塑料齿轮模具设计机械设计制造及其自动化.docx
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塑料齿轮模具设计机械设计制造及其自动化
毕业论文中文摘要
摘要:
塑料齿轮相比较于传统制作的金属材质的齿轮,它所能承受的重量比较低,而且成本的价格也相对比较便宜,可以吸收震动从而减轻所产生的噪音,更重要的是质量比较轻。
再加之塑料齿轮可以进行开模加工,生产效率比较高。
由于塑料齿轮具有以上很多优点,所以目前塑料齿轮近几年一直被大家广泛的应用在工业生产中。
注塑模具也是生产塑料模具最为广泛的一种方法。
本文对塑料齿轮的工艺要求及技术方面的相关问题进行了一系列的研究,最终确定了制作的方式和模具形式。
根据一系列的数据分析和查阅相关资料,最终采用了目前最为广泛使用的现代CAD技术的注塑模设计.在这个过程中掌握了注塑模设计的主要过程及步骤。
关键词:
塑料齿轮;注塑模;CAD技术
毕业论文外文摘要
TitleGearplasticmolddesign
Abstract
Plasticmadeintogearcomparedtotraditionalmetalgears,itcanbeartheweightofthelower,andthecostpriceisrelativelycheap,alsocanabsorbshockandreducethenoise,themoreimportantisthequalitylighter.Plusplasticgearcanbeopenmoldprocessing,theproductionefficiencyishigher.Abovebecausetheplasticgearshasmanyadvantages,sotheplasticgearsinrecentyearshasbeenwidelyappliedinindustrialproduction.Injectionmouldisalsoamethodintheproductionofplasticmoldisthemostwidely.Inthispaper,thetechnicalrequirementsofplasticgearandtechnicalaspectsofthestudyconductedaseriesofrelatedproblems,ultimatelydeterminesthewayofmakingandmouldform.Accordingtoaseriesofdataanalysisandaccesstorelevantdata,eventuallyadoptedatpresentisthemostwidelyusedinjectionmolddesignofmodernCADtechnology.Intheprocess,havemasteredthemainprocessoftheinjectionmolddesignandsteps.
Keywords:
Plasticgears;Injectionmold;CADtechnology
目次
1引言1
2塑件的工艺分析2
2.1产品材料的选择2
2.2塑件的结构分析3
2.3塑件的尺寸分析4
2.4注塑机的选择4
3模具总体方案的设计6
3.1注塑模型腔的确定及布局的选择6
3.2注塑模分型面的设计6
3.3注塑模浇注系统的设计7
3.4注塑模冷却系统的设计8
3.5注塑模脱模机构的设计8
3.6注塑模标准模架的选择9
3.7注塑模的模具图及运动方式10
结论14
致谢15
参考文献16
1引言
模具产业是一个国家最为基本的工业产业,被大家形象的称为“工业之母”。
近几年来,模具产业在电子,电机,汽车零件以及各五金的产业中应用,目前模具生产已经涉及到我们生活的各个方面,几乎生活中无所不见。
