塑料齒輪模具設計及其型腔仿真加工

1、塑料齒輪模具設計及其型腔仿真加工摘 要：本課題來源于鹽城羽佳塑業(yè)，任務是塑料齒輪模具設計及其型腔仿真加工.注射成型是塑料成型的一種重要方法，它主要適用于熱塑性塑料的成型，可以一次成型形狀復雜的精密塑件。本課題就是將雙聯(lián)齒輪作為設計模型，將注射模具的相關知識作為依據(jù)，闡述塑料注射模具的設計過程。本設計對雙聯(lián)齒輪進行的注塑模設計，利用proe軟件對塑件進行了實體造型，對塑件結(jié)構(gòu)進行了工藝分析。明確了設計思路，確定了注射成型工藝過程并對各個具體部分進行了詳細的計算和校核。如此設計出的結(jié)構(gòu)可確保模具工作運用可靠，保證了與其他部件的配合。 最后用mastercam仿真加工型腔。本課題通過對雙聯(lián)齒輪杯的注

2、射模具設計，鞏固和深化了所學知識，取得了比較滿意的效果，達到了預期的設計意圖。關鍵詞：塑料模具；注射成型；模具設計；本設計來自：完美畢業(yè)設計網(wǎng)登陸網(wǎng)站聯(lián)系客服遠程截圖或者遠程控觀看完整全套論文圖紙設計客服QQ：8191040The design of gear plastic injection mold and cavity simulation processingAbstract: The subjects come from the Yujia Plastic Corporation. Task is what the design of gear plastic injection

3、mold and cavity simulation processing. Plastic injection molding molding is an important method, which is primarily applicable to thermoplastic plastic molding, Molding can be a complex shape of precision plastic parts. To study the topic ,we make double-gear the design model, make the injection mol

4、d-related knowledge the basis for elaborate plastic injection mold design process.In the designment we design double-gear with the injection mold design, using software proe to plastic parts to solid modeling, and making technics analysis to the structure of Plastic Parts for the process.We definite

5、 the design,and identify the injection molding process as well as some specific details of the calculation and verification.The structure of such a design can be used to ensure reliable Die work ,to ensure cooperation with the other parts of the tie. Finally，simulation processing cavity with masterc

6、am .we have consolidated and deepened the learning, gain a satisfied result, achieve the desired design intent through the process of double-gear mold design.Key words : Plastic mold; Injection molding; Mold design; 目 錄1 前言12 模具總體設計32.1 制品的分析32.2模具總體方案設計42.3注射機的選擇52.4型腔數(shù)的確定52.5型腔的布局62.6分型面的確定72.7澆注系

7、統(tǒng)設計72.7.1澆口的形式72.7.2流道、主流道襯套及定位環(huán)的設計82.7.3冷料井的設計92.8冷卻系統(tǒng)的設計102.9模架的選擇112.10導柱、導套的選擇122.10.1導柱的選擇122.10.2導套的選擇122.11頂桿設計132.12復位桿142.13鎖模力的校核142.14開模行程的校核152.15總裝配圖及三維造型圖152.15.1總裝配圖152.15.2模具的三維造型圖173工藝分析及仿真加工183.1模具的注塑工藝分析183.2模具成型件制造工藝與加工工序193.2.1模具成型件制造工藝193.2.2模具成型件的加工工藝203.3數(shù)控仿真204結(jié)論25參考文獻26致謝27

8、附錄281 前言在工業(yè)產(chǎn)品中，一個設計合理的塑料件往往能代替多個傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)件，加上利用工程塑料特有的性質(zhì)，可以一次成型非常復雜的形狀，并且還能設計成卡裝結(jié)構(gòu)，所帶來的效果是明顯的，因此，近年來工業(yè)產(chǎn)品塑料化的趨勢不斷上升。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法，其中最主要之一的注塑模具已經(jīng)很廣泛的采用。它在質(zhì)量、精度、制造周期以及注塑成型過程中的生產(chǎn)效率等方面水平的高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時也決定著企業(yè)在市場競爭中的反應能力和速度。注塑模具與其它機械行業(yè)想比，有以下三個特點：第一，模具不能像其它機械那樣可作為基本定型的商品隨時都可以在機電市場上買到。模具制造不可

