螺紋型芯的構造達到自動脫模。經分析在塑件內的頂面設計一圈防轉齒（見圖），可較好地滿足產品的生產規(guī)

15、定。 圖2-1塑件2D圖 2.2 塑料材料的成型特性 表2-1聚丙烯的力學性能 材料性能 純聚丙烯 玻纖增強聚丙烯 屈服強度/Mpa 37 78～90 拉伸強度/Mpa — 78～90 斷裂伸長率/% ＞200 — 彎曲強度/Mpa 67 132 彎曲彈性模量/Gpa 1.45 4.5 簡支梁沖擊強度(無缺口)/(kJ/m2) 78 51 簡支梁沖擊強度(缺口)/(kJ/m2) 3.5～4.8 14.1 布氏硬度HBS 8.65 9.1 表2- 2聚丙烯的熱性能及電性能 材料性能 純聚丙烯 玻纖增強聚丙烯 玻璃化溫度/℃

16、 -18～-10 — 熔點(粘流溫度)/℃ 170～176 170～180 熱變形溫度/℃　　45N/cm2 180/cm2 102～115 56～67 127 127 線膨脹系數(shù)/(10-５/℃) 9.8 4.9 比熱容/[J/kg·K)] 1930 — 熱導率/[W/(m·K)] 0.118 — 燃燒性/cm/min) 慢 — 體積電阻/Ω·cm ＞1016 — 擊穿電壓/(kV/mm) 30 — 表2- 3聚丙烯的物理性能 材料性能 純聚丙烯 玻纖增強聚丙烯 密度/(g/cm3) 0.90～0.91 — 比

17、體積/(cm2/g) 1.10～1.11 — 吸水性/%(24小時) 長時間 　0.01～0.03 浸水18d0.5 0.05 — 透明度或透光度 半透明 — 表2- 4聚丙烯的工藝參數(shù) 材料性能 純聚丙烯 玻纖增強聚丙烯 成型收縮率/% 1.0～3.0 0.4～0.8 拉伸模量E/*103Mpa 1.6～1.7 3.1～6.2 泊松比μ 0.43 — 與剛的摩擦因數(shù)? 0.49～0.51 — 2.3 設備的選擇 2.3.1 塑件的體積 根據塑件的體積可以得出大概的注射量，從而粗略的得出大概的注射量。 本課題的塑件體積為：

18、 式(2-3a) 又由于聚丙烯的密度 并且在注入模具時由于流動阻力增長，加大了沿螺桿逆流量，再考慮安全系數(shù)，實際注射量M取為機器最大注射能力的85%。 　　　 　　　　　　　　 式（2-3b） 假設采用的是SZ-60/450臥式注塑機，理論注射量為105cm3；鎖模力為450kN。 根據鎖模力擬定型腔的數(shù)目： 　　　 　　　　　　　　　　　　　　　 　　 式（2-3c) 其中鎖模力為F(N)；型腔壓力為p()；每個塑件的投影面積為A1()；澆注系統(tǒng)的投

19、影面積為A2()。 已知鎖模力為450kN；型腔壓力為25或30。 通過計算得： 　　 假設澆注系統(tǒng)的投影面積和塑件投影面積相等即： 則： 　　　　　 根據最大注射量擬定型腔數(shù)目： 　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 式（2-3d) 其中最大注射量為m(g)；單個塑件的質量為m1(g)；澆注系統(tǒng)的質量為m2(g) 已知最大注射量為105，假設澆注系統(tǒng)質量為1.7倍塑件質量。 單個塑件質量為： 則： 　　　 表2- 5現(xiàn)決定采

20、用一模兩腔，因此可以采用SZ-60/450臥式注塑機 理論注射量/cm3 105 螺桿（柱塞）直徑/mm 35 注射壓力/Mpa 125 注射速率/(g/s) 75 塑化能力/(g/s) 10 螺桿轉速/(r/min) 14―200 鎖模力/KN 450 拉桿內間距mm 280*250 移模行程/mm 220 最大模具厚度/mm 300 最小模具厚度/mm 100 鎖模形式 雙曲肘 定位孔直徑/mm φ55 噴嘴球半徑/mm 20 2.3.2 鎖模力的校核 鎖模力為注射機鎖模裝置用于夾緊模具的力。所選注射機的鎖模力必須不小于由于高壓熔