特别是近几年来,塑料模具发展的尤其快,已经在模具产业中占了非常大的比例。
目前由于通讯技术,电子产业的急剧发展,塑料模具在整个模具产业当中所占的比例还会继续增长,塑料模具的发展比中国其他纺织行业的发展更快,模具发展越来越受到重视。
比如中国的基础设施、设备、汽车、电力、电信、仪器等,以每年增长60%到80%的形式运行,准确度和复杂度。
生产能耗等。
不过这个增长率不要比较。
毕竟这种模式并不是最终产品设计的“慢”。
几年的价值是模型本身的数百倍,远远大于当前的价值。
年销售额60美元,但日本和美国汽车工业的工业化最受欢迎。
但近年来,中国模特林德斯特里每年15年的增长率超过4000万美元。
斯佩齐亚琳德斯特里的增长速度、造型设计和标准化的模式,对于其他国家、德国、日本和美国来说,同样是全球化的趋势。
资本…在劳动力市场、技术和产品行业中,中国向世界贸易组织(WTO)提出,世界装备制造业要加入现代制造业,大部分工程机械要在各个方面应用SchalenProdukten系列。
__迫切要求改正,更普遍地说,设计水平在现代生产技术和科学技术的普及,中国工程机械制造业的发展在目前的发展中处于领先地位。
本文针对扎恩拉德模型的设计问题,对生产中的元器件、模块等进行了分析,提出了正确的模型。
2塑件的工艺分析
本文设计的齿轮结构特点:
该塑件相对比较简单,壳体的外围有光洁度要求,不能留有痕迹,因此浇口不能够设在外部,所以使用潜伏式二次浇口。
因为产品的精度要求不高,从制作成本的角度考虑,可采用一模两腔,单分型面的模架。
材料:
POM,材料厚度:
9.45mm;大批量生产。
零件图如2.1
图2.1零件图图2.2样品图
2.1产品材料的选择
塑料的主要成分是合成树脂,其次是各种染色剂等辅助材质。
常用的塑料一般分为热塑性塑料和热固性塑料两大类别。
常见的热塑性塑料包括聚丙烯(PP),聚乙烯(PE),聚甲醛(POM)等;常见的热固性塑料包括环氧树脂等。
由于塑料齿轮要考虑到众多因素,例如使用的性能即会不会耐磨,耐高温的承受力度,工艺性能,技术加工及成本费用等多方面的考虑,最终选用聚甲醛(POM:
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)作为此次设计的材质,POM无毒、无味,呈微黄色,成型的塑料件有较好的光泽由于这种材料有很好的综合优点,刚度及强度都相对比较高,能够抵抗冲压即冲压力较好,具有很好的自润滑优点,耐磨性能比较好,不容易沾湿,不容易腐蚀,摩擦系数相对于其他的材质比较小,而且它的尺寸不容易改变,成形也比较不容易变形,而且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。
此外,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度--100度之间长期使用。
由于聚甲醛具有那么多的优点,所以我觉得比较适合制作塑料齿轮所选用的材质。
所以经过查阅相关资料,决定该设计选择的材料是柔软的聚醛氧气聚醛。
它合成了甲醛及其他原料。
pom-h(聚醛都)和pom-k(聚丙醛名)、高密度的结晶塑料。
它是好物理化学性质,特别是机械、特别优秀的抵抗。
线性聚醛的无链保险杠高密度的决定。
综合性能很好。
聚苯乙醛是非常细致的表面光泽材料。
而且它是可以使用的白色或长时间温度可在-40-100°C。
在这期间,磨损性,自身润滑也是最好的塑料。
有好的,油,过氧化剂抵抗。
这是非常耐用的紫外线。
还有较低摩擦系数(好的几何稳定性、特别好、齿轮、轴承。
因此高温、高温、气管、水泵、水泵皮、草坪器材等。
这些是很难的弹性材料、好的弹性材料、稳定和冲击性,甚至温度较低。
聚苯乙烯甲醛已经可可保罗材料。
好的韧性都是材料,疲劳,但是很容易的过程。
