1、锥齿轮注塑模具设计正文大学学位论文摘 要注射成形是成形热塑件的主要方法，因此应用范围很广。注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。本文以小型斜齿轮为对象，详细介绍其注射模设计过程。设计中主要运用了PROE等不同的软件分别对塑件的三维结构、注射模成型部分零件、浇注系统、脱模机构等等进行了仿真设计和分析。最后进行了注射机型号的选择及校核、分型面的确定、型腔的设计、抽芯机构的设计、成型部分零件的设计、浇注系统、冷却系统、排溢引气系统、脱模机构的设计，复位系
2、统的设计及其它零部件的设计。最后通过Autocad完成工程图的制作，并总结相关计算说明书。关键词：小型斜齿轮；注射模；AutocadAbstractInjection molding is the main method of forming thermoplastic parts, so a wide range of applications. Injection molding is the plastic material into the barrel through the heating and melting, make it become the high viscosity
3、 fluid, with piston or screw as pressure tool, cavity melt through the nozzle with high pressure injection mold, after cooling, solidification stage, and then ejected from the mould, a plastic products.This paper takes the small bevel gear as the object, the injection mold design process is introduc
4、ed in detail. The design of the main use of PROE and other software to simulate the design and analysis of plastic parts of the three-dimensional structure, injection mould parts, casting system, stripping mechanism etc. Finally, the choice of injection machine and check, type determination, cavity
5、design, core pulling mechanism design, molding parts design, gating system, cooling system, exhaust system, air entraining demoulding mechanism design, the design of reset system and other parts. Finally, complete the creation of engineering drawing by Autocad, and summarize the related calculation
6、specification.Key words: small bevel gear; injection mould; Autocad第一章 前 言1.1、我国塑料模具的发展现状 我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要
7、求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.020.05mm，表面粗糙度Ra0.2m，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩短,但和国外相比仍有较大差距. 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地
