基于UG的小型圆柱齿轮注塑模设计.docx

1、基于UG的小型圆柱齿轮注塑模设计摘 要注塑成型是塑件生产最常用的方法之一。本设计通过注塑模具产品，利用实体模型测量产品的尺寸，对实体进行建模，并对塑件的材料和塑件结构进行分析，并对塑件的模具进行设计，包括塑件成品的设计、工艺参数的分析与计算、工作部分的设计、模具结构的设计和加工方案的制定，确定塑件的最佳浇注位置，并通过实际情况进行调整，从而得到对实际生产来说最合理的浇注位置。在确定模具型腔数目后，分析产品的气穴、熔接痕、充填时间、充填结束时的体积温度、流动前沿处的温度、速度/时间转换点压力、充填结束时的压力、注射位置处压力等，可确定注塑模具的合理性。最后本运用UG4.0及其EMX4.1模块来完

2、成模具整体设计工作。关键词：模具设计；UG4.0基于UG的小型圆柱齿轮注塑模设计引言模具产品是工业产品制造的基础，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。随着科学技术的不断发展和社会的高速发展，产品更新换代越来越快，注塑模具设计也随着科技发展明显缩短生产周期，用一系列软件对注塑模具进行分析设计，大大缩短了生产周期。本设计在注塑模具成型工艺飞速发展的时代条件下，用UG4.0软件进行建模，用CAD软件进行工程图的绘制，多种软件交替进行，为注塑模具设计带来了极大方便，同时使设计更为合理精确，更是大大缩短了注塑模具的设计周期，同时节约了成本。本说明书为机械塑料注射模具设计说明书，是根据塑

3、料模具手册上的设计过程及相关工艺编写的。本说明书的内容包括：目录、设计指导书、设计说明书、参考文献等。 编写本说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了塑料注射模具设计方法，以及各种参数的具体计算方法，如塑件的成型工艺、塑料脱模机构的设计。 大学三年的专科学习即将结束，设计是其中最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等专业基础课和专业课方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。本说明书在编写

4、过程中，得到老师和同学的大力支持和热情帮助，在此谨表谢意。虽然在设计中得到了指导老师的用心指导，但由于本人水平有限，而且缺乏经验，设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。1 设计任务与流程 1.1设计任务设计题目：圆柱齿轮注塑模具设计，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。设计要求：1) 绘制该塑件的工程图，确定塑件所用塑料品种；2) 为满足大批量自动化生产的需要，为该塑件设计注塑模具。1.2圆柱齿轮的注塑模具设计的流程基本内容：塑件设计、工艺性分析、确定收缩率和分型面、浇道系统设计、

5、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。1) 塑件设计，利用软件UG4.0进行塑件的立体建模，再在软件AutoCAD中完成塑件尺寸及公差等技术要求的标注，并输出工程图。2) 注塑设备选择，确定塑件的型腔数，并计算塑件的投影面积，通过注射量的校核、注射力的校核、锁模力的校核、安装部分的尺寸校核、开模行程的校核、顶出装置的校核，结合注塑设备的资料确定注塑设备的型号。3) 确定收缩率和分型面，首先由塑件性能的要求等，确定塑件的塑料，通过查资料确定塑件的收缩率。根据线圈骨架的工艺及结构特点，确定具体的分型面，大致应为球面轴套的孔中心线所在平面。4) 模架，通过塑件的大小及型腔数、浇注

6、系统、导向部件、推出机构、调温系统等的初步估算，确定使用模架的型号。5) 浇注系统设计，本塑件使用的是冷流道浇注系统，在浇注系统设计中，包括流道的设计、喷嘴的选择、主流道衬套的选择等，还必须研究一模四腔浇注系统的平衡性设计。6) 成型零件，确定型腔数和分型面。对模腔和模芯进行结构设计。计算成型部件的工作尺寸。7) 顶出机构的设计，根据开关座的结构特点，设计顶出机构。8) 冷却系统的设计。9) 零部件加工工艺制定，结合现代加工手段，利用数控CNC，电火花，线切割等方法，制定最符合经济效益的加工工艺。10) 完成整套模具的二维工程图的绘制。 2 塑件成品、注塑模具设计与构型 2.1 概述注塑件的模