不仅是名义和材料都很好的稳定性,化学稳定,很容易处理。
材料,所有的材料,都可以轻松吸收出较高的结晶率(最高2%~3.5%。
各种不同的钢筋材料,所有的材料,都可以很容易吸收出来的材料,绝对容易吸收水,也就是其收缩率比较强。
2.2塑件的结构分析
要想做出的塑料齿轮比较更趋于完美化,在考虑完最基本的材质选用问题之后,塑件的工艺结构性能分析的合理及设计合理与否,都对后面做出的塑料齿轮是不是符合生产要求有很大的影响。
所以在考虑到塑件的结构分析时,如图2.2。
(1)在刚开始进行塑料齿轮的设计的时候,我们必须把塑件的收缩性流动性等各个所选用的材料的结构工艺性能分析完整。
(2)在保证塑件的力学性能,耐高温性能,物理性能,吸水性能及耐腐蚀性能的前提下,我们需要尽可能的把塑件设计的厚度均匀,结构比较简单,更有利于后面生产过程中的使用。
(3)在开始设计的时候需要考虑到塑件的整体布局结构方式,以保证可以使模具后期生产过程中的推出机构和抽芯结构比较简单,塑件生产的模具型腔也更能够制造方便。
(4)如果设计的塑件外观要求比较高的时候,应该先进行3D造型,之后再进行草图的绘制。
(5)在进行齿轮的设计制作过程中,结构中塑料齿轮的位置必须需要成线性分部才可以让后期生产过程的时候齿轮转动能够做直线运动。
所以齿轮结构尺寸的稳定性是对后期运动至关重要的。
POM材质的成型分析如表1。
表1POM材质的成型分析
注塑成型机类型
螺杆式
比重(g/cm)
1.41~1.43
计算收缩率(%)
1.2~3.0
注射压力(kg/cm)
800~1000
喷嘴温度
170~180
螺杆转速(n/min)
28
模具温度
90~120
适用注射机类型
螺杆式
预热
温度时间
80~100
2~5
料筒温度
后 断
仲 断
前 断
160~170
170~180
180~190
成型时间
注射时间
20~90
0~5
20~60
50~160
后处理
方法
温度
时间
红外线灯
鼓风烘箱
140~145
4
高压时间
冷却时间
总周期
2.3塑件的尺寸分析
因为该塑料模具的结构相对简单,所以基本没有特殊尺寸的精度要求,所以该塑件的尺寸精度要求为GB/T14486-93MT5级。
由于塑件的表面没有要求,一般情况下只需保证外表面比较平滑即可,所以表面的粗糙度可为Ra=0.8,其余要求比较低的表面粗糙度可取Ra=3.2.
2.4注塑机的选择
由于生产塑料齿轮时所用到的注塑模具与注塑机是成套存在的,所以这让选择合适的注塑机变得尤为重要。
在刚开始做模具设计的时候,首先需要考虑的是注塑机的技术方面的问题:
注塑机的类型,最大注射面积,模具的最大和最小闭合高度,最大开模行程,锁模力等因素。
还有模具安装的时候要求的定位孔的大小,定位销钉的大体位置等等因素。
(1)、注塑模的最大开模行程为:
≥S=H
+H
+5~10mm
≥35+138+10=183mm
=S
-H
≥H
+H
+5~10mm
S
≥H
+H
+H
+5~10mm=120+183=203mm
式中:
—注射机最大开模行程(mm)
H
—推出距离(脱模距离)(mm)
H
—包括浇注系统凝料在内的塑件高度(mm)
S
—注射机动模固定板和定模固定板的最大距离(mm)
H
—模具厚度(mm)
注射机的最大的开模距:
183mm
2、充满型腔所需塑料质量:
m=
m=1.06x204=216.24g
式中:
m—成型工件(包括浇注系统)的塑料质量(g)。
—POM的塑料密度(g/cm
)。
V—成型工件(包括浇注系统)的塑料体积(cm
)。
3、锁模力:
锁模力不得小于总注射压强的1.5倍,即
F=1.5P.Ax0.1
F=1.5x80x380x0.1=4560kN
式中:
F—注射机的所需锁模力(KN)
P—塑料熔体对型腔的成型压力(MP
),其大小是一般的注射压力的80%。
