數(shù)控技術(shù)畢業(yè)設(shè)計(jì)——基于UG的小型圓柱齒輪注塑模設(shè)計(jì)

1、 基于UG的小型圓柱齒輪注塑模設(shè)計(jì)聲 明 本人所呈交的基于UG的小型圓柱齒輪注塑模設(shè)計(jì)，是我在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)和查閱相關(guān)著作下獨(dú)立進(jìn)行分析研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 韓小同 日期： 2014年4月20日 【摘要】通過對企業(yè)中的圓柱齒輪的注塑模具進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了該模具形芯、形腔設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)、流道系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等，最后運(yùn)用UG4.0及其EMX4.1模塊來完成模具整體設(shè)計(jì)工作?！娟P(guān)鍵詞】：模具設(shè)計(jì)；UG4.0III目 錄引 言1一、 塑件成品設(shè)計(jì)與注

2、塑材料選擇2 （一）軟件介紹2（二）零件的三維建模2（三）零件的材料選擇3（四）注塑機(jī)的選擇3二、注射模的總體方案的設(shè)計(jì)3（一）分型面及排氣形式的確定3（二）型腔數(shù)的確定與型腔的分布4（三）澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5三、主流道設(shè)計(jì)5（一）主流道設(shè)計(jì)5（二）冷料穴設(shè)計(jì)6四、成型部分的設(shè)計(jì)7（一） 成型零部件設(shè)計(jì)8（二） 型腔壁厚和底板厚度的計(jì)算9五、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)10（一） 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)10（二）導(dǎo)套11六、脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)12（一）推桿脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)12（二）復(fù)位桿的設(shè)計(jì)13七、 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)14八、模架形式及規(guī)格14九、模具總裝圖15小 結(jié)16參考文獻(xiàn)17謝辭18引言2013年7月份開始，我進(jìn)入了蘇州通要公

3、司實(shí)習(xí)，在設(shè)計(jì)部從事注塑模設(shè)計(jì)工作，圓柱直齒輪模具是我設(shè)計(jì)的模具之一，下面結(jié)合以下幾方面內(nèi)容對該零件的模具設(shè)計(jì)進(jìn)行如下論述。設(shè)計(jì)要求：塑件實(shí)物為圓柱齒輪，該零件要求具有一定的強(qiáng)度和剛度，其中塑件上的圓形孔與其他零件有配合要求，內(nèi)壁有粗糙度要求，同時塑件下表面及上表面也應(yīng)平整光滑。設(shè)計(jì)內(nèi)容：塑件設(shè)計(jì)、澆道系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)、模具結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)、注射設(shè)備選擇、繪制模具設(shè)計(jì)圖紙。 一 、 塑件成品設(shè)計(jì)與注塑材料選擇（一）軟件介紹注塑件的模具設(shè)計(jì)是注塑制品加工工序中必不可少的一個步驟。但不同的模具公司，不同的設(shè)計(jì)人員，采用不同的CAD軟件進(jìn)行模具輔助設(shè)計(jì)，都有自己的一套設(shè)計(jì)過程。本設(shè)計(jì)先用UG4.0進(jìn)行實(shí)

4、體建模，然后經(jīng)過一系列的設(shè)計(jì)最后用CAD軟件完成制圖。本設(shè)計(jì)采用UG4.0軟件，是一個優(yōu)秀的CAD/CAE/CAM軟件，在模具的設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，UG4.0較早地在廣東深圳、東莞、廣州以及華東一帶得到廣泛應(yīng)用，由于它的應(yīng)用，可以大大縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期，提高模具質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。 （二）零件的三維建模 利用UG4.0分析所給零件的外形和尺寸，利用UG4.0的建模方法，根據(jù)線圈骨架的形狀和使用特點(diǎn)進(jìn)行建模（如圖2-1所示）。圖2-1 圓柱齒輪立體圖 （三）零件的材料選擇本設(shè)計(jì)中塑件實(shí)物為不透明制件，根據(jù)塑件的使用要求，確定所用塑料為聚甲醛（POM）。POM的外觀為淡黃色右白色半透明右不特定明的

