双联圆柱齿轮注塑模设计Word格式文档下载.docx
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5.3定位杆的结构形式...........................................................................18
5.4零件的工作尺寸计算19
第6章结构零部件的设计22
6.1支撑零部件设计22
6.2合模导向机构设计23
6.2.1导向机构的作用23
6.2.2导柱导向机构24
第7章推出机构设计25
7.1推出力的计算及校核26
7.2推出机构选择26
7.3浇注系统凝料的推出设计29
第8章注塑机的选择............................................31
8.1初选注塑机...................................................................................................31
8.2注塑机参数选择...........................................................................................31
第9章模温调节系统设计............................................................................33
第10章结论33
第11章谢辞34
第12章参考文献35
前 言
目前,我国塑料模具行业日趋大型化,而且精度将越来越高。
10年前,精密塑料模具的精度一般为5μm,现在已达2~3μm。
不久,1μm精度的模具将上市。
随着零件微型化及精度要求的提高,有些模具的加工精度公差就要求在1μm以下,这就要求发展超精加工。
模具标准件的应用将日渐广泛,模具标准化及模具标准件的应用能极大地影响模具制造周期。
使用模具标准件不但能缩短模具制造周期,而且能提高模具质量和降低模具制造成本。
同时,快速经济模具的前景十分广阔。
由于人们要求模具的生产周期越短越好,因此开发快速经济模具越来越引起人们的重视。
例如研制各种超塑性材料来制作模具;
用环氧、聚酯或在其中填充金属、玻璃等增强物制作简易模具。
这类模具制造工艺简单,精度易控制,收缩率较小,价格便宜,寿命较高。
还可用水泥塑料制作汽车覆盖件模具。
中、低熔点合金模具,喷涂成型模具,电铸模,精铸模,层叠模,陶瓷吸塑模及光造型和使用热硬化橡胶快速制造低成本模具等快速经济模具将进一步发展。
快换模架、快换冲头等也将日益发展。
另外采用计算机控制和机械手操作的快速换模装置、快速试模装置技术也会得到发展和提高。
模具工业发展的关键是模具技术的进步。
模具作为一种高附加值和技术密集型产品,其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。
世界上许多国家都大力发展模具工业,并且已经取得了显著的经济效益。
经济发展快时产品畅销,自然要求模具能跟上;
而经济发展滞缓时期,产品不畅销,企业必然千方百计开发新产品,同时会对模具带来强劲需求。
因此模具工业被成为不衰工业。
塑料模具发展很快,在国内模具工业产值中塑料模具所占比例不断扩大。
电视机、空调、洗衣机等家用电器所需的塑料模具基本上可立足于国内生产。
重量达10~20吨的汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具和多达600腔的塑封模具已可自行生产。
在精度方面,塑料尺寸精度可达IT6-7级,型面的粗糙度Ra0.05-0.025μm,塑料模使用寿命达100万次以上。
快速制模技术也在国内多家单位开展研究,目前研究较多的有电弧喷涂成形模具技术和等离子喷涂制模技术。
国内模具企业中已有相当多的厂家普及了计算机绘图,并陆续引进了高档CAD/CAE/CAM,UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等著名软件在中国模具工业应用已相当广泛。
