塑料双联齿轮注塑模具设计
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塑料双联齿轮注塑模具设计任务书题目 塑料双联齿轮注塑模具设计 专业 机械设计制造及其自动化 学号 201250616218 姓名 魏璞 主要内容:以塑料双联齿轮为设计对象,从塑料产品的生产全过程考虑,基于计算机软件平台完成对产品的造型、模具设计、成型工艺、成型质量预测等工作。基本要求:1查阅文献资料不少于15篇(列入参考文献中),其中外文文献不少于2篇。根据查阅的文献资料情况,写出文献综述,字数不少于3000字;翻译外文文献一篇,译文字数不少于3000字,并分别单独装订成册。2应安排一定量的计算机应用,使学生掌握现代研究手段,提高毕业设计(论文)质量;3毕业设计(论文)分设计(说明书)或论文两类,毕业设计的学生必须独立完成一定数量的工程图,其中工程图至少要有1张是计算机绘图,一份12000字以上的设计说明书(论文);毕业论文篇幅一般为2万字左右。主要参考资料:1 齐卫东.塑料模具设计与制造M.北京:高等教育出版社,2004.6:8-9.2 邹继强.塑料模具典型结构图册M.深圳:模具制造杂志社,2001.4:13-15.3 李海梅.注射成型及模具设计实用技术M.北京:化学工业出版社,2008.2:23-27.4 申长雨,李海梅.塑料模具CAE技术概况及发展趋势M.工程塑料应用,2001,2:45-56.5 塑料模具手册编写组.塑料模具设计手册M.北京:机械工业出版社,1992.6:35-45.6 李德群.塑料成型工艺及模具设计M.北京:机械工业出版社,1994.8:123-201.7 张荫朗.塑料注塑模具计算简明手册M.北京:中国石化出版社,1995.8:89-106.8 冯晓曾等.模具用钢和热处理M.北京:机械工业出版社,1984.1:77-98.9 胡志炎等.模具失效分析手册M.成都:四川科学技术出版社,1989.2:67-89.10 梁耀能.机械工程材料M.广州:华南理工大学出版社,2002.4:90-121.11 崔忠圻主编.金属学记热处理M.北京:机械工业出版社,1994.5:210-232.12 Menges G,Mohren P.How to make injection molds :Second editionJ.Munich:Hanser Publishers,1993.7:49-57.完 成 期 限: 指导教师签名: 专业负责人签名: 年 月 日目 录中文摘要I英文摘要II1 绪论11.1 塑料、塑料齿轮及塑料模具的特点21.1.1 塑料的特点21.1.2 塑料双联齿轮的特点21.1.3 塑料模具的特点31.1.4 我国注塑模具发展趋势32 塑件分析42.1 塑料件和塑料件材料的选取42.1.1 塑料件的选取42.1.2 塑件材料选取42.2 POM材料的性能52.2.1 POM物理性质52.2.2 POM一般性能52.2.3 POM应用范围62.3 工艺性分析63 模具结构分析73.1 型腔数确定73.2 型腔的布局7I塑料双联齿轮注塑模具设计3.3 分型面的选择83.3.1 分型面的基本形式83.3.2 分型面的确定83.3.3 动模板与定模板作用94 成型零部件设计104.1 注塑模具型腔的结构设计104.2 模具体的基本结构11 4.3 导向机构设计145 浇注系统的设计165.1 主流道设计165.2 分流道设计175.3 冷料井设计及浇口设计186 顶出系统的设计206.1 顶出系统设计原则206.2 塑件的顶出机构基本方式选择206.3 限位机构设计217 冷却系统的设计237.1 加热系统237.2 冷却系统237.3 模具开模顺序25结束语29塑料双联齿轮注塑模具设计致 谢30参考文献31附录32塑料双联齿轮注塑模具设计摘 要 随着中国当前的经济形势的日趋好转,中国的制造业也日趋蓬勃发展;而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一,因而引起了各国的高度重视和赞赏。本文主要介绍了塑料双联齿轮注塑模具的设计,首先先对塑件进行分析,选取塑件材料;然后根据塑件特点确定模具分型面和型腔布局,确定好模仁尺寸以后再根据模仁结构确定模架型号;最后确定好模架以后,在开始依次设计模具的导向机构、浇注系统、顶出系统以及冷却系统。模具最后一步是装配注意事项,在本设计过程中利用了计算机软件如AutoCAD和Pro/E进行制图,大大提高了生产效率。关键词:塑料双联齿轮;注塑模具;塑件分析PLASTIC INJECTION MOLD DESIGN DOUBLE GEARABSTRACTWith the increasing improvement in the economic situation of China, the manufacturing sector of China is also booming development. The mold technology has become the measure of an important indicator of the level of national manufacturing, so it attracted many attention and appreciation. This paper introduced the design of the double gear plastic-injection mold. At first, did