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目 錄
1 前言 1
2 模具總體設計 3
2.1 制品的分析 3
2.2模具總體方案設計 4
2.3注射機的選擇 5
2.4型腔數(shù)的確定 5
2.5型腔的布局 6
2.6分型面的確定 7
2.7澆注系統(tǒng)設計 7
2.7.1澆口的形式 7
2.7.2流道、主流道襯套及定位環(huán)的設計 8
2.7.3冷料井的設計 9
2.8冷卻系統(tǒng)的設計 10
2.9模架的選擇 11
2.10導柱、導套的選擇 12
2.10.1導柱的選擇 12
2.10.2導套的選擇 12
2.11頂桿設計 13
2.12復位桿 14
2.13鎖模力的校核 14
2.14開模行程的校核 15
2.15總裝配圖及三維造型圖 15
2.15.1總裝配圖 15
2.15.2模具的三維造型圖 17
3工藝分析及仿真加工 18
3.1模具的注塑工藝分析 18
3.2模具成型件制造工藝與加工工序 19
3.2.1模具成型件制造工藝 19
3.2.2模具成型件的加工工藝 20
3.3數(shù)控仿真 20
4結(jié)論 25
參考文獻 26
致謝 27
附錄 28
玩具雙聯(lián)齒輪模具設計及其型腔仿真加工
摘 要：本課題來源于鹽城羽佳塑業(yè)，任務是塑料齒輪模具設計及其型腔仿真加工.注射成型是塑料成型的一種重要方法，它主要適用于熱塑性塑料的成型，可以一次成型形狀復雜的精密塑件。本課題就是將雙聯(lián)齒輪作為設計模型，將注射模具的相關(guān)知識作為依據(jù)，闡述塑料注射模具的設計過程。
本設計對雙聯(lián)齒輪進行的注塑模設計，利用proe軟件對塑件進行了實體造型，對塑件結(jié)構(gòu)進行了工藝分析。明確了設計思路，確定了注射成型工藝過程并對各個具體部分進行了詳細的計算和校核。如此設計出的結(jié)構(gòu)可確保模具工作運用可靠，保證了與其他部件的配合。 最后用mastercam仿真加工型腔。
本課題通過對雙聯(lián)齒輪杯的注射模具設計，鞏固和深化了所學知識，取得了比較滿意的效果，達到了預期的設計意圖。
關(guān)鍵詞：塑料模具；注射成型；模具設計；
The design of gear plastic injection mold and cavity simulation processing
Abstract: The subjects come from the Yujia Plastic Corporation. Task is what the design of gear plastic injection mold and cavity simulation processing. Plastic injection molding molding is an important method, which is primarily applicable to thermoplastic plastic molding, Molding can be a complex shape of precision plastic parts. To study the topic ,we make double-gear the design model, make the injection mold-related knowledge the basis for elaborate plastic injection mold design process.
In the designment we design double-gear with the injection mold design, using software proe to plastic parts to solid modeling, and making technics analysis to the structure of Plastic Parts for the process.We definite the design,and identify the injection molding process as well as some specific details of the calculation and verification.The structure of such a design can be used to ensure reliable Die work ,to ensure cooperation with the other parts of the tie. Finally，simulation processing cavity with mastercam .
we have consolidated and deepened the learning, gain a satisfied result, achieve the desired design intent through the process of double-gear mold design.
Key words : Plastic mold; Injection molding; Mold design;
1 前言
在工業(yè)產(chǎn)品中，一個設計合理的塑料件往往能代替多個傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)件，加上利用工程塑料特有的性質(zhì)，可以一次成型非常復雜的形狀，并且還能設計成卡裝結(jié)構(gòu)，所帶來的效果是明顯的，因此，近年來工業(yè)產(chǎn)品塑料化的趨勢不斷上升。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法，其中最主要之一的注塑模具已經(jīng)很廣泛的采用。它在質(zhì)量、精度、制造周期以及注塑成型過程中的生產(chǎn)效率等方面水平的高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時也決定著企業(yè)在市場競爭中的反應能力和速度。注塑模具與其它機械行業(yè)想比，有以下三個特點：第一，模具不能像其它機械那樣可作為基本定型的商品隨時都可以在機電市場上買到。模具制造不可能形成批量生產(chǎn)，即模具是單件生產(chǎn)的，其壽命越長，重復加工的可能性越小。因此，模具的制造成本較高。第二，因為注塑模具是為產(chǎn)品中的塑料制品而訂制的，作為產(chǎn)品，除質(zhì)量、價格等因素之外，很重要的一點就是需要盡快地投放市場，所以對于為塑料制品而特殊定訂制的模具來說，其制造周期一定要短。第三，模具制造是一項技術(shù)性很強的工作，其加工過程集中了機械制造中先進技術(shù)的部分精華與鉗工技術(shù)的手工技巧，因此要求模具工人具有較高的文化技術(shù)水平，特別是對企業(yè)來說要求培養(yǎng)“全能工人”，使其適應多工種的要求，這種技術(shù)工人對模具單件生產(chǎn)方式組織均衡生產(chǎn)是非常重要的。綜上所述，模具制造 存在成本高，要求制造周期短，技術(shù)性強等特點，目前，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和計算機的應用，這些問題得到了很大的改善。
