1、不同模数塑料玩具齿轮的模具优化设计不同模数塑料玩具齿轮的模具优化设计摘 要 塑料已成为国民经济生产必不可少的原材料，塑料齿轮在玩具中应用在今天也很常见，采用塑料齿轮的玩具因其质量轻，无毒害，成本低，制造容易而深受人们喜爱，所以本次选取塑料齿轮为设计对象，通过对模数不完全相同的四个塑料齿轮塑件进行分析从而绘制出该塑料齿轮的模具。在本次的模具设计中采取了一模四腔，由于在浇注过程中可能存在浇注不均匀现象，造成成型零件质量问题，故对本模具进行了优化设计来保障浇注过程中尽可能的均匀，保证零件质量，使零件可以大量生产。本次设计过程中，对模具分型面的选择，成型零部件，浇注系统的选择进行了详细介绍。另外，对与
2、顶出系统和冷却系统也进行了适当叙述，保障了此次设计的模具能较好的满足使用要求。本次设计，采用了Solidworks，Autocad等软件，通过这次的设计，更加熟练巩固使用Solidworks,Autocad设计分析软件，对模具设计加深了认知，体验到设计人员的艰辛与不宜。关键词：注塑模设计；浇注系统；Solidworks；AutocadTHE DIFFERENT MODULUS MOLD OF PLASTIC TOY GEAR OPTIMIZATION DESIGN Abstract In the production of raw matrrial,the plastic has become
3、 more and moer essential in a country .Today ,plastic gear is widely used in plaything .Adopting the plastic gear make toys quality light easy manufacture and nonhazardous ,which make people very like it .Through to analyze four different modulus gear,drawing the mold. In this mold design I adopt on
4、e mold have four cavities.In the process of pouring may occur uneven pouring phenomenon causing molding part of poor quality,I optimize the mold to assure even pouring in the processing of pouring.It assure the quality of part for volume produce.In this mold design,I detail introduction parting surf
5、ace pouring,choosing molding part design,optimization design of mold and the like.In addition,I also optimise the ejection system and cooling system,to ensure the mold design meet the using condition. In this mold design,I adopt some software for example solidworks ,Autocad .Through this mold design
