武 汉 软 件 工 程 职 业 学 院

武汉软件工程职业学院

18号

2008年应届毕业毕业设计说明书传动轴塑料注射模具

学生姓名：成钢

专业：模具设计与制造

班级：模具0504

指导老师：刘老师

武汉软件工程职业学院机械制造系

二00七年11月

前言

选题的目的意义

我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。目前,塑料模具在整个模具行业中所占比重约为30%。随着中国汽车、家电、电子通讯、各种建材、工艺产品等的迅速发展，预计在未来市场中,塑料模具占模具总量的比例仍将逐步提高,且发展速度将快于其他模具。并且随着以塑代钢、以塑代木的进程的进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。在大型塑料模具已能生产单套重量达50t以上的注塑模，精密塑料模的精度已可达到3μm，多腔塑料模已能生产一模2560腔的塑封模，高速模具方面已能生和4m/min以上挤出速度的高速塑料异型材挤出模及主型材双腔共挤模具。在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩大，高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多。模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都已有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。三资企业蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高。

此次设计以传动轴注射模具设计为课题。所用的材料是聚碳酸脂PC，它是一种热塑性塑料，其主要特点：冲击强度高，尺寸稳定性好，无色透明，着色性好，电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性好，但自润滑性差，有应力开裂倾向，高温易水解，与其它树脂相溶性差。适于制作仪表小零件、绝缘透明件和耐冲击零件成型性能: 1.无定形料,热稳定性好，成型温度范围宽，流动性差。吸湿小，但对水敏感，须经干燥处理。成型收缩率小，易发生熔融开裂和应力集中，故应严格控制成型条件，塑件须经退火处理。该课题的主要设计意义在于掌握注射模设计的大体思路，懂得如何着手分析和考虑问题，能自己独立的设计出一套完整的模具，且能将它应用于实际生产。

1.2设计产品的功能与应用

根据下图所示的传动轴设计出一套塑料注射模具，塑件材料为PC，该产品适用于小型电机上的传动轴，它的传动非常平稳，且该材料非常容易成型，成型制品的耐磨性很好，有突出的强度和较高的弹性模量及尺寸稳定性。它应用于多种传动场合，所以应用非常广泛.

目录

前言

第一节概论

第二节

小结

参考文献

第一节概论

毕业设计是在模具专业理论教学之后进行的实践性教学环节。是对大学三年所学专业知识的的一个总结，是走向工作岗位前的一次实战演习。其目的是：1..综合运用本专业所学课程的理论和实践知识，通过一副完整的模具设计的综合性训练，培养和提高学生独立工作的能力。

2.巩固和扩充模具专业课程所学内容，掌握模具设计与制造的方法、步骤和相关技术规范。

3.训练学生熟练查阅相关技术资料，如《冲、塑模具设计手册》、《冲、塑模具结构图册》等。

4.掌握模具设计与制造的基本技能，如制件工艺性分析、模具工艺方案论证、工艺计算、加工设备选定、制造工艺、收集和查阅设计资料，绘制及编写设计技术文件等。

此次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，请教工厂中经验丰富的模具设计人员和工人师傅以及各位老师有关模具方面的问题，特别是在实际中可能遇到的问题，使我在短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。使我对塑料模具设计的各种成型方法，成型零件的设计，成型零件的加工工艺（如线切割、电火花加工、CNC电脑数控加工），主要工艺参数的计算，产品缺陷及其解决办法，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程，我对模具的认识过程亦是如此。经过努力，我相信这次毕业设计一定能为三年的大学生涯划上一个圆满的句号，为将来的事业奠定坚实的基础。

由于作者水平有限，文中不免有疏漏甚至错误之处，敬请各位专家、学者和广大读者提出批评指正。

第二节产品的设计与制作

2.1塑件成型工艺分析

塑件结构简单，质量要求不高，制品平均壁厚为2㎜，属于轴类零件。成型时外型表面及尺寸精度要求不高，外侧有一定的凹槽，如下图1所示。因此在设计模具中需要采用外侧抽芯机构。材料密度为 1.35～1.5g/cm3，吸水率为0.2%～0.4%，收缩率为0.5%～0.7%，热变形温度为146～157℃。

图1

制品材料为PC，查阅相关资料可知

因PC料的熔融粘度较高,比其它常用塑胶需要胶高的成型温度,它的粘度对温度的依存性较大,所以要使其流动性好就必须加高料温;而它的粘度对压力的依附性较小,所以靠增加压力来改善其流动性并非上策.

