摆动齿轮注塑模具设计.docx
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摆动齿轮注塑模具设计
前言
我第一次走进模具设计的课堂，完成了自己的设计，理论与实践找到了一个结合点。
一个月时间匆匆而过，我将告别大学的生活，它成了我大学生活中美好的回忆。
自己动了脑动了手才意识到什么缺乏什么需要什么，知识在不断更新，社会在不断前进，制造业中的模具设计与制造走在社会的前沿。
现作为大学即将毕业很快就要投身社会的我来说，应熟练自己的专业软件,撑握模具制造与设计的理论知识，更重要的是理论与实践相结合。
本说明书主要介绍了我这一模具题目的设计思想过程，从画零件图到 PRO/E 分模到选用注塑机，到校核计算，到模具制造工艺等，从各方面叙述本人所设计的模具制品的整个思想过程。
特别是此次设计我基本上都是用 PRO/E 完成的，利用此软件画产品图、模板、导柱、导套、分模、出工程图、模流分析等。
通过这次的毕业设计，我们能够将三年所学的知识进行归纳总结，我觉得自己的模具专业知识与 PROE 水平有了更大的提高。
目录
一、塑件原材料与结构工艺性分析5
1.1塑件结构工艺性分析5
1.2原材料的成型工艺性6
二、注射机的选用8
2.1注射机的选用8
2.2注射机的校核10
2.2.1最大注射量的校核10
2.2.2锁模力的校核11
2.2.3安装部分的校核11
三、注塑模的结构设计13
3.1注塑模的结构分析13
3.2分型面的选择13
3.3型腔排布13
3.4浇注系统的设计14
3.4.1流道的设计14
3.4.2分流道设计15
3.4.3冷料穴设计16
3.4.4浇口的设计16
四、成型部件的设计与计算17
4.1凹模的结构设计17
4.2凸模的结构设计17
4.3成型尺寸的计算17
4.4模仁的确定19
4.5模具立体图与爆炸图20
五、排气系统的设计20
六、导向与定位机构的设计21
七、脱模机构的设计22
7.1顶管脱模机构设计22
7.2脱模力的计算23
八、设计总结29
九、参考文献30
中文摘要
文中对塑料齿轮的技术要求和工艺结构进行了分析，确定了工艺方案及模具形式，通过对塑料齿轮的相关数据分析和计算，并根据分析结果选注塑机和注塑工艺，从而确定塑料齿轮注塑设计思路、方案以及拟定模具结构形式，详细的叙述了型腔数目的确定、分型面位置的确定、浇注系统的设计，抽芯机构的设计、推出机构的设计、推出机构的设计、排气系统的设计以及模具成型零件凸模、凹模、型芯和定模座板、动模座板、推杆、固定板、支撑板以及斜导柱滑块等的设计，重要零件的工艺参数与计算，运用PRO/E、AutoCAD软件进行注塑模结构设计与计算并绘制出模具总装图以及部分非标准图形。
从而得出完整的理论设计结果。
关键词：
塑料摆动齿轮；注塑模具；结构设计
一、塑件原材料与结构工艺性分析
1.1塑件结构工艺性分析
结构特点：
该塑件大体，壳体外部有光洁度要求，不能留痕迹，所以浇口不能设在外部，固使用潜伏式二次浇口。
产品的精度要求不高，从成本上考虑，可以采用一模两腔，单分型面的模架（大水口模架）。
材料采用POM（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物），无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。
1.2原材料的成型工艺性
聚甲醛（POM）的性能分析
塑料的种类繁多，性能有差异,在从事塑料应用技术工作时，首先应对所选用的塑料（聚甲醛）组成，类型以及有关性能有所了解，即掌握必要的塑料应用基础知识。
塑料是以合成树脂为基础，再加入增塑剂，填充剂，染料，润滑剂，稳定剂等材料组成。
