模具毕业设计基于UG的齿轮注塑模设计Word文件下载.docx
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随着信息化社会的不断展,软件的完善和智能化水平的提高,模具制作中3D设计将发挥不可替代的作用。
相比90年代CAD/CAM技术较高的价格与硬件需求,今后的模具造价随之降低。
并且,近些年来在大小企业中得到进一步的推广。
伴随着网络的发展与技术的积累,将改变传统的生产制造方式,解决无法实际分工协作等诸多问题。
目前UG的主要功能在于产品设计、工业设计布局、模具设计、NC编程加工等方面。
随着UG功能的不断完善,UG完成了与众多数控机床的无缝连接。
使得企业在产品设计、开发、制造的时间、成本大大降低,并缩短了产品研发周期。
一、注塑件的材料选择
(一)材料的选择
从塑件的用途出发,考虑到为减速马达齿轮箱内部齿轮,所以需要有较高的强度和硬度、并且不易磨损,容易成型加工等要求,结合考虑其加工性能、物理和化学性能来选取。
本次注塑材料选择为热塑性塑料。
在市场上的众多材料中,分析和比较后,选择PE6(聚酰胺6或者尼龙6)。
其性能分析如下:
1.一般性能
PE6无毒、无味、冲击强度高、表面不易磨损、成型熔点较低。
2.力学性能
优异的强度和耐久性,优良的刚性和耐热性,适用于齿轮及轴承的制造。
3.热学性能
极高的热稳定性,能在高达270度的波峰焊锡中不挂锡。
4.电学性能
电绝缘性很好,几乎不受温度、湿度和频率的影响。
5.化学性能
不易被化学品腐蚀
(二)PE6材料的介绍
PE6又名尼龙6或者聚酰胺6。
性状表现为半透明或者不透明乳白色结晶形聚合物。
其特点包括:
热塑性、轻质、任性好、耐化学品和耐久性好。
具有良好的耐磨性、自润滑性和耐溶剂性。
由于它易于成型及加工,广泛应用于制造轴承、圆齿轮、凸轮、伞齿轮、泵叶轮等。
。
PE6很容易吸收水分,因此加工前的干燥特别需要注意。
PE6工艺性良好,融化温度在230-280℃。
PE6对模具的温度要求在80-90℃,模具温度有益于结晶度的提高,而结晶度又影响着塑件的机械特性。
对于结构部件来说结晶度很重要,因此建议模具温度80-90℃。
成型温度过高,会破坏其成分,导致材料出现分解。
对于薄壁的,流程较长的塑件建议使用较高的模具温度。
增大模具温度可以提高塑件的强度和刚度。
PE6塑料也许多缺点,如不耐高温、易燃、加工过程中容易吸水、成型时凝固时间相对较短等等。
尽管这样,PE6塑料仍然为一种良好的工程材料。
本广泛应用于汽车内饰部件、发动机周边部件、高压油管等建构性领域。
二、注塑件的工艺分析研究
(一)注塑件外形分析
产品为圆形规则零件,其精度和表面粗糙度要求不是很高,但因为整个体积较大,所以需要注射力较大的注射机。
因为零件整体规则且分型面处较厚,所以受力较均匀且顶出时不易损伤产品。
没有复杂的曲面,易加工。
所以选择浇口位
置在零件表面。
图2-1齿轮三维图
图2-2齿轮二维图
(二)注塑件的体积和质量的计算
PE6材料的平均密度为1.36g/cm³
平均收缩率为1%到1.5%。
首先,画出三维图,点击UG分析功能计算体积。
图2-3为UG中的计算结果:
图2-3
通过计算风扇产品的体积V塑=2075439.6012mm³
,所以质量为M塑=ρV塑=1.05g/cm³
×
2075439.6012/1000cm³
=2189.711g(式子中ρ塑料密度g/cm³
)
浇注系统凝料大体按照塑件体积的0.2-1倍。
如图2-4、图2-5分别为流道侧视和流道俯视,浇注系统凝料为0.5倍塑件体积,所以如下可得:
V浇=V塑×
0.5=2075439.6012/1000cm³
