齿轮卷轴说明书.docx
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齿轮卷轴说明书
广東海译大学
本科生毕业设计
齿轮卷轴模具
DesignofInjectionMoldwith
Multi-CavitiesforWorm
学生姓名阮兆辉
所在专业机械设计制造及其自动化
所在班级机制1096
申请学位学士学位
扌旨导教师赵仑职称畐U教授
副指导教师职称
答辩时间2013年6月12日
在现代工业发展的进程中，模具的地位及其重要性日益被人们所认识。
模具工业作为进入富裕社会的原动力之一，正推动着整个工业技术向前迈进！
随着塑料工业的飞速发展，以及通用塑料与工程塑料在强度和精度方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大。
因此，塑料模具的设计与制造也显得越来越重要，而注射模则是塑料模具中最常用的一种模具。
本文即介绍了家用程控电话机听筒的注射模具设计详细过程。
在塑料原材料转变为塑料制件的成型过程中，塑料原材料的选用，成型设备的选择，成型模具的设计与制造和成型工艺的制定等是塑料制件生产的四大环节，而主要的环节集中在成型工艺的正确制定和塑料模具的设计这两个方面。
本说明书比较详细地介绍了家用程控电话机听筒的注射模具设计整个过程，内容涉及产品零件的结构设计、三维造型，原材料的选择与成型工艺性分析，注射机的选择，模具结构及成型零部件的设计，模架等标准件的选择，温控系统设计以及模具主要零部件的加工工艺过程等方面。
近年来，随着计算机技术向纵深发展并向各个领域不断渗透，越来越多的现代塑料生产企业都在加大力度应用计算机辅助设计技术，应用现代设计理论和方法改进塑料注射成型模具的设计、制造，以提高加工质量，降低成本，缩短开发周期，增加产品的竞争能力。
因此使用CAD/CAE/CA来进行模具设计，对模具和塑件质量都有很大的提高，更好地改善了产品的性能，提高了生产效率。
本次设计就充分利用了计算机辅助设计。
在设计过程中，包括塑件结构和外型的设计、塑件分析、凸凹模设计、模架等标准件选择，都是通过EMX完成的，大大提高了模具设计的质量和效率。
由于本人水平有限，实践经验不足，加上时间仓促，设计中肯定有错误和欠妥之处，恳请读者批评指正.
第一章概论
1.1塑料模具的特点与发展趋势1.1.1塑料模具的重要性
模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成型。
塑料模是指用于成型塑料制品的模具，它是型腔模的一种类型，其地位与重要性正日益被人们所认识。
随着塑料工业的飞速发展，以及通用塑料与工程塑料在强度和精度方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大，如：
家用电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。
由于在工业产品中，一个设计合理的塑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，成倍地减少整个产品中的各种紧固件，大大地降低了金属材料消耗量和加工及装配工时，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。
该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的。
由于注塑成型加工不仅产量多，而且适用于多种原料，能够成批、连续地生产，并且具有固定的尺寸，可以实现生产自动化、高速化，因此具有极高的经济效益。
随着工业生产的迅速发展，塑料模具工业在国民经济发展过程中发挥着越来越重要的作用。
1.1.2塑料模具的特点
热塑性塑料注射模的特点是由塑料原材料的特性所决定的，最主要的有两点：
一是注射时塑料熔体的充模流动特性，二是模腔内塑料冷却固化时的收缩行为，这两点决定了注射模的特殊性和设计难度。
由于塑料熔体属于粘弹体，熔体流动过程粘度随剪切应力、剪切速率而变化，流动过程中大分子沿流动方向产生定向；冷却固化过程中塑料的收缩非常复杂，模腔内各部位、各方向收缩率不同，不同种类、牌号的塑料收缩率有很大差异。
基于上述特点，设计注塑模首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性，使设计的模具合理适用，并可在设计中有效利用塑料特性，如点浇口模具用于塑料铰链制品。
塑料注射成型模具主要用于成型热塑性塑料制件，近年来在热固性塑料的成型中也得到了日趋广泛的应用。
由于塑料注射成型模具的适用性比较广，而且用这种方法成型塑料制件的内在和外观质量均较好，生产效率特别高，所以塑料注射模具已日益引起人们的重视。
