传动机构被动齿轮注塑模具设计
传动机构被动齿轮注塑模具设计,传动,机构,被动,齿轮,注塑,模具设计
哈尔滨理工大学学士学位论文传动器被动齿轮注塑模具设计摘要随着塑料工业的发展,塑料注射模已经成为制造塑料制造品的主要手段之一,且发展成为最有前景的模具之一。在现代工业和日用产品中,越来越多的塑料制品代替了以往的多类产品,而模具作为塑件的成型技术也得到了迅速发展。本次设计是在Pro/ENGINEER平台上对被动齿轮注射模具进行的设计。在设计过程中,首先了解塑料制品所用塑料的品种、塑料的特性、收缩率及塑料流动性能等。对塑料制品进行工艺分析,着重分析塑料制品的结构和理性及成型条件等。根据塑料制品的重量和塑料制品投影面积及模具结构类型等,选择合适的注射成型机。最后进行模具结构设计,并利用功能强大的CAD软件Pro/ENGINEER进行三维造型及工过程的动画设计。通过这次设计,不仅掌握了注射模具的基本设计过程和设计要领,并了解了塑料的基本成型工艺,以及软件Pro/ENGINEER的实体建模、装配建模、制图基础、工过程动画设计等各个环节的基本操作规则及运用方法,从而可以利用软件Pro/ENGINEER或其它三维设计软件完成模具的整体设计。关键词注射模具;CAD;Pro /ENGINEEThe Passive sensor gear Injection Mold Design Along with plastic industry development, The plastic injection mold already became one of manufacture plastic product main methods, Also develops into most has 1.th prospect mold In first generation of industry and in an everyday use product, the more and more many plastics product has replaced the former many kind of products, but the mold achievement modelled to take shape the technology also to obtain the rapid development.This graduation project is in Pro in the ENGINEER platform the injection mold design which carries on to the length register lid. In the design process, through understood and grasps the related knowledge which plastic ABS and the length register plastic mold designs, mainly completes the injection plastic mold to take shape partially, pours the system, the drawing of patterns organization, the mold body and so on the partial designs, and carries on the three dimensional modelling and the labor process animation design using function formidable CAD software Pro/ ENGINEER.Through this design, not only grasped has injected the mold the basic design process and the design main point, and had understood the plastic basically took shape the craft, as well as software Pro ENGINEER entity modelling, assembly modelling, charting foundation, labor process animation design and so on each link elementary operation eo rule and utilization method, thus might completes the mold using software Pro ENGINEER or other three dimensional design softwares the overall design.Keywords The injection mould for plastics;CAD;Pro/ ENGINEER不要删除行尾的分节符,此行不会被打印- I -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 模具发展前景1第2章 塑件与注射模具32.1 塑料32.1.1塑料的结构、成分32.1.2 塑料的使用性能及用途32.1.3塑料的选用32.2 注射模具42.2.1注射模具设计的几个部分52.2.2塑件几何形状62.3 本章小结7第3章 模具的设计83.1 成型零件的结构及设计83.1.1 分型面位置的确定83.1.2型腔数目的确定93.1.3型腔结构设计103.2 动模固定板和定模固定板113.3 