A—型腔(包括浇注系统)的投影面积(cm
)
4、注射机的最大注射量是其允许最大注射量(额定注射量)的80%,因此工件的注射量:
M=m/80%=216.24÷80/100=273g
式中:
M—注射机允许的最大注射量(g)
m—成型工件(包括浇注系统)的塑料质量(g)
因涉及的塑件的尺寸较小,而且在生产过程中基本为大批量的生产,所以选择一模多腔的注塑机生产。
根据注射所需要的压力和塑件的重量等因素,可选择:
上海塑料机械厂的注射机,型号:
D430。
如表2。
表2注塑机参数
名称
数据
额定注射量
1390g
螺杆直径
82mm
模具厚度
Max770mm
Min380mm
锁模力
4740kn
注射压力
151MP
顶出力
86KN
顶出行程
210mm
模板最大开距
1480mm
模板行程
710mm
3.模具总体方案的设计
3.1注塑模型腔的确定及布局的选择
模具型腔数目的确定与很多因素有关,例如塑件的结构,是否是大批量生产,精度的要求高低,浇注系统的方式选择,模具生产是否比较困难,模板的尺寸大小,冷却系统及顶出系统等各方面的因素。
模具结构要求对称的时候,这样受力比较平衡。
如果模具加工条件相对较好的话,我们可以适当的增加型腔数目,如果相反的话,则必须较少型腔数目。
设计型腔数量的原理如下:
(1)注射器针头的重量和体积的乘积。
(2)产品投影面积和狭窄部位的地址。
(3)塑料模具的形状和尺寸,并设置有效面积(即打捆针拖拉机之间的距离)
(4)产品精度。
随着塑料制品程度的提高,产品质量较差。
根据毛坯的经验值,
塑料制品为4%-8%。
(5)芯片的侧面及其加工。
(6)产出的经济效益(每月或每年批次)
设计型腔数量的原理如下:
(1)制品重量与注射机最大注射量。
(2)制品投影面积与注射机的锁模力。
(3)模具外形尺寸与注射机安装模具的有效面积。
(即注射机拉杆内间距)
(4)制品精度。
(数量提高,塑件精度相应降低,根据经验数值,每增加一个型腔,塑件尺寸精度降低4%~8%)
(5)侧抽芯及其处理方法。
(6)制品的生产批量。
(月批量或年批量)
(7)经济效益。
(每一模的生产值)
型腔数量的确定:
要点:
既要保证最佳的生产经济性,技术上又要充分保证产品的质量,也就是应保证塑料件最佳的技术经济性。
⑴塑料制作的批量和交货周期方面:
该塑件(收音机后盖)是中批量生产的产品,交货周期要短,使用多型腔模具可提供独特的优越条件。
⑵质量控制要求方面:
该塑件不属于高精度生产要求的产品,精度要求不高采用多型腔有较高的生产效率。
⑶塑料品种和其他方面:
该塑件所用塑料为POM工程塑料,流动性能好.
经过以上分析和本人经验所得,总结出:
采用一模二腔是最佳形式,具有最佳的经济性。
经上述三点的分析,我觉得此次制作应该采用一模两腔的生产方式是最有效的。
如图3.5。
3.2注塑模分型面的设计
分型面是对模具能否成功做出的一个决定性的因素,分型面和模具的整体结构,塑件的脱模和模具的制造工艺都有很大的关系,所以,分型面的选择是对注射模设计成功与否的一个至关因素。
分型面是相对比较复杂的问题,有很多原因左右,所以在分型面的设计问题上需要考虑的比较多而且比较复杂。
该塑件所用塑料为POM工程塑料,流动性能好。
分型面如下图3.1:
图3.1分型面
3.3注塑模浇注系统的设计
浇注系统的主要作用是可以形成良好的充型,从而减少气体的进入,减小能量的损耗。
浇注系统是塑料溶体进入型腔的一个通道,基本由主流道,分流道,浇口和冷料穴组成。
浇注系统的设计原则一般包括以下几个方面。
(1)保证塑件的外观比较好。
基本所有的浇口都可能在塑件的表面上留下划痕,这样一来就会使塑件的外观不好看。
为了尽可能的避免这种情况的发生,我们在设计的过程中应尽量让浇口在塑件的看不见的位置。
如果必须在塑件的表面的话,我们就必须使浇口比较容易去除,这样一来才可以使留在塑件的划痕最小。