在一定温度和压力条件下，通过成型加工，可以将塑料制成具有某种形状，在常温下保持形态不变的塑料制品。
常用热固性塑料有酚醛塑料，氨基塑料，环氧树脂，DAP塑料等等。
常用热塑性塑料有聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚体（ABS）、聚甲醛（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚砜（PSF）等等。
1、聚甲醛（POM）的工艺性能
热塑性塑料在恒温压力下，根据受热温度的差别，存在三种状态，即玻璃态、高弹态和粘流态。
处于粘流态的塑料，可采用注射成型和挤出成型等加工方法来制作塑料制品，而聚甲醛就是在粘流态情况下成型成制品。
聚甲醛流动性中等，主要由其温度压力，模具结构来决定其流动性。
聚甲醛不是透明的结晶塑料。
且不属于吸湿性塑料，因此，在成型前可不用预热处理，因为聚甲醛是热敏性塑料。
因此，模具设计选择注射及成形时都应注意，应选用螺杆式注射机，浇注系统截面应大，模具和料筒应镀铬，不得有死角滞料，必须严格控制成型温度，模温，加热时间，螺杆转速及背压等。
2、聚甲醛（ＰＯＭ）的成型特性
a．结晶性塑料熔融范围很窄，熔融或凝固速度快，结晶化速度快，料温稍低于熔融温度即发生结晶化，流动性下降。
b．热敏性强极易分解（但比聚氯乙烯稍弱，共聚比均聚稍弱）分解温度为240℃,但200℃中滞溜30分钟以上即发生有刺激性分解时产生有刺激性，腐蚀性气体。
c．流动性中等，溢边值为0.04毫米左右，流动性对温度不敏感，但对注射压力变化敏感。
d．结晶度高，结晶化时体积变化大，成型收缩范围大，收缩率大。
e．吸湿性低，水分对成型影响极小，一般可不干燥处理，但为了防止树脂表面附粘水分，不利成型，加工前可进行干燥并起预热作用，特别对大面积薄壁塑料件，改善塑件表面光泽有较好效果，干燥条件一般用烘箱加热，温度为90～100℃,时间4小时,料层厚度30毫米。
f．摩擦系数低，弹性高，浅侧凹槽可强迫脱模，塑件表面可带有皱纹花样，但易产生表面缺陷，如毛斑、折皱、熔接痕、缩孔、凹痕等弊病。
g．宜用螺杆式注射机成形，余料不宜过多和滞留太长，一般塑件质量（包括主流道、分流道）不应超过注射机注射量的75%，或取注射容与料筒容量之比为1：
6～1：
10，料筒喷嘴等务必防止有死角，间隙而滞料，预塑时螺杆转速宜取低，并宜用单头，全螺纹，等距，压缩突变型螺杆。
h．喷嘴孔径应取大，并采用直通式喷嘴，为防止流涎现象喷嘴孔可呈喇叭状，并设置的加热装置，以适当地控制喷嘴温度。
i．模具浇注系统对料流阻力要小，进料口宜取厚，要尽量避免死角积料，模具浇注系统对料流阻力要小，进料口宜取厚，要尽量避免死角积料，模具应加热，模温高应防止滑动配合部件卡住，模具应用耐磨，耐腐蚀材料，并淬硬，镀铬，要注意排气。
j．必须严格控制成形条件，嵌件应预热（一般100～150℃），余料一般储存5～10个塑件重量的物料即可，料温取稍高于熔点（一般170～190℃）即可，不宜轻易提高温度，模温对塑件质量影响较大，提高模温可改善表面凹痕，有助于融了料流动，塑件内外均匀冷却，防止缺料，缩孔，皱折，模温对结晶度及收缩也有很大影响，必须正确控制，一般取75～120℃，小于4毫米的取75～90℃，宜用高压，高速注射，塑件可在较高温度时脱模，冷却时间可短，但为防止收缩变形，应力不均，脱模后应将塑件放在90℃左右的热水中缓冷或用整形夹具冷却。
k．在料温偏高，喷嘴温度偏低，高压对空注射易发生爆炸性伤人事故，分解时有刺激性气体，料性易燃应远离明火。
3、聚甲醛（ＰＯＭ）的成型条件
查《塑料模设计手册》得：
表1-1
注射成型机类型
螺杆式
比重（g／cm）
1.41～1.43
计算收缩率（%）
1.2～3.0
注射压力（kg/cm）