5、粉料或料料，硬而質(zhì)密，與象牙相似，制品表面光滑并有光澤，成型收縮率高達(dá)3.5%。該材料具體性能如下。1. POM的力學(xué)性能。POM具有較高的拉伸模量。這樣使其有較好的剛性和硬度。POM既具有剛性又具有較高的耐磨性，在工程塑料中是很寶貴的。2. POM具有較高的耐磨性，對于經(jīng)受長期滑動的部件較為適用。另外，POM的表面硬度與鋁合金接近，動態(tài)摩擦?xí)r具有自潤滑作用，無噪聲。3. POM的熱學(xué)性能。POM具有較高的熱變形溫度。它屬于熱敏性聚合物，在成型溫度下的熱穩(wěn)定性差，易分解，一般造粒時加入0.1%雙氰胺和0.5%抗氧劑2246作為穩(wěn)定劑。4. POM的化學(xué)性能。POM具有能耐許多種有機(jī)溶劑的功能，

6、對油脂類（汽油、潤滑油）有較好的穩(wěn)定性。5. POM的電性能。POM的電絕緣性能較好，它的電性能在較寬的頻率和溫度范6. POM的應(yīng)用。針對POM的性能，這種塑料在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。機(jī)械工業(yè)中對于強(qiáng)度大、耐磨、耐疲勞、沖擊高的一些零件如齒輪、軸承、滑輪、凸輪、帶輪、螺栓等零件的制造生產(chǎn)；汽車工業(yè)中利用比強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，用來生產(chǎn)制造一些水箱冷門、散熱器箱蓋、風(fēng)扇、控制桿、開頭、齒輪等；電子電器行業(yè)利用其介電強(qiáng)度高、介電損耗角正切值小、耐電弧高的優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)制造電扳手外殼、電動工具外殼、開關(guān)手頂、電視機(jī)等的外殼。 （四）注塑機(jī)的選擇注塑是POM塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑機(jī)，螺桿式注

7、塑機(jī)，本案選擇后者為注塑設(shè)備。其參數(shù) 如下所示： 表1-1螺桿式注塑機(jī)的工藝參數(shù)表注塑機(jī)類型噴嘴形式噴嘴溫度/料筒溫度/螺桿式普通170-180前段中段后端170-190180-200170-190模具溫度/注射壓力/MPa保壓力/ MPa注射時間/s 90-100 80-120 30-50 2-5保壓時間/s冷卻時間/s成型周期/s螺桿轉(zhuǎn)速/r.min 20-90 20-60 50-160 20-40二、注射模的總體方案的設(shè)計(jì)（一）分型面及排氣形式的確定模具上用以取出塑件和凝料的可分離的接觸表面成為分型面，是動模和定模的分界面。注塑模具有一個分型面也有多個分型面，分型面應(yīng)盡可能簡單，以便于塑

8、件的脫模和模具的制造，同時分型面的位置應(yīng)位于塑件的斷面輪廓最大處。分型面還應(yīng)考慮型腔排氣順利、確保塑件質(zhì)量、無損塑件外觀等因素。 本設(shè)計(jì)塑件采用單分型面，而單分型面無外乎以下三種結(jié)構(gòu)情況：1.型腔完全在動模一側(cè)。2.型腔完全在定模一側(cè)。3.型腔各有一部分在動定模。根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，依照設(shè)計(jì)原則，本設(shè)計(jì)的注塑模具分型面各有一部分在動定模，即采用第三種形式。排氣方式的確定，由于塑件較小，排氣量小，因此采用分型面及推桿和推桿孔間的間隙排氣。（二）型腔數(shù)的確定與型腔的分布1型腔數(shù)的確定 注塑模具型腔數(shù)的確定與現(xiàn)有注塑機(jī)的規(guī)格、所要求的塑件質(zhì)量、塑件的幾何形狀、塑件成本及交貨期等因素有關(guān)。 針對本設(shè)計(jì)

9、的塑件，由于尺寸精度和重復(fù)精度要求不高，且工件尺寸較小，為使結(jié)構(gòu)簡單，采用一模四腔。2 型腔的布置型腔的排列涉及模具尺寸，澆注系統(tǒng)平衡、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及模具在開合模時的受力平衡等問題。因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)各方面的情況進(jìn)行綜合考慮。在本設(shè)計(jì)中由于采用一模四腔，著重考慮模具在開合模時的受力平衡和澆注系統(tǒng)的平衡，因而型腔對稱方式布置。（三）澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)是塑料熔體從注塑機(jī)噴嘴流向型腔的通道，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)中的重要問題之一，在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時應(yīng)考慮塑料成型特性、塑件形狀及大小、塑件外觀、模具成型塑件的型腔數(shù)、冷料、成型效率、注射機(jī)安裝模板大小等因素。澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆

10、口、冷料井四部分組成。三、主流道設(shè)計(jì)由于該塑件擬用臥式注塑機(jī)，因此主流道為錐形流道。由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復(fù)地接觸和碰撞，容易損壞，所以模具的主流道通常宜設(shè)計(jì)成可拆卸與更換的襯套結(jié)構(gòu)。這樣更可以使主流道穿過模具結(jié)構(gòu)中的兩塊模板結(jié)合處溢料造成主流道凝料脫出的困難。澆口套設(shè)計(jì)如所示。圖3-1澆口套經(jīng)過設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 1主流道小端直徑d是與注塑機(jī)噴嘴相配合的，其徑向尺寸應(yīng)大于噴嘴孔徑0.5-1mm，即d=注塑機(jī)噴嘴直徑+（0.5-1）mm，以便當(dāng)主流道與噴嘴同軸度有偏差時主流道凝料易從定模側(cè)脫出。由最后設(shè)計(jì)可知注塑機(jī)噴嘴直徑取2.5，故d=3.0.=2°-4°，本設(shè)

11、計(jì)取錐度為3°。 2球面半徑應(yīng)比噴嘴球面半徑大1-2mm，以保證注射過程中噴嘴與模具緊密接觸，防止熔體流入因兩球面配合誤差形成的間隙中，妨礙主流道凝料的脫出。 3主流道長度L可根據(jù)定模板座的厚度來確定，一般60mm，取L=35，（二）定位環(huán)的設(shè)計(jì)為了節(jié)省材料，定位環(huán)與主流道襯套分開設(shè)計(jì)。其外徑D與注塑機(jī)的定位孔之間采用較松配合。如下所示。圖3-2主流套襯套（三）冷料穴設(shè)計(jì)冷料穴一般設(shè)在主流道正對面的動模板上，當(dāng)分流道較長且到澆注口有拐角時，也開設(shè)分流道冷料穴。冷料穴的作用是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響塑件質(zhì)量，開模時又能將主流道的凝料拉出。冷料穴的直徑與主流道大

12、端直徑相同或略大一點(diǎn)，長度約為直徑的1-1.5倍。本設(shè)計(jì)采用的為點(diǎn)澆口，所以直接用錐形拉推桿即可以了，如圖所示。圖3-3錐形拉推桿四、成型部分的設(shè)計(jì)成型塑件外表面或上表面的零件稱凹?；蛐颓?。凹模按結(jié)構(gòu)形式可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、組合式等。成型塑件內(nèi)表面或下表面的零件稱凸?；蛐托?。型芯按復(fù)雜程度和結(jié)構(gòu)形式大致有整體式型芯和組合式型芯。本設(shè)計(jì)塑件結(jié)構(gòu)簡單，成型用的型芯型腔結(jié)構(gòu)較簡單，可用數(shù)控機(jī)床直接加工。為節(jié)約成本和保證精度，本設(shè)計(jì)采用整體嵌入式，其立體圖如附圖所示。其凹凸模結(jié)構(gòu)如下圖4-1，圖2-5所示。圖4-1凹模圖4-2凸模（一）成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作尺寸的計(jì)算有型腔與型芯的徑

13、向尺寸、型腔與型芯的高度尺寸、中心距尺寸等的計(jì)算。在計(jì)算時，必須根據(jù)塑件的尺寸和精度要求來確定相應(yīng)的成型零件的尺寸和精度等級。塑件中方形孔與其他零件有一定的配合要求，其精度為MT3，其余尺寸無配合要求，精度要求不高，故取塑件的均為MT5級；由于塑件的所有尺寸要求都沒有達(dá)到高精度要求，因此，所有工作尺寸按平均收縮率法計(jì)算。PA的平均收縮率SCP=（Smax+Smin）/2=（2.0%+5.0）/2=3.5%，取3.5，為塑件的尺寸公差，生產(chǎn)實(shí)踐證明，成型零件的制造公差z約為塑件總公差的取1/3-1/4，因此在確定成型零件工作尺寸公差值時，可取塑件公差值的1/3-1/4，或取IT7-IT8級作為模