8、在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的5080%相比，差距较大。1.2、国外塑料模的发展状况 国外先进国家对发展塑料模很重视，塑料模比例一般占30%-40%。专业化、标准化程度高、设计和工艺技术先进，如模具CAD/CAM技术采用普遍，加
9、工设备数控化率高等，模具生产效率高、周期短。国外，70%以上是商品化的。工艺装备水平CAE技术在欧美已经逐渐成熟。在注射模设计中应用CAE分析软件，模拟塑料的冲模过程，分析冷却过程，预测成型过程中可能发生的缺陷。CAE技术在模具设计中的作用越来越大，意大利COMAU公司应用CAE技术后，试模时间减少了50%以上。一些寿命高的和高精度的模具拿制作模具的原材料来说，国内的材料很难达到大型、精密模具所需要的性能要求、CAECADCAM.CAPP等软件很多都是国外的。拿塑封模具来说，国外一次可以加工出上百个型腔的模具，还有热流道技术、气辅成型这些工艺应用都很普遍。德国的模具很多采用热流道技术，使用热流
10、道技术，产品的质量好，成型周期短，精度高。 第二章 产品分析2.1 塑件工艺分析2.1.1 设计塑件时必须考虑的几个方面的问题1：塑料的物理机械性能，如强度，刚性，弹性，吸水性等。2：塑料的成型工艺性。3：塑料成型所导致冲模流动，排气，补缩等。4：塑件在成型后的收缩情况以及收缩率差异。5：模具的总体结构，以及脱模的复杂程度。6：模具零件的形状和制造工艺。 塑件的设计主要包括塑件的形状，尺寸，精度，表面光洁度，壁厚，斜度，以及塑件上的加强筋等的设计。2.1.2 尺寸和精度产品名称：锥齿轮注射模产品材料：PC产品数量：大批量塑件尺寸：如图所示其主要用于收音机、手表等小型电子设备中来进行相交两轴运动
11、和动力的传递。2.1.3 塑件的形状图1.1 塑件平面工程图图1.2 塑件3D图该塑件形状不仅有规则轮廓，而且在分模方向没有阻碍，容易模塑，所以采用单分型面，而且该塑件外表面本身带有一定的斜度，这样也更易脱模。2.2 材料分析（1）英文全名：Polycarbonate（2）性能特点：物理性能： 聚碳酸酯（PC）是一种无定形，无毒无味，透明的热塑性工程塑料，相对密度1.20，具有良好的透光性，0.1微米后的膜对350650mm波长的光透过率达68%88%，折射率1.586力学性能：聚碳酸酯（PC）力学性能优良，既韧又刚。无缺口抗冲韧度在热塑性塑料中名列前茅，接近玻璃纤维增强的酚醛或不饱和树脂，呈
12、延性断裂。成形制品尺寸稳定性好。但是缺点是：耐疲劳度和耐磨性较差。热性能：聚碳酸酯（PC）耐热性好，热分解温度在300C以上，长期工作温度可达120C，热变形温度为135145C。耐寒性好，脆化温度达-100C。线膨胀系数低。电性能：聚碳酸酯（PC）分子极小，玻璃化转变温度高，吸水性低，因此具有良好的电绝缘性能，体积电阻率和介电强度与聚酯（PET）相当。节电损耗角正切值仅次于聚乙烯和聚苯乙烯，且几乎不受温度的影响。耐化学药品性：室温耐水、稀酸、氧化剂、盐、油、脂肪烃，但是不耐碱、氨、酯、芳香烃。在很多有机溶液中溶胀，常用的溶液有二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷等。耐老化性能：聚碳酸酯（PC）耐老化
13、性能优良，将1.33mm厚的薄板置于耐候试验机中经历相当于户外条件1年的时间，测试表明其力学性能基本不变，而聚碳酸酯（PC）的耐老化性能同样优良。第三章 注射机的选择3.1 估算塑件体积:根据三维软件做出模型并分析计算得体积 V塑件1520mm，因为pc的平均密度为p=1.05g/cm m全=pv (2.2) =1.051.52=1.6g由于该模具设计采取是一模4腔机构设计，所以4个制件的体积为V制，流道的体积为V流，由于流道的体积无法精确计算，所以我们按照0.2倍的制件体积计算。所以：V实=41.2V制=7.3所以V额0.8V实3.2 注射机的类型和规格根据注射机注射成塑件所用的塑料起量，并