0.5=1037.719cm³
可计算出浇注系统质量为:
M浇=ρV浇=1037.719×
1.05=1089.604g
因为一模一腔,所以V总=V塑+V浇=3113.158cm³
、M总=M塑+M浇=3279.026g。
图2-4流道侧视图2-5流道俯视
三、模架的分析与选用
根据《新编塑料模具设计手册》,对塑件进行分析以及考虑到注塑机规格要求,选用细水口模架,模架各模板以及尺寸如图所示。
模架各板厚度表
综上,模具的总厚度为:
H总=50+35+66+110+120+30=411mm。
四、注塑机的选定与校核
(一)注塑机的选定
以上是海天注塑机参数
目前注塑行业一般选用螺杆卧式注塑机,在设备的考虑上,我们应该主要考虑注射量、顶出行程、锁模力。
根据初步估算出来的注射塑料总质量V总=2075.439cm3,V机=V总/0.8得V机=2075.439/0.8=2594cm3.。
根据以上计算,初步选定注射机注射量为2594cm3。
根据塑件的体积初步选设备为海天HTF3431卧式液压式注塑机。
其主要技术规格见海天注塑机参数。
(二)海天注塑机适配的相交参数
1.模具定位环的尺寸
应随着塑机不同而改变一般情况下,360Ton
以下塑机注塑的模具,定位环尺寸为φ100×
20mm,360Ton
以上塑机注塑的模具,定位环尺寸为φ150×
20mm
2.模具的顶出孔尺寸
常用国产塑机,K、O孔排布如下图。
此图仅试用于海天注塑机
(三)注塑机校核
1.注射压力校核
P公为3000Mpa,P0为60~150Mpa,取P0=1300Mpa,其中P公为注塑机公称注射压力、P0为材料所需注射压力。
K=1.1~1.3,取1.2,其中K为注射压力安全系数。
所以KP0=3300,小于P公,所以合格。
2.最大注塑量校核
制件和浇口凝料总体积需要小于最大注塑量的80%。
通过公式可得:
最大注塑量V+塑件体积V<
浇注系统凝料V*80%
故V机=(2075.439+1037.719)/0.8=3891.4475cm³
,满足要求。
3.模具型腔内膨胀力F胀
P腔为腔内平均计算压力值。
根据塑料种类、结构复杂度、模温等因素选择腔内熔体平均压力为P=40MPa,所以:
F胀=A总P腔=40
13266.5=530.66KN
F为900KN,其中F为注塑机的公称锁模力,安全系数为K2取1.2,所以可以知道K2F胀=630.792,小于F,所以该注射机锁模力合格。
4.锁模力校核A投=πr²
=3.14
65²
=45690.5mm2,其中A投为塑件在分型面上的投影面积。
由于浇注方向与分型面平行,所以A浇=0,其中A浇为流道凝料和浇口投影面积。
塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积A总,所以:
A总=A投+A浇
5.模具安装尺寸的校核
模具厚度须满足以下条件:
其中
为注射机上最小模具厚度
=400mm
为所选的模具厚度
=600mm
为注射机上最大模具厚度
=1500mm
所选该注射机满足模具的安装尺寸要求。
6.开模行程的校核
因为要去取出注塑件,所以最大开模行程必须大于取件距离。
所以可以得到以下方程:
H1+H2+(5~10)<
S
式中:
S为最大行程;
H1为塑件高度;
H2为顶出距离
其中H1为25mm,H2为15mm,所以25+15+10=50<
S,其中S为300mm
所选注射机满足此项要求。
经过多项校核认证该注射机满足要求。
五、齿轮注塑模具部件的设计
(一)型腔数量的确定与分布
注塑机型腔数的确定与现代注塑机的规格、所要求的塑件质量、塑件的几何形状、塑件成本及交货周期等有关。
由于本次制件体积较大,制件最大投影面积达到1875439.6012mm²