21、體注入模腔而產生的脹模力，此脹模力等于塑件和流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積與型腔壓力的乘積。 即： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 式(2-3e) 上式中 F——鎖模力，KN p——型腔壓力， A——塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積，mm 已知型腔壓力為25或30；澆注系統(tǒng)的投影面積為1倍的塑件投影面積；塑件及流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積為： 　　　　　　　　　　　　　　 式(2-3f) 上式中 S——流道系統(tǒng)在分型面上的投影面積， n——模腔數(shù) 則： 　　　　 即： 因此鎖模力符合規(guī)定。 2.3.3 開模

22、行程的校核 開模取出塑件所需的開模距離必須不不小于注塑機的最大開模行程。對于液壓-機械式鎖模機構注塑機，其最大開模行程由注塑機曲肘機構的最大行程決定，與模具厚度無關。 單分型面注射模，其開模行程按下式校核： 　　　 　　　　　　　　　　　　 式(2-3g) 上式中 S——注塑機的最大開模行程(移動模板臺面行程)，mm H1——塑件脫出距離，mm H2——涉及流道凝料在內的塑件高度，mm 已知： 　　　　 因此： 　　　　 又由于SZ-60/450臥式注塑機的移模行程為220mm 　　　　　

23、 因此開模行程也符合規(guī)定。 2.4 澆注系統(tǒng)的設計 2.4.1 主流道的設計　 （1）形狀：圓錐形； （2）錐角：3°； （3）內壁的粗糙度為Ra0.63μm； （4）主流道大端呈圓角，r=1mm。 （5）噴嘴球的半徑r=2mm，則凹坑的球面半徑R=2mm； （6）凹坑深度：mm；噴嘴孔徑d=mm；小端直徑D=mm；大端直徑為mm。 （7）主流道長度取53mm。 設計見圖： 圖2-2 澆口套 2.4.2 分流道的設計 采用半圓形截面流道。由于塑料熔體在流道中流動時，表面冷凝凍結，起絕熱的作用，熔體僅在流道中心流動，因此分流道的抱負狀態(tài)應是其中心線

24、與澆口的中心線位于同始終線上，而半圓形截面可以滿足。 分流道的長度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口的位置，從輸送熔體時的減少壓力損失和熱量損失及減少澆道凝料的規(guī)定出發(fā)，應力求縮短。 對于壁厚不不小于5mm，質量在200g如下的塑件可用公式： 　　　　 　 　　　　　　　　　　　 式(2-4a) 上式中 W——流經分流道的塑料量，g L——分流道長度mm D——分流道直徑，由上式得為6mm 其中 　 n——為型腔數(shù)目 m——為塑件質量，g 得出： 　　　　 取分流道的長度為108mm。 分流道的布置取決于型腔的布局，兩者互相影響。分流道

25、的布置形式有平衡式和非平衡式兩種。此設計中我采用的是平衡式布置。平衡式布置可以使各型腔同步均衡的進料，從而保證了各型腔成型出來的塑件在強度、性能.重量上的一致性。 設計見圖： 　 　 圖2-3 分流道的設計 2.4.3 冷料穴的設計 本設計中對于冷料穴的選擇是按照設計的目的來選擇的。由于此設計的目的是要實現(xiàn)自動脫模。因此選擇如下圖的冷料穴，它們由冷料倒錐將主流道凝料拉出，當其被脫出時，塑件和流道凝料可以自動脫出，易實現(xiàn)自動化操。 圖2-4主流道冷料穴和拉料裝置 2.4.4 設計所用的澆口形式 澆口是連接分流道和型腔的一段細短的通道，是澆注系統(tǒng)的核心部分。澆

26、口的重要作用有兩個：一是塑料熔體流經的通道；二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。 在本次設計中為了滿足塑件的規(guī)定不在表面留下痕跡，不影響塑件的外觀，采用改良的邊沿澆口，也就是使分流道與澆口的連接處在塑件的下底面（通過度型面采用微階梯式來完畢）。具體的表達形式見下圖： 　　　 　 圖2-5分流道澆口 2.4.5 分型面的設計 打開模具取出塑件或澆注系統(tǒng)凝料的面叫做分型面。分型面一般設在塑件斷面尺寸最大處，在本次設計中采用的是單個分型面，并且是微階梯式的。把型芯設在動模一邊，型腔設在定模一邊，開模后塑件留在動模，有助于塑件的脫模。具體的形式見上圖。 2.4.6