注塑模具的特點：a)塑料的加熱、塑化是在高溫料筒內(nèi)進行，而不是在模具內(nèi)進行，因而模具不設加料腔，而設澆注系統(tǒng)，熔體通過澆注系統(tǒng)充滿型腔。澆注系統(tǒng)對注塑模來說至關(guān)重要。b)塑料熔體進入型腔之前，模具已經(jīng)閉合。在注塑過程中需根據(jù)塑料特性，在模具中設加熱或冷卻系統(tǒng)。c)注塑模生產(chǎn)適應性強，既可注塑小型制品，也可注塑大型制品；既可注塑簡單制品，也可注塑復雜制品，生產(chǎn)率高，容易實現(xiàn)自動化。d)注塑模一般是機動的，結(jié)構(gòu)一般較復雜，因而制造周期較長，成本較高。注塑模具的應用在當今的時代會越來越廣的，它的特點使得它的用處越來越寬，涉及的范圍也大了。
模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，我國目前仍以手工研磨拋光為主(約占整個模具周期的l/3)，不僅效率低，且工人勞動強度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展。因此，研究拋光自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。日本已研制了數(shù)控研磨機，可實現(xiàn)三維曲面模具的自動化研磨拋光。國外在模具生產(chǎn)中，計算機輔助設計與輔助制造(CAD/CAM)技術(shù)已得到十分成功的應用。三維造型和型腔的數(shù)控加工都是由計算機輔助軟件完成的，它大幅度的縮短了模具的生產(chǎn)周期，提高工作效率。德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家在模具設計制造領(lǐng)域仍處于國際領(lǐng)先水平，他們的一些先進的模具方面的技術(shù)被許多發(fā)展中國家，甚至是其它發(fā)達國家學習采用。亞洲以日本和韓國模具技術(shù)水平最高，其它國家與之還有較大的差距，不過他們也正在以驚人的速度發(fā)展著，國家之間的交流會使之發(fā)展更快。
本課題是關(guān)于塑料齒輪的注塑模具設計。要求運用所學知識,能很好的對注塑模具進行設計.達到熟練的掌握注塑模具的設計知識,并能對注塑模具設計有更高層次的認識的目的。
該課題的設計要求通過基于現(xiàn)代CAD技術(shù)的注塑模設計,在設計過程中掌握模具設計的一般規(guī)律,對于運用現(xiàn)代CAD技術(shù)進行模具設計進行研究和應用,完成塑料齒輪注塑模具設計. 所設計塑料齒輪模具要能滿足模具工作狀態(tài)的質(zhì)量要求,使用時安全可靠,便于維修,在注塑成型時要有較短的成型周期,成型后有較長的使用壽命,具有合理的模具制造工藝性.選擇注塑模型腔進行加工分析,用數(shù)控加工進行編程加工。
本課題要解決的主要問題是塑料齒輪注塑模具工藝方案的擬定和塑料齒輪注塑模具的設計。
注塑模具設計總體思路如圖1-1所示
設計前的準備
確定成形工藝選擇成形設備
擬定總體結(jié)構(gòu)草圖
設計計算、繪制總圖及零件圖
1.準備設計所需的技術(shù)資料
2.了解塑件的結(jié)構(gòu)特點
1.了解塑料的成形性能，計算塑件的重量和體積
2.選擇成形設備、了解設備的性能、規(guī)格、特點
1.確定模具結(jié)構(gòu)形式
2.確定模具的主要結(jié)構(gòu)
3.繪制模具結(jié)構(gòu)草圖
1.成形零件的設計及尺寸計算
2.結(jié)構(gòu)件的設計及尺寸確定
3.結(jié)構(gòu)件的強度、模具安裝尺寸的校核
4.繪制總圖及零件圖
圖1-1模具設計思路圖
本課題要達到的預期效果：
a.外觀及尺寸均符合要求，未出現(xiàn)溢邊、縮坑等缺陷；
b.結(jié)構(gòu)合理；
c.鑲拼簡單，加工簡便；
d.頂出動作平穩(wěn)、可靠。
2 模具總體設計
2.1 制品的分析
塑件為雙聯(lián)塑料齒輪，材料為ABS，用游標卡尺對零件進行測繪。我們最終所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔，而我們所取的塑件是模具生產(chǎn)出來的千千萬萬個塑件中的一個，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的會產(chǎn)生一定的變形，因此對該零件的測量數(shù)值需要進行分析處理。如對塑件較大尺寸誤差的修正，對相同形狀處所測不同尺寸的取均值進行圓整，然后繪出零件的草圖。由于條件限制所以采用多次取斷面進行測量的辦法。
量具：游標卡尺（0～300、0.02）, 垂直卡尺，曲線測量儀等注意做到以下幾點：
1．測繪過程中必須把被測物體放在工作平面上；
2．采用多次測量求平均值；
3．正確地讀取數(shù)據(jù)。
根據(jù)上述的方法繪制的制品的零件圖如下：
2-1 制品圖
圖2-2 制品的三維造型
該制品是ABS（苯烯腈-丁二烯-苯乙烯）塑料，重量約30g 。據(jù)參考文獻[3]P20可知，ABS的密度1030～1070 ，收縮率0.3～0.8%， 模具溫度50～80℃注射壓力60～100Mpa，最大不溢料間隙0.04mm，塑件的尺寸精度為5～6級，則模具型腔的尺寸精度應為IT10～IT11級。
2.2模具總體方案設計
設計模具時，首先確定合適的注塑機，并了解它的技術(shù)規(guī)范要求：注塑機的最大注塑量、最大注塑壓力、最大鎖模力、最大成型面積、模具最大厚度和最小厚度、最大開模行程、模板安裝模具的螺釘孔的位置和尺寸、注塑機噴嘴孔直徑和噴嘴球頭半徑值。再根據(jù)現(xiàn)有注塑機的規(guī)格、所要求的塑件的質(zhì)量、塑件成本及交貨期等，確定型腔數(shù)目。
澆注系統(tǒng)分為主流道、分流道、澆口、冷料穴等。由于主流道與高溫高壓的熔融塑料接觸所以外面要加個澆口套。分澆道的形狀尺寸主要取決于塑件的體積、壁厚、形狀以及所加工塑料的種類、注射速率、分澆道長度等。主流道與分流道采用圓角過渡，這樣可以減小料流轉(zhuǎn)向過渡時的阻力。分流道的布置要均勻處理，確保熔融塑料由主流道到各分流道的距離相等。分流道表面不必很光，可以使熔融塑料的冷卻皮層固定，有利于保溫。分流道與澆口采用圓弧過渡，有利于熔料的流動及填充。澆口是連接分流道和型腔的橋梁，它具有兩個功能：第一，對塑料熔體流入型腔其控制作用；第二，當注塑壓力撤銷后，澆口固化，封鎖型腔，使型腔中尚未冷卻固化的塑件不會倒流。根據(jù)制品的特點初采用多點進料點澆口澆注系統(tǒng)。