原料温度:PC料的成型温度一般设定在260℃---310℃,有添加剥纤的则要高30℃左右,根据成品的厚薄,胶位流动的距离,形状是否复杂及成品重量来设定；PC料约在330℃时开始氧化，在高温熔融胶料含有0.02%以上水份时，易使产品有料花现象而影响外观及容易脆性破坏而影响冲击强度，所以原料必须彻底进行干燥，一般用120℃干燥3小时左右。

模具温度：PC料熔融度高，冷却固化快的材料，所以如模温太低会造成熔融原料结合强度降低和产品表面不够光泽等缺陷，特别是胶位薄且面积大的产品

会严重影响填充流动；一般模温保持在60℃--95℃之间，加玻扦则在95℃--120℃之间较合适。

射出压力：PC料流动性较差，需要比较高的射出压力，但是压力过大又易造成成品内部压力残留现象使之变形，龟裂等不良，因此需利用料温，模温升高及加快射胶速度来降低射胶压力。

根据制品的材料、功能要求和尺寸精度要求，该制品可以采用注射成型。2.2分型面的确定

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：

a)保证塑料制品能够脱模

这是一个首要原则，因为我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。

b)使型腔深度最浅

模具型腔深度的大小对模具结构与制造有如下三方面的影响：

1)目前模具型腔的加工多采用电火花成型加工，型腔越深加工时间越长，影响模具生产周期，同时增加生产成本。

2)模具型腔深度影响着模具的厚度。型腔越深，动、定模越厚。一方面加工比较困难；另一方面各种注射机对模具的最大厚度都有一定的限制，故型腔深度不宜过大。

3)型腔深度越深，在相同起模斜度时，同一尺寸上下两端实际尺寸差值越大，如图2。若要控制规定的尺寸公差，就要减小脱模斜度，而导致塑件脱模困难。因此在选择分型面时应尽可能使型腔深度最浅。

c)使塑件外形美观，容易清理

尽管塑料模具配合非常精密，但塑件脱模后，在分型面的位置都会留有一圈毛边，我们称之为飞边。即使这些毛边脱模后立即割除，但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故分型面应避免设在塑件光滑表面上。

d)应有利于侧面分型与抽芯。

抽芯越短，斜抽移动的距离越短，一方面能减少动、定模的厚度，减少塑件尺寸误差；另一方面有利于脱模，保证塑件制品精度。

e)应有利于排气

对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可借助分型面的缝隙排气。因此，选择分型面时应有利于排气。按此原则，分型面应设在注射时熔融塑料最后到达的位置，而且不把型腔封闭

综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。

f)应利于防止溢料。

h)应有利于尽量使成型零件便于加工。

i)应考虑注射机的技术参数。

由于传动轴外形比较简单，分型面如2图所示A–A,B–B

图2

2.3型腔的布局

一般制品在布局时要求模具的中心与注射机的锁模中心重合。对于一模多件的模具结构，在浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、保证模具正常工作的前提下，应尽可能使得模具对称、均衡、取件方便；对于一模一件的模具，一般制品的中心与模具中心尽可能重合，或浇口位置与模具中心重合。本制品采用一模两件。型腔布局如图（3）所示。

图3

2.4注射机型号的选定

制品体积≈9.7cm3

单个零件体积为约9.7cm3，制品质量约为30g,所以注射机选用XZ—Z—60成型，该注射机容量为60cm3，注射压力为120Mpa，锁模力为500KN，最大注射面积为130cm2，最大模具厚度为200 mm，最小模具厚度为70 mm，喷嘴圆弧半径SB10mm，喷嘴孔半径R2 mm，中心顶出孔半径R25mm，模板开模行距为180mm。