(2)保证塑件的内部质量。
浇口的分部及数量必须安排合理,这样才可以使溶体更快的充满型腔,从而减小能量的损耗。
这样才能够使做出的塑件更加好。
浇注系统应该可以以最快的速度使溶体充满整个型腔内部,这样可以使型腔里面的其他迅速出去,这样可以使塑件内部不会容易形成气泡。
(3)使阻力最小化。
浇注系统的流道设置要较短,这样做可以使流道内产生的废料降到最低,从而降低塑件的成本;距离设计的较短的话,这样浇注系统里面的空气就相对比较少,可以使塑件排气更为方便;塑件的溶体在流道内部受到的压力就会比较小,这样可以使塑件的质量更加容易得到保障。
设计浇注系统的时候,除了上面的四大方面的条件必须要满足的话,系统的内部的体积还必须尽可能的小。
3.3.1主流道的设计原则:
主流道部分在成型过程中,其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交替地反复接触,属易损件,对材料的要求较高,因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式,以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理。
此浇口套采用碳素工具钢T8A加工,热处理要求淬火53~57HRC。
其应设置在模具的对称中心位置上,并尽可能保证与相联接的注射机喷嘴为同一轴心线。
为了便于流道凝料从主流道衬套中拔出,主流道设计成圆锥形。
一般锥角取2°~4°粗糙度Ra≤0.63与喷嘴对接处设计成半球形凹坑,球半径略大于喷嘴头半经。
考虑到本模具主流道比较长,主流道的圆锥孔采用1:
50锥度,加工时采用1:
50的铰刀加工出来,加工方便,也不会导致主流道过大。
长度要尽可能的比较短;为了方便后期进行脱模处理,主流道基本都会采用圆锥形;要设计在浇口套内部;要满足装配要求;要尽可能的和模具的中心在一点。
所以这次设计采用的主流道为:
为使凝料尽可能的从主流道出来,主流道的形状为圆锥形,角度为1.5︒,内壁的粗糙度为Ra=0.63。
主流道如图3.2。
图3.2主流道
3.3.2分流道设计
分流道是连接频道主径、门、并行频道功能改变的方法,流动方向,可以全部的语气均匀。
单面通道形状半圆的圆形、形、形、平方。
6字,稍等。
高丽增长热电地区广场最大的单面考虑,减少地区最大的单面压力循环;高丽最好的单面,圆。
根据结果显示,最塑料并列(毫米地带)的影响流动性,但比直径下降8毫米流动性的影响并不大。
外部并不需要太光滑,这样有点粗糙度,溶体比较容易冷却容易形成固定,这样尽可能的使溶体在分流道内的温度尽可能的保持不变。
分流道的布局有配置板。
原则上,布局配音机部署大小减少,其长度最大限度缩短。
一定要加速,布局均衡。
(但也有非平衡式进料的)
根据以上的结果,考虑到本次设计由于塑件比较小,形状较简单,壁厚分部比较均匀,而且塑件的表面质量要求不高,所以本次分流道的设计采用半圆形截面分流道,可以平衡进料。
因为塑料POM的流动性中等的原因,分流道的直径取8mm。
如图3.2。
3.3.3浇口设计
(1)浇口的位置应和腔体各部分的距离尽可能相同,且起动过程相对要短一些。
(2)在设计过程中,设计的浇口位置必须要保证塑料流入型腔,面向型腔宽厚的壁部,这样一来使塑料顺利流动。
(3)当塑料流入腔体内的时候,我们应该尽可能避免塑料会直接撞击腔壁、芯部或嵌件,这样一来使塑料能够尽快地流入腔体内各部分,避免芯部或者嵌件变形。
(4)设计过程中,我们应该要尽量避免在产品上做焊接标记或者在产品不必要的部位做焊接标记,以免导致产品后续出来不美观。
(5)设计出的浇口的位置及其流入方向尽量能够让塑料平行均匀地流入型腔,并有利于型腔内气体的排出。
(6)浇口位置应在产品最容易拆卸的部位,尽量不影响产品外观。