型腔分型面和形狀的確定：注塑模有一個分型面和多個分型面的模具，分型面的位置有垂直于開模方向、平行于開模方向以及傾斜于開模方向幾種，分型面的形狀有平面和曲面等。根據(jù)制品的形狀采用雙分型面分型。
排氣系統(tǒng)的設計：本模具采用間隙排氣，利用分型面的配合間隙自然排氣。
推出機構(gòu)的設計：推動的動力來源有手動推出、機動推出和液壓與氣動推出機構(gòu)。本設計可采用機動推出，合模時復位桿首先與定模邊的分型面接觸，而將推板和所有的推桿一道推回原位。本模具設計采用塑件留在動模，要保證塑件不應推出變形或損壞，還要保證塑件的良好外觀和結(jié)構(gòu)可靠。
2.3注射機的選擇
注塑模具是與注塑機配套使用，因此設計時注塑機的選擇尤為重要。從模具設計的角度出發(fā)，應了解的注射機的技術(shù)要求有：注射機的類型、最大注射量、最大注射壓力、鎖模力、最大注射面積、模具的最大和最小閉合厚度、最大開模行程以及模具在注射機上安裝時所需的定位孔的大小、螺釘孔的位置等等。根據(jù)制品的大小及企業(yè)生產(chǎn)狀況，選擇SZ-100/60注射機，其主要參數(shù)如表2-1所示
表2-1 注射機參數(shù)
型號
SZ-100/60
螺桿直徑（mm）
Φ35
注射容量（cm3或g）
100`
注射壓力（N/cm3）
150
鎖模力 （KN）
600
最大注射面積（cm2）
模具厚度（mm）
170～300
模板行程（mm）
300
噴嘴球半徑（mm）
10
噴嘴孔直徑（mm）
4
噴嘴伸出量（mm）
20
頂出行程（mm）
80
外形尺寸（m * m * m）
3.9 X 1.3 X 1.8
2.4型腔數(shù)的確定
據(jù)參考文獻[3]可知，以機床的注射能力為基礎(chǔ)，每次的注射量不超過注射機最大注射量的80%，按參考文獻[3]公式計算模具的型腔數(shù)：
n=(0.8G-)/ (2-1)
式中： —注射機的最大注射量（g）；
—單個塑件的重量（g）；
—澆注系統(tǒng)的重量（g）。
n=(0.8x105-6)/30
n=2.5
模具型腔個數(shù)選一模二腔。
2.5型腔的布局
由于型腔的布置與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān),因而型腔的排布在多型腔模具設計中應加以綜合考慮。型腔的排布應使每個型腔澆口處有足夠壓力,以保證塑料熔體同時均勻地充滿型腔，使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定,這就要求型腔與主澆道之間的距離盡可能最短,同時采用平衡的澆道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。合理的排布可以避免塑件尺寸的差異、應力形成和脫模困難等問題。本設計是一模兩腔，為合理的設計澆注系統(tǒng)和容易脫模，型腔的布局圖如下：
圖2-3 型腔的布局二維圖
圖2-4 型腔的布局三維圖
2.6分型面的確定
分開模具能取出塑件的面，稱作為分型面。本模具采用雙分型面。雙分型面注塑模具是指澆注系統(tǒng)凝料和制品由不同的分型面取出。選擇分型面時，應根據(jù)幾何形狀的外觀質(zhì)量、澆注系統(tǒng)的合理布置、便于取件、利于排氣等因素綜合考慮，為了便于脫模，分型面的位置宜取在塑件外形輪廓最大處。分型面的方向盡量采用與注塑機開模是垂直方向，形狀有平面，斜面，曲面。由于本制品是下大上小的特點，根據(jù)上述選擇分型面的原則，本制品的分型面選擇在雙聯(lián)齒輪大齒輪的上端。另一分型面是為了取出澆注系統(tǒng)凝料。
2.7澆注系統(tǒng)設計
澆注系統(tǒng)的作用就是將熔融狀態(tài)的塑料均勻、迅速地輸入型腔，使型腔內(nèi)體及時排出；并且將注射壓力傳遞到型腔的各個部位，從而得到組織緊密的制品。
澆注系統(tǒng)通常由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。
2.7.1澆口的形式
澆口是澆道與型腔之間最短的一段距離，能夠增加和控制塑料進入型腔的流速并封閉裝填在型腔內(nèi)的塑料。澆口位置的選擇對制品的質(zhì)量顯得尤為重要，根據(jù)文獻[3]澆口選擇的一般要求是：
a.塑件能量的損失最小;
b.澆口的位置應使進入行腔的塑料能順利的排出模腔內(nèi)的空氣，進入型腔的塑料不要立即封閉排氣系;
c.澆口的位置要避免造成收縮變形和塑件的熔接痕;
d.拼鑲結(jié)構(gòu)的模具，澆口的位置不能使流動的塑料沖擊鑲件，但也不能離澆口太遠，否則塑料流到鑲件附近時變冷熔接不好;
e.澆口的位置及大小要考慮對型芯的影響。避免塑料直接正面沖擊型芯;
f.外觀要求高的塑件則澆口不允許設置在分型面上，同時要考慮清理簡便，不損壞塑件。
根據(jù)本設計的具體情況，采用多點進料點澆口澆注系統(tǒng)。本模具流道布置采用平衡式分流道，即從主流道到各個型腔的分流道的長度相等形狀及截面尺寸都相同。采用這種形式，是為了減小進料口附近的收縮對齒輪精度的影響。進料口均勻在塑件端面，不會在齒形上留痕跡。根據(jù)文獻 [3]其具體結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖2-5、2-6所示：
圖2-5 進料口形式（主視圖）
圖2-6 進料口形式（俯視圖）
2.7.2流道、主流道襯套及定位環(huán)的設計
主流道是注射機噴嘴與分流道的一段通道，通常和注塑機的噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，帶有一定的錐度。
a. d=注射機噴嘴孔直徑+（0.5～1）mm=4.5mm ； d=3.5mm
b. α=2°～4° ； α=2°
c. D≈澆道的寬度 ； D=8mm
d. H一般取3～4mm ； H=3mm
e. R=注射機噴嘴球面半徑+（1～2）mm ； R=10+2=12mm
f. r按具體情況選擇，一般取1～3mm ； r=2mm
g. L應盡量縮短，L值按具體情況確定，不宜過長或過短，要>8mm。本設計L長初定33mm。
主流道襯套的材料常用T8A制造，熱處理后硬度為50~55HRC。主流道襯套與定模板采用H7/m6的過渡配合，主流道襯套與定位圈采用的H9/f9間隙配合。由于受型腔或分流道的反壓力作用，主流道襯套會產(chǎn)生軸向移動，所以主流道襯套的軸向定位要可靠。本制品是選擇中小型模架則澆口套選擇整體式，根據(jù)上述經(jīng)驗和計算本設計的澆口套形式為：
圖2-7 澆口套形式
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。據(jù)參考文獻[3]經(jīng)驗公式：
D=0.2654 (2-2)
式中：W—流經(jīng)分流到的塑料量（g）
L—分流道長度（mm）
D—分流道直徑（mm）
根據(jù)型腔的布置初估L=80mm，根據(jù)制品的重量和澆注系統(tǒng)內(nèi)的塑料量初估W=65g。則分流道直徑為4mm.