2.5浇注系统的确定

浇注系统设计应遵循以下原则：

1.适应塑件的工艺性；

2.排气良好；

3. 流程要短，压力损失小，利于流体填充；

4. 避免高压熔体对型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移；

5. 浇注系统凝料脱出方便可靠，易于塑件分离或切除整修容易，且外观无损伤；

6. 浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小；

7. 利于高分子取向，改善制品质量；

8.浇注系统的位置尽量与模具的轴线对称。

主流道形状和尺寸直接影响溶体的流动速度和充模时间。由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，容易损坏，所以一般不直接将主流道开在模板上，而是将他单独设在一个主流道衬套中，常用T10A制作见图（4）

图4

根据制品的结构和几何形状，采用侧浇口进料，浇口截面形状为矩形，容易加工，便于试模后修正，浇口除去较方便。为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为：3°～6°。主流道进料直径D=4mm，主流道进入径D=8mm，锥度为5°。主流道衬套采用螺钉将定位圈和定模座板连接，分流道采用半圆形截面，直径为12mm，长度为24mm,浇口位置如图5 所示。

图5

浇口厚度h=nt=0.7×2=1.4mm

浇口宽度b=n A/30=0.75590/30≈1.7mm

浇口长度取L=0.5mm

高矩形侧浇口截面尺寸如下：L=0.5mm，h=1.4mm，b≈1.7mm。

由于注射时，最先进入注射模的塑料，因接触冷模而使料温下降的石料流入型腔，若让这部分温度已经下降的塑料流入型腔，则会影响塑件质量，所以需要设置冷料穴。冷料穴采用兼有拉料作用的冷料穴，拉料杆为Z形

2.6.成型零件的设计

构成型腔的零件统称成型零件，它包括凹模、型芯、镶块、各种成型杆和各种成型环。

由于成型零件直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接影响到塑件质量，因此要求它有足够的强度、刚度和耐磨性以承受塑料的挤压力和料流的摩擦力；材料的抛光性能要好，表面应光洁美观，一般表面粗糙度植要求在Ra0.4以下，以保证塑件表面光亮美观、容易脱模。可以设置50’～2°的脱模斜度。

由于塑件有侧凹，为了保证塑件能顺利地从型腔内取出，凹模采用相同的两块滑块拼成，成型时瓣合，脱模时瓣开。型芯采用组合式结构，大端面型芯固定在定模固定板上，小端面型芯固定在动模固定板上。

成型零件工作尺寸的计算

查塑件公差数值表可知塑件公差如图（6）和图（7）所示，塑件的收缩率Scp=(0.5+0.7)/2=0.6，模具制造公差δ z=△/3

图6

图（7）

型腔尺寸的计算

凹模直径的按平均收缩率计算 D1=( LS 1+ LS1?Scp －3/4△)

Z δ+0

=（65+65×0.6%－3/4×0.43）

3/43.00

+=65.0714

.00

+mm

D2=( LS2+ LS2?Scp －3/4△)

Z δ+0

=（18+18×0.6%－3/4×0.22）

22.00

+=17.94

07.00

+mm

D3=( LS3+ LS3?Scp －3/4△)

Z δ+0

=（15+15×0.6%－3/4×0.19）

19.00

+=14.95

063.00

+mm

侧凹尺寸按平均收缩率计算 L1=(LS4+LS4?Scp －3/4△)

Z δ+0

=（5+5×0.6%－3/4×0.12）

3/12.00

+=4.9404

.00

+mm

L2=(LS5+LS5?Scp －3/4△)

Z δ+0

=（12+12×0.6%－3/4×0.16）

3/16.00

+=11.952053

.00

+mm

L3=(LS6+LS6?Scp +3/4△) 0Z

δ-=（7+7×0.6%+3/4×0.14）0

3

/014-=7.1470

043.0-mm

L4=(LS7+LS7?Scp +3/4

△)

Z

δ-=（14+14×0.6%+3/4×0.19

）

3

/19.0-=14.230

063

.0-mm

凹模深度

H1= (HS1+HS1?Sc p －2/3△)