由于塑件质量比较轻,而且精度要求也不高,所以本次设计采用点浇口。
点浇口来说,L越短越好,一般选用L=0.5-1.5mm。
浇口套如图3.3。
3.4注塑模冷却系统的设计
本塑件在注射成型的时候对温度没有太高的要求,所以可以没有加热系统。
由于塑件的材质为聚甲醛(POM),在冷却的时候回有结晶的过程,并且这个过程相对比较慢,这样一来收缩就会增加。
为了缩短塑件的冷却时间,所以要采取出模后必须进行冷却处理,水温为90︒c,所以该模具必须有冷却系统。
3.5注塑模脱模机构的设计
塑件在注塑成型的每一个步骤中,塑件必须完整从模具的型腔中脱离出来,所以脱出塑件的机构就叫做脱模机构或者顶出机构。
脱模机构的主要作用就是使在型腔内的塑件与之分离。
脱模机构一般包括推出零件,复位零件和固定零件。
一般,脱模机构的作用方向是和模具的开模方向是相同的。
一般的话,脱模机构设计应该遵循以下的原则:
(1)塑件应留在动模的位置而不是定模的位置,这样可以更加快速的完成脱模动作。
(2)应尽可能的不让塑件变形。
(3)不要使塑件的表面质量粗糙。
(4)结构应该设计合理可靠。
(5)脱模机构应该比较容易加工,结构比较简单。
所以这次设计采用的是圆形推杆,其特点是:
推杆位置的自由度大,推杆的截面形状可根据塑件的推出情况而定,可以设计成圆形、矩形等。
其中圆形推杆因其容易加工和容易达到推杆和模板或型芯上推杆孔的配合精度,另外圆形推杆不具有减少运动阻力、防止卡死现象,损坏后便于更换等优点。
另外顶杆与顶杆孔之间的配合采用间隙配合。
顶杆的材料采用T8A要进行淬火处理后达HRC50以上才可以。
如图3.4。
图3.4脱模机构
3.6注塑模标准模架的选择
所有的注塑模的结构类型都是由动定模板,导柱导套,复位杆,紧固件四类零件组成的,模架的作用可以使凹凸模在开合模的时候可以准确无误的对准。
模架的组合标准是由浇注系统,分型面的数量,脱模机构的形式和动定模来确定设计的。
3.6.1模架的类型
本次设计选取的模架尺寸为510×500×336大水口模架。
如图3.5。
图3.5模架
3.6.2定模底座的选择
定模底座的尺寸(230*280*25)
用于连接设备与模具的板子。
材料选择为45钢。
如图3.6。
3.6.3定模板
定模板的尺寸一般比定模固定板小点,所以尺寸为230*230*65
主要作用是固定型芯。
由于要有足够的强度,材质选择45钢。
如图3.7。
3.6.4动模板的选择
动模板的尺寸为(230*230*85),动模板起连接设备与模具的作用,所以动模板的尺寸与定模板的尺寸基本相同。
材质为45钢。
如下图3.7。
3.6.5动模底板
动模底板的尺寸为(230*280*25)如下图3.7。
3.7注塑模的模具图及运动方式
图3.6定模底座
图3.8模具图
图3.7装配图
图3.3浇口套
结论
做了几个月的毕业设计论文终于快完成了,这次的毕业论文是我给在大学三年所学到的知识的一个交代,同时也知道了自己要学的东西还有很多。
经过这次毕业设计,我进一步了解注射塑料模具的设计过程,使得在书本和课堂上学到的知识能与实践相结合,加强了我的模具设计知识,我对模具设计生产生更浓厚的兴趣,使个人的模具设计的能力得到综合运用,做到设计理论论据充分,设计方案力求合理。
增强对模具设计的独立工作能力,以严谨的科学态度和正确的设计思想完成设计,为今后的学习和工作打好基础。
我运用模具设计与制造的知识完成本次设计,训练绘图看图的基本功,学会绘制标准工程图,熟练应用PRO/E、CAD设计软件。
使个人熟练应用参考资料,设计手册,设计应规范化,掌握国家有关标准和部颁发标准。
但从这次毕业设计中
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- 关 键 词:
- 塑料 齿轮 模具设计 机械设计 制造 及其 自动化