注射机的确定113.3.1注射机型号的确定113.3.2最大注射量的校核123.3.3锁模力的校核123.4 浇注系统的设计133.4.1主流道的结构设计133.4.2浇口套143.4.3分流道设计153.4.4 分流道的形状及尺寸153.4.5浇口的设计153.5 本章小结17第4章 模具结构零部件设计184.1 导向零件184.1.1导柱的设计184.1.2导套的设计194.2 推杆194.3 动模垫板设计204.4 支承块214.5 复位杆224.6 本章小结22第5章 模具工作过程的动画设计235.1 装配235.2 动画设计265.3 本章小结28结论29致谢30参考文献31附录 英文翻译32千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”,然后“更新整个目录”。打印前,不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行- III -第1章 绪论1.1 课题背景齿轮的发展要追溯到公元前, 迄今已有3000 年的历史。1954年,在山西省永济县薛家崖出土的齿轮和秦代秦代铜器古物一样,时间为公元前221年,该齿轮现存陕西省博物馆。 1959年,在我国保定城南壁养成村址地下掘出西汉(公元前207年)时代的铸造齿轮,现在在沈阳博物馆内保存。 1953年在陕西省长安县红庆村汉墓出土了东汉年初的一人字齿轮,现存陕西省博物馆内。这种人字齿轮,后来在长沙也出土了,为西汉年初(公元前200年)制造。 上述材料证明,中国在秦汉年代(公元前221220年)就发明了齿轮。齿轮为铸铜,有直齿、斜齿、和人字齿齿轮。 远古时代人们为了传递动力, 发明了齿轮,这一发明实现了转动的传递。 在我国汉代发明的指南车上有齿轮的传动装置, 当时的齿轮是用木料制造或用金属铸成的, 只能传递轴间的回转运动, 不能保证传动平衡性, 同时齿轮的承载能力也很小。在国外, 机械动的记载始于古罗马时代, 人们在水力碾磨中也用到了木制齿轮传动, 但齿轮的齿形是直线形, 同样不能保证运动的平稳性, 并且木制齿轮的承载能力也受制。在瑞典, 人们在谷物碾磨中使用石头做成斜齿轮传递动力, 虽然比木制齿轮承载能力高, 但加工困难。到了14世纪, 钟的发明使人们开始研究金属齿轮传动以减小尺寸, 以便在钟中得到应用。18世纪初, 蒸汽机问世, 并被很快运用, 这进一步促进了齿轮传动的发展。此外, 这一时期水力纺织机械、冶金机械的发明与运用, 又促使大功率、高质量的木制、金属的齿轮传动问世。在齿轮材料没有改进的情况下, 19世纪末期, 人们开始研究齿轮的齿形,并向小型化、长寿命、更可靠的齿轮传动装置发展, 促进了对齿轮传动的研究, 20世纪初摆线齿轮和渐开线齿轮相继出现。但由于摆线齿轮制造和安装较困难, 限制了发展, 目前只在钟表领域应用。渐开线齿轮传动的类型有直齿轮、斜齿轮、锥齿轮和蜗杆传动. 20世纪60-70年代渐开线齿轮主要采用滚齿加工工艺, 用这种方法生产的齿轮硬度不高, 接触强度低、寿命短, 而用在船舶、电厂涡轮机的大型高速齿轮传动由于其节线速度高, 要求这些齿轮有高精度,于是加速了磨齿加工工艺的发展。斜齿轮是在直齿轮的基础上发展起来的, 由于直齿轮寿命短, 承载能力有限等缺点, 从而在后来的机械传动装置中, 人们开始尝试在同样厚度的齿轮上, 增加接触线长度的斜齿, 即斜齿轮, 它无论在性能上还是加工上, 都较直齿轮复杂, 但在斜齿轮的传动过程中, 存在着对传动系统不利的啮合力的轴向分力, 为此又发明了人字齿轮, 但人字齿轮的加工更复杂 。21世纪随着材料科学的发展, 齿轮由金属材料逐渐向高分子材料转变, 如塑料齿轮已被广泛应用, 以减轻齿轮的重量。随着生活质量的提高, 对使用工具也越来越追求完善, 为了实现传动性能的优化, 人们对齿轮的认识逐渐深入。20世纪40年代, 渐开线理论开始出现,我国的齿轮传动也是从这开始的,渐开线齿轮在技术上最成熟,应用最具备条件,而使用也最普遍,并在机械传动设计中,占有主导地位。渐开线齿廓具有中心距敏感性小,可进行各种变位和修形设计,易于进行精密加工、互换性好等一系列优点。但是由于渐开线软齿面齿轮表面接触强度薄弱,加之一般质量水平不高,在使用中往往出现早期失效,尤其在一些承载较重的场合,使用寿命较低。到50年代为了提高承载能力, 提出了齿轮齿廓和齿向修形的设计方法。五十年代后期,我国开始研究与应用单圆弧齿轮。这种齿轮主要靠轴向传递运动,其端面齿廓理论上呈点啮合,因而降低了对齿廓的技术要求;在垂直于齿面瞬时接触线方向,诱导曲率半径较大;再有,齿面润滑性能较好,因此,在软齿面条件下其齿面接触强度与渐开线齿轮相比有显著提高。60年代, 人们开始研究直齿、斜齿和锥齿轮等的表面疲劳强度和可靠性, 研究表明渐开线齿轮传动在啮合点是纯滚动, 因此其传动平稳性、效率、使用寿命受到限制。在国际齿轮会议上Essen提出圆弧齿轮具有润滑性能好的特点, 啮合摩檫损失减小, 提高了齿轮的寿命。 文献中对它的刚度, 以及错位前后的刚度变化作了分析。70年代, 出现了曲线锥齿轮、环面蜗杆、点接触蜗杆以及圆弧齿轮等新型传动装置。 七十年代中后期,我国由单圆弧齿轮发展为双圆弧齿轮,即由单凸圆弧或单凹圆弧组成齿廓改变为由凸凹圆弧上下分段组成的单一齿廓形式,也就是说大、小齿轮的基本齿廓是一致的。它简化了切齿工艺,大大提高了轮齿的弯曲强度,使圆弧齿轮的技术达到了更完善的程度。这对于同样参数与尺寸的软齿面圆柱齿轮,圆弧齿轮的工作寿命高于渐开线齿轮,特别是应用在一些重负荷、大功率的齿轮传动中,取得了良好的效果。