1、塑料斜齿轮旋转脱螺纹注塑模具设计毕业设计论文编号： 毕业设计说明书题 目： 塑料斜齿轮旋转 脱螺纹注塑模具设计 学院： 国防生学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 职 称： 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2014年5月4日摘 要 伴随着全球性经济发展，新技术革命浪潮不断的突破与发展，跨越性的技术发展已经成为推动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断繁荣，极大地促进了对体积小，工业产品的品种多，低成本，高品质的方向发展。为了提高生产周期的市场竞争力的核心产品的要求越来越高，开发周期短，因此对各种产品的
2、制造的关键技术及设备，模具的要求也越来越严格和苛刻的。 模具是基础工业之一。随着市场经济全球化趋势和各种高新技术的迅猛发展，快速经济模具被赋予了新的内涵和新的任务，种类的激增，促使快速经济制模材料向着多品种系列化迈进，不断促使工艺有新突破和发展。鉴于商品经济的快速发展，产品换代更新的加速，以及市场竞争愈发激烈，都愈发高的刺激着快速经济制模技术朝着短周期、低成本、高质量及高制造精度等方向发展。鉴于它能够使企业获得更大的市场，创造更大显著的经济效益，因此愈发受到企业家的垂青以及获得相关领导部门的政策资金的支持。鉴于快速发展的高新技术以及各种技术的综合运用，未来必定会产生新型节能省材的快速制模技术来
3、适应社会生产中差异化需求。 此次毕业设计是对塑料斜齿轮注塑模具设计，难点在于实现自动旋转脱螺纹功能。本设计有两大亮点，一是使用齿轮齿条传动机构来实现测抽芯，二是用轴承使型腔旋转来实现脱螺纹设计。因模具中有多处需要配合，可能使模具在制造和装配方面有些难度。关键词：模具；斜齿轮；结构设计；注射模；型腔AbstractWith the global economic development, new technology revolution continued breakthroughs and development, leapfrog technology development has be
4、come an important factor in promoting world economic growth . Continued prosperity of the market economy , which greatly promoted to small, multi- variety of industrial products , low-cost , high-quality direction. In order to enhance the core products in the market competitiveness of the production
5、 cycle, and increasingly demanding shorter development cycle , and therefore the key to the manufacture of various products, technology and equipment - mold requirements are increasingly stringent and demanding .Mold is one of the basic industries . With the rapid development of economic globalizati
6、on and a variety of high-tech markets , rapid economic mold was given a new meaning and a new task , the type of surge , prompting rapid economic modeling material moving toward multi- variety series , continue to promote technology breakthroughs and development. Given the rapid development of the c
