畢業(yè)設(shè)計齒輪凸輪組合件

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摘要

塑料工業(yè)作為當今時代發(fā)展最快的工業(yè)方向，其中發(fā)展較快的是注塑類模具。所以通過研究注塑成型將對了解塑料制品的生產(chǎn)和提高產(chǎn)品的質(zhì)量有重要的意義。

通過對齒輪凸輪組合件注塑模具的解析，(詳詢：946538029)想出應(yīng)在動模上利用滑塊對上半部分的凸輪抽芯、利用分型面對下半部分凸輪進行脫模，從而解決了凸輪脫模問題。本文對所設(shè)計模具的滑塊設(shè)計、型芯型腔設(shè)計、動定模定位設(shè)計進行了簡要闡述，介紹了模具設(shè)計和制造過程中的問題。經(jīng)過實踐及模流分析判斷，本模具設(shè)計合理，達到批量生產(chǎn)條件，成型的塑件達到質(zhì)量要求。

本設(shè)計闡述了注塑成型的基本原理，突出了分型面的選擇與抽芯機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計。同時具體的介紹了注塑模具的工藝設(shè)計，主要零部件、澆注系統(tǒng)、推出桿件、溫度控制和排氣系統(tǒng)的設(shè)計方式，并對模具涉及參數(shù)的選取做了相應(yīng)說明。本設(shè)計通過使用CAD和三維軟件UG及PlasticsInsight軟件模塊，對成型零部件及各標準件和標準模架進行了計算及繪制設(shè)計。(詳詢：946538029)

引言

模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝器材，被稱為“工業(yè)之母〞。模具涉及機械、輕工、冶金、建材等各行各業(yè)，應(yīng)用范圍廣泛。

近年來隨著工程塑料的迅速發(fā)展和各類塑料在用途和力學性能等方面的不斷完善加強，塑料制品的適用范圍不斷的擴大，各種零件也越來越普遍地采用塑料成型。注塑模具是注塑成型的主要方式之一，其在注塑時的效率和質(zhì)量等方面水平，將直接影響產(chǎn)品的精度、質(zhì)量、效益，同時也會決定著企業(yè)在市場中的競爭能力。

設(shè)計要求：

（1）零件的尺寸精度：高度方向﹤0.5、厚度方向﹤0.1；（2）零件材料：玻璃纖維加強尼龍66；（3）零件粗糙度：表面光滑無毛刺；（4）零件生產(chǎn)量：約4萬件；

（5）考慮制品的變形，對重要尺寸進行圓整；（6）零件的脫模斜度依照標準選取。

本課設(shè)計為齒輪凸輪組合件注塑模設(shè)計，結(jié)合生產(chǎn)實際，就齒輪凸輪組合件制品進行測繪、模具設(shè)計、三維成型。(詳詢：946538029)本設(shè)計主要針對齒輪凸輪組合件注塑模具進行分析設(shè)計以滿足要求，讓該模具具有如下特點，使用簡單、可靠性好等。

1成型塑件工藝性分析

1.1塑件的分析

齒輪凸輪組合件材質(zhì)為PA66+GF30，尺寸如1.l所示。齒輪的模數(shù)為1.5，分度圓直徑為66mm，齒數(shù)為44，齒輪厚度7mm，壓力角20?，齒形為直齒。齒輪上面有兩個交角為106?、8mm厚度的凸輪。并且零件包塑在一根金屬管上，組合件需要運轉(zhuǎn)時平穩(wěn)，同心度好。

圖1-1塑件

齒輪凸輪組合件：

（1）外形尺寸：本成型零件平均壁厚2.7mm。且塑件外形尺寸較小，所以熔體流

程較短并且材料是熱塑性材料，滾動性好。

（2）精度等級：未注明公差尺寸取公差MT4。（3）(詳詢：946538029)1.2材料的性能分析

本設(shè)計塑件材料為PA66尼龍?zhí)砑恿?0%的玻璃纖維。PA66+GF30具有最優(yōu)越的綜合性能雖吸水性較大減少了抗沖擊強度，但良好的剛性、耐磨性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性使其可以更好地作為注塑熔料。