七十年代末,随着国外机械产品的引进与齿轮制造水平的提高,齿面经渗碳淬火、氮化或感应淬火处理的所谓硬齿面渐开线齿轮开始为人们所重视。这种齿轮由于齿面硬度高与轮齿精度好而大大提高承载能力和使用寿命,并因结构尺寸小使齿轮装置的成本大为降低。80年代, 齿轮传动系统中又增加了少齿差行星传动、新型伺服传动、新型蜗杆传动等新类型。行星传动:各类齿轮的行星传动是近20 年来发展较快的一种传动形式,它是一种至少有一个齿轮的几何轴线绕中心轮轴线回转的齿轮传动。因此种传动采用数个行星轮或一个行星轮的多个轮齿同时传递负荷,并利用了向啮合的组合形式,因而具有体积小、重量轻、速比范围大、传动效率高、噪声小等优点,广泛用于冶金、矿山、起重运输、通用、化工、航天等设备上,作为增速、减速与变速的传动装置。在有些要求结构紧凑的场合或是同轴线传动的情况下,它已替代了一批平行轴结构的定轴传动。在要求单级大减速比并传递大转矩的齿轮传动中,多数应用蜗杆传动。各种少齿差式的行星传动主要使用在中、小功率的大减速比传动。所谓少齿差即是在齿轮啮合副中,其内齿轮与外齿轮的齿数差很少而得名。对于渐开线齿轮少齿差行星传动与摆线针轮少齿差行星运动来说,其基本原理与计算方法相同,其行星运动的产生,并无单独的行星轮而是由其中的外齿轮通过一转臂轴承的偏心作用所致。渐开线少齿差中的外齿轮一般是不磨齿的,因而加工简便,成本低。摆线少齿差中的外齿轮(摆线轮)是齿面渗碳淬火磨齿的。传动效率较高,但需专用加工设备,因为是成批生产,成本不会太高,应用面越来越广,它是目前我国齿轮减速器中年产量最大的一种。另一种谐波齿轮少齿差行星传动是依靠柔性材料制成的外齿轮所产生的可控弹性变形来传递运动。常应用于传动功率不大、运动精度高、回差小、结构更为紧凑的大速比传动装置,特别适合于仿生机械,医疗机械,电子设备及航空航天装置上要求高动态性能的伺服系统中使用。蜗杆齿轮:现有普通圆柱蜗杆,圆弧圆柱蜗杆与环面蜗杆等三种类型。一般设计成普通圆柱蜗杆传动,加工比较方便。其中应用较多的是轴向直廓圆柱蜗杆传动与法向直廓圆柱蜗杆传动两种;对于载荷较大的场合,常采用圆弧圆柱蜗杆传动;对于较精密的传动,可采用渐开线圆柱蜗杆传动或轴向直廓圆柱蜗杆传动。在一些重载,且功率较大的传动中,较多采用环面蜗杆传动。它具有多齿接触与润滑条件好等特点。如与普通圆柱蜗杆副相比,承载能力可提高1.5-3倍。其缺点是制造比较复杂、成本高。蜗杆传动类型的选择取决于所具有的工艺条件与传递功率的范围。蜗传动的性能质量不仅与蜗杆和蜗轮的制造质量有关,且与安装跑合的效果密切相关。只要在工艺上保证,同一类型的蜗杆传动,其承载能力不会有显著差别。90年代在技术上普遍经历了一次新的更新换代, 使承载能力大幅提高, 模块化设计程度更高,更容易实现零件的批量化生产, 此外进一步采取降噪措施, 改进了密封和外观。1.2 模具发展前景我国具工业从起步到飞跃发展,历经了半个多世纪,近几年来,我国模具技术有了很大发展,模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件具为代表,我国主要汽车模具企业,已能生产部分轿车覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模、覆盖面大增,已从电机、电铁芯片模具,扩大到接插件、电子零件、汽车零件、空调器散热片等家电零件模具上。塑料模已能生产34、48大展幕彩电塑壳模具,大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。塑 料模热流道技术更臻成熟,气体铺助注射技术已开始采用。压铸模方面已能生产自动扶梯整体梯级压铸 模及汽车后轿齿轮箱压铸模等。模具质量、模具寿命明显提高;模具交货期较 前缩短。模具CAD/CAM/CAE技术相当广泛地得到应用,并开发出了自主版权的模具CAD/CAE软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展上发挥了重要作用。模具加工机床品种增多,水平明显提高。快速经济制模技术得到了进一步发展,尤其这一领域的高新技术快速原型制造技术(RPM)进展很快,国内有多家已自行开发出达到国际水平的相关设备。模具标准件应 用更加广泛,品种有所扩展。模具材料方面,由于对模具寿命的重视,优质模具钢的应用有较大进展。正由于模具行业的技术进步,模具水平得以提高,模具国产化取得了可喜的成就。历年来进口模具不断增长的势头有所控制,模具出口稳步增长。第2章 塑件与注射模具2.1 塑料根据美国材料试验协会所下的定义,塑料是一种以高分子量有机物质为主要成分的材料,它在加工完成时呈现固态形状,在制造以及加工过程中,可以借流动(flow)来造型。因此,经由此说明我们可以得到以下几项了解:它是高分子有机化合物。它可以多种型态存在例如液体固体胶体溶液等。它可以成形(moldable)。种类繁多,因为不同的单体及其组成可以合成不同的塑料。用途广泛产品呈现多样化。具有不同的性质。可以用不同的加工方法(processing method )。塑料和树脂这两个名词也常混用。2.1.1塑料的结构、成分塑料的主要成分是树脂,树脂有天然树脂和合成树脂两种。无论是什么种类的树脂,都属于高分子化合物,简称高聚物。高聚物可分为线型高聚物、体型高聚物、网型高聚物。线型高聚物成型前具有可溶性和可熔性,成型后仍具有这种特性,因而可多次成型,体型高聚物成型前是可溶和可熔的,而成型硬化后,就变成既不溶解又不熔融的固体,所以不能再次成型。树脂是塑料中必不可少的部分,塑料之所以具有可塑性或流动性,就是树脂所赋予的。