1、型星齒輪的注塑模設計摘要：本文設計了一行星齒輪的注塑模具。該零件選用PA66，質量輕，化學穩定 性高。PA66 齒輪具有較高的力學強度和剛性，優良的耐磨性，自潤滑性、耐疲勞性 及耐熱性，可在中等載荷、較高溫度無潤滑或少潤滑下使用。通過計算設計了注塑模 具的成型結構、脫模機構、澆注系統等方面，并進行了塑件上、下模的仿真加工，生 成刀具路徑。該模具結構小巧而緊湊，運行順暢無阻。關鍵詞：注塑模具 脫模機構 刀具 路徑1. 零件分析及模具結構設計1.1 零件的作用該零件為一帶金屬嵌件的塑料行星齒輪，其用于家用或辦公用機械，功率很小， 但要求傳動平衡，低噪音或無噪音，以及能在少潤滑或無潤滑狀態下正常工作

2、。該零 件在其受力較大的部位鑲入金屬嵌件，這樣可以對塑料齒輪起到增強作用，并由于金 屬嵌件的加入，塑料齒輪的成型收縮也將減小，齒輪精度提高。該零件尺寸較小，同 軸度要求精度較高，按照其工作要求，其精度等級可選用一般精度等級。 1.2 材料的選擇，根據零件工作要求及其精度等級，該零件選用PA66塑料成型。其中，PA為聚 酰胺的縮寫又名尼龍。PA66 齒輪具有較高的力學強度和剛性，優良的耐磨性，自潤 滑性、耐疲勞性及耐熱性，可在中等載荷、較高溫度無潤滑或少潤滑下使用。表2-20塑料精度等級的選用，PA66的一般精度要求為5級。表1.1 PA66的成型條件2. 注射機的選用及校核將該行星齒輪塑件的體

3、積分成四部分：冶金粉末嵌件中間凹陷處V1、塑件中間 圓環VVV2及塑件兩邊齒輪3、4。22 2- 2 = 527V1 = V- V= ph (r- r)= p 6 .79mm31I 2 I 2 2223 = 1206( ) V = V- V= p hr- r= p 2 - .37mm22I 2 I 2 222 = 185725.V3 = VVh- .86mm3( rI - r ) = p 6 3I - 3 = p 2222 - V Vh= 2228.96mm3( rI - r ) = p 6 4= V4I - 4 = p V總 = V.79+ 1206.37+ 1857.86+ 2228.96

4、= 5820.98mm31+ V2+ V3+ V4= 527( ) ( )( ) )( ) )( ) ( )常用熱塑性塑料注射機型號和主要技術規格初選 SZ-68/40型注射機如表二所 示：表1.2 注射機主要技術參數3塑料制件在模具中的位置3.1 分型面的確定若按分型面設計原則中的“塑件要求同軸度的部分要放到分型面的同一側，以保 證塑件同軸度要求”來確定分型面的話，塑件脫模比較困難。來確定分型面的話，塑 件脫模比較困難。故為使塑件從模具中順利脫模，且簡化模具結構，應按設計原則中 的最基本一條：將分型面選擇在塑件外形的最大輪廓處，即塑件f 32 mm處，而其同 軸度要求通過對結構中如定模板等零

5、部件的設計與加工提出尺寸與形狀的公差精度 來保證。3.2 型腔數量及排列方式考慮到該塑件尺寸較小，且為大批量生產，故采用多腔注射。根據所選注射機注射容量，由前校核所述，選取四腔。模具型腔在模板上的排列方式通常有圓形排列、H形排列、直線排列及復合排列 等。其中，型腔的圓形排列加工較困難，直線形排列加工容易，但平衡性能較差，H 形排列平衡性能好，而且加工性能尚可，使用較廣泛，故選用H形排列。3.3 成型零件的設計對于塑料模的型腔設計常用的有兩種方式：一種是整體式型腔，另一種是組合式 型腔。整體式型腔結構簡單，牢固不易變形，但是型腔復雜，加工難度非常大。組合 式型腔可使復雜型腔簡單化，并且加工難度降

6、低，模具型腔可更換，提高了模具的使 用壽命。3.4 成型零件工作尺寸的計算成型零件上用以成型塑件部分的尺寸,稱為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徑向尺寸，型腔和型芯的深度尺寸中心距等。3.5 型腔徑向方向上的尺寸計算( 分度圓直徑： D 1+ Qm=dcp)齒頂圓直徑： D 1+ Qma=da( cp)齒根圓直徑： D 1+ Qmf=df( cp)式中：d塑件分度圓直徑( mm)；da塑件齒頂圓直徑( mm)；df塑件齒根圓直徑( mm)；Q； cp塑件平均收縮率（%）1 .5+ 2.2則有：Q= 1.85% cp2齒數為Z=17 處： D.5 ( 1+ 1.85%)=

