塑料齿轮模具设计及其型腔仿真加工.doc

1、 目 录1 前言12 模具总体设计32.1 制品的分析32.2模具总体方案设计42.3注射机的选择52.4型腔数的确定52.5型腔的布局62.6分型面的确定72.7浇注系统设计72.7.1浇口的形式72.7.2流道、主流道衬套及定位环的设计82.7.3冷料井的设计92.8冷却系统的设计102.9模架的选择112.10导柱、导套的选择122.10.1导柱的选择122.10.2导套的选择122.11顶杆设计132.12复位杆142.13锁模力的校核142.14开模行程的校核152.15总装配图及三维造型图152.15.1总装配图152.15.2模具的三维造型图173工艺分析及仿真加工183.1模具

2、的注塑工艺分析183.2模具成型件制造工艺与加工工序193.2.1模具成型件制造工艺193.2.2模具成型件的加工工艺203.3数控仿真204结论25参考文献26致谢27附录281 前言在工业产品中，一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属结构件，加上利用工程塑料特有的性质，可以一次成型非常复杂的形状，并且还能设计成卡装结构，所带来的效果是明显的，因此，近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。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经很广泛的采用。它在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决

3、定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。注塑模具与其它机械行业想比，有以下三个特点：第一，模具不能像其它机械那样可作为基本定型的商品随时都可以在机电市场上买到。模具制造不可能形成批量生产，即模具是单件生产的，其寿命越长，重复加工的可能性越小。因此，模具的制造成本较高。第二，因为注塑模具是为产品中的塑料制品而订制的，作为产品，除质量、价格等因素之外，很重要的一点就是需要尽快地投放市场，所以对于为塑料制品而特殊定订制的模具来说，其制造周期一定要短。第三，模具制造是一项技术性很强的工作，其加工过程集中了机械制造中先进技术的部分精华与钳工技术的手工技巧，因此要求模具工人具有较高的文化技术水平，特别是对企

4、业来说要求培养“全能工人”，使其适应多工种的要求，这种技术工人对模具单件生产方式组织均衡生产是非常重要的。综上所述，模具制造 存在成本高，要求制造周期短，技术性强等特点，目前，随着科学技术的不断发展和计算机的应用，这些问题得到了很大的改善。注塑模具的特点：a)塑料的加热、塑化是在高温料筒内进行，而不是在模具内进行，因而模具不设加料腔，而设浇注系统，熔体通过浇注系统充满型腔。浇注系统对注塑模来说至关重要。b)塑料熔体进入型腔之前，模具已经闭合。在注塑过程中需根据塑料特性，在模具中设加热或冷却系统。c)注塑模生产适应性强，既可注塑小型制品，也可注塑大型制品；既可注塑简单制品，也可注塑复杂制品，生产

5、率高，容易实现自动化。d)注塑模一般是机动的，结构一般较复杂，因而制造周期较长，成本较高。注塑模具的应用在当今的时代会越来越广的，它的特点使得它的用处越来越宽，涉及的范围也大了。模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，我国目前仍以手工研磨抛光为主(约占整个模具周期的l/3)，不仅效率低，且工人劳动强度大，质量不稳定，制约了我国模具加工向更高层次发展。因此，研究抛光自动化、智能化是重要的发展趋势。日本已研制了数控研磨机，可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。国外在模具生产中，计算机辅助设计与辅助制造(CAD/CAM)技术

6、已得到十分成功的应用。三维造型和型腔的数控加工都是由计算机辅助软件完成的，它大幅度的缩短了模具的生产周期，提高工作效率。德、美、日、法、意等工业发达国家在模具设计制造领域仍处于国际领先水平，他们的一些先进的模具方面的技术被许多发展中国家，甚至是其它发达国家学习采用。亚洲以日本和韩国模具技术水平最高，其它国家与之还有较大的差距，不过他们也正在以惊人的速度发展着，国家之间的交流会使之发展更快。本课题是关于塑料齿轮的注塑模具设计。要求运用所学知识,能很好的对注塑模具进行设计.达到熟练的掌握注塑模具的设计知识,并能对注塑模具设计有更高层次的认识的目的。该课题的设计要求通过基于现代CAD技术的注塑模设计

7、,在设计过程中掌握模具设计的一般规律,对于运用现代CAD技术进行模具设计进行研究和应用,完成塑料齿轮注塑模具设计. 所设计塑料齿轮模具要能满足模具工作状态的质量要求,使用时安全可靠,便于维修,在注塑成型时要有较短的成型周期,成型后有较长的使用寿命,具有合理的模具制造工艺性.选择注塑模型腔进行加工分析,用数控加工进行编程加工。本课题要解决的主要问题是塑料齿轮注塑模具工艺方案的拟定和塑料齿轮注塑模具的设计。注塑模具设计总体思路如图1-1所示设计前的准备确定成形工艺选择成形设备拟定总体结构草图设计计算、绘制总图及零件图1.准备设计所需的技术资料2.了解塑件的结构特点1.了解塑料的成形性能，计算塑件的

