基于UG的小型圆柱齿轮注塑模设计.docx
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基于UG的小型圆柱齿轮注塑模设计
【摘要】
通过对企业中的圆柱齿轮的注塑模具进行分析，设计了该模具形芯、形腔设计，浇注系统、流道系统、导向机构等，最后运用UG4.0及其EMX4.1模块来完成模具整体设计工作。
【关键词】：
模具设计；UG4.0
目录
引言1
一、塑件成品设计与注塑材料选择2
（一）软件介绍2
（二）零件的三维建模2
（三）零件的材料选择3
（四）注塑机的选择3
二、注射模的总体方案的设计3
（一）分型面及排气形式的确定3
（二）型腔数的确定与型腔的分布4
（三）浇注系统的设计5
三、主流道设计5
（一）主流道设计5
（二）冷料穴设计6
四、成型部分的设计7
（一）成型零部件设计8
（二）型腔壁厚和底板厚度的计算9
五、导向机构设计10
（一）合模导向机构10
（二）导套11
六、脱模机构设计12
（一）推杆脱模机构设计12
（二）复位杆的设计13
七、冷却系统的设计14
八、模架形式及规格14
九、模具总装图15
小结16
参考文献17
谢辞18
引言
2013年7月份开始，我进入了苏州通要公司实习，在设计部从事注塑模设计工作，圆柱直齿轮模具是我设计的模具之一，下面结合以下几方面内容对该零件的模具设计进行如下论述。
设计要求：
塑件实物为圆柱齿轮，该零件要求具有一定的强度和刚度，其中塑件上的圆形孔与其他零件有配合要求，内壁有粗糙度要求，同时塑件下表面及上表面也应平整光滑。
设计内容：
塑件设计、浇道系统设计、冷却系统、模具结构件设计、注射设备选择、绘制模具设计图纸。
一、塑件成品设计与注塑材料选择
（一）软件介绍
注塑件的模具设计是注塑制品加工工序中必不可少的一个步骤。
但不同的模具公司，不同的设计人员，采用不同的CAD软件进行模具辅助设计，都有自己的一套设计过程。
本设计先用UG4.0进行实体建模，然后经过一系列的设计最后用CAD软件完成制图。
本设计采用UG4.0软件，是一个优秀的CAD/CAE/CAM软件，在模具的设计与制造领域，UG4.0较早地在广东深圳、东莞、广州以及华东一带得到广泛应用，由于它的应用，可以大大缩短模具设计与制造周期，提高模具质量，降低生产成本。
（二）零件的三维建模
利用UG4.0分析所给零件的外形和尺寸，利用UG4.0的建模方法，根据线圈骨架的形状和使用特点进行建模（如图2-1所示）。
图2-1圆柱齿轮立体图
（三）零件的材料选择
本设计中塑件实物为不透明制件，根据塑件的使用要求，确定所用塑料为聚甲醛（POM）。
POM的外观为淡黄色右白色半透明右不特定明的粉料或料料，硬而质密，与象牙相似，制品表面光滑并有光泽，成型收缩率高达3.5%。
该材料具体性能如下。
1.POM的力学性能。
POM具有较高的拉伸模量。
这样使其有较好的刚性和硬度。
POM既具有刚性又具有较高的耐磨性，在工程塑料中是很宝贵的。
2.POM具有较高的耐磨性，对于经受长期滑动的部件较为适用。
另外，POM的表面硬度与铝合金接近，动态摩擦时具有自润滑作用，无噪声。
3.POM的热学性能。
POM具有较高的热变形温度。
它属于热敏性聚合物，在成型温度下的热稳定性差，易分解，一般造粒时加入0.1%双氰胺和0.5%抗氧剂2246作为稳定剂。
4.POM的化学性能。
POM具有能耐许多种有机溶剂的功能，对油脂类（汽油、润滑油）有较好的稳定性。
5.POM的电性能。
POM的电绝缘性能较好，它的电性能在较宽的频率和温度范
6.POM的应用。
针对POM的性能，这种塑料在各行各业得到广泛的应用。
机械工业中对于强度大、耐磨、耐疲劳、冲击高的一些零件如齿轮、轴承、滑轮、凸轮、带轮、螺栓等零件的制造生产；汽车工业中利用比强度高的优点，用来生产制造一些水箱冷门、散热器箱盖、风扇、控制杆、开头、齿轮等；电子电器行业利用其介电强度高、介电损耗角正切值小、耐电弧高的优点，生产制造电扳手外壳、电动工具外壳、开关手顶、电视机等的外壳。
（四）注塑机的选择
注塑是POM塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑机，螺杆式注塑机，本案选择后者为注塑设备。
其参数如下所示：
[表1-1]螺杆式注塑机的工艺参数表
注塑机类型
喷嘴形式
喷嘴温度/℃
料筒温度/℃
螺杆式
普通
170-180
前段
中段
后端
170-190
180-200
170-190
模具温度/℃
注射压力/MPa
保压力/MPa
注射时间/s
90-100
80-120
30-50
2-5
保压时间/s
冷却时间/s
成型周期/s
螺杆转速/r.min
20-90