27、 排氣槽的設計 由于本次設計的模具屬小型模具，可以用分型面來排氣。 2.5 成型零部件的設計和計算 2.5.1 成型零部件的設計 構成模具型腔的零件統(tǒng)稱為成型零件，重要涉及凹模、凸模、型芯、鑲塊、多種成型桿和成型環(huán)。 型腔是直接和高溫高壓的塑件相接觸，它的質量直接關系到制件質量，規(guī)定它有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨性，以承受塑件的擠壓力和料流的摩擦力，有足夠的精度和合適的表面粗糙度（一般Ra0.4μm如下），保證塑件制品表面的光潔美觀和容易脫模。 （1）凹模采用整體嵌入式，凹模鑲塊采用帶軸肩臺階的圓柱形，然后嵌入固定板中，用墊板和螺釘將其固定。 （2）型芯用成型時用以裝固螺紋嵌件

28、的螺紋型芯，但在型芯的外圈固定一螺紋型環(huán)，用以成型塑件的內螺紋。具體的形式見下圖： 　　　　　　　　　　 圖2-6型芯與塑件 2.5.2 成型零件工作尺寸的計算 （1）平均收縮率計算型腔尺寸 聚丙烯的收縮率一般為1%～3%,從而得出聚丙烯的平均收縮率為2%。 徑向尺寸 　　由2.1得出聚丙烯的一般精度級別為6級。同步得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的外徑D=60.00mm，因此查表得Δ=0.64 按照平均收縮率計算凹模徑向尺寸公式： 　　　　　　 式(2-5a) 上式中 ——凹模的徑向尺寸，mm ——塑料的平均收縮率，% ——塑件徑

29、向公稱尺寸，mm Δ——塑件公差值，mm ——凹模制造公差，mm 已知=60.00mm；=0.02；Δ=0.64mm 因此=Δ/3=0.21mm 深度尺寸： 由得出聚丙烯的一般精度級別為6級。同步得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的深度尺寸Hs=15.00mm，因此查表得Δ=0.40mm 按照平均收縮率計算凹模深度尺寸公式： 　　　　　 式(2-5b) 上式中： ——凹模的深度尺寸，mm ——塑料的平均收縮率，% ——塑件高度公稱尺寸，mm Δ——塑件公差值，mm ——凹模深度制造公差，mm 已知=15.00mm；=0.02

30、；Δ=0.40mm 因此： （2）按平均收縮率計算組合型芯尺寸 徑向尺寸： 由上得出聚丙烯的一般精度級別為6級。同步得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的內徑尺寸： 上式中 S——塑件的壁厚mm，由此得出塑件壁厚為2mm。 因此d=60.00-22=56.00mm，因此查表得Δ=0.64 按照平均收縮率計算型芯徑向尺寸公式： 　　　　 式(2-5c) 上式中 ——組合型芯的徑向尺寸，mm ——塑料的平均收縮率，% ——塑件徑向公稱尺寸，mm Δ——塑件公差值，mm ——組合型芯制造公差，mm 已知=56.00mm；=0.02

31、；Δ=0.64mm 因此=Δ/3=0.21mm 高度尺寸： 由上得出聚丙烯的一般精度級別為6級。同步得出塑料制件的尺寸公差。 又由于塑件的深度尺寸Hs=15.00-2.00=13.00mm，因此查表得Δ=0.36mm 按照平均收縮率計算組合型芯高度尺寸公式： 　　　 式(2-5d) 上式中 ——組合型芯高度尺寸，mm ——塑料的平均收縮率，% ——塑件孔深度公稱尺寸，mm Δ——塑件公差值，mm ——組合型芯高度制造公差，mm 已知=13.00mm；=0.02；Δ=0.36mm 因此=Δ/3=0.12mm