8、重量和体积2.选择成形设备、了解设备的性能、规格、特点1.确定模具结构形式2.确定模具的主要结构3.绘制模具结构草图1.成形零件的设计及尺寸计算2.结构件的设计及尺寸确定3.结构件的强度、模具安装尺寸的校核4.绘制总图及零件图 图1-1模具设计思路图本课题要达到的预期效果：a.外观及尺寸均符合要求，未出现溢边、缩坑等缺陷；b.结构合理；c.镶拼简单，加工简便；d.顶出动作平稳、可靠。2 模具总体设计2.1 制品的分析塑件为双联塑料齿轮，材料为ABS，用游标卡尺对零件进行测绘。我们最终所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔，而我们所取的塑件是模具生产出来的千千万万个塑件中的一个，由于制造的原因，

9、塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。如对塑件较大尺寸误差的修正，对相同形状处所测不同尺寸的取均值进行圆整，然后绘出零件的草图。由于条件限制所以采用多次取断面进行测量的办法。量具：游标卡尺（0300、0.02）, 垂直卡尺，曲线测量仪等注意做到以下几点：1测绘过程中必须把被测物体放在工作平面上；2采用多次测量求平均值；3正确地读取数据。根据上述的方法绘制的制品的零件图如下： 2-1 制品图图2-2 制品的三维造型该制品是ABS（苯烯腈-丁二烯-苯乙烯）塑料，重量约30g 。据参考文献3P20可知，ABS的密度10301070 ，收缩率0.30.8%，

10、模具温度5080注射压力60100Mpa，最大不溢料间隙0.04mm，塑件的尺寸精度为56级，则模具型腔的尺寸精度应为IT10IT11级。2.2模具总体方案设计设计模具时，首先确定合适的注塑机，并了解它的技术规范要求：注塑机的最大注塑量、最大注塑压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程、模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸、注塑机喷嘴孔直径和喷嘴球头半径值。再根据现有注塑机的规格、所要求的塑件的质量、塑件成本及交货期等，确定型腔数目。浇注系统分为主流道、分流道、浇口、冷料穴等。由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要加个浇口套。分浇道的形状尺寸主要取决于塑件的体积、

11、壁厚、形状以及所加工塑料的种类、注射速率、分浇道长度等。主流道与分流道采用圆角过渡，这样可以减小料流转向过渡时的阻力。分流道的布置要均匀处理，确保熔融塑料由主流道到各分流道的距离相等。分流道表面不必很光，可以使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。分流道与浇口采用圆弧过渡，有利于熔料的流动及填充。浇口是连接分流道和型腔的桥梁，它具有两个功能：第一，对塑料熔体流入型腔其控制作用；第二，当注塑压力撤销后，浇口固化，封锁型腔，使型腔中尚未冷却固化的塑件不会倒流。根据制品的特点初采用多点进料点浇口浇注系统。型腔分型面和形状的确定：注塑模有一个分型面和多个分型面的模具，分型面的位置有垂直于开模方向、平行于

12、开模方向以及倾斜于开模方向几种，分型面的形状有平面和曲面等。根据制品的形状采用双分型面分型。 排气系统的设计：本模具采用间隙排气，利用分型面的配合间隙自然排气。推出机构的设计：推动的动力来源有手动推出、机动推出和液压与气动推出机构。本设计可采用机动推出，合模时复位杆首先与定模边的分型面接触，而将推板和所有的推杆一道推回原位。本模具设计采用塑件留在动模，要保证塑件不应推出变形或损坏，还要保证塑件的良好外观和结构可靠。2.3注射机的选择注塑模具是与注塑机配套使用，因此设计时注塑机的选择尤为重要。从模具设计的角度出发，应了解的注射机的技术要求有：注射机的类型、最大注射量、最大注射压力、锁模力、最大注

13、射面积、模具的最大和最小闭合厚度、最大开模行程以及模具在注射机上安装时所需的定位孔的大小、螺钉孔的位置等等。根据制品的大小及企业生产状况，选择SZ-100/60注射机，其主要参数如表2-1所示表2-1 注射机参数型号SZ-100/60螺杆直径（mm）35注射容量（cm3或g）100注射压力（N/cm3）150锁模力 （KN）600最大注射面积（cm2）模具厚度（mm）170300模板行程（mm）300喷嘴球半径（mm）10喷嘴孔直径（mm）4喷嘴伸出量（mm）20顶出行程（mm）80外形尺寸（m * m * m）3.9 X 1.3 X 1.82.4型腔数的确定 据参考文献3可知，以机床的注射能