7、ommodity economy , accelerate the upgrading products , and market more competitive , are increasingly high to stimulate rapid economic modeling techniques towards short-cycle , low-cost , high-quality and high manufacturing precision direction. Given its ability to enable enterprises to gain a large
8、r market , creating greater significant economic benefits , and therefore increasingly favored by the entrepreneurs and access to funding to support policies related to the leadership department. Given the rapid development of high-tech and comprehensive use of various technologies , the future will
9、 certainly generate new energy-saving materials for rapid tooling technology to meet the social needs of the difference in production .The graduation project is a plastic injection mold design helical gear , the difficulty lies off the automatic rotation of the threaded function. This design has two
10、 bright spots , one using rack and pinion mechanism to achieve measured Pulling , two bearings so that the cavity is rotated to achieve the de- thread design . Because there are many die with blood , may cause some difficulty in mold manufacturing and assembly areas .Keyword: mold ; bevel wheel; str
11、uctural design;plastics injection mold; cavity引言模具是一种重要的工业产品的生产技术和设备，是国民经济的基础，被冠以现代“工业之母”。 现代生产中，模具因其加工效率高，互换性，节约了材料，所以广泛应用。作为一个蓬勃发展的行业，在整个模具塑料模具发展很快。作为制造行业的一个后起之秀，它以它独特的优势而被广泛应用，极大地促进了塑料工业的质的发展。（一）、我国塑料模具的发展现状模具是现代工业生产的重要工艺装备。依工业技术的飞跃式发展，依靠模具来进行加工在国民经济的各领域中愈发常见。随着塑料工业的迅速发展，效率高，自动化程度高，寿命长和高精密模具的设计和制
12、造是关注未来的重点。例如电视机外壳、空调机零件、洗衣机内缸、电冰箱、灯座、周转箱等模具。世界上的一些工业化国家，其工业产值已超过机床工业的模具，其增长率也超过了机床，汽车，电子等行业。在这些国家，模具工业已成为国民经济的基础工业之一。美国工业界称“模具工业是美国工业的基石”，日本模具协会称“模具是促进社会富裕的动力”。什么东西既具有自己的价值通过同一模具为社会创造了巨大的经济效益和社会效益。 一流的模具设计理念、高质量的制造水平、上等的材料、合理的加工工艺和现代化管理及成型设备等都是制造优质模具不可获缺的。一副优质的模具可以重复上百万次成型，这是和上面所陈述的因素分不开的。纵观国内外同行情况，