800～1000
喷嘴温度（℃）
170～180
螺杆转速（r/min）
28
模具温度（℃）
90～120
适用注射机类型
螺杆式
预热
温度
（℃）
时间
（小时）
80～100
3～5
料筒温度（℃）
后断
中断
前断
160～170
170～180
180～190
成型
时间
（秒）
注射时间
高压时间
冷却时间
总周期
20～90
0～5
20～60
50～160
（小）
后
处
理
方法
温度（℃）
时间
（小时）
红外线灯
鼓风烘箱
140～145
4
注：
塑料模具应加热为宜。
4、聚甲醛
聚甲醛也是一种重要的工程塑料，它的抗疲劳强度较高，尺寸稳定，吸湿性远比尼龙小。
制品可在-40～100℃范围内长期使用，并能保持较高的硬度，耐磨性，刚度和强度。
和其它塑料对比，聚甲醛还能耐反复扭曲，而且有突出的回弹能力，故还可用作塑料弹簧制品。
缺点是热稳定性较差，成型过程中易因温度控制不当而分解。
此外，收缩率较大，约为1.0～2.5%，长期于大气中暴晒会加速聚甲醛老化。
在工业中，除了选用聚甲醛作为某些有色金属的代用品之外，还广泛应用于汽车、机床、化工、机械、电器、农业机械等行业制造零部件。
二、注射机的选用
2.1注射机的选用
查《塑料成型加工与模具》教材附录6，初选取型号为XS-ZY-125的注塑机，参数如表3-2所示。
表3-2
螺杆直径
30
最大理论注射量
104g
注射压力
119Mpa
锁模力
900KN
最大注射面积
320㎝²
最大模具厚度
300
模板最大距离
600
最小模具厚度
200
模板行程
300
喷嘴孔径
4
喷嘴圆弧半径
12
喷嘴移动距离
210
拉杆内间距
260×290
锁模形式
双曲肘
2.2注射机的校核
2.2.1最大注射量的校核
由于以容量计算时
≤0.8
（1）式中：
—注射机最大注射容量cm3；
—成型塑件与浇注系统体积总和cm3；
0.8—最大注射容量的利用系数。
∴
≥
/0.8=4/0.8=5cm3
以质量计算时
≤0.8
（2）式中:
—注射机最大注射质量g；
—成型塑件与浇注系统质量总和g；
0.8—最大注射容量的利用系数。
∴
≥
/0.8=4.2/0.8=5.25g
注塑机符合要求。
2.2.2锁模力的校核
锁模力：
锁模力不小于总注射压强的 1.5 倍,即
F=1.5P.Ax0.1
式中：
F—注射机的所需锁模力（KN）
P—塑料熔体对型腔的成型压力MP,其大小是一般的注射压力的80%。
A—型腔（包括浇注系统）的投影面积（cm 2 ）
2.2.3安装部分的校核
1.模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适
模具的长×宽为330mm×350mm
2.模具闭合高度校核
模具实际高度H模=265mm；
3.开模行程校核
注塑机的开模行程应满足下式：
S机-（H模-H最小）>H1＋H2＋（5～10）mm
即S机-（H模-H最小）>H1＋H2＋（5～10）＝42+10=52mm
式中：
H1——推出距离，单位mm；
H2——包括浇注系统在内的塑件高度，单位mm；
S机——注塑机最大开模行程。
注塑机符合要求。
三、注塑模的结构设计
3.1注塑模的结构分析
注塑机根据注射成型工艺要求是一个机电一体化很强的机种，主要由注射、件、机身、液压系统、加热系统、控制系统、加料装置等组成。
如图2所示。
3.2分型面的选择
分型面设计应遵循以下原则：
1.分型面的方向尽量采用与注塑机开模方向垂直的方向；
2.分型面一般开设在产品的最大截面处；
3.尽量使塑件留在动模一侧；
4.有利于保证塑件的尺寸精度和外观质量等；
5.有利于成型零件的加工与制造。
3.3型腔排布
