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工程失效分析11（2004）177-190
早期軸承故障檢測和診斷直升機(jī)齒輪箱
R.B.蘭德爾
概念中的專業(yè)中心，在直升機(jī)的結(jié)構(gòu)和診斷
學(xué)校的機(jī)械及制造工程，澳大利亞新南威爾士大學(xué)，悉尼2052
2002年7月1日、2003年5月21日
在大多數(shù)機(jī)器上，軸承故障的振動簽名延伸到一個更高的頻率范圍比其他大多數(shù)組件，這使得分離。在直升機(jī)齒輪箱的情況下，是一個軸的范圍非常廣泛，頻率輸入和輸出，以及相關(guān)的齒輪嚙合頻率之間的覆蓋整個音頻頻率范圍。因而技術(shù)已被開發(fā)的齒輪信號分離軸承信號，根據(jù)他們的DI不同統(tǒng)計(jì)特性。其他技術(shù)已發(fā)展到獨(dú)立的齒輪和軸承ECTS即使他們而結(jié)合乘法比加法。技術(shù)說明，使用情況的歷史數(shù)據(jù)取自美國海軍，在3架直升機(jī)齒輪箱故障。2003年，愛思唯爾有限公司保留所有權(quán)利。
關(guān)鍵詞：軸承故障;損失評估;故障診斷;剝落;振動
1、介紹
直升機(jī)的安全運(yùn)行是非常依賴避免災(zāi)難性故障的變速箱，從該飛機(jī)已基本暫停。許多工作已經(jīng)完成，使用振動分析檢測齒輪和診斷故障，但對軸承故障少，這也可能導(dǎo)致災(zāi)難性擊穿。在直升機(jī)齒輪箱軸承的故障檢測和診斷的一個主要問題是，他們的強(qiáng)烈振動信號所掩蓋齒輪信號覆蓋整個音頻頻率范圍超過20千赫。這是因?yàn)閺娜細(xì)鉁u輪機(jī)的輸入軸的速度通常是300和400赫茲之間，輸出軸轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子5赫茲的順序，許多齒輪嚙合階段之間。這是進(jìn)一步復(fù)雜化，在行星傳動，必須從行星齒輪軸承的信號傳輸通過齒圈通過外部安裝加速度隨時間變化的路徑，以確保該齒輪信號的混合軸承信號無法避免。要解決這些問題，我們已開發(fā)的技術(shù)分開齒輪信號的軸承信號根據(jù)他們的DI不同的統(tǒng)計(jì)特性。最簡單的情況是信號的添加劑，
E-mail地址：b.randall@ unws.edu.au（包蘭德爾）。
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這種情況下，可以通過適當(dāng)?shù)倪^濾分離。與大多數(shù)變速箱，在軸承信號在很寬的頻率范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，通常延長了上面的齒輪信號，從而可以通過高通過濾分離。直升機(jī)齒輪箱，齒輪頻率延長非常高的，前面已經(jīng)提到，一個DI不同的過濾，可用于基于一個事實(shí)，即齒輪信號是周期性的，因此只包含離散的頻率，而息的信號有一個CERTAIN隨機(jī)性的金額，解釋如下。在某些情況下，齒輪和互動軸承信號已被發(fā)現(xiàn)是乘法，在這種情況下，線性過濾可以不再被使用，在至少本身。在這種情況下，可使用的軸承信號可以作為藍(lán)本循環(huán)平穩(wěn)，使他們能夠從周期信號和隨機(jī)噪聲的分離。
為幅度解調(diào)得到他們的信號，將顯示循環(huán)平穩(wěn)信號定期，讓隱藏的頻率是不是從分析原始信號明顯的診斷。此外，重復(fù)他們的光譜，它可以揭示“譜相關(guān)模式”因此，評價一個特定的“循環(huán)頻率”的譜相關(guān)，揭示這是否隱藏頻率是目前頻率。如果真正的周期信號已被刪除，如齒輪，然后循環(huán)頻率可以循環(huán)平穩(wěn)信號只能來自這個循環(huán)的頻率，例如：軸承。解釋的基本概念后，闡述了軸承故障的三個例子經(jīng)歷了由美國海軍海鷹直升機(jī)。
2、齒輪和軸承的信號
2.1 齒輪信號
由于與損害，甚至對齒輪的牙齒總是出現(xiàn)相同的幾何輪廓，在同一濃度成形，齒輪振動信號是周期性的，雖然期間可能很長。在復(fù)雜的齒輪箱，可對應(yīng)所有齒輪時再有相同的配置，但它一直承認(rèn)該模式對應(yīng)一個特定的齒輪可以通過同步平均提取[1]。這是一個信號樣本，所有相應(yīng)的有關(guān)齒輪的旋轉(zhuǎn)過程平均起來，直到重復(fù)模式是蘇？充分加強(qiáng)與其他組件，隨機(jī)與其他周期性。根據(jù)定義，提取周期信號只包含在基本頻率的整數(shù)倍（諧波）的離散頻率成分。如果速度小幅波動，這可以補(bǔ)償由重采樣信號同步與轉(zhuǎn)速信號相位鎖定到問題的齒輪，這通常應(yīng)同步平均前完成。圖1[1]顯示過濾器的特點(diǎn)，從平均同步（在這種情況下，造成八平均值），它可以被看作是一個“梳狀濾波器”的同步傳輸?shù)闹C波
圖1、8平均數(shù)[1]的濾波特性
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頻率，同時抑制其他頻率。每個濾波器的帶寬（相對諧波間距）的1 / N，其中N是平均數(shù)，所以在提高信號/噪聲比等于N注意：根據(jù)平均數(shù)的特性，有零點(diǎn)，所以與其他信號周期性可以完全去除的N[1]正確的選擇。
2.2 軸承信號
典型的軸承故障信號圖所示。 2。作為一個例子，外圈故障通常會在負(fù)荷區(qū)，并會通過每個滾動體的沖動。 “沖動激發(fā)一系列的脈沖響應(yīng)，其頻率內(nèi)容是由所有的共振頻率興奮為主，但其包含診斷信息的重復(fù)頻率。如下圖圖2，在內(nèi)圈故障或滾動元素的旋轉(zhuǎn)通過負(fù)荷區(qū)，等系列這種情況發(fā)生的頻率，調(diào)制響應(yīng)脈沖。為內(nèi)圈故障，這是軸的速度，但它的滾動體故障是籠速度或飛思卡爾技術(shù)論壇（基本列車班次）。 “外圈故障的重復(fù)頻率為BPFO（球傳球頻率，外圈），內(nèi)圈的故障BPFI（球傳球頻率，內(nèi)圈），和滾動元件故障是邊防軍（球旋轉(zhuǎn)頻率）。請注意，后者是在故障罷工同一種族，一般從引人注目的脈沖率內(nèi)圈和外圈是不相同的。
圖2也說明了獲得原始故障信號的振幅解調(diào)包絡(luò)信號，作為可以看出，這些都是由重復(fù)頻率（振幅調(diào)制）為主基本脈沖。將顯示出它的原始信號頻率分析不提供所需的診斷信息，而信封信號頻譜。這一過程被稱為“信封”分析“。
圖2 典型的信號，并從本地滾動軸承故障包絡(luò)信號
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圖所示的原始信號頻率分析的原因沒有透露重復(fù)頻率。3。軸承故障頻率的計(jì)算公式不承擔(dān)任何閃失，但實(shí)際上必須幾乎總是會有些滑以下原因。有效的滾動球（直徑公式）DCOS，是從徑向平面的負(fù)載角。然而，角o隨每個軸承的滾動體的位置，作為當(dāng)?shù)貜较蜉S向載荷變化的比例，因此，每個滾動體有不同的有效滾動直徑試圖在DI不同速度滾動。確保所有滾動體的平均速度是相同的，造成了一些隨機(jī)滑，籠。這通常是1-2％的訂單。
雖然不多，但這種隨機(jī)的滑移，并給出一個信號的性質(zhì)的根本改變，??是之所以包絡(luò)分析提取診斷信息從頻率分析原始信號。它也允許他們往往從齒輪信號分離軸承信號喜憂參半。
圖3說明了頻譜和信封上的影響小的隨機(jī)頻率波動譜2，作為典型的由一個外圈故障。圖6（a）所示的高頻連發(fā)速度系列對應(yīng)的球傳中頻率沒有隨機(jī)波動。這是假設(shè)，只是一個共振
頻率最低，使圖中的重復(fù)頻率的諧波。 3（二）代表樣品的光譜脈沖（在加速方面表示）。低的值諧波顯然是非常小的，只有在共振頻率附近的重要，
他們的間距表示重復(fù)頻率。在圖的包絡(luò)譜。第3（c），頻率分析圖信號的振幅解調(diào)所得包絡(luò)信號。 3（一），具有較強(qiáng)的低諧波，因?yàn)樗鼘?yīng)的脈沖系列圖。 2。在小的隨機(jī)波動間距圖陣陣。第3（d）很難看出眼睛，但給人一種涂抹在圖的高次諧波。第3（e），所以沒有診斷信息可以從原始光譜中提取。然而，信封頻譜圖。第3（f）清楚地表明，平均脈沖頻率，即使高次諧波是一點(diǎn)點(diǎn)的抹黑。它顯示在號。 [2]，它是有利于頻率分析信封簽名平方米而不是信封本身，因?yàn)楹笳呤谦@得數(shù)學(xué)平方根操作，介紹在頻譜污染組件。
圖3 軸承故障脈沖沒有頻率波動與頻率波動（A，B，C）（D，E，F(xiàn)）0.75％的隨機(jī)
頻率波動。
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3 齒輪和軸承的信號分離
使用可制成軸承信號分開齒輪信號的隨機(jī)性質(zhì)的基礎(chǔ)上,在相關(guān)長度的差異。在參考文獻(xiàn)。 [2]，它描述了如何可以做到這一點(diǎn)使用SANC（自我自適應(yīng)噪聲抵消）。這是一個非洲人國民大會的進(jìn)一步發(fā)展（自適應(yīng)噪聲抵消），這說明; 4。自適應(yīng)噪聲消除（ANC）是兩個信號成分的分離方法（主信號），其中有訪問另一個信號（參考）只包含一個兩組件。參考信號不必是相同的相關(guān)組件在主信號，只是它的連貫，使他們由相關(guān)的線性傳遞函數(shù)[2]。非洲人國民大會，其實(shí)可以適用于主信號包含兩個齒輪和軸承（故障）的組成部分[3]，情況一個錯誤的軸承，例如測量參考信號，同時包含只有一個齒輪信號，例如，衡量一個較偏遠(yuǎn)的軸承。因此，它只能用于外部訪問的軸承上，而不是例如行星齒輪軸承。自適應(yīng)濾波器的調(diào)整系數(shù)的，以盡量減少電源錯誤的信號，小學(xué)和過濾參考輸入之間的區(qū)別。當(dāng)這兩個組件是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的，這將它們分開和錯誤信號成為軸承信號。
如上所述，SANC分開的兩個信號的基礎(chǔ)上，在其相關(guān)長度的差異。因此，參考信號是由一個主要信號，延遲，延遲時間比（隨機(jī)）軸承信號相關(guān)長度，但比（確定性）的齒輪信號的短。因此，它可以同時適用于行星齒輪軸承。由于利益的直升機(jī)變速箱信號，這里是固定的，有沒有需要不斷更新的過濾器，和的DRS（離散隨機(jī)分離）的一種新方法最近已提出[4]達(dá)到相同的結(jié)果SANC，但大大較少的計(jì)算量。它是基于計(jì)算電流和延遲的信號，這有單位振幅的齒輪信號的離散頻率，并抑制其他組件之間的線性傳遞函數(shù)以類似的方式，以圖梳狀濾波器。1。后者的主要區(qū)別是，所有離散的頻率將被過濾掉，沒有他們的要求是一個給定的基波頻率的諧波。確定性信號的部分可以從總量中減去獲得隨機(jī)的剩余。圖5說明了這種分離軸承有故障的強(qiáng)烈信號，由齒輪信號屏蔽的應(yīng)用。所產(chǎn)生的軸承信號包絡(luò)分析清楚地表明內(nèi)圈軸承故障信號。
3.1 循環(huán)平穩(wěn)信號
如上所述，承載信號的循環(huán)平穩(wěn)，特定類型的隨機(jī)包含隱藏周期性的信號，可以考慮。說是一個信號的二階循環(huán)平穩(wěn)時，其二維自相關(guān)函數(shù)RX（T）是周期性的，即使在T信號本身是沒有。自相關(guān)函數(shù)定義為：
RxeT1/4t; Ext1/2eTt= 2×ETT=2 e1T
軸
圖5 （添加劑）使用DRS的齒輪和軸承的信號分離。（一）聯(lián)合信號（二）確定性的部分（齒輪信號）C）隨機(jī)部分（含信號）
因此：
方程（1）是類似的平穩(wěn)隨機(jī)函數(shù)的一般定義，除根據(jù)定義，有沒有t的變化，所以它作為一個功能時移T僅表示。此外，它是共同的，以取代由T信號只有一個，而不是關(guān)于時間t的對稱位移，但