熔化溫度：添加有玻璃纖維250~265℃。1.3注塑成型過程及工藝參數(shù)1.3.1注塑成型過程

（1）成型前準備：需檢驗原料（PA66+GF30）的質(zhì)量、色澤和一致度等進行并真空枯燥。

（2）注塑過程：材料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱，溶化變成粘流態(tài)后，由注塑機從模具的澆口注入模具的型芯型腔內(nèi)完成注塑成型。

（3）(詳詢：946538029)1.3.2注塑工藝參數(shù)（1）注塑機：螺桿式。（2）注塑壓力p/MPa：85-140。（3）(詳詢：946538029)2模具結(jié)構(gòu)形式和注塑機初選2.1分型面的選擇

分型面選擇時要考慮塑件在模具中的位置、塑件幾何形狀、脫模方式、排氣條件等諸多的影響，因此應(yīng)遵循以下幾項原則：

（1）分型面選擇要使塑件從模具內(nèi)取出；（2）分型面選擇要利于制品脫模；（3）分型面選擇要保證制品質(zhì)量；（4）分型面選擇應(yīng)盡量避免側(cè)孔、側(cè)凹；（5）分型面位置有利于模具加工。

而且為了保證抽芯機構(gòu)可以順利工作及型芯的位置放置便利，一般把較淺側(cè)向凹孔或較小側(cè)向凸出作為抽芯方向，而將較深凹孔或較大凸出作為合模方向。2.2模腔數(shù)量和排列方式的確定

型腔數(shù)的確定應(yīng)遵照以下幾點：(詳詢：946538029)（1）根據(jù)經(jīng)濟性以加工費用最小為原則；（2）根據(jù)機器的鎖模力確定型腔數(shù)；（3）根據(jù)機器的注塑量確定型腔數(shù)。

2.2.1模腔數(shù)量

由于該塑件精度要求較高，尺寸較小，雖可采用一模多腔的結(jié)構(gòu)形式，但經(jīng)過考慮本設(shè)計初步定為(詳詢：946538029)

2.2.2模腔位置選擇

由于本塑件形狀較簡單，體積較小，生產(chǎn)產(chǎn)量較少且有側(cè)凹，可以采用一模一腔，這樣模具整體結(jié)構(gòu)較小，設(shè)計制造便利。模腔布置如圖2.1所示：

型腔分型面

滑塊滑塊

分型面

型芯圖2-1模腔位置

2.2.3模具初步結(jié)構(gòu)

通過初步分析，該塑件有側(cè)凹可采用側(cè)向抽芯，同時由其幾何形狀可知推出機構(gòu)可選推桿或推件板推出，澆注系統(tǒng)選擇，澆口選擇側(cè)澆口并且在塑件的分型面上，這樣定模部分就不用單獨設(shè)計分型面來取出凝料，但是動模部分需有固定板、推出裝置，分流道選用對稱平衡式，。通過任務(wù)書可知塑件需求量較少綜合考慮確定本設(shè)計采用(詳詢：946538029)的模具結(jié)構(gòu)。2.3注塑機型號的確定2.3.3選擇注塑機

由式可得V公=V總/0.8=46.615cm3

根據(jù)計算，并結(jié)合模具結(jié)構(gòu)及模具外形尺寸是否能順利安裝在注塑機上，選擇國產(chǎn)海天牌注塑機型號為HTF86XA，具體參數(shù)如表2.1所示。

表2-1注塑技術(shù)要求

理論注塑量/cm3螺桿直徑/mm注塑壓力/MPa塑化能力/(g/s)1003812216.8拉桿空間/mm移模行程/mm最大模具厚度/mm最小模具厚度/mm260×360300360200

鎖模力/kn噴嘴口直徑/mm（1）注塑壓力校核（2）鎖模力校核

1004模具定位孔直徑/mm噴嘴球直徑/mm100202.3.4注塑機的相關(guān)參數(shù)的校核

3澆注系統(tǒng)的設(shè)計

澆注系統(tǒng)是指連接注塑機與模具間的管道。它具有導流、保壓保熱的功能，對塑件具有極大的質(zhì)量影響。澆注系統(tǒng)的作用，是將熔體順利地充滿到模腔內(nèi)各處。因此要求澆注系統(tǒng)在設(shè)計時需保證降低壓力損失和溫度散失，且在充模時快而穩(wěn)定，排氣性良好，凝料便于與制品分開。