the analysis of the part, choose the material. Then determined the parting surface and layout of cavities which based on the characteristics of the part. After determining the size of the core, determined the type of mold model according the structure of the core. Then design the guide mechanism, the gating system, the ejection system and the cooling system. The last step is the precautions of mold assembling. The efficiency of producting has great improve by using computer software such as AutoCAD and Pro/Engineer in the design process.KEYWORDS: Plastic double gear; injection mold;analysis of plastic partsII1 绪论社会科学技术不断发展,使得人们对制造业所使用的材料要求越来越高。而塑料正好具有的轻质量、高强度,耐腐蚀、绝缘性能好以及良好的可塑性,并易于成型的特点,使得塑料得到了广泛的运用,成为各领域里经常采用的结构件材料。模具作为基础工业生产的基础工艺装备,其生产制件所表现的高精度高复杂程度,和低耗能低耗材的特点,是一般机械加工不可比拟的。模具设计与制造技术已越来越引起各产业部门的重视,国外将模具比喻为“金钥匙”,“进入富裕社会的原动力”。许多发达国家模具工业的产值早已超过机床工业的产值。模具已经成为十分重要的装备工业。但是,在我国模具市场,技术含量较高的模具还供不应求,因此我国应大力发展高技术高精度的模具。模具是一种制造工具,它主要是利用其特定形状制造出形状和他一样的产品,成型模具制品的模具就叫塑料模具。我国模具发展技术逐渐由单一,具体细节,及各道工序的加工过程向设计制造技术的现代化,系统化转变,已成为现代先进技术的重要组成部分。正是因为有了模具,所以能使大批量的生产产品可以进行复制,这就是利用模具成型来加工产品,这样可以减少材料浪费,提高了生产效率,保证了产品的质量统一,这极大的满足了现代社会对商品的巨大需求,所以模具工业自动化的技术水平的高低,已成为衡量一个国家的制造业水平高低的重要标志。根据有关资料统计,注塑制品占所有模具塑料总产量的三分之一,注塑模具占到塑料成型模具数量的二分之一以上,所以各国现在都非常注重模具的设计,大力发展模具工业,因此注塑成型制品的应用已经十分广泛1。随着塑料原材料的不断改进,密度的相对低,可以回收利用,且质量不变,塑料产品逐步在工业产品中代替传统的金属和非金属材料的产品。在我们的日常生活中,塑料制品得到了很多应用,发挥了很大的经济效益,而塑料齿轮因为成本低,惯性好,成型工艺方便,所以广泛用于各种家电的机械传动中,而模具的设计很好的缩短了生产周期,因此模具发展日益迅速。塑料注塑模具是模具中得最重要的内容之一,完善和提高模具的设计水平和自动化生产过程具有重要作用。随着科学技术的发展,微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向工业机器人的渗透所形成的机电一体化,更大程度化的使机械手自动化程度更高,这就让注塑模具产品的取出和使用更加机械一体化,很大程度的减少了生产成本,提高了经济效益,更好的促进了模具的发展。1.1 塑料、塑料齿轮及塑料模具的特点1.1.1 塑料的特点塑料制品是采用塑料作为主要原料加工而成的生活用品、工业用品的统称。相比于金属制品、石材或木材制品,塑料制品具有重量轻,成本低、可塑性强等优点,所以从开始使用便在国民经济、日常生活中大力发展起来。塑料主要是以树脂为成分,树脂是一种在常温下能保持既定形状的高分子有机材料,它在一定的高温和压力下可以塑造出一定的形状,塑料凭借其优异的性能,使其在许多领域得到了广泛的应用。塑料具有以下特点: (1) 相对密度低:塑料的密度一般在0.82.2范围内。(2) 具有高的化学稳定性:某些塑料的耐腐性优异,耐腐蚀性仅仅次于玻璃及陶瓷材料。(3) 一般塑料都具有很好的绝缘性:有些塑料具有优良的光、电、声、磁特性。(4) 自润性好:大部分塑料的摩擦因数小,有些塑料具有很好的自润滑性。(5) 塑料的来源丰富:价格低廉,可以使用高效率的工艺方法进行成型加工。(6) 比强度高:比强度为材料的强度与材料的相度密度比值。在各种材料中,塑料材料具有最高的比强度,甚至比特种合金铝还要高。(7) 加工性能好,塑料材料具有优异的加工性能,除少数塑料以外。(8) 具有防震、隔热、隔音性能2。 1.1.2 塑料双联齿轮的特点齿轮传动是传递机械动力和运动的一种主要形式,为达到齿轮的小型化和轻型化,提高现有齿轮的承载能力,保证传动效率,塑料齿轮成为齿轮工业的最大变化。与金属齿轮相比,塑料齿轮成型工艺好,成本低,生产效率高,并且具有传动平稳,质量轻,耐磨等优点。塑料双联齿轮的应用,可以降低传动机构的重量,而它能批量生产也能很大程度降低生产成本。