功能與T變化時，最好是使用對稱位移，以更好地分配時間t的值。
為了提高自相關(guān)函數(shù)的周期性質(zhì)，它是共同開展一個二維傅立葉變換給所謂的“譜相關(guān)”，其中有一個軸的正常頻率f，從傅立葉轉(zhuǎn)換到T，和所謂的“循環(huán)頻率對其他軸”，傅立葉變換與t。這有離散值，相應(yīng)的在T周期。因此，譜相關(guān)的定義是：
關(guān)于t的第一個變換使每一個繼承人復(fù)雜的復(fù)合物的光譜成分的系列產(chǎn)品的時間t（因?yàn)樽韵嚓P(guān)是一個信號的卷積與本身在時間逆轉(zhuǎn)）。因此，進(jìn)一步傅立葉變換?結(jié)果在一個復(fù)雜的復(fù)合物的繼承人，這相應(yīng)的頻譜相關(guān)譜的卷積。因此，譜相關(guān)循環(huán)頻率對應(yīng)的頻譜相關(guān)，與自身的一個流離失所的版本，這可以用來計(jì)算給定值的譜相關(guān)。
圖圖6（a）所示為典型的譜相關(guān)軸承內(nèi)圈故障[5]。 f的500赫茲的范圍實(shí)際上代表樂隊(duì)[2800，3300]赫茲變焦分析提取?？梢钥闯?，在f是連續(xù)的，但離散號英寸譜相關(guān)。 [5]它顯示的積分
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循環(huán)頻率α
循環(huán)頻率α
圖6 （一）為本地化的內(nèi)圈故障（B）的平方信封譜的譜相關(guān)
對所有f的譜相關(guān)，其實(shí)是給予相同的預(yù)期值的平方信號（即有效平方信封）的傅里葉變換的結(jié)果。這是復(fù)制圖。6（b）和包含所需的診斷信息。BPFI（120赫茲）的前兩個諧波可以看出，間距等于軸的速度（9.5赫茲）的邊帶包圍。也有后者的低諧波，這種模式是典型的內(nèi)圈故障，如上面所解釋。
軸承故障表現(xiàn)為高頻率的添加劑陣陣，包絡(luò)分析提供了一個很好的診斷，也沒有必要來計(jì)算譜相關(guān)。凡軸承故障表現(xiàn)為一個齒輪嚙合頻率調(diào)制，已經(jīng)歷場合，然后線性
過濾不能使用它自己分開的兩個組成部分。然而，它仍然是有可能使軸承的信號分開齒輪相關(guān)的組件，如以下解釋（二階）循環(huán)平穩(wěn)性質(zhì)使用。
周期信號實(shí)際上是循環(huán)平穩(wěn)，所謂的“一階循環(huán)平穩(wěn)”，作為自己的自相關(guān)函數(shù)是關(guān)于t的周期。然而，他們還定期與t，使譜相關(guān)包含在反對二階循環(huán)平穩(wěn)信號的連續(xù)線的兩個方向上（釘子“床”），如圖所示的離散峰。 6（一）。例如，如果內(nèi)圈有一個擴(kuò)展的剝落，這將給予不同的懸浮軸承齒輪的支持，因此其嚙合頻率調(diào)制。然而，調(diào)制信號是不（完全）定期，但循環(huán)平穩(wěn)，如圖所示。 7，由于滾動體是一個DI每個齒輪[6]革命剝落表面粗糙erent部分。
圖所示的調(diào)制信號。 7有一個疊加的二階循環(huán)平穩(wěn)分量調(diào)幅寬帶噪聲的外觀確定性成分（當(dāng)?shù)氐钠骄担?。將一個齒輪嚙合這樣一個信號調(diào)制信號的譜相關(guān)約圖所示。 8，具有相應(yīng)的確定性部分的離散峰，相應(yīng)的各有關(guān)循環(huán)頻率的隨機(jī)部分的線。作為插圖，后者將有效地圍繞載波頻率的諧波間隔的時間間隔對應(yīng)的基本調(diào)制頻率（齒輪的轉(zhuǎn)速。（即牙齒嚙合頻率），如果信號受到的DRS，這將消除單邊帶頻率確定性成分與任何齒輪故障的到來，留下唯一的二階循環(huán)平穩(wěn)有關(guān)的軸承故障的線路。
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圖7 調(diào)制信號為內(nèi)圈剝落
圖8 譜相關(guān)圖從一個擴(kuò)展內(nèi)圈剝落
4 歷史案例
上面所討論的各種手續(xù)，說明使用從美國海軍獲得海鷹直升機(jī)變速箱故障軸承的信號。這些故障往往是由在該領(lǐng)域的芯片探測器檢測，變速箱，從服務(wù)中刪除，并安裝在試驗(yàn)臺，在那里他們可以在典型負(fù)載和速度經(jīng)營。
4.1 滾動體故障
滾動體故障說明圖。 9。振動信號比較不能和無故障同變速箱，但他們可以在良好的條件相同的齒輪箱。變速箱有兩種氣體從左舷和右舷兩側(cè)對稱輸入（從兩個燃?xì)鉁u輪機(jī)
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圖9 輸入齒輪（大底）支撐軸承滾動元件故障。
），這些給了信號的重復(fù)性的措施。圖10顯示了從右舷變速箱故障（故障的開發(fā)方）的體外循環(huán)比較（恒定比例帶寬）相比，沒有譜。在底部顯示頻譜的兩例分貝之間的差異。 DI雙方之間的最顯著的標(biāo)記區(qū)域“由于軸承故障”，范圍在10-20千赫的頻譜增加至7分貝。在此頻段的解調(diào)信號，包絡(luò)譜如圖。 11被發(fā)現(xiàn)。這是一個經(jīng)典的包絡(luò)譜，為滾動體故障，因?yàn)樗谢\速度與間距相等的邊帶包圍BSF的諧波（由諧波光標(biāo)表示）。 BSF的二次諧波比第一強(qiáng)，表明興奮醒目的內(nèi)圈和外圈的脈沖這種情況下，，SANC不需要分開齒輪屏蔽軸承故障信號的。
4.2 行星軸承滾動元件故障
分析的情況下圖所示。 12.In這種情況下，有沒有在測量外部頻譜水平的顯著變化，所以一些試驗(yàn)和錯誤找到一個頻率范圍內(nèi)解調(diào)故障指示。有人企圖使用SANC除去相當(dāng)大的齒輪信號的屏蔽，但是這并沒有任何改善，大概是因?yàn)樗俣炔▌舆^程中測量。通常情況下，它將有可能使用上述的訂單跟蹤，以消除速度變化的影響，但不幸的是在這種情況下，沒有轉(zhuǎn)速信號。
盡管未能消除齒輪組件，包絡(luò)分析能夠顯示滾動元件故障的典型模式，如圖所示。 13日描繪周圍BSF的二次諧波放大的光譜。注意雙不同頻率尺度。在每一種情況下，該中心光標(biāo)上2BSF，帶光標(biāo)間距設(shè)置籠速度（相對內(nèi)圈）。它與地球的軸承是內(nèi)圈，固定載荷方向，在正常情況下，外圈是固定的。圖13（一）沒有SANC，而圖分析。 13（二）后SANC應(yīng)用。如上所述，這給沒有改善。圖13 BSF的二次諧波，但周圍的一次諧波的放大譜了非常類似的圖片。
圖14顯示了另一個星球軸承故障的情況下（從海王直升機(jī)[7]），SANC 穩(wěn)定，能夠消除掩蔽E？揭示內(nèi)，外圈故障齒輪振動ECTS速度。上包絡(luò)譜，得到了許多模擬信封設(shè)備的典型的技術(shù)，使用的包圍，只是高通過濾（1 kHz時）
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圖10 在輸入小齒輪軸承的滾動體故障和無譜的比較。在底部的差譜。
圖11。滾動體故障包絡(luò)譜（BSF的光標(biāo)）。
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圖13 沒有元件故障（一）（二）SANC由于軸承故障SANC信封光譜放大行星齒輪滾動。
執(zhí)行。帶通范圍在16-19千赫（其中最大的光譜變化發(fā)生故障）的過濾并顯示BPFO和BPFI組件，但仍受到齒輪組件掩蓋。
4.3 內(nèi)圈故障
如圖遇到內(nèi)圈故障。 15。它是為支持輸入齒輪（參見圖9）小端軸承。它檢測到很晚，因?yàn)樾酒槐焕г诟浇妮S承油壩，并沒有過去的芯片檢測器的循環(huán)。因此，通過檢測故障時，剝落了延長比賽幾乎一半左右，并已成為相對平穩(wěn)。
圖16 CPB譜的比較了這種情況下，類似的圖。 10?？梢钥闯?，現(xiàn)在的分歧是在較低的頻率，gearmesh頻率附近的諧波，表明頻譜的變化，主要是由于調(diào)制，而不是添加劑的沖動。包絡(luò)分析在BPFI沒有透露任何部件，只是一個小齒輪的轉(zhuǎn)速大量增加的事實(shí)證實(shí)了這一點(diǎn)。這是很可能BPFI已檢測出的小坑時會興奮銳利的影響故障的早期階段，但由于穿的平滑減少了此電子郵件等。
這是一個技術(shù)，在3.1節(jié)所述的情況（圖7和8）被發(fā)現(xiàn)是有用的，因?yàn)樗试S從齒輪故障區(qū)分具有相同的頻率（齒輪轉(zhuǎn)速軸承故障） 。圖17顯示了譜相關(guān)計(jì)算等于軸的速度和無故障。譜相關(guān)的計(jì)算之前，所有的離散頻率分量（可能有齒輪）被拆除使用DRS程序。 ITIS看到故障，給出了一個大的增加，很寬的頻率范圍內(nèi)超過20分貝，這只能來自軸轉(zhuǎn)速二階循環(huán)平穩(wěn)信號，這無形中必須是軸承內(nèi)圈故障。
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圖14。齒輪的應(yīng)用SANC SANC在海王直升機(jī)（一）無行星軸承故障;（二）隨著SANC，齒輪轉(zhuǎn)動為主éECTS拆除，露出內(nèi)圈和外圈軸承頻率。
圖15。輸入齒輪小端軸承內(nèi)圈剝落。
后來上的齒輪與軸承的故障試驗(yàn)臺測量結(jié)果表明類似的圖片，本地化和擴(kuò)展內(nèi)圈故障，在譜相關(guān)軸的速度大幅增加。對于本地化的故障，差異主要是在高頻率，故障同樣可以使用包絡(luò)分析進(jìn)行診斷，但擴(kuò)展故障的區(qū)別是在較低的頻率，是很難被分辨包絡(luò)分析。
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圖16。在輸入小齒輪軸承內(nèi)圈故障和無譜的比較。在底部的差譜。
圖17。α=Ω計(jì)算，延長內(nèi)圈故障和無譜相關(guān)。
5．結(jié)論
直升機(jī)齒輪箱軸承診斷提供了一個特別DI？邪教組織的情況，因?yàn)檩S承故障信號在很寬的頻率范圍內(nèi)的齒輪信號的屏蔽。出于這個原因，技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到分開的齒輪和軸承信號，根據(jù)各自不同的統(tǒng)計(jì)特性，這有利于診斷。使用情況從美國海軍獲得的歷史數(shù)據(jù)，從3架直升機(jī)齒輪箱故障，以及一個從澳大利亞海軍的技術(shù)說明。
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致謝
信號提供了由美國海軍空戰(zhàn)中心飛機(jī)分部（NAWCAD），這項(xiàng)研究是由概念中的支持，通過專業(yè)計(jì)劃的中心。
參考文獻(xiàn)
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系統(tǒng)和信號處理200014（5）:763-88。
[3] CHATURVEDI，托馬斯DW.齒輪故障檢測，使用1982的ASME自適應(yīng)降低噪聲;104:280-9。
[4]安東尼J，蘭德爾預(yù)算。無監(jiān)督的噪音消除振動信號兩部分組成的一個新的算法。機(jī)械系統(tǒng)
信號處理[出版]提交。
[5]蘭德爾RB，安東尼J，Chobsaard與光譜的相關(guān)性和診斷的包絡(luò)分析之間的關(guān)系
軸承故障和其他循環(huán)平穩(wěn)機(jī)信號。機(jī)械系統(tǒng)與信號處理200115（5）:945-62。
[6]安東尼J，蘭德爾預(yù)算。迪？erential齒輪和軸承故障診斷。 ASME J VIB和聲學(xué)2002;124:165-71。
[7]：蘭德爾包。在直升機(jī)齒輪箱軸承診斷。在：Comadem會議，曼徹斯特，9月2001。
河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表