一些厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件,并成功应用于塑料模、冲压模和压铸模的设计中。
近年来,我国自主开发CAD/CAE/CAM系统有很大发展。
例如,华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件,上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件,北京机电研究所开发的锻模CAD/CAE/CAM软件,北航华正软件工程研究所开发CAXA软件,吉林汽车覆盖件成型技术所独立研制的商品化覆盖件冲压成型分析KMAS软件等在国内模具行业拥有不少的用户。
第1章注塑材料应用及工艺条件
1.PA12聚酰胺12或尼龙12
典型应用范围:
水量表和其他商业设备,电缆套,机械凸轮,滑动机构以及轴承等。
注塑模工艺条件:
干燥处理:
加工之前应保证湿度在0.1%以下。
如果材料是暴露在空气中储存,建议要在85C热空气中干燥4~5小时。
如果材料是在密闭容器中储存,那么经过3小时温度平衡即可直接使用。
熔化温度:
240~300C;
对于普通特性材料不要超过310C,对于有阻燃特性材料不要超过270C。
模具温度:
对于未增强型材料为30~40C,对于薄壁或大面积元件为80~90C,对于增强型材料为90~100C。
增加温度将增加材料的结晶度。
精确地控制模具温度对PA12来说是很重要的。
注射压力:
最大可到1000bar(建议使用低保压压力和高熔化温度)。
注射速度:
高速(对于有玻璃添加剂的材料更好些)。
2.ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
汽车(仪表板,工具舱门,车轮盖,反光镜盒),电冰箱,大强度工具(头发烘干机,搅拌器,食品加工机,割草机),电话机壳体,打字机键盘等。
ABS材料具有吸湿性,要求在加工之前进行干燥处理。
建议干燥条件为80~90C下最少干燥2小时。
材料温度应保证小于0.1%。
210~280C;
建议温度:
245C。
500~1000bar
中高速度。
3.PA6聚酰胺6或尼龙6
由于有很好的机械强度和刚度被广泛用于结构部件。
由于有很好的耐磨损特性,还用于制造轴承。
由于PA6很容易吸收水分,因此加工前的干燥特别要注意。
如果材料是用防水材料包装供应的,则容器应保持密闭。
如果湿度大于0.2%,建议在80C以上的热空气中干燥16小时。
如果材料已经在空气中暴露超过8小时,建议进行105C,8小时以上的真空烘干。
230~280C,对于增强品种为250~280C。
80~90C。
模具温度很显著地影响结晶度,而结晶度又影响着塑件的机械特性。
对于结构部件来说结晶度很重要,因此建议模具温度为80~90C。
对于薄壁的,流程较长的塑件也建议施用较高的模具温度。
增大模具温度可以提高塑件的强度和刚度,但却降低了韧性。
如果壁厚大于3mm,建议使用20~40C的低温模具。
对于玻璃增强材料模具温度应大于80C。
一般在750~1250bar之间(取决于材料和产品设计)。
高速(对增强型材料要稍微降低)。
4.PBT聚对苯二甲酸丁二醇酯
家用器具(食品加工刀片、真空吸尘器元件、电风扇、头发干燥机壳体、咖啡器皿等),电器元件(开关、电机壳、保险丝盒、计算机键盘按键等),汽车工业(散热器格窗、车身嵌板、车轮盖、门窗部件等)。
这种材料在高温下很容易水解,因此加工前的干燥处理是很重要的。
建议在空气中的干燥条件为120C,6~8小时,或者150C,2~4小时。
湿度必须小于0.03%。
如果用吸湿干燥器干燥,建议条件为150C,2.5小时
熔化温度:
225~275C,建议温度:
250C。
对于未增强型的材料为40~60C。
要很好地设计模具的冷却腔道以减小塑件的弯曲。
热量的散失一定要快而均匀。
建议模具冷却腔道的直径为12mm。
中等(最大到1500bar)。
应使用尽可能快的注射速度(因为PBT的凝固很快)。
5.PC聚碳酸酯