14、结合模具的高度。故选择注射机为XS-ZY60，其工艺参数如表3-1：表3-1 注塑机工艺参数注射机的工艺参数表XS-ZY60额定注射量：60cm螺杆直径：35mm注射压力：138.5M Pa注射行程：80 mm和模力：KN400KN最大成型面积：160cm2最大开模行程：80mm模具最大厚度：250mm模具最小厚度：150mm3.3 注射机有关工艺参数的校对3.3.1 Vmax=7.30.8V额=62*0.8=49.6既注射机的最大注射量大于注射机所注射及塑件所需容量。3.3.2 锁模力：A浇注塑料和塑件的最大投影面积A=3.1415=706.5mm故符合设计要求 根据公式P腔AP锁 P腔：F
15、=40706.54113KN440KN 既型腔投影面积所需锁模力小于注射机的额定锁模力p3.3.3 小模具厚度与最大模具厚度校核安装模具的最大厚度和最小厚度均有限制，所设计的模具的总高度应在最大模厚与最小模厚之间，以外形设计尺寸须在注射机根（或二根拉杆之间） 既：150H模250但此处H模=235，符合要求第四章 模具整体设计4.1 型腔数目的确定型腔数目的确定主要有以下几种因素：型腔数目的决定与下列条件有关。（1）塑件尺寸精度:型腔数越多时，精度也相对地降低，1、2级超精密注塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少时，可以一模二腔。3、4级的精密级塑件，最多一模四腔。（2）模具制造成本:多腔模的制造
16、成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。（3）注塑成形的生产效益:多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。（4）制造难度:多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。（5）注射机的选用:不同型号的注射机对应的锁模力和注射压力以及注射量都对型腔数量的确定有着很大的影响。 所以综合以上各因素采用一模4腔的最佳形式，十字布局，既满足塑件要求，又具有最佳的经济性。4.2 分型面设计分型面的确定主要应考虑以下几点：（1）在安排制件在
17、型腔中的方位时，在与开模相垂直的方向上尽量避免侧凹或侧孔。（2）一般分型面是与注射机开模方向垂直的平面，但分型面也有倾斜的平面或弯折面，或曲面，这样的分型面虽加工困难，但型腔制造和制品脱模较易。有合模对中锥面的分型面，自然也是曲面。（3）分型面的位置除了应开设在制件中断面轮廓最大的地方才能使制件顺利地从型腔中脱出外，还应考虑以下几种因素：因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或接合缝的痕迹，故分型面最好不要选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁厚较大但内孔较小时，则对型芯的包紧力很小，常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。
18、这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会对型芯产生包紧力。注塑模有的只有一个分型面,有的有多个分型面,而分型面有平面、曲面和斜面.该制品为锥齿轮,定距拉杆应先从浇口套中拉出主流道凝料,其为1分型面;再由推板推出推管将制品从型芯处推出,其为2分型面.根据对锥齿轮成型工艺性分析可知应采自动脱落的点浇口,所以采用,平面形式的分型面.如图3所示:图4.1 分型面图(a)在分型时有包紧力,所在塑件会留在型芯上(动模一侧),模具结构简单;图(b)在分型时塑件只能留在定模一侧,要使塑件从型芯上脱离,必须在定模一侧安装动力系统,这样会使模具结
19、构复杂,成本低,降低生产效率.故分型面选择(a)图所示.4.3 浇注系统设计4.3.1 主流道设计主流道为与注射机喷嘴连接的部分，一般为圆锥，锥度为2 6，对于粘度较大的熔体也可考虑稍微增大锥角，此处的主流道锥角：4主流道直径的决定，主要取决于主流道内熔体的剪切速率。但在具体设计时，一般根据经验选取一合适的值做为主流道小端直径d，一般应大于机床喷嘴直径0.51mm左右，通常取d=36mm，查实用模具技术手册表159，当材料为Pc时，选取d=3.5mm，4.3.2分流道设计分流道的设计原则即应使熔体较快地冲满整个型腔，流动阻力小，熔体温降小，并且能将熔体均衡地分配到各个型腔。常见的分流道截面形状