1.1.3塑料成型技术的发展趋势
在现代塑料制件的生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、满足塑料制件的使用要求、降低塑料制件的成本起着重要的作用。
从塑料模的设计、制造及模具的材料等方面考虑，塑料成型技术的发展趋势可以简单地归纳为以下几个方面：
1、模具的标准化为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要，模具的标准化工作十分重要，目前我国模具标准化程度只达到了20%。
注射模方面关于模具零件、模具技术条件和标准模架等已经制定了一些国家标准标。
当前的任务是重点研究开发热流道标准元件和模具温控标准装置；精密标准模架，精密导向件系列；标准模板及模具标准件的先进技术和等向性标准化模块等。
2、加强理论研究随着塑料制件的大型化和复杂化，模具的重量达到数吨甚至十多吨，这样大的模具，若只凭经验设计，往往会因设计不当而造成模具报废，大量的资金被浪费，所以大型模具还是要向理论设计方面发展，如模板刚度、强度的计算和充型流动理论的建立。
3、塑料制件的精密化、微型化和超大型化为了满足各种工业产品的使用要求，塑料成型技术正朝着精密化、微型化
和超大型化等方面发展。
精密注射成型是能将塑料制件尺寸公差保持在0.01〜
0.001伽之内的成型工艺方法，其制件主要用于电子、仪表工业。
微型化的塑料
制件要求在微型的设备上生产。
目前，德国已经研究出注射量只有0.1g的微型
注射机，而法国有注射量为17万g的超大型注射机，合模力为150MN;美国和日本也有较先进的注射机。
目前，国产注射机的注射量也已达3.5万g,合模力为80MN。
4、新材料、新技术、新工艺的研制、开发和应用随着塑料成型技术的不断发展，模具新材料、模具加工新技术和模具新工艺方面的开发已成为当前模具工业生产和科研的主要任务之一。
十多年来，国内外在塑料成型行业和改进模具设计与制造方面投入了大量的资金和研究力量，取的了许多成果。
例如：
材料方面有预硬钢、马氏体时效钢、耐腐蚀钢等，模具加工技术方面有广泛应用仿形加工、电加工、数控加工及微机控制加工等;另外，模具CAD/CAM/CAE技术也进入了实用阶段。
1.2注射模设计要求与程序1.2.1基本要求与注意事项
1．合理地选择模具结构
2．正确地确定模具成型零件的尺寸
3．设计的模具应当制造方便4．充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工5．设计的模具应当效率高、安全可靠
6．模具零件应耐磨耐用7．模具结构要适应塑料的成型特性
1.2.2设计程序
1.调研、消化原始资料收集整理有关制件图设计、成型工艺、成型设备、机械加工、特种工艺等有关资料以备设计模具时使用。
消化塑料制件图，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求，如：
塑件的原材料表面形状、颜色与透明度、使用性能与要求;塑件的几何结构、斜度、镶件等情况；熔接痕、缩孔等成型缺陷出现的可能与允许程度；浇口、顶杆等可以设置的部位；有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工等，此类情况对塑件设计均有相应要求。
选择塑件精度最高的尺寸进行分析，查看估计成型公差是否低于塑件的允许公差，能否成型出符合要求的制件。
若发现问题，可对塑件图纸提出修改意见。
分析工艺资料，了解所用塑料的物化性能、成型特性以及工艺参数，如材料与制件必须的强度、刚度、弹性；所用塑件的结晶性、流动性、热稳定性；材料的密度、粘度特性、比热容、收缩率、热变形温度以及成型温度、成型压力、成型周期等。
并注意收集如弹性模量E、摩擦因素f、泊松比卩等与模具设计计算有关的资料与参数。
2.选择成型设备
模具与设备必须配套使用，因为多数情况下都是根据成型设备的种类来进行模具设计，为此，在设计模具之前，首先要选择好成型设备，这就需要了解各种成型设备的规格、性能与特点。
以注塑机来说，如注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出方式与距离、喷嘴直径与喷嘴球面半径、定位孔尺寸、模具最小与最大厚度、模板行程等，都将影响到模具的结构尺寸与成型能力。
同时还应初估模具外型尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装与使用。
3.拟定模具结构方案