9、能形成批量生產(chǎn)，即模具是單件生產(chǎn)的，其壽命越長，重復加工的可能性越小。因此，模具的制造成本較高。第二，因為注塑模具是為產(chǎn)品中的塑料制品而訂制的，作為產(chǎn)品，除質(zhì)量、價格等因素之外，很重要的一點就是需要盡快地投放市場，所以對于為塑料制品而特殊定訂制的模具來說，其制造周期一定要短。第三，模具制造是一項技術(shù)性很強的工作，其加工過程集中了機械制造中先進技術(shù)的部分精華與鉗工技術(shù)的手工技巧，因此要求模具工人具有較高的文化技術(shù)水平，特別是對企業(yè)來說要求培養(yǎng)“全能工人”，使其適應多工種的要求，這種技術(shù)工人對模具單件生產(chǎn)方式組織均衡生產(chǎn)是非常重要的。綜上所述，模具制造 存在成本高，要求制造周期短，技術(shù)性強等特點，

10、目前，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和計算機的應用，這些問題得到了很大的改善。注塑模具的特點：a)塑料的加熱、塑化是在高溫料筒內(nèi)進行，而不是在模具內(nèi)進行，因而模具不設加料腔，而設澆注系統(tǒng)，熔體通過澆注系統(tǒng)充滿型腔。澆注系統(tǒng)對注塑模來說至關重要。b)塑料熔體進入型腔之前，模具已經(jīng)閉合。在注塑過程中需根據(jù)塑料特性，在模具中設加熱或冷卻系統(tǒng)。c)注塑模生產(chǎn)適應性強，既可注塑小型制品，也可注塑大型制品；既可注塑簡單制品，也可注塑復雜制品，生產(chǎn)率高，容易實現(xiàn)自動化。d)注塑模一般是機動的，結(jié)構(gòu)一般較復雜，因而制造周期較長，成本較高。注塑模具的應用在當今的時代會越來越廣的，它的特點使得它的用處越來越寬，涉及的范圍

11、也大了。模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，我國目前仍以手工研磨拋光為主(約占整個模具周期的l/3)，不僅效率低，且工人勞動強度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展。因此，研究拋光自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。日本已研制了數(shù)控研磨機，可實現(xiàn)三維曲面模具的自動化研磨拋光。國外在模具生產(chǎn)中，計算機輔助設計與輔助制造(CAD/CAM)技術(shù)已得到十分成功的應用。三維造型和型腔的數(shù)控加工都是由計算機輔助軟件完成的，它大幅度的縮短了模具的生產(chǎn)周期，提高工作效率。德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家在模具設計制造領域

12、仍處于國際領先水平，他們的一些先進的模具方面的技術(shù)被許多發(fā)展中國家，甚至是其它發(fā)達國家學習采用。亞洲以日本和韓國模具技術(shù)水平最高，其它國家與之還有較大的差距，不過他們也正在以驚人的速度發(fā)展著，國家之間的交流會使之發(fā)展更快。本課題是關于塑料齒輪的注塑模具設計。要求運用所學知識,能很好的對注塑模具進行設計.達到熟練的掌握注塑模具的設計知識,并能對注塑模具設計有更高層次的認識的目的。該課題的設計要求通過基于現(xiàn)代CAD技術(shù)的注塑模設計,在設計過程中掌握模具設計的一般規(guī)律,對于運用現(xiàn)代CAD技術(shù)進行模具設計進行研究和應用,完成塑料齒輪注塑模具設計. 所設計塑料齒輪模具要能滿足模具工作狀態(tài)的質(zhì)量要求,使用