电气和商业设备(计算机元件、连接器等),器具(食品加工机、电冰箱抽屉等),交通运输行业(车辆的前后灯、仪表板等)。
PC材料具有吸湿性,加工前的干燥很重要。
建议干燥条件为100C到200C,3~4小时。
加工前的湿度必须小于0.02%。
260~340C。
70~120C。
尽可能地使用高注射压力。
对于较小的浇口使用低速注射,对其它类型的浇口使用高速注射。
6.POM(聚甲醛)
POM具有很低的摩擦系数和很好的几何稳定性,特别适合于制作齿轮和轴承。
由于它还具有耐高温特性,因此还用于管道器件(管道阀门、泵壳体),草坪设备等。
如果材料储存在干燥环境中,通常不需要干燥处理。
均聚物材料为190~230C;
共聚物材料为190~210C。
80~105C。
为了减小成型后收缩率可选用高一些的模具温度。
700~1200bar
中等或偏高的注射速度。
7.PPE(聚丙乙烯)
家庭用品(洗碗机、洗衣机等),电气设备如控制器壳体、光纤联接器等。
建议在加工前进行2~4小时、100C的干燥处理。
240~320C。
60~105C。
600~1500bar。
8.PS(聚苯乙烯)
产品包装,家庭用品(餐具、托盘等),电气(透明容器、光源散射器、绝缘薄膜等)。
除非储存不当,通常不需要干燥处理。
如果需要干燥,建议干燥条件为80C、2~3小时。
180~280C。
对于阻燃型材料其上限为250C。
40~50C。
200~600bar。
建议使用快速的注射速度。
9.PVC(聚氯乙烯)
供水管道,家用管道,房屋墙板,商用机器壳体,电子产品包装,医疗器械,食品包装等。
通常不需要干燥处理。
185~205C
20~50C
可大到1500bar
保压压力:
可大到1000bar
为避免材料降解,一般要用相当地的注射速度。
第2章对塑件进行工艺分析
2.1塑料件结构及成型工艺性分析
图为双联圆柱直齿轮。
大小齿轮均为直齿,模数为0.6mm,生产批量较大,为提高生产效率,可采用一模多腔注射成型。
塑料件结构图
塑料件材料为聚甲醛(POM),其尺寸稳定,吸水率小,成型前可不干燥,热敏性强,极易分解,分解温度为240℃,但200℃时滞留30min以上也发生分解,分解时产生有刺激性、腐蚀性气体,料温控制在稍高于熔点的180℃[4]。
为消除模具温度对结晶及收缩的影响,模具温度设定为90℃。
POM溢边值为0.04mm,宜用高压、高速注射。
塑料件可在较高温度时脱模,冷却时间可短。
为防止收缩变形、应力不匀,脱模后将塑料件置于90℃左右的热水中缓冷或用整形夹具冷却。
浇注系统对料流阻力小,浇口宜小,尽量避免料筒、喷嘴等产生死角、间隙而滞料。
由图可知,塑料件中间为45,钢嵌件。
POM的线胀系数为8.1×
10-5K-1,45,钢的线胀系数为1.23×
10-5K-1。
两者线胀系数比较接近,故材料选择较合理。
塑料件尺寸较小,故嵌件预留有定位孔定位。
嵌件为圆形,属对称形状无尖角锐角,利于均匀收缩和防止产生局部应力。
嵌件外表面开槽,便于嵌件与塑料咬合。
注射成型前嵌件预热至120℃。
2.2材料性能分析
POM(聚甲醛)
流道和浇口:
可以使用任何类型的浇口。
如果使用隧道形浇口,则最好使用较短的类型。
对于均聚物材料建议使用热注嘴流道。
对于共聚物材料既可使用内部的热流道也可使用外部热流道。
化学和物理特性:
POM是一种坚韧有弹性的材料,即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击特性。
POM既有均聚物材料也有共聚物材料。
均聚物材料具有很好的延展强度、抗疲劳强度,但不易于加工。
共聚物材料有很好的热稳定性、化学稳定性并且易于加工。
无论均聚物材料还是共聚物材料,都是结晶性材料并且不易吸收水分。
POM的高结晶程度导致它有相当高的收缩率,可高达到2%~3.5%。
对于各种不同的增强型材料有不同的收缩率。
第3章模具结构的确定
3.1确定模具基本结构
由于塑料件为双联齿轮,所以模具设计的重点在于齿轮型腔的设计。
该塑料件中间有金属嵌件,且嵌件尺寸比较小,故需要安装定位杆,避免嵌件在型腔中晃动,以保证其形位精度。