澆注系統(tǒng)一般由以下部分組合而成：

（1）主流道：指與注塑機的噴嘴接觸，將熔體引入模具的第一段料流通道。（2）分流道：指熔體由主流道進入型腔的過渡段。（3）澆口：指熔料從分流道到型腔的進料口。

（4）冷料井：尋常位于主流道和分流道相交處的末端。澆注系統(tǒng)設(shè)計遵循：

（1）在分型面上同時有塑件與澆注系統(tǒng)；（2）縮短流程減少壓力損失，加快充模；

（3）澆口的位置應(yīng)避免產(chǎn)生湍流和渦流及噴射，并有利排氣和補縮；（4）防止注塑熔體對模腔及鑲件產(chǎn)生沖擊，導致變形和位移；

（5）便于凝料的脫出，易與塑件分開或連接處切除修正便利，且保證不破壞外形尺寸；(詳詢：946538029)

（6）便利冷料井的安置；

（7）盡量降低澆注系統(tǒng)的所占比例；（8）與塑料的成型特性相適應(yīng)。3.1主澆道的設(shè)計

主流道是指與注塑機的噴嘴接觸，將熔體引入模具的第一段料流通道，其需要與注塑機噴嘴在同一軸線。它是注塑過程中的第一步也是最先接觸熔體的部分，在設(shè)計時需保證使熔體的溫度和壓力損失最小并考慮降低形狀、尺寸對熔體的流速和充模效率的影響。同時，由于主澆道與高溫熔體及注塑機噴嘴經(jīng)常連接在一起，因此，應(yīng)采用便利裝換的澆口套保證質(zhì)量。

主流道尺寸如下：

主流道的長度一般由模具結(jié)構(gòu)(詳詢：946538029)

3.1.3主流道澆口套的形式

主流道襯套為標準件，因主流道小端與注塑機噴嘴反復接觸，易損壞。設(shè)計時澆口套使用耐磨材料T10A，并進行氮化處理，如圖3-1所示。定位圈的結(jié)構(gòu)由總裝配圖來確定，定位圈的外徑為Φ100mm，內(nèi)徑Φ70mm。具體固定形式采用2顆M6×20L螺釘固定，定位圈如圖3-2所示。

圖3-1澆口套

(詳詢：946538029)

圖3-2定位圈

3.2分流道的設(shè)計

塑料熔體由主流道進入型腔的過渡段稱為分流道。直澆道模具則沒有分澆道，但在大部分模具中分澆道是不可或缺的。

分流道的設(shè)計：

（1）分流道應(yīng)減小熔體滾動時的阻力。同時在保證有足夠的注塑力可使塑料熔體能迅速均勻充滿模腔的前提下，分流道的長和其截面積都盡可能最小，特別對于本設(shè)計這樣的小型塑件極為重要；

（2）分流道與澆口的連接處最好是斜面，并以圓弧作為過度，這樣利于塑料熔體的滾動及均勻充模；

（3）盡量平衡布置保持均勻進料；（4）分流道長度盡量短，且少有彎曲；

（5）分流道位置可僅僅只選取在動模板或定模板上，也可同時選取在動、定模板上，當模板合在一起后變作分流道截面形狀。尋常分流道都位于在模具的一邊，這樣利于開模時將流道凝料脫出。(詳詢：946538029)

分流道截面形狀有圓形、正方形、半圓、梯形、U形、矩形和正六邊形。其截面積越大，壓力的損失越??；表面積越小，熱量的損失越小。截面積和表面積的比值可以表

示效率高低。表3-1所示為不同截面的分流道的效率。

表3-1分流道截面形狀與效率

分流道截面形狀中圓形、正方形的效率最高，其中正方形存在凝料脫模困難問題。U字形是梯形流道的改良。六邊形流道是兩個梯形的組合。當分型面無彎折時，一般采用圓形或六邊形的分流道；反之，一般采用梯形或半圓形的流道。同時由于熔體在流道中滾動時，表層冷凝凝結(jié)，有隔絕作用，使得熔體僅在流道的中心部分滾動，因此澆口應(yīng)當位于流道的中心線上。