1.1.3 塑料模具的特点塑料注塑成型工艺的最大的特点是复制,能够复制出所需的任意数量的直接使用或者稍做处理即可使用的制品,是一种适宜大批量生产的工艺。虽然在设备和模具上投入较大,但是可以生产制品的数量非常之大,实属一种经济快捷的生产方式,因而广泛的得以应用和快速的发展。1.1.4 我国注塑模具发展趋势我国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步。大型、精密、复杂、长寿和高效模具上了一个新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表,已能生产部分新型轿车的覆盖件模具体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖面,已从电视、电子枪零件、空调器散热片等家电零件模具。在大型塑料模具方面,已经能生产48英寸电视的塑壳模具、大容量洗衣机全套塑料模具,以及汽车保险杠等模具。在精密塑料模具方面,已能生产照相机塑料模具、多腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面,国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模。其他类型的模具,如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异性材挤出模等,也都达到了较高的水平,并可替代进口模具3。根据国内和国际模具市场的发展状况,有关专家预测,为来我国的模具经过行业调整后,将呈现十大发展趋势:(1) 模具日趋大型化;(2) 模具的精度将越来越高;(3) 多功能复合模具将进一步发展;(4) 热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高;(5) 气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展;(6) 模具标准化和模具标准件的应用将日渐广泛;(7) 快速经济模具的前景十分广阔;(8) 压铸模的比例将不断提高,同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求;(9) 塑料模具的比例将不断增大;(10) 模具技术含量将不断提高,中高档模具比例将不断增大,这也是产品结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。2 塑件分析2.1 塑料件和塑料件材料的选取2.1.1 塑料件的选取本次设计的题目是塑料双联齿轮注塑模具设计,设计参数如表2-1所示。塑件形状如图2-1,2-2所示。表 2-1 双联齿轮参数名称大齿轮齿数小齿轮齿数模数拔模角度塑料双联齿轮50160.5mm10 图2-1 塑料双联齿轮三维图 图2-2 塑料双联齿轮二维图(单位:mm)2.1.2 塑件材料选取塑料的种类繁多,按不同的分类形式可以有很多种分法。通常注塑成型的塑件材料一般都选用热塑性材料。塑料的突出性能如下:(1)相对密度低 塑料材料的相对密度在0.832.2的范围内。(2)比强度高 比强度为材料的强度与材料的相对密度比值。在各材料中,塑料材料具有很高的比强度,甚至比特种合金铝还要高。(3)耐腐蚀性高 塑料具有很高的耐腐蚀性其耐腐蚀性仅仅低于玻璃及陶瓷材料。(4)加工性能好 塑料材料具有优异的加工性能,可以加工出复杂形状的制品。(5)具有防震、隔热、隔音性能 通过比较塑料的综合性能,选取POM(聚甲醛)比较合适。因为POM摩擦系数较低,几何稳定性好,又比较耐高温,抗冲击性强,因此是一种坚韧有弹性的材料,所以特别适合于制作齿轮。2.2 材料POM性能POM材料特性 (聚甲醛POM)-概述: POM(聚甲醛树脂)定义:聚甲醛是一种没有侧链、高密度、高结晶性的线型聚合物。按其分子链中化学结构的不同,可分为均聚甲醛和共聚甲醛两种。两者的重要区别是:均聚甲醛密度、结晶度、熔点都高,但热稳定性差,加工温度范围窄(约10),对酸碱稳定性略低;而共聚甲醛密度、结晶度、熔点、强度都较低,但热稳定性好,不易分解,加工温度范围宽(约50),对酸碱稳定性较好。是具有优异的综合性能的工程塑料。有良好的物理、机械和化学性能,尤其是有优异的耐摩擦性能。俗称赛钢或夺钢,为第三大通用塑料。 适于制作减磨耐磨零件,传动零件,以及化工,仪表等零件。2.2.1 POM物理性质聚甲醛的拉伸强度达70MPa,吸水性小,尺寸稳定,有光泽,这些性能都比尼龙好,聚甲醛为高度结晶的树脂,在热塑性树脂中是最坚韧的。具抗热强度,弯曲强度,耐疲劳性强度均高,耐磨性和电性能优良。聚甲醛的性能: 比重 1.43, 熔点175C,伸强度(屈服)70MPa,伸长率(屈服)15%,(断裂)15% 。2.2.2 POM一般性能聚甲醛是一种表面光滑、有光泽的硬而致密的材料,淡黄或白色,薄壁部分呈半透明。燃烧特性为容易燃烧,离火后继续燃烧,火焰上端呈黄色,下端呈蓝色,发生熔融滴落,有强烈的刺激性甲醛味、鱼腥臭。聚甲醛为白色粉末,一般不透明,着色性好, 比重1.41-1.43克/立方厘米,成型收缩率1.2-3.0%,成型温度170-200 ,干燥条件80-90 2小时。POM的长期耐热性能不高,但短期可达到160,其中均聚POM短期耐热比共聚POM高10以上,但长期耐热共聚POM反而比均聚POM高10左右。可在-40100温度范围内长期使用。POM极易分解,分解温度为240度。分解时有刺激性和腐蚀性气体发生。故模具钢材宜选用耐腐蚀性的材料制作4。