指導(dǎo)教師： 陳西平 職稱： 教授
所在院（系）： 機(jī)械與動力工程學(xué)院 教研室（研究室）： 機(jī)設(shè)
題 目
首飾盒薄壁殼體塑料注射模具設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
劉鵬雷
專業(yè)班級
機(jī)設(shè)五班
學(xué)號
0816101042
一、選題質(zhì)量：（主要從以下四個方面填寫：1、選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，能否體現(xiàn)綜合訓(xùn)練要求；2、題目難易程度；3、題目工作量；4、題目與生產(chǎn)、科研、經(jīng)濟(jì)、社會、文化及實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等實(shí)際的結(jié)合程度）
1、該設(shè)計(jì)題目綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術(shù)問題的獨(dú)立工作能力，拓寬和深化學(xué)生的知識，樹立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)等手冊、圖冊工具書進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。
2、該題培養(yǎng)了樹立正確的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。
3、本次設(shè)計(jì)需寬廣的知識面，創(chuàng)造性思維能力，及很強(qiáng)的動手能力。該題難度適中，既有理論的研究又有試驗(yàn)操作。
二、開題報(bào)告完成情況：
從適合實(shí)際工作環(huán)境出發(fā)，確定了明確的課題設(shè)計(jì)方向；并對裝飾品薄壁殼體在使用中經(jīng)常出現(xiàn)的問題有一定的研究，且應(yīng)用在設(shè)計(jì)計(jì)算中；已經(jīng)開始對課題進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并有了突破性的進(jìn)展，確定了工作的內(nèi)容和方法；同時，已完成了對相關(guān)資料的查閱，對課題有了總體的分析。開題報(bào)告已如期按要求完成。
3、 階段性成果：
1、認(rèn)真學(xué)習(xí)關(guān)于機(jī)械學(xué)、材料學(xué)等有關(guān)理論知識，為下一階段的工作
打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2、在資料的收集與整理過程中，掌握了相關(guān)的機(jī)械學(xué)、液壓學(xué)、材料學(xué)、
工藝學(xué)等有
3、完成開題報(bào)告。
4、同時搜集了相關(guān)資料，有待進(jìn)一步分析整理。
四、存在主要問題：
1、資料收集還不全面，一些理論與應(yīng)用相結(jié)合的實(shí)踐做的還不好
2、部分公式推導(dǎo)還不熟練
3、在選用零件和確定工藝參數(shù)時缺少相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)
4、整體結(jié)構(gòu)及部分零件結(jié)構(gòu)好不夠健全
五、指導(dǎo)教師對學(xué)生在畢業(yè)實(shí)習(xí)中，勞動、學(xué)習(xí)紀(jì)律及畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展等方面的評語
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
3
河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告
題目名稱
首飾盒薄壁殼體塑料注射模具設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
劉鵬雷
專業(yè)班級
機(jī)設(shè)08---5班
學(xué)號
0816101042
一、 選題的目的和意義：
1、目的
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力，側(cè)重于開發(fā)創(chuàng)造力，應(yīng)在鞏固所學(xué)專業(yè)理論知識的基礎(chǔ)上，熟練掌握專業(yè)基本技能，從而達(dá)到具有從事專業(yè)實(shí)際工作的初步能力。
2、意義
本設(shè)計(jì)題目為一般類塑料注塑模，它概括了塑料零件的設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及方向。通過對該零件模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了設(shè)計(jì)者注塑模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為設(shè)計(jì)更復(fù)雜的注塑模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經(jīng)驗(yàn)。模具專業(yè)的學(xué)生要求綜合知識和實(shí)踐能力較強(qiáng)，它既是學(xué)生大學(xué)四年所學(xué)的機(jī)械制圖、工程材料、公差配合與技術(shù)測量、專業(yè)課的綜合應(yīng)用，又需要學(xué)生了解大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，此設(shè)計(jì)主要是對零件的工藝性分析及工藝方案的確定，模具主要零件加工工藝規(guī)程的編制。
通過畢業(yè)設(shè)計(jì)得到培養(yǎng)和鍛煉：塑料制品的設(shè)計(jì)及成型工藝的選擇；一般塑料制品成型模具的設(shè)計(jì)能力；塑料制品的質(zhì)量分析及工藝改進(jìn)、塑料模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)的能力；了解模具設(shè)計(jì)的常用商業(yè)軟件以及同實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合；同時在于掌握注塑模設(shè)計(jì)的大體思路，懂得如何著手分析和考慮問題，能自己獨(dú)立的設(shè)計(jì)出一套完整的模具，且能將它應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)概括了諸多塑料零件的設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及方向。通過對該零件模具的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加強(qiáng)了對注塑模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為今后設(shè)計(jì)更復(fù)雜的注塑模具做好了鋪墊，也為以后的工作奠定了基礎(chǔ)。
二、 國內(nèi)外研究綜述：
人們對各種設(shè)備和用品輕量化要求越來越高，這就為塑料制品提供了更為廣闊的市場。塑料制品要發(fā)展，必然要求塑料模具隨之發(fā)展。汽車、家電、辦公用品、工業(yè)電器、建筑材料、電子通信等塑料制品主要用戶行業(yè)近年來都高位運(yùn)行，發(fā)展迅速，塑料模具也快速發(fā)展。2000年，我國（未包括港澳臺統(tǒng)計(jì)，下同）塑料模具產(chǎn)值約100億元，2004年已發(fā)展到212億元，4年平均增長率為21%，高于模具行業(yè)總體發(fā)展速度近4個百分點(diǎn)。
近年來，我國塑料模具水平已有較大提高。大型塑料模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)50t以上的注塑模，精密塑料模的精度已可達(dá)到3μm，制件精度為0.5μm的小模數(shù)齒輪模具及達(dá)到高光學(xué)要求的車燈模具等也已能生產(chǎn)，多腔塑料模已能生產(chǎn)一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生產(chǎn)4m/min以上擠出速度的高速塑料異型材擠出模及主型材雙腔共擠、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出和低發(fā)泡鋼塑共擠等各種模具。在生產(chǎn)手段上，模具企業(yè)設(shè)備數(shù)控化率已有較大提高，CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用面已大為擴(kuò)大，高速加工及RP/RT等先進(jìn)技術(shù)的采用已越來越多。模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率及模具商品化率都已有較大幅度的提高，熱流道模具的比例也有較大提高。三資企業(yè)蓬勃發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了塑料模具設(shè)計(jì)制造水平及企業(yè)管理水平的提高。
我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)今后的主要發(fā)展方向?qū)?提高大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復(fù)雜化和高精度要；在塑料模設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)；推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量,并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源,所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革；應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得也十分必要。
三、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的主要技術(shù)與方法：
1.在學(xué)校圖書館查閱相關(guān)資料。
2.在工廠的實(shí)踐畢業(yè)實(shí)習(xí)。
3.通過老師和工程師的指導(dǎo)。
4.通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料。
5.通過對相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的理論計(jì)算和分析
四、 主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況：
[1]《塑料模設(shè)計(jì)手冊》編寫組編著. 塑料模具設(shè)計(jì)手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994
[2] 許發(fā)樾主編. 實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.10
[4] 黨根茂 駱志斌 李集仁編. 模具設(shè)計(jì)與制造. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.3
[5] 蔣繼宏 王效岳編. 注塑模具典型100例. 北京：中國輕工業(yè)出版社，2000.6