分析零件特点后，发现零件的外表面有比较高的精度要求，且经过模流分析，模具浇注是使用侧浇口，所以决定分型面沿零件的外表面，但是，在分析零件特征时发现，零件还有两处有倒扣，所以必须设置分型机构，所以要设置多个分型面。
主分型面如图所示。
3.4浇注系统的设计
浇注系统设计时应从多方面考虑，结合塑料，浇注系统需按一模一腔分布设计，POM的成型特性而知，进料口应取厚尽量避免死角积料。
在保证工作顺利的条件下，容积应取最小，以充分利用材料，减小材料损耗。
3.4.1流道的设计
主浇道是与注射机喷嘴直接连接部分，它是最先进入模具的通道，它与喷嘴在同一轴心线上，故熔料在主流道内并不改变流动方向。
主流道的形状大多为圆锥形，也呈圆形或扁形。
为了便于拉出流道中的冷料，通常将主流道设计成圆锥形，锥角为2～7℃，内壁粗糙值等于或小于0.8mm。
圆锥孔小头直径为4～8mm，但必须比注射机喷嘴大0.5～1mm。
主流道的长度由定模板厚度确定。
另外，由于其与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。
确定主浇道各部分尺寸：
①确定喷嘴处孔径ｄ,由XS-ZY-125型注射机查得：
嘴喷孔径为4mm,从聚甲醛成形特性看嘴喷处孔径应取大些,并采用直通式喷嘴。
d=喷嘴孔径＋1mm
d=5mm
②确定浇口处喷嘴球半径,由XS-ZY-125型注射机查得：
球半径R为12mm,
R=喷嘴球半径＋（2～3）mm可取3mm。
R=12＋3=15mm
③其他尺寸,
α=2°～5°,可取α=3°。
r=1～3mm,可取r=2mm。
H=（1/3-2/5）R=5～10mm,可取H=R/3=5mm。
④确定主浇道直径，可由经验公式得：
D=
D——主浇道大头直径
V——流经主浇道熔体体积
K——常数（POM可取2.1）
代入得：
D=
≈6mm
即只需大于6mm即可。
D=d+tgα/2·L
=5+2.62=7.62mm≥6mm。
因此符合要求。
3.4.2分流道设计
分流道的截面形状有圆形、半圆形、梯形、U 形、正方形、正六边形等。
从增大传热面积考虑，截面最好采用正方形；从减少散热面积考虑，截面最好采用圆形；从压力损失上考虑，截面亦最好采用圆形。
实验证明，对多数塑料来说，分流道在5～6mm以下时，对流动性影响较大，但直径在8mm以上时，对流动性的影响不大。
常用塑料的分流道直径可参考表
塑料品种
分流道直径/mm
POM、AS
4.8～9.5
聚甲醛
3.2～9.5
丙烯酸酯
8.0～9.5
聚氯乙烯
3.2～9.5
3.4.3冷料穴设计
新一次注射循环开始时，喷嘴端部塑料熔体温度低于工艺要求，这一部分流动性能及成型性能及成型性能不佳的塑料，如果进入分流道和型腔，便会产生次品。
为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接受冷料，这一用来容纳注塑间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。
冷料穴除了具有容纳冷料的作用以外，同时还具有在开模时将流道的冷凝料拉出而附在动模一边的功能。
因此，形成冷料穴底部的推杆，除了推出冷凝料作用外，兼有从主流道衬套中拉出主流道凝料作用的称为拉料杆。
冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的1-1.5倍，其体积要大于冷料的体积。
有时因分流道较长，塑料熔体充模的温降较大时，也要求再起延伸端开设较小的冷料穴，以防止分流道末端的冷料进入型腔。
一些工艺控制或性能较好、很少产生冷料的塑料和一些要求不高的塑件，可不必设置冷料穴。
3.4.4浇口的设计
浇口的位置尺寸、形状、直接关系塑件的内在质量与外在质量。
如果采用不当，容易招致填充不良、气泡、融合痕、翘变形、密度不均匀的弊病。
