數控技術畢業(yè)設計-基于UG的小型圓柱齒輪注塑模設計

PAGEPAGEIII基于UG的小型圓柱齒輪注塑模設計聲明本人所呈交的基于UG的小型圓柱齒輪注塑模設計，是我在指導教師的指導和查閱相關著作下獨立進行分析研究所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外，本論文不包含其他個人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。作者簽名：韓小同日期：2014年4月20日【摘要】通過對企業(yè)中的圓柱齒輪的注塑模具進行分析，設計了該模具形芯、形腔設計，澆注系統(tǒng)、流道系統(tǒng)、導向機構等，最后運用UG4.0及其EMX4.1模塊來完成模具整體設計工作?！娟P鍵詞】：模具設計；UG4.01目錄HYPERLINK引言 1HYPERLINK一、塑件成品設計與注塑材料選擇 2HYPERLINK（一）軟件介紹 2HYPERLINK（二）零件的三維建模 2HYPERLINK（三）零件的材料選擇 3HYPERLINK（四）注塑機的選擇 3HYPERLINK二、注射模的總體方案的設計 3HYPERLINK（一）分型面及排氣形式的確定 3HYPERLINK（二）型腔數的確定與型腔的分布 4HYPERLINK（三）澆注系統(tǒng)的設計 5HYPERLINK三、主流道設計 5HYPERLINK（一）主流道設計 5HYPERLINK（二）冷料穴設計 6HYPERLINK四、成型部分的設計 7HYPERLINK（一）成型零部件設計 8HYPERLINK（二）型腔壁厚和底板厚度的計算 9HYPERLINK五、導向機構設計 10HYPERLINK（一）合模導向機構 10HYPERLINK（二）導套 11HYPERLINK六、脫模機構設計 12HYPERLINK（一）推桿脫模機構設計 12HYPERLINK（二）復位桿的設計 13HYPERLINK七、冷卻系統(tǒng)的設計 14HYPERLINK八、模架形式及規(guī)格 14HYPERLINK九、模具總裝圖 15HYPERLINK小結 16HYPERLINK參考文獻 17HYPERLINK謝辭 18引言2013年7月份開始，我進入了蘇州通要公司實習，在設計部從事注塑模設計工作，圓柱直齒輪模具是我設計的模具之一，下面結合以下幾方面內容對該零件的模具設計進行如下論述。設計要求：塑件實物為圓柱齒輪，該零件要求具有一定的強度和剛度，其中塑件上的圓形孔與其他零件有配合要求，內壁有粗糙度要求，同時塑件下表面及上表面也應平整光滑。設計內容：塑件設計、澆道系統(tǒng)設計、冷卻系統(tǒng)、模具結構件設計、注射設備選擇、繪制模具設計圖紙。一、塑件成品設計與注塑材料選擇（一）軟件介紹注塑件的模具設計是注塑制品加工工序中必不可少的一個步驟。但不同的模具公司，不同的設計人員，采用不同的CAD軟件進行模具輔助設計，都有自己的一套設計過程。本設計先用UG4.0進行實體建模，然后經過一系列的設計最后用CAD軟件完成制圖。本設計采用UG4.0軟件，是一個優(yōu)秀的CAD/CAE/CAM軟件，在模具的設計與制造領域，UG4.0較早地在廣東深圳、東莞、廣州以及華東一帶得到廣泛應用，由于它的應用，可以大大縮短模具設計與制造周期，提高模具質量，降低生產成本。（二）零件的三維建模利用UG4.0分析所給零件的外形和尺寸，利用UG4.0的建模方法，根據線圈骨架的形狀和使用特點進行建模（如圖2-1所示）。圖2-1圓柱齒輪立體圖（三）零件的材料選擇本設計中塑件實物為不透明制件，根據塑件的使用要求，確定所用塑料為聚甲醛（POM）。POM的外觀為淡黃色右白色半透明右不特定明的粉料或料料，硬而質密，與象牙相似，制品表面光滑并有光澤，成型收縮率高達3.5%。該材料具體性能如下。POM的力學性能。POM具有較高的拉伸模量。這樣使其有較好的剛性和硬度。POM既具有剛性又具有較高的耐磨性，在工程塑料中是很寶貴的。POM具有較高的耐磨性，對于經受長期滑動的部件較為適用。另外，POM的表面硬度與鋁合金接近，動態(tài)摩擦時具有自潤滑作用，無噪聲。POM的熱學性能。POM具有較高的熱變形溫度。它屬于熱敏性聚合物，在成型溫度下的熱穩(wěn)定性差，易分解，一般造粒時加入0.1%雙氰胺和0.5%抗氧劑2246作為穩(wěn)定劑。POM的化學性能。