據(jù)文獻[3]ABS材料分流道直徑推薦值為4.0—9.5。故選擇D=4mm。
2.7.3冷料井的設計
噴嘴與低溫的模具相接觸，使噴嘴前端有一小段冷料；當分流道較長時，前鋒塑料長時間的在低溫的模具中流動，溫度較低。這些冷料如果進入型腔，在制作上形成冷接縫（熔接痕），嚴重的造成充填困難。也可能在進入澆口時就將澆口堵塞。所以必須設置冷料穴。冷料穴的作用是儲存冷料；保證開模后主流道和分流道能留在動模板上，以便從模具中推出。如圖
2-8 無拉料桿冷料井
2.8冷卻系統(tǒng)的設計
冷卻系統(tǒng)在模具設計中是很重要的一部分，冷卻水道的布置對成品的質(zhì)量尤為重要，下表是模具溫度對成品的影響。
表2-2不正常模溫對塑件質(zhì)量的影響
模具溫度
塑件質(zhì)量情況
現(xiàn)象
過高
縮孔
在壁厚部分，易冷卻地方先硬化，未冷卻的地方先收縮，而產(chǎn)生縮坑。模具溫度過高易產(chǎn)生縮孔
溢料
因為模具具有間隙，當溫度過高，型腔內(nèi)塑料粘度低，流動大，易從縫隙溢料
不均勻
變形
各部位冷卻不均，造成收縮不一致，產(chǎn)生變形
過低
填充不良
溫度過低，型腔內(nèi)塑料粘度高難流動，填充不均
熔接焊
兩股料流匯合時，由于模溫低，產(chǎn)生不能完全熔合而出現(xiàn)類似毛發(fā)狀的細紋線
表面不光澤
出現(xiàn)表面不十分有光澤的情況
溫度調(diào)整不的當
機械性能不良
當模溫過高或過低時，對部分塑料，結(jié)晶不良造成機械性能不良
由上表可以知道冷卻水道的位置取決于制品的形狀和不同的壁厚。原則上冷卻水道應設置在塑料向模具熱傳導困難的地方,根據(jù)冷卻系統(tǒng)的設計原則,冷卻水道應圍繞模具所成型的制品,且盡量排列均勻一致。設計冷卻水道需考慮如下因素[3]：
a.模具的結(jié)構(gòu)形式，對冷卻系統(tǒng)設計直接有關(guān)；
b.模具的大小和冷卻面積；
c. 塑件熔接痕位置；
d. 水孔邊離型腔的距離一般保持在10～25mm，距離太近則冷卻不易均勻，太遠則效率降低。水孔以直徑一般在8mm上，根據(jù)模具大小決定；
e.水孔管路應暢通無阻；
f.水管接頭的位置應放在盡可能不影響操作的一側(cè)；
g.冷卻水孔管路最好不開在型腔塑料溶接的地方，以免影響塑件強度。
根據(jù)參考文獻[3]經(jīng)驗公式計算所需冷卻水量：
（2-3）
式中；W——通過模具的冷卻流量（g）；
W1——單位時間內(nèi)進入模具的塑料重量（g）；
a——每克塑料的熱容量（J/g）；
T3——出水溫度（）；
T4——入水溫度（）；
K——熱傳導系數(shù)；
由式（2-3）計算得：W=380g
再由下式可求出冷卻水道的直徑d：
（2-4）
式中：ρ——冷卻液密度（g/m2）；
L——冷卻水道的長度（cm）；
由式（2-4）計算得：水道直徑d為7.8mm，根據(jù)文獻[3]取水道直徑d為8mm。本水道需要注意管中的銅片隔離，這樣冷卻效果更好。
上下水道一致如圖2-9
圖2-9 動模板的水道流向圖
2.9模架的選擇
根據(jù)制品的投影面積，模架選擇BxL=250x250。由于制品的高度是24mm，據(jù)參考文獻[3]可知開模的長度要大于制品高度的5-10mm，根據(jù)型腔和型芯的高度以及冷卻系統(tǒng)的布置，根據(jù)參考文獻[3]選取模架各參數(shù)和結(jié)構(gòu)如表2－3及圖2－15所：
表2-3 模架的參數(shù)
件號
模板
材料
尺寸(mm)
1
定模座板
Q235
255x315x25
2
定模板（凸模）
45
255x255x32
3
凹模
45
255x255x24
4
動模板
45
255x255x34
5
支架
Q235
255x50x80
6
頂桿固定桿
45
255x148x20
7
推板
45
255x148x16
8
動模座板
Q235
255x315x25
2.10導柱、導套的選擇
導向零件用來確定動、定模(或上、下模)的相對位置,并保證模具運動的方向精度.導向零件包括導柱、導套、導板等。導柱與導套的功能是為動模與定模（包括頂出板與動模板）在相對運動時導向。導向零件應盡量布置在靠近模具模板的邊緣出,以便于較寬松和較方便的安置模具成型零件和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)具體模具結(jié)構(gòu)，導柱的固定位置可以根據(jù)不同的需要設置在不同的模板上。一般的模具設計時盡量的將導柱的固定設置在定模板上。
2.10.1導柱的選擇
導柱的形狀可分為普通型與階梯型兩種。普通型制造簡單，在小型模具中被廣泛使用。而階梯型的導柱在制造上較普通型導柱難度大，因為對導柱中兩段不同直徑部分的同軸度要求較高。導柱的長度也是一個不可忽視的重要參數(shù)，對于不同的模具，其導模長度也是不一樣的，但設計導柱長度的原則是一致的，即導柱的長度要比模具最長的凸起部分長些，以免在組裝時因?qū)ξ徊粶识鰝＞摺?