7、25.97mmm1 = 25)= 29.D.5 ( 1+ 1.85%03mmma1 = 28D.75 ( 1+ 1.85%)= 22.15mmmf1 = 21)= 27.50mm齒數為Z=18 處： D1+ 1.85%m2 = 27 ()= 30.D ( 1+ 1.85%56mmma2 = 30D.25 ( 1+ 1.85%)23.68mmmf2 = 23對于塑件最大輪廓f 32 mm處： D=( ds + dsQD )0cp- x式中：D型腔內徑尺寸( mm)；ds塑件外徑基本尺寸( mm)；+ d zD塑件公差( mm)；x綜合修正系數；塑件精度低，批量比較小時，x=；塑件精度高， 批量大

8、時，x=。+ 0.094 3 0.09則有：D= 32 + 32 1.85% 0.36 = 32.322+ mm04 03.6 型腔深度方向上的尺寸計算+ d 2 z H m= hQ 1+ h1cpD 3 0D 則對于動模板上，h1 = 8mm，查得：D = 0 d z= = 0.05mm.20mm；+ 0.054 2 + 0.05故有：D= 8 + 8 1.85% 0.2 = 8.015mm03 0D 而對于定模板上，h1 = 6mm，查得：D = 0 d z= = 0.05mm.20mm；+ 0.054 2 + 0.05故有：D= 6 + 6 1.85% 0.20 = 5.978mm03

9、03.7 模具型腔側壁和底板厚度的計算 d z 模具制造公差( mm)，一般 d z =D ； 由1查得5級精度時：D = 0 .09mm.36mm；d z= = 0)理論分析和實踐證明， 對大尺寸型腔， 剛度不足是主要問題， 應按剛度條件計算； 對小尺寸型腔，強度不足是主要問題，應按強度條件計算。 s p 側壁： t cr- 1p Pm.22P m底部：t h sp式中：P；m模腔壓力（）s p 材料許用應力（MPa），對于45鋼，s p= 160 MPa；r凹模型腔內孔mm)； 32 160 = 5則有：tc- 1.33mm 2 35 32 35th = 8.27mm2160并由3表6.1

10、0對于型腔內壁直徑在40mm范圍內的圓形鑲拼組合式凹模有：tmm; C= 84.1 主流道設計主流道是指從注射機的噴嘴與模具接觸的部位起到分流道為止的一段流道。 主流 道橫截面形狀采用圓形截面。為了便于流道凝料的脫出，主流道設計成圓錐形，其錐 度為 a = 2 o6o ，取 a = 4 o，內壁光滑，表面粗糙度Ra小于0.4mm 。主流道大端與分模套壁厚：S= 18 mm今取：tmmC= 10 4. 澆注系統設計流道相接處應有過渡圓角（通常r取13mm，選用r= 1mm ）以減少料流轉向時的阻力。圖 3-1 主流道對于小型注射模具，直接利用主流道襯套的臺肩作為模具的定位圈，定位圈與澆 口套一體

11、，壓配于定模板內，能防止從定模板內頂出。且因定位圈直徑D為注射機定 位孔配合直徑， 應按選用注射機的定位孔直徑確定。 直徑一般比注射機定位孔直徑小，0以便于裝模，故選澆口套上 D 為：D=f 63 .3- 0.1mm，澆口套結構與尺寸參數如零件圖所示。圖 3-2 澆口套結構4.2 冷料井設計在每個注射成型周期開始時，最前端的料接觸低溫模具后會降溫，變硬被稱為冷 料。為了防止在下一次注射成型時，將冷料帶進型腔而影響塑件質量，一般在主流道 或分流道的末端設置冷料井，以儲藏冷料并使熔體順利地充滿型腔。為了使主流道凝料能順利地從主流道襯套中脫出， 往往使冷料井兼有開模時將主 流道凝料從主流道拉出而附在

12、動模一邊的作用。先選用Z形拉料桿的冷料井，其結構 尺寸如下附圖所示：圖33冷料井4.3 分流道設計分流道是主流道與型腔澆口之間的一段流道。 它是熔體由主流道流入型腔的過渡 通道。 對于多型腔模需設分流道， 為使各型腔內能同時填充， 分流道采用平衡式布置。 比較不同截面形狀分流道的性能，采用U形分流道，其熱量損失小，加工性能容易。U 形分流道寬度B可在510mm內選取，半徑R= 0 .5B，深度H= 1 .25R，Ro = 0 .5H；斜度 a = 5 o10o取：B= 5 mm； oa = 8 ；R= 0 .5 5= 2.5mm；4.4 澆口設計 H= 1 .25 2.5 3mm；Ro = 0