13、時安全可靠,便于維修,在注塑成型時要有較短的成型周期,成型后有較長的使用壽命,具有合理的模具制造工藝性.選擇注塑模型腔進行加工分析,用數(shù)控加工進行編程加工。本課題要解決的主要問題是塑料齒輪注塑模具工藝方案的擬定和塑料齒輪注塑模具的設計。注塑模具設計總體思路如圖1-1所示設計前的準備確定成形工藝選擇成形設備擬定總體結(jié)構(gòu)草圖設計計算、繪制總圖及零件圖1.準備設計所需的技術(shù)資料2.了解塑件的結(jié)構(gòu)特點1.了解塑料的成形性能，計算塑件的重量和體積2.選擇成形設備、了解設備的性能、規(guī)格、特點1.確定模具結(jié)構(gòu)形式2.確定模具的主要結(jié)構(gòu)3.繪制模具結(jié)構(gòu)草圖1.成形零件的設計及尺寸計算2.結(jié)構(gòu)件的設計及尺寸確定

14、3.結(jié)構(gòu)件的強度、模具安裝尺寸的校核4.繪制總圖及零件圖 圖1-1模具設計思路圖本課題要達到的預期效果：a.外觀及尺寸均符合要求，未出現(xiàn)溢邊、縮坑等缺陷；b.結(jié)構(gòu)合理；c.鑲拼簡單，加工簡便；d.頂出動作平穩(wěn)、可靠。2 模具總體設計2.1 制品的分析塑件為雙聯(lián)塑料齒輪，材料為ABS，用游標卡尺對零件進行測繪。我們最終所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔，而我們所取的塑件是模具生產(chǎn)出來的千千萬萬個塑件中的一個，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的會產(chǎn)生一定的變形，因此對該零件的測量數(shù)值需要進行分析處理。如對塑件較大尺寸誤差的修正，對相同形狀處所測不同尺寸的取均值進行圓整，然后繪出零件的草圖。

15、由于條件限制所以采用多次取斷面進行測量的辦法。量具：游標卡尺（0300、0.02）, 垂直卡尺，曲線測量儀等注意做到以下幾點：1測繪過程中必須把被測物體放在工作平面上；2采用多次測量求平均值；3正確地讀取數(shù)據(jù)。根據(jù)上述的方法繪制的制品的零件圖如下： 2-1 制品圖圖2-2 制品的三維造型該制品是ABS（苯烯腈-丁二烯-苯乙烯）塑料，重量約30g 。據(jù)參考文獻3P20可知，ABS的密度10301070 ，收縮率0.30.8%， 模具溫度5080注射壓力60100Mpa，最大不溢料間隙0.04mm，塑件的尺寸精度為56級，則模具型腔的尺寸精度應為IT10IT11級。2.2模具總體方案設計設計模具時

16、，首先確定合適的注塑機，并了解它的技術(shù)規(guī)范要求：注塑機的最大注塑量、最大注塑壓力、最大鎖模力、最大成型面積、模具最大厚度和最小厚度、最大開模行程、模板安裝模具的螺釘孔的位置和尺寸、注塑機噴嘴孔直徑和噴嘴球頭半徑值。再根據(jù)現(xiàn)有注塑機的規(guī)格、所要求的塑件的質(zhì)量、塑件成本及交貨期等，確定型腔數(shù)目。澆注系統(tǒng)分為主流道、分流道、澆口、冷料穴等。由于主流道與高溫高壓的熔融塑料接觸所以外面要加個澆口套。分澆道的形狀尺寸主要取決于塑件的體積、壁厚、形狀以及所加工塑料的種類、注射速率、分澆道長度等。主流道與分流道采用圓角過渡，這樣可以減小料流轉(zhuǎn)向過渡時的阻力。分流道的布置要均勻處理，確保熔融塑料由主流道到各分流