13、注塑成型技术发展趋势大致有以下几个方面： （1）CAD/CAE/CAM技术在模具设计与制造中的应用； （2）模具制造对工业领域的推动发展； （3）开发模具逆向工程，创新模具的快测技术； （4）开发上等的模具材料和对其表面进行特殊处理； （5）提升模具标准化水平，用模块化实现模具的重组； （6）模具的模块化、集成化、精密化。 塑料模具在我国的发展很快。塑料模的设计制造、CAD/CAE/CAM技术、CAPP技术，已有不少的企业及研究机构在开发及应用。在设计及制造技术上与一流水准相比有一定的不足。专用模具钢的种类少少、标准化程度不高、质量尚不稳定等问题还在困扰着我国模具行业；模具的商品化、系列化及规
14、模化能力还有不少改进及提升的空间；CAD、CAM、Flow Cool等软件应用程度不是很高；提高模具的设计与制造水平是增加国际核心竞争能力比不可少的。近些年来，伴随着模具综合技术的提升，模具产品也更加复杂、精密，模具制造成本和周期也在缩短。（二）、研究此项目的内容、目的和意义通过计算机数据模拟和仿真对塑料注射模具的设计思路和制造过程进行有效的评估和预测，并且可改善模具的结构设计并快速制得样品，便于赢得客户，争取定单，从而扩大市场及占有率；此外还降低返厂率，缩短生产周期，节省材料和费用，进而很大幅度地降低了模具的生产成本。此项目针对的内容和要求:（1）拟定斜齿轮塑件的成型工艺，选用合理的成型设备
15、。（2）合理的模具设计结构。必要时可依模具要求对塑件图纸进行适当的修改。（3）长使用寿命、高强度，高耐磨性是模具配件必不可少的。（4）经济性好、便于制造是模具制造需要考虑的。（5）确定零件尺寸及形状，选择合理的结构。（6）高效率、高可靠性、高自动化程度是模具设计制造的精髓。研究此项目的目的与意义:（1）选择合适的塑料及成型工艺。（2）通过对产品质量分析，改进模具的工艺及结构设计。（3）将模具设计融合到CAD/CAM/CAE的运用中去。（4）提高分析和解决问题的能力，改进我们的学习与创新发展。1.塑件（斜齿轮）的分析1.1 塑件（ABS）的三维模型如下图1.1： (a) (b)图1.1塑件三维图
16、图1.2 塑件尺寸图1.2 塑料的基础知识与应用 塑料是塑料为主要原料，再加入适量填料，增塑剂，润滑剂，稳定剂，着色剂等材料，固化剂。 塑料的种类繁多，性能上也有较大差异,从事塑料应用技术领域工作时人，应该首先对所选的塑料的类型，结构和相关性能的认识，有必要获得必要的基本知识以及了解塑料的应用范围。按塑料的分子结构及特性可分为热塑性塑料和热固性塑料两种。按塑料的使用情况一般可以分为通用塑料、特种塑料、工程塑料三大类。1.3 ABS塑料1.3.1 塑料ABS的基本概念ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯) 英文名称:Acrylonitrile Butadiene Styrene。比重:1.05g/
17、cm 成型收缩率:0.30.9%成型温度：180200 干燥条件：808523小时塑料性能: （1）良好的整体性能，高的抗冲击强，化学稳定性。 （2）具有较高的耐热性，高的影响，完全燃烧，提高透明度。 （3）与有机材料的熔接性较好，且表面可进行处理，如镀铬、喷漆等。 （4）较HIPS流动性差一些，较PMMA、PC等好，柔韧性好。ABS 塑料是以高分子化合物为基础而混合的复合材料。综合了原有材料的性能特点，其最大的特点是可根据需要进行材料设计，这也是它和其它塑料最大的不同。ABS 高分子材料独特的结构和易加工、易改性特点，使其具有其他材料无法比拟、无可取代的优越性能。于此同时ABS 塑料不仅有聚
18、合物的一般热性能和力学性能外，还具有一些特殊功能，如物质、信息和能量的转换、传递和储存等。1.3.2 塑料ABS的特性ABS的详细特性在下表1-1中给出。表1-1 ABS塑料的特性性能项目试验条件状态测试方法测试数据数据单位基本性能熔体流动速率2302.16KgASTM D-12381.8g/10min收缩率23FCFC Method0.3-0.8%密度23/23ASTM D-7920.96机械性能降伏点抗张强度23ASTM D-638360kg/cm2断裂延长率23ASTM D-638200%弯曲模量23ASTM D-790A15500kg/cm2洛氏硬度23ASTM D-785100R-S