2.2.3 POM应用范围POM属结晶性塑料,熔点明显,一旦达到熔点,熔体粘度迅速下降。当温度超过一定限度或熔体受热时间过长,会引起分解。POM具有较好的综合性能,在热塑性塑料中是最坚硬的,是塑料材料中力学性能最接近金属的品种之一,其抗张强度、弯曲强度、耐疲劳强度,耐磨性和电性都十分优良,可在-40-100之间长期使用。2.3 工艺性分析因为本产品为塑料双联齿轮,塑件尺寸较小,整体结构相对比较简单,表面精度要求较高,所以为了满足制品的要求,采用点浇口形式,三板模设计。3 模具结构分析3.1 型腔数确定型腔数,即每次注射成型所能完成的塑件的数量,型腔的数量将直接关系到本次模具设计的效率成本问题。由于塑料件为塑料双联齿轮,故设计重点在于齿轮型腔确定。在设计型腔数量时,有时是考虑到注塑机的型号等问题,有时是根据产品要求的精度,数量以及体积问题等。一般来说,大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构,但对于精度要求不高的小型塑件(没有配合精度要求),形状简单,又是大批量生产时,若采用多型腔模具可提供独特的优越条件,使生产效率大为提高。考虑到塑料双联齿轮的体积较小以及精度要求较低,形状相对简单,质量较轻,生产批量又较大,所以模具设计为三板式,故由此可以实现一模多腔结构,在本设计中,采用一模六腔结构。3.2 型腔的布局对于一模多腔的模具结构,在设计时要综合考虑型腔的布局,包括模具的整体结构,型腔里的压力温度,浇注系统等各个因素,保证能够平衡进料。型腔的排布有两种形式;平衡式排布和非平衡是排布。根据需要,本设计采用的是平衡式进料,这样的排布比较紧凑,压力分布均匀,对称布局,不容易产生溢料,如图3-1所示。图3-1 型腔排布(单位:mm)3.3 分型面的选择3.3.1 分型面的基本形式分型面是塑件和凝料分离的一个接触平面,分型面能够实现模具型腔的分开和闭合,分型面的形式大体有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、综合式分型面。分型面的合理性决定了塑件的表面质量,模具难易程度还有模具结构等,所以合理选择分型面可使模具结构简单方便好操作。3.3.2 分型面的确定在塑件设计初阶段,就应考虑成型时分型面的形状和位置,否则无法用模具成型。所以在模具设计阶段,应首先确定分型面的位置,然后才选择模具的结构。分型面的设计是否合理,对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都由很大影响。因此,分型面的选择是注塑模具设计中的一个关键因素。分型面的选择原则:(1)有利于保证塑件的外观质量;(2)分型面应选择在塑件的最大截面处;(3)尽可能使塑件留在动模一侧;(4)有利于保证塑件的尺寸精度;(5)尽可能满足塑件的使用要求;(6)尽量减少塑件在合模方向上的投影面积;(7)长型芯应置于开模方向;(8)有利于排气;(9)有利于简化模具结构5; 因为要保证齿轮的传动精度,所以两个齿轮最好在一个型腔内注射成型,所以将双联齿轮全部设计在动模仁上。又由于如果小齿轮在下,大齿轮在上,在脱模时整个设备就需要旋转推出,非常麻烦和不合理,所以采用小齿轮在上大齿轮在下的结构,因为塑件为双联齿轮,产品中心有通孔,所以在塑件成型时,中间是空的,为了更好的确定分型面,也为了分型面更好的封胶,所以在选择分型面以及确定模仁时,设置了镶件。镶件设置成了一个可拆凹台,设计在了动模仁上,因为塑件结构比较复杂,设计可拆镶件,方便加工易于维修。 设计镶件有助于成品很好的排气,也能使塑件在脱模时避免出现真空粘膜的现象,因为塑料双联齿轮中间轴是空的,所以镶件可以加强模具的结构,延长模具寿命。根据分型面的选择原则,在选择分型面时,要考虑到不影响外观质量,便于剔除毛刺,利于排出腔内气体,该模具在设计时充分考虑了以上原则,故分型面设计如图3-2所示。 图3-2 模具分型面 3.3.3 动模板与定模板作用模具主要有动模板定模板组成,动模板和定模板的作用分别如下: 定模板的主要作用:(1)成型镶块和安装导向零件的固定载体;(2)设置浇口套,形成浇注系统的通道;(3)能承受注塑压力的冲击,但不产生型腔变形;动模板的主要作用是:(1)固定成型镶块型芯和导向零件的载体;(2)设置塑件脱模的定出元件,如顶杆、顶管以及复位杆等;(3)在不通孔的模具体机构中,起到支撑板的作用6 。4 成型零部件设计成型零部件指的是构成模具型腔的所有零件,包括型腔型芯等,成型零部件的质量决定了塑件的质量,所以我们对成型零部件的设计有一定的要求。4.1 注塑模具型腔的结构设计型腔大体有以下几种结构形式: (1)整体式整体式型腔由整块材料加工而成的型腔。它的优点是:强度和刚度都相对较高,且不易变形,塑件上不会产生拼模缝痕迹。适用于形状简单的中、小型模具。(2)整体组合式 型腔由整块材料制成,用台肩或螺栓固定在模板上。它的优点是便于加工。(3)局部组合式型腔由整块材料加工制成,但是局部镶有成型嵌件的局部组合式型腔。局部组合式型腔多用于型腔较深的或形状较为复杂的,整体加工比较困难或局部需要淬硬的模具。(4)完整组合式由多个螺栓拼块组合而形成的型腔。它的特点是:便于机加工、便于抛光研磨和局部热处理,节约优质钢材。这种形式多用于不容易的型腔或成型面积大的塑件的大型型腔上7。型腔的设计要注意一定的事项,尽量用少的拼块,拼块之间最好用凹凸槽嵌接,易损坏不易维修的部分最好设计成镶件,方便维修,由于本塑件的结构简单,所以综合上述的原则,本次选用局部组合式型腔。