树脂的主要作用是将塑料的其它成分加以粘合,并决定塑料的类型(热塑性或热固性)和主要性能,塑料中的树脂主要是合成树脂,其次是纤维素酯,树脂在塑料中的比例约为4050%,另外,塑料还包括填充剂、增塑剂、着色剂、稳定剂、润滑剂、阻燃剂、 防静电剂等多种成分,使塑料不但美观,而且改善塑料及塑件的综合性能,使其满足不同塑件的使用要求。2.1.2 塑料的使用性能及用途塑料的优点:重量轻、比强度(强度与密度之比)比刚度高、优良的耐磨、自润滑和吸震性能、粘结能力强、优越的化学稳定性、优良的电绝缘性能、有些塑料具有优良的光学性能和着色范围宽,可染成各种色调。由于塑料具有这些优点,因此在现代工业和日用产品中,越来越多用到塑料制品,特别应用于光学仪器和包装工业方面,发展尤为迅速。但是由于要求其耐磨性要高,抗冲击韧性要好,因此对塑料的成份,注塑整个过程的工艺,设备,模具等,都要作出大量工作,以保证塑件的表面质量良好,从而达到使用的要求。2.1.3塑料的选用常用塑料可分为:热塑性塑料和热固性塑料两种。热塑性塑料的合成树脂都是线型或支链型高聚物,因而受热变软,甚至成为可流动的稳定粘稠液体,在此状态时具有可塑性,可塑成一定形状的塑件,冷却后保持既得的形状,如再加热又可变软塑制成另一形状,如此可以反复进行多次。节省原料又可减小污染,因此选用热塑性塑料聚乙烯。1.结晶形塑料,吸湿性小;2.流动性极好,溢边值为0.02mm左右,流动性对压力变化敏感;3.加热时间长则易发生分解;4.冷却速度快,必须充分冷却,设计模具是要冷料穴和冷却系统;5.收缩率大,方向性明显,易变形、翘曲,结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大,应控制模温;6.宜用高压注射,料温要均匀,填充速度应快,保压要充分。不宜采用直接浇口注射,否则会增加内应力,使收缩不均匀和方向性明显。应注意选择浇口的位置。2.2 注射模具1. 选材 表面淬火钢最适合来制造模具。这种模具实用且不昂贵,其费用所占比例小,通过表面淬火、碳化、和渗碳,模具可以形成像玻璃一样硬的表面,同时形成柔韧、可延展的芯部结构。坚硬的表面为模具提供了耐磨损性,而其韧性芯部可以承受振动以及交变载荷。2. 塑料注塑模具成型方法 注射成型可成型各种形状的塑料制品。它的特点是成型周期短,能一次成型外形复杂,尺寸精密,带有嵌件的制品,生产效率高,易于实现自动化,应用广泛。所用设备是各种类型的注射机,作用是将料筒内的塑料加热,使其塑化,然后对熔融塑料实施高压,使其由喷嘴注入模具型腔。3. 塑料注射过程中应注意的共同问题 由于对塑料制品的表面质量要求很高,不能有任何斑纹、气孔等缺陷,因而在整个注塑过程对原料、设备、模具、甚至产品的设计,都要十分注意和提出严格甚至特殊的要求。 尼龙是无定形塑性材料,流动性中等,因此充模能力可以满足塑件的成型要求。但会到其他方面因素的影响,所以应注意以下几项。(1) 原料的准备与干燥 由于尼龙极易吸湿,使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷,因此在储存、运输、加料过程中,必须注意密封,尽量避免尼龙吸收水分。加热前一定要干燥,并在注塑时,加料必须使用干燥料斗。还要注意一点的是干燥过程中,输入的空气最好应经过滤、除湿,以便保证不会污染原料。(2) 机筒、螺杆及其附件的清洁 为防止原料污染和在螺杆及附件凹陷处存有旧料或杂质,特别热稳定性差的树脂存在,因此在使用前、停机后都应用螺杆清洗剂清洗干净各件,使其不得粘有杂质,当临时停机时,为防止原料在高温下停留时间长,引起解降,应将干燥机和机筒温度降低。(3) 在模具设计上应注意的问题(包括产品的设计)。为了防止出现回流动不畅,或冷却不均造成塑料成型不良,产生表面缺陷和变质,一般在模具设计时,应注意以下几点。壁厚应尽量均匀一致,脱模斜度要足够大;过渡部分应逐步。圆滑过渡,防止有尖角;浇口,流道尽可能宽大、粗短,且应根据收缩冷凝过程设置浇口位置,必要时应加冷料井;模具表面应光洁,粗糙度低(最好低于0.8)。(4) 注塑工艺方面应注意的问题(包括注塑机的要求)。为了减少内应力和表面质量缺陷,在注塑工艺方面应注意以下几方面的问题。应选用专用螺杆、带单独温控射嘴的注塑机;注射温度在塑料树脂不分解的前提下,宜用较高注射温度;注射压力:一般较高,以克服熔料粘度大的缺陷,但压力太高会产生内应力造成脱模因难和变形;注射速度:在满足充模的情况下,一般宜低,最好能采用慢快慢多级注射;保压时间和成型周期:在满足产品充模,不产生凹陷、气泡的情况下;宜尽量短,以尽量减低熔料在机筒停留时间;螺杆转速和背压:在满足塑化质量的前提下,应尽量低,防止产生解降的可能;模具温度:制品的冷却好坏,对质量影响极大,所以模温一定要能精确控制其过程,有可能的话,模温宜高一些好。2.2.1注射模具设计的几个部分注射模可分为动模和定模两大部分,注射时动模与定模闭合构成型腔和浇注系统,开模时动模和定模分离,取出塑件。定模安装在注射机固定模板上,而动模则安装在注射机的移动模板上。注射模的总体功能结构分为:成型部分作为塑件的几何边界,包容塑件,完成塑件的结构和尺寸等的成型。浇注系统将注射机喷嘴过来的熔融塑料过渡到型腔中,起了输送管道的作用。排气系统充模时,排除熔料进入后模腔中多余的气体或料流末端冷料等。温度调节系统控制模具的温度,使熔融塑料在充满模腔后迅速可靠定型。对于不同的塑料和塑件,温度调节的方法不一样,在本例中,不设计该系统,详细情况见温度调节系统设计部分。脱模机构把模腔中定型后的塑件从模具中脱分并取出的部件。模体(模架)是整个模具的主骨架,通过它将模具的各个部分有机地结合在一起,并在使用时,通过它与注射机联系在一起3。如图2-1所示。图21 被动齿轮的模架2.2.2塑件几何形状1. 形状 被动齿轮的结构如图2-2所示。