經(jīng)過綜合考慮，本設(shè)計采用梯形截面分流道。3.2.1分流道的布置形式

為了盡量降低熔體在流道內(nèi)的壓力損耗、溫度的降低，同時也要考慮減少分流道中的平衡問題，綜合考慮本設(shè)計采用平衡式分流道。3.2.2分流道的長度(詳詢：946538029)3.2.3分流道的當量直徑

流過分流道的塑料質(zhì)量

根據(jù)單向分流道長度16mm修正系數(shù)fl=1.01,則分流道直徑經(jīng)修正后為：3.2.4分流道的截面形狀

本設(shè)計采用梯形截面如圖3-3所示，其加工工藝好，且塑料的熱量損失滾動阻力均不大。

3.2.5分流道的尺寸

一般滾動性好的材料為2-3mm。(詳詢：946538029)

3.2.6分流道的表面粗糙度和脫模斜度

分流道的表面粗糙度要求較高，本設(shè)計處取1.6μm。另外脫模斜度一般在5°-10°之間，由公式得脫模斜度為10.3°，脫模斜度足夠。3.3澆口的設(shè)計

澆口雖然只是指熔料從分流道到型腔的進料口，但它的位置和尺寸等對塑件的成型

效果有影響很大。

澆口可分為非限制性和限制性澆口兩種。本設(shè)計采用的是限制性澆口。限制性澆口優(yōu)點是可通過截面尺寸的突然改變，使從分流道中來的塑料熔體流速增加，提高剪切速率，使其達到理想的流態(tài)，迅速均勻的充滿模腔；同時可改善塑料熔體進入模腔時的滾動特性，可以封閉型腔防止塑料熔體倒流。

（1）澆口的尺寸及類型：澆口的截面積約為分流道截面積的3%～9%，長度約0.7～1.5mm，在設(shè)計時取最小值，試模后逐步修改。澆口的形狀有矩形、圓形、梯形等。澆口的形式分為直接口、側(cè)澆口、扇形澆口、平縫澆口、潛伏式澆口、環(huán)形澆口、輪輻式澆口、爪形澆口、點澆口和護耳澆口等。

本設(shè)計采用側(cè)澆口，是使熔體從模腔的側(cè)面充模。其優(yōu)點是加工簡單，修正便利，同時可以根據(jù)制品靈活的調(diào)整澆口位置，成型的適用范圍廣。缺點是澆口處痕跡大，易造成熔接痕，縮孔等問題。

（2）澆口的位置

澆口的位置對塑件的成型質(zhì)量有極大的影響。澆口的位置確定，應(yīng)注意如下幾點：①澆口應(yīng)盡量避免使熔體的取向方位與可能的受力方向垂直；②澆口的設(shè)置應(yīng)在塑件不影響外觀的部位或簡單處理澆口痕跡的位置；

⑥澆口不要設(shè)置在塑件在使用中的易受彎曲和沖擊的部位。(詳詢：946538029)本塑件要求不可以有裂紋和變形缺陷，表面質(zhì)量要求較高，因此采用側(cè)澆口如圖3-4所示。其界面形狀簡單，易于加工。

圖3-4澆口位置

3.5冷料穴設(shè)計

主流道末端尋常是冷料穴所在。其作用是收集澆注系統(tǒng)流道中料流的最先出來的的

“冷料〞，以避免這些冷料進入模腔而影響成型質(zhì)量。開模時又可以將主流道的冷料拉出，冷料穴寬度應(yīng)大于主流道的大端直徑，且已主流道的大端直徑作為長度。當分流道較長時，將分流道的終點沿料流方向延長作為分流道冷料穴，其長度比分流道直徑大1.5-2倍左右。3.6選擇推出方式

在注塑成型完成后在開模的時候，脫模機構(gòu)可以使塑件從模具中脫出。脫模機構(gòu)的設(shè)計原則：

（1）塑件宜留于動模，模具開啟后應(yīng)使塑件及澆口處的凝料滯留在具有脫模機構(gòu)的模具動模上，以便模具脫模機構(gòu)在注塑機推桿的作用下完成脫模動作；