塑料件工作表面要求光滑,不允许有浇口痕迹,模具采用点浇口浇注形式。
为防止塑料件发生变形,宜采用推管推出。
为了模具安装与维修方便,型芯的结构形式宜采用组合式型芯结构。
模具总装配图如图所示。
模具装配图
1-动模座板;
2、3-垫块;
4-动模板;
5-流道板;
6-定模版;
7-定模座;
8-型腔;
9-浇口套;
10-冷却道水口;
11-拉料杆;
12-拉料杆固定板;
13-推管固定板;
14-缓冲垫圈;
15-复位弹簧;
16-推管;
17-导柱;
18-内六角圆柱头螺钉。
3.2模具工作原理
注塑机开模,分流道开设在定模板上,开模后在拉料杆的作用下,使流道、内塑料掉落,推管向前推出塑件,弹簧使推管复位,动模和定模部分再次合模,往复注塑。
3.3分型面位置及模腔数的确定
分型面确定
该塑料件为圆柱直齿轮,外表质量要求较高。
在选择分型面时,根据分型面的选择原则,考虑不影响塑料件外观质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑料件留在动模一侧以便于取出塑料件等因素,分型面应选择在塑料件外形轮廓的最大处,如图所示。
分型面位置图
如果采用B-B分型面分型,则塑料件分别在动定模成型,可能产生合模误差,会使塑料件产生一定的同轴度误差,且飞边不易清除。
而若按A-A分型面分型,则塑料件整体由一个模板成型,消除了合模误差导致塑料件产生同轴度误差的可能性。
另外,为了提高自动化程度和生产率,保证塑料件的表面质量,采用点浇口浇注。
而模具采用双分型面结构,一个分型面用于成型塑料件,另一个分型面用于取出浇注系统凝料。
模腔数量的确定
由于塑料件的形状简单,质量较轻,且生产批量大,因此模具设计为三板式,采用1模4腔平衡布置。
模具的尺寸紧凑,生产率高,塑料件质量可靠,成本较低。
第4章浇注系统设计
浇注系统的定义:
熔融塑料从注射机喷嘴进入模具型腔所流经的通道,其作用是将熔融状态的塑料从喷嘴处平稳的引入模具行腔,并使熔体填充和固化定形的过程中将注射压力和保压力传递到塑料制品各部位,以获得主组织致密、外形清晰、表面光洁和尺寸精确的塑料模具。
浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道浇注系统两大类。
此次设计的模具,其浇注系统为普通流道浇注系统。
普通浇注系统一般由主浇道、分流道、浇口和冷料等4部分组成。
4.1主流道设计
主流道通常位于模具中心,它将注射机喷嘴注出的塑料熔体倒入模具分流道或型腔。
为了便于熔体顺利向前流进,开模时主流道凝料有能顺利拉出来,其形状为圆锥形。
其锥角
;
内壁表面粗糙度
,取
;
注射机喷嘴应于主流道对中,为了补偿对中误差并解决冷凝时的脱模问题,主流道进口端直径需比喷嘴直径大
,进料口直径
(
为注射机喷嘴直径)
,所以
。
主流道进口端与喷嘴头部应为球面接触,在主流道衬套上连出一浅的球面定位槽,将喷嘴的球行头压在主流道进口端凹下的球面半径
大
凹下深度为
主流道进口前端球面半径
式中
为喷嘴球面半径,
因此,
在保证制品成型的条件下,主流道的长度应尽可能短,以减少压力损失及废料,但由于主流道的长度与定模座板的厚度及主流道衬套的安装位置有关,必须结合主流道衬套的设计一同对其进行确定,因此主流道长度待定,接下去先设计主流道衬套。
4.2主流道衬套的设计
由于主流道与高温塑料和注射机喷嘴反复接触和碰撞,所以,通常不直接开在定模板上,而是将它单独开在一个主流衬套中,通常在淬火后嵌入模具,这样在损失时便于更换或修磨。
常用的主流道衬套有A、B两类,此模具选用的A型主流道衬套,B型是为了防止衬套在熔体反压力作用下退出定模设计的,这里不再赘述。
主流道衬套的材料选用T8A要求热处理后硬度达到50-55HRC,其尺寸应根据SZ-125型注射机配套的定位圈尺寸及定模的厚度进行确定。
衬套于定模座板之间的配合采用
因定模座板必须与脱料板无间隙接触,所以主流道衬套于定模座板配合后,必须保证其端面与定模座板大平面处在同一平面内。
主流道衬套长度定为41.5mm。
主流道长度随之确定为37.5mm,主流道截止到脱料板,塑料熔体流经此处开始进入分流道。