17、道的距離相等。分流道表面不必很光，可以使熔融塑料的冷卻皮層固定，有利于保溫。分流道與澆口采用圓弧過渡，有利于熔料的流動及填充。澆口是連接分流道和型腔的橋梁，它具有兩個功能：第一，對塑料熔體流入型腔其控制作用；第二，當注塑壓力撤銷后，澆口固化，封鎖型腔，使型腔中尚未冷卻固化的塑件不會倒流。根據(jù)制品的特點初采用多點進料點澆口澆注系統(tǒng)。型腔分型面和形狀的確定：注塑模有一個分型面和多個分型面的模具，分型面的位置有垂直于開模方向、平行于開模方向以及傾斜于開模方向幾種，分型面的形狀有平面和曲面等。根據(jù)制品的形狀采用雙分型面分型。 排氣系統(tǒng)的設計：本模具采用間隙排氣，利用分型面的配合間隙自然排氣。推出機構(gòu)的

18、設計：推動的動力來源有手動推出、機動推出和液壓與氣動推出機構(gòu)。本設計可采用機動推出，合模時復位桿首先與定模邊的分型面接觸，而將推板和所有的推桿一道推回原位。本模具設計采用塑件留在動模，要保證塑件不應推出變形或損壞，還要保證塑件的良好外觀和結(jié)構(gòu)可靠。2.3注射機的選擇注塑模具是與注塑機配套使用，因此設計時注塑機的選擇尤為重要。從模具設計的角度出發(fā)，應了解的注射機的技術(shù)要求有：注射機的類型、最大注射量、最大注射壓力、鎖模力、最大注射面積、模具的最大和最小閉合厚度、最大開模行程以及模具在注射機上安裝時所需的定位孔的大小、螺釘孔的位置等等。根據(jù)制品的大小及企業(yè)生產(chǎn)狀況，選擇SZ-100/60注射機，其

19、主要參數(shù)如表2-1所示表2-1 注射機參數(shù)型號SZ-100/60螺桿直徑（mm）35注射容量（cm3或g）100注射壓力（N/cm3）150鎖模力 （KN）600最大注射面積（cm2）模具厚度（mm）170300模板行程（mm）300噴嘴球半徑（mm）10噴嘴孔直徑（mm）4噴嘴伸出量（mm）20頂出行程（mm）80外形尺寸（m * m * m）3.9 X 1.3 X 1.82.4型腔數(shù)的確定 據(jù)參考文獻3可知，以機床的注射能力為基礎，每次的注射量不超過注射機最大注射量的80%，按參考文獻3公式計算模具的型腔數(shù)：n=(0.8G-)/ (2-1)式中： 注射機的最大注射量（g）； 單個塑件的重量

20、（g）； 澆注系統(tǒng)的重量（g）。n=(0.8x105-6)/30 n=2.5模具型腔個數(shù)選一模二腔。2.5型腔的布局由于型腔的布置與澆注系統(tǒng)布置密切相關,因而型腔的排布在多型腔模具設計中應加以綜合考慮。型腔的排布應使每個型腔澆口處有足夠壓力,以保證塑料熔體同時均勻地充滿型腔，使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定,這就要求型腔與主澆道之間的距離盡可能最短,同時采用平衡的澆道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。合理的排布可以避免塑件尺寸的差異、應力形成和脫模困難等問題。本設計是一模兩腔，為合理的設計澆注系統(tǒng)和容易脫模，型腔的布局圖如下： 圖2-3 型腔的布局二維圖圖2-4 型腔的布局三維圖2.6分型面的確

21、定分開模具能取出塑件的面，稱作為分型面。本模具采用雙分型面。雙分型面注塑模具是指澆注系統(tǒng)凝料和制品由不同的分型面取出。選擇分型面時，應根據(jù)幾何形狀的外觀質(zhì)量、澆注系統(tǒng)的合理布置、便于取件、利于排氣等因素綜合考慮，為了便于脫模，分型面的位置宜取在塑件外形輪廓最大處。分型面的方向盡量采用與注塑機開模是垂直方向，形狀有平面，斜面，曲面。由于本制品是下大上小的特點，根據(jù)上述選擇分型面的原則，本制品的分型面選擇在雙聯(lián)齒輪大齒輪的上端。另一分型面是為了取出澆注系統(tǒng)凝料。2.7澆注系統(tǒng)設計澆注系統(tǒng)的作用就是將熔融狀態(tài)的塑料均勻、迅速地輸入型腔，使型腔內(nèi)體及時排出；并且將注射壓力傳遞到型腔的各個部位，從而得到