7、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。2.2 模具设计环境和应用软件 2.2.1 UG4.0UG4.0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。 2.2.2 AutoCADAutoCAD是著名的工程图画图软件，用以绘制二维工程图。2.3零件的三维图和二维工

8、程图建模 2.3.1零件的立体图建模利用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2-1,2-2所示）。图2-1：圆柱齿轮立体图 图2-2：圆柱齿轮立体图 2.3.2零件的二维工程图绘制 工程图是在设计的最后用作指导生产的三视图图样。工程图图样的制作可以说是正式将零件或装配模型的设计归档的过程，其正确与否，直接影响到生产部门的生产制作。2.4塑件的基本数据 2.4.1塑件塑料品种的确定 本设计中塑件实物为不透明制件，根据塑件的使用要求，确定所用塑料应是聚甲醛（POM）. 2.4.2塑件材质 名称 ：POM； 中文学名：聚甲醛； PO

9、M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%。POM的透气性小，公为PE的几分之一。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

10、) 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围内变化很小，温度对其也没有显著的影响。但当长期在室外的紫外线下使用时，它的拉伸强度和冲击强度下降，表面甚至会导致粉化，这使得它的电性能比其它塑料稍差一些。6) POM耐电弧性极好。而且能在高温下保持。它的介电常数与厚度有关，厚度0.127mm时是82.7KV/mm，厚度为1.88mm时为23.6KV/mm。7) POM的环境性能。POM的耐溶剂性良好，它可以耐烃类、醇类、醛类、醚类、汽油、润滑油及弱碱，而且可以在高温下保

11、持相当的化学稳定性。POM不耐强酸和氧化剂，对稀酸及弱酸有一定的稳定性。8) 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。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，后者更适用于形状复杂制件、大型制品成型。 如表2-1所示：

12、 表2-1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170-190180-200170-190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 20-402.4.3塑件结构分析 通过观察测量可知该塑件为类似对称结构2.4.4塑件体积与质量 取POM的密度为1.39g/cm3，由UG4.0可算出塑件的体积和质量5，如图2-4。则可计算零件的体积为： =4.594710974579cm3零件质量为

13、： = 6.38664825466481g图2-3：UG4.0计算2.4.5塑件图及其尺寸公差 标注尺寸在绘制图纸中是非常重要的一步。传统的模具设计需要计算成型零件的加工尺寸，模具型芯和型腔的加工尺寸可以通过公式计算基本尺寸，S指塑件的平均收缩率。而在使用UG4.0进行模具设计的过程中，塑件已经定义了其收缩率（取3.5%），则不需要通过繁琐的计算而直接可以标注出成型零部件的基本尺寸。但尺寸标注还有一个公差的问题，这是无法从软件自动导出的，需要设计者设定。由于塑料收缩率范围和稳定性各有差异，首先必须合理化确定不同塑料成形塑件的尺寸公差。即由收缩率范围较大或收缩率稳定性较差塑料成形塑件的尺寸公差应

14、取得大一些。否则就会出现大量尺寸超差的废品，为此，各国对塑料件的尺寸公差制订了国家标准和行业标准。中国也曾制订了部级专业标准，但大都无相应的模具型腔的尺寸公差。德国国家标准中专门制订了塑件尺寸公差的DIN16901标准及相应的模具型腔尺寸公差的DIN16749标准。此标准在世界上具有较大的影响，因而可供塑料模具行业参考。由于本人没能收集到这个标准，则就按照惯例考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造公差取，指塑件的尺寸公差4。本套模具的装配图和非标准件零件图如附图所示。塑件大致的尺寸（长宽高）为303015（mm）。大多数尺寸的公差为或更大。对于小于的尺寸的地方就要注意，由于精度比较高，建模时就

15、应该沿减料方向适当加大基本尺寸或者增加脱模斜度以便试模后可以修改达到合乎要求的尺寸精度。2.4.6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6。分型面设计应遵循以下原则：分型面的方向尽量采用与注塑机开模方向垂直的方向；1).分型面一般开设在产品的最大截面处；2).尽量使塑件留在动模一侧；3).有利于保证塑件的尺寸精度和外观质量等；4).有利于成型零件