19、caleIzod冲击强度23,1/8厚ASTM D-2566.0kg-cm/cm2热性能热变形温度at 4.6kg/cm2，Unannealed,1/4厚ASTM D-648135其它性能FDA Compliance21 CFR Pt 177.1520Yes通常，塑料的熔点并非是一个固定的数值，而是用热变形温度来显示。ABS是升级强化版的PP，有较高的热变形温度，耐热性能好，注塑收缩率较低，尺寸稳定性能好，故特别适用于有耐温需求的汽车零件以及电气部件等。热塑性塑料在恒压力下，依据受热的温度的差异，存在玻璃、高弹和粘流三种状态。ABS是在粘流态下成型的制品，可用注射成型来制作。ABS具有适度的流
20、动性，主要由压力和温度确定其流动性。因为是热塑性的，所以在模具设计和注塑成型的选择都需要注意螺杆注射机的选择，浇注截面应大些，料筒及模具应镀铬，不应有有死角滞料，加热时间、模温、成型温度、螺杆转速及背压等都需要严格控制1。1.3.3 塑料ABS的成型特性及成型条件材料成型收缩率小，易产生应力集中而引发熔融开裂，因此控制成型条件以及成型后退火处理可以有效减少塑件的开裂情况。无定形料,流动性中等,吸湿大须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥8085度,23小时.高料温、高模温等方法可以提高材料的流动性，减少夹水纹现象。摩擦系数低，高，浅侧凹槽可强迫脱模，塑件表面可带有皱纹花样，但易产生表面
21、缺陷，如毛斑、折皱、熔接痕、缩孔、凹痕等弊病。收缩率及成型收缩范围中等。ABS 塑料的干燥，ABS 塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前需进行干燥和预热。选用直通式喷嘴，为避免流涎现象可将喷嘴孔改成喇叭状，并适当地控制喷嘴温度。模温对塑件质量有较大的影响，模温低时，收缩率，抗压，抗弯，抗冲击强度大，料温对塑件质量影响较大，料温过低会造成缺料。模具浇注系统对料流阻力要小，进料口宜取厚，尽可能的避免死角积料。1.3.4 塑料ABS的成型条件 表1-2 塑料ABS的成型条件 注射成型机类型螺杆式比重（gcm）1.411.43收缩率(%)0.30.9注射压力(kg/cm)8001000喷嘴温度(
22、C)170180螺杆转速(n/min)28模具温度(C)90120适用注射机类型螺杆式预热温度（C）时间（h）8010035料筒温度（C）前断中断后断180200190220160170成型时间（s）注射时间高压时间冷却时间总周期209005206050160后处理方 法温度（C）时间（h）红外线灯鼓风烘箱14014541.3.5 塑料ABS的主要用途作为热塑性工程塑料的ABS 具有较高的韧性、耐热性和强度，还具有加工优势，如熔体温度低、结晶快等，同时还有其基本优点，如尺寸稳定性，耐化学品性。ABS也是一种重要的工程塑料，它的抗疲劳强度较高，尺寸稳定。制品可在-40100 C范围内能以较高的硬
23、度，耐磨性，刚度和强度长期使用。在工业生产中， ABS可代替一部分金属应用于电器、汽车、机床、化工、机械、农业机械等行业。ABS特别适用于制作辊子、滚轮、齿轮、轴承、凸轮等传动等耐磨零件，也可以用来制造化油器，汽车的仪表板，各种管道等盖。ABS是极具市场前景工程塑料，ABS是新的商机，潜在市场。1.4 塑件结构工艺性要求的了解及分析要想得到优良的塑料制件，除了选用合理的原材料以外，塑件结构的工艺性必须在考虑的范围之内，我们在考虑塑件结构工艺性时，需要遵守以下原则：在设计之初，必须将收缩率、流动性等将原材料的结构工艺性考虑在内。在保证塑件的性能，物理性能和力学性能，耐化学性，耐热性和电性能，如要
24、求的前提下，尽可能的厚度均匀，结构简单，使用方便。设计时需考虑模具的总体布局结构，使模具的抽芯和推出机构简易和模具型腔制造方便。 对塑件外观有较高的要求时，需先进行造型，然后在绘制图样。选择模具分型面几何形状和塑件的成型方法，直接决定了塑料成型模具的成功。所以，在设计时应该使塑件的几何形状能适用于其成形工艺。1.5 脱模斜度1由于塑件在冷却过程中产生收缩，因此在脱模前会紧紧地包住型芯或型腔中的其它凸起部分。为了便于剥离，防止模具塑料表面划伤，擦毛等，为了便于塑件从塑料芯模腔取出，在设计时沿脱模方向均应有足够的脱模斜度。塑件上脱模斜度的大小，与塑件的性质、收缩率大小、摩擦系数大小、塑件厚度和几何
