齒輪齒條式脫螺紋模具機構設計（太原）

齒輪齒條式脫螺紋模具機構設計（太原）,齒輪,齒條,螺紋,羅紋,模具,機構,設計,太原 畢業(yè)設計 設計題目：齒輪齒條式脫螺紋 模具機構設計 學生姓名： 張新社 學號：102011429 系 部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 王喜剛（副教授） 二零一四年 六 月 誠信聲明 本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導教師的指導下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。 本人簽名： 年 月 日 畢業(yè)設計任務書 設計題目： 齒輪齒條式脫螺紋模具機構設計 系部：機械工程系專業(yè)：機械設計制造及其自動化學號：102011429 學生：張新社 指導教師（含職稱）：王喜剛 副教授專業(yè)負責人：田靜 1．設計的主要任務及目標 了解常用機械加工設備結構及應用 能夠綜合運用所學專業(yè)知識設計機械產(chǎn)品及其零部件 能夠獨立熟練地檢索各方面文獻資料 2．設計的基本要求和內容 按照學院有關要求完成畢業(yè)設計內容 繪制產(chǎn)品圖一張 設計并繪制模具結構原理總圖 設計齒輪齒條式脫螺紋模具機構的非標零件圖 對該機構進行動畫仿真演示 3．主要參考文獻 [1] 李凱嶺.現(xiàn)代注塑模具設計制造技術[M].北京：清華大學出版社，2011 [2] 鄒繼強.塑料制品及其成型模具設計[M].北京：清華大學車版社，2005 [3] 李小海.王曉霞.模具設計與制造[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011 [4] 模具設計與制造技術教育叢書編委會.模具常用機構設計[M].北京機械工業(yè)出版社，2003 [5] 鄭大中房金妹譚平宇李明.模具結構圖冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992 4．進度安排 畢業(yè)設計各階段名稱 起止日期 1 分析題目，確定設計思路，進行開題檢查 2013.12~2014.3.14 2 完成結構的原理設計及原理圖 2013.3.14~2014.4.10 3 完成塑料件的部分尺寸,進行中期檢查 2013.4.10~2014.4.25 4 完成各零件尺寸的計算,并繪制零件圖 2014.4.25~2014.6.1 5 完成設計說明書及動畫演示，準備答辯 2014.6.1~2014.6.10 齒輪齒條式脫螺紋模具機構設計 摘要:本設計研究的是齒輪齒條式脫螺紋模具機構，重點采用齒輪齒條的方式，對帶有螺紋的塑料零件進行脫螺紋的傳動機構的設計。思路是利用模具的開模力，以及開模過程這一直線運動，通過一對齒輪齒條，將開模的直線運動轉變成豎直方向的旋轉設計，然后再通過中間一對錐齒輪的傳動，將豎直方向的旋轉運動轉變成水平方向的旋轉運動來實現(xiàn)螺紋型芯的旋轉，從而完成脫螺紋。主要詳細計算了脫螺紋機構所需要的錐齒輪以及軸等零件的的詳細參數(shù)，并進行了參數(shù)的校核，其中還包括了塑料件的設計，介紹了包括PC塑料的性能優(yōu)點，設計完成了了注塑機的選取以及注塑機的校核。利用AutoCAD繪制了了脫螺紋機構中主要的零件的零件圖以及結構總圖。 關鍵詞：齒輪齒條，脫螺紋機構，PC塑料，注塑 The gear and rack type screw mould design Abstract:The design of the study is the gear rack type screw die mechanism, focusing on the use of rack and pinion, design of transmission mechanism and thread of threaded plastic parts. Idea is to use the open mold, and mold the linear motion, through a pair of gear and rack, rotatable design linear motion of the mold into a vertical direction, and then through the transmission between a pair of bevel gear, the rotary motion into rotary motion into vertical horizontal to realize the thread type core rotation, so screw. Calculation of the main parameters with detailed bevel gear screw mechanism need and shaft and other parts, and the parameters of the check, which also includes the design of plastic parts, introduces the performance advantages including PC