双联齿轮注射模具设计.docx
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双联齿轮注射模具设计.docx
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双联齿轮注射模具设计
摘要
塑料制品已在工业,农业,国防和日常生活中的方面得到广泛应用。
特别是在电子业中则为突出。
电子产品的外客大部分是塑料制品,产品性能的提高要求高素质的塑料模具和塑料性能。
成型工艺和制品的设计。
塑料制品的成型方法很多。
其主要用于是注射,挤出,压制,压铸和气压成型等和气压成型等。
而注射模,挤出约占成型总数的60%以上。
注射成型分为加料,熔融塑料,注射制件冷却和制件脱模等五个步骤。
当然如利用电气控制。
可实现半自动化或自动化作业。
塑料注射模主要用于热塑料制品的成型,已成功的用于成型热固塑性塑料制品,它是塑料制品生产中十分重要的工艺装置。
注射模的基本组成是:
定模机构,动模机构,浇注系统,导向装置,顶出机构,芯机构,冷却和加热装置,排气系统。
因注射模成型的广泛适用,正是我这个设计的根本出发点。
Summary
Theplasticsproductstohavealreadywithdailylifewaittheaspecttoacquiretheextensiveapplicationattheindustry,agriculture,nationaldefense.Especiallyintheelectronicindustrythenandparticularlyforoutstanding.Electronicsproductthattheoutershellsparepartsthatexaltationismostlyplasticsfunctionthatrequestthehighquantity.Typecraftwithproductthedesign.
Theplasticsproductsofthetypemethodisalotof.Amongthemmostofinject,die-castingtocompatiblypresstypeetc.Butinjectthemold,extrude,extruderoughlysharetypetotalamountof60%aboveinjectthetypeisdividedintoaddthematerial,meltdownplastics,andinjecttomakepiecetocooloffwithmakethepiecetotakeoffthemoldtowaitfivesteps.Certainlyifmakeuseofftheelectricitycontrol.Canrealizehalfautoorautomatichomework..Becauseinjectthemoldthetype`sextensivesuitableforuse,exactlythebasicpointofdepartureofmythisdesign.
绪论
1.1模具工业在国民经济中的地位
模具是制造业的一种基本工艺装备,它的作用是控制和限制材料(固态或液态)的流动,使之形成所需要的形体。
用模具制造零件以其效率高,产品质量好,材料消耗低,生产成本低而广泛应用于制造业中。
模具工业是国民经济的基础工业,是国际上公认的关键工业。
模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,它在很大程度上决定着产品的质量,效益和新产品的开发能力。
振兴和发展我国的模具工业,正日益受到人们的关注。
早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中,将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。
模具工业既是高新技术产业的一个组成部分,又是高新技术产业化的重要领域。
模具在机械,电子,轻工,汽车,纺织,航空,航天等工业领域里,日益成为使用最广泛的主要工艺装备,它承担了这些工业领域中60%~90%的产品的零件,组件和部件的生产加工。
模具制造的重要性主要体现在市场的需求上,仅以汽车,摩托车行业的模具市场为例。
汽车,摩托车行业是模具最大的市场,在工业发达的国家,这一市场占整个模具市场一半左右。
汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一,汽车工业重点是发展零部件,经济型轿车和重型汽车,汽车模具作为发展重点,已在汽车工业产业政策中得到了明确。
汽车基本车型不断增加,2005年将达到170种。
一个型号的汽车所需模具达几千副,价值上亿元。
为了适应市场的需求,汽车将不断换型,汽车换型时约有80%的模具需要更换。
中国摩托车产量位居世界第一,据统计,中国摩托车共有14种排量80多个车型,1000多个型号。
单辆摩托车约有零件2000种,共计5000多个,其中一半以上需要模具生产。
一个型号的摩托车生产需1000副模具,总价值为1000多万元。
其他行业,如电子及通讯,家电,建筑等,也存在巨大的模具市场。
目前世界模具市场供不应求,模具的主要出口国是美国,日本,法国,瑞士等国家。