4.3分流道的设计
分流道是指浇注系统中主流道末端与浇口之间的一段塑料熔融体的流动通道。
分流道的作用是改变塑料熔体流向,使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。
对于单型腔模,可不设置分流道,因此次设计的模具设须(一模四件)两个型腔,有必要开设分流道,且开设在定模座板与脱料板之间,并在浇道板上进行加工。
常用分流道截面形状有圆形、梯形
、U形等几种。
因该塑件体积较小,形状简·
单,壁厚均匀且塑料流动性好,为减少熔接痕,可采用单点进料的方式,分流道的截面形状选U形,宽度
,半径
,深度
,斜角
且分流道的表面粗糙度不能太低,为保证与分流道接触的外层塑料熔体迅速冷却,形成绝热层,只有内部熔体平稳流动,一般取
在容易修磨情况下,分流道的单边长度应为54mm,总长度为108mm。
分流道的布置:
分为平衡式布置与非平衡式布置
平衡式布置
非平衡式布置
浇注系统无论是平衡式或非平衡式布置,型腔均应与模板中心对称,使型腔和流道的投影中心与注射机锁模力中心重合,避免注射时产生附加的倾侧力矩。
在此选择平衡式。
4.4浇口的设计
浇口亦称进料口,是指浇注系统中链接分流道与型腔之间长度非常短,截面又很狭窄的一段熔体通道。
常用浇口形式有直接浇口、中心浇口、侧浇口、点浇口等,因该塑件体积较小,形状简单,壁厚均匀且塑料流动性好,为减少熔接痕,应选用点浇口(参考教材《模具设计与制造》)。
4.5冷料穴的设计
冷料穴的作用:
用来储藏注射间隔期间喷嘴前端的冷料,防止冷料进入型腔而影响塑件的质量。
冷料穴有两种,一种是纯为“捕捉”或贮存冷料之用;
另一种是还兼有拉或顶出凝料功用。
冷料穴设置在主流道末端或各分流道转向位置,甚至在塑件型腔末端也设置冷料穴。
冷料穴应设置在熔料流动方向的转折位置,并迎着上游的熔流。
其长度通常为挠道直径d的1.5~2倍。
第5章成型零件的设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件,包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。
成型零件工作时,直接与塑料接触,塑料熔体的高压、料流的冲刷,脱模时与塑件间还发生摩擦。
因此,设计注射模的成型零件时,应根据塑件的尺寸计算成型零件型腔的尺寸;
确定型腔的组合方式;
确定成型零件的机械加工、热处理、装配等要求;
对关键的部位要进行强度和刚度校核。
由此可见,注射模的成型零部件设计时注射模设计的一个重要组成部分。
5.1成型零部件的结构设计
5.1.1凹模和凸模的结构设计
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称为凹模,构成塑件内部形状的成型零件称为凸模(或型芯)。
由于凹、凸模件直接与高温、高压的塑料接触,并且脱模时反复与塑件摩擦,因此,要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性,以及足够低的表面粗糙度。
整体式凸模结构
整体式的凸模是指直接在整块模板上加工出凸模形状的结构形式。
结构如图6-1所示,它是在整块金属模板上加工而成的。
其特点是牢固、不易变形,不会使塑件产生拼接线痕迹。
整体式凹模结构
由于本零件为双联齿轮,齿轮的厚度比较薄,采用整体式结构。
分别采用两个薄板叠加在一块,模板采用线切割进行加工,
5.1.2型芯的结构设计
凸模(型芯):
成型塑件的内表面的零件。
主要包括:
主型芯、小型芯、螺纹型芯、螺纹型环等。
型芯:
成型塑件中较大的、主要的内型的成型零件。
小型芯、成型杆:
成型塑件上较小孔的成型零件。
主型芯的结构设计
适用范围:
形状简单的型芯整个型芯和模板为一个整体。
小型芯的结构设计
定义:
用于成型塑件上的小孔或凹槽的细小凸模通常称为小型芯。
小型芯是用来成型塑件上的小孔或槽。
型芯的技术要求
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- 圆柱齿轮 注塑 设计