導柱與安裝在另一半模上的導套相配合，以確定動、定模的相對位置,保證模具運動副的導向精度。在閉模開模時沿著導柱移動，為保證動模板移動的正確,導柱應有足夠的強度和剛度,所以必須正確的選用導柱直徑,并保證它在模板中的剛性配合。根據(jù)制品的特點和模架的大小選用四個導柱,其結(jié)構(gòu)根據(jù)參考文獻[3]選擇d=12mm,d1=12mm,L1=16,D=16mm,L=40mm的帶頭導柱.材料為T8A鋼,HRC50～55，如下圖：
圖2-10 導柱
2.10.2導套的選擇
根據(jù)導柱的直徑和長度選擇及文獻[3]選擇導套1的尺寸d=18mm，d1=26mm，D=32mm，S=6，L=32的帶頭導套。其材料為T8A鋼, HRC50～55。如圖
圖2-11導套1
導套2的尺寸如圖2-12所示，其材料為T8A鋼, HRC50～55。
圖2-12 導套2
2.11頂桿設計
頂桿設計有如下的要求：
????頂桿的導向 頂桿一般用來進行頂出塑件，同時也可以作為 脫模機構(gòu)，一般用于脫模力小的腔類塑件，而當配合部分較短；
因本制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復雜，為使制品能安全的推出采用了4個頂桿。分別在雙聯(lián)齒輪的大齒輪的端面，這樣不會在齒形上留下痕跡。如圖2-13，2-14（圖中四個小圓位置即為頂桿位置）。
圖2-13頂桿
圖2-14頂桿布置圖
具體的形式和尺寸可以參考[3]表6-121
表2-4圓形頂桿及尺寸
公稱尺寸d
H-0.1
D
與頂桿配合的孔
尺寸
公差（h6）
尺寸
D孔公差（K7）
配合長度L1
5
-0.010
-0.018
3
10
+0.003
-0.003
35
2.12復位桿
復位桿用于閉模時使頂桿及頂出桿復位，材料常用T8A，HRC45～50，復位桿的組合形式和尺寸可以查參考[3]表6-12
表2-5復位桿尺寸
公稱尺寸d
D
H
配合長度L1
尺寸
公差（h6）
尺寸
公差
12.5
-0.016
-0.027
18
7
-0.05
30
型芯和型腔的設計
2.13鎖模力的校核
鎖模力又稱合模力，是指注射機的合模裝置對模具所施加的最大夾緊力。當熔體充滿型腔時，注射壓力在型腔內(nèi)所產(chǎn)生的作用力總是力圖使模具沿分型面脹開，為此，注射機的鎖模力必須大于型腔內(nèi)熔體壓力與塑料制品及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積。根據(jù)參考文獻[3]經(jīng)驗公式即
F0≥PA (2-5)
或 F0≥K1PA (2-6)
式中
(2-7)
P=37.37X1.15X1.2
P=51.57
F0≥F=1.5PAX0.1 (2-8)
F=1.5X51.57X67X0.1
F=518.37
—注射機的公稱鎖模力（KN）；
—壓力損耗系數(shù)，一般取1/3～2/3；
—模模內(nèi)壓力（型腔內(nèi)熔體的壓力）；
—柱塞或螺桿施加于塑料上的注射壓力；
—制品、流道、澆口在分型面上的投影面積之和
—基本壓力（MPa）
—材料種類數(shù)
—注件幾何形狀的等級
所選的注塑機鎖模力為600KN 〉518.37KN，所選規(guī)格合適。
2.14開模行程的校核
各種注射機的開模行程是有限的，取出制品所需的開模距離必須小于注射機的最大開模距離。SZ-100/60型注射機的單分型面注射模的開模距離的校核如下：
S≥H= H1+ H2+a+(5 ～ 10)mm (2-9)
式中：S—注射機的最大開模行程（移動模板行程）；
H1—塑料制品推出距離；
H2—制品高度；
H—開模行程
根據(jù)設計情況：塑料制品推出距離H1=40mm，制品高度H2=24mm，
所以 S≥H=40 + 25.5 +65+ 6.5 = 137 mm
所選注射機的最大開模行程為300mm,H〈 300mm，所選注射機合適。
2.15總裝配圖及三維造型圖
2.15.1總裝配圖
裝配圖是模具裝配的主要依據(jù),其要求為：a.盡可能按1:1比例繪制，并應符合機械制圖國家標準。b.繪制時先由型腔開始繪制，主視圖與其它視圖同時畫出。為了更好地表達模具中成型塑件的形狀、澆口位置等，在模具總裝圖的俯視圖上，可將上模（或定模）拿掉，而只畫出下模（或動模）部分的俯視圖。c.模具總裝圖應包括全部組成零件，要求投影正確，輪廓清晰。d.按順序?qū)⑷苛慵男蛱柧幊?，并填寫零件明細表，標注技術(shù)要求和使用說明，標注模具的必要尺寸。步驟：
a.首先畫出模具中心線及模具主視圖及側(cè)視圖外形線。確定動模與定模的分型面，確保塑件留在動模一側(cè)。畫出塑件位置及定模、動模型芯。畫出流道及澆口。
b.在動模投影平面上畫出塑件位置，并在主視圖上表示各零件之間的裝配關(guān)系。
c.畫出所有零件的引線，并順序標出零件序號。
d.填寫標題欄、明細表內(nèi)容，包括件號、名稱、材料、件數(shù)及標準件規(guī)格、數(shù)量等。
e.編寫技術(shù)要求，包括裝配要求及試模要求。注明注射機規(guī)格及標準模架代號。
（a）主視圖
（b）俯視圖
（c）左視圖
2-15 裝配圖
2.15.2模具的三維造型圖