中国模具出口数量极少,但中国模具钳工技术水平高,劳动成本低,只要配备一些先进的数控制模设备,提高模具加工质量,缩短生产周期,沟通外贸渠道,模具出口将会有很大发展。
研究和发展模具技术,提高模具技术水平,对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。
1.2各种模具的分类和占有量
模具主要类型有:
冲模,锻摸,塑料模,压铸模,粉末冶金模,玻璃模,橡胶模,陶瓷模等。
除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模,因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。
(1)冲模:
冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。
冲模占模具总数的50%以上。
按工艺性质的不同,冲模可分为落料模,冲孔模,切口模,切边模,弯曲模,卷边模,拉深模,校平模,翻孔模,翻边模,缩口模,压印模,胀形模。
按组合工序不同,冲模分为单工序模,复合模,连续模。
(2)锻模:
锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。
按锻压设备不同,锻模分为锤用锻模,螺旋压力机锻模,热模锻压力锻模,平锻机用锻模,水压机用锻模,高速锤用锻模,摆动碾压机用锻模,辊锻机用锻模,楔横轧机用锻模等。
按工艺用途不同,锻模可分为预锻模具,挤压模具,精锻模具,等温模具,超塑性模具等。
(3)塑料模:
塑料模是塑料成型的工艺装备。
塑料模约占模具总数的35%,而且有继续上升的趋势。
塑料模主要包括压塑模,挤塑模,注射模,此外还有挤出成型模,泡沫塑料的发泡成型模,低发泡注射成型模,吹塑模等。
(4)压铸模:
压铸模是压力铸造工艺装备,压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型,在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。
压铸模约占模具总数的6%。
(5)粉末冶金模:
粉末冶金模用于粉末成型,按成型工艺分类粉末冶金模有:
压模,精整模,复压模,热压模,粉浆浇注模,松装烧结模等。
模具所涉及的工艺繁多,包括机械设计制造,塑料,橡胶加工,金属材料,铸造(凝固理论),塑性加工,玻璃等诸多学科和行业,是一个多学科的综合,其复杂程度显而易见。
1.3我国模具工业的现状
自20世纪80年代以来,我国的经济逐渐起飞,也为模具产业的发展提供了巨大的动力。
20世纪90年代以后,大陆的工业发展十分迅速,模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币,1994年增长到130亿元人民币,1999年已达到245亿元人民币,2000年增至260~270亿元人民币。
今后预计每年仍会以10℅~15℅的速度快速增长。
目前,我国17000多个模具生产厂点,从业人数五十多万。
除了国有的专业模具厂外,其他所有制形式的模具厂家,包括集体企业,合资企业,独资企业和私营企业等,都得到了快速发展。
其中,集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。
例如,浙江宁波和黄岩地区,从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家,成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。
在广东,一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业,为了提高其产品的市场竞争能力,纷纷加入了对模具制造的投入。
例如,科龙,美的,康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。
中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区,现已有几千家。
在模具工业的总产值中,企业自产自用的约占三分之二,作为商品销售的约占三分之一。
其中,冲压模具约占50℅(中国台湾:
40℅),塑料模具约占33℅(中国台湾:
48℅),压铸模具约占6℅(中国台湾:
5℅),其他各类模具约占11(中国台湾:
7℅)。
中国台湾模具产业的成长,分为萌芽期(1961——1981),成长期(1981——1991),成熟期(1991——2001)三个阶段。
萌芽期,工业产品生产设备与技术的不断改进。
由于纺织,电子,电气,电机和机械业等产品外销表现畅旺,连带使得模具制造,维修业者和周边厂商(如热处理产业等)逐年增加。
在此阶段的模具包括:
一般民生用品模具,铸造用模具,锻造用模具,木模,玻璃,陶瓷用模具,以及橡胶模具等。
1981年——1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。
有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显,自1982年起,台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”,大力推动模具工业的发展,以配合相关工业产品的外销策略,全力发展整体经济。