理想的模具结构应能充分发挥成型设备的能力（如合理的行腔数目和自动化水平等），在绝对可靠的条件下使模具本身的工作最大限度地满足塑件的工艺技术要求（如塑件的几何形状、尺寸精度、表面光洁度等）和生产经济要求（成本低、效率高、使用寿命长、节省劳动力等），由于影响因素很多，可先从以下方面做起：
（1）塑件成型按塑件形状结构合理确定其成型位置，因成型位置在很大程度上影响模具结构的复杂性；
（2）型腔布局根据塑件的形状大小、结构特点、尺寸精度、批量大小以及模具制造的难易、成本的高低等确定行腔的数量与排列方式；
（3）选择分型面分型面的位置要有利于模具加工、排气、脱气、脱模、塑件的表面质量及工艺操作等；
（4）确定浇注系统包括主流道、分流道、冷料穴、浇口的形状、大小和位置，排气方法、排气槽的位置与尺寸大小等；
（5）选择脱模的方式考虑开模、分型的方法与循序，拉料杆、推杆、推管、推板等脱摸零件的组合方式，合模导向与复位机构的设置以及侧向分行与抽芯机构的选择与设计；
（6）模温调节模温的测量方法，冷却水道的形状、尺寸与位置，特别是与模腔壁间的距离及位置关系；
（7）确定主要零件的结构与尺寸考虑成型与安装的需要及制造与装配的可能，根据所选材料，通过理论计算或经验数据，确定型腔、型芯、导柱、导套、推杆、滑块等主要零件的结构与尺寸以及安装、固定、定位、导向等方法；
（8）支承与联接如何将模具的各个组成部分通过支承块、模板、销钉、螺钉等支承与连接零件，按照使用与设计要求组合成一体，获得模具的总体结构。
结构方案的拟定，是设计工作的基本环节。
它既是设计者的构思过程，也是设计对象的胚胎，设计者应将其结果用简图和文字加以描绘与记录，作为方案设计的依据与基础。
4.方案的讨论与论证
拟定初步方案时，应广开思路，多想一些办法，随后广泛征求意见，进行分析论证与权衡，选出最合理的方案。
5.绘制模具装配草图
总装配图的设计过程比较复杂，应先从画草图着手，经过认真的思考、讨论与修改，使其逐步完善，方能最后完成。
草图设计过程是“边设计、边绘图、边修改”的过程，不能指望所有的结构尺寸与数据一下就能定的合适，所以在设计过程中往往需反复多次修改。
其基本做法就是将初步拟定的结构方案在图纸上具体化，最好是用坐标纸，尽量采用1:
1的比例，先从行腔开始，由里向外，主视图与俯视图同时进行：
1型腔与型芯的结构；
2浇注系统、排气系统的结构形式；
3分型面及分型脱模机构；
4合模导向与复位机构；
5冷却或加热系统的结构形式与部位；
6安装、支承、连接、定位等零件的结构、数量及安装位置；
7确定装配图的图纸幅面、绘图比例、视图数量布置及方式。
6.绘制模具装配图
绘制模具装配图时应注意做到以下几点：
1认真、细致、干净、整洁地将修改已就的机构草图，按标准画在正式图纸上。
将原草图中不细不全的部分在正式图上补细补全；
2标注技术要求和使用说明，包括某些系统的性能要求（如顶出机构、侧抽芯机构等），装配工艺要求（如装配后分型面的贴合间隙的大小、上下面的平行度、需由装配确定的尺寸要求等），使用与装拆注意事项以及检验、试模、维修、保管等，达到要求；
3全面检查，纠正设计或绘图过程中可能出现的差错与遗漏。
7.绘制零件图
绘制零件图时应注意做到以下几点：
1凡需自制的零件都应画出单独的零件图；
2图形尽可能按1：
1的比例画出，但允许放大或缩小。
要做到视图选择合理，投影正确，布置得当；
3统一考虑尺寸、公差形位公差、表面粗糙度的标准方法与位置，避免拥挤与干涉，做到正确、完整、有序，可将用得最多的一种粗糙度以“其余”的形式标于图纸的右上角；
4零件图的编号应与装配图中的序号一致，便于查对；
5标注技术要求，填写标题栏；
6自行校对，以防差错。
8.编写设计说明书
第二章齿轮卷轴模具设计过程
2.1塑件分析
根据已知条件，按照蜗杆的标准公式计算其尺寸
其已知条件如下表所示，齿轮卷轴的外形如图所示，参数如表2-1所示
由于传动零件是塑件，我选用9级精度
2.2塑件材料的成型特性与工艺参数
综合分析后，选用齿轮卷轴材料为乳白色的ABS
2.2.1ABS基本特性
ABS即苯乙烯—丁二烯—丙烯腈共聚物，它是由三种单体聚合而成的非结晶型高聚物，具有三种组合物的综合性能，且无毒、无味，塑件成型后有较好的光泽。
ABS的密度为1.02〜1.05g/cm3。
ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。
有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化膨胀。
ABS塑料表面受
冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。
经过调色可配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70C左右，热变形温度为93C左右。
耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。
根据ABS中组分之间的比例不同，其性能也有差异，从而适应各种不同的应用。
根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。
2.2.2ABS主要用途
ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等。
汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等，还有用ABS夹层板制小轿车车身。
ABS还可以用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收音机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。
、
2.2.3ABS成型特点
ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50〜60度，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60〜80度。
ABS的主要性能指标见表1
表1.ABS主要技术指标和工艺参数
密度g/cm
3
1.02〜1.16
注射机类型
螺杆式
比容cm
3/
/g
0.86〜0.98
预热
温度C
80〜95
吸水率％
0.2〜0.4
和干燥
时间h
4~5
收缩率％
0.4〜0.7
料简
后段
150〜170
熔点'C
130〜160
温度
中段
165〜180
热变形
0.45MPa
90〜108
C
前段
180〜200
温度C
1.8MPa
83〜103
喷嘴温度C
170〜180
抗拉屈服强度
MPa
50
模具温度C
50〜80
拉伸弹性模量
MPa
1.8X103
注射压力
MPa
60〜100
弯曲强度MPa
80
成
高压时间
0~5
硬度HB
9.7
型
保压时间
15〜30
后
方法
红外线、烘箱
时
冷却时间
15〜30
处
温度C
70
间S
成型周期
40〜70
理
时间h
2〜4
螺杆转速
r/min
0.4〜0.7
2.3成型设备的选择
在设计模具时，首先应根据现有的设备选择合适的注射机。
初选注射机的主要依据是成型所需的注射容量，因此，必须计算出塑件的体积或质量，初步确定型腔数目以及浇注系统的体积。
2.3.1型腔数量及排列方式
塑件生产纲领为大批量生产，即年产为2.5万个以上，且零件尺寸较小，多采用一模多腔，以缩小生产周期，提高生产率，因此我采用一模八腔结构。
所以型腔按照圆周布置，如图2-3-1所示。
如图2-3-1
2.3.2注射容量的的估计计算
由PROE软件计算可得:
体积：
3
V57744.9mm
质量：
1.0557744.9一mpv61g
1000
2.3.3注射机的选定及其技术参数
国产标准注射机采用容量来表示注射量:
V=nVz+Vj（3-1）
其中：
V——个成型周期内所需注射的塑料容积n—型腔数目
Vz—单个塑件的容量
Vj—浇注系统的容量
由以上内容可知n=8,Vz=V=58cm3,Vj0.1585869.9
那么V58869.9534cm3
设计模具时，必须使在一个注射成型周期内所需注射的塑料熔体的容量，在
注射机额定注射量80%以内，那么V0.8Vg
Vg为注射额定注射量Vg534668cm3
0.80.8
根据注射量和锁模力我选择由张家港利源机械厂生产的LY240C注射机，其主要
技术参数如表3-1所示：
表3-1注射机技术参数
理论注射量（cm3）
799
模具最大厚度mm
600
锁模力（KN）
2400
模具最小厚度mm
100
螺杆直径（mm）
55
模板尺寸mm
800x550
注射压力（Mpa）
153
喷嘴直径mm
5
模板最大行程（mm）
1025
定位圈尺寸mm
150
2.4.1分型面的设计
将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，这些可以分离部分的接
触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为模具的分型面。
分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切的关系，并且直接影响着塑料熔体的充填特性及塑件的脱模，因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键。
2.4.2排气槽设计