6、, my using software skill have strengthen and in-depth knowledge of mold design ,experience the mold design workers life and problem. KEYWORDS: the design of injection mold, the gating system,Solidworks, Autocad 前言在今天通过对一个国家的塑料消耗量的评估和塑料在工业中运用面的广度，作为评价这个国家工业方面发展水平高低的手段之一 。塑料已成为国民经济生产必不可少的原材料，塑料制品的玩具在
7、今天也很常见，玩具汽车等一系列儿童娱乐用品极大地丰富了儿童的童年生活，塑料玩具因其质量轻，安全，无毒害而深受喜爱。现在越来越多的塑料玩具的出现，为塑料行业带来了腾飞。 随着工业生产的产品塑料化的程度的不断增强以及对塑料制做成的物品（塑件）的广泛应用与不断发展，塑料类的模具行业将会在未来拥有更广阔的前景。模具能够带来制造时间的大幅度减少以及用来实现物品制造的快速化，它有所有部件。模具是由许多不同的部分组合而成的，通常它靠的是通过材料的一些物理状态进而使其成为所需要的商品外形。主要用在塑料制品的锻造、挤压成型，还有一些诸如注射或压缩成型加工等场合。注塑模具,是用来实现塑料零件的快速成型，是一种成型
8、的工艺和设备，在现在，为大部分工厂所采用。所谓的成型(也称注塑),通常指的是材料由于加热变成液体的状态经过高压后进入空腔,再经过冷却固化,形成成形的产品。这种方法适用于形状复杂零件的大量生产。注塑模具用的是注塑机，把它内部的塑料加热。然后在此状态下缸内的流体推动螺丝，柱塞。流动的液态塑料向前流动，并且又被压缩。与此同时喷嘴可以使气缸在短时间内使温度得到很大程度上的降低，型腔也被封闭。通常在保存一段时间后，在保证内部压力条件下，想办法把模具打开，得到塑料制品。但并不完整，需要进行切割和进行一些后续的加工。在一般情况下，要使零件从设计到最后加工成成品需要的时间多少是不相同的。在一般性的情况下，它由
9、零件的尺寸、形状产生较多的影响，且它的影响是很大的，所以如果考虑生产成本或者生产周期的话，要深思熟虑。注塑用的注射机，人们把它划分类型比较详细方法也多，由于它的类型、型号的塑料和成型工艺条件和其他因素。模具中注塑模具是最非常重的内容之一，完善和提高模具的设计水平和现代的智能化生产过程具有很大作用。随着科学技术的快速前进，迅速发展起来的微电子和计算机技术所带来的技术革新以及他们更多的朝向工业机器人领域的结合所产生的的机电一体化专业，更大程度化的使机械手自动化程度更高，这就让注塑模具产品的取出和使用更加机械一体化，很大程度的减少了生产成本，提高了经济效益，更好的促进了模具的发展。注塑模具的分类方法
10、多种多样，注塑用的注射机，人们把它划分类型比较详细方法也多，由于它的类型、型号的塑料和成型工艺条件和其他因素较为常见的分类方法诸如按模具型腔数量可以分为单数的腔和多数的腔;对浇注系统来讲，浇注的方式上将其归纳总结分类，又可以将其分为普浇和热流道，按照用途类型进行划分可以将其分为卧式和立式等等。近年来,由于高速、稳定的增长,促进国民经济的迅速发展,模具工业在国家尤其是模具设计与制造专业或相关材料成形与控制已成为中国国内有优势的热门专业。正是因为有了模具，所以能使大批量的生产产品可以进行复制，这就是利用模具成型来加工产品，这样可以减少材料浪费，提高了生产效率，保证了产品的质量统一，这极大的满足了现