[6] 王孝培主編. 塑料成型工藝及模具簡明手冊. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.6
[7] 孫垣 陳作模主編（第五版）. 機(jī)械原理. 北京：高等教育出版社，1995
[8] 紀(jì)名剛 濮良貴主編（第六版）. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，1996
[9] 于華編. 注射模具設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.4
[10] 陳統(tǒng)堅(jiān)主編. 機(jī)械工程英語. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.4
[11] 馮炳堯 韓泰榮等編. 模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊. 上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1984
[12] 模具實(shí)用技術(shù)叢書編委會. 塑料模具設(shè)計(jì)與制造應(yīng)用實(shí)例. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002
[13] 申樹義 高濟(jì)編. 塑料模具設(shè)計(jì). 機(jī)械工業(yè)出版社，1999
[14] 李志剛，夏巨諶.中國模具設(shè)計(jì)大典.2003
五、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度安排（按周說明）
進(jìn)度安排：
（1）查閱資料 2.16-2.31
（2）調(diào)研與參觀 3.1-3.15
（3）零件分析并繪圖 3.16-3.31
（4）方案選擇與確定 4.1-4.15
（5）繪制零件圖與裝配圖 4.16-4.31
（6）編寫論文 5.1 - 5.20
（7）打印并交主審教師審閱 5.21-6.5
六、 指導(dǎo)教師審批意見：
指導(dǎo)教師： （簽名）
年 月 日
4
河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 I 摘要：塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模 具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn) 過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。 本設(shè)計(jì)介紹了注射成型的基本原理，特別是單分型面注射模具的結(jié) 構(gòu)與工作原理，對注塑產(chǎn)品提出了基本的設(shè)計(jì)原則；詳細(xì)介紹了冷流道 注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，并對模具強(qiáng) 度要求做了說明；最后介紹了當(dāng)今世界上最為普及的 CAD 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)軟 件 PRO/ENGNEER 模塊，對導(dǎo)柱和導(dǎo)套進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)。 通過本設(shè)計(jì)，可以對注塑模具有一個初步的認(rèn)識，注意到設(shè)計(jì)中的 某些細(xì)節(jié)問題，了解模具結(jié)構(gòu)及工作原理；通過使用 PRO/E、CAD 等 制圖軟件，可以便捷地建立起模具的相關(guān)視圖，進(jìn)而提高模具設(shè)計(jì)的工 作效率。 關(guān)鍵詞：塑料模具 參數(shù)化 分型面 PRO/E CAD 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 II Jewelry box thin shell plastic injection mold design Abstract: Plastic industry is one of the quickest industry classes in the world now, but the casting mold is a more development type. Therefore, the research in the mold to understand the plastic product the production process and improve the product quality which is a big significance. The design introduces the injection about taking shape the basic principle, especially the single divided the profile to inject the mold the structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic principle of design; Introducing in detail the cold flow channel injection evil spirit mold pours the system, the temperature control system and goes against the system the design process, and has given the explanation to the mold intensity request; Finally introduces the most popular three dimensional CAD system standard software PRO/Engineer’s PROGRAM module in the world now, and leads the wrap to the guide pillar to carry on the parameterization design. Through the design, we may to cast the mold to have a preliminary understanding, notes some certain detail questions, understands the mold structure and the principle of work. Through to the PROGRAM study, which may establish the simple components the components storehouse so that we can enhance working efficiency? Key words: Plastic Mold Parameterization Divides PRO/E CAD 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 III 目錄 引 言 .......................................................1 第 1 章 緒 論 ................................................4 1.1 選題背景及意義 .........................................4 1.2 塑料模具的種類和應(yīng)用 ...................................5 1.2.1 塑料模具的種類 .....................................5 1.2.2 塑料模具的應(yīng)用 .....................................5 1.3 單分型面注射模介紹 .....................................6 1.3.1 單分型面注射模的組成 ...............................6 1.3.2 單分型面注射模的工作原理 ..........................8 1.4 本次設(shè)計(jì)塑料注射模具的主要工作內(nèi)容及目標(biāo) ..............8 第 2 章 制品的分析及模具設(shè)計(jì)的依據(jù) ............................9 2.1 材料成型特性 ..........................................10 2.2 零件結(jié)構(gòu)工藝性的分析 ..................................10 2.3 注射成型原理、特點(diǎn)及應(yīng)用 ..............................11 第 3 章 各部分機(jī)構(gòu)具體尺寸計(jì)算 ...............................13 3.1 厚度計(jì)算 ..............................................13 3.1.1 型腔壁厚的計(jì)算 ....................................13 3.1.2 動模墊板厚度的計(jì)算 ...............................14 3.2 凹模、型芯的尺寸計(jì)算 ..................................15 3.2.1 計(jì)算模具成型零件 ..................................15 3.2.3 型芯的徑向尺寸的計(jì)算 ..............................19 3.3 脫模力的計(jì)算 ..........................................20 3.4 推出力計(jì)算 ............................................21 第 4 章 頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 .....................................23 4.1 推桿推出機(jī)構(gòu)零件的設(shè)計(jì) ................................23 4.1.1 推桿的設(shè)計(jì) ........................................23 4.1.2 推板的設(shè)計(jì) ........................................24 4.1.3 頂桿的設(shè)計(jì) ........................................25 4.1.4.滑塊、限位釘、墊塊的設(shè)計(jì) ..........................26 4.2 分型面的設(shè)計(jì) ..........................................27 4.3 導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì) ........................................28 4.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................29 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 IV 4.4.1 澆口的設(shè)計(jì) ........................................29 4.4.2 定位圈的設(shè)計(jì) ......................................33 4.