32、 2.5.3 型腔壁厚計算 模具的型腔將受到高壓的作用，因此模具型腔應當具有足夠的剛度和強度。強度局限性將導致塑性變形，甚至開裂。剛度局限性將導致彈性變形，導致型腔向外膨脹，產生溢料間隙。在本次設計中采用圓形整體式型腔。 按剛度計算側壁的厚度s 由上得出： 　 式(2-5e) 上式中 E——模具材料的彈性模量，，碳剛為2.1105 p——型腔壓力，，由前面所知為25或30 ——剛度條件，即容許變形量，mm，由上式得出聚丙烯的值容許范疇為0.025～0.04mm h——型腔深度尺寸，mm 因此： 按強度計算側壁的

33、厚度s 由上得出： 　　　　　　　式(2-5f) 上式中 r——型腔徑向半徑，mm p——型腔壓力，，由前面所知為25或30 [σ]——模具材料的許用應力，，已知為160 因此： 由此可以選用s=8.00mm。 按剛度計算底版的厚度 式(2-5g) 上式中 E——模具材料的彈性模量，，碳鋼為2.1105 p——型腔壓力，，由前面所知為25或30 [δ]——剛度條件，即容許變形量，mm，由第一節(jié)得出聚丙烯的[δ]值容許范疇為0.025～0.04mm h——型腔深度尺寸，mm 因此：

34、 按強度計算底板的厚度 式(2-5h) 上式中 r——型腔徑向半徑，mm p——型腔壓力，，由前面所知為25或30 [σ]——模具材料的許用應力，，已知為160 因此： 由此可以選用=17.00mm。 2.6 脫模機構的設計和計算 2.6.1 脫模阻力的計算 由于塑件的壁厚為2mm，內孔直徑為56mm，因此塑件的壁厚與內孔直徑之比為： 而 因此可以看作是薄壁殼體形塑件，又由于塑件的斷面為圓環(huán)形 式(2-6a) 上式中　 E——塑料的拉伸模量， ε——塑料

35、成型平均收縮率，% t——塑料的平均壁厚，mm L——塑料包容型芯的長度，mm μ——塑料的泊松比 φ——脫模斜度(塑料側面與脫模方向之夾角) ?——塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù) B——塑件再與開模方向垂直的平面上的投影面積(),當塑件底部有通孔時，10B項應為零。 ——由?和φ決定的無因次數(shù)，可由下式計算： 　　　　　　 式(2-6b) 已知E=1.6～1.7103；ε=2%；t=2mm；L=13mm；μ=0.43；φ=1o；?=0.50　 根據前面所知的B＝2826 　　　　　 2.6.2 脫模機構的設計 在本次設計中，我

36、采用的脫模機構是先由齒條帶動錐齒輪傳動，再由錐齒輪帶動螺紋型環(huán)轉動，使得塑件的螺紋部分被脫出，同步澆道凝料也被旋轉脫出，再用頂桿頂動塑件。在自身重力的作用下澆道和凝料就會掉落下來。 推桿采用直桿式圓柱推桿，為了增大細長推桿的剛性，設計成臺階形。推桿用熱作模具鋼制造，最后經表面氮化解決，配合段的表面粗糙度為Ra0.8 。 推桿脫模機構用復位桿復位，復位桿應對稱分布，常取2到4根，但最佳多于2根。與復位桿頭部接觸的定模板應淬火或局部鑲入淬火鑲塊。 為避免推板運動時發(fā)生偏斜，導致運動卡滯或推桿彎曲損壞等問題，設計推出導向裝置。由于是中小型模具采用2根導柱導向。并且設立導向套。 2.7 脫螺紋

37、機構的設計 2.7.1 脫螺紋的形式 在本設計中采用的是開模時齒條帶動錐齒輪傳動，再由錐齒輪帶動螺紋型環(huán)轉動，使得塑件的螺紋部分被脫出。 2.7.2 旋轉脫螺紋扭距的計算 根據以上得出對于薄壁內螺紋塑件，旋轉脫模所需最小扭距由下式計算： 　　 　　　　　　 式(2-7a) 上式中 E——塑料的拉伸彈性模量， ε——塑料成型平均收縮率，% t——螺紋塑料的平均壁厚，mm r——螺紋型芯或型環(huán)的中半徑，mm L——螺紋型芯或型環(huán)螺紋段的長度，mm ?——塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù) S——螺距，mm λ——螺紋升角，o Ψ——螺紋形狀因子，由螺紋類型決定