plastic, completed the design of the selection of injection molding machine and injection molding machine check. Draw off the main parts of the screw thread mechanism of part drawings and structure map using AutoCAD. Keywords: gear rack, screw mechanism, PC plastic, injection molding 目 錄 1 前言 1 1.1 塑料制品介紹 1 1.2 模具工業(yè)的重要性 1 1.3 我國模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.4 本次設計的題目以及意義 2 2 塑料件的設計 3 2.1 塑料件的分析及材料的選用 3 2.2塑料件螺紋的設計 4 2.2.1 螺紋的選用 4 2.2.2 螺紋的成型方法 4 2.2.3 螺紋設計的注意事項 5 2.2.4 螺紋的參數(shù) 5 2.3 塑件的精度公差及脫模斜度 5 2.3.1 塑件的精度公差 5 2.3.2 塑件的脫模斜度 7 3 塑件模具結構的設計 9 3.1 塑件分型面的選擇 9 3.2 模具定模板和動模各板材料及尺寸設計 9 3.2.1 模板的材料 9 3.2.2 模板的尺寸 9 3.3澆注系統(tǒng)的設計 10 3.4 模具型腔與型芯的設計 10 4 脫螺紋機構的設計 13 4.1 錐齒輪的設計 13 4.1.1 錐齒輪的材料及參數(shù)設計 13 4.1.2 校核齒根彎曲強度 14 4.1.3 錐齒輪其他尺寸 15 4.2 齒輪3的設計 16 I 4.2.1 齒輪3的材料及參數(shù)設計 16 4.2.2 齒輪3其他尺寸 16 4.3 軸4的設計 17 4.3.1 軸的材料 17 4.3.2 軸的結構設計 17 4.4 軸5的設計 19 4.4.1 軸的材料 19 4.5 齒條的設計 21 4.5.1 齒條的材料及參數(shù)設計 21 4.5.2 齒條的其他尺寸 21 5 傳動零件的加工工藝簡介 23 5.1 齒輪及齒條的加工工藝簡介 23 5.1.1 輪齒的材料 23 5.1.2 輪齒的加工方法 23 5.1.3 其他工藝過程 24 5.2 軸的加工工藝簡介 25 5.2.1 軸的工藝分析 25 5.2.2 軸的工藝過程 25 6 注塑機的選用 26 6.1 塑料件的尺寸計算 26 6.2 注塑機的選用 26 6.3 注塑機的校核 27 6.3.1 注塑機的注射壓力校核 27 6.3.2 鎖模力校核 27 6.3.3開模行程校核 27 7 脫螺紋機構的動作說明 28 結論 29 參考文獻 30 致謝 31 II 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 1 前言 1.1 塑料制品介紹 塑料制品是采用塑料為主要原料加工而成的生活用品、工業(yè)用品的統(tǒng)稱。包括以塑料為原料的注塑、吸塑等所有工藝的制品。塑料制品是用各種不同的模具和各種不同的成型工藝制造出來的，可以具有任意的形狀，各種各樣的的使用功能和眾多的使用價值。相對于金屬、石材、木材，塑料制品具有成本低、可塑性強等優(yōu)點，在國民經(jīng)濟中應用廣泛，它與合成橡膠、合成纖維形成了當今日常生活不可缺少的三大合成材料。[1] 1.2 模具工業(yè)的重要性 塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一。在工農業(yè)生產(chǎn)、國防建設和科學技術、交通運輸、石油化工、機械電子、郵政通訊、建筑旅游、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護、家用電器、教育文化、體育藝術等各個領域，塑料制品無處不在，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類。塑料制品成型的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成型，所以模具設計和制造技術代表了一個國家的工業(yè)制造技術的發(fā)展水平。模具工業(yè)既是高新技術產(chǎn)業(yè)的一個組成部分，又是高新技術產(chǎn)業(yè)化的重要領域。研究和發(fā)展模具技術，提高模具技術水平，對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展有著特別重要的意義。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應用于制造業(yè)中。模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)，是國際上公認的關鍵工業(yè)。[2]模具生產(chǎn)技術水平的高低是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。模具是一種重要的國工工藝裝備，是國民經(jīng)濟各工業(yè)部門發(fā)展的重要基礎之一。