聚甲醛塑料其结晶速度快，流速增高，并且摩擦使料温也增高，有利于其填充型腔。
且还可以缩短成型周期，残余应力小，可防止塑件破裂，翘曲，变形易进行浇口痕迹的后加工。
选择浇口对塑件的质量有直接关系，主要从塑件形状和要求来确定。
由于塑件是一工程塑件，长筒形，外形有齿轮，内孔要与轴相互配。
因此，不可能在内壁外侧开浇口，因此选择圆薄片状浇口较适合。
因此其流程短，排气条件好，不易产生熔接痕，且对筒形中间通孔塑件更适合，只能适用于型腔，但浇口去除困难。
其进料口厚度一般取0.2～1.2毫米。
四、成型部件的设计与计算
4.1凹模的结构设计
成型零件在工作时是直接与塑料接触的,对塑件的质量有直接关系。
因此选择结构时,即要保证成型塑件,又要便于加工制造。
由于塑件较复杂,有齿轮与侧孔,因此用整体式,肯定不行,而采用组合式比较适当,但组合拼块也有其缺点,制造较麻烦,且塑件宜产生拼痕迹。
不过,也有其好,可解决复杂型面的加工困难。
通常为保证侧壁之间连接准确性,常在连接处外侧保留0.3～0.4mm间隙,可使内侧连接紧密。
因此本模具型腔选择组合较合适。
4.2凸模的结构设计
通常凸模的机械加工比凹模方便,而工作中受力比较集中,所以多数凸模是整体结构。
4.3成型尺寸的计算
计算部分
4.4模仁的确定
计算部分
4.5模具立体图与爆炸图
模具立体图如图1所示，模具爆炸图如图2所示。
模具立体图如图1
模具爆炸图如图2
五、排气系统的设计
利用型芯、顶杆、镶拼件等的间隙排气，不需要另外设计排气系统。
六、导向与定位机构的设计
注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。
按作用分为模外定位和模内定位。
模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。
锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。
保证模具开合运动时动、定模相对的精确位置,保护型芯在合模时与型腔不发生碰撞。
具体要求为：
配合精确，保证模具开合动作轻便、寿命长。
推板和固定板之间的导向装置是保证推件机构推出、复位的准确导向，具体要求为能承受规定的重量，导向平稳、准确。
本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位结构。
七、脱模机构的设计
模具中的脱模机构，根据成型设备，塑件形状的不同而有多种形式，但都要求机构的工作可靠，动作灵活，结构简单。
塑件有侧抽芯机构，还有斜齿轮脱模机构。
7.1顶管脱模机构设计
1、运动形式
4°24'螺旋升角的塑件，虽然其螺旋升角不大，但若采用强制脱模，因其模数小，齿数多，则易出现制件破坏，显然不行。
因此常采用在推顶的，制件应沿着齿廓升角被强制旋出型腔。
也就是说，推管在推动的同时也相应的应与塑件一起旋出型腔，从而实现脱模。
为了使其导向严格地与塑件螺旋齿廓相吻合，顶管通过一个与注塑齿轮升角相同的导向槽与动型芯固定的销相配合，当销被轨迹槽控制驱动时，就能精确的依照齿轮螺旋升角传动。
2、结构形式
其脱模结构是推块为主。
由于塑件带有斜齿轮，因此在推顶同时要有旋转，所以设旋转机构。
如图所示，其顶推由推块实现，而其型芯则转动来实现。
而型芯的转动是由顶杆的推动固定在推块上的两配合轴承转动带动齿轮的自转来实现，轴承与推块为过盈配合。
中间顶杆杆除了用来推动轴承，还用来正确的确定型芯位置，同时在塑件脱模时，有排气作用，从而不影响脱模。
3、顶杆的设计
顶杆在机构中的作用主要有三点,一是顶出型芯上部的冷料井；二是防止型芯偏斜,起定位型芯的作用,保证精度；三是起到排气作用。
参考标准ISO6751-1986,可查得：