38、 由上得出螺紋形狀因子可由下式計算： 　　　　　　　 　　 式(2-7b) 上式中 h——螺紋型芯或螺紋型環(huán)的螺紋工作高度，mm α——螺紋牙尖角之半，o 已知E=1.6～1.7103；ε=2%；t=2mm；L=9.82mm；r=27.00mm；S=4.0； ?=0.50；λ=20o；α=15o；h=9.82mm 　　　　 旋出螺紋型芯所需的實際扭距(Nmm)： 　　　　　　　　 　　　　　式(2-7c) 上式中——由實驗擬定之系數(shù)，一般旋出螺紋型環(huán)所需的實際扭距約等于最小扭距。 2.7.3 對主流道凝料能否

39、脫出的校核 主流道凝料能否脫出要看澆口處塑件對型芯的力與否不小于凝料的扭轉力，只有當力不小于扭轉力時主流道的凝料才干旋轉脫出螺紋，最后隨塑件脫出。 對于厚壁內螺紋塑件，旋轉脫模所需的最小扭距由下式得出： 　　　　　　　 式(2-7d) 上式中 E——塑料的拉伸彈性模量， ε——塑料成型平均收縮率，% r——螺紋型芯或型環(huán)的中半徑，mm L——螺紋型芯或型環(huán)螺紋段的長度，mm ?——塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù) S——螺距，mm λ——螺紋升角，o ——厚壁螺紋塑件無量綱特性因數(shù)，對于內螺紋塑件 　 　　　　　　 式(2-7e)

40、 ——塑件的泊松比 R——塑件內螺紋的外半徑，mm ——塑件外螺紋的內半徑，mm 已知R=6mm；=5.67mm；μ=0.43 Ψ——螺紋形狀因子，由螺紋類型決定。螺紋形狀因子可由下式計算： 　　　　　　　　　　　　 　　　 式中 h——螺紋型芯或螺紋型環(huán)的螺紋工作高度，mm α——螺紋牙尖角之半，o 已知E=1.6～1.7103；ε=2%；l=4.00mm；r=5.80mm；S=1.5mm；?=0.50；λ=；　α=15o；h=4.00mm 因此： 又由于r=5.80mm，因此旋出主流道凝料所要的力為：

41、 　　　　　 　 因此塑件對型芯的力不小于凝料的扭轉力，主流道的凝料可以旋轉脫出螺紋，最后隨塑件脫出。 2.7.4 止轉裝置的設計 在塑件內的頂面設計一圈防轉齒，使型芯和塑件之間沒有轉動，只是螺紋型環(huán)從塑件上脫出。 2.7.5 驅動裝置和傳動裝置的設計和計算 在本次設計中，我采用的靠開模力來帶動齒條移動，然后帶動錐齒輪尾端的齒輪轉動，從而帶動錐齒輪傳動，再由錐齒輪帶動螺紋型環(huán)和圓頭冷料穴轉動，使得塑件和流道凝料旋轉脫出，再在頂桿的作用下脫落。 （1）圓錐齒輪傳動的校核 在本次設計中，采用的直齒圓錐齒輪的大端模數(shù)為3.5，壓

42、力角為20°。 小齒輪的齒數(shù)為20采用20CrMnTi滲碳淬火回火HRC=62； 大齒輪的齒數(shù)為28采用20Cr滲碳淬火回火HRC=57； 根據上面得一對鋼制直齒圓錐齒輪的齒面接觸強度驗算公式為： 　　 　　 式(2-7l) 上式中 ——為齒寬和齒寬系數(shù)之比，齒寬系數(shù)一般取0.25～0.3 b——齒輪的齒寬，mm K——載荷系數(shù) u——齒數(shù)比，對于單級直齒圓錐齒輪傳動，一般u為1～3 ——許用接觸應力， 其中——實驗齒輪的接觸疲勞極限，可由上式得。 ——齒面接觸疲勞安全系數(shù)，可由上式得： 已知 齒輪按8級精度得K=1.2；b1=24mm；u=28

43、/20=1.4；b2=26mm；Re=96mm　 　　　　　 又由于= =1309＞1286 根據得鋼制齒輪傳動的輪齒彎曲強度驗算公式： 　　　　 　 式(2-7i) 已知 齒輪按8級精度K=1.5；b=24mm；z1=20；z2=28；m=3.5；YF1=2.91； YF2=2.64 因此： 由此得出輪齒彎曲強度滿足。 （2）齒圓柱齒輪的校核 與型環(huán)相連的兩小齒輪采用軟齒面，齒輪為40Cr表面淬火，齒面硬度HRC＝54，齒數(shù)為22，模數(shù)為3.0 與兩小齒輪嚙合的大齒輪是非標齒輪，齒輪為35Si