本次模具的三維造型主要由零件裝配生成，其中主要應用匹配、對齊、矩陣等定位關(guān)系來約束零件之間的關(guān)系。模具的三維造型如圖2-14和2-15分解圖所示
圖2-16 模具的三維造型圖
圖2-17 模具的三維爆炸圖
3工藝分析及仿真加工
在模具的制造和生產(chǎn)中，對制品的工藝分析、加工方法的選擇以及加工設備的選用決定了模具制造能否符合設計的要求，對注塑工藝的選擇決定可制品的可生產(chǎn)性，并最終轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力起著決定性的作用。
3.1模具的注塑工藝分析
本制品采用ABS材料，根據(jù)注塑工藝分析的需要，首先對ABS塑料進行注塑工藝分析。
(1) ABS 塑料的干燥 ABS 塑料的吸濕性和對水分的敏感性較大, 在加工前進行充分的干燥和預熱, 不單能消除水汽造成的制件表面煙花狀泡帶、銀絲, 而且還有助于塑料的塑化, 減少制件表面色斑和云紋。ABS 原料要控制水分在0.13 %以下。注塑前的干燥條件是: 干冬季節(jié)在75～80 ℃以下, 干燥2～3h , 夏季雨水天在80～90 ℃下, 干燥4～8h , 如制件要達到特別優(yōu)良的光澤或制件本身復雜, 干燥時間更長, 達8～16h。因微量水汽的存在導致制件表面霧斑是往往被忽略的一個問題。最好將機臺的料斗改裝成熱風料斗干燥器, 以免干燥好的ABS 在料斗中再度吸潮, 但這類料斗要加強濕度監(jiān)控, 在生產(chǎn)偶然中斷時, 防止料的過熱。
(2) 注射溫度 ABS 塑料的溫度與熔融粘度的關(guān)系有別于其他無定型塑料。在熔化過程溫度升高時, 其熔融實際上降低很小, 但一旦達到塑化溫度(適宜加工的溫度范圍, 如220～250 ℃) , 如果繼續(xù)盲目升溫, 必將導致耐熱性不太高的ABS 的熱降解反而使熔融粘度增大, 注塑更困難, 制件的機械性能也下降了。所以,ABS 的注射溫度雖然比聚苯乙烯等塑料的更要高, 但不能像后者那樣有較寬松的升溫范圍。某些溫控不良的注塑機, 當生產(chǎn)ABS 制件到一定數(shù)量時, 往往或多或少地在制件上發(fā)現(xiàn)嵌有黃色或褐色的焦化粒, 而且很難利用加新料對空注射等辦法將其清除排出。究其原因, 是ABS 塑料含有丁二烯成分, 當某塑料顆粒在較高的溫度下牢牢地粘附在螺槽中一些不易沖刷的表面上, 受到長時間的高溫作用時, 造成降解和碳化。既然偏高溫操作對ABS 可能帶來問題, 故有必要對料筒各段爐溫進行限制。當然, 不同類型和構(gòu)成的ABS 的適用爐溫也不同。如柱塞式機, 爐溫維持在180～230 ℃; 螺桿機, 爐溫維持在160～220 ℃。特別值得提出的是, 由于ABS的加工溫度較高, 對各種工藝因素的變化是敏感的。所以料筒前端和噴嘴部分的溫度控制十分重要。實踐證明, 這兩部分的任何微小變化都將在制件上反映出來。溫度變化越大, 將會帶來熔接縫、光澤不佳、飛邊、粘模、變色等缺陷。
(3) 注射壓力 ABS 熔融件的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高, 所以在注射時采用較高的注射壓力。當然并非所有ABS 制件都要施用高壓, 對小型、構(gòu)造簡單、厚度大的制件可以用較低的注射壓力。注制過程中, 澆口封閉瞬間型腔內(nèi)的壓力大小往往決定了制件的表面質(zhì)量及銀絲狀缺陷的程度。壓力過小, 塑料收縮大, 與型腔表面脫離接觸的機會大, 制件表面霧化。壓力過大,塑料與型腔表面摩擦作用強烈, 容易造成粘模。
(4) 注射速度 ABS 料采用中等注射速度效果較好。當注射速度過快時, 塑料易燒焦或分解析出氣化物, 從而在制件上出現(xiàn)熔接縫、光澤差及澆口附近塑料發(fā)紅等缺陷。但在生產(chǎn)薄壁及復雜制件時, 還是要保證有足夠高的注射速度, 否則難以充滿。
(5) 模具溫度 ABS 的成型溫度相對較高, 模具溫度也相對較高。一般調(diào)節(jié)模溫為75～85 ℃, 當生產(chǎn)具有較大投影面積制件時, 定模溫度要求70～80 ℃, 動模溫度要求50～60 ℃。在注射較大的、構(gòu)形復雜的、薄壁的制件時, 應考慮專門對模具加熱。為了縮短生產(chǎn)周期,維持模具溫度的相對穩(wěn)定, 在制件取出后, 可采用冷水浴、熱水浴或其他機械定型法來補償原來在型腔內(nèi)冷固定型的時間。
(6) 料量控制 一般注塑機注ABS 塑料時, 其每次注射量僅達標準注射量的75 %。為了提高制件質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定, 表面光澤、色調(diào)的均勻, 要求注射量為標定注射量的50 %為宜。
根據(jù)上述對ABS的工藝分析和制品的特點制定了注塑工藝過程如表3-1所示。
表3-1注塑工藝分析
預熱
料筒溫度/
模具溫度
注塑壓力MPa
成形時間/s
后期處理
溫度
時間
后段
中段
前段
注射時間
高壓時間
冷卻時間
總周期
方法
溫度
時間/h
80
3
150
170
180
50
70
30
4
50
84
紅外線燈
70
3
3.2模具成型件制造工藝與加工工序