14、具的制造公差。成型零部件工作尺寸計(jì)算如下：型腔尺寸計(jì)算：LM= (L(1+ SCP) -x)0+z= (30*(1+ 0.035) -0.75*0.56)0+0.56/3=30.630+0.19mm塑件尺寸較小，系數(shù)x=0.75，以下同。L= (L1(1+ SCP) -x) 0+z= (30*(1+ 0.035) -0.75*0.44) 0+0.44/3=30.720+0.15mmHM= (H(1+ SCP) -x) 0+z= (5.6*(1+ 0.035) -0.75*0.20) 0+0.20/3=5.6460+0.07mm型芯尺寸計(jì)算：LM= (L2(1+ SCP) -x) 0-z= (2

15、0*(1+ 0.035) -0.75*0.28) - 0.28/3 0=20.49-0.090mmLW1= (L3(1+ SCP) -x) 0-z= (15*(1+ 0.035) -0.75*0.24) - 0.24/3 0=15.345-0.080mmLW2=(L3(1+ SCP) -x) 0-z= (7*(1+ 0.035) -0.75*0.24) - 0.24/3 0=7.065-0.080mmHM= (H(1+ SCP) -x) 0+z= (9.4*(1+ 0.035) -0.75*0.20) - 0.24/3 0=9.579-0.080mm（二） 型腔壁厚和底板厚度的計(jì)算1型腔壁厚計(jì)

16、算塑料模具型腔應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，因?yàn)樗鼈冊谧⑺艹尚瓦^程中受到塑料成型熔體的高壓作用。如果型腔側(cè)壁和支撐厚度過小，可能因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形，導(dǎo)致溢料和出現(xiàn)飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。對于小尺寸型腔，因在發(fā)生大的彈性變形之前，其應(yīng)力往往已經(jīng)超過了材料的許用應(yīng)力，所以應(yīng)以強(qiáng)度計(jì)算為主。在不知道分界尺寸時，應(yīng)分別按照強(qiáng)度條件和剛度條件對型腔尺寸進(jìn)行計(jì)算，其大值為型腔的壁厚尺寸。根據(jù)本設(shè)計(jì)的成型零件的結(jié)構(gòu)，用組合式圓形型腔側(cè)壁計(jì)算公式，按強(qiáng)度計(jì)算： PH1l2/(2HS2)+ PH1b/(2HS)式中，S型腔側(cè)壁厚度，P型腔最大壓力，取P=40

17、MPa,H型腔側(cè)壁總高，H1型腔深度，H1/H=0.73，l型腔長度l=30mm，b型腔寬度，b=30mm，允許變形量，=0.05mm，代入數(shù)值，解得S=25mm,按剛度計(jì)算：PH1l4/(32FHS3)式中，符號意義同上，其余E彈性模量，E=2.06X105MPa，模具材料的許用應(yīng)力，=158MPa。代入數(shù)值解得，S=18mm。取兩個計(jì)算結(jié)果的最大值為型腔的壁厚尺寸，故S=25mm。2.底板厚度的計(jì)算按剛度計(jì)算：5Pbl4/(32ET3)式中T為型腔底板或凸模支撐板厚度，B=2S+b=75mm，其余同上。代入數(shù)值得：T=25mm按強(qiáng)度計(jì)算：3Pbl3/(4BT2)=代入數(shù)值得，T=20mm。

18、取兩個計(jì)算結(jié)果的最大值為型腔底板或凸模支撐板厚度T=25mm。五、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式，本設(shè)計(jì)采用導(dǎo)柱導(dǎo)向。導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。（一）.導(dǎo)柱導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求1.長度 導(dǎo)柱導(dǎo)向部分的長度應(yīng)比凸模部分高出8-12mm，以免出現(xiàn)導(dǎo)柱未導(dǎo)正方向而型芯先進(jìn)入型腔。2.形狀 導(dǎo)柱前端應(yīng)做成錐臺形或半球形，以使導(dǎo)柱順利的進(jìn)入導(dǎo)向孔。錐形頭高度取與相鄰圓柱直徑的1/3，前端還應(yīng)倒角。3材料 導(dǎo)柱應(yīng)具有硬而耐磨的表面，堅(jiān)韌而不易折斷的內(nèi)芯，因此多采用20鋼經(jīng)滲碳淬火處理，硬度為50-55HRC，導(dǎo)柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8m，導(dǎo)向部分表面粗糙度Ra為0