11、代社会对商品的巨大需求设计的基本目的是：（1）通过对塑料模具的材料、制造工艺、设计方法、选材和热处理方法与大学阶段所学的机械设计及机械制图等方面的知识的熔融结合，来解决塑料模具设计中的问题，同时也进一步巩固了所学的知识，提高自己的专业能力。（2）通过本次实践，体验了设计带来的成就感，基本掌握设计一些塑料模具的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力，由于本科阶段没接触过模具，在本次设计过程需要自学，接触到的都是全新的知识，也锻炼了自己的自学能力。（3）通过计算、运用solidworks、ug进行玩具用品中的塑料齿轮设计，同时查阅相关方面的设计计算手册表，体验到整个模具设计的每一个步骤，体验到设计
12、过程的痛苦与不易。在绘制模具图过程中进一步加深了对软件的使用和认知。现在很多企业都需要会软件的人才，这为毕业找工作，为毕业设计打下一个良好的实践基础。第一章 塑件的成型工艺分析1.1 塑件的分析本次设计的是四个传动塑料齿轮，并且对其成型工艺及注射模优化设计，本次设计需要是四个不同大小，和模数不同的齿轮，零件制造精度较高，成型时还需要彼此相互配合，需要成套生产，四个塑料齿轮结构如下图所示。各个齿轮的参数如下所示: 图1.1参数如下表： 名称 模数 齿数 齿轮一 2 60 齿轮二 2 96 齿轮三 1.25 44 齿轮四 1.25 22 表1.11.2 pom的选取和性能分析 本次采用pom主要是
13、由于其硬度高，抗磨性能好，适合做传动用的塑料齿轮，而且pom成型的产品美观，表面质量好。pom定义：聚甲醛通常把它看成是一种没有侧性链、密度、结晶性比较高且呈现出线型性状的高分子聚合物。1 按照分子链中化学结构上的差异，可以把其分为均聚和共聚甲醛两种塑料。1 两者的重要区别是：均聚甲醛的密度、结晶程度、熔点强度、热稳定性、加工温度范围等方面与共聚甲醛相比较差。均聚甲醛不耐酸碱或者说耐酸碱不如共聚甲醛那么好，加工温度在正常的情况下共聚甲醛也是比均聚甲醛表现好的。共聚甲醛通常又把它叫做赛刚，还有些工人师傅称其为夺钢。因其性能优良，常常是塑料零件制品选用的材料。共聚甲醛常用在一些传动零件中去，由于本
14、次采用的四个齿轮是传动件，所以个人认为采用共聚甲醛较好。聚甲醛又叫聚甲醛树脂，它是合成树脂中的一种，人们常常把其叫做pom塑料，也有人称其为赛钢；外形方面表现多为白色或黑色颗粒状的塑料，pom因其硬度高、抗磨性能好、常用在一些诸如齿轮、轴承等零件。此外他的刚性好，在一些机床、仪表和汽车上也常能看到用pom塑料制成的零件。 1.3 成型特性： 聚甲醛的外表光滑、而有光泽。通常情况下观察其外形的颜色为白或者黄，而切大部分为白色的状态。材料通常很硬且密度高，薄壁部分多为半透明状。容易被点燃，燃烧的时候火焰表现为上黄下蓝，还会出现滴落现象。燃烧时散发有一些刺激性的很臭的气味以及黑色烟，较为难闻。聚甲醛
15、多呈现白色，不透明，上色性能很好，成型的温度通常在180度左右，但聚甲醛不耐热，稳定性表现较为怪异，长期耐热性与短期耐热性表现不一，长期比均聚好，短期比均聚差。聚甲醛在常温下很耐用不宜氧化，干燥条件下在80度左右仅需两个小时即可成型。聚甲醛收缩率在0.02左右，由于聚甲醛的长期耐热性差，且极其易分解，会挥发出腐蚀性的气体，所以模具钢材应耐腐蚀1（1）pom塑料是结晶型的,它常温下的密度为,它有相当不错的刚度,人们常称其“赛钢”.（2）pom的耐蠕变、抗热、抗冲击、疲劳性、耐磨等性能非常好，同时他的摩擦系数相对较小,其自润滑方面的表现也好.（3）pom不容易吸水,吸水率在,在比较潮湿的地方中它的
16、形状也很稳定,其收缩率为(较大),注塑时的尺寸通常比较难易控制,受热造成形变的温度为,聚甲醛是有均聚和共聚甲醛两种甲醛类塑料,性能是各不相同的(耐温性比较好一点是均聚甲醛).第二章 分析选取模具的结构2.1 确定分型面位置 在安排分型面的过程中，要注意到一些问题，如下所述：（1）分型面是否对零件外观有影响，通常将分型面选用取在对零件外形无影响的地方，以免因位置选择问题造成后续不必要的麻烦，分型过程中可能产生溢料飞边的问题，也应注意到。（2）安排的分型面不可以对设计的零件外形、尺寸、精确度形成影响。（3）在选择分型面过程中，应该考虑模具加工是否方便，以节省加工时间。（4）由于分型面的选取对脱模的