13、 .5 3= 1.5mm；澆口是料流進入型腔最狹窄部分，也是澆注系統中最短的一段。澆口尺寸狹小且 短，目的是使由分流道流進的熔體產生加速，形成理想的流動狀態而充滿型腔，又便 于注射成型后的塑件與澆口分離。本設計中澆口形式采用側澆口，其形狀簡單，便于 加工，而且尺寸精度容易保證；適用于一模多件，能提高生產效率；試模時，如發現 不適當，容易及時修改；能相對獨立地控制充填速度與封閉時間。側澆口截面形狀為矩形，其尺寸參數如下：h =n tb=1 .55.0l=0 .50.75r=1 3式中：h澆口深度( mm)，通常h=0 .52；mm)；t塑件在澆口位置處的壁厚(n系數，對于PA，n=0 .8；mm

14、)；b澆口寬度(mm)；l澆口長度(r澆口半徑( mm)；則有：h= 0 .8 2= 1.6mm；取：b= B= 5 mm；r= 1mm ；為去澆口方便，取：l= 0 .7mm；其中分流道與澆口的連接方式及尺寸參數如下附圖所示：如圖3-44.5 注射機注射量的校核V總 = 5820.98mm3 5.821cm3則：m總 = r V.15 5.821 6.7g總 = 1在一個注射成型周期內，需注射入模具內的塑料熔體的質量，應為制件和澆注系 統兩部分質量之和，即：m = nm總+ m澆根據生產經驗，注射機的最大注射量是其額定注射量的80%，即：m 0 .8mg式中：m一個成型周期內所需注射的塑料質

15、量( g)；n型腔數目，取n=4 ；mg)； 總單個塑件的質量(mg)取mg；澆澆注系統凝料和飛邊所需的塑料質量( 澆 = 10mg注射機額定注射量( g)；則有：m= 4 6.7+ 10= 36.8 = 146KN1000故滿足條件.塑件成型所需的最大鎖模力應小于注射機的額定鎖模力，即：P Ps式中：P注射機的最大注射壓力( MPa)；PMPa)；s成型塑件所需的注射壓力(SZ-68 /40注射機的額定注射壓力為160MPa；而PA66材料的注射壓力為70120MPa；故有：P Ps4.6 注射機安裝模具部分的尺寸校核模具主流道襯套的小端孔徑 D( mm)和球面半徑 R( mm)要與塑料注射

16、成型機噴嘴 前端孔徑d( mm)和球面半徑r( mm)滿足下列關系：R =r+ ( 1 2)D=d+ ( 0 .51保證注射成型時在主流道襯道處不形成死角，無熔料積存，并便于主流道凝料的 脫模。故有：R=12 + 2= 14mmD=4 + 1= 5mm模具與注射機上定位孔為f 63 .3mm，兩者按流道的軸線與注射機噴嘴軸線重合。模具閉合時的厚度在注射機動、 定模固定板之間的最大閉合高度和最小閉合高度 之間，即：H minH mHmax式中：Hmin注射機允許的最小模具厚度( mm)；Hm模具閉合厚度( mm)；Hmax注射機允許的最大模具厚度( mm)；其中模具閉合厚度為：Hm= 32 +

17、40+ 32+ 63+ 25= 192mm故有：130 mm 192mm 25+ 16+ 10= 51mm其中：注射機最大開模行程與模具厚度無關。 H7配合實現定位，以保證模具主 f75. 脫模機構的設計在注射成型的每一個循環中，都必須使塑件從模具型腔和型芯上脫出，這種脫出 塑件的機構稱為脫模機構。整個脫模過程包括開模、推出、取件、閉模、脫模機構復 位過程。對于中心有孔的圓筒形塑件，采用推管推出機構進行脫模，推管推出平穩可靠， 塑件無變形，無頂出痕跡。推管的脫模機構采用動模座板固定型芯的推管機構，即： 型芯（主型銷）固定在動模座板上，并且穿過推板和推桿固定板，推管固定在推桿固 定板上。推管內部

18、與主型銷做間隙配合，推管外部與型腔板做間隙配合，推管與主型銷配合長度為頂出行程+ 3 5推管與型腔板的配合長度為推管外徑的mm， 1.52倍， 這種頂出機構結構可靠，多用于脫模距離不大的場合。5.1 脫模力的計算o當脫模斜度不大時（一般指 5）初始脫模力最大，一經推動，脫模力即迅速減小，所以脫模力的計算須按照無脫模斜度的條件計算。由于塑件壁厚與其內孔直徑之比大于，故由1表5-94應按下式計算： 2p E S L fQ =+ B 101+ m+ k1+ f式中：Q脫模力( N)；E塑料彈性模量 N/cm2，對于PA66，由表 5-57 查得：( )1.252.88 105N /cm2；%)；S塑