3.2.1模具成型件制造工藝
本設計采用數(shù)控成形銑削和電火花加工，前者為塑料注射模具成型件加工的
主要工藝方法，特別是高速銑削工藝、4~5軸聯(lián)動加工工藝的應用。已成為成型件現(xiàn)代加工工藝的主要方法和工藝類型。電火花成形加工是用于成型件經(jīng)過成形銑削后的精密加工，以降低型面粗糙度參數(shù)，減少研磨、拋光工作量。工藝過程如下：
1)成型件制造工藝過程和順序；
2)成型件成形加工，包括孔系加工，溝槽和平面加工等；
3)成型件熱處理工藝，包括淬火、氮化工藝以及表面強化工藝等 ；
4)成型件型面的精飾加工，包括塑料模型腔皮紋加工、拋光與研磨加工等。
3.2.2模具成型件的加工工藝
1) 粗加工工序 粗加工為精加工的預加工工序，也可作為精度、表面粗糙度和質(zhì)量要求不高，作為非配合面的最終加工。
2) 精加工工序 一般可作為最終加工工序，注射模具的凹凸模的成形銑削可達IT8~10、表面粗糙度可達Ra1.6~0.8um；電火花加工電極損耗可以達0.02%~0.1%、表面粗糙度可達Ra0.3~1.25um。
3) 精飾加工工序 一般在熱處理后進行，其工藝內(nèi)容包括研磨、拋光皮紋加工等。即從模具凹凸模型面上去除極小余量，使工件最終達到形狀、尺寸及其精度和表面粗糙度要求。
表3-2模具成型件常用加工工藝組合
模具類別
加工工序
加工工藝配置1
加工工藝配置2
成型模
凸、凹模加工
工藝組合
粗加工
普通立銑成形銑
CNC加工中心成形加工
精加工
普通立銑成形銑
CNC加工中心成形加工
研磨 拋光
手工機械研、拋
手工機械研、拋
現(xiàn)選擇模具中典型的零件分析其加工工藝：
1. 板類零件的加工工藝分析——定模底座
銑六個面→精銑六個面→鉆孔→擴孔→攻絲→磨精度要求高的部位
2. 型腔的加工工藝分析——定模板
銑六個面→精銑六個面→數(shù)控銑削凹模→鉆孔→擴孔→電脈沖加工凹?！ド舷卤砻婧蛯е住グ寄?
3. 軸類零件的加工工藝分析——導柱
銑兩端面→車表面達到圖樣要求→磨表面
模具各個零件具體請參見附錄（零件加工工藝過程卡片）
凹模的加工工序具體請參見附錄（凹模加工工序卡片）
3.3數(shù)控仿真
MasterCAM是一套基于Windows的PC級CAD/CAM軟件。它具有優(yōu)秀的數(shù)控編程功能,有效地解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示,交互設計、修改及刀具軌跡生成,走刀過程的仿真顯示、驗證等問題 。本設計采用MasterCAM對由Pro/ e以stp形式另保存的型芯進行NC加工。
首先打開proe型腔造型圖，以STP形式另保存。在MasterCAM下進行仿真加工。
根據(jù)特征分析,考慮到圓角干涉,因此本設計加工采用橫向行切法。
a.選擇加工參數(shù)
Main Menu（主功能表）→File（檔案）→Get（檔案轉(zhuǎn)換）選擇以STP形式另保存的文件，然后Main Menu（主功能表）→
Toolpathe（道具路徑）→Job setup（工作設定） 出現(xiàn)如圖3-1所示:
圖3-1 邊界盒設定
單擊Bounding box （邊界盒）出現(xiàn)對話框,進行設置。
b.刀具選擇
根據(jù)尺寸精度要求及所選擇的刀具要求，計算出刀具加工軌跡。刀具軌跡包括了粗、精、殘料加工的軌跡。本設計采用12mm平底刀進行粗加工,然后采用8mm平底刀進行精加工。Main Menu→Toolpathe→Contour→Chain選取外輪廓，選擇End here→Done出現(xiàn)Tool parametersr選取刀具。
圖3-2 刀具選擇
c.確定后出現(xiàn)刀具路徑
d.一系列參數(shù)的設置見表3-3所示。
表3-3參數(shù)設置
Tool dia (刀具直徑)
3
Depth （切削深度）
0．2
Spindle (主軸轉(zhuǎn)速)
1500
Stepover（切削間距）
75%刀具直徑
Feed Rate (X、Y向進給)
150
Cutting method（切削方法）
Zigzag
Plunge（Z向進給）
35
Max. Rough Step(粗加工切削量)
2.0
Retract(返回)
500
Finish Cuts (精加工切削次數(shù))
4
Finish Step(精加工切削量)
0.5
e.進行加工
f.數(shù)控加工后置處理程序的生成
利用MasterCAM，根據(jù)加工機床數(shù)控代碼的約定處理，生成數(shù)控程序。
圖3-3 刀具選擇
圖3-4 刀具選擇
3.4 型腔的齒廓形狀的電火花加工
由于無法用普通加工方式加工.經(jīng)過查閱資料思考,用電火花加工比較合理.電火花加工又稱放電加工( Electrical DischargeMachining, EDM)是一種電熱能加工方法。利用電極(工具)和工件兩極間脈沖放電加工,在加工時,電極和工件不接觸,兩極之間充入介質(zhì)使電極和工件保持絕緣狀態(tài)。當脈沖電流擊穿介質(zhì),瞬間放電產(chǎn)生高熱量將工件表面材料熔化,通過連續(xù)不斷的火花放電并適當控制這一過程,就能準確地加工出所需形狀和精度的零件。