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ........................................34 4.6 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ......................................35 4.6.1 冷卻水道的直徑 ....................................36 4.7 模具其它結(jié)構(gòu)零部件的考慮 ..............................37 4.7.1 支架 ..............................................37 4.7.2 模架 ..............................................37 第 5 章 注射機(jī)的選擇 ........................................39 5.1 首飾盒薄壁殼體塑料件的參數(shù) ...........................39 5.1.1 制品的體積計(jì)算 ....................................39 5.1.2 塑件的投影面積 ....................................39 5.2 根據(jù)體積選注射機(jī) ......................................39 5.3 模具厚度 H 與注射機(jī)閉合高度校核 ........................42 5.3.1 注塑機(jī)開模形成的校核............................. 43 5.4 模具裝配及過程 ........................................43 5.4.1 模具的裝配要點(diǎn)及要求 ..............................43 5.4.2 型芯與孔板的裝配 ..................................44 5.4.3 模具的調(diào)試 ........................................47 結(jié) 論 ......................................................49 致 謝 .......................................................50 參考文獻(xiàn) ....................................................51 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 1 引 言 當(dāng)今是一個科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，知識更替迅速的時代，塑料模具成 型加工在當(dāng)今社會發(fā)展的潮流中扮演著重要的角色。現(xiàn)在，模具生產(chǎn)技 術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志之一， 因?yàn)槟＞咴诤艽蟪潭壬蠜Q定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。 塑料模具的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。近年來，人們對 各種設(shè)備和用品輕量化及美觀和手感的要求越來越高，這就為塑料制品 提供了更為廣闊的市場。塑料制品要發(fā)展，必然要求塑料模具隨之發(fā)展。 汽車、家電、辦公用品、工業(yè)電器、建筑材料、電子通信等塑料制品主 要用戶行業(yè)近年來都高位運(yùn)行，發(fā)展迅速，因此，塑料模具也快速發(fā)展。 中國的模具得到了快速的發(fā)展，但也存在著許多的問題： (1)發(fā)展不平 衡，產(chǎn)品總體水平較低。雖然個別企業(yè)的產(chǎn)品己達(dá)到相當(dāng)高的水平，個 別企業(yè)的部分產(chǎn)品已達(dá)到或接近國際水平，但總體來看，模具的精度、 型腔表面粗糙度、生產(chǎn)周期、壽命等指標(biāo)與國外先進(jìn)水平相比尚有較大 差距。包括生產(chǎn)方式和企業(yè)管理在內(nèi)的總體水平與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相 比尚有 10 年以上的差距；(2) 工藝裝備落后，組織協(xié)調(diào)能力差。雖然部 分企業(yè)經(jīng)過近幾年的技術(shù)改造，工藝裝備水平己比較先進(jìn)，但大部分企 業(yè)工藝裝備仍比較落后。更主要的是我們的企業(yè)組織協(xié)調(diào)能力差，難以 很好整合或調(diào)動社會資源為我所用，從而就難以承接比較大的項(xiàng)目；(3) 大多數(shù)企業(yè)開發(fā)能力弱。一方面是技術(shù)人員比例低、水平不夠高，另一 方面是科研開發(fā)投入少，更重要的是觀念落后，對開發(fā)不夠重視；(4)管 理落后更甚于技術(shù)落后。技術(shù)落后往往容易看到，管理落后有時卻難以 意識到。國內(nèi)外模具企業(yè)管理上的差距十分明顯，管理的差距所帶來的 問題往往比技術(shù)上的差距更為嚴(yán)重；(5)市場需求旺盛，生產(chǎn)發(fā)展一時還 難以跟上，供需矛盾一時還難以解決，供不應(yīng)求的局面還將持續(xù)一段時 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 2 間，特別是在中高檔產(chǎn)品方面矛盾更為突出；(6)體制和人才問題的解決 尚待時日。在社會主義市場經(jīng)濟(jì)中，在經(jīng)濟(jì)全球化的過程中，競爭性行 業(yè)，特別是像模具這樣依賴于特殊用戶，需單件生產(chǎn)的行業(yè)，許多企業(yè) 目前的體制和經(jīng)營機(jī)制仍舊很難適應(yīng)多變的市場。人才的數(shù)量和素質(zhì)水 平也跟不上行業(yè)的快速發(fā)展。雖然各地都在努力解決這兩個問題，但要 得到較好解決尚待時日。 模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料 （固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其 效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。 模具生產(chǎn)技術(shù)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(biāo)志之一，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，被稱為“工業(yè)之母” ，模 具是一種高附加值產(chǎn)品和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，在 很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展 我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。在電子，輕工，汽車，紡織， 航空等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，承擔(dān)了這些 工業(yè)領(lǐng)域中 60％～90％的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。研究 和發(fā)展模具技術(shù)，提高模具技術(shù)水平，對于促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著特 別重要的意義。 本課題主要是塑料成型的工藝設(shè)計(jì)及制造，也就是注塑模的工藝設(shè) 計(jì)方案分析及確定工藝計(jì)算，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算等內(nèi)容。生產(chǎn)主要是為 了提高生產(chǎn)效率，因此在設(shè)計(jì)是要力求結(jié)構(gòu)簡單，但是一定要保證其精 度要求。主要采取以下措施：先對塑件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確定型腔的布局， 從各方面考慮其結(jié)構(gòu)布局，我也到實(shí)習(xí)工廠進(jìn)行現(xiàn)場模具制造學(xué)習(xí)，積 累了生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，了解到了本課題一些相關(guān)技術(shù)要求及注意事項(xiàng)。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 3 本次設(shè)計(jì)是對機(jī)械知識的一次綜合性總結(jié)與運(yùn)用，通過本次設(shè)計(jì)， 提高了對模具的理性認(rèn)識，掌握了設(shè)計(jì)步驟，能夠更加系統(tǒng)地串聯(lián)專業(yè) 知識，使模具這塊知識在認(rèn)識中合理化，系統(tǒng)化。 說明書主要依據(jù)模具資料以及相關(guān)機(jī)械參考書籍而編寫成的，本模 具是一套比較簡單的注塑模具。本說明介紹了設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，模具加 工的一系列步驟，在敘述中文字與圖形相互補(bǔ)充說明，更能夠詳盡地展 出了所編寫的內(nèi)容。 由于設(shè)計(jì)者的水平和經(jīng)驗(yàn)不足，在設(shè)計(jì)過程中不妥和錯誤之處在所 難免，懇請老師批評與指正，以便修正。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 4 第 1 章 緒 論 1.1 選題背景及意義 中國是發(fā)展中國家，具有生產(chǎn)發(fā)展水平較低，勞動力資源豐富，生 產(chǎn)成本低廉及市場前景廣闊等一般發(fā)展中國家同樣的一些特點(diǎn)，但中國 人均 GDP 己超過 1000 美元，同時還具有相當(dāng)雄厚的技術(shù)和工業(yè)基礎(chǔ)， 人們聰慧、勤勞、靈巧和改革開放良好環(huán)境等一些特殊的特點(diǎn)，這些特 點(diǎn)很適合發(fā)展模具工業(yè)，因此中國模具工業(yè)雖然起步較晚，但發(fā)展十分 迅速。 “十二五 ”期間，中國模具業(yè)將進(jìn)一步調(diào)整結(jié)構(gòu)，開拓市場，苦練 內(nèi)功，提升水平，使中國模具業(yè)在整體上再上一個新臺階，而這并不只 是模具業(yè)的“ 一家之事” 。模具業(yè)與其他行業(yè)的發(fā)展可以用唇齒相依來形 容，因而模具業(yè)整體水平的提升與相關(guān)行業(yè)的發(fā)展息息相關(guān)。目前中國 模具產(chǎn)品主要還是以中低檔為主，技術(shù)含量較低，高中檔模具多數(shù)要依 靠進(jìn)口，其中一個原因就是因相關(guān)行業(yè)缺失核心技術(shù)。如在 IC 封裝模 具領(lǐng)域，由于國內(nèi) IC 業(yè)整體水平以及國外技術(shù)封鎖的原由，使得 IC 封 裝模具業(yè)難以高起點(diǎn)發(fā)展。