20、有圆形、半圆形、U形、梯形、矩形等具体参数如图6-2，其中：圆形截面分流道比表面积最小，热量不容易散失，流动阻力最小，但它需要同时开设在两块模板上，要保证两半圆完全吻合，制造较困难；半圆形截面分流道较容易加工，热量损失和阻力也不大，是最常用的形式。综合各方面因素考虑，此处分流道截面为半圆形式。图4.2 分流道截面形状4.3.3 分流道设计a.分流道设计分流道是用来连接主流道和浇口的一段流动通道，它可以改变熔体的流向，使熔体能够以平稳的流态平均的流到各个型腔内。因此分流道不仅要有良好的压力传递作用还要有理想的充填状态，在传递过程中要注意尽量减少压力和热量的损失。b.分流道的形状及尺寸为了便于加工
21、及凝料脱模，其截面形状应尽可能小于其表面积，这样可以减少热量的损失，分流道截面形状一般为圆形或梯形，因为梯形的体积较大，浪费凝料，所以这里我们选择圆形的分流道，其分流道的直径近似于主流道的大端的直径所以 c.分流道的布置为了保证熔料到达每个型腔的时间相同，必须将型腔设置为平衡式，所以分流道的布置如图4.3所示图4.3 分流道形状4.3.4浇口设计进料口也称浇口，进料口的形式也有很多种，此处采用的是点进料口的形式。（1）点浇口应用范围十分广泛，它的优点主要有：可以显著提高熔体的剪切速率，使熔体黏度大为降低，有利于充模。熔体经过点浇口时因高速摩擦生热，温度升高，黏度再次下降，使熔体的流动性更好。有
22、利于浇口与制品的自动分离，便于实现制品生产过程的自动化。浇口痕迹小容易修整。在多型腔模中容易实现各个型腔的平衡进料。对于投影面积大的制品或者易于变形的制品采用多个点浇口能够提高制品的成型质量。能够自由的选择点浇口的位置。 （2）点进料口的直径d常为0.5-1.8mm，也可以用下式计算： (公式6-2，中国模具设计大典2公式9.219.P334)式中：d点进料口直径（mm）； n系数，依塑料种类而异，其中PC对应为n0.7 C依塑件壁厚而异的系数即制品壁厚的函数值。这里我们直接查中华模具设计大典2表9.2-3，得C=0.326 经计算这里取d1 mm 图4.4 浇口形状4.4 模架的选用塑料注射
23、模标准模架共有两种，即GB/T 12556.1-12556.21990塑料注射模中小型模架和GB/T 12555.1-12555.151990 塑料注射模大型模架。两种标准模架的区别主要在于适用范围。中小型标准模架的模板尺寸BCL 500 mmC900 mm,而大型模架的模板尺寸BCL为630 mmC630 mm-1250 mmC2000 mm。所以根据塑件的大小我只能选用小型模架。而塑料注射模中小型模架的结构形式可按照结构特征分为基本型和派生型。选用标准模架，可以大大缩短模具的制造周期，提高企业的经济效益。由于用的是点浇口自动脱料的形式再根据前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，综合考虑了塑件的
24、结构和大小结合标准模架，选用模架为龙记FCI-2323-A30-B40-C80-L170.图4.5 模架4.5成型零部件设计图4.6 成型尺寸塑料制品的成型收缩 设计所采用的成形收缩率与制品生产时实际收缩率之间的误差s不要大于制品尺寸公差的1/6，要求s不要大于1/3。成型零件制造偏差 实际生产中一般要求z不要大于制品尺寸公差的1/3。模具成型零件工作尺寸的公差m（|z|m )由模具精度等级和尺寸决定。成型零件的磨损 一般要求c不大于制品尺寸公差的1/6，这对于低精度、大尺寸的制品，容易达到要求。对于高精度、小尺寸制品则难以保证，此时必须采用镜面刚等耐磨钢种。模具活动零件的配合间隙 必须保证制
25、品总的尺寸误差不大于制品尺寸允许的公差。型腔直径按平均收缩率计算（单位：mm）因为pc的收缩率为0.5%-0.8%，所以可知平均收缩率为0.65%。于是根据上列平均收缩率来计算下列成型零件的尺寸。型腔直径平均收缩率计算（单位=mm）平均收缩率为：Scp=0.65%（1） 型腔计算 6.9；21.2；(Lm)0z=(1+Scp)Ls-1/40z (4.1)其中-代表塑件公差，-成型零件的制造公差，一般取1/43/4，在这里取1/41=0.16 2=0.2 1=0.04 2=0.05 Lm1=6.9(1+0.65%）-1/40.16 0+0.04=6.9(1+0.0065-0.04) 0+0.04