Z δ+0

=（6+6×0.6%－2/3×0.14）

3/14.00

+=5.94047

.00

+mm

H2= (HS2 + HS2?Scp －2/3△)

Z δ+0

=（24+24×0.6%－2/3×0.14）

3/26.00

+=24.05087

.00

+mm

型芯尺寸 型芯直径

d1=（61+61×0.6%+3/4×0.37）0

3/37.0-=61.640

123.0-mm d2=（12+12×0.6%+3/4×0.16）0

3/16.0-=12.1920

053.0-mm 型芯高度

h1=（4+4×0.6%+2/3×0.12）0

3/12.0-=4.1040

04.0-mm h2=（20+20×0.6%+2/3×0.14）

3/14.0-=20.213

047

.0-mm

2.7. 抽芯机构的设计

由于塑件有侧凹的机构，不能采用简单的脱模机构，在脱模时需要考虑采用外侧抽芯机构，为了保证塑件顺利脱模，可采用四根斜导柱侧向抽芯。 抽芯距与抽芯力的计算

S 抽=2

2

)2/15()2/18(-+（2～3）≈5+（2～3）≈8mm 抽芯力的计算

Fy=PA=19.6×1520=29184N Fc=

α

αααcos sin 1)tan (cos f f Fy +- =

?

??+?-??2cos 2sin 15.01)

2tan 15.0(2cos 29184 (f 取0.15)

≈3340N

斜导柱的设计

由于抽芯距只有8mm，斜导柱斜度取15°

斜导柱的工作长度L4=S/sin10°=8/sin15°≈31mm

完成抽芯距S所需的开模行程H=S/tan10°=8/ tan15°≈30mm

Fw=Ft/cos15°=3340/cos15°≈3458N

Hw=12mm

由表4-21查出斜导柱的直径为￠14mm

斜导柱的长度

如图（8）所示，斜导柱的总长度与斜导柱直径、斜角、抽拔距以及斜导柱固定板尺寸等有关。

图8

L总=L1+L2+L4+L5= D/2tanθ+h/cosθ+S/sinθ+(5～10)

= 20/2tan15°+25/cos15°+8/sin15°+(5～10)

≈3+26+31+(5～10)=70mm

2.8.选择推出机构

采用推料板一次推出制件，合模时采用复位杆复位。

2.9.合模导向机构

为了保证模具的闭合精度，模具的定模部分与动模部分之间采用导柱和导套定位，倒装式有肩的导柱，导套也采用有肩的形式。

2.10.排气机构

本模具是采用组合式型腔，可利用镶件拼合间隙排气。由于PC的溢边值为

0.06mm左右，因此去间隙为0.05mm。

2.11.模架的确定

模架是设计制造塑料注射模的基础部件，模架已有国家标准，由专业厂家生产，中小型模架的周界尺寸范围不大于560mm×900 mm，并规定其模架结构形式为品种型号，即基本型号有：A1、A2、A3、A4四种品种，根据型芯的固定方式，选用P2型模架。再根据制品的总体尺寸为￠65 mm×￠65mm，因是两腔模具，查≤塑料模架手册≥选用标准模架周界为250mm×315 mm的P2型模架。

定模座板：315mm×315 mm×25 mm

定模板：315 mm×250 mm×40 mm

动模板：315mm×250 mm×63 mm

支承板：315mm×250 mm×25 mm

垫块：315 mm×40 mm×63 mm

动模座板：315 mm×315 mm×25 mm

推板：315 mm×148 mm×20 mm

推杆固定板：315 mm×148 mm×16 mm

推件板：315mm×32 mm×25 mm

模具闭合高度H=241 mm

2.12.有关注射机参数校核

锁模力校核

锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。按F≥KpA分公式计算锁模力。

其中，F为注射机的最大锁模力；p为模内平均压力；A分为所有制品、流道和浇口在分型面上的投影面积之和；K为压力损耗系数，一般取1.1～2.2。

由于制品材料为PC，属于粘度较差和精度要求不高的制品。查“塑料模成型技术”相关资料得：p=30Mpa，A分是分型面上的投影面积。经Pro-e计算，p约为3000mm2