L=95mmH=4mmD1=5mm
D2=12mmD3=6mm
7.2脱模力的计算
当脱模开始时，阻力最大，推杆刚度及强度应按此时受力计算。
即无需脱模斜度（α=0）。
抽拔力由两部分组成,即Q=Q1+Q2
Q1—成型斜齿轮上部内孔的抽拔力
Q2—成型花键形的内孔的抽拔力
Q1=C1h1p1u
C1=лd=18л
h1=21p1=12Mpau1=0.2
Q1=18л×21×12×0.2=2850N
可知
β=45°/2=22.5°
γ/2=arctg1.2/12=aectg0.1
γ/2=5.71°
α=β-γ/2=22.5°-5.71°=16.79°
Q2=c2h2p2u2
c2=2π×1.2×8+（16.79°/180°）×π×2×8×12
=π（19.2+17.9）
=116.58mm
h2=21p1=12Mpau2=0.2
Q2=116.58×21×12×0.2
=5875.632N
Q总=Q1+Q2
=2850+5875.632=8725.632N
由于这个力是由注射机顶杆来承担的,而所选注射机的法定推力F=2.5kg。
即：
F′=2.5×1000×9.8=24500N
F′>Q总故合格
八、设计总结
通过本次注塑模设计，我对塑料模的设计思路、方案分析，拟定等各个环节有了较为清晰、深入的了解，拿到一个塑料制件，首先要对制件进行工艺分析，在满足制件使用要求的前提下，为提高制件质量、精度还可以对制件的某件的某些部位进行改进，注射模的设计步骤主要还包括：
模具型腔个数的确定、分型面的选择、型腔配置、浇道、浇口系统的确定、侧凹处理的方式、拉料杆型式的确定流道凝料脱落形式的确定、温度控制方式的确定、型腔、型芯固定方式的确定、型芯抽拔方式的确定、校核、绘制主要需件工作简图等，在设计时要对各个方案进行权衡量，采用用标准件以缩短设计周期，降低设计成本，在塑料模选材的方面，认识到塑料模所用材料与冷冲模等其它模具所用的材料有所不同，其选标主要按用途而定如在这副模具中，模具用于成大量生产，所以应具有足够的耐磨性，并应具有良好的定模板，动模板等也选用45钢经过热处理。
在设计的过程中，曾碰到了许多不够成熟和理解的技术方面，制造方面，但经过指导老师的悉心教导和各参考书的参阅均得到了较为圆满的答案。
由于本次毕业设计是在未曾真正接触运用，操纵过模具的情况下仅凭书本认识和指导下完成，难免有些地方存在不足之处，还有待遇今后在工作岗位上不断的揣磨，积累经验提高设计的本领。
九、参考文献
[1]王华山：
塑料注塑技术与实例，化学工业出版社，2005年10月，第1-20页
[2]黄虹：
塑料成型加工与模具，化学工业出版社，2002年，第1-35页、45-54页
[3]朱光力、万金保等：
塑料模具设计，清华大学出版社，2003年，第5-30页
[4]曹文鑫：
PC/ABS合金的开发和应用现状，化工新型材料，2001年8月，第6-7页
[5]刘昌祺：
塑料模具设计，机械工业出版社，1998年10月，第59-65页
[6]文人：
塑料模具设计步骤[EB/OL]
[7]张芳：
模具CAD／CAM技术的应用，呼和浩持科技，2002年4月，第82-89页
[8]Moldflow'sDesignGroup：
ModernPlasticsMagazine，BriarcliffManor，2000年，5卷，9期
[9]胡平、张向奎：
基于扫描面的汽车覆盖件工艺补充设计，机械工程学报，2006年，42卷，1期
[10]RaoulWalawalker：
Rollmakertakesonanewshape，Metalbulletinmonthly，1999年，40卷，1期
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