因而，在 IT 業(yè)、汽車業(yè)帶動模具產(chǎn)品需求 增長的同時，提升中國在 IT 業(yè)、汽車業(yè)的整體實(shí)力是雙贏所不可或缺 的。 我們?nèi)粘Ｉa(chǎn)、生活中所使用到的各種工具和產(chǎn)品，大到機(jī)床的底 座、機(jī)身外殼，小到一個胚頭螺絲、紐扣以及各種家用電器的外殼，無 不與模具有著密切的關(guān)系。模具的形狀決定著這些產(chǎn)品的外形，模具的 加工質(zhì)量與精度也就決定著這些產(chǎn)品的質(zhì)量。因?yàn)楦鞣N產(chǎn)品的材質(zhì)、外 觀、規(guī)格及用途的不同，模具分為了鑄造模、鍛造模、壓鑄模、沖壓模 等非塑膠模具，以及塑膠模具。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 5 本次設(shè)計(jì)以塑料注射模具為主，詳細(xì)介紹塑料模具的設(shè)計(jì)過程及步 驟。 1.2 塑料模具的種類和應(yīng)用 1.2.1 塑料模具的種類 塑料模具的種類很多，比較常見的有注射模、壓縮模、壓注模和擠 出模。 1.2.2 塑料模具的應(yīng)用 注射模是安裝在注射機(jī)上，完成注射成形工藝所使用的模具。注射 模的種類很多，其結(jié)構(gòu)與塑料的品種、塑件的結(jié)構(gòu)和注射機(jī)的種類等很 多因素有關(guān)。一般情況，注射模是由成形部件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、 調(diào)溫系統(tǒng)和支撐零部件組成，如果塑件有側(cè)向的孔或凸臺，注射模還包 括側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)。 壓縮?？煞譃楣潭ㄓ趬簷C(jī)上壓板的上模和下壓板的下模兩大部分， 由型腔、加料室、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)、加熱系統(tǒng) 組成，主要應(yīng)用于成形熱固性塑件。 擠出模是熱塑性塑料的成型方法之一，它可以成型各種塑料管材、 棒材、板材、薄膜以及電線、電纜等連續(xù)型材，還可以對塑料進(jìn)行塑化、 混合、造粒、脫水以及喂料等準(zhǔn)備工序或半成品加工。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 6 1.3 單分型面注射模介紹 1.3.1 單分型面注射模的組成 按機(jī)構(gòu)組成，單分型面注射模由模腔、成型零部件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo) 向機(jī)構(gòu)、頂出裝置、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)零部件組成。 (1) 模腔 模具中用于成型塑料制件的空腔部分，由于模腔是直接成型塑料制 件的部分，因此模腔的形狀應(yīng)和塑件的形狀一致，模腔一般由型腔、型 芯組成。如下圖所示： （a） (b) 圖 1.1 單分型面注射模設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 1—動模板 2—定模板 3—冷卻水道 4—定模座板 5—定位圈 6— 澆口套 7—型芯 8—導(dǎo)柱 9—導(dǎo)套 10—動模座板 11—支承板 12—限 位釘 13—推板 14—推板固定板 15—主流道拉料桿 16—推板倒桿 17— 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 7 推板導(dǎo)套 18—推桿 19—復(fù)位桿 20—墊塊 21—注射機(jī)頂桿 (2) 成型零部件 構(gòu)成塑料模具模腔的零件統(tǒng)稱為成型零部件，通常包括型芯和型腔 (成型塑件外部形狀、成型塑件內(nèi)部形狀)等。 (3) 澆注系統(tǒng) 將塑料由注射機(jī)噴嘴引向型腔的流道稱為澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)分主 流道、分流道、澆口、冷料穴四個部分，是由澆口套、拉料桿和定模板 上的流道組成。 (4) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 為確保動模與定模合模時準(zhǔn)確對中而設(shè)導(dǎo)向零件。通常有導(dǎo)向柱、 導(dǎo)向孔或在動模定模上分別設(shè)置互相吻合的內(nèi)外錐面組成。 (5) 推出裝置 在開模過程中，將塑件從模具中推出的裝置。有的注射模具的推出 裝置為避免在頂出過程中推出板歪斜，還設(shè)有導(dǎo)向零件，使推板保持水 平運(yùn)動。由推桿、推板、推桿固定板、復(fù)位桿、主流道拉料桿、支承釘、 推板導(dǎo)柱及推板導(dǎo)套組成。 (6) 溫度調(diào)節(jié)和排氣系統(tǒng) 為了滿足注射工藝對模具溫度的要求，模具設(shè)有冷卻或加熱系統(tǒng)， 冷卻系統(tǒng)一般在模具內(nèi)開設(shè)冷卻水道，冷卻系統(tǒng)是由冷卻水道和水嘴組 成。加熱則在模具內(nèi)部或周圍安裝加熱元件，如電加熱元件。在注射成 型過程中，為了將型腔內(nèi)的氣體排除模外，常常需要開設(shè)排氣系統(tǒng)。 (7) 結(jié)構(gòu)零部件 用來安裝固定或支承成型零部件及前述的各部分機(jī)構(gòu)的零部件。支 承零部件組裝在一起，可以構(gòu)成注射模具的基本骨架。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 8 1.3.2 單分型面注射模的工作原理 單分型面注射模的工作原理:模具合模時，在導(dǎo)柱和導(dǎo)套的導(dǎo)向定 位下，動模和定模閉合。型腔由定模板上的型腔與固定在動模板上型芯 組成，并由注射機(jī)合模系統(tǒng)提供的鎖模力鎖緊。然后注射機(jī)開始注射， 塑料熔體經(jīng)定模上的澆注系統(tǒng)進(jìn)入型腔，帶熔體充滿型腔并經(jīng)過保壓、 補(bǔ)塑和冷卻定型后開模。開模時，注射機(jī)合模系統(tǒng)帶動動模后退，模具 從動模和定模分型面分開，塑件包在型芯上隨動模一起后退，同時，拉 料桿將澆注系統(tǒng)的主流道凝料從澆口套中拉出。當(dāng)動模移動一定距離后， 注射機(jī)的頂桿接觸推板，推板機(jī)構(gòu)開始動作，使推桿和拉料桿分別將塑 件及澆注系統(tǒng)凝料從型芯和冷料穴中推出，塑件在澆注系統(tǒng)凝料一起從 模具中落下，至此完成一次注射過程。合模時，推出機(jī)構(gòu)靠復(fù)位桿復(fù)位 并準(zhǔn)備下一次注射。 1.4 本次設(shè)計(jì)塑料注射模具的主要工作內(nèi)容及目標(biāo) 此次設(shè)計(jì)以單分型面注射模具為主，所做工作主要包括所設(shè)計(jì)塑件 的說明、注塑機(jī)的選用、塑料注射模具設(shè)計(jì)、運(yùn)用 CAD 及 PRO/E 等制 圖軟件繪制出九張零件圖和一張裝配圖的繪制。 目標(biāo)：（1）通過這次模具設(shè)計(jì)，熟悉掌握模具設(shè)計(jì)的基本流程和 相關(guān)的注塑技能，為以后更好地從事本專業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；（2）完 成首飾盒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配圖的繪制；（3）學(xué)會把理論知識同實(shí)踐相結(jié) 合，進(jìn)而運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 9 第 2 章 制品的分析及模具設(shè)計(jì)的依據(jù) 技 術(shù) 要 求 未 注 圓 角 為 R0.5 。 31 2.5 0.5 0.52.0 30+0.21 0 20 0.2 1 2 2+0 .2 0 圖 2.1 塑件零件圖 本設(shè)計(jì)的塑料零件名稱為首飾盒薄壁殼體，材料為 HDPE 塑料，精 度等級為一般（4 級精度） ，制品要求外觀無收縮、缺料等較大結(jié)構(gòu)缺 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 10 陷，大批量生產(chǎn)。零件經(jīng)測量具體尺寸如上圖 2.1 2.1 材料成型特性 該殼體選用 HDPE(高密度聚乙烯)塑料成型。這種材料熱穩(wěn)定性能 很好，富有柔韌性，具有良好的抗腐蝕性和電氣絕緣性，其成型性能也 很好。它的熔體粘度受溫度的影響不大，具有很好的流動性。雖然 HDPE 的耐熱性較差，但因它不與熱水直接接觸，且只起封塵作用，所 以無很大影響。有很好的電氣絕緣性能和良好的耐輻射性。HDPE 的吸 水性較低（小于 0.01％） ，注塑加工之前可不經(jīng)過干燥處理。設(shè)定料溫 在 220～260℃之間，模溫在 50℃左右。HDPE 塑料的密度為 ρ=0.941～0.965 g/㎝3，熔體指數(shù)為 0.2～8g/10min，成型收縮率 ε=1.5 ～3.0％，熔點(diǎn)為 105～137％，熱變形溫度為 60～82℃，最大不 溢料間隙值為 0.025～0.04㎜。 2.2 零件結(jié)構(gòu)工藝性的分析 該薄壁殼體制品為首飾盒蓋密封，零件整體結(jié)構(gòu)對稱規(guī)則，防止灰 塵及臟物進(jìn)入盒中。該制品結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，零件的外形尺寸長為 31mm，寬為 31mm，高為 20mm,整個制品的平均厚度為 2㎜，故采用注 射直接成型。首飾盒幾何圖形如下圖： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 圖 2.2 首飾盒 圖 2.3 首飾盒 2.3 注射成型原理、特點(diǎn)及應(yīng)用 注射成型原理是將顆粒狀或粉狀塑件從注射機(jī)的料斗送進(jìn)加熱的料 筒中，經(jīng)過加熱熔化呈流動狀態(tài)后在柱塞式螺桿的推下，熔融塑料被壓 縮緊前移動，通過料筒前的噴嘴以很快的速度注入溫度較低的閉合模腔 中，充滿型腔的熔料在受壓情況下，經(jīng)冷卻固化即可保持模具型腔所賦 予的形狀，然后開模分型面獲得成型件。這樣，在操作上完成了一個成 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 型周期，以后不斷地重復(fù)上述生產(chǎn)過程。通常，注射成型周期短從幾秒 鐘只幾分鐘不等，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精度高、對成型各種塑件 的適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)全自動化生產(chǎn)等一系列的優(yōu)點(diǎn)。 因此，廣泛地用于塑件的生產(chǎn)，其產(chǎn)品占目前塑件生產(chǎn)總量的百分 之三十左右。目前，熱固性塑料也采用注射成型具有生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品 質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)。此外，還應(yīng)用熱流道注成型和獲得各塑件型坯的重要 工藝方法，及廣泛發(fā)現(xiàn)應(yīng)用注射成型獲得各種塑件。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 第 3 章 各部分機(jī)構(gòu)具體尺寸計(jì)算 3.1 厚度計(jì)算 3.1.1 型腔壁厚的計(jì)算 有塑件的形狀特征，把型腔設(shè)計(jì)為整體式結(jié)構(gòu)。 