对于模仁固定,一般有开框固定和螺钉固定两种形式,开框固定又分为避空角固定和R角固定,本次设计中模仁的固定,选择的是嵌入式螺钉固定,选用的是模仁是R角式的,R取值8mm,因为这样容易加工成型,模仁尺寸长130mm,宽130mm,模仁夹紧均匀分布螺钉,螺钉中心距为160mm,螺钉直径为8mm,选用M8。直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件,其中构成塑件外形的成型零件成为凹模,构成塑件内部形状的成型零件成为凸模(型芯)。在塑料模过程中,型腔主要承受塑料熔体的压力,型腔型芯如图4-1,4-2所示。图4-1 动模模仁图4-2 定模模仁4.2 模具体的基本结构一般情况下,模具设计会根据模板的长宽以及厚度来确定模架,而模板的长宽厚度又由模仁型腔决定,所以在选择模架时关键是先确定模仁的尺寸。根据注塑模具的结构特点,模具体的结构的基本类型有如下几种。(1)二板式结构定模板和动模板由整体形成,成型的定模镶块型腔和动模镶块型芯分别镶在定模板和动模板的盲孔内,用螺栓紧固。模具体由两模板组成。开模时从主分型面分开。由顶杆顶出塑件,由复位杆复位。它的特点是:结构紧凑,组成零件少,模具体强度较高,是中、小型模具广泛采用的结构。加工的工艺性好,可以采用线切割等现代设备加工,易于保证组装质量,这种形式的多用在组合式结构和多腔模具。(2)带推件板的结构在二板结构的基础上,增设推出塑件的推板件。动模部分由推杆板和动模板、支撑板组成。开模时,首先从主分型面,使塑件脱落型腔后,顶板推动推杆、推件板以及顶杆共同作用,使塑件脱模。和模具时定模板推动推件板及推杆带动顶出机构复位,不必另设复位杆。推件板由于推出力均衡,塑件再脱模时不易变形,是薄壁塑件常用的脱模形式。 图4-3 典型模具图 (3)二次分型的三板式结构在注塑机上采用点浇口时,为了取出浇口凝料,必须设置可移动的模板,即在主分型面前,在塑件包紧力的作用下,模具从辅助分型面处分型。动模板和浇口凝料与动模板一起后移。继续开模,限位杆阻止定模板的移动而拉断浇口凝料,从主分型面处分型,并且使塑件脱模,为了支撑定模板,硬设置定模导柱。 (4)多次分型的多板结构当一次分型面不能使塑件完全脱模,应该采取二次分型或多次分型的结构。 考虑到塑件为塑料双联齿轮,采用点浇口设计,型腔为整体嵌入结构,凝料与产品需要两次开模,因为分流道不能开设在推板上,故本次设计采用三板模设计。由于塑件的尺寸小,数量又多,一模六腔结构,所以模架选择参照的是标准模架工字型细水口模架。因为本次设计把分流道单独开在一个板上,所以在模架中,把水口推板分为两块,一块用来单独开分流道以及模仁的固定,一块用来移动。因为细水口模架比简化型细水型模架多了导柱导套水口边钉,所以它的导向强度要比简化型细水口模架要好得多。本设计选用细水口三模板式结构8。一般来说,确定好模架的基本结构以后,会根据模仁的尺寸来确定模架的基本型号,一般模架单边要比模仁长边宽边多50mm,本设计中,模仁的长宽均为130mm,所以设计初期基本确定模架的边为130+502=230mm,可以先调用长宽均为230mm的模架,代号为2323。在调用过程中,不可能一次就能调用到合适的模架,所以我们需要通过检查来选择模架型号。(1)在检查模架是否合适时,首先会检查模架顶针板的宽度是否大于等于模仁宽度,如果小于模仁宽度,则此模架不合适,不能调用。但顶针版宽度也不必比模仁宽大多,否则也是不合理的。(2)其次是测量模架的顶出距离,一般来说,模架的顶出距离要比产品高5mm,如果不符合要求,则不能调用。(3)复位针上距模仁的距离要保证在10mm以上。根据以上情况,我们选择2325模架基本合适,确定模架代号以后,就要确定模架的A,B板的高度了。A板的高度=前模仁高度+25mm或者35mm。B板的高度=后模仁高度+35mm。 根据计算,发现标准模架与本设计有些出入,主要因为本设计中,因为流道需要单独开设在一个板上,所以在水口推板与前模板之间单独加一个模板用来开设流道,故本设计参照基本模架DCI-2325-A25-B35-C80-L140进行修改。如图4-4所示。图4-4 三板模结构图4.3 导向机构设计导向机构是保证模具动定模合模时正确定位和导向的部件,导向机构最常用的零件就是导柱导套。导向机构在设计时会遵循一定的原则:(1)导柱导套均匀对称分布,离边缘有一定的距离。(2)导柱导套的选择要保证有足够的强度,配合模架选择。(3)导柱导套要具有耐磨性。(4)导柱要与导套的直径相等,保证配合精度。(5)导柱最好装在定模上,方便脱模。在三板模中导柱导套是不可缺少的,导柱又叫水口边钉,在三板模中,导柱往往是倒装的,导柱是与安装在另一半上的导套相配合,用以确定动、定模的相对位置,保证模具运动导向精确的圆柱形零件,并且因为有导套所以在开模闭模的过程中,导柱只于导套相摩擦,这样就减少了模具的损坏。导柱有两种形式,一种是带头导柱,另一种是带肩导柱。带肩导柱用于采用导套的大批量生产并高精度导向的模具。装在模具另一边的导套安装孔,可以和导柱安装孔以同一个尺寸一次加工而成,易于保证同轴度。导柱可以通过标准模架进行选取。在设计中,优先选择的是圆形带头导柱,还有水口边钉,水口边钉的主要作用是防止水口边钉与模板间的摩擦,在进行开模时水口边钉在导套里移动,水口边钉用来固定前模底板,水口推板以及A板,而导柱用来固定A板和B板,水口边钉有一定的导向长度,主要是为了防止前模板滑出水口边钉,水口边钉的导程D=大拉杆限位距离+小拉杆限位距离+安全量(25mm)。导套与安装在另一个半模上的导柱相配合,用以确定动、定模的相对位置,保证模具运动导向精度的圆套形零件。