16、的加工与制造。 由于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。2.4.7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

17、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。 3.分析设计与计算 3.1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。对浇注系统的设计要求有：1).对模腔的填充迅速有序。2).尽可能同时充满各个型腔。3).对热力和压力损失较

18、小。4).极可能消耗较少的塑料。5).能够使型腔顺利排气。6). 不会使冷料进入型腔。7).浇注痕迹对塑件外观影响很小。8).浇注系统凝料容易与塑件分离火切除。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料井四部分组成7。3.1.1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。浇口套设计如图3-1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

19、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.=2-4，本设计取锥度为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，定位环设计：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。如图3-2所示：图3-2主流套衬套3.1.2 冷料穴设计冷料穴一般设在主流道正对面

20、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3-3所示：图3-3锥形拉推杆3.2 成型方案从生产成本和生产效率方面考虑，确定成型的方案，该产品的成型方案采用一模四腔，对称式布置，浇注形式采用冷流道，浇口为点浇口，分流道为圆形，主流道为圆锥形。3.2.1 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

21、、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3-4，图3-5所示。图3-4凹模图3-5凸模3.2.2 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

22、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10。3.2.3 成型零部件工作尺寸计算型腔尺寸计算：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，

23、系数x=0.75，以下同。L= (L1(1+ SCP) -x) 0+z= (30*(1+ 0.035) -0.75*0.44) 0+0.44/3=30.720+0.15mmHM= (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) - 0.28/3 0=20.49-0.090mmLW1= (L3(1+ SCP) -x) 0-z= (15*(1+ 0.035) -0.75*0.24) - 0.

24、24/3 0=15.345-0.080mmLW2=(L3(1+ SCP) -x) 0-z= (7*(1+ 0.035) -0.75*0.24) - 0.24/3 0=7.065-0.080mmHM= (H(1+ SCP) -x) 0+z= (9.4*(1+ 0.035) -0.75*0.20) - 0.24/3 0=9.579-0.080mm3.2.4 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

25、，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

26、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。3.3导向机构设计3.3.1 合模导向机构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。

27、1）.导柱导柱结构和技术要求11：a) 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。b) 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。c) 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0.8m，导向部分表面粗糙度Ra为0.8-0.4m。d) 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

28、。e) 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3-6，3-7所示：图3-6导柱图3-7导柱2.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Ra1.6m。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3-7，3-8所示：图3-7导套图3-8导

29、套3.4 脱模机构设计3.4.1 脱模力计算脱模力Qe有两部分组成，即 Qe=Qc+Qb式中Qc为制件对型芯包紧的脱模阻力，N；Qb为使封闭壳体脱模需克服的真空吸力，N，Qb=0.1Ab=0.1*4.4*6.4=2.816N，这里0.1的单位为MPa，Ab为型芯的横截面积，mm2。比例系数=cp/t=3.44/0.75=4.587在脱模力计算中，将=cp/t1.5视为厚壁制件，其中t为制件壁厚，cp为型芯的平均半径，t=0.8mm，对于矩形型芯，cp=(l+b)/=(6.4+4.4)/=4.587mm。脱模阻力Qc=2（l+b）EhKf/（(1+K)cos） 式中， E塑料的拉伸弹性模量，查表

30、，PA的取值为E=2*103MPa；塑料的平均成型收缩率，查表得，=0.020；h型芯脱模方向高度，mm，h=15.525mm；l、b圆柱型芯的断面两边边长，mm，l=20.7mm，b=15.525mm；塑料的泊松比，查表得，=0.3；型芯的脱模斜度，取0，Kf脱模斜度修正系数，其计算式为：Kf=（fcos-sin）/（1+ fsincos）=0.4f制品与钢材之间的静摩擦因数，查表得，f=0.4，K壁厚之间的计算系数，计算式为K=22/（sin+2cos）=3.0代入数值，得Qc=125.4N.脱模力Qe =Qc+Qb=125.4+2.8=128.2N3.4.2 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0.8m12。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3-9所示：图3-9推杆复位杆的设计：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