据零件的尺寸绘出Pro-E图查询其面积为S=1959.3mm2,体积为V=6444.31mm3。塑件的几何形状应尽可能保证有利于成型的原则,即在开模取出时,尽可能不采用复杂的瓣合分型与侧抽芯。因此,塑件的内外表面形状要尽量避免旁侧凹陷部分。本塑件为被动齿轮结构图,结构比较简单,应用简单的两开模。图22被动齿轮的结构图2. 脱模斜度 由于塑料冷却后产生收缩,会使塑件紧紧包住模具型芯或型腔中的凸起部分,为了便于从塑件中抽出型芯或型腔中取出塑件,防止脱模时拉伤或擦伤塑件,因此塑件内外表面沿脱模方向应具有足够的脱模斜度。Error! No bookmark name given.3. 壁厚 塑件厚度要尽可能均匀,否则会因硬化或冷却速度不同而引起收缩率不一致,结果在塑件内部产生内应力,致使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹,甚至开裂等缺陷。本设计符合要求,成型部分的壁厚为一环形。4. 圆角 带有尖角的塑件,往往会在尖角处产生应力集中,影响塑件强度;同时还会出现凹痕或气泡,影响塑件外观质量。为此,塑件除了使用上要求必须采用尖角之处外,其余所有转角处均应尽可能采用圆弧过渡。这样,不仅避免了应力集中,提高了强度,而且还增加了塑件的美观,有利于塑件充模时的流动4。2.3 本章小结通过对塑料材料的初步了解,和对加工工件的技术要求以及性能要求,确定要选择的聚乙烯材料。熟悉掌握所需材料的性能和特性,是完成设计的最初要求,它在整个设计中占有重要的地位。第3章 模具的设计3.1 成型零件的结构及设计3.1.1 分型面位置的确定如何确定分型面,需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析比较,从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则。1. 从塑件质量考虑a.确保塑件尺寸精度 选择分型面时,应考虑减小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异。由于本塑件相对高度较小,所以可以底面为第二分型面。b.确保塑件表面要求 分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部位以及塑件外观的要求,而且分型面处所产生的飞边应容易修整加工。c.分型面应选在塑件外形最大轮廓处2. 技术规格考虑a.锁模力考虑 即尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。当塑件在分型面上的投影面积接近于注射机的最大注射面积时,有产生溢料的可能。模具的分型面尺寸在保证一定的型腔不溢料边距的情况下,应尽可能减小分型面接触面积,从而可以增加分型面的接触应力,防止溢料,并简化分型面的加工。b.模板间距考虑 在该模具中,动模的高度约为40mm,定模的高度约调20mm,模具的闭合高度为55mm,脱模时,分型面需要打开70mm才能离开凹模,接着继续开模约10mm才能让出塑件及浇注系统脱模时需要占用的空间。这样要求注射机在开模结束后动、定模板之间的最小间距为70mm,注射机的移模行程为380mm,满足要求。3.模具结构考虑a.尽量简化脱模部件 为便于塑件脱模,应使塑件在开模时尽可能留于动模部分(因为塑件的顶出机构通常都设在动模部分)。b.方便浇注系统的布置。c.便于排溢,为了有利于气体的排出,分型面尽可能与料流的末端重合,即底座底面。d.模具总体结构简化,尽量减少分型面数目,尽量采用平直分型面。e.便于塑件顺利脱模,尽量使塑件开模时留在动模一边。f.便于模具加工制造。g.对侧向抽芯的影响。h.模具制造难易性考虑。综上所述,由于被动齿轮质量要求高,尺寸精度要求较高,且装配精度要求也不高,但结构相对简单,但模具将会采用一个分模面。为了便于模具加工制造,应尽可能选择平直分型面,易于加工,易于成型。如图3-1所示,采用AA 这样一个平直的分型面,分型面选在件的内侧即方便了开模,又保证了件的外观部分的精度和美观,AA上部分为型芯部分,下部分为型腔部分。本设计的型腔单独设计成一个模块 ,固定在模板上。图31 分型面确定图3.1.2型腔数目的确定型腔数目的确定可以有多种原则:1.用的注射机的最大注射量确定型腔数;2.注射机最大锁模力确定型腔数;3.塑件精度确定型腔数;4.性确定型腔数。 (3-1)式中p 单位投影面积所需锁模力();A浇 浇注系统及飞边在分型面上的投影面积;Ai 一个塑料制品在分型面上的投影面积;F0 注射成型机的公称锁模力。所以 =取n=2本设计的型腔的数量为“一出二”即一模两腔,已考虑了本产品的生产批量(小批量生产)和注射机型号。因此我们设计的模具为两型腔的模具。考虑到模具成型零件和抽芯结构以及开模方式的设计5。3.1.3型腔结构设计成型零件在工作时是直接与塑料接触,并成型塑件的,其形状复杂,精度与光洁度要求较高。因此在选择结构时要既考虑保证成型塑件,又要便于制造加工。成型零件整体方式强度、刚度好,结构简单,而镶拼式成型零件的刚性不如整体式成型零件,且易在塑件表面留下镶拼线痕迹,而且模具的结构复杂。考虑本塑件的待塑部分和嵌件的结构,动模采用镶拼组合方式,但采用这方式可以使便于加工,保证精度。所以采用镶拼组合方式的动模模具的模具结构,使模具型腔的加工简化。动定模型腔结构如图3-2所示。图32 动模结构图a成型工作尺寸计算凹模(型腔)内型尺寸计算塑料制品的外形尺寸取决于凹模的内型尺寸,凹模内型尺寸的计算公式如下: (3-2) 式中,为型腔内形(内径)尺寸,mm; 为塑件外径基本尺寸,mm; 为塑料平均收缩率,已知为1.5%; 为综合修正系数,一般情况,=3/4; 为模具成型尺寸设计公差,一般。