,整体体积为2075.439cm³
,重量较重,考虑到模具整体体积不宜过大,所以选用一模一腔。
如图5-1
图5-1
(二)分型面及排气形式的确定
模具上用以选取塑件和凝料的可分离的接触表面成为分型面,是动模和定模的分界面。
注塑模具有一个或者多个分型面,分型面应该尽可能简单,以便于塑件的脱模和磨具的制造,同时分型面的位置位于塑件的断面轮廓最大处,分型面还应考虑型腔排气顺利、确保塑件质量、无损塑件外观等因素。
选择分型面时,应该遵循以下原则:
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.便于脱模,开模时使制件能够留在动模一侧,利于侧面分型和抽芯。
3.分析面一般开设在产品最大界面处。
4.尽可能使塑件留在动模一侧
所以制件分型面应选择在最大投影面处,塑件型腔留在动模处
排气方式的确定:
由于塑件较小,排气量小,因此采用分型面及推杆和推杆孔间的间隙排气。
(三)型芯和型腔的结构设计
成型塑件外表面或者上表面的零件称为凹模或者型腔。
凹模按结构形式可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、组合式等。
依照制件的造型,采用整体式,简化了复杂成型零件的加工,减少了热处理变形。
其中有以下几点好处:
1.便于各个流程的加工,由于整个注塑件整体体积较大,所对应的需要的型芯和型腔也相应增大。
在加工过程中,不便于电火花、加工中心、磨床等加工制造。
所以分割开来便于加工制造。
2.将整体分开后,各部件之间可开排气槽,便于排气。
使得在生产中不易出现烧伤的情况。
3.减少了后期热处理的变形。
(四)凸凹模的尺寸设计
根据在项目初始化中ABS材料的收缩率和注塑模向导中的工件功能,进行模具凸凹模的尺寸设计。
在UG中具体操作如图5-8、图5-9所示
图5-8图5-9
六、浇注系统的设计
(一)流道设计
1.主流道设计
由于该塑件你用卧式注塑机,因此主流道为锥形流道。
由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复地接触和碰撞,容易随坏,所以模具的主流道通常设计成
可拆卸与更换的衬套结构。
为了节省材料,定位环与主流道衬套分开设计。
如上图所示。
主流道影响制件的填充时间和流速。
太小,相对增加了冷却面积,加大热能消耗和注射压力损失,太大浪费材料。
所以,取值如下:
如图6-1所示,为主流道选择步骤:
图6-1主流道选择步骤图
2.分流道设计
分流道的设计要点:
分流道要短,而且光滑,弯折少,体积小。
使得其流动过程中要少消耗温度,少损失压力。
相对于注塑件产品,要晚固化,从而来使得保压和补缩过程中,压力能够正常传递。
在熔料进入型腔时,能够均匀快速。
分流道的布置:
因为制件为圆形对称结构,三个分流道的长度、截面形状、尺寸都相同。
各个浇口尺寸也相同,从而达到注塑时的同时均衡进料。
所以本塑件的分流道采用了平衡式布置,梯形结构。
如图6-2是在UG中的步骤。
图6-2分流道选择步骤图
(二)浇口设计
因为塑件为圆盘形对称结构,制件整体尺寸较大,考虑到分型需要,所以设计浇口采用点浇口,点浇口锥角一般为
-
,这里取30°
,倾斜角取2°
,进料口直径d1取1.2,浇口长度为60mm。
下图6-4、图6-5分别为UG中点交口选择截图和点交口三维截图:
图6-4点交口选择图6-5点交口三维图
七、冷却系统的设计
(一)冷却时间计算
通过分析可以得到,沉孔的厚实部分在模具的冷却过程中温度较高,所以此处的冷却管道应特别注意,使该处尽量靠近进水口。
查阅《塑料模具技术手册》可得PE6材料冷却时间与壁厚的关系,即如表7-1所示。