从某种角度而言，注塑模也是一种置换装置。
即塑料熔体注入模腔同时，必
须置换出型腔内空气和从物料中逸出的挥发性气体。
排气系统是注塑模具设计的重要组成部分。
由于塑件的体积不大，且属于薄壁件，型腔不深，分型面较长，顶杆和小型芯有较多，故不需另外增设排气槽，利用分型面、顶杆以及小型芯等的配合间隙排气即可，其间隙约为0.03mm试模后若排气不顺则可另外增设排气槽。
2.5浇注系统的设计
浇注系统是指塑料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道。
浇注系统的设计是注射模具设计中最重要的问题之一，它对于获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接影响，是模具设计工作者十分重视的技术问题。
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。
浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大，而且还与塑件所用塑料的利用率、成型生产效率等相关，因此，浇注系统的设计应能使冲模过程快而有序，压力损失小，热量散失少，排气条件好，且凝料易于与制品分离或切除。
2.5.1主流道的设计
主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。
其截面成圆锥形，锥角为a=2°〜4°,为避免产生湍流或涡流，且使凝料容易脱模，对ABS塑料来说，取a=3°是合适的。
流道表面粗糙度为Rav0.8ym主流道入口直径d大于喷嘴直径d1大约1mm左右,根据所选的注射
图4.主流道（浇口套）
机喷嘴直径为5伽，则小=5+1=6伽。
为了使注射时喷嘴与流道口贴合良好不产生熔体反喷，取入口凹球面半径R比喷嘴球面半径Ri大约1伽，即R=10+1
=11伽。
主流道大端直径为D=d+2Ltga/2=9mm,大端口圆角r取2mm。
主流道形状和尺寸如上图4所示。
2.5.2分流道的设计
分流道是熔料从主流道进入型腔前的过渡部分，其设计要求是塑料熔体在流动中压力和热量损失尽量最小，同时使流道中的塑料尽量少。
分流道的设计，从压力传递角度考虑，要求有较大的流道截面积，从散热少考虑应有小的比表面S。
由理论分析可知，圆形截面分流道最理想，但其加工工艺性不佳，成本高，在生产实际中不常使用。
梯形截面分流道容易加工，且塑料熔体的热量散失及流动阻力均不大，综合考虑，选用梯形截面的分流道，截面尺寸可根据经验公式计算。
B=0.2654.m41
式中B梯形的大底边长度（m）
m——塑件的质量（g）
1分流道的长度（m）
H――梯形的高度（m）
所以B=0.2654X488X415=11.538伽，H=2B/3=7.692伽，根据ABS塑料的流动性、浇口形式及成型工艺要求，将估算结果圆整后，取H=8伽，B=12mm,R=2mm，a=10°，Ra=1.6卩m分流道截面形状和尺寸见图5。
2.5.3浇口的设计
浇口又称进料口，是分流道与型腔之间的狭窄部分，也是浇注系统中最短小的部分，它使塑料熔体的流速产生加速度，以利于迅速充满型腔，同时还起封闭型腔防止熔体倒流的作用，并在成型后浇口凝料与塑件易于分离
浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。
我们将采用限制性浇口。
限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。
图启-4浇口的形状
从图中可看出，我采用的是侧浇口。
侧浇口又称边缘浇口，国外称之为标准浇口。
侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体于型腔的侧面充模，其截面形状多为矩形狭缝，调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。
这灯浇口加工容
易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置，因此它是广
泛使用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强；但有浇口痕迹存在，会形成熔接痕、缩孔、气孔等塑件缺陷，且注射压力损失大，对深型腔塑件排气不便。
根据塑件壁厚查得深度h为2〜3mm宽度W为3〜6.4mm,浇口通道长度L为1.5〜2.5mm我分别取h为3mm宽度W为4mm浇口通道长度L为2mm其形状如图6-4所示：
2.5.4冷
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