19、料平均成型收縮率(L包容型芯的長度( cm)；f塑料與鋼的摩擦系數，對于PA66，由表5-56查得：0.20.35；m塑料的泊松比，約為0.380.49；B塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積mm2，當塑件底部有通 ( )孔時，該項視為零。k與r和t有關的系數，其由下式計算所得：2r2k= 2t+ 2tr+ 3227式中：r型芯的平均半徑( cm)，r= 10- 1 = 1.475cm；2 2cm)，約為t= 5 10- 1 = 0.5cm； t塑件的壁厚( 2 2 1.475則有：k=2= 2.5220.5+ 2 0.5 15其中：取：E = 2.0 10.3；m=0 .46； 2；f=0

20、 cm2p 1.475 2105 1.85% 0.8 0.3則有： Q= + 0= 1590N1+ 0.46+ 2.5221+ 0.35.2 推管直徑的計算推管直徑d由下式計算所得：22 64 f ld = Qn p 3 E 式中：d推管直徑( cm)； 14f推管長度系數，f 0 .7；cm)，l= 106 l推管長度( mm= 10.6cm；n推管數量；E推管材料的彈性模量N/1cm2，對于鋼：E = 2.1 107N/cm2 64 04.72 10.62則有：d= 1590 = 0.3cm371 .1 10 p 2 考慮到于推管中放一主型銷與冶金粉末嵌件配合，故選取：d= 10 mm(

21、)5.3 推管應力校核其校核公式如下：4Q s S2np ds =式中：s 推管應力( N/cm2)s S 推管鋼材屈服極限強度 ( N/cm2)， 對于一般中碳鋼 ：s S = 32000N/cm2；4 159022則有： s = = 2024N/cm s = 32000N/cmS 21 p 10 10-16. 合模導向機構的設計在模具工作時，導向機構可以維持動模和定模正確合模，合模后保持型腔的正確 形狀。同時,導向機構可以引導動模按順序合模，防止型芯在合模過程中損壞；并能 承受一定的側壓力。本設計導向機構采用導柱導套導向。因動、定模合模時無方位要求，故導柱在模 具上的布置方式可采用直徑相同

22、并對稱布置。 并使固定導柱的孔徑與固定導套的孔徑 相等，以便于加工，且有利于保證同軸度和尺寸精度。為使導向裝置具有良好的導向 性能，將導柱的先導部分做成錐度。考慮到模具生產批量大，故選用帶肩導柱與帶肩導套。為了使導柱、導套的配合 表面硬而耐磨，而中心部分具有良好的韌性，導柱導套材料選用 20 號鋼經滲碳淬火 處理，滲碳深度為0.81.2mm。其中，導柱淬火到HRC5660，導套淬火到HRC5055，導套硬度低于導柱硬度，可以改善摩擦情況。導柱、導套的尺寸參數如下附圖所示:圖61導柱 圖62導套導柱、導套加工的工藝路線為:毛坯(棒料，材料為 20 號鋼)車削加工(內外圓 配合部分留磨量0.20.

23、3mm)熱處理(滲碳淬火)內外圓磨削精磨至要求尺寸。導柱在熱處理后修復中心孔，最后進行磨削時，可利用兩端的中心孔進行裝夾， 并在一次裝夾中將導柱的兩個外圓磨出，以保證兩表面間的同軸度。導套磨削加工時，先磨內圓，再以內圓定位，用頂尖頂住芯軸磨外圓。這樣，就 不僅可保證同軸度要求，且能防止內孔的微量變形。導柱、導套端部轉彎處必須圓滑，以防止在運動中將配合表面劃傷。因此，全部 精磨后，必須用油石將圓弧處磨圓滑，消除磨削后在圓弧處出現的棱帶。7. 溫度調節系統的設計在塑料注射成型過程中，模具就像一個熱交換器，輸入熱量的方式是加熱裝置的 加熱和塑料熔體帶走的熱量。輸出熱量的方式是自然散熱和向外熱傳導，其中95%的 熱量是靠傳熱介質(冷卻水)帶走。在塑料成型過程中，要保持模具溫度穩定，就應保 持輸入熱和輸出熱平衡。 為此， 必須設置模具溫度調節系統， 對模具進行加熱和冷卻， 以調節模具溫度。7.1 模具冷卻水管道直徑4V60pv式中：d冷卻水管道直徑( mm)；d =v0.82.5m/s，選取v= 2 .0m/s- 3 4 3.1