20-60
50-160
20-40
二、注射模的总体方案的设计
（一）分型面及排气形式的确定
模具上用以取出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。
注塑模具有一个分型面也有多个分型面，分型面应尽可能简单，以便于塑件的脱模和模具的制造，同时分型面的位置应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。
本设计塑件采用单分型面，而单分型面无外乎以下三种结构情况：
1.型腔完全在动模一侧。
2.型腔完全在定模一侧。
3.型腔各有一部分在动定模。
根据塑件的结构特点，依照设计原则，本设计的注塑模具分型面各有一部分在动定模，即采用第三种形式。
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。
（二）型腔数的确定与型腔的分布
1．型腔数的确定
注塑模具型腔数的确定与现有注塑机的规格、所要求的塑件质量、塑件的几何形状、塑件成本及交货期等因素有关。
针对本设计的塑件，由于尺寸精度和重复精度要求不高，且工件尺寸较小，为使结构简单，采用一模四腔。
2．型腔的布置
型腔的排列涉及模具尺寸，浇注系统平衡、模温调节系统的设计及模具在开合模时的受力平衡等问题。
因此在设计中应根据各方面的情况进行综合考虑。
在本设计中由于采用一模四腔，着重考虑模具在开合模时的受力平衡和浇注系统的平衡，因而型腔对称方式布置。
（三）浇注系统的设计
浇注系统是塑料熔体从注塑机喷嘴流向型腔的通道，浇注系统设计是注塑模具设计中的重要问题之一，在设计浇注系统时应考虑塑料成型特性、塑件形状及大小、塑件外观、模具成型塑件的型腔数、冷料、成型效率、注射机安装模板大小等因素。
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料井四部分组成。
三、主流道设计
由于该塑件拟用卧式注塑机，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，容易损坏，所以模具的主流道通常宜设计成可拆卸与更换的衬套结构。
这样更可以使主流道穿过模具结构中的两块模板结合处溢料造成主流道凝料脱出的困难。
浇口套设计如所示。
图3-1浇口套
经过设计参数如下：
1．主流道小端直径d是与注塑机喷嘴相配合的，其径向尺寸应大于喷嘴孔径0.5-1mm，即d=注塑机喷嘴直径+（0.5-1）mm，以便当主流道与喷嘴同轴度有偏差时主流道凝料易从定模侧脱出。
由最后设计可知注塑机喷嘴直径取2.5，故d=3.0.α=2°-4°，本设计取锥度α为3°。
2．球面半径应比喷嘴球面半径大1-2mm，以保证注射过程中喷嘴与模具紧密接触，防止熔体流入因两球面配合误差形成的间隙中，妨碍主流道凝料的脱出。
3．主流道长度L可根据定模板座的厚度来确定，一般≤60mm，取L=35，
（二）定位环的设计
为了节省材料，定位环与主流道衬套分开设计。
其外径D与注塑机的定位孔之间采用较松配合。
如下所示。
图3-2主流套衬套
（三）冷料穴设计
冷料穴一般设在主流道正对面的动模板上，当分流道较长且到浇注口有拐角时，也开设分流道冷料穴。
冷料穴的作用是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。
冷料穴的直径与主流道大端直径相同或略大一点，长度约为直径的1-1.5倍。
本设计采用的为点浇口，所以直接用锥形拉推杆即可以了，如图所示。
图3-3锥形拉推杆
四、成型部分的设计
成型塑件外表面或上表面的零件称凹模或型腔。
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。
成型塑件内表面或下表面的零件称凸模或型芯。
型芯按复杂程度和结构形式大致有整体式型芯和组合式型芯。
本设计塑件结构简单，成型用的型芯型腔结构较简单，可用数控机床直接加工。
为节约成本和保证精度，本设计采用整体嵌入式，其立体图如附图所示。
其凹凸模结构如下图4-1，图2-5所示。
图4-1凹模
图4-2凸模
（一）成型零部件结构设计
工作尺寸的计算有型腔与型芯的径向尺寸、型腔与型芯的高度尺寸、中心距尺寸等的计算。
在计算时，必须根据塑件的尺寸和精度要求来确定相应的成型零件的尺寸和精度等级。
塑件中方形孔与其他零件有一定的配合要求，其精度为MT3，其余尺寸无配合要求，精度要求不高，故取塑件的均为MT5级；由于塑件的所有尺寸要求都没有达到高精度要求，因此，所有工作尺寸按平均收缩率法计算。
PA的平均收缩率SCP=（Smax+Smin）/2=（2.0%+5.0％）/2=3.5%，取3.5％，△为塑件的尺寸公差，生产实践证明，成型零件的制造公差