导套常用的结构形式有两种:直导套(GB/T4169.2-1984)、带头导套(GB/T4169.3-1984)。(1)结构形式。采用带头导套(I型)。(2)导套的端面应倒圆角,导柱孔最好做成通孔,利于排出孔内剩余气体9。 水口钩针大多倒装在三板模里,水口钩顶结构图如图4-5所示。 图4-5 水口钩顶(单位:mm)5 浇注系统的设计浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类 。浇注系统控制着塑件成型过程中冲模和补料两个重要阶段,对塑件质量关系极大。浇注系统是指从注射机喷嘴开始,到型腔入口为止的塑件熔体的流动通道,或在此通道内的冷凝的固体塑料。浇注系统主要的作用是引导熔体顺利流入型腔,确保熔体能按要求填满型腔,也能使型腔内的气体很好的排出,在熔体逐渐凝固的过程中,还能传递压力至各个部分,保证外观清晰美观以及尺寸准确。浇注系统设计是否合理直接影响到塑件的质量以及模具的效率,所以在设计中要遵循一下原则: (1)注意流道尽量少的弯曲。 (2)模具是一模多腔的时候,要对称分布分流道。 (3)尽量保证浇注系统不影响塑件表面。 (4)在满足塑件成型以及排气良好的情况下,应尽量减小浇注系统截面积。一般普通模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成。5.1 主流道设计主流道又叫进料口,主流道尺寸太大太小都会影响熔体的流动,所以在设计主流道截面尺寸时要充分考虑熔体的粘性,流动性,以及塑件的尺寸大小等因素,因为本设计是三板模模具,浇口套算是标准件,而设计主流道即确定两人浇口套的尺寸以及相关规格和标准,主流道是熔体流入模具型腔的第一个通道,因此通常位于模具的入口处,形状为圆锥形,锥度为24,有利于塑料熔体的流动及流道凝料的拔出。一般情况下,我们会将浇口套和定位环一起使用,浇口套要做一定的斜度,斜度为10度,浇口套的截面形状为梯形,浇口套的流道开设在A板上,斜面胶封为8mm,做斜度的作用主要是防止浇口套与水口推板发生摩擦磨损以及漏胶等情况,定位环浇口套以及模具中心线对齐,定位环我选择了锥形的,防止浇口套发生倒滑,方便使用,如图5-1所示。图5-1 浇口套形状 图5-2 主流道衬套和定位环(单位:mm)5.2 分流道设计由于该模具采用的是六腔,需设计分流道。分流道是主流末端与型腔进料口之间的一段距离,分流道是一个熔体进入型腔的桥梁,一般情况下为了保证成型的效果,我们会尽量的保证熔体流经过程中的压力损失和温度损失,根据本设计的需要,充分结合分析了产品的形状,塑件的结构和情况,我们将此模具分流道选的是半圆形截面,如下图所示:因为半圆形截面有利于熔体流动和传递压力,而流道走向选择了平衡式,因为一模多腔中,需要确保熔体进入型腔的时间相等,所以平衡式流道,可以保证熔体均匀充满整个型腔。三板模的流道单独开设在一个板上,所以流道取出有一个专门的机构,水口边钉只导正前模,即前模底板推板a板,导柱导正a板b板和中推板,一般外面是水口边钉,里面是导柱导套,细水口模具模板上模没有螺钉固定,因为每个模板都需要开模,流道一般不开设在水口推板上,只开设在A板上,所以在设计时把分流道单独开设在了一个隔板上,即水口推板的下面一个板,这样方便凝料直接从流道口脱离,分流道布置如图5-3所示。 图5-3 分流道形式(单位:mm)5.3 冷料井设计及浇口设计主流道的冷料井位于主流道末端,主流道冷料井需要做一定斜度,而分流道冷料井也位于分流道的末端,冷料井底部形状取决于拉料杆的头部形状10。因为本设计是三板模设计,所以在设计时需要设计水口钩针,水口钩针类似于二板模的拉料杆,在设计水口钩针时,水口钩针的尺寸要几乎和分流道保持一致,分流道直径我设计的为4mm,所以本设计选择了圆头钩针,直径为4mm.它的主要作用是把浇注凝料从分流道抓住使其脱出分流道.水口钩针要与流道平齐或者在流道上方0.5mm1mm处,为的是防止水口钩针影响熔体流动,从而影响充满质量,并且水口钩针的中心线要对着点浇口的中心线,点浇口穿过定模板和定模仁,在加工时容易产生误差,为了防止浇口拉不出来凝料,所以在加工时要做偏移处理,一般偏移0.2mm左右,所以水口钩针如图5-4所示。 图5-4 水口钩针(单位:mm)根据以上分析的塑件形状以及一模六腔的模具设计,考虑到产品外观的要求,优先选择点浇口形式,点浇口是一种截面形状小如针点的浇口,其优点是去除浇口后,塑件上留下的痕迹不明显,不影响外观,开模后可自动拉断,成型时可减少熔接痕。点浇口在设计时要遵循以下原则,浇口尽量选在塑件比较厚的部位,这样可以方便熔体填充,浇口不要让熔体直接进入型腔,容易产生漩涡,浇口的设计要尽量的不影响产品外观美观,浇口的位置选择要尽量使流道最短,能减少压力损失11,所以从齿轮侧面进料,所产生的痕迹在侧面不影响正常使用。如图5-5所示。 图5-5 点浇口结构图(单位:mm)6 顶出系统的设计模具的顶出系统一般由推出,复位和导向等零件组成,模具最后一步就是考虑怎样把制品从模具里完好无损的取出来,所以在设计时要考虑顶出系统,保证制品能从模具中合理无损伤的取出来,另外还要保证部影响下一个加工成型12。6.1 顶出系统设计原则 顶出系统主要包括开模然后顶出,顶出系统的顶出结构有顶针顶出,顶板顶出,还有司筒顶出,在设计顶出系统时需要考虑产品精度外观,受力均匀,等要求,合理安排顶出过程。顶出过程算是模具设计的最后一个步骤,我们不仅要要求产品能够安全顺利无损坏的顶出,还有尽可能的保证顶出系统的简单灵活实用可靠。