根據(jù) HDPE 是軟質(zhì)塑料，型腔材料采用 T10A，其密度為 ρ=7.81 g/㎝ 3，彈性模量為 ，切變模量為 ，MPaE5102.?? MPa5102.8? 泊松比為 0.288。 (1)按剛度計(jì)算 根據(jù)文獻(xiàn)《注射模具設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例》式 4-15 t 剛 （3- ?????????????1μrPδE 1） 式中 t 剛 — 按剛度計(jì)算的型腔側(cè)壁厚度（mm） ； r — 型腔內(nèi)半徑，取最大徑向尺寸 r=31mm； P — 型腔內(nèi)熔融塑料的壓力，P=25MPa； [δ]— 許用變形量（ mm） ； 由手冊《塑料成型工藝及模具簡明手冊》表 6.4 查得： [δ]=0.036mm μ— 泊松比， 28.0?? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 14 t 剛 ???? ???? ????128.05316.0.25 m.? (2)按強(qiáng)度計(jì)算 t 強(qiáng) （3-2）?????????12Pr? 式中 t 強(qiáng) — 按強(qiáng)度計(jì)算的型腔側(cè)壁厚度（mm） ； [σ]— 許用應(yīng)力， [σ]=290～340MPa，取 300Mpa； 8.512301???????????剛t 由于產(chǎn)品的尺寸屬于中等，計(jì)算在原則上就已經(jīng)要求用剛度即可， 但由于是初設(shè)計(jì)，就用剛度與強(qiáng)度都校核，取其大值，故取 t=6mm。 底板厚度的計(jì)算 (1)按剛度計(jì)算 根據(jù)《注射模具設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例》式 4-17 h 剛 = ??mE3.2406.12.5740Pr74.033 ???? (2)按強(qiáng)度計(jì)算 h 強(qiáng) ??pr8305.2.1 4??? 比較分別按剛度和強(qiáng)度所計(jì)算得到的底板厚度，取其大值，故取 h=20mm。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 3.1.2 動模墊板厚度的計(jì)算 腔內(nèi)壓力作用在主型心端面，再傳到墊板上。由于模具支承塊間的 頂出空間跨越總是大于型腔投影面積，因此，墊板厚度的計(jì)算可采用組 合式圓形型腔底板厚度公式乘于大于 1 的修正系數(shù)。 (1)按剛度計(jì)算 即 h= h 剛 K K=1.1～1.2，取 K=1.15 m2815.324??? (2)按強(qiáng)度計(jì)算 即 h= h 強(qiáng) K 7.0. 由以上數(shù)據(jù)及模具實(shí)際尺寸取 h=28mm 3.2 凹模、型芯的尺寸計(jì)算 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 圖 3.1 成形零件工作尺寸和塑件尺寸 3.2.1 計(jì)算模具成型零件 最基本的公式為： AM=A+AQ 式中 Q—塑料的平均收縮率； AM — 模具成型零件在室溫（ 20℃）時的尺寸（mm） ； A—塑件制品在室溫時的尺寸（mm） 。 1）凹模尺寸計(jì)算 (1) 凹模內(nèi)徑尺寸的計(jì)算 模具的凹模內(nèi)徑尺寸由制品的外徑尺寸決定。 設(shè)制品的外徑名義 D 為最大尺寸，其公差△為負(fù)偏差，則平均值 為 ，考慮到凹模工作過程中最大磨損量 ，取 ，2zmD?? c?2c 則有 2zm????2CQD?????? 對于中小制品，取 ， 3z 6?c （3-3） 432m 因?yàn)?與其它各項(xiàng)相比很小，可省略，加上制造偏差，則得模Q?21 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 具凹模內(nèi)徑計(jì)算公式為 ????43DQm 式中 — 凹模的內(nèi)徑尺寸（mm） ； mD — 制品的最大尺寸（mm） ； — 塑料的平均收縮率（％） ； Q — 制品公差； ? —模具制造公差，一般取 z? ?????????416z? 具體數(shù)值計(jì)算為如+δ z 下： a. 凹模最大值 31mm 的最小尺寸 HDPE 的平均收縮率 %25.0.35.12minax ?????Q =（31+31 ×0.0225-0.75△） z?? zDm??????????43 （3-4） 尺寸 31 的公差按 HDPE 的一般精度 IT12 級在文獻(xiàn)《機(jī)械原理》 表 7-18 和 7-19 可查得 m20.?? 則該尺寸標(biāo)注為 Φ m02._31 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 取 mZ03.2.61????? 所以 Dm03. 03.24524??????????? b. 凹模 30mm 處的尺寸 尺寸 30 的公差查得 ，該尺寸標(biāo)注為m15.?? Φ ， m015._3 則 Z025.1.6??? （3-m QDzZm025.22293115.043?????????????? 5） (2) 凹模深度尺寸的計(jì)算 模具凹模深度尺寸是由制品的高度尺寸決定。 類似凹模內(nèi)徑尺寸計(jì)算的推導(dǎo)過程，凹模深度尺寸的公式為： （3-6） ZQhHm???????????321 式中 Hm—凹模深度尺寸（mm） ； h1—制品高度最大尺寸（mm） 。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 19 凹模最大高度為 20mm 尺寸 20 的公差查得△1=0.125mm，該尺寸標(biāo)注為 m0125._ 取 mz 03125..411 ????? 則 （3-7） 111 ???????????QhHm m03125. 03125.67. .?????????? 3.2.2 型芯高度尺寸的計(jì)算 模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸所決定。 型芯高度尺寸由下式來計(jì)算 （3-8） ZQHhM???? ???????321 式中 — 型芯高度尺寸（ mm） ； Mh H1— 制品深度最小尺寸（mm） 。 型芯高度：產(chǎn)品內(nèi)部深度為 20-2=18mm 加上公差為 ，即 m025.8?m25.071? 取 Z06..41????? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 20 則 ZQHhM???????????321m0625. 0625.31.8.7? ??? 3.2.3 型芯的徑向尺寸的計(jì)算 (3-9)??0132ZlQlOM??????????? 式中 -- 型芯徑向工作尺寸，mm1l Q—塑件的平均收縮率 --塑件的尺寸公差? x—修正系數(shù)，這里 x= 32 l1=26,其制造偏差 =0.15Z? 取 mZ075.1.4????? 型芯直徑為 =ml??0375.126.???????? = 0375.82? 3.3 脫模力的計(jì)算 將制品從包緊的型芯上脫出所需要克服的阻力稱為脫模力. 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 21 由于 S/d 0.05,為厚壁制品? 由《塑料成型工藝及模具簡明手冊》式(8-63)得制品脫模力的計(jì)算 公式 F= +0.1A （3-??21)1( )(2KtgfSElba???? 10） 式中 S— 制品的壁厚 ,這里制品的壁厚取 S=2mm E—塑料的彈性模量,由手冊《塑料成型工藝及模具簡明手冊 》 表(4-27) 查得 E=9 23/10mN? 模具型芯的脫模斜度,這里取 1??o f— 制品和型芯之間的靜摩擦系數(shù),常取 f=0.1-0.2,這里取 f=0.15 塑料的泊松比, =0.38-0.49,之里取 =0.35:??? k —無因次系數(shù),近似公式 ，K2 隨 f 和2 ?cosin12fK?? 而異，這里近似等于 1? A—盲孔制品型芯在脫模方向上的投影面積 K1—無因此系數(shù)， ,經(jīng)計(jì)算 K1=3.11??sin2co1??K = （若為矩環(huán)形斷面時，r= ） ，??r ?ba2?? a 和 b 為矩形型芯的斷面尺寸 mm 這里取 a=3,b=2 F = +0.1×脫 ??97.0)1.35.0( )1.5(82932???? 26.143? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 22 =19776.5+1.4 =19778(N) 3.4 推出力計(jì)算 由文獻(xiàn)《注射模具設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例》式（8-4）查得 F= （3-)sinco(????PA 11） 式中 A— 塑料的脫模面的面積， A=22103678..0143m???? P— 塑料對型芯單位面積上的包緊力，模內(nèi)冷卻，P 取 102.,102.~8.077 ??a這 里 取 7 — 塑料對鋼的摩擦系數(shù)，約 0.1～0.3,這里取 0.15? — 脫模斜度,這里取 1?o F= )sinc5.0(2.108.136776 O??? =15286.6N 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 23 第 4 章 頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 推桿推出機(jī)構(gòu)零件的設(shè)計(jì) 4.1.1 推桿的設(shè)計(jì) 1.推桿 選用 T8A 鋼，由手冊《模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊》 式 8-67 查得 d = （4-1) 412???????EnFL? 式中 d— 推桿的直徑 mm — 安全系數(shù)，常取 =1.8?? L— 頂桿長度（mm）初估 L=105mm n— 頂桿數(shù)目，取 n=4 F— 總推出力， F=F 推 =15286.6N 所以 d = = 4.9 mm4 15206.4815.??????? 為安全起見取 d=5mm 強(qiáng)度校核 由手冊《模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊》式 8-68 查得 = = =160.3MPa =180MPa?24dnF??25186???? (推桿為 T8A 鋼，由手冊《模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊》表 15-8 查 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 24 得 =180MPa)??? 推桿的直徑選 6mm，采用圓柱形結(jié)構(gòu)，長度由模板厚度和塑件的 推出距離決定，105mm，其外形及尺寸如右圖 4.1 所示： 100:0.01 10 5 105 R1 1.6 5 圖 4.1 推桿 推桿材料選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 T8A 號鋼，淬火處理，低溫回火， HRC45-50,表面粗糙度 Ra1.6，與型芯的配合為間隙配合 H7/k6。 4.1.2 推板的設(shè)計(jì) 推板厚度計(jì)算材料選用 45 號鋼,由手冊 [3]式(8-66) 查得 S= (4-2) 3121)(54.0?EBFL總? 式中 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 25 — 推桿推出力為 15286N，彈簧力相對來說可以忽略，總F =15286總 — 推板長度方向上兩頂桿的最大距離取 =60mm1L 1L B— 推板寬度 B=110mm — 推板中心所允許的最大變形量取 =0.032? 