17、难易程度也有影响，通常选择时尽可能的让零件在开模后留在动模侧，以方便脱模。（5）因分型面选择不恰当会造成锁模困难，所以应减少零件在分型的面的上的投影中的面积，来避免锁模的困难的问题的出现。（6）对于可能出现的制造出来的零件尺寸出现差异的情况，在分型面选取时可以考虑到减少的脱模的斜度（7）安排分型面时应当注意到其与最终所要填充的型腔的表面要重合，这样做的好处是有利于排气。通过分析该齿轮的外形等因素，其位置安排如下图所示，选择这样的分型面是为了使塑件的脱模更容易和优化模具的结构。分型面确定之后就需要用诸如solidworks，ug等软件绘制出来，并且对塑件的分型面进行自交检测，如图通过对分型面的自
18、交检测没有发现自交截。图2.12.2 型腔数量和排列方式的确定 本设计是由四个塑料玩具用的齿轮零件组成，并且按设计要求采用一模四腔，型腔排列采用直线型。在设计过程也考虑了体积，生产成本等方面的因素。本次设计均采用5级精度（SJ1372-78），由于其是由两个渐开线齿轮和两个锥齿轮组成，因其需要大批量生产可采用一模多腔的形式进行。而且，考虑到零件的尺寸、模具结构尺寸的大小，将其设计为一模有两腔。 型腔排列要尽可能的紧凑，对称，以有利于浇注成型，如果需要大批量生产该零件，同时保证良品率需要对型腔排列进行优化，本次设计考虑到这些因素所以选择为直线的对称的排列。图2.22.3 选择注射机的型号 运用U
19、G 来建模分析可以知道四个塑料齿轮的体积，四个齿轮在一起的体积为：V=16.99图2.3选择注射机：根据计算可以得出注入塑料总质量V总，计算出V总后由：V总/0.8=100。同时考虑到其他方面因素诸如模具高度，是否需要大量生产该零件，可根据根据以上的计算，以及查取表附录根据注射需要的压力和制品的重量还有一些其它方面的情况，可先考虑选用的注射机为d（塑料成型工艺与模具设计）初步选用注射机xs-zy-125（主要考虑到模具高度）。注射机xs-zy-125的参数如下表： 名称单位 参数 名称单位参数额定注射量mm125锁模力kN900最大成型面积mm125喷嘴圆弧半径mm12柱塞直径mm42喷嘴孔径
20、mm3.5注射压力Mpa120最大开模行程mm300模板尺寸mmmm 428450模具最大厚度mm300柱杆空间mmmm 260290模具最少厚度mm200表2.1 （4）注射机的相关参数的校核如下表所示: 名称 最大注塑量 注塑压力 锁模力 参数0.6100202 是否满足要求是是 是表2.2型腔的压力可使用下式进行计算： 经代入公式计算：可以知道型腔的压力数值，然后再对注塑机的额定锁模力来进行校核计算。校核计算公式为： 图2.4（5）成型腔数的确定 我们通常以机器的注入射所需能力大小为基本，每次往里面注入的量应该是不能超出注射机所能容纳的最大量的80%计算。 校核开模行程：开模行程的校核计
21、算应该是按照如下面的图片面所呈现出的公式来进行检验计算： 由于计算得62大于300，满足注塑机的开模行程所需要的条件。通过对一系列参数的检验计算能够知道该注塑机符合此次设计要求。第三章 成型零部件的设计3.1成型零件的结构设计（1）对锥齿轮采用凹模的结构设计 对两个锥齿轮采用整体式凹模，成型的锥齿轮尺精度高，外形美观。如下图所示：图3.1（2）对渐开线齿型的齿轮采用凸模的结构设计 对两个渐开线齿轮采用组合式型芯，对于成型来说较易成型，结构上也非常简单，如下图所示：图3.2型芯各尺寸如下图所示： 图3.33.2 凹模材料的选取 成型零件材料的选取至关重要，对于零件的强度，机械加工性能都有很大影响