KpA分=1.2×30×3000N=108000N=108KN

F=500KN≥108KN

故注射机的锁模力足够，满足锁模要求

注射量的校核

因为注射机是根据注射量的大小选择的，注射量绝对满足要求，因此无须校核。

模具与注塑机装模部位相关尺寸的校核

各种型号的注塑机安装部位的形状尺寸各不相同。设计模具时应校核的主要项目有：喷嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模厚、最小模厚、模板的平面尺寸和模具安装用螺钉位置尺寸等。现校核如下：

a)、喷嘴直径：主流道始端口径3mm>喷嘴孔直径2mm; 合乎要求

b)、定位孔与定位圈的尺寸校核：定位圈直径100mm<110 mm；合乎要求；

c)、模具闭合高度的校核：注射机允许安装的模具最大厚度为200mm；注射机允许安装的模具最小厚度为70mm。

定模座板厚度为25mm ，动模板厚度为50mm，定模板厚度为40mm ，支承板厚25mm ，垫块厚63mm，动模座板厚度为25mm 。

模具闭合厚度H=定模座板厚+型腔板厚+型芯固定板厚+垫板厚+动模座板厚=25mm+63mm+40mm+25mm+63mm+25mm=241mm

显然， H=241mm﹥注射机允许安装的模具最大厚度，故模具闭合高度不满足要求。改用XZ—Z—125的注射机。

注射机主要参数如下：该注射机容量为192cm3，注射压力为150Mpa，锁模力为900KN，最大注射面积为360cm2，最大模具厚度为300 mm，最小模具厚度为200mm，模板开模行距为300mm。

开模行程的校核：注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离。注射机的开模行程必须保证制品以及在定模座板与中间板之间的浇注系统凝料的顺利取出，可按下式校核：

S=300﹥H1+H2+a+(5～10)=20mm+24mm+40mm+(5～10)=94mm 故模具的开模行程足够。

2.12.冷却系统的设计

由于制品平均壁厚为2mm左右，制品尺寸较大,确定水孔的直径为6mm。

由于冷却水道的位置、结构形式、表面状况、水的流速、模具的材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水传递，精确计算比较困难。实际生产中，通常都是根据模具的结构来确定冷水水路，通过调节水温、水速来满足要求。冷却水道如图（9）所示。

图9 2.13.绘制模具工作图

装配图

零件图

滑块

型芯

定模板

5.6 模具的安装调试及维护

5.6.1 模具安装

（1）、清理模板平面定位孔及模具安装表面上的污物、毛刺；

（2）、因模具的外形尺寸不大，故采用整体安装法。先在机器下面的两根导轨上垫好板，模具从侧面进入机架间，定模入定位孔，并放正，慢速闭合模板，压紧模具，然后用压板或螺钉压紧定模，并初步固定动模，然后慢速开闭模具，找正动模，应保证开闭模具时平稳，灵活，无卡住现象，然后固定动模；

（3）、调节锁模机构，保证有足够开模距及锁模力，使模具闭合适当；

（4）、慢速开启模板直至模板停止后退为止，调节顶出装置，保证顶出距离。开闭模具观察顶出机构的运动情况，动作是否平衡、灵活、协调。

（5）、模具装好后，待料筒及喷嘴温度上升到距离预定温度20o～30o，即可校正喷嘴浇口套的相对位置及弧面接触情况，可用一纸片放在喷嘴与浇口套之间，观察两者接触印痕，检查吻合情况，须使松紧合适，校正后拧紧注射模座定位螺钉，紧固定位。

5.5.2 调试

试模时，塑件上常可能会出现各种弊病，为此必须进行原因分析，排除故障。造成次、废品的原因是很多的，有时是单一的，但经常是多方面的综合原因。需按照成型条件、成型设备、模具结构及制造精度、塑件结构及形状等因素逐个分析找出其中的主要矛盾，然后再采取调节成型工艺参数、修整模具等方法加以解决。