同理,型腔的其它内形部分也应用计算。b型腔深度尺寸 (3-3)式中,为型腔深度尺寸,mm; 为塑件高度基本尺寸,mm。同理,型腔的其它深度尺寸也应用式算。3.2 动模固定板和定模固定板动模固定板和定模固定板是模具的最外层装置,动模固定板作用是固定连接动模部分和为了安装在注射机上的板,定模固定板作用是固定连接定模部分和为了安装在注射机上的板,因此要有一定的厚度,并有一定的强度。根据已设计的型腔和型芯模块的尺寸,可选用相应的标准模板。即定模固定板的外形尺寸为250250mm,厚度为25mm。动模固定板外形尺寸为250250mm,厚度为25mm。3.3 注射机的确定3.3.1注射机型号的确定一般工厂的塑胶部都拥有从小到大各种型号的注射机。中等型号的占大部分,小型和大型的只占一小部分。所以我们不必过多的考虑注射机型号。具体到这套模具,采用注射机型号为中型的JPH180A型以及各参数为:理论注射容量,:315 螺杆直径,mm:45注射压力,:205 注射速率,g/s:130塑化能力,g/s:59 螺杆转速,r/min:20150锁模力,KN:1800 拉杆内间距,mm:330310移模行程,mm:700 最大模具厚,mm:500最小模具厚,mm:200 模具定位孔直径,mm:125喷嘴球半径,mm:SR353.3.2最大注射量的校核塑料制品的重量或体积必须与所选注射成型机的最大注射量相适应。为保证正常的猪舍成型,最大注射量应稍大于塑料制品的重量或体积(包括流道及浇口塑料和飞边)。当注射成型机最大注射量以及最大注射容积标定时,按下式校核按(3-1)式校核 KV0V=+V浇 (3-4) 式中 V0为注射成型机最大注射量 (cm);V为塑料制品的体积(包括制品、浇道凝料和飞边)(cm3);Vi为一个塑料制品的体积(cm3);V浇为浇道浇道凝料和飞边的体积(cm3);n 为型腔数;K为利用系数,K=0.8。利用式(3-1)得0.873=58.423.382 +4L1L21/3SH=54.7 (23.38cm3是早期在零件设计完成时通过PROE系统自带的分析软件计算得出的要比人工计算更精确)即 58.454.7 所以,注射成型机的注射量合适。3.3.3锁模力的校核用式(3-2) F0P模A分100 (3-5)式中 F0 为注射成型机的公称锁模力(KN) P模为模内压力(型腔内熔休压力)()A分为塑料制品及浇注系统在分型面是的投影面积之和(cm3) F0=1800P模A分100=403.93=157.6 KN即锁模力的校核合适8。3.4 浇注系统的设计浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道,其由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。3.4.1主流道的结构设计主流道是指从注射机喷嘴与模具接触的部位起,到分流道为止的这一段。熔融塑料首先经过主流道,主流道的断面形状常为圆形。主流道截面面积过小,塑料在流动过程中冷却面积相对增加,热量损失大,黏度增加,流动性降低,成型压力损失大,造成成型困难;如主流道截面面积过大,会使流道容积增大,塑料耗量增多,而且会使塑料流动过程中压力减弱,冷却时间延长,容易产生紊流或涡流,使塑件产生气孔,影响塑件质量。为了便于凝料从主流道中拔出,主流道设计成圆锥形,其半锥角内壁必须光滑,表面粗糙度应有Ra0.8。其小端直径D2=D1+(0.51)mm,常取48mm。主流道大端处应呈圆角,其半径常取r=13 mm,以减小料流转向时的阻力。主流道的一端常设计成带凸台的圆盘,高度为510mm,并与注射机固定模板的定位孔间隙配合,衬套的球形凹坑深度常取35mm,R2=R1+(12mm)。在保证塑件成型良好的前提下,主流道的L尽量短,否则将会使主流道凝料增多,塑料损耗量大,且增加压力损失,使塑料降温过多而影响注射成型。通常主流道L可小于或等于60 mm,详见图3-3所示。图33 浇注系统3.4.2浇口套由于主流道要与高温塑料及喷嘴接触和碰撞,所以模具的主流道部分通常设计成可拆卸的主流道衬套,简称浇注套或浇口套,可用45#表面淬火。浇注套的主要作用是:a.使模具安装时进入定位孔方便而在注射机上很好的定位,与注射机喷嘴孔吻合,并能经受塑料的反压力,不致被推出模具。b.作为浇注系统的主流道,将料筒内的塑料过渡到模具内,保证料流有力畅通地达到型腔,在注射过程中不应有塑料溢出,同时保证主流道凝料脱出方便。结构如图3-4所示。图34 浇口套图35 分流锥3.4.3分流道设计在多型腔或单型腔多浇口(塑件尺寸大)时应设置分流道,分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前,通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态,并在流动过程中压力损失尽可能小,能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。所以,加设分流锥,分流椎是注射模具及传递模具上的一个重要零件。它的作用是避免熔融的塑料直接进入模具型腔而冲击型腔,同时也避免塑料从主流道到分流道急转90方向。采用分流椎使塑料逐渐而平稳地转变90方向,并且能缩短分流道长度,使熔融的塑料顺利地充满模具型腔。分流锥的结构形式如图3-5所示。3.4.4 分流道的形状及尺寸分流道是装配线图中定模腔板下的水平的流道。