22、。为了使零件能满足性能上的要求，本设计通过对四个齿轮的综合分析，综合考虑决定选择凹模钢材为40CR。对于成型塑件外圆筒的大型芯选择使用高合金的硬度、韧性都不错的工具钢材料，以避免磨损严重。3.3 计算零件工作尺寸一般对成型的零件我们对其工作尺寸常常使用平均算法，本次设计的成型零件就是选用此方法进行计算，同时查阅相关资料可得到pom塑料的收缩率为0.015由于国内现有的生产模具的条件，模具制造公差取。(1) 凹模的內形尺寸： （5.6）式中： 公差(IT5)如下表：塑件基本尺寸（mm)10-1418-2430-4050-6565-80塑件公差（mm)0.32mm0.32mm0.56mm0.74m
23、m0.86mm表3.1型腔尺寸如下： 式中： (2) 凸模的外形尺寸计算： 带入公式得： 型芯的深度尺寸计算： 第四章 模架的选取与模具安装4.1确定模架、模具安装由于本次选取的浇口形式是点浇口，采用三板模的原因是，它是有细水口的模架，特别适合点浇口。由于人们对模具的分类方法不同，造成模具类型有许多种。在这次主要介绍有关的注塑模具。按整体结构来进行划分注塑模具，其比较常见的结构如下：热流道注塑模，单、双分型面注塑模、以及带有推出机构的定模注塑模、可以侧向进行分型、抽芯的注塑模等等，不再详述。模架的选择要根据实际情况来考虑，通过综合分析该塑件，由塑料注射模中小型模架可以知道型满足使用要求，所以用
24、该模架，其结构下图已表示： 图4.1该类型的模架有三块模板组成，对于像点浇类的比较适合使用。注射模具可以选择斜导柱式侧向抽芯的模具类型。由于分型面，所以导柱导套的安装方式应该依据选取的分型面来选择正确的安装形式，导柱导套这里选择了正装的形式，通过分析，且由于摸板厚度及其外轮廓尺寸由选取的模架类型来决定。把一模六腔的模具转化成一模四腔的模具，经过设计计算得到其长度为,宽度为。模架的长度计算公式：，模架的宽（D表示的是复位杆直径，d表示螺栓的直径）。在得到模具的长和宽后，由于内模仁所以要考虑其他一些情况对模架尺寸产生的影响，比如螺丝、导柱等。所以经过合理的考虑，为尽量避免这些影响对选取的标准经复审
25、发现选取的是满足这些要求的。塑件的高度为。A、B、C各板厚度分别取。型芯型腔应比总的高度高出以上以下。本次的塑件要求全部滞留在定模板内，选择使用的模架由于他的模脚高为,远远满足使用的要求。所以此次模具的模架为。考虑此次选取的模具的特点决定该模具采用压板形式固定。 第五章 浇注系统5.1 浇注系统设计与优化浇注系统按照类型进行划分，通常有两种即：普通型的浇注系统和热流道型的浇注系统。由于充模和补料是塑件成型的过程中的两个相当重要的阶段，他由浇注系统控制着，影响着塑件的质量状况，而且影响很大。浇注系统是指从注射机的喷嘴部位开始算起，一直到型腔入口的部位为止的塑料件熔体的流动通道，或在此通道内的冷凝
26、的固体塑料。浇注系统主要的功能是引导熔体方便流入型腔，确保熔体能按要求填满型腔，也能使型腔内的空气很好的排出，在熔体逐渐凝固的过程中，还能传递压力至各个部分，保证外观清晰美观以及尺寸准确。设计的浇注系统是否具有合理性它直接影响到塑件的质量以及模具的效率，所以在设计中要遵循一下原则：(1) 注意流道尽量少的弯曲。(2) 模具是一模多腔的时候，要对称分布分流道。(3) 尽量保证浇注系统不影响塑件表面。(4) 在满足塑件成型以及排气相对较好的状态下，应考虑尽可能减少浇注系统截面积。本次设计的浇注系统运用Moldflow进行分析其浇注的时间可以知道该设计合理，其分析结果如图所示： 图5.15.2 主流