随着民生工业,机械五金业,汽机车及家电业发展,冲压模具与塑料模具,逐渐形成台湾模具工业两大主流。
从1985年起,模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术,所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。
成熟期,在国际化,自由化和国际分工的潮流下,1994年,1998年,由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”,以协助业界突破发展瓶颈,并支持产业升级,朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。
1997年11月间台湾凭借模具产业的实力,获得世界模具协会(ISTMA)认同获准入会,正式成为世界模具协会会员,。
整体而言,台湾模具产业在这一阶段的发展,随着机械性能,加工技术,检测能力的提升,以及计算机辅助设计,台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电,五金业和汽机车运输工具业,提升到计算机与电子,通信与光电等精密模具,并发展出汽机车用大型钣金冲压,大型塑料射出及精密锻造等模具。
1.4世界五大塑料生产国的产能状况
美国塑料(原料)的产量多年来一直雄居各国之首。
早在80年代前期,美国塑料产量就已达2000万吨之多,1986年增至23l0万吨,占全球总产量8100吨的28.5%,此后美国塑料产量继续呈现稳定增长之势,1988年、1990年、1992年、1994年、1996年和1998年分别增加到2710万吨、2810万吨、3010万吨、3410万吨、4000万吨和4360万吨,占世界总产量的比例从1996年起提高到30%以上。
2001年美国塑料产量为4170万吨,其中以聚乙烯为最多,达1500多万吨。
其次分别是氯乙烯650万吨、聚丙烯720万吨、聚苯乙烯对酞酸脂320万吨、聚苯乙烯280万吨。
国内塑料消费量(产量+进口量一出口量),美国也是全球最多的。
美国的全部塑料消费量2001年为4280万吨。
美国人均塑料消费量也是很高的,2000年为159公斤,2001年略减为155公斤,居全球第3位。
美国现有各种大小塑料企事业单位1万多家,其中职工人数少于50人的占总数的53%,50~l00人的占21%,100~500人的占23%,超过500人的占近4%,职工总数近90万人。
在美国塑料制品加工业的就职人数达110万,2001年的出货金额为2150亿美元,人均出货金额为195美元。
德国是世界最大的塑料(原料)生产国之一,上世纪90年代初的1991年、1992年和1993年,德国塑料产量都为990多万吨,1994年增达超过1000万吨的1110万吨.1998年达近1300万吨,1999年为近1400万吨,2000年增至1550万吨,超过日本为世界第2大塑料生产国,2001年上升为1580万吨,2002年已过1600万吨。
2001年德国生产的种种塑料原料中,聚乙烯为285万吨(低密度聚乙烯160万吨,高密度聚乙烯125万吨),氯乙烯175万吨,聚丙烯160万吨。
德国2001年的国内塑料消费量为1280万吨,其中聚乙烯265万吨,聚丙烯155万吨.氯乙烯152万吨。
德国人均塑料消费量2001年为160公斤,在世界上仅少于比利时的172公斤,高于美国的155公斤,排在世界第2位。
德国塑料制品加工业的职工总计有近30万人,2001年的出货金额为360亿美元,人均126美元。
德国塑料制品加工企业中职工少于50人的占44%,50~100人的占28%,100~500人的占25%,500人以上的占4%。
中国塑料工业多年持续高速增长,1991年产量仅为250万吨,1995年增为350万吨,1998年超过700万吨,到2002年已增达约1400万吨,超过日本而成为世界第3大塑料原料生产国。
中国今年塑料制品市场将持续走强,在包装、工程、建材、农用和日用塑料制品等各个领域都将有较大幅度的增长,需求量将超过2500万吨。
其中包装塑料制品今年需求量将超过850万吨,工程塑料制品需求量将达400万吨左右,建材塑料制品需求量将达300万吨以上,农用塑料制品需求量将在500万吨左右,日用塑料制品需求量约为80万吨左右。
日本在很长的时期内都是仅次于美国的世界第2大塑料生产国。
一直到1997年,日本塑料产量曾经连续多年增长,年产量在70年代中期就已达500多万吨,1987年突破1000万吨,1991年达约1300万吨,1992年和1993年因受日本经济下滑的影响,产量略有减少,分别降至1258和1225万吨。
从1994年起产量再度增长,1994年、1995年和1996年分别回升到1300万吨、1400万吨和1470万吨,1997年的产量又比上年增长3.7%,达到1521万吨,首次超过1500万吨。
但这种增势在1998年受到遏制,产量大幅度减少。
1998年,日本塑料产量为1390万吨,比上年减少了8.7%。
1999年和2000年日本塑料产量分别回升到1432万吨和1445万吨,但仍远未恢复到1997年的水平。
2001年和2002年日本塑料产量再度下降至1400万吨以下的1364万吨和1361万吨。
2002年日本塑料(原料)产量减为1361万吨。
而中国则增为1366万吨,日本又退居第4位。