22、組織緊密的制品。澆注系統(tǒng)通常由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。2.7.1澆口的形式 澆口是澆道與型腔之間最短的一段距離，能夠增加和控制塑料進入型腔的流速并封閉裝填在型腔內(nèi)的塑料。澆口位置的選擇對制品的質(zhì)量顯得尤為重要，根據(jù)文獻3澆口選擇的一般要求是：a.塑件能量的損失最小;b.澆口的位置應使進入行腔的塑料能順利的排出模腔內(nèi)的空氣，進入型腔的塑料不要立即封閉排氣系;c.澆口的位置要避免造成收縮變形和塑件的熔接痕;d.拼鑲結(jié)構(gòu)的模具，澆口的位置不能使流動的塑料沖擊鑲件，但也不能離澆口太遠，否則塑料流到鑲件附近時變冷熔接不好;e.澆口的位置及大小要考慮對型芯的影響。避免塑料直接正面沖擊型芯;

23、f.外觀要求高的塑件則澆口不允許設置在分型面上，同時要考慮清理簡便，不損壞塑件。根據(jù)本設計的具體情況，采用多點進料點澆口澆注系統(tǒng)。本模具流道布置采用平衡式分流道，即從主流道到各個型腔的分流道的長度相等形狀及截面尺寸都相同。采用這種形式，是為了減小進料口附近的收縮對齒輪精度的影響。進料口均勻在塑件端面，不會在齒形上留痕跡。根據(jù)文獻 3其具體結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖2-5、2-6所示： 圖2-5 進料口形式（主視圖） 圖2-6 進料口形式（俯視圖）2.7.2流道、主流道襯套及定位環(huán)的設計主流道是注射機噴嘴與分流道的一段通道，通常和注塑機的噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，帶有一定的錐度。a. d=注射機噴嘴孔直

24、徑+（0.51）mm=4.5mm ； d=3.5mmb. =2°4° ； =2°c. D澆道的寬度 ； D=8mmd. H一般取34mm ； H=3mme. R=注射機噴嘴球面半徑+（12）mm ； R=10+2=12mmf. r按具體情況選擇，一般取13mm ； r=2mmg. L應盡量縮短，L值按具體情況確定，不宜過長或過短，要>8mm。本設計L長初定33mm。主流道襯套的材料常用T8A制造，熱處理后硬度為5055HRC。主流道襯套與定模板采用H7/m6的過渡配合，主流道襯套與定位圈采用的H9/f9間隙配合。由于受型腔或分流道的反壓力作用，主流道襯套會產(chǎn)

25、生軸向移動，所以主流道襯套的軸向定位要可靠。本制品是選擇中小型模架則澆口套選擇整體式，根據(jù)上述經(jīng)驗和計算本設計的澆口套形式為： 圖2-7 澆口套形式 分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。據(jù)參考文獻3經(jīng)驗公式： D=0.2654 (2-2) 式中：W流經(jīng)分流到的塑料量（g）L分流道長度（mm）D分流道直徑（mm）根據(jù)型腔的布置初估L=80mm，根據(jù)制品的重量和澆注系統(tǒng)內(nèi)的塑料量初估W=65g。則分流道直徑為4mm. 據(jù)文獻3ABS材料分流道直徑推薦值為4.09.5。故選擇D=4mm。2.7.3冷料井的設計噴嘴與低溫的模具相接觸，使噴嘴前端有一小段冷料；當分流道