27、道选取与安排 一般把进料口称作主流道，在主流道中，熔融的物质首先流入它然后才会进入其他地方。它的尺寸的大小一般会对熔融物质的流动产生影响，所以在设计主流道截面尺寸时要充分考虑熔体的粘性，流动性，以及塑件的尺寸大小等因素。设计的主流道通常应该尽可能降低熔体的温度和压力损失。主流道一般安排在模具的浇口套中。要使主流道凝料可以从浇口套中顺利拔出应将主流道设计为圆锥形,锥角. 图5.25.3设计分流道 一般来说人们把浇口和主流道的尾部间的一小节通道叫做分流道。分流的用途是希望熔融的物质可以均匀的流到每一个型腔中。设计时应尽量减少过程中的热量损失与压力损失。通常在设计中所采用的标准应根据截面形状进行合理
28、选择。由于此次设计选用了四个型腔，每个大小又不一样，需要合理的设计较优的分流道。分流道是主流末端与型腔进料口之间的一段距离，分流道是一个熔体进入型腔的桥梁，分流的目的是为了保证熔体可以均衡的到达四个型腔，设计时应尽量减少过程中的热量损耗与压力降低。 通常在设计中所采用的分流道截面外形有许多种。常用分流道的类型有四种：圆形、半圆形（U形）、矩形和梯形一般情况下为了保证成型的效果，我们会尽量的保证熔体流经过程中的压力损失和温度损失，根据本设计的需要，充分结合分析了产品的形状，塑件的结构和情况，我们将此模具分流道选的是圆形截面。圆形分流道可以延长它的冷凝时间，对侧向填料的浇口有利。采用该设计可以使热
29、量损失较小，表面质量较好，故采用U形分流道。图5.35.4 浇口设计 浇口形状小而短，是物料在进入模腔之前最窄的部分，目的是为了使填料流入模腔之前加速以易于填满型腔，而且由于它们能帮助密闭腔口，这样可以使熔体不会回流。另外，为了容易制作模具的塑料件，用冷的材料来分离。 通过对pom的成型的工艺性能来进行分析和该四个塑料齿轮对外观上的要求、形状结构上的特点和模具上的优化，模具确定采用点浇口，考虑流动的平衡性将其位置选择在如下图所示位置。设计在中心线位置可以保证流动时的平衡性，同时脱料板上已设计有拉料机构，其示意图如下： 图5.4 第六章 排气系统的设计 由于模具型腔内有空气的存在，还有一些诸如塑
30、料受热分解也会产生的一些气体，这些气体会在型腔中，可以想象如果这些气体无法排出，会对制造的塑件质量造成影响。在一般的模具设计过程中，考虑安排排气装置是重要的一步且是不可缺少的。通常在塑料填充的同时，气体必须排出。排气的方法有许多种如： (1)利用配合间隙排气 ：对于简单型腔的小型模具它的配合间隙通常在0.03-0.05范围内，最大的情况下也不可以超过0.05。如何选取配合间隙要看选择的塑料流动性。 (2)也可以考虑在分型面得上面安排一些排气槽。在分型面上选择此方法为大部分注塑模具采用的方法，可以视情况而定。 (3)选择使用排气塞，排气塞排气也是一种较为不错的排气方法，但可能遇到型腔中的填充的部
31、位可能会不在分型面上的情况，遇到这种情况解决的办法是：可在型腔处嵌入排气塞或者排气塞也可以用烧结金属块制成。 通过以上描述，对本模具综合考虑分析，决定选择间隙排气，型芯与模板之间留0.04mm的配合间隙。综上所述可得，选用第一种第七章 导向与脱模机构7.1导向机构导向机构的作用是用来确保模具动定模合模时能精确的进行定位和导向的部件，通常导向机构最常选择使用的是导柱导套。导向机构在设计时会遵循一定的原则：(1) 导柱导套均匀对称分布，离边缘有一定的距离。(2) 导柱导套的选择要保证有足够的强度，配合模架选择。(3) 导柱有耐磨性。(4) 导柱要与导套的直径相等，保证配合精度。(5) 导柱最好装在定模上，方便脱模注射模必须设置导向机构来保证其开模与合模。导向机构的作用为：(1) 定位作用。(2)导向作用。(3)承受一定的侧向