2? 故 S= 315)0.106.28(54.0?? =12mm 選取 S=12mm 4.1.3 頂桿的設(shè)計(jì) 為避免產(chǎn)品曲擾，特設(shè)有兩件頂出桿，它既可作頂出作用，又可保 證頂出機(jī)構(gòu)的完全復(fù)位，由于這兩頂桿主要不是做頂出用的，所以受力 不大，設(shè)計(jì)尺寸時只需考慮結(jié)構(gòu)的合理。由手冊《塑料成型工藝及模具 簡明手冊》表 2-121 選取頂桿及圖示如下圖 4.2、4.3 所示： L=105mm ，l=10mm，d=6mm，此頂桿與推板也是采用過盈配合 聯(lián)接 67pH 圖 4.2 頂桿 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 26 圖 4.3 頂桿三維視圖 4.1.4.滑塊、限位釘、墊塊的設(shè)計(jì) 滑塊與型芯結(jié)構(gòu)：本模具為單分型面結(jié)構(gòu)，故采用簡單的滑塊機(jī)構(gòu) 及限位釘墊塊如下圖 4.4、4.5 所示 圖 4.4 限位釘 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 27 圖 4.5 墊塊 4.2 分型面的設(shè)計(jì) 注射模一般由動模和定模兩部分組成，其動模和定模的接觸表面即 模具分型面。在選擇分型面時一般應(yīng)考慮以下幾個因素： 1.塑料制品的形狀、尺寸和壁厚 2.塑料性能及填充條件 3.澆注系統(tǒng)的布置 4.成型效率及成型操作 5.排氣及脫模 6.模具結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，制造容易 由以上因素分析及《塑料模具成型工藝及模具簡明手冊》查詢，本 模具采用一次分型即可，具體見簡圖： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 28 圖 4.6 模具分型面簡圖 4.3 導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向裝置是保證動模和定模合模時正確定位和導(dǎo)向的重要零件。此 套模具采用導(dǎo)柱導(dǎo)向，此導(dǎo)向裝置不僅僅有導(dǎo)向定位作用，還有限位作 用。所以采用 2 個直徑相同的導(dǎo)柱對稱分布。由《塑料成型工藝及模具 簡明手冊》表 2-105 選Ⅰ型導(dǎo)柱，材料為 T8A，淬硬 HRC50-55,導(dǎo)向部 分采用 簡圖如下：67kH 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 29 ?17 ?14 ?10 R3 3 5114 44 圖 4.5 導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì) 4.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 采用普通澆注系統(tǒng)，根據(jù)塑件制品的材料、形狀、塑料制品的斷面 尺寸、模具的結(jié)構(gòu)、注射工藝參數(shù)等因素，用點(diǎn)澆口從零件分型面直接 進(jìn)料。兩個分型面的間隙具有很好的排氣效果，所以不用額外設(shè)置排氣 槽 4.4.1 澆口的設(shè)計(jì) 澆口直接與型腔相連，塑料熔體通過澆口直接進(jìn)入型腔。澆口在大 多數(shù)情況下是整個澆注系統(tǒng)中截面最小的部位，對型腔的填充過程起著 控制性的作用。因此，這是澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部位。當(dāng)熔融塑料通過 狹小的澆口時，流速增高，并因摩擦使料溫也升高，有利于填充型腔。 同時，狹小的澆口適當(dāng)保壓補(bǔ)縮后首先凝固封閉型腔，使型腔內(nèi)的熔料 即可在無壓力狀態(tài)下自由收縮凝固成型，因而塑件內(nèi)殘余力小，可減小 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 30 塑件的變形和破裂。 澆口的種類有很多，常見的澆口有：點(diǎn)澆口、直接澆口、側(cè)澆口、 扇形澆口、環(huán)形澆口等。這里采用菱型單點(diǎn)型澆口，開在動模上。查文 獻(xiàn)《注射模具設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例》表 4-4 可知點(diǎn)澆口形式如圖 4.5 所示： 點(diǎn)澆口的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式為： (4-3)4AnKd? 式中 A———型腔表面積 ??2m K———系數(shù)，為塑件壁厚的函數(shù) 按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值如下：l=0.75～2 取 l=1.5mm d=0.3～2 取 d=2mm a= 取 a=?4~?3 a1= 取 a1=15615 L<2/3L0 取 L0=45mm，L=24.5mm b=0.3mm 圖 4.6 點(diǎn)澆口 6 32+0. 012-0.012 0.8 0.8 8 5 29 14 22-0.020-0.053 45 0.01 5 2.5 圖 4.7 澆口套 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 31 圖 4 .8 交口套三維視圖 查文獻(xiàn)《實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊》查表 2-101 選用Ⅱ型澆口套， 由注塑機(jī)的噴嘴尺寸 d=5mm 可選得澆口套的規(guī)格大小如下圖：澆口套 進(jìn)料口直徑取 5mm，出料口直徑取 8mm。 澆口套外徑取 22mm，其主要尺寸如上圖 4.8 所示： 澆口套的材料選 T10A 碳素工具鋼，熱處理 HRC50~55。 4.4.2 定位圈的設(shè)計(jì) 圖 4.9 定位圈三維圖 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 32 圖 4.10 定位圈 G54-S200/400 注射機(jī)的固定模板上定位孔直徑為 60mm。定位圈的 外徑取 100mm，厚度 18mm。定位圈的固定使用 M6 內(nèi)六角螺釘。 定位圈的材料選用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 A3，不需熱處理，定位圈如上 圖 4.9、4.10 所示： 4.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 塑料注塑模溫度調(diào)節(jié)能力，不僅影響到成型質(zhì)量，而且也決定著生 產(chǎn)效力，關(guān)系到生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益。 本模具采用在型腔上面直接打孔，采用外連接循環(huán)式的冷卻系統(tǒng)并 通于冷卻水進(jìn)行冷卻，這也是最常見的簡單流道冷卻。結(jié)構(gòu)示意圖如下： 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 33 圖 4.11 冷卻水道布置 4.6 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 溫度調(diào)節(jié)(模具的溫度調(diào)節(jié)指的是對模具進(jìn)行冷卻或加熱)既關(guān)系到 塑件的質(zhì)量(塑件尺寸精度、塑件的力學(xué)性能和塑件的表面質(zhì)量)，又關(guān) 系到生產(chǎn)效率。因此，必須根據(jù)要求使模具溫度控制在一個合理的范圍 內(nèi)，以得到高品質(zhì)的塑件和高的生產(chǎn)率。 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) （1）冷卻系統(tǒng)作用：采用合適的冷卻回路，可確保模溫均勻，可 消除塑件翹曲變形。 （2）冷卻系統(tǒng)相關(guān)計(jì)算 1.模具單位時間內(nèi)需要排出的總熱量為: (4-4)240.65307.8/min6nmhQJ???? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 34 式中 Q—單位時間內(nèi)除去的總熱量（J/min） ； n—每小時的注射次數(shù)，本設(shè)計(jì)取 60； m—每次注入模具的塑料質(zhì)量（包括澆注系統(tǒng)） ，本設(shè)計(jì)為 0.02625Kg； —塑料成型時放出的熱熔量，HDPE 為h? 326.76～396.48J/Kg。 2.單位時間內(nèi)所需冷卻水量為： (4-5)????min1047.2356012.40.7833621tcmQVp ????????? 式中 V—單位時間內(nèi)所需冷卻水得體積（m 3/min） ； m—單位時間內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量（kg/min） ； ρ—冷卻水的密度（Kg/ m 3） ； Cp—冷卻水的比熱容（kJ/Kg.℃） ； —冷卻水出口溫度（K） ；1t —冷卻水進(jìn)口溫度（K） 。2t 由以上計(jì)算結(jié)果可知,該模具結(jié)構(gòu)不需要設(shè)計(jì)獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)。 4.6.1 冷卻水道的直徑 查文獻(xiàn)《模具設(shè)計(jì)與制造》8-83 得： ???Md 3104??(4-6) 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 35 式中 —管道內(nèi)冷卻水的流速，一般取 0.8-2.5 取 ；? sms3.1?? —水的密度， ?310kg??? ， md.8103.463?? 取為 d=10mm. 按設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，冷卻水管的直徑為 Φ8mm 以上，現(xiàn)選用直徑為 Φ9mm 的冷卻水管，同時一般冷卻管道的中線到型腔壁的距離為冷卻管 道直徑的 1 ～2 倍，現(xiàn)取為 Φ10mm. 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 36 4.7 模具其它結(jié)構(gòu)零部件的考慮 4.7.1 支架 支架是模具動板與注塑機(jī)的動模機(jī)架連接的部件，選用 45#鋼。 4.7.2 模架 模架上要有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所有零件的基準(zhǔn)均應(yīng)從這個標(biāo)準(zhǔn)推出。一 般定模座板與定模固定板要用銷釘定位；動、定模固定板之間通過導(dǎo)向 零件定位；脫出固定板通過導(dǎo)向零件與動?；蚨６ㄎ?；模具通過澆注 套定位環(huán)與注射機(jī)的中心孔定位；動模墊板與動模固定板不需用銷釘精 確定位；墊塊不需與動模固定板用銷釘精確定位；頂出墊板不需與頂出 固定板用銷釘精確定位。模具上的螺釘盡量采用內(nèi)六角螺釘。 由模具結(jié)構(gòu)草圖可知，本設(shè)計(jì)中的模架與標(biāo)準(zhǔn)模架中的基本型和派 生型都有所不同，但有些尺寸是可以參照的（以 為231540FP? 參考的） 。 動模板尺寸： 216× 160× 22 mm. 材料為 45#鋼 定模板尺寸：