模具是壓力加工或其它成形加工工藝中，使材料變形制成產(chǎn)品的一種重要工藝裝備，應用廣泛。塑料制品在人們的日常生活中及現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領域中得到日益廣泛的應用。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，社會對塑料制品的需求愈來愈大。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，60%～90%的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具加工，模具工業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的基礎。[3]而塑料注射模在模具中所占的分量越來越大，其發(fā)展也非常迅速，大有凌駕其它模具之上的趨勢。專家預測，在未來的模具市場中，塑料模具在模具總量中的比例將逐步提高，且發(fā)展速度將高于其他模具。[4] 1.3 我國模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀 我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。[5] 1.4 本次設計的題目以及意義 塑料制品中不乏帶螺紋的塑料制品，螺紋塑料制品的脫模方法可以分為非旋轉脫模和旋轉脫模兩類。非旋轉脫模主要利用制品的彈性，用強制脫螺紋的方法脫模。對于帶螺紋的塑料制品，大部分采用機動旋轉脫模機構。我所設計的題目是齒輪齒條式脫螺紋模具機構。該機構是利用模具開模時的直線運動，利用開模力，通過齒輪齒條的傳動，帶動螺紋型芯作旋轉運動，而使螺紋脫模。本次設計限于所學知識，并不是完整的模具的設計，本次設計的主要重點是脫螺紋傳動機構的設計，所以本次設計的重點都圍繞齒輪齒條脫螺紋機構展開。本次畢業(yè)設計主要參考文獻及資料均來自學校圖書館以及網(wǎng)絡，所參考的文獻及資料主要是模具設計類及齒輪傳動類的，主要參考了一些模具設計制造指導書以及手冊，以及齒輪傳動設計等。 通過齒輪齒條式脫螺紋模具機構的研究設計，可以更好的實現(xiàn)螺紋塑料制品脫螺紋的自動化，可以提高生產(chǎn)效率，有利于企業(yè)內螺紋塑料制品的大批大量生產(chǎn)，減少企業(yè)的人員成本，也可以促進塑料及模具工業(yè)的發(fā)展。通過此設計研究也可以提高齒輪齒條等機構以及模具知識的進一步的掌握，有利于我們將我們所學習的理論知識與具體的生產(chǎn)實踐相結合，加深我們對模具機構的掌握，增加我們的知識儲備，為我們將來的實際生產(chǎn)設計打下堅定的知識基礎。 2 塑料件的設計 2.1 塑料件的分析及材料的選用 圖2.1 塑料件的尺寸及外形 如圖2.1，該塑料件為某設備用帶螺紋的塑料零件，由于該塑料件是使用在某種機械設備或者某種電器結構的塑料螺紋零件，所以該塑件的材料應必須具有較高的耐疲勞性能以及較高的強度，為了保證設備的正常運轉，該塑料零件還要有一定的可靠性，這就要求制備該塑料零件的材料要有一定的成型穩(wěn)定性，通過以上要求以及經(jīng)濟適用度上的綜合考慮，決定該塑料件選用PC塑料注塑成型。 PC塑料具有很強的耐疲勞性能，機械強度較高，成型后尺寸較穩(wěn)定，在機械行業(yè)廣泛應用于齒輪，螺栓等零件的制造。[6] PC塑料的有以下優(yōu)點： （1）強度及彈性系數(shù)高，沖擊強度高，溫度使用范圍廣； （2）透明性高，并可自由染色； （3）耐疲勞性較強； （4）耐候性較強； （5）電氣性能佳； （6）成型收縮率低，尺寸安定性良好。 （7）結晶速度快，流動性好，模具溫度比其他塑料要求低。[7] 考慮到經(jīng)濟因素及以上特點，選用PC塑料，其參數(shù)如表2.1。 表2.1 PC塑料的性能及成型參數(shù)表 密度 1.18～1.20 模具溫度 50～80℃ 收縮率 0.5～0.8 注射壓力 80～130 拉伸模量 2450MPa 注塑溫度 220～240℃ 2.2 塑料件螺紋的設計 螺紋為標準件，有國家規(guī)定的標準種類，在塑件上常用的品種有普通螺紋、梯形螺紋、瓶口螺紋、鋸齒形螺紋、方形螺紋、V型螺紋。[8] 2.2.1 螺紋的選用 一般來說，塑件上的螺紋應選用螺距大些的螺紋，螺紋直徑較小時就不宜采用細牙螺紋。塑件上的螺紋選用必須根據(jù)使用要求及塑件的原料，螺紋的尺寸和精度而定。一般優(yōu)先考慮梯形螺紋，因為它成型容易，通用性強，強度高，應用廣泛。 若選用細牙螺紋，其直徑不得小于6mm，特別是用纖維或者布基作填料的塑料成型螺紋。其牙頂常用強度不高的純樹脂填充，大大降低強度；若螺距過小其強度將大受影響，而模塑時螺紋的精度也不能達到很高。 所以，根據(jù)以上設計原則，本次設計采用的是粗牙的梯形螺紋。 2.2.2 螺紋的成型方法 塑件上的螺紋在注塑成型時，螺紋的成型方法主要有一下幾種：采用螺紋型芯成型、采用螺紋型環(huán)成型、采用瓣合式模具成型，強制脫模成型等成型方法。 由于設計的螺紋為內螺紋，并且所選塑料類型彈性比較低，所以采用螺紋型芯的成型方法。 2.2.3 螺紋設計的注意事項 （1）塑料螺紋與金屬螺紋的配合不能過長，一般不大于螺紋直徑的1.5倍，這是因為塑料螺紋成型收縮后的螺距有所變化會與金屬螺紋互相干涉造成附加應力，使連接強度降低。 （2）成型螺距不應小于0.75mm，螺紋配合長度應小于12mm，因螺距過小其牙尖處難充滿，而配合長度過長則旋合性不好。 （3）塑料螺紋的最外面一圈最易受到機械撞擊而損傷，以致影響使用。為此，應使螺紋最為外圈低于斷面，以保護螺紋。 （4）塑件上螺紋的始末端均不應突然開始和結束，而應有過渡部分，其值見表2.2。 表2.2 塑件上螺距始末部分尺寸 螺紋尺寸 始末部分長度尺寸L 螺距S ＜0.5 ＞0.5 ＞1 螺紋直徑 ≤10 1 2 3 10～20 2 2 4 螺紋直徑 20～34 2 4 6 34～52 3 6 8 ＞52 3 8 10 （5）為便于脫模，螺紋的前后端都應有一段無螺紋的圓柱面，前端直徑應小于螺紋底徑，后端直徑應大于螺紋外徑。[9] 2.2.4 螺紋的參數(shù) 根據(jù)以上設計原則，螺紋的參數(shù)如下： 螺紋外徑D=10mm，螺紋螺距為1.5mm，螺紋為粗牙梯形螺紋，牙型角α=30o，旋向為右旋。螺紋總長度為7.5mm，螺紋圈數(shù)為5，中徑d2=9.35mm，小徑d1=8.917mm。 2.3 塑件的精度公差及脫模斜度 2.3.1 塑件的精度公差 根據(jù)塑料制件尺寸公差（SJ1372—78）標準以及塑件推薦選用的精度登記表，選擇塑件的精度等級為4，公差數(shù)值為0.38mm，塑料制品精度等級的選用及塑料制品尺寸公差標準如表2.4.1及表2.3.2。 表2.3 塑料制品精度等級的選用 塑料品種 建議選用的精度等級 高精度 一般精度 低精度 ABS 3 4 5 聚苯乙烯 聚甲基丙烯酸甲酯 聚碳酸酯 聚砜 聚苯醚 30%玻璃纖維增強塑料 3 4 5 聚酰胺6、66、610、9、1010 4 5 6 氯化聚醚 硬聚氯乙烯 高密度聚乙烯 5 6 7 聚丙烯 聚甲醛 軟聚氯乙烯 6 7 8 低密度聚乙烯 表2.3 塑料制品尺寸公差（SJ1372—78）標準 公稱尺寸 /mm 精度等級 1 2 3 4 公差數(shù)值/mm 3 0.04 0.06 0.08 0.12 ＞3～6 0.05 0.07 0.08 0.14 ＞6～10 0.06 0.08 0.10 0.16 ＞10～14 0.07 0.09 0.12 0.18 ＞14～18 0.08 0.10 0.12 0.20 ＞18～24 0.09 0.11 0.14 0.22 ＞24～30 0.10 0.12 0.16 0.24 ＞30～40 0.11 0.13 0.18 0.26 ＞40～50 0.12 0.14 0.20 0.28 ＞50～65 0.13 0.16 0.22 0.32 ＞65～80 0.14 0.19 0.26 0.38 ＞80～100 0.16 0.22 0.30 0.44 ＞100～120 0.18 0.25 0.34 0.50 2.3.2 塑件的脫模斜度 由于該塑件為帶內螺紋的塑件，所以脫模斜度只能設計在型腔，根據(jù)塑件的脫模斜度表，得脫模斜度為35′～1°，塑件的脫模斜度如表2.4。 表2.4 常用塑料脫模斜度表 塑料名稱 脫模斜度 型芯 型腔 聚乙烯 20′～45′ 25′～45′ 聚丙烯、軟聚氯乙烯 25′～50′ 30′～1° 硬聚氯乙烯、聚砜 50′～130′ 50′～2° 聚苯乙烯 30′～1° 35′～1°30′ ABS 35′～1° 40′～1°20′ PMMA 30′～1° 35′～1°30′ 聚酰胺（尼龍） 20′～40′ 25′～40′ 聚碳酸酯 30′～50′ 35′～1° 氯化聚醚 20′～45′ 25′～45′ 聚甲醛 30′～1° 35′～1°30′ 3 塑件模具結構的設計 3.1 塑件分型面的選擇 一般來說，模具都有動模和定模兩大組成部分。模具分型面是指動模和定模閉合接觸和分開的那個面。模具的分型面分為單分型面和多分型面兩種。同時，根據(jù)分型面的位置，還可以分成垂直于開模方面，平行于開模方向和傾斜于開模方向三種分型面。分型面的選擇是非常重要的，合理正確的分析面可以是模具結構簡單高效，還有利于塑料件的順利脫模，并且保證塑料件的尺寸精度，同時不影響塑料件的外觀質量。合理準確的分型面還有利于注塑過程的順利排氣。[10] 本設計由于塑料件結構簡單，脫模過程簡單，所以選擇的分型面類型為單分型面結構，分型面的方向為垂直于開模方向。分型面選擇在塑料件上圓柱與下板接觸面的位置。 3.2 模具定模板和動模各板材料及尺寸設計 3.2.1 模板的材料 模具的各模板采用P20模具鋼制造完成。 P20模具鋼具有硬度均勻，加工性能好的優(yōu)點，鋼質純凈，無需再熱處理即可用于模具加工，組織嚴密，無氣孔，無針眼等缺陷。[11] P20模具鋼已先硬處理至30到36HRC，為提高模具壽命，可對其進行淬火加低溫回火來加硬。淬火時先在500-600℃預熱2-4小時，然后在850-880℃保溫至少2小時，放入油中冷卻至50-100℃時，放入空氣中冷卻，淬火后硬度可達50-52HRC，為防止開裂再立刻進行200℃低溫回火處理，回火后，硬度可達48HRC以上。 3.2.2 模板的尺寸 根據(jù)模具的結構，設計定模板的厚度為25mm，長度為190mm。設計動模模板的厚度為55.25mm，長度為170mm。橫向模板的厚度為30mm，總長度為210mm，拐角處長度32mm，板厚30mm。 