韩国塑料产量增长十分迅速,1986年超过200万吨,1990年增达300万吨,1992年突破500万吨,1994年、1996年和1997年分别上升到600多万吨、700多万吨和800多万吨,1998年产量增至850万吨,1999年突破900万吨,2001年达1200万吨,跻身于世界5大塑料生产国之列。
韩国塑料原料产品中以聚乙烯居首,2001年产量为340万吨(低密度聚乙烯160万吨,高密度聚乙烯180万吨),聚丙烯以238万吨排在第2位,其次分别是聚酯161万吨、氯乙烯124万吨、ABS·AS树脂86万吨、聚苯乙烯77万吨。
韩国国内塑料消费量2001年420万吨,只相当于产量的1/3略高。
人均塑料消费量2001年为106公斤,韩国塑料制品加工业的职工总数2001年为3.1万人,出货金额为85亿美元,人均276美元。
塑料产量位居世界前10名的国家和地区还有法国660万吨、比利时600万吨、中国台湾598万吨、加拿大432万吨和意大利385万吨(均为2001年产量)。
1.5我国模具技术的现状及发展趋势
20世纪80年代开始,发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来,并发展成为独立的工业部门,其产值已超过机床工业的产值。
改革开放以来,我国的模具工业发展也十分迅速。
近年来,每年都以15%的增长速度快速发展。
许多模具企业十分重视技术发展。
加大了用于技术进步的投入力度,将技术进步作为企业发展的重要动力。
此外,许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。
模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。
今后,我国要发展成为世界制造强国,仍将依赖于模具工业的快速发展,成为模具制造强国。
中国塑料模工业从起步到现在,历经了半个多世纪,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"(约122CM)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,精密塑料模方面,以能生产照相机塑料件模具,多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。
经过多年的努力,在模具CAD/CAE/CAM技术,模具的电加工和数控加工技术,快速成型与快速制模技术,新型模具材料等方面取得了显著进步;在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。
尽管我国模具工业有了长足的进步,部分模具已达到国际先进水平,但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要,每年仍需进口10多亿美元的各类大型,精密,复杂模具。
与发达国家的模具工业相比,在模具技术上仍有不小的差距。
今后,我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新,以缩小与国际先进水平的距离。
(1)注重开发大型,精密,复杂模具;随着我国轿车,家电等工业的快速发展,成型零件的大型化和精密化要求越来越高,模具也将日趋大型化和精密化。
(2)加强模具标准件的应用;使用模具标准件不但能缩短模具制造周期,降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。
因此,模具标准件的应用必将日渐广泛。
(3)推广CAD/CAM/CAE技术;模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。
实践证明,模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向,可显著地提高模具设计制造水平。
(4)重视快速模具制造技术,缩短模具制造周期;随着先进制造技术的不断出现,模具的制造水平也在不断地提高,基于快速成形的快速制模技术,高速铣削加工技术,以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。
第一章双联齿轮的选料及其性能
我们选用PP作为双联齿轮的材料。
典型应用范围:
汽车工业(主要使用含金属添加剂的PP:
挡泥板、通风管、风扇等),器械(洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等),日用消费品(草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等)。
化学和物理特性:
PP是一种半结晶性材料。
它比PE要更坚硬并且有更高的熔点。
由于均聚物型的PP温度高于0℃以上时非常脆,因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。
共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度(100℃)、低透明度、低光泽度、低刚性,但是有有更强的抗冲击强度。
PP的强度随着乙烯含量的增加而增大。
PP的维卡软化温度为150℃。
由于结晶度较高,这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。