z约为塑件总公差的取1/3-1/4，因此在确定成型零件工作尺寸公差值时，可取塑件公差值的1/3-1/4，或取IT7-IT8级作为模具的制造公差。
成型零部件工作尺寸计算如下：
型腔尺寸计算：
LM=（L（1+SCP）-x△）0+
z
=（30*（1+0.035）-0.75*0.56）0+0.56/3
=30.630+0.19mm
塑件尺寸较小，系数x=0.75，以下同。
Lｗ=（L1（1+SCP）-x△）0+
z
=（30*（1+0.035）-0.75*0.44）0+0.44/3
=30.720+0.15mm
HM=（H（1+SCP）-x△）0+
z
=（5.6*（1+0.035）-0.75*0.20）0+0.20/3
=5.6460+0.07mm
型芯尺寸计算：
LM=（L2（1+SCP）-x△）0-
z
=（20*（1+0.035）-0.75*0.28）-0.28/30
=20.49-0.090mm
LW1=（L3（1+SCP）-x△）0-
z
=（15*（1+0.035）-0.75*0.24）-0.24/30
=15.345-0.080mm
LW2=（L3（1+SCP）-x△）0-
z
=（7*（1+0.035）-0.75*0.24）-0.24/30
=7.065-0.080mm
HM=（H（1+SCP）-x△）0+
z
=（9.4*（1+0.035）-0.75*0.20）-0.24/30
=9.579-0.080mm
（二）型腔壁厚和底板厚度的计算
1．型腔壁厚计算
塑料模具型腔应具有足够的强度和刚度，因为它们在注塑成型过程中受到塑料成型熔体的高压作用。
如果型腔侧壁和支撑厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料和出现飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。
对于小尺寸型腔，因在发生大的弹性变形之前，其应力往往已经超过了材料的许用应力，所以应以强度计算为主。
在不知道分界尺寸时，应分别按照强度条件和刚度条件对型腔尺寸进行计算，其大值为型腔的壁厚尺寸。
根据本设计的成型零件的结构，用组合式圆形型腔侧壁计算公式，
按强度计算：
PH1l2/（2HS2）+PH1b/（2HS）≤
式中，S——型腔侧壁厚度，
P——型腔最大压力，取P=40MPa,
H——型腔侧壁总高，H1——型腔深度，H1/H=0.73，
l——型腔长度l=30mm，
b——型腔宽度，b=30mm，
——允许变形量，
=0.05mm，
代入数值，解得S=25mm,
按刚度计算：
PH1l4/（32FHS3）≤
式中，符号意义同上，其余E——弹性模量，E=2.06X105MPa，
——模具材料的许用应力，
=158MPa。
代入数值解得，S=18mm。
取两个计算结果的最大值为型腔的壁厚尺寸，故S=25mm。
2.底板厚度的计算
按刚度计算：
5Pbl4/（32ET3）≤
式中T为型腔底板或凸模支撑板厚度，B=2S+b=75mm，其余同上。
代入数值得：
T=25mm
按强度计算：
3Pbl3/（4BT2）=
代入数值得，T=20mm。
取两个计算结果的最大值为型腔底板或凸模支撑板厚度T=25mm。
五、导向机构设计
合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式，本设计采用导柱导向。
导柱导向机构的主要零件是导柱和导套。
（一）.导柱
导柱结构和技术要求
1.长度导柱导向部分的长度应比凸模部分高出8-12mm，以免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。
2.形状导柱前端应做成锥台形或半球形，以使导柱顺利的进入导向孔。
锥形头高度取与相邻圆柱直径的1/3，前端还应倒角。
3．材料导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢经渗碳淬火处理，硬度为50-55HRC，导柱固定部分表面粗糙度Ra为0.8μm，导向部分表面粗糙度Ra为0.8-0.4μm。
4.数量及布置导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具强度，导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的1-1.5倍。
5.配合精度导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6；导柱的导向部分通常采用H7/f7或H8/f7的间隙配合。