25、形状有关。与软质塑料相比，硬质塑料的脱模斜度较大；脱模斜度与塑件形状的复杂程度或成型孔的数目有关；塑件的脱模斜度与高度、孔深呈反比；壁厚增加，内孔包住型芯，脱模斜度也应大些。 根据塑件材料ABS推荐的脱模斜度为40130。由塑件属硬脆类塑料且厚壁的塑件，故脱模斜度可取较大值依据塑件几何形状及收缩规律，因为它的向心收缩性，所以一般内表面的脱模斜度大于外表面,依据塑胶零件的精度来确定脱模的斜度，内表面取1，外表面取130。1.6 塑件的壁厚1塑件需有一定的厚度，才能保证塑件在使用中有足够的强度和刚度，而且也为了塑料在成型时保持良好的流动状态。有时塑件在使用时所需的强度虽然很小，但也需要有适当的厚度
26、来承受脱模退出力。热塑性塑件的厚度一般在1-4mm，壁厚大，就会易产生起泡和凹陷，并且也不易冷却。壁厚与流程有密切关系，且成比例关系，根据ABS属流动性中等。 可得： （1-1） 即厚度2 mm即可；由于塑件最薄处为5.5mm，因此符合要求，流程短愈短愈有利于注射成型。1.7 圆角设计塑件时，为了减小应力集中，同时增加手感体验和美观，体现人性化设计，常采用圆弧过渡。此外，圆弧还提高了塑件的强度，使脱模更易，同时还使模具型腔在淬火或使用时不易开裂。本设计中塑件圆角都取R=0.5mm。2 注射机的选择塑件的体积计算 （2-1） （2-2）选择注射机由于塑件为大批量生产，所以尽可能采用多型腔，综合考
27、虑应选用ZSZY125型卧式注塑机。依XSZY125型注塑机可得如下表2-1： 表2-1 XSZY125型注塑机参数（mm）螺杆直径42最大理论注射量125注射压力120 MPa锁模力900KN最大成型面积645模具最大厚度300注射行程115模具最小厚度200模板最大行程300喷嘴孔径4喷嘴圆弧半径12喷嘴移动距离210型腔许用压力280（kg/cm）定模板上孔径100两拉杆之间距260290定模板上孔深10顶出形式中间顶出动模板上孔径1003 型腔数目的决定注射模的型腔数目可根据需要来确定，可以是一模一腔或一模多腔。型腔数目越多，塑件尺寸的精度精度也就相对较低，若塑件的精度不高，可选用多型
28、腔数。以注塑成型的生产效益上看，表面上多型腔模比单型腔模经济效益要高，但以制造的难度来衡量的话，单型腔比多型腔制造难度小。由于此塑件的精度要求不高，生产批量适中，而且还有侧抽芯，抽芯距也较长，在制品生产及模具的加成本上考虑，可选为一模一腔。（1）注射机的锁模力 锁模力务必要超过模具在开模方向上投影面积的注射压力总和。注射基本压力（依塑件流程比及壁厚而不同） （3-1）型腔注射压力，取2800b基本压力 Kc1.7（ABS）K11.25取K1.4、锁模力 锁模力不小于总注射压强的1.5倍，即 （3-2）壁厚为5.5mm，取最小。本次设计选用采用圆薄片型浇口，流程比为42/5.5=7.6有查图可得
29、L=7.6，壁厚=5.5mm，s=13Mpa，由Kc系数表查得Kc=1.25，塑件形状复杂可取Ks=1.4，由公式： （3-3）得注射压力P： 投影面积 ： 型腔总投影面积 ： 由： 得锁模力： 故锁模力是足够的。 开模距离 由塑料部分长度为42mm，是从模具中取出，距离应大于两倍的模板浇注系统的总长度的长度，即 ：L=24250=134mm.由ZS-ZY-125注射机的最大开模行程为300mm，故能够完全可以取出塑件 。 模板面积3.1 浇口的设计1浇口亦称进料口，是连接浇注系统（分流道）与型腔的熔体通道。浇口的位置的设计与选择，与塑件能否完好以及高质量地成型直接相关。浇口可分为限制性浇口和
30、非限制性浇口两大类。限制性浇口是整个浇注系统中截面尺寸最小的部位，通过截面积的突然变化，使分流道送来的塑料熔体产生的流速增加，提高剪切速率，降低粘度，使其成为理想的流动状态，从而迅速均衡地充满型腔。对于多型腔模具，调节浇口的尺寸，还可以使非平衡布置的型腔达到同时进料的目的，提高塑件的质量。另外，限制性浇口还起着较早固化防止型腔中熔体倒流的作用。非限制性浇口是最大的部分是整个浇注系统截面尺寸，它主要是对中大型筒类、壳类塑件型腔起引料和进料后的施压作用。按浇口的结构形式和特点，常用的浇口可分为直接浇口、中心浇口、侧浇口、环形浇口、轮辐式浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏浇口等等。浇口的形状和位置尺寸直接与塑件的内、外在质量联系在一起。如果选择不合理，会使塑件产生融合痕、翘变形、气泡、填充不良以及