電火花加工內(nèi)齒的特點:1)為保證內(nèi)齒的形狀和零件精度,采用粗、精加工。粗加工時,采用長脈沖,負極性加工,因為此時離子的轟擊作用大于電子的轟擊作用,使正極的蝕除速度明顯大于負極的蝕除速度,工件應接正極。反之,精加工時,用窄脈沖,正極性加工。2)電火花加工內(nèi)齒使內(nèi)齒表面產(chǎn)生淬火面(或二次淬火面有較高的硬度(HRC > 50) ,耐磨性較好。3)加工不受坯料材質(zhì)和硬度限制,加工周期短,操作方便,勞動強度低。4)易組織批量生產(chǎn),效率高。
電火花加工內(nèi)齒工藝:1)電極制作工具電極選用紫銅,因其尺寸精度易控制且導熱性好,損耗少,加工穩(wěn)定性好,價格低,適合此加工工藝。根據(jù)內(nèi)齒的參數(shù)及電火花脈沖參數(shù)的要求,將電極銑削成形,分別制作粗、精電極,粗加工電極外形尺寸內(nèi)縮0.30mm,精加工電極外形尺寸內(nèi)縮0.10mm,以保證內(nèi)齒的加工精度?！?)工件的加工:工件需要預加工,為減少粗加工余量,降低工具電極損耗,先在坯料上按齒形預鉆盲孔(用鉆模保證各齒的位置) 。工件的粗、精加工將電極裝夾在機頭上,校正電極與機床工作臺垂直;再用三爪夾盤將工件夾緊,用芯軸將工件和電極找正達到同軸度要求,再用齒形樣板將電極外齒與工件盲孔找正 。最后,放工作液,調(diào)節(jié)沖油方向,調(diào)整沖油壓力,設置參數(shù)進行粗加工。粗加工后,換精加工電極進行精加工。
電火花加工內(nèi)齒的關(guān)鍵:1)工作液的選擇因內(nèi)齒加工時放電間隙小,排屑困難,選用黏度小,流動性好,滲透性好的煤油作為工作液。2) 參數(shù)的選擇及加工效果根據(jù)粗、精加工分別設置參數(shù)如表3-4所示(用DM7140型機床) 。
表3-4 參數(shù)表
參數(shù) 粗加工 精加工
參數(shù) 粗加工 精加工
機性POL _ +
停歇OFF/μs 45 10
低功管數(shù) I 23 02
間隙電壓U/V 50 100
加工速度 250 3
脈沖ON/μs 550 100
停歇擴展E 1 1
高功管數(shù) 2 1
加工電流I/A 30 3
控制S 2 4
零件加工成品后,進行質(zhì)量檢查,數(shù)據(jù)見表3-5。
表3-5 參數(shù)表
加工效果 粗加工 精加工
加工效果 粗加工 精加工
電極相對損耗 ＜1% ＜0.8%
工時/(min/件) 20 10
形位公差 達到要求
表面粗糙度/μ ＜12.5 ＜3.2
嚙合面積 92%
電火花加工較適用于結(jié)構(gòu)緊湊且無空刀槽的內(nèi)齒加工。與熱壓成形及其他加工工藝相比,具有成本低,效率高,操作方便,易保證產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)點,所以此模具型腔選電火花加工非常合適。
其實如果的是單聯(lián)齒輪我們也可以用線切割加工。如圖3-5,由于本模具是聯(lián)齒輪故錢切割的方法我不贅述了。
圖3-5電火花加工
4結(jié)論
為期一個學期的畢業(yè)設計即將結(jié)束了。這次畢業(yè)設計，使我們對所學過的專業(yè)知識、模具知識有了全面地回顧，鞏固了知識體系，獲得了一次綜合性的訓練，對我們畢業(yè)生來說是踏上工作崗位前的一次嚴格的檢驗。
這次畢業(yè)設計我主要進行塑料齒輪模具的設計與制造，首先進行了畢業(yè)實習，做好了實習記錄，并撰寫了實習報告，對所設計內(nèi)容有了感性認識，為畢業(yè)設計奠定了基礎(chǔ)。同時，我還針對注塑模的設計與制造進行了文獻檢索，了解了模具設計的基本步驟與發(fā)展現(xiàn)狀，并制定了設計方案和具體的進度計劃。
在具體設計的過程中中，我充分利用四年來所學的專業(yè)知識，特別是四年來積累的在工程領(lǐng)域分析問題、解決問題的方法。通過AutoCAD和Pro／E兩種方式造型，鍛煉了我對兩種軟件應用的熟練程度，同時也讓我看到了二者的不同點和相互互補的地方，區(qū)分開了二者的優(yōu)劣，為以后進一步學習奠定了基礎(chǔ)。
本人模具有以下幾個特點a.模具采用的是雙分型面注塑模具。b.模具采用多點進料點澆口澆注的方式，這樣減小進料口的收縮對齒輪的影響。且進料均勻，澆口在塑件端面，不會在型齒上留痕跡。c.本設計采用是一模兩腔式模具，生產(chǎn)效率完全可以達到生產(chǎn)要求。d.模板零件大部分均采用標準件，這樣就大大縮短了模具的開發(fā)周期，模具的型腔結(jié)構(gòu)復雜，加工時應該考慮使用電火花。
由于本人水平有限，設計時有缺陷，尚待改進。
這次畢業(yè)設計讓我對一套模具從設計到加工的全過程有了清醒而直觀的認識，了解了注塑模的工作原理，對模具主要零件的設計及精度的確定具備了一定的經(jīng)驗知識，能夠?qū)δ＞咴O計中常出現(xiàn)的問題提出合理的解決方法，這些都為我以后從事實際工程技術(shù)工作奠定了一個堅實的基礎(chǔ)。
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