表7-1PE6材料壁厚与冷却时间
材料
PE6
制件壁厚(mm)
0.8
1.0
1.3
1.5
1.8
2.0
2.3
2.5
3.2
冷却时间(s)
1.2
2.4
3.7
4.5
7
8.9
9.8
12.3
21.5
根据上表,本塑件材料为PE6,壁厚为2.5mm,故冷却时间为9.8-21.5s。
(二)冷却回路的设计
本次设计采用并联直通式冷却水管,不会与其他零件产生干涉。
冷却水管之间由外部橡胶水管连接,使之能够形成回路。
在UG中的步骤如图7-1所示:
图7-1冷却回路选择步骤
八、脱模推出机构的设计
(一)脱模力的计算
推出部分的设计计算在很大程度上与塑件的脱模力有关,因此在设计计算之前就必须先设计塑件的脱模力,塑件脱模力属于薄壁(
,其中
为塑件壁厚,d为塑件直径),脱模力公式:
记过计算最终脱模力为1667N
(二)制件采用的是推杆脱模机构
该机构是最简单、最常用的一种脱模形式,制造简单、方便更换、推出效果好等特点。
推杆直接与塑件接触,开模后将塑件推出。
推出行程一般为顶出制件使其能够脱离模具5~10mm,所以模具的推出距离为10mm。
根据模架各板长度,使用长度为182.5mm,直径为5mm的顶杆和长度为167.5mm直径为4mm的顶杆。
采用H8/f7~H8/f8的间隙配合。
(二)推出机构的导向与复位
复位杆上添加弹簧来实现。
推出机构的导向采用在动模座板上固定四个导柱来实现,复位杆的大小为是直径20mm,长度是190mm。
九、合模导向机构设计
导向结构设计
该模具的设计主要采用导柱和导套,然后导柱分布在模具四周,采用对称不等径布置;
导柱导套的材料为T8碳素工具钢,热处理方式为淬火,配合面的Ra值要求为4μm,而固定部分的Ra值要求为0.8μm;
导柱的滑动配合精度为H7/g6的间隙配合,导柱部分的配合精度按H7/k6过渡配合;
并用直径为6mm的紧固螺钉固定。
在凸凹模以及别的零件对插过程中,合模导向机构起到定位作用,避免零件发生碰撞和干涉。
本次设计中采用的是导柱导向,导柱和导套的均采用标准件。
为了推出和复位过程中有较好的稳定性,所以在推板上增加推板导柱和推板导套。
总结
本次毕业设计使我发现我确定个人今后的发展方向。
经过黄洪根老师的指导下,自己的毕业设计完成了,按时完成了学校和老师的任务要求。
本文介绍了通过UG的建模功能和注塑模设计向导功能来进行齿轮的注塑模设计。
在正真开始着手写了之后,才发现,自己需要掌握的知识还相当的多。
通过这次的毕业论文,自己学到了很多,一方面是学会了模具相关方面的很多知识,比如:
模架、流道、浇口等,并且很好得学会了自己动手查阅资料解决问题,另一方面自己熟悉了UG的使用和操作。
通过这次毕业设计,是我更加意识到了自己的不足。
参考文献
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[7]翁其金《塑料模具成型技术》机械工业出版社2005年
致谢
经历了这么久,论文终于完成了。
在此,回顾到自己三年学习期间的日子,感慨万千。
自己即将离开学校,踏上社会。
在此我需要感黄洪根老师。
在毕业设计论文写作时,遇到了种种问题,都是黄老师帮助了我,为我答疑解惑,知道我毕业设计的要点。
季老师工作认真踏实,解决问题时一针见血,绝不拖泥带水,使我学习到了很多做人做事方面的东西。
非常感谢学校的领导,感谢黄洪根老师,他为我做毕业论文提供了条件。
在做论文的过程中,我遇到了许多苦难,但在黄老师的帮助下,我的课题的设计任务得以顺利完成。
他严谨的治学态度和踏实的工作作风给我留下了很深刻的印象,是我学习的榜样。
在以后的工作和学习中自己一定加倍努力,才不会愧对大家的帮助和关心。