所选导柱为带头导柱，结构及其尺寸如下如图5-1，5-2所示。
图5-1导柱
（1）
图5-2导柱
（2）
（二）导套
本设计选用带头导套，为了方便导套压入模板同时便于导柱进入导套，在导套端面内外倒圆角R，模具导向孔为通孔。
导套内孔与导柱之间为间隙配合H7/f7，外表面与模板孔为较紧的过渡配合H8/f7，其前端设长为3mm的引导部分，按间隙配合H8/e7制造，其粗糙度内外表面均为Ra1.6μm。
导套的材料为为20钢，采用渗碳淬火处理。
导套的结构及其尺寸如下图5-3，5-4所示。
图5-3导套
图5-4导套
六、脱模机构设计
（一）推杆脱模机构设计
推杆是推出机构中最简单最常见的一种形式。
本设计将推杆设计成直杆式圆柱形推杆，常用直径为1.5-25mm，本设计取直径为3mm。
高度不大于600mm。
推杆与推杆孔之间的配合段用H7/f7。
材料选用T8A头部局部淬火。
配合表面粗糙度Ra为0.8μm。
在推杆装入模具后推杆的长度应能使推杆的端部高于型腔平面0.05-0.1mm。
推杆结构如下图6-1所示：
图6-1推杆
（二）复位杆的设计：
在推杆脱模机构中用复位杆复位是最常见的。
复位杆对称布置，取4根，均布于推杆固定板四周，位于型腔和浇注系统之外。
复位杆端面低于模板平面0.05mm。
与复位杆头部接触的定模板应淬火。
复位杆的结构及相关尺寸设计如下图6-2所示。
图6-2复位杆
七、冷却系统的设计
本塑件在注塑成型时不要求有太高的模温，因而在模具上可不设加热系统
八、模架形式及规格
根据模具的总体结构：
定模板，水口推板，A板，B板，顶针面板，顶针底板，垫块，动模板，采用推杆脱模机构。
而模架的大小是由模芯的大小来确定的，模芯的布置如图3-11所示，模芯的大小是120×120mm，选取模架大小为300×320mm。
图8-1型芯的布置
定模板，动模板，垫块厚度的确定：
定模板的厚度根据定模镶块的厚度及标准模架的规格确定，为35mm。
动模板的厚度根据动模镶块的厚度及支撑板强度计算的要求和标准模架的规格确定，为25mm，
垫块厚度根据推出距离（20mm）、顶针面板厚度（15mm），顶针底板厚度（20mm）及标准模架的规格确定，为80mm。
其他零件的尺寸按标准模架选用。
综上所述，所选模架为C1-30X32-Z1GB/T12556-1990,结构如图8-2所示。
图8-2模架
九、模具总装图
模具装配图用来表达模具整体结构，外形尺寸，模具各零件间的装配关系，是指导模具装配、检验、维修等工作条件的技术文件。
零件图实在装配图的基础上绘制的，它是零件制造与检验的依据。
根据以上各部件的设计，绘制的模具总装配图如下图所示。
图9-1模具总装配图
小结
通过这次在企业中的的实习，知道我们大学生对于塑料工业的认识还是很肤浅的，但是通过这次塑料模具课程设计，让我们更多的了解有关塑料模具设计的基本知识，更进一步掌握了一些关于塑料模具设计的步骤和方法，对塑料模有了一个更高的认识。
本次论文，从分析开始，再进行修改，最后到作品实现，每一步都让我将理论学习的知识应用到实践中去。
在这一过程中，我通过查阅相关资料，与同学交流经验，向老师请教等方式，让自己学到了不少知识，培养了我独立工作的能力和动手能力，相信会对我以后的学习和工作有非常重要的影响。
这对我们在今后的生产实践工作中无疑是个很好的帮助，也间接性的为今后的工作经验有了一定的积累。
参考文献
[1]刘朝儒，彭福荫，高政.机械制图.北京：
高等教育出版社，2001
[2]葛正浩.UG4.0注塑模具设计实例教程.北京；化学工业出版社，2007
[3]孙波.机械专业毕业设计宝典.西安：
西安电子科技大学出版社，2008
[4]孙玲.塑料成型工艺与模具设计.北京：
清华大学出版社，2008
[5]吴生绪.塑料成型模具设计手册.北京：
机械工业出版社，2008
謝辞
时间如白驹过隙，大学生活就这样伴随着设计的结束接近了尾声。
设计是我们大学学习的总结与验证，通过本次设计我收获了很多，巩固了以前所学习的知识，更让我知道了自己身上还存在很多不足，需要在今后的学习工作中去弥补，这也是我今后努力的方向和动力。
在本次设计中我首先要感谢我的指导老师梁胜龙老师，没有梁老师的精心指导和严格要求，我不会有今天的成果。
梁老师身上的奉献精神时刻鞭策着我，是我学习的榜样。
同时我还要感谢陪伴我的每一位老师们和同学，是你们陪我度过了一个又一个春春夏秋冬，是你们在我人生迷茫的时候给我帮助，因为有了你们我的人生才充满了精彩，坎坷的道路也因你们的存在而不再艰辛。
相信有了你们的陪伴我会在人生的道路走的更好。
最后再次真诚的感谢那些给过我帮助的人们。
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