PP不存在环境应力开裂问题。
通常,采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。
PP的流动率MFR范围在1~40。
低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。
对于相同MFR的材料,共聚物型的强度比均聚物型的要高。
由于结晶,PP的收缩率相当高,一般为1.8~2.5%。
并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。
加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。
均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。
然而,它对芳香烃(如苯)溶剂、氯化烃(四氯化碳)溶剂等没有抵抗力。
PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。
第二章双联齿轮注射成型工艺过程
双联齿轮注射成形工艺过程如下:
注射装置准备装料
预烘干装入料斗预塑化注射装置准备注射
清理嵌件、预热
清理模具、涂脱模剂放入嵌件合模注射保压
脱模冷却
塑件送下工序
注射成形工艺参数见表2-1。
表2-1
注射机类型
预热和干燥
料筒温度(℃)
喷嘴温度(℃)
温度(℃)
时间(h)
后段
中段
前段
螺杆式
80~95
4~5
150~170
165~180
180~200
170~180
模具温度(℃)
注射压力(Mpa)
成形时间(s)
40~80
60~100
高压时间
保压时间
冷却时间
成形时间
0~5
15~30
15~30
40~70
螺杆转速(r/min)
后处理
方法
温度(℃)
时间(h)
30~60
红外线灯、烘箱
70
2~4
第三章塑件的工艺性分析
一、塑件的工艺性分析
塑件图
1、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
1)塑件的结构分析
该零件的总体形状为圆形,结构比较简单。
2)塑件尺寸精度的分析
该零件尺寸精度为7级,有公差要求。
由以上的分析可见,该零件的尺寸精度属中等偏上,对应模具相关零件尺寸的加工可保证。
3)表面质量的分析
该零件的表面要求无凹坑等缺陷外,表面无其它特别的要求,故比较容易实现。
综上分析可以看出,注射时在工艺参数控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证。
2、塑件的体积重量
计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。
计算得塑件的体积:
V=190.35mm3
计算塑件的质量:
公式为W=Vρ
根据设计手册查得ABS的密度为ρ=1.02kg/dm3,故塑件的重量为:
W=Vρ
=190.35×1.02×10-3
=2.24g
根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况,可初步选用的注射机为:
SZ-60/40型注塑成型机.
第四章型腔数的确定及浇注系统的设计
1、型腔数的确定
型腔数的确定有多种方法,本题采用注射机的注射量来确定它的数目。
其公式如下:
n2=(G-C)/V
式中:
G——注射机的公称注射量/cm3
V——单个制品的体积/cm3
C——浇道和浇口的总体积/cm3
生产中每次实际注射量应为公称注射量G的(0.75-0.45)倍,现取0.6G进行计算。
每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的(0.2-1)倍,现取C=0.6V进行计算。
n2=0.6G/1.6V=0.375G/V=190.35/(0.375×60)=8.46
由以上的计算可知,可采用一模8腔的模具结构。
2、确定型腔的排列方式
本塑件在注射时采用一模8件,即模具需要8个型腔。
型腔的排列方式为:
3、分型面的确定
分型面是决定模具结构形式的重要因素,它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系,并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。
一、分型面的形式
该塑件的模具只有一个分型面,垂直分型。
二、分型面的设计原则
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、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。
选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则:
1分型面应选在塑件外形最大轮廓处
2确定有利的留模方式,便于塑件顺利脱模
3保证塑件的精度
4满足塑件的外观质量要求
5便于模具制造加工
6注意对在型面积的影响
7对排气效果
8对侧抽芯的影响
在实际设计中,不可能全部满足上述原则,一般应抓住主要矛盾,
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- 齿轮 注射 模具设计