（2）保證塑件不變形損壞，首先要知道塑件對型芯型腔的附著力大小以及所在模腔的部位，有針對性地選擇如何脫模和脫模位置，并保證頂出時脫模頂出力和阻力中心重疊。型芯由于塑件冷卻收縮時對其包緊力較大，因此頂出力應(yīng)當盡量可能地靠近型芯，頂出力應(yīng)當在塑件剛度、強度最大的地方，作用面盡可能大；

（3）考慮影響脫模力因素，當材料的收縮率大、塑件壁厚大、模具的型芯結(jié)構(gòu)繁雜、脫模角度較小且模腔粗糙度大時，脫模阻力就會增大，反之則減小。

該塑件底部為圓形，綜合各個因素，選擇推桿作為推出機構(gòu)，如圖3-5所示。為了防止推板固定板刮傷型芯，(詳詢：946538029)，同時將型芯和推桿的協(xié)同做成錐面，單邊斜度為10?左右，以防止推桿偏心而產(chǎn)生飛邊。

圖3-5推出示意圖

4成型零件工作尺寸計算

成形零部件工作尺寸是指注塑的成型工作尺寸。例如型芯和型腔的孔間距大小、孔或凸臺到成形表面的距離大小、徑向尺寸、厚度尺寸、協(xié)同尺寸、塑件的收縮率。4.1成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

成型零件指的是模具中影響尺寸精度和幾何形狀的零部件，它包括型芯、鑲塊、型

腔等。成型零件在注塑時，直接與熔料接觸，受到熔體的高溫、高壓料流的沖擊，并在脫模時又會與塑件產(chǎn)生磨擦。同時，成型零件的設(shè)計需遵循讓其具有確切的形狀、合理的尺寸精度和比較低的表面粗糙度，并且成型零件還應(yīng)具有良好的耐磨性能及較好的剛度、強度并且設(shè)計的結(jié)構(gòu)正確。

所以成型零件在進行設(shè)計時，應(yīng)考慮塑料的特性和塑件結(jié)構(gòu)及使用要求，首先應(yīng)當確定型腔的整體結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)成型零件的要求例如：(詳詢：946538029)結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對關(guān)鍵的零部件進行強度和剛度進行檢驗。4.1.1型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計

型腔是指成型塑件外表面的成型零件。經(jīng)分析產(chǎn)品特征，其外部結(jié)構(gòu)簡單，考慮各種因素，決定使用整體嵌入式型腔，這樣可以節(jié)省模具鋼，同時嵌入后可以擁有足夠的強度與剛度，使用可靠且易于更換。用4個M6×35L螺釘固定于定模板，如圖4-1所示：

圖4-1型腔

4.1.2型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計

型芯是用于塑料制品內(nèi)表面的成型零件。就齒輪凸輪組合件來說，型腔和鑲件它們在結(jié)構(gòu)上有所不同，因此，其型芯和鑲件結(jié)構(gòu)也應(yīng)不同。齒輪凸輪組合件其內(nèi)部結(jié)構(gòu)比(詳詢：946538029)，可以將模具凸臺做成鑲針已儉約優(yōu)質(zhì)模具鋼材料。型芯用4個M6×45L螺釘固定于動模板，鑲件利用掛臺定位在型芯上，靠動模板固定如圖4-2所示：

8.1.1冷卻系統(tǒng)設(shè)計原則

在設(shè)計時綜合考慮以下選用原則：

（1）冷卻系統(tǒng)中應(yīng)多設(shè)計冷卻水道且水道的截面面積應(yīng)盡可能加大；（2）冷卻水道與模腔的表面距離應(yīng)保持一致；(詳詢：946538029)

（5）冷卻水道的設(shè)計思路應(yīng)循著塑料磨具的收縮方向進行。

除此之外，冷卻水道要利于改造和修理，本設(shè)計要求水道徑在6mm左右（不小于6mm）；同時預(yù)防冷卻水泄漏是設(shè)計冷卻水道時必需考慮的一點，簡單泄露的部位都需要適時進行檢查和添加密封圈等。8.1.2模具冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