3.3澆注系統(tǒng)的設計 本模具設計澆注系統(tǒng)為一模一腔式，所以根據(jù)所選的注塑機的型號，設計澆注系統(tǒng)的主流道如圖所示，安裝定位孔的直徑為55mm，噴球嘴接觸的圓弧半徑為20.5mm，長度為27.5mm。 圖3.1 主流道 3.4 模具型腔與型芯的設計 （1）模具定模上的型腔 由于所設計的塑料件的右半部分型腔包含在主流道內，所以定模板的設計只需要設計設計一個直徑與主流道安裝直徑相等的通孔即可，直徑為38mm。 （2）模具動模上的型腔 根據(jù)模具分型面的選擇位置，模具動模板上的型腔設計應該與塑料件的底板的形狀，尺寸相同，深度為10mm。如圖3.5。 （3）模具的型芯 模具的型芯即帶螺紋的螺紋型芯，左端與軸螺紋連接，并擰緊。如圖3.3。 圖3.2 螺紋型芯 圖3.3 型腔側面示意圖 圖3.4 定模上的型腔示意圖 4 脫螺紋機構的設計 由于所設計的塑料件是帶螺紋的塑料件，而且螺紋深度較大，精度要求比較高，所以不能采用強制脫螺紋的方法脫螺紋，考慮到效率以及生產(chǎn)成本的方面的問題，采用齒輪齒條式脫螺紋機構進行脫螺紋，可以提高生產(chǎn)效率，同時節(jié)省生產(chǎn)成本。 齒輪齒條式脫螺紋模具機構是通過開模的過程，開模力通過安裝在定模上的齒條帶動安裝在動模上的齒輪發(fā)生轉動，從而將一個開模的直線運動轉化成一個縱向的旋轉運動，然后通過一對嚙合的錐齒輪，將縱向的旋轉運動轉化成橫向的旋轉運動，橫向的旋轉運動使螺紋型芯從塑料件內螺紋中脫出，這就是整個齒輪齒條式脫螺紋機構。下面是對脫螺紋機構的具體設計。由圖4.1可以得出，本機構需要設計一對嚙合的錐齒輪，兩個軸，以及一對嚙合的齒輪齒條。 圖4.1 脫螺紋機構示意圖 4.1 錐齒輪的設計 4.1.1 錐齒輪的材料及參數(shù)設計 （1）錐齒輪材料為45鋼，正火調質，硬度220～250HB。 （2）初步選擇錐齒輪的傳動比為3，大端模數(shù)為2.5。取小齒輪的齒數(shù)Z1=20，則大齒輪的齒數(shù)Z2=60。 （3）分度圓直徑 d1 =m*z1 =2.5*20 =50mm d2 =m*z2 =60*2.5 =150mm （4）節(jié)錐角 cosδ1 = cosδ2 = （5）錐距R=79.06 （6）齒寬 b=ΦR*R[12] =0.25*50 ≈28mm，取30mm。 （7）大端齒頂圓直徑 da1 =d1+2hacosδ1 =55 da2 =d2+2hacosδ2 =152 4.1.2 校核齒根彎曲強度 （1）脫螺紋所需要的扭矩計算 M=M min*Φ M min=，[13]其中 E=2100MPa ε=0.5 rm=9.35mm L=7.5mm FT=0.4 Ψ= = =0.65 得Mmin=78.53n·m M=87.95n·m （2）校核 m≥ = =2.04<2.5（安全） 所以，選擇小齒輪模數(shù)為2.5滿足強度要求。 4.1.3 錐齒輪其他尺寸 錐齒輪的詳細尺寸見圖紙。 圖4.2 錐齒輪結構及嚙合示意圖 4.2 齒輪3的設計 4.2.1 齒輪3的材料及參數(shù)設計 （1）齒輪3材料為45鋼，正火調質，硬度220～250HB。 （2）選擇齒輪3的模數(shù)為2，齒數(shù)為15，則分度圓直徑d3=30mm，齒寬 B =ΦR·R =30*0.3 =9mm 取為10mm。 4.2.2 齒輪3其他尺寸 齒輪3的詳細尺寸見圖紙。 圖4.3 齒輪3結構示意圖 4.3 軸4的設計 4.3.1 軸的材料 軸的材料選擇為45鋼，調質處理，根據(jù)轉矩選取軸的最小直徑為20mm。 4.3.2 軸的結構設計 （1）擬定軸的裝配方案 根據(jù)模具結構中主要零件的相互位置關系及軸上螺母、齒輪、軸承、軸承端蓋、以及螺紋型芯等的裝配和位置關系，確定軸上零件的裝配方案如圖4.4。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 圖4.4 軸4的裝配結構 （2）軸各段直徑和長度的確定 Ⅰ-Ⅱ段為螺栓螺母段，用于錐齒輪的軸向定位。取LⅠ-Ⅱ=20mm，dⅠ-Ⅱ=14mm； Ⅱ-Ⅲ段為安裝錐齒輪的軸段，根據(jù)所設計的齒輪的參數(shù)，可得LⅡ-Ⅲ=28mm（為使螺母可以可靠地壓緊錐齒輪，此軸段應略小于錐齒輪輪轂的寬度30mm），dⅡ-Ⅲ=20mm； Ⅲ-Ⅳ段為能順利地安裝軸承，其軸段應滿足軸承內徑標準，故取dⅢ-Ⅳ=30mm，查軸承樣本選用代號6006的深溝球軸承，其尺寸d*D*T=30mm*55mm*13mm，經(jīng)計算，取LⅢ-Ⅳ=13*2+12+7.25=50.25mm； Ⅳ-Ⅴ段為軸向固定軸肩，取LⅣ-Ⅴ=5mm，dⅣ-Ⅴ=35mm； 所以，軸的各段尺寸如下： Ⅰ-Ⅱ段：LⅠ-Ⅱ=20mm，dⅠ-Ⅱ=14mm； Ⅱ-Ⅲ段：LⅡ-Ⅲ=28mm，dⅡ-Ⅲ=20mm； Ⅲ-Ⅳ段：LⅢ-Ⅳ=50.25mm，dⅢ-Ⅳ=30mm； Ⅳ-Ⅴ段：LⅣ-Ⅴ=5mm，dⅣ-Ⅴ=35mm； Ⅴ-Ⅵ段：LⅤ-Ⅵ=3mm，dⅤ=20mm； Ⅵ-Ⅶ段：LⅥ-Ⅶ=7.5mm，dⅥ-Ⅶ=10mm； Ⅶ-Ⅷ段：LⅦ-Ⅷ=4mm，dⅦ-Ⅷ=8.9mm。 （3）軸向零件的周向定位 齒輪與軸的周向定位采用A型普通平鍵。按軸徑查設計手冊得平鍵的設計尺寸為b*h=8mm*7mm，長度取16mm。為保證齒輪與軸配合有良好的對中性，選其配合為H7/r6。滾動軸承與軸的周向配合采用較緊的過盈配合來保證，選軸直徑尺寸公差為m6。 （4）軸的結構工藝性 各軸肩處的圓角半徑見圖紙。 圖4.5 軸4的結構示意圖 4.4 軸5的設計 4.4.1 軸的材料 軸的材料選擇為45鋼，調質處理，根據(jù)轉矩選取軸的最小直徑為30mm。 4.4.2軸的結構設計 （1）擬定軸的裝配方案 根據(jù)模具結構中主要零件的相互位置關系及軸上螺母、齒輪、軸承、軸承端蓋、以及螺紋型芯等的裝配和位置關系，確定軸上零件的裝配方案如圖4.6。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ 圖4.6 軸5的裝配結構 （2）軸各段直徑和長度的確定 Ⅰ-Ⅱ段為螺栓螺母段，用于齒輪的軸向壓緊，取LⅠ-Ⅱ=20mm， dⅠ-Ⅱ=14mm； Ⅱ-Ⅲ段為安裝錐齒輪的軸段，根據(jù)所設計的齒輪的參數(shù)，可得LⅡ-Ⅲ=28mm，（為使螺母可以可靠地壓緊錐齒輪，此軸段應略小于錐齒輪輪轂的寬度30mm），dⅡ-Ⅲ=30mm； Ⅲ-Ⅳ段為用于齒輪以及軸承軸向定位的軸肩，取dⅢ-Ⅳ=35mm，LⅢ-Ⅳ=10mm； Ⅳ-Ⅴ段為能順利地安裝軸承，其軸段應滿足軸承內徑標準，故取dⅣ-Ⅴ=25mm，查軸承樣本選用代號6005的深溝球軸承，其尺寸d*D*B=25mm*47mm*12mm，經(jīng)計算， LⅣ-Ⅴ=12*2+6+10=40mm Ⅴ-Ⅵ段為安裝小齒輪的軸段，根據(jù)所設計的齒輪的參數(shù)，可得LⅤ-Ⅵ=8mm，（為使螺母可以可靠地壓緊錐齒輪，此軸段應略小于錐齒輪輪轂的寬度10mm），dⅤⅥ=15mm； Ⅵ-Ⅶ段為螺栓螺母段，用于齒輪的軸向壓緊，取LⅥ-Ⅶ=15mm， dⅥ-Ⅶ=10mm。 所以軸的各段的直徑和長度如下： Ⅰ-Ⅱ段: LⅠ-Ⅱ=20mm，dⅠ-Ⅱ=14mm； Ⅱ-Ⅲ段: LⅡ-Ⅲ=28mm，dⅡ-Ⅲ=30mm； Ⅲ-Ⅳ段: LⅢ-Ⅳ=10mm，dⅢ-Ⅳ=35mm； Ⅳ-Ⅴ段: LⅣ-Ⅴ=40mm, dⅣ-Ⅴ=25mm； Ⅴ-Ⅵ段: LⅤ-Ⅵ=8mm， dⅤⅥ=15mm； Ⅵ-Ⅶ段: LⅥ-Ⅶ=15mm，dⅥ-Ⅶ=10mm。 （3）軸向零件的周向定位 齒輪與軸的周向定位采用A型普通平鍵。按軸徑查設計手冊得錐齒輪平鍵的設計尺寸為b*h=8mm*7mm，長度取16mm，小齒輪平鍵的設計尺寸為b*h=5mm*5mm，取長度為6mm。為保證齒輪與軸配合有良好的對中性，選其配合為H7/r6。滾動軸承與軸的周向配合采用較緊的過盈配合來保證，選軸直徑尺寸公差為m6。 （4）軸的結構工藝性 各軸肩處的圓角半徑見圖紙。 圖4.7 軸5的結構示意圖 4.5 齒條的設計 4.5.1 齒條的材料及參數(shù)設計 齒輪材料為45鋼，正火調質，硬度220～250HB。 選擇小齒輪模數(shù)2作為齒條的模數(shù)，并選擇相等的齒寬10mm。 4.5.2 齒條的其他尺寸 根據(jù)塑料件的設計，內螺紋部分有5個螺牙，為保證螺紋型芯與塑件完全脫離，所以螺紋型芯需要旋轉6圈，所以小錐齒輪同樣需要旋轉6圈，由于脫螺紋機構所設計的錐齒輪的傳動比為3，所以大錐齒輪需要旋轉2圈，同時小齒輪需要旋轉2圈，且小齒輪齒數(shù)設計為15，所以小齒輪與齒條至少行程30個齒，由于齒條模數(shù)設計為2，所開模距離大約為 L=π*2*30 ≈188mm 由開模距離以及安裝位置計算得188mm+170mm=358mm，所以設計齒條長度為360mm，斷面形狀取方形齒條，頂端采用螺釘固定在動模上。具體尺寸見圖紙。 圖4.8 齒條的結構示意圖 5 傳動零件的加工工藝簡介 5.1 齒輪及齒條的加工工藝簡介 5.1.1 輪齒的材料 錐齒輪材料為45鋼，正火調質，硬度220～250HB 5.1.2 輪齒的加工方法 齒輪齒形的加工方法有無切屑加工和切削加工兩大類。 無切屑加工方法有：熱軋、冷擠、模鍛、精密鑄造和粉末冶金等。 切削加工方法可分為成形法和展成法兩種 表5.1 齒輪齒形的常用切削方法 加工方法 刀具 機床 加工精度及適用范圍 仿 形 法 成型銑 盤形銑刀 銑床 加工精度和生產(chǎn)率都較低。 指型銑刀 滾齒機或銑床 同上，是大型無槽人字齒輪的主要加工方法。 拉齒 齒輪拉刀 拉床 加工精度和生產(chǎn)率較高，拉刀專用，適用于大批生產(chǎn)，尤其是內齒輪加工更是適宜。 展 成 法 滾齒 齒輪滾刀 滾齒機 加工精度6～10級，Ra6.3～Ra3.2常用于加工直齒輪、斜齒輪及蝸輪。 插齒和刨齒 插齒刀 刨齒刀 插齒機 刨齒機 加工精度7～9級，Ra6.3～Ra3.2適用于加工內外嚙合的圓柱齒輪，雙聯(lián)齒輪、三聯(lián)齒輪，齒條和錐齒輪等。 剃齒 剃齒刀 剃齒機 加工精度6～7級，常用于滾齒、插齒后，淬火前的精加工。 珩磨 珩磨輪 珩齒機 加工精度6～7級，常用于剃齒后或高頻淬后的齒形精加工。 剃齒機 磨齒 砂輪 磨齒機 加工精度3～6級，Ra1.6～Ra0.8常用于齒輪淬火后的精加工。 （1）圓柱齒輪及齒條的加工 本傳動機構中的圓柱齒輪以及齒條采用插齒機插齒的加工方法。 在插齒機上用插齒刀插齒，插齒刀和被加工齒輪按一定的速比轉動，切出整圈齒輪的齒形、插齒刀的切削往復運動，切出全齒輪寬度的齒。在插齒機上插齒，插齒刀與被加工齒輪的轉動關系，猶如兩個齒輪做無間隙的嚙合。插齒分度和齒形展成加工是連續(xù)進行的。若插齒刀齒數(shù)是Z1，插齒刀轉一轉，被加工齒輪轉Z1/Z轉。