为了便于加工及凝料脱模,分流道大多设置在分型面上,分流道截面形状一般为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等,本塑件采用圆形截面,圆形截面加工工艺性好,且塑料熔体的热量散失流动阻力小,因此分流道设计成圆形截面,便于分流道和主流道凝料脱模,取干道直径为6mm,其与干道垂直的分浇道直径为3mm。3.4.4.1分流道的表面粗糙度由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想,因面分流道的内表面粗糙度Ra 并不要求很低,一般取1.6m 左右既可,这样表面稍不光滑,有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定,从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差,以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。实际加工时,用铣床铣出流道后,少为省一下模,省掉加工纹理就行了。(省模:制造模具的一道很重要的工序,一般配备了专业的省模女工,即用打磨机,沙纸,油石等打磨工具将模具型腔表面磨光,磨亮,降低型腔表面粗糙度。)3.4.1.2 分流道的布置形式流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关,有多种不同的布置形式,但应遵循两方面原则:即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸;另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。3.4.5浇口的设计浇口称进料口,是连接分流道与型腔的通道,除直接浇口外,它是浇注系统中截面最小的部分,但却是浇注系统的关键部分,浇口的位置、形状及尺寸塑件性能和质对量的影响很大,因此合理选择浇口位置是提高塑件质量的重要环节。选择浇口位置时应遵循以下原则,并根据具体情况决定:浇口的位置选择应尽量避免产生喷射和蠕动;浇口应开设在塑件断面最厚处,以利于塑料添充及补料;浇口位置的选择应使塑料的流程最短,料流变向最少,以减少流动能量的损失;应有利于型腔内的气体排出,以免由于气体被压缩产生高温,使塑件局部碳化烧焦;应减少或避免塑件的熔接痕,增加熔接牢度,无特殊需要,最好不要开设一个以上的浇口,否则会增加熔接痕的数量;应防止料流将型腔、型芯、嵌件挤压变形,对于有细长型芯的圆筒形塑件,应避免偏心进料,以防止型芯弯曲9。3.4.5.1浇口的选用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。我们采用的是点浇口。3.4.5.2浇口位置的选择模具设计时,浇口的位置及尺寸要求比较严格,初步试模后还需进一步修改浇口尺寸,无论采用何种浇口,其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大,因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节,同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表,一定要认真考虑浇口位置的选择,通常要考虑以下几项原则。1. 尽量缩短流动距离;2. 浇口应开设在塑件壁厚最大处;3. 必须尽量减少熔接痕;4. 应有利于型腔中气体排出;5. 考虑分子定向影响;6. 避免产生喷射和蠕动。根据本塑件的特征,综合考虑以上几项原则,每个型腔设计一个进浇点如图3-6所示。图36 浇注系统图3.5 本章小结这章在此次课程设计中占有最重要的地位,它是模具设计的核心部分。整体的型腔和型芯结构的完成,采用P-roe中的模具型腔设计,这样再参考相应的设计手册,可以省去不少计算过程,例如壁厚的校核。它也是将来我国模具事业的一个发展方向,向着高效、快捷的方向发展。第4章 模具结构零部件设计模具除了型腔模以外一般还包括定模型板、定模固定板、动模垫板(或叫支承板)、垫块(或叫垫脚、模脚、支承块)、动模固定板、顶出固定板、顶出垫板(或叫顶出底版)、导柱、导套、等组成。 一般定模型板与定模固定板要用销钉定位,动模固定板与动模垫板要用销钉定位。模具上所用的螺钉尽量采用内六角螺钉。模具外表面应光洁,加涂防锈漆防锈。4.1 导向零件在动、定模之间脱模系统中,都要用到导向零件。导向零件的作用是:保证模具在进行装配和调模试机时,保证动、定模之间一定的方向和位置。导向零件要承受一定的侧向力,起了导向和定位的作用。导向机构零件包括导柱和导套等。导向结构的总体结构设计原则为。1.导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位,其中心至模具边缘应有足够的距离,以保证模具的强度。2.根据模具的大小和形状,一副模具一般需要24个导柱。3.为了保证分型面很好地接触,导柱和导套在分型面处应有承屑槽,可在导套的孔口倒角。4.各导柱、导套及导向孔的轴线应保持平行,否则将影响合模的准确性,甚至破坏导向零件。5.合模时,应保证导向零件首先接触,避免凸模先进入型腔,导致损坏成型零件。4.1.1导柱的设计导柱孔可以直接加工在模板,这种结构加工简单,但是未淬火的导向孔耐磨性差,用于塑件批量小的模具。导柱的长度必须比凹模端面的高度高出2mm以上,以免分模后上模没有完全脱离成型件而擦伤凸模成型表面,脱离后可按任何利于操作的位置放在工作台上,为了使导柱能顺利地进入导向孔,导柱的端部有一定倒角,也可做成圆锥形或球形;导柱滑动部分按H7/f6配合,导柱工作部分的表面粗糙度可为Ra0.8;导柱应具有坚硬而耐磨的表面,坚韧而不易折断的内芯,因此可采用碳素工具钢(T8)经淬火处理使其硬度提高,硬度为HRC55以上。