POM具有能耐許多種有機溶劑的功能，對油脂類（汽油、潤滑油）有較好的穩(wěn)定性。POM的電性能。POM的電絕緣性能較好，它的電性能在較寬的頻率和溫度范POM的應用。針對POM的性能，這種塑料在各行各業(yè)得到廣泛的應用。機械工業(yè)中對于強度大、耐磨、耐疲勞、沖擊高的一些零件如齒輪、軸承、滑輪、凸輪、帶輪、螺栓等零件的制造生產；汽車工業(yè)中利用比強度高的優(yōu)點，用來生產制造一些水箱冷門、散熱器箱蓋、風扇、控制桿、開頭、齒輪等；電子電器行業(yè)利用其介電強度高、介電損耗角正切值小、耐電弧高的優(yōu)點，生產制造電扳手外殼、電動工具外殼、開關手頂、電視機等的外殼。（四）注塑機的選擇注塑是POM塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑機，螺桿式注塑機，本案選擇后者為注塑設備。其參數如下所示：[表1-1]螺桿式注塑機的工藝參數表注塑機類型噴嘴形式噴嘴溫度/℃料筒溫度/℃螺桿式普通170-180前段中段后端170-190180-200170-190模具溫度/℃注射壓力/MPa保壓力/MPa注射時間/s90-10080-12030-502-5保壓時間/s冷卻時間/s成型周期/s螺桿轉速/r.min20-9020-6050-16020-40二、注射模的總體方案的設計（一）分型面及排氣形式的確定 模具上用以取出塑件和凝料的可分離的接觸表面成為分型面，是動模和定模的分界面。注塑模具有一個分型面也有多個分型面，分型面應盡可能簡單，以便于塑件的脫模和模具的制造，同時分型面的位置應位于塑件的斷面輪廓最大處。分型面還應考慮型腔排氣順利、確保塑件質量、無損塑件外觀等因素。本設計塑件采用單分型面，而單分型面無外乎以下三種結構情況：1.型腔完全在動模一側。2.型腔完全在定模一側。3.型腔各有一部分在動定模。根據塑件的結構特點，依照設計原則，本設計的注塑模具分型面各有一部分在動定模，即采用第三種形式。排氣方式的確定，由于塑件較小，排氣量小，因此采用分型面及推桿和推桿孔間的間隙排氣。（二）型腔數的確定與型腔的分布 1．型腔數的確定注塑模具型腔數的確定與現(xiàn)有注塑機的規(guī)格、所要求的塑件質量、塑件的幾何形狀、塑件成本及交貨期等因素有關。針對本設計的塑件，由于尺寸精度和重復精度要求不高，且工件尺寸較小，為使結構簡單，采用一模四腔。2．型腔的布置型腔的排列涉及模具尺寸，澆注系統(tǒng)平衡、模溫調節(jié)系統(tǒng)的設計及模具在開合模時的受力平衡等問題。因此在設計中應根據各方面的情況進行綜合考慮。在本設計中由于采用一模四腔，著重考慮模具在開合模時的受力平衡和澆注系統(tǒng)的平衡，因而型腔對稱方式布置。（三）澆注系統(tǒng)的設計澆注系統(tǒng)是塑料熔體從注塑機噴嘴流向型腔的通道，澆注系統(tǒng)設計是注塑模具設計中的重要問題之一，在設計澆注系統(tǒng)時應考慮塑料成型特性、塑件形狀及大小、塑件外觀、模具成型塑件的型腔數、冷料、成型效率、注射機安裝模板大小等因素。澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口、冷料井四部分組成。三、主流道設計由于該塑件擬用臥式注塑機，因此主流道為錐形流道。由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復地接觸和碰撞，容易損壞，所以模具的主流道通常宜設計成可拆卸與更換的襯套結構。這樣更可以使主流道穿過模具結構中的兩塊模板結合處溢料造成主流道凝料脫出的困難。澆口套設計如所示。圖3-1澆口套經過設計參數如下：1．主流道小端直徑d是與注塑機噴嘴相配合的，其徑向尺寸應大于噴嘴孔徑0.5-1mm，即d=注塑機噴嘴直徑+（0.5-1）mm，以便當主流道與噴嘴同軸度有偏差時主流道凝料易從定模側脫出。由最后設計可知注塑機噴嘴直徑取2.5，故d=3.0.α=2°-4°，本設計取錐度α為3°。2．球面半徑應比噴嘴球面半徑大1-2mm，以保證注射過程中噴嘴與模具緊密接觸，防止熔體流入因兩球面配合誤差形成的間隙中，妨礙主流道凝料的脫出。3．主流道長度L可根據定模板座的厚度來確定，一般≤60mm，取L=35，（二）定位環(huán)的設計為了節(jié)省材料，定位環(huán)與主流道襯套分開設計。