44、Mn表面淬火，齒面硬度HRC＝45，齒數(shù)為34，模數(shù)為3.0 根據上式得鋼制齒輪傳動的齒面接觸強度驗算公式為： 式(2-7g) 式中 u——大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比 T1——小齒輪上的轉距，N·mm K——載荷系數(shù) b——齒寬，mm a——中心距，mm [σH]——許用接觸應力， 式(2-7i) ——實驗齒輪的接觸疲勞極限，可由上式得。 SH——齒面接觸疲勞安全系數(shù)，可由上式得。 已知=2082.5527=5.62104N·mm 齒

45、輪按8級精度得K=1.5； =3.010=30mm；a=84mm；u=34/22=1.545；b2=52mm 因此滿足齒面接觸強度 根據上式得鋼制齒輪傳動的輪齒彎曲強度驗算公式： 式(2-7i) 已知 齒輪按8級精度K=1.5；b=3.010=30mm；z1=22；z2=34；m=3.0；YF1=2.84；YF2=2.52 因此： 式(2-7j) 由此得出輪齒彎曲強度滿足。 （3）齒輪齒條的校核 塑件的型環(huán)高度為15，螺距為4，則齒輪1、2要旋轉15/4=3.75圈才干脫出塑件，根據

46、傳動比可以得出中間的大齒輪要旋轉3.7522/34=2.43圈，同步可以得出通過直齒圓錐齒輪后要2.4320/28=1.733圈才可以脫出塑件。 在本次設計中，與齒條嚙合的圓柱齒輪采用軟齒面，齒輪為20Cr滲碳淬火回火，HRC=56，齒數(shù)為25，模數(shù)為3.0，則d為75mm，旋出塑件齒條通過的距離為751.733=130mm?？梢园妖X條看做是一種齒輪，周長為130mm，則D=130/π=41.4，因此齒條的齒數(shù)至少為41.4/3=14。目前取齒條齒數(shù)為20，齒條材料為20CrMnTi滲碳淬火回火，HRC=62。 齒輪齒條傳動的齒面接觸強度驗算公式為：

47、 式(2-7g) 上式中 u——大齒輪與小齒輪的齒數(shù)比 T1——小齒輪上的轉距，N·mm K——載荷系數(shù) b——齒寬，mm a——中心距，mm ——許用接觸應力， 式(2-7i) ——實驗齒輪的接觸疲勞極限，可由上式得。 SH——齒面接觸疲勞安全系數(shù)，可由上式得。 已知T1=1.124105N·mm　 齒輪按8級精度得K=1.5；b=3.010=30mm；a=67.5mm；u=25/20=1.25 因此滿足齒面接觸強度 齒輪齒條傳動的彎曲強度驗算公式： 　

48、　　　　　 式(2-7i) 已知T1=1.124105N·mm 齒輪按8級精度K=1.5；b=3.010=30mm；z1=20；z2=25；m=3.0；YF1=2.91；YF2=2.72 因此： 式(2-7j) 由此得出輪齒彎曲強度滿足。 2.8 合模導向機構的設計 2.8.1 頂出系統(tǒng)的導向 頂出裝置在模具內往復運動，除滑動配合外，其他部分都處在浮動狀態(tài)，頂出板和頂出固定板的重量不應作用在推桿上，應由頂出系統(tǒng)的導向零件來支撐，在本次設計中，我采用的是設支承柱外加導套，在本次設計中采用的形式，這樣可以使支承柱兼起導柱的作用。

49、 圖2-7支撐柱 2.8.2 成型零件的導向及定位 模具在進行裝配和調模試機時，保證動、定模之間一定的方向和位置。導向零件要承受一定的側向力，起導向和定向的作用。當模具牢固裝在注射機上后，模具在注射成型過程中，如果模具上無精定位裝置，動、定模的對的定位由注射機的拉桿精度保證；如果模具有精擬定位裝置，動、定模的對的定位由模具的精定位裝置保證。 由于本次設計的模具是小型模具，因此只用兩個直徑相似且對稱分布的導柱。由于動模采用推板頂出塑件，因此導柱常設在動模。各導柱、導套及導向孔的軸線應保證平行，否則將影響合模的精確性，甚至損壞導向零件。在合模時要使導向零件先接觸，避免凸模先進入型腔，導致成