19、.8-0.4m。4.數(shù)量及布置 導(dǎo)柱應(yīng)合理均布在模具分型面的四周，導(dǎo)柱中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具強(qiáng)度，導(dǎo)柱中心到模具邊緣距離通常為導(dǎo)柱直徑的1-1.5倍。5.配合精度 導(dǎo)柱固定端與模板之間一般采用H7/m6或H7/k6；導(dǎo)柱的導(dǎo)向部分通常采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。所選導(dǎo)柱為帶頭導(dǎo)柱，結(jié)構(gòu)及其尺寸如下如圖5-1，5-2所示。圖5-1導(dǎo)柱（1）圖5-2導(dǎo)柱（2）（二）導(dǎo)套本設(shè)計(jì)選用帶頭導(dǎo)套，為了方便導(dǎo)套壓入模板同時便于導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套，在導(dǎo)套端面內(nèi)外倒圓角R，模具導(dǎo)向孔為通孔。導(dǎo)套內(nèi)孔與導(dǎo)柱之間為間隙配合H7/f7，外表面與模板孔為較緊的過渡配合H8/f7，其前端設(shè)長為3mm

20、的引導(dǎo)部分，按間隙配合H8/e7制造，其粗糙度內(nèi)外表面均為Ra1.6m。導(dǎo)套的材料為為20鋼，采用滲碳淬火處理。導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)及其尺寸如下圖5-3，5-4所示。圖5-3導(dǎo)套圖5-4導(dǎo)套六、脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）推桿脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)推桿是推出機(jī)構(gòu)中最簡單最常見的一種形式。本設(shè)計(jì)將推桿設(shè)計(jì)成直桿式圓柱形推桿，常用直徑為1.5-25mm，本設(shè)計(jì)取直徑為3mm。高度不大于600mm。推桿與推桿孔之間的配合段用H7/f7。材料選用T8A頭部局部淬火。配合表面粗糙度Ra為0.8m。在推桿裝入模具后推桿的長度應(yīng)能使推桿的端部高于型腔平面0.05-0.1mm。推桿結(jié)構(gòu)如下圖6-1所示：圖6-1推桿（二）復(fù)位桿的設(shè)計(jì)：在推

21、桿脫模機(jī)構(gòu)中用復(fù)位桿復(fù)位是最常見的。復(fù)位桿對稱布置，取4根，均布于推桿固定板四周，位于型腔和澆注系統(tǒng)之外。復(fù)位桿端面低于模板平面0.05mm。與復(fù)位桿頭部接觸的定模板應(yīng)淬火。復(fù)位桿的結(jié)構(gòu)及相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)如下圖6-2所示。圖6-2復(fù)位桿七、 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本塑件在注塑成型時不要求有太高的模溫，因而在模具上可不設(shè)加熱系統(tǒng)八、模架形式及規(guī)格根據(jù)模具的總體結(jié)構(gòu)：定模板，水口推板，A板，B板，頂針面板，頂針底板，墊塊，動模板，采用推桿脫模機(jī)構(gòu)。而模架的大小是由模芯的大小來確定的，模芯的布置如圖3-11所示，模芯的大小是120×120mm，選取模架大小為300×320mm。圖8-1型芯的

22、布置定模板，動模板，墊塊厚度的確定：定模板的厚度根據(jù)定模鑲塊的厚度及標(biāo)準(zhǔn)模架的規(guī)格確定，為35mm。動模板的厚度根據(jù)動模鑲塊的厚度及支撐板強(qiáng)度計(jì)算的要求和標(biāo)準(zhǔn)模架的規(guī)格確定，為25mm，墊塊厚度根據(jù)推出距離（20mm）、頂針面板厚度（15mm），頂針底板厚度（20mm）及標(biāo)準(zhǔn)模架的規(guī)格確定，為80mm。其他零件的尺寸按標(biāo)準(zhǔn)模架選用。綜上所述，所選模架為 C1-30X32-Z1 GB/T 12556-1990,結(jié)構(gòu)如圖8-2所示。 圖8-2模架九、模具總裝圖模具裝配圖用來表達(dá)模具整體結(jié)構(gòu)，外形尺寸，模具各零件間的裝配關(guān)系，是指導(dǎo)模具裝配、檢驗(yàn)、維修等工作條件的技術(shù)文件。零件圖實(shí)在裝配圖的基礎(chǔ)上繪制的，它是零件制造與檢驗(yàn)的依據(jù)。根據(jù)以上各部件的設(shè)計(jì)，繪制的模具總裝配圖如下圖所示。圖9-1模具總裝配圖小結(jié)通過這次在企業(yè)中的的實(shí)習(xí)，知道我們大學(xué)生對于塑料工業(yè)的認(rèn)識還是很膚淺的，但是通過這次塑料模具課