其外徑D與注塑機的定位孔之間采用較松配合。如下所示。圖3-2主流套襯套（三）冷料穴設計冷料穴一般設在主流道正對面的動模板上，當分流道較長且到澆注口有拐角時，也開設分流道冷料穴。冷料穴的作用是捕集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質量，開模時又能將主流道的凝料拉出。冷料穴的直徑與主流道大端直徑相同或略大一點，長度約為直徑的1-1.5倍。本設計采用的為點澆口，所以直接用錐形拉推桿即可以了，如圖所示。圖3-3錐形拉推桿四、成型部分的設計成型塑件外表面或上表面的零件稱凹模或型腔。凹模按結構形式可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、組合式等。成型塑件內表面或下表面的零件稱凸模或型芯。型芯按復雜程度和結構形式大致有整體式型芯和組合式型芯。本設計塑件結構簡單，成型用的型芯型腔結構較簡單，可用數控機床直接加工。為節(jié)約成本和保證精度，本設計采用整體嵌入式，其立體圖如附圖所示。其凹凸模結構如下圖4-1，圖2-5所示。圖4-1凹模圖4-2凸模（一）成型零部件結構設計工作尺寸的計算有型腔與型芯的徑向尺寸、型腔與型芯的高度尺寸、中心距尺寸等的計算。在計算時，必須根據塑件的尺寸和精度要求來確定相應的成型零件的尺寸和精度等級。塑件中方形孔與其他零件有一定的配合要求，其精度為MT3，其余尺寸無配合要求，精度要求不高，故取塑件的均為MT5級；由于塑件的所有尺寸要求都沒有達到高精度要求，因此，所有工作尺寸按平均收縮率法計算。PA的平均收縮率SCP=（Smax+Smin）/2=（2.0%+5.0％）/2=3.5%，取3.5％，△為塑件的尺寸公差，生產實踐證明，成型零件的制造公差z約為塑件總公差的取1/3-1/4，因此在確定成型零件工作尺寸公差值時，可取塑件公差值的1/3-1/4，或取IT7-IT8級作為模具的制造公差。成型零部件工作尺寸計算如下：型腔尺寸計算：LM=(L(1+SCP)-x△)0+z=(30*(1+0.035)-0.75*0.56)0+0.56/3=30.630+0.19mm塑件尺寸較小，系數x=0.75，以下同。Lｗ=(L1(1+SCP)-x△)0+z=(30*(1+0.035)-0.75*0.44)0+0.44/3=30.720+0.15mmHM=(H(1+SCP)-x△)0+z=(5.6*(1+0.035)-0.75*0.20)0+0.20/3=5.6460+0.07mm型芯尺寸計算：LM=(L2(1+SCP)-x△)0-z=(20*(1+0.035)-0.75*0.28)-0.28/30=20.49-0.090mmLW1=(L3(1+SCP)-x△)0-z=(15*(1+0.035)-0.75*0.24)-0.24/30=15.345-0.080mmLW2=(L3(1+SCP)-x△)0-z=(7*(1+0.035)-0.75*0.24)-0.24/30=7.065-0.080mmHM=(H(1+SCP)-x△)0+z=(9.4*(1+0.035)-0.75*0.20)-0.24/30=9.579-0.080mm（二）型腔壁厚和底板厚度的計算1．型腔壁厚計算塑料模具型腔應具有足夠的強度和剛度，因為它們在注塑成型過程中受到塑料成型熔體的高壓作用。如果型腔側壁和支撐厚度過小，可能因強度不夠而產生塑性變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產生撓曲變形，導致溢料和出現(xiàn)飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。對于小尺寸型腔，因在發(fā)生大的彈性變形之前，其應力往往已經超過了材料的許用應力，所以應以強度計算為主。在不知道分界尺寸時，應分別按照強度條件和剛度條件對型腔尺寸進行計算，其大值為型腔的壁厚尺寸。根據本設計的成型零件的結構，用組合式圓形型腔側壁計算公式，按強度計算：PH1l2/(2HS2)+PH1b/(2HS)≤式中，S——型腔側壁厚度，P——型腔最大壓力，取P=40MPa,H——型腔側壁總高，H1——型腔深度，H1/H=0.73，l——型腔長度l=30mm，b——型腔寬度，b=30mm，——允許變形量，=0.05mm，代入數值，解得S=25mm,按剛度計算：PH1l4/(32FHS3)≤式中，符號意義同上，其余E——彈性模量，E=2.06X105MPa，——模具材料的許用應力，=158MPa。