26、較長時，前鋒塑料長時間的在低溫的模具中流動，溫度較低。這些冷料如果進入型腔，在制作上形成冷接縫（熔接痕），嚴重的造成充填困難。也可能在進入澆口時就將澆口堵塞。所以必須設置冷料穴。冷料穴的作用是儲存冷料；保證開模后主流道和分流道能留在動模板上，以便從模具中推出。如圖 2-8 無拉料桿冷料井2.8冷卻系統(tǒng)的設計 冷卻系統(tǒng)在模具設計中是很重要的一部分，冷卻水道的布置對成品的質(zhì)量尤為重要，下表是模具溫度對成品的影響。 表2-2不正常模溫對塑件質(zhì)量的影響模具溫度塑件質(zhì)量情況現(xiàn)象 過高縮孔在壁厚部分，易冷卻地方先硬化，未冷卻的地方先收縮，而產(chǎn)生縮坑。模具溫度過高易產(chǎn)生縮孔溢料因為模具具有間隙，當溫度過高，

27、型腔內(nèi)塑料粘度低，流動大，易從縫隙溢料不均勻變形各部位冷卻不均，造成收縮不一致，產(chǎn)生變形過低填充不良溫度過低，型腔內(nèi)塑料粘度高難流動，填充不均熔接焊兩股料流匯合時，由于模溫低，產(chǎn)生不能完全熔合而出現(xiàn)類似毛發(fā)狀的細紋線表面不光澤出現(xiàn)表面不十分有光澤的情況溫度調(diào)整不的當機械性能不良當模溫過高或過低時，對部分塑料，結(jié)晶不良造成機械性能不良由上表可以知道冷卻水道的位置取決于制品的形狀和不同的壁厚。原則上冷卻水道應設置在塑料向模具熱傳導困難的地方,根據(jù)冷卻系統(tǒng)的設計原則,冷卻水道應圍繞模具所成型的制品,且盡量排列均勻一致。設計冷卻水道需考慮如下因素3：a.模具的結(jié)構(gòu)形式，對冷卻系統(tǒng)設計直接有關；b.模具

28、的大小和冷卻面積；c. 塑件熔接痕位置；d. 水孔邊離型腔的距離一般保持在1025mm，距離太近則冷卻不易均勻，太遠則效率降低。水孔以直徑一般在8mm上，根據(jù)模具大小決定；e.水孔管路應暢通無阻；f.水管接頭的位置應放在盡可能不影響操作的一側(cè)；g.冷卻水孔管路最好不開在型腔塑料溶接的地方，以免影響塑件強度。根據(jù)參考文獻3經(jīng)驗公式計算所需冷卻水量： （2-3）式中；W通過模具的冷卻流量（g）； W1單位時間內(nèi)進入模具的塑料重量（g）； a每克塑料的熱容量（J/g）； T3出水溫度（）； T4入水溫度（）； K熱傳導系數(shù)；由式（2-3）計算得：W=380g再由下式可求出冷卻水道的直徑d： （2-4

29、）式中：冷卻液密度（g/m2）； L冷卻水道的長度（cm）；由式（2-4）計算得：水道直徑d為7.8mm，根據(jù)文獻3取水道直徑d為8mm。本水道需要注意管中的銅片隔離，這樣冷卻效果更好。上下水道一致如圖2-9圖2-9 動模板的水道流向圖2.9模架的選擇 根據(jù)制品的投影面積，模架選擇BxL=250x250。由于制品的高度是24mm，據(jù)參考文獻3可知開模的長度要大于制品高度的5-10mm，根據(jù)型腔和型芯的高度以及冷卻系統(tǒng)的布置，根據(jù)參考文獻3選取模架各參數(shù)和結(jié)構(gòu)如表23及圖215所： 表2-3 模架的參數(shù)件號模板材料尺寸(mm)1定模座板Q235255x315x252定模板（凸模）45255x255x323凹模45255x255x244動模板45255x255x345支架Q235255x50x806頂桿固定桿45255x148x207推板45255x148x168動模座板Q235