所以我们在设计顶出系统时要计算顶出行程以及要考虑顶板的顺利复位,只有这样才能保证模具的循环使用。因此,塑件的顶出系统设计是不可忽视的。在设计推出脱模机构时,应遵循下列原则。(1)尽可能把顶出系统设置在动模一侧;(2)保证塑件能安全无损坏的顶出;(3)顶出结构尽可能简单实用;(4)能保证塑件的外观要求;(5)保证顶出板的准确复位13。6.2 塑件的顶出机构基本方式选择因为塑料双联齿轮脱模无特殊要求,考虑到均匀分布力到塑件上,所以该设计采用一般的顶针顶出,选择的是最常用的圆顶针,每一个齿轮由六根顶针顶出,选择圆形顶针可以满足顶出要求,又方便加工。顶针尺寸为3mm,分布如图6-1,6-1所示。 图6-1 圆头顶针(单位:mm) 图6-2 顶针排布(单位:mm)6.3 限位机构设计 本设计为三板模设计,所以需要设计一套限位机构来精确控制各板的移动距离,确保产品和凝料能顺利脱出。保证模具正常开模顺序,模具限位机构一般用大小拉杆确定,在本设计中用了限位销和定距拉板还有尼龙塞来控制模具开模顺序。限位销和定距拉板安装在模具侧面,定距拉板上有两个定位销,尼龙塞安装在动定模板之间。其限位小拉杆限位板作用为:当注塑机带动动模板部分后移,流道板与定模板会先分开,因为针点浇口与产品的连接力远小于浇注系统凝料对水口钩针的包裹力,也小于尼龙扣的摩擦力,分流道凝料随即从浇道里拉出来。当动模移动到一定的距离以后,固定在流道板上的限位销与安装在模板上的定距拉板下端接触,所以流道板停止移动,动模板继续移动,水口推板与定模底板分开,这时浇注系统凝料从水口钩针上拨出去。动模继续移动,因为开模力远大于尼龙扣的摩擦力,所以最终模具在分型面处打开,然后注塑机推动顶针将产品顶出,最后可以取出产品和浇注凝料。这就是模具的工作过程。在此处,定距拉板和限位销就相当于大小拉杆的作用,限位装置如下图6-3,6-4所示。图6-3 限位小拉杆(单位:mm)图6-4 限位板(单位:mm)7 冷却系统的设计注塑模具的型腔,在熔体的填充过程中除了空气,还会有塑料受热而产生的气体,因为这些气体的存在,会一定程度上影响冲模的速度和塑件的局部变形等问题,所以在设计模具时,要考虑到排气系统的设置。该套模具是属小型模具,因其排气量不大,可直接利用分型面排气。因为不管分型面配合的多好都会有间隙。许多模具的顶杆或型芯与模具的配合间隙均可起到排气作用,而且浇口形式采用点浇口本身就有利于排气,此时就不必另外开设排气沟槽14。7.1 加热系统由塑料模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产率。POM材料的注塑成型温度为5080 ,所选塑件材料模具温度为:100,所以可以不设置加热装置15。7.2 冷却系统一般注射到模具内的塑料温度为200左右,而塑件固化后从模具性强中取出时其温度在60以下。为了保证制品尽快冷却至顶出温度,而且保证模具最快恢复到一定温度,所以要设计冷却系统,冷却系统的形式一般会在型腔以及模仁等部位设置冷却水通道,并通过可调节的水温水速等来保证模具模温,这样可以提高效率缩短时间,也可使塑料快速冷却定型并脱模。设计原则:(1)冷却水孔数量尽可能的多,孔径尽可能大;(2)冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等;(3)冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位,以防漏水;(4)冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处;(5)进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧,通常应设在注塑机的背面16。所以模具靠自身可以散热。但为更加安全和提高效率,仍添加冷却系统,所以冷却水管,设置阶梯式水路,阶梯式水路的特点就是从模板一端进入,穿过模板进入模仁,然后绕一周,然后再从模板的另外一端水嘴出来,为了保证水路构成循环回路,所以在模仁里的水路用挡水圈来密封隔水,达到好的冷却效果。在设计水路时要充分考虑方便水路加工,拆装水嘴方便,模具冷却效果要分布均匀,为保证部出现生锈堵住水道,还要保证水路里不留有死水,为了方便加工和设计,水路一般都设计为直来直通的,不要设计成斜水路,所以本设计最终定的阶梯式水道。冷却系统的水路通常会要求距离型腔的距离为1018mm,因为在冷却系统中,水路中心距距离太远冷却效果会不佳,距离太近会影响模具强度,所以我设计的水路中心距距离型腔的距离为12mm,水路间的中心间距为106mm,水路直径为6mm,选择的麻花钻加工。水路设计成阶梯状水路,在模具冷却系统里如图7-1,7-2所示。图7-1 阶梯水路(单位:mm)图7-2 水路布局(单位:mm)7.3 模具开模顺序因为本设计为三板模设计,所以为保证模具能够按次序开模,保证各个板间的移动距离,以及产品的脱出和凝料的脱出,本模具有一定的限位装置确保模具的顺序开模,该设计限位装置采用限位板和限位小拉杆来保证模具开模顺序。本设计需三次开模才能保证塑件完整脱出,第一次开模时流道板与前模板的开模,第二次开模是推板与前模底板的开模,第三次开模是分型面的开模,顶出产品,脱出凝料17。三板模的工作原理,为清晰起见,本设计对模具图打开顺序做了简要介绍,以便突出模具的依次分开面18。模具在打开时,会有三个可能分开的面,分别为下图1,2,3处,尼龙扣对前模板的摩擦阻力很大,所以3分型面的打开非常困难,除非有足够的拉力克服它;所以相对而言,1,2处就容易打开。