代入數值解得，S=18mm。取兩個計算結果的最大值為型腔的壁厚尺寸，故S=25mm。2.底板厚度的計算按剛度計算：5Pbl4/(32ET3)≤式中T為型腔底板或凸模支撐板厚度，B=2S+b=75mm，其余同上。代入數值得：T=25mm按強度計算：3Pbl3/(4BT2)=代入數值得，T=20mm。取兩個計算結果的最大值為型腔底板或凸模支撐板厚度T=25mm。五、導向機構設計合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種形式，本設計采用導柱導向。導柱導向機構的主要零件是導柱和導套。（一）.導柱導柱結構和技術要求1.長度導柱導向部分的長度應比凸模部分高出8-12mm，以免出現(xiàn)導柱未導正方向而型芯先進入型腔。2.形狀導柱前端應做成錐臺形或半球形，以使導柱順利的進入導向孔。錐形頭高度取與相鄰圓柱直徑的1/3，前端還應倒角。3．材料導柱應具有硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的內芯，因此多采用20鋼經滲碳淬火處理，硬度為50-55HRC，導柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8μm，導向部分表面粗糙度Ra為0.8-0.4μm。4.數量及布置導柱應合理均布在模具分型面的四周，導柱中心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具強度，導柱中心到模具邊緣距離通常為導柱直徑的1-1.5倍。5.配合精度導柱固定端與模板之間一般采用H7/m6或H7/k6；導柱的導向部分通常采用H7/f7或H8/f7的間隙配合。所選導柱為帶頭導柱，結構及其尺寸如下如圖5-1，5-2所示。圖5-1導柱（1）圖5-2導柱（2）（二）導套本設計選用帶頭導套，為了方便導套壓入模板同時便于導柱進入導套，在導套端面內外倒圓角R，模具導向孔為通孔。導套內孔與導柱之間為間隙配合H7/f7，外表面與模板孔為較緊的過渡配合H8/f7，其前端設長為3mm的引導部分，按間隙配合H8/e7制造，其粗糙度內外表面均為Ra1.6μm。導套的材料為為20鋼，采用滲碳淬火處理。導套的結構及其尺寸如下圖5-3，5-4所示。圖5-3導套圖5-4導套六、脫模機構設計（一）推桿脫模機構設計推桿是推出機構中最簡單最常見的一種形式。本設計將推桿設計成直桿式圓柱形推桿，常用直徑為1.5-25mm，本設計取直徑為3mm。高度不大于600mm。推桿與推桿孔之間的配合段用H7/f7。材料選用T8A頭部局部淬火。配合表面粗糙度Ra為0.8μm。在推桿裝入模具后推桿的長度應能使推桿的端部高于型腔平面0.05-0.1mm。推桿結構如下圖6-1所示：圖6-1推桿（二）復位桿的設計：在推桿脫模機構中用復位桿復位是最常見的。復位桿對稱布置，取4根，均布于推桿固定板四周，位于型腔和澆注系統(tǒng)之外。復位桿端面低于模板平面0.05mm。與復位桿頭部接觸的定模板應淬火。復位桿的結構及相關尺寸設計如下圖6-2所示。圖6-2復位桿七、冷卻系統(tǒng)的設計本塑件在注塑成型時不要求有太高的模溫，因而在模具上可不設加熱系統(tǒng)八、模架形式及規(guī)格根據模具的總體結構：定模板，水口推板，A板，B板，頂針面板，頂針底板，墊塊，動模板，采用推桿脫模機構。而模架的大小是由模芯的大小來確定的，模芯的布置如圖3-11所示，模芯的大小是120×120mm，選取模架大小為300×320mm。圖8-1型芯的布置定模板，動模板，墊塊厚度的確定：定模板的厚度根據定模鑲塊的厚度及標準模架的規(guī)格確定，為35mm。動模板的厚度根據動模鑲塊的厚度及支撐板強度計算的要求和標準模架的規(guī)格確定，為25mm，墊塊厚度根據推出距離（20mm）、頂針面板厚度（15mm），頂針底板厚度（20mm）及標準模架的規(guī)格確定，為80mm。其他零件的尺寸按標準模架選用。綜上所述，所選模架為C1-30X32-Z1GB/T12556-1990,結構如圖8-2所示。圖8-2模架九、模具總裝圖模具裝配圖用來表達模具整體結構，外形尺寸，模具各零件間的裝配關系，是指導模具裝配、檢驗、維修等工作條件的技術文件。零件圖實在裝配圖的