26、=6.9040+0.04Lm2=21.2(1+0.65%）-1/40.2 0+0.05=21.28780+0.05(2):型芯按平均收缩率计算 5.4；81=0.14 2=0.16 1=0.035 2=0.04 (Lm)0z=(1+Scp)Ls+1/40z (4.2)=【5.4(1+0.0065）+1/40.14】 0.0350 =5.470.0350 Lm=Ls+LsScp+1/4=【8(1+0.0065）+1/40.16】 0.040=8.092 0.040（3）型腔深度按平均收缩率计算Hs=7.3；Hs2=11.61=0.16 2=0.18 1=0.04 2=0.045 Hm=Hs(1+
27、Scp) 2/3 0z =7.3(1+0.0065) 2/30.16 0+0.04=7.2470+0.04Hm2=Hs(1+Scp) 2/3 0z =11.6(1+0.0065) 2/30.18 0+0.045=11.55540+0.045（4）型芯高度按平均收缩率计算Hs=2；Hs2=8.31=0.12 2=0.16 1=0.03 2=0.04 （Hm）0z=(1+Scp)Hs2/30z =2(1+0.0065)+2/30.12 0+0.03=2.0930+0.03（Hm2）0z=(1+Scp)Hs2/30z =8.3(1+0.0065)+2/30.16 0+0.04=8.360+0.04由
28、于此产品的外型要求不高，所以就没必要对型芯和型腔的尺寸进行公差校核，就按平均收缩率进行粗略计算。4.6 导向机构的设计4.6.1 导柱在导柱的结构设计中,必须考虑以下要求:(1)导销的长度的长度必须高于穿孔面临一些。以免导杆进行积极的方向和穿孔进入腔碰撞和伤害。在这里我设计是模具的导柱安装。形式导料销结束(2)到飞行员锥形或球面的一部分,导料销可以顺利进入导销孔。(3)材料导销应该努力和耐磨表面,艰难和不易破碎,内在的核心,因此,由低碳钢渗碳淬火后的过程。或碳素工具钢T8,淬火硬度HRC50-55 T10)。(4)与精密导料销到模板是多用七过渡配合精度。(5)完成配合一些完成需求7级,另外,导
29、柱的选择也应该报道来自模组。导柱一般结构都很简单，所以我们一般使用台阶式导柱。为了减少摩擦和改善导向条件，可以在导柱上设计油槽，但是开设油槽的话会增加成本，所以我们选择非标准导柱查表得本次设计中使用的导柱的尺寸为20：材料为T10A淬硬钢。具体结构如图所示：图4-7 导柱4.6.2导套导套的选择应根据模板的厚度和上面的因素来确定,这种设计在水里,但使用模板和模板和柱塞板每设置一组导套,导套的典型可分为直导套,导套,导套结构简单,加工方便,对于简单的模具导向套的背面板,导致导套结构复杂,使用高精度的场合,由于导套配合导料销使用，其特定的结构和布局如图所示:，由于已经选定好导柱，所以我们可以选择直
30、径为30的带头导套，材料为T10A淬硬钢。如图所示：图4-8导套材料:T8的导向套和导料销和导向套应该低于导销硬度硬度,以减少磨损,防止导柱和导套毛坯,导套固定部分的表面粗糙度和指导部分被选中。固定形式和配合精度:固定开放循环槽导套,紧固螺丝,导致导游H7 / k6、无头导套使用H7 / n6插入到模板4.6.3导柱导套布置根据模具的形状的大小，在模具的空闲位置开设导柱，常见的导柱有2至8不等，其布置原则必须保证定模只能按一个方向合模，本设计导柱的布置图见模架中的俯视图。4.7推出机构的设计在注塑成型的每一个循环中，塑件必须由模具型腔中脱出，在该设计中，为了使符合脱模机构的要求：使塑件留于动模；塑件不变形损坏这是脱模机构应当达到的基本要求。要做到这一点首先必须分析塑件对模腔的附着力的大小和所在部位，以便选择合适的脱模方式和脱模位置，使脱模力得以均匀合理的分布。良好的塑件外观顶出塑件的位置应尽量设在塑件内部，以免损坏塑件的外观。结构可靠因此，根据装配图，其模具结构的脱模机构主要是利用推管将产品推出模外。如图所示红色为推管，绿色的为型芯杆是固定。利用推管推出制件的好出是 顶出面积大，不会留下顶出痕迹。图7 推管4.8 冷却系统在注射成型过程中，模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由