用插齒刀插齒，插齒嚙合線長度與加工件齒數(shù)和插齒刀齒數(shù)Z1有關，一把插齒刀不能滿足加工模數(shù)相同，齒數(shù)和修正系數(shù)不同的各種齒輪需要，插齒刀只能在一定的加工齒數(shù)范圍內通用。插齒是內齒輪、多聯(lián)齒輪的有效加工方法，廣泛用于加工直齒輪，也可加工斜齒輪及人字齒輪，還可以加工齒條。 （2）圓錐齒輪的加工 本傳動機構中的直齒圓錐齒輪采用展成法刨齒的加工方法。 展成法刨直齒錐齒輪，用上下兩個刨刀。刨刀有兩個運動：一是刨刀的直線切削往復運動；二是刨刀隨搖臺的平面回轉運動，刀具與被加工錐齒輪的運動關系，相當于一個平頂或平面齒輪的齒與被加工錐齒輪的嚙合。刀具展成切齒循環(huán)一次，加工出一個齒，被加工錐齒輪分度后，加工第二個齒。 5.1.3 其他工藝過程 （1）齒坯的加工 軸類齒坯加工：銑兩端面；打兩中心孔；精車軸頸、外圓、圓錐和端面；磨工藝軸頸和定位端面； 盤類齒坯加工：車端面，鏜內孔，粗精加工分兩道工序完成；車端面，鏜內孔，粗精加工在一次裝夾中完成；拉內孔，車端面和外圓工藝。 （2）齒端倒角去毛刺：去掉齒兩邊銳邊、毛刺。 （3）安裝基準面的精加工 軸類齒輪：精磨各安裝軸頸和定位端面，修整中心孔?； 盤類齒輪：精磨內孔及定位端面。 （4）清理齒面 去除齒面的毛刺污物。 5.2 軸的加工工藝簡介 5.2.1 軸的工藝分析 （1）兩根軸都是模具中的傳動軸，傳動過程中的載荷和沖擊都比較小。 （2）軸的材料是45鋼，調質處理。 （3）軸的尺寸精度一般。 5.2.2 軸的工藝過程 （1）定位基準的選擇 粗基準的選擇：粗基準的選擇應能保證加工面與非加工面之間的位置精度，合理分配各加工面的余量，為后續(xù)工序提供精基準。所以為了便于定位、裝夾和加工，可選軸的外圓表面為定為基準，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定為基準。 精基準的選擇：選擇兩端面作為精基準進行加工 （2）軸表面加工方法 軸4：粗車左右端面；粗車——半精車Φ30，Φ35外圓；粗車——半精車——精車Φ20外圓；粗銑——半粗銑平鍵；右端螺紋孔鉆—攻絲；車左端螺紋。 軸5：粗車左右端面；車兩端螺紋；粗車——半精車——精車Φ30，,15外圓；粗車——半精車Φ35，,25外圓；粗銑——半粗銑平鍵。 （3）加工順序的安排 ①按先基準平面后其他的原則 ②按先粗后精的原則 ③按先主后次的原則 ④先外后內，先大后小原則 ⑤次要表面的加工安排：鍵槽等次要表面的加工通常安排在外圓精車之后。 ⑥先面后孔原則：先加工端面，再銑鍵槽，鉆螺孔 6 注塑機的選用 6.1 塑料件的尺寸計算 體積V塑件 ≈ V下圓柱+V上圓柱+V中間方形板+V左半圓-V左圓孔-V螺紋孔-V圓臺 = π*152*10+π*12.52*15+50*20*10+π*102*5-π*62*10-π*52*7.5-π*7.52*3 ≈ 23.8mm3 塑料件的體積大約為23.8mm3 PC塑料的密度ρ=1.2 質量M =ρ*V =23.8*1.2 =28.56g 經(jīng)計算得到塑料件的質量大約為28.56g。 6.2 注塑機的選用 根據(jù)塑料件的體積以及開模行程，選擇注塑機的型號為SZ-60/450。 注塑機的參數(shù)如下： 理論注射量：75cm3 注射壓力：170MPa 注塑速率：60g/s 塑化能力：5.6g/S 鎖模力：450kN? 移模行程：220mm 最小模具厚度：100mm? 最大模具厚度：300mm 定位孔直徑：Φ55mm 噴嘴球半徑：10mm[14] 6.3 注塑機的校核 6.3.1 注塑機的注射壓力校核 由PC塑料的參數(shù)，以及塑件的尺寸形狀，以及塑件的精度得知，所需的注射壓力為80～130MPa小于注塑機的注射壓力224MPa，所注射壓力滿足要求。 6.3.2 鎖模力校核 需滿足F鎖＞P腔*A/1000 根據(jù)塑料的類型選擇型腔壓力為30MPa,面積 A =π*102/2-π*62+50*20+π*302+π*25*15+π*30*10+50*10*2+π*10*10 ≈7305mm2 P腔*A/1000 =7305/1000*30 =219.1kN＜450kN。 由此可知，鎖模力足夠，可以滿足要求。 6.3.3開模行程校核 根據(jù)塑料件的設計，內螺紋部分有5個螺牙，為保證螺紋型芯與塑件完全脫離，所以螺紋型芯需要旋轉6圈，所以小錐齒輪同樣需要旋轉6圈，由于脫螺紋機構所設計的錐齒輪的傳動比為3，所以大錐齒輪需要旋轉2圈，同時小齒輪需要旋轉2圈，且小齒輪齒數(shù)設計為15，所以小齒輪與齒條至少行程30個齒，由于齒條模數(shù)設計為2，所開模距離大約為 L=π*2*30[15] ≈188mm＜220mm。 由此得知，移模行程滿足要求。 7 脫螺紋機構的動作說明 圖7.1 模具結構總圖 動作說明： 根據(jù)圖7.1，從A分型面開模，由于齒條6是安裝在定模上的，所以開模時，開模力會使齒條6帶動齒輪3轉動。由于齒輪3是安裝在軸5上的，所以齒輪3帶動軸5轉動，而軸5又帶動齒輪2轉動，齒輪1與齒輪2是嚙合的，所以齒輪1會發(fā)生轉動，從而帶動軸4轉動，軸4的旋轉運動使軸端的螺紋型芯與螺紋塑料件分離，完成脫螺紋運動。 