對于不同幾何形狀和尺寸的塑件，冷卻水道的形狀位置也有區(qū)別（1）淺扁腔塑件—模板與型腔表面等距離鉆孔；(詳詢：946538029)

（5）修長塑件—采用噴射式水道或間接冷卻。

冷卻水道的形式有：管道式、溝道式和導熱管式冷卻。溝道式冷卻是本設(shè)計選用的類型。

冷卻水道有并、串聯(lián)兩種形式本設(shè)計選用的是沿型腔邊緣設(shè)置了大量并聯(lián)的循環(huán)水路的方式。

由于制品平均厚度為2.7mm，制品尺寸不算大，確定水孔直徑為6mm。注塑成型模具的冷卻主要設(shè)置在滑塊兩側(cè)，如圖8-1所示。

圖8-1冷卻水通道示意圖

8.2排氣系統(tǒng)設(shè)計8.2.1排氣不良的危害性

從一定程度上來對注塑模進行分析，我們不難看出注塑模也是采用了置換的原理，大約意思也就是當材料的熔體到達模腔里時把在模腔里的空氣置換出來。事實上模具內(nèi)的空氣并不限定在模腔的范圍內(nèi)，特別是三板式注塑模不能疏忽模具中留存在滾動通路中的空氣。除了所說的狀況外，塑料溶解的物質(zhì)會產(chǎn)生少量分解氣體，這些氣體一定得及時排出。

假使模腔內(nèi)有大量氣體，則會存在以下危害性：（1）塑件上簡單造成局部燒焦和碳化；(詳詢：946538029)

（4）減慢充模速率，延長成型周期。8.2.2排氣方法

本模具屬于中小型模具且塑件是薄壁件，排氣方式可采用模具的自身結(jié)構(gòu)的特點來實現(xiàn)。

（1）充分運用分型面之間的縫隙進行排氣；（2）充分運用頂桿空隙排氣；

（3）用型芯型腔與模板的匹配空隙排氣；（4）(詳詢：946538029)8.2.3排氣槽結(jié)構(gòu)

本設(shè)計模具暫先不開排氣槽，在試模后根據(jù)具體狀況來擇選開槽方法。一般將排氣槽設(shè)計在前模分型面熔融物滾動的末梢，寬度b=(5~8)mm，長度L為8.0mm~10.0mm左右。

9繪制圖紙并編寫技術(shù)文件

9.1繪制各非標準零件圖紙

裝配圖是模具裝配的主要根據(jù),其要求為：

盡量按1:1的比例繪制，且符合機械制圖的相關(guān)標準要求。繪制時從模腔開始繪制，三視圖與相應(yīng)剖視圖同時畫出。為了更好地表達模具中成型塑件以及澆口等所在的位置，在模具裝配圖的俯視圖上，將定模板隱蔽，而只畫出動模板部分的俯視圖。

模具裝配圖應(yīng)包括模具的全部組成零部件，且零件所在位置正確，形狀明了。將全部零件的序號按順序編出，并填寫零件明細表，標注技術(shù)要求，標注模具的必要尺寸。步驟：

（1）首先繪出中心線及模具的主視圖和左視圖外形輪廓線。確定動模與定模的分型面，確保塑件在動模這邊。然后由上到下繪出各非標準件在模具中的大約位置及形狀。

（2）利用剖視效果表達出各零部件具體的形狀位置，并在主視圖上表達出各零件之間的裝配關(guān)系。

（3）畫出各零件相應(yīng)的引線，并按一定的順序標出相應(yīng)零件序號。

（4）填寫標題欄、明細表，包括零件序號、名稱、數(shù)量、材料、件數(shù)及標準件規(guī)格等。

（5）注明技術(shù)要求，即加工要求及裝配試模要求。

圖9-1模具總裝配圖

圖9-2定模側(cè)

圖9-3動模側(cè)

圖9-4三維裝配圖

9.2編寫加工工藝和裝配技術(shù)

工藝裝配精度是影響注塑成型質(zhì)量的重要因素之一，為了保證塑件精度，注塑模具裝配時應(yīng)做到以下要