由于点浇口与产品的连接力相对于浇注系统凝料对水口钩针的的包紧力要更小些,所以模具开模先从1处打开,如图7-3所示。模具第一次分开,后模移动到限位板的最大限位距离后,由于尼龙扣的摩擦力要远大于浇注系统对水口钩针的包紧力,故二次分开从2处分开,此时水口推板在限位板的带动下,把浇注系统凝料从水口钩针上拨出去,如图7-4所示。模具最后一次开模如图7-5所示,水口推板上锁有一个限位小拉杆,它将限制水口推板的移动位置和距离,当水口推板把浇注凝料从水口钩针上剥落后,小拉杆的限位台阶将会碰到前模底板,而前模底板是固定不变的,因而小拉杆不再运动,若小拉杆不动,则跟它相连的水口推板也不会动,同样道理,水口推板不动,限位板就不再动,所以与限位板相连的前模板也将不再随后模移动,经过这一串反应,模具最终在3处打开,要知道开模力要远大于尼龙扣的摩擦力。所以模具从3处分开,注塑机顶棍顶动顶出板,将产品顶出,此时可将产品和凝料一起取出。然后模具闭合,周而复始,循环生产。模具的开模顺序依次如下图7-3,7-4,7-5所示。模具总装配图如图7-6,7-7所示。图7-3 模具第一次开模 图7-4 模具第二次开模图7-5 模具第三次开模图7-6 模具三维图图7-7 模具二维图结束语通过本次塑料模的设计,对注射模有了更多的了解。第一,对模具行业有了更加全面的认识,初步了解了模具设计制造行业的前沿科学。第二,在毕业设计中,不但提高了专业理论知识与实践能力,而且还提高了分析问题,解决问题及动手操作的能力。第三,在毕业设计的过程中,培养了积极主动完成任务的责任心与团队协作的精神,并深入体会了设计的整个过程,为以后的设计工作提供了一套完整的思路。毕业设计是对大学四年所学知识的总体检验,是对生产实践的总结,也是d大学生踏入社会的开始。通过毕业设计,对模具设计的具体环节及过程有了更深入的了解,提高了在实际中调查研究,收集、分析、整理个方面资料的能力。在设计中,本设计利用计算机辅助设计CAD/Pore来进行塑料模的设计,计算机辅助设计,比动手画图更省时和省力,清晰明了。这次设计得到老师很大的的帮助和辅导,在这里向老师表示衷心的感谢。这次设计使我们明白了CAD/Proe在模具设计时的总体流程,顺利完成了塑料双联齿轮注塑模具设计。回顾整个毕业设计的过程,在整个毕业设计的过程中,理论知识有了很大的提高,不但弥补了设计中的很多不足,而且学到许多新的知识,毕业设计让我对整个模具设计过程有了重新的认识。在本次毕业设计中,也有很多不足之处,绘图能力分析能力的不足,还有模具事项的了解不透彻,以及装配出现的问题,今后都需要不断学习改善。万事开头难,最初不知道从何入手,通过查阅相关资料,然后结合老师的指导,确定了最初的方案。在指导老师的耐心指导下,本设计最终确定了方案并将其完善。整个的设计过程就在不断的学习之中完成的,专业知识得到了很大提高。毕业设计结束了,我发现自己了解了模具设计创新的整个过程及要注意的问题,对这个行业也有了更大的信心。最后,希望我在以后的工作当中能够完善自己,成为有创新能力的模具设计人员。致 谢大学时期的最后一次设计徐徐落下帷幕,我的大学生活也随着即将结束。在这短短几个月的时间里,留下的不仅有辛勤的汗水和忙碌的身影,也为我的人生道路奠定了一定的基础。本设计是在河南工程学院机械工程学院王鑫老师的精心指导下完成的。在课题准备、研究和完成的各个阶段,王老师在理论分析、研究方法、搜集资料等方面都给予了我详细的指导和无私的帮助;在做毕业设计期间,老师不但在工作、学习和生活上给予我无私的帮助,而且培养了我认真踏实的工作作风和严谨的治学态度,这一切都将使我受益终生、获益匪浅,在此我向王鑫老师致以最诚挚的感谢!在我大学生活期间,河南工程学院的老师给予了我很多的帮助和关怀,在这里我也向他们表示最衷心的感谢!此外,在整个大学生活期间,河南工程学院的许多同学在生活上和学习上都给予了我许多无私的帮助,在此我也向他们表示最诚挚的感谢!同时也向所有曾给予过我帮助和关心的朋友们表以衷心的感谢。36参考文献1 齐卫. 塑料模具设计与制造M. 北京: 高等教育出版社,2004. 6: 8-9.2 邹继强. 塑料模具典型结构图册M. 深圳: 模具制造杂志社, 2001. 4: 13-15.3 李海梅. 注射成型及模具设计实用技术M. 北京: 化学工业出版社, 2008. 2: 23-27.4 申长雨, 李海梅. 塑料模具CAE技术概况及发展趋势M. 工程塑料应用, 2001, 2: 45-56.5 塑料模具手册编写组. 塑料模具设计手册M. 北京: 机械工业出版社, 1992. 6:35-45.6 李德群. 塑料成型工艺及模具设计M. 北京: 机械工业出版社, 1994. 8: 123-201.7 张荫朗. 塑料注塑模具计算简明手册M. 北京: 中国石化出版社, 1995. 8: 89-106.8 冯晓曾等. 模具用钢和热处理M.北京: 机械工业出版社, 1984. 1: 77-98.9 胡志炎等. 模具失效分析手册M. 成都: 四川科学技术出版社, 1989. 2: 67-89.10 梁耀能. 机械工程材料M. 广州: 华南理工大学出版社, 2002. 4: 90-121.11 崔忠圻主编. 金属学记热处理M. .北京; 机械工业出版社, 1994. 5: 210-232.12 Menges G, Mohren P.How to make injection molds : Second 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