50、型零件損壞。因此導柱長度必須比凸模斷面高出6～8mm。導柱固定部分按H7/m8過渡配合。導柱滑動部分按H8/f8間隙配合。導柱工作部分的表面粗糙度為Ra0.4 。 圖2-8導柱和導套的設計 2.9 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計和計算 2.9.1 冷卻系統(tǒng)的設計 模具的溫度直接影響到塑件的成型質量和生產效率。因此模具上需要添加溫度調節(jié)系統(tǒng)以達到抱負的溫度規(guī)定。熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效的冷卻，使熔融的塑料的熱量盡快傳給模具，以便使塑件可靠冷卻定型并可迅速脫模。提高塑件定型質量和生產效率。 由于水的熱容量大，傳熱系數(shù)大，成本低，且低于室溫的水容易獲得，因此冷卻水普遍使用。用水冷

51、卻即在模具型腔周邊或型腔內開設冷卻水通道，運用循環(huán)水將熱量帶走。 冷卻裝置的設計要考慮如下幾點： （1）保證塑件收縮均勻，維持模具熱平衡。 （2）冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，對塑件冷卻也就越均勻。 （3）水孔與型腔表面各處最佳有相似的距離，即水孔的排列與型腔形狀盡量吻合。 （4）澆口處要加強冷卻。一般熔融塑料填充型腔時，澆口附近溫度最高，距澆口越遠溫度越低。因此澆口附近應加強冷卻，通冷卻水，而在溫度較低的外側只需通過經熱互換后的溫水即可。 （5）減少入水與出水的溫度。可通過變化冷卻孔道排列的形式。 （6）要結合塑料的特性和塑件的構造，合理考慮冷卻水通道的排列形式。如塑件的收縮率

52、，壁厚等。 （7）冷卻水通道要避免接近塑件的熔接痕部位，冷卻通道的密封性要好，冷卻通道的進口與出口接頭盡量不要高出模具外表面。 在本次設計中我采用的是簡樸流道式，即通過在模具上直接打孔，并通以冷卻水而進行冷卻，是最常用的一種形式。我采用的是通過軟管在模外連接冷卻水路。見下圖： 圖2-9冷卻水道的設計 2.9.2 模具冷卻時間的計算 塑件在模內的冷卻時間一般是指塑料熔體從布滿型腔時起到開模取出塑件時為止。 聚丙烯塑料制件的最大壁厚中心層達到凝固點時所需的冷卻時間的經驗公式： 式(

53、2-9a) 上式中 Tm——塑料的初始成型溫度，oC Tw——模具溫度，oC R——塑件的半徑，mm 由上式得聚丙烯的塑料溫度160-260oC，模具溫度40-60oC。 2.9.3 冷卻參數(shù)的計算 每秒鐘注射次數(shù)為： 每秒鐘注入塑料量： 單位時間內注入模具的塑料熔體的質量： 塑料成型時在模具內釋放的熱焓量： 又由于冷卻水的比熱容為1932J/(㎏·K)；密度為ρ=1.0103(㎏/m2)；t1-t2=3oC 因此模具冷卻時所需冷卻水的體積流量為： 　 式(2-9b) 取冷卻水體積流量為5.010-3(m3/min) 得D=8mm

54、，冷卻水最低流速為1.66v/(m/s) 冷卻水孔總傳熱面積為： 　　　　　 式(2-9c)　　　　　冷卻水孔長： 　　　　　　　　　　　式(2-9d) 2.10 支承與連接零件的設計與選擇　 2.10.1 非標零件的設計 在本次設計中非標零件重要有定模固定板，動、定模板，動模固定板、動模墊板、墊塊、動模底板、頂桿固定板、頂出底板、導柱導套、復位桿、頂桿、支承柱等。 2.10.2 原則零件的選用 在本次設計中，采用的原則零件有螺釘、螺母、軸承和鍵，滾動軸承數(shù)目為2。 表2-6設計中所用螺釘 作用 名稱 規(guī)格 數(shù)目 固定定位圈 開槽盤頭螺釘 GB67-85