結論 本次設計主要設計的是帶螺紋塑料件的模具的脫螺紋機構，所以在此過程中，涉及最多的是在傳動方面的知識，還包括塑料件的螺紋，以及注塑機等等方面的知識，總的來說，通過本次畢業(yè)設計，讓我學到了很多模具方面的知識，讓我掌握了很多模具設計過程中的具體操作步驟，通過圖書館查找模具方面的文獻資料以及網(wǎng)上的各種模具知識，解決了很多設計過程中模具方面的問題。 在之前的設計研究中，脫螺紋的機構有很多種，齒輪齒條式脫螺紋機構知識其中一種解決螺紋塑件脫模問題的機構，在設計過程中，遇到了很多問題，不知道如何解決，后來通過相關文獻的查閱，逐一解決了這些難題，通過對齒輪齒條式脫螺紋模具機構的研究設計，不僅加深了我們對模具知識的掌握，還有助于開發(fā)研究更好的脫螺紋模具，可以在之前的基礎上繼續(xù)優(yōu)化探索。對模具的設計，有助于促進模具行業(yè)的發(fā)展和進步。在設計過程中，也充分地利用了現(xiàn)有的計算機等工具，比如后面的零件圖紙以及結構總圖的繪制，以及論文的書寫排版，都利用了AutoCAD以及Word等計算機軟件，提高的設計的效率和質量，也給了我們熟練地掌握這些軟件的機會。 由于設計的經(jīng)驗不足，很多設計的細節(jié)方面還需要更多的改進和優(yōu)化，比如設計中間一些具體問題的設計處理，或許有些不到位，但這都將是以后繼續(xù)學習和了解的一部分。我覺得以后的設計重點還是要放在整體的傳動機構方面，通過以后對模具方面的知識的更多地了解，筑建更堅實的知識基礎，設計出傳動更簡單，效率更高，制造更精確的脫螺紋模具機構。 參考文獻 [1] 李凱嶺.現(xiàn)代注塑模具設計制造技術[M].北京：清華大學出版社，2011 [2] 鄒繼強.塑料制品及其成型模具設計[M].北京：清華大學車版社，2005 [3] 李小海.王曉霞.模具設計與制造[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011 [4] 模具設計與制造技術教育叢書編委會.模具常用機構設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003 [5] 王樹勛.注塑模具設計與制造實用技術[M].廣州：華南理工大學出版社，1996 [6] 鄒立謙.塑料制品設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1993 [7] 張克慧.注塑模設計[M].西安：西北工業(yè)大學出版社，1995 [8] 劉小年，楊月英.機械制圖（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2007 [9] 陸鳳儀，鐘守炎.機械設計（第2版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010 [10] 賈潤禮，程志遠.實用注塑模設計手冊[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2000 [11] 郭鐵良.模具制造工藝學[M].北京：高等教育出版社，2009 [12] 鄂中凱，蔡春源，高澤遠.齒輪傳動設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1985 [13] 宋玉恒.塑料注射模具設計實用手冊[M].北京：航天工業(yè)出版社，1994 [14] 鄭大中，房金妹，譚平宇，李明.模具結構圖冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1992 [15] 吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊（第3版）[M].北京：高等教育出版社，2006 致謝 經(jīng)過這幾個月的不懈努力，我的畢業(yè)設計齒輪齒條式脫螺紋模具機構設計的工作終于漸漸接近了尾聲，想想畢業(yè)設計這幾個月，遇到了很多自己不知道如何去解決的問題，從一開始拿到題目無法下手，到后來慢慢的設計步入正軌，在這個漫長的過程，有很多人給了我了很重要的幫助，首先感謝的是我的指導老師王老師，從選題到題目講解，到后來設計的正式開始，感謝王老師在每周對我的督促和對我設計內容的指導，總是很熱心的解答我們所提出來的問題。總是會很熱心的指出我們設計中的問題和一些不足之處，并教給我們合理的解決辦法。還要感謝我們開題報告和中期答辯的指導老師，他們在開題報告的時候耐心的給我們講解我們的設計題目，工作重點，告訴我們可能會遇到的困難和我們所要完成的任務，感謝他們在中期檢查時對我們的督促，對我們所做內容的審查和指導，以及對我們后期任務的指點和建議，我們的設計能做到最后，都離不開他們的諄諄教誨。 其次，還要感謝大學四年來我們的每一位老師，是他們的悉心教學和嚴格要求，讓我們掌握了很多必要的知識，提高了很多專業(yè)方面的能力，讓我們在畢業(yè)設計過程中遇到很多問題可以迎刃而解，同時感謝幫助我的同學們，在設計以及圖紙繪制的過程中，每當遇到自己不明白的地方，他們總是很熱心的幫我出謀劃策，對我的畢業(yè)設計的進行做了很大幫助。最后感謝學校提供圖書館這個龐大的知識系統(tǒng)，感謝那些研究模具設計制造的前人，留下了寶貴的資源，讓我在那兒找到了我所需要的設計方面的幾乎所有的知識文獻，圖書館是我們設計過程中一個強大的知識支撐，再次感謝學校提供的這個資源。 最后，衷心的感謝各種在百忙之中抽出時間評閱我們論文和對我們進行答辯的專家和指導老師！ 31