或者采用20号钢渗碳淬火,其表面硬度一般HRC5660,但其硬度最好比导柱低相差5度左右。4.1.2导套的设计采用台阶式导套,检修更换方便,能保证导向精度。为使导柱比较顺利地进入导套孔,在导套孔的前端应有倒角;导套孔的滑动部分按H8/f8间隙配合,表面粗糙度为Ra0.8;导套的材料硬度应低于导柱的硬度,这样可以改善摩擦,以防止导柱或导套拉毛。导柱及导套的结构形式及装配关系如图4-1所示。图 41 导向结构图4.2 推杆推杆是把塑料制品从凹模内推出来的机构。推杆接触塑料制品,推杆应高出动模板面0.10.2mm,这样不会影响塑料制品的外观美。浇注系统的尺寸形式及模具结构而定。在本设计中由于推板为单板,所以将推料杆固定在推板上。推杆分布情况,如图4-2所示。图42 推杆分布状态4.3 动模垫板设计图43 动模垫板为了防止镶嵌在动模型板上的型腔或其它零件后退用的板。动模板的厚度h可用下面计算公式: H=K100 (4-1)F=p A 式中,F为动模垫板受的总压力 (N); A为塑料制品及浇注系统在分型面上的投影面积(mm); B为动模垫板宽度(mm); L为支承块距离(mm); p 为凹模压力,一般取2545MPa; 为抗弯许用应力(); K 为修正系数,取0.60.75。动模垫板厚度参考尺寸如表4-1所示。塑料制品及浇注系统在分型面上的投影面积A为: (4-2) 动模垫板的厚度外形尺寸选用250200mm,厚度30。表41动模垫板厚度参考尺寸塑料制品浇注系统投影面积A (cm3)垫 板 厚 度 (mm)55101520105020255010025301002003040200404.4 支承块它的主要作用是为了推板能完成推顶动作而形成空间所用,或是调节模具的总厚度,以适应注射机的模具安装厚度要求,对于该模具,采用平行垫块10。由于它主要是承受压力,所以材料可选用20号钢,如图4-4。图 44 支承板4.5 复位杆为推板动作导向,成滑动配合,并且增加了动模部分的强度,在动模垫板和固定板之间起到支柱的作用,可以防止动模板固定板变形,可以减少动模板固定板厚度。4.6 本章小结在完成整个模架零件的设计过程中,使用了标准模架,所以整个过程的零件计算可以认为是一种校核计算,不过我个人认为在选择标准模架的情况下,整个这章的计算可以省略很大一部分,但是细节的计算还是要有的,所以整个这章的计算量比较小,但是有它存在的必要性。第5章 模具工作过程的动画设计5.1 装配把要装配的各个零件,通过各种装配约束关系可以将模具零件逐个装配起来完成装配后得到如图5-1所示的装配体。图 51模具装配步骤1 创建一个新的装配文件:依次单击“文件/新建”,系统弹出新建对话框,选中“装配”单选按钮,在“名称”中输入新文件名为 “zhuang pei”,取消系统默认的“使用缺省模板”复选框,单击“确定”,再弹出的“新建文件选项”对话框中选择“空”选项,如图5-2所示。12图52图53步骤2 单击按钮,打开文件,然后再“元件放置”对话框“约束”选项卡下单击按钮,将其固定在系统默认位置,完成后单击“元件放置”对话框中“确定”,如图5-4所示(a)(b)。图54 (a)图54 (b)图54组装的个别零件步骤3 所有零件组装完之后,依次选择主菜单的“视图/分解”选项,创建爆炸分解图,如图5-5所示。图55爆炸分解图5.2 动画设计步骤1 在Pro ENGINEER野火版中打开模具总装图,在菜单栏中选择【应用程序】/【动画】,切换到动画窗口。如图5-6所示图56 【动画】对话框步骤2 在步骤1的基础上,定义主体。选取菜单命令【动画】/【主体定义】或单击按钮,弹出【主体】对话框,如图5-7所示,再单击按钮,退出【主体】对话框。图57 【主体】对话框步骤3 拖动模型并创建快照。选取菜单命令【动画】/【快照】或单击按钮,弹出【拖动】对话框,如图5-8(a)(b)(c)(d)所示。 图58 (a) 图58 (b)图58 (c) 图58 (d)图 58 四幅快照 图 59 捕获5.3 本章小结本章中采用了P-roe软件中动画功能,所以也是本次设计的亮点部分,大大减少了整个模架设计中的零件绘图工作量,而且精度比手工绘图装配的模架要高。作为生产厂商可以方便的向客户展示产品整个的生成过程,是一种比价理想的绘图演示工具,通过它的学习可以为以后的各类模具生成动画。千万不要删除行尾的分节符,此行不会被打印。“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。- 38 -结论通过在这次毕业设计中,参考、查阅各种有关模具和Pro/ENGINEER方面的资料,对被动齿轮的整个注塑系统的设计过程中,初步的了解了模具行业的相关知识;比较系统的学习了注射模具设计的流程,包括模具材料的选择、注射机的选择、分型面设计,拆模技巧,流道设计,插销设计,开模模拟等。尤其在分型面设计与上下型腔分模部分工作量大,难度高,不容半点疏忽。这部分设计是对耐心,细心,灵活思维的极好的锻炼。这次模具结构设计的整个过程都是在计算机的辅助CAD下完成的,Pro/ENGINEER软件包的使用使模具的设计过程更方便,更快捷,同时又能降低成本。它使我深深的体会到:在掌握好专业知识的同时,在计算机这个平台上对模具进行设计、装配、分析等将是模具行业发展的一个必然趋势,两者缺一不可。运用了Pro /ENGINEER,这是一种比较先进的制造方法,可以直接在选择好标准模架后顺利的在整个系统中完成对各个零部件的加载并且生成相应的数控机床加工程序,并且可以生成相应的二维工程图纸,由于受条件的影响,所以在这次设计
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