14、力为基础，每次的注射量不超过注射机最大注射量的80%，按参考文献3公式计算模具的型腔数：n=(0.8G-)/ (2-1)式中： 注射机的最大注射量（g）； 单个塑件的重量（g）； 浇注系统的重量（g）。n=(0.8x105-6)/30 n=2.5模具型腔个数选一模二腔。2.5型腔的布局由于型腔的布置与浇注系统布置密切相关,因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。型腔的排布应使每个型腔浇口处有足够压力,以保证塑料熔体同时均匀地充满型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定,这就要求型腔与主浇道之间的距离尽可能最短,同时采用平衡的浇道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。合理的排布可以避免塑件尺寸的

15、差异、应力形成和脱模困难等问题。本设计是一模两腔，为合理的设计浇注系统和容易脱模，型腔的布局图如下： 图2-3 型腔的布局二维图图2-4 型腔的布局三维图2.6分型面的确定分开模具能取出塑件的面，称作为分型面。本模具采用双分型面。双分型面注塑模具是指浇注系统凝料和制品由不同的分型面取出。选择分型面时，应根据几何形状的外观质量、浇注系统的合理布置、便于取件、利于排气等因素综合考虑，为了便于脱模，分型面的位置宜取在塑件外形轮廓最大处。分型面的方向尽量采用与注塑机开模是垂直方向，形状有平面，斜面，曲面。由于本制品是下大上小的特点，根据上述选择分型面的原则，本制品的分型面选择在双联齿轮大齿轮的上端。另

16、一分型面是为了取出浇注系统凝料。2.7浇注系统设计浇注系统的作用就是将熔融状态的塑料均匀、迅速地输入型腔，使型腔内体及时排出；并且将注射压力传递到型腔的各个部位，从而得到组织紧密的制品。浇注系统通常由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。2.7.1浇口的形式 浇口是浇道与型腔之间最短的一段距离，能够增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料。浇口位置的选择对制品的质量显得尤为重要，根据文献3浇口选择的一般要求是：a.塑件能量的损失最小;b.浇口的位置应使进入行腔的塑料能顺利的排出模腔内的空气，进入型腔的塑料不要立即封闭排气系;c.浇口的位置要避免造成收缩变形和塑件的熔接痕;d.拼镶

17、结构的模具，浇口的位置不能使流动的塑料冲击镶件，但也不能离浇口太远，否则塑料流到镶件附近时变冷熔接不好;e.浇口的位置及大小要考虑对型芯的影响。避免塑料直接正面冲击型芯;f.外观要求高的塑件则浇口不允许设置在分型面上，同时要考虑清理简便，不损坏塑件。根据本设计的具体情况，采用多点进料点浇口浇注系统。本模具流道布置采用平衡式分流道，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等形状及截面尺寸都相同。采用这种形式，是为了减小进料口附近的收缩对齿轮精度的影响。进料口均匀在塑件端面，不会在齿形上留痕迹。根据文献 3其具体结构及参数如图2-5、2-6所示： 图2-5 进料口形式（主视图） 图2-6 进料口形式（

18、俯视图）2.7.2流道、主流道衬套及定位环的设计主流道是注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度。a. d=注射机喷嘴孔直径+（0.51）mm=4.5mm ； d=3.5mmb. =24 ； =2c. D浇道的宽度 ； D=8mmd. H一般取34mm ； H=3mme. R=注射机喷嘴球面半径+（12）mm ； R=10+2=12mmf. r按具体情况选择，一般取13mm ； r=2mmg. L应尽量缩短，L值按具体情况确定，不宜过长或过短，要8mm。本设计L长初定33mm。主流道衬套的材料常用T8A制造，热处理后硬度为5055HRC。主流道衬

19、套与定模板采用H7/m6的过渡配合，主流道衬套与定位圈采用的H9/f9间隙配合。由于受型腔或分流道的反压力作用，主流道衬套会产生轴向移动，所以主流道衬套的轴向定位要可靠。本制品是选择中小型模架则浇口套选择整体式，根据上述经验和计算本设计的浇口套形式为： 图2-7 浇口套形式 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。据参考文献3经验公式： D=0.2654 (2-2) 式中：W流经分流到的塑料量（g）L分流道长度（mm）D分流道直径（mm）根据型腔的布置初估L=80mm，根据制品的重量和浇注系统内的塑料量初估W=65g。则分流道直径为4mm. 据文献3ABS材料分流道直径推荐值为4.09.5。故选择D=4mm。9