55、-Ｍ513 4 固定直齒圓柱小齒輪和型環(huán) 開槽沉頭螺釘 GB67-85 M2.524 12 連接模板 內六角圓柱頭螺釘 GB70-85-M16240 GB70-85-M1625 8 8 固定頂出固定板和頂出底板 內六角圓柱頭螺釘 GB70-85-M622.5 6 固定支承柱 內六角圓柱頭螺釘 GB70-85-M1050 2 表2-7設計中所用螺母 作用 名稱 規(guī)格 數(shù)目 緊固小錐齒輪 Ι型六角薄螺母 GB6172-86-M24 1 緊固與齒條嚙合的齒輪 Ι型六角薄螺母 GB6172-86-M24 1 緊固大錐齒輪 Ι型六角薄螺

56、母 GB6172-86-M16 1 固定齒輪軸1上套筒 Ι型六角薄螺母 GB6172-86-M20 2 結 論 本次設計的注射模具一般用來生產塑件的外表面不容許留下印痕的瓶蓋，該設計的模具構造簡樸，當開模到塑件脫出型腔時，齒條帶動與之相嚙合的直齒圓柱齒輪轉動，齒輪再帶動一對錐齒輪轉動，從而使與與直齒圓柱小齒輪相連的螺紋型環(huán)旋出螺紋型芯，塑件的螺紋部分脫出，最后用頂桿把塑件從成型內止轉齒的螺紋型芯上頂離，達到自動脫模。 本次設計采用了邊沿澆口，使得塑件的表面光滑平整，并且簡化了模具，型芯.型腔和齒輪傳動機構設計合理，可自動脫模。 謝 辭 通過本次畢業(yè)設計，對

57、我在大學階段所學習的模具設計方面的知識做了一種較好的總結和鞏固，也對平時所學習的比較零散的知識做到了系統(tǒng)化的運用。也發(fā)現(xiàn)了自己在學科內的某些方面知識的欠缺，做到了較好的復習和理解。 設計中用到了大量專業(yè)知識，例如機械設計、工程制圖、聚合物材料、塑料成型機械、塑料成型模具、材料力學、公差與配合等學科。通過在設計中查閱和復習其有關知識，對部分已生疏的學科又重新做了結識，且在此前學習的基本上更加深了理解，同步也把課本上學到的知識用到了實際設計中，將單一的學科和其她配套學科融合在一起，學會了綜合考慮問題，例如在設計本套模具中自動卸螺紋機構的時候，既要考慮齒輪齒條自身材料性能，又要注意其加工和安裝的可

58、操作性以及在模具中的整體的安裝位置，以免導致模具構造不合理，甚至導致各個方向運動的干涉。在設計中還用到了某些計算機輔助設計軟件，更是受益匪淺，例如在設計中大量用到Auto CAD 來進行平面制圖，使得在設計中對于零件的平面投影以及尺寸可以很至關且很精確的體現(xiàn)。 通過本次設計，對模具的設計和加工有了一種比較系統(tǒng).全面的結識和理解，同步也遇到了諸多問題，但在王賢才教師的熱心指引下，終于圓滿完畢了設計，在此對予以協(xié)助的教師們表達誠摯的感謝。 參 考 文 獻 [1] 賈潤禮，程志遠主編.實用注射模設計手冊[M].北京：中國輕工業(yè)出版社. [2] 揚可楨，程光蘊主編.機械設計基本[M].北京：高

59、等教育出版社. [3] 肖景容.模具計算機輔助設計[M].武漢：華中理工大學出版社.1990 [4] 現(xiàn)代模具技術委員會.模具CAD/CAM[M].北京：技術出版社.1995 [5] 馬穎.模具CAD/CAM技術的發(fā)展概況[J].模具工業(yè).1999，（12）：3-10 [6] 杜志俊.現(xiàn)代模具技術綜述[J].機械工程師.1999，（6）：3-5 [7] 楊寧.一種新穎的螺紋瓶蓋注射模[J].模具工業(yè).，（11）：44-45 [8] 周雄輝，聶明，阮雪榆.模具計算機集成制造技術的研究[J].鍛壓技術.1996，（1）：43-46 [9] 許發(fā)樾.模具公司的管理與建設[J].模具工業(yè)

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