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題目 雙聯(lián)圓柱直齒輪注塑模具設(shè)計(jì) 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 起訖時(shí)間 1 目錄 1 齒輪 精確的參數(shù)化建模 ............................................................................................. 3 2 塑料件結(jié)構(gòu)及成型工藝性分析 .............................................................................. 4 3 模具結(jié)構(gòu)分析 .......................................................................................................... 5 4 模具工作原理 .......................................................................................................... 9 5 結(jié)論 ........................................................................................................................ 10 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 11 致 謝 ........................................................................................................................ 11 2 塑料齒輪制造成本低、質(zhì)量輕、潤滑性能好、傳動(dòng)噪聲低、耐腐蝕、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 ,無需后加工 ,并且其剛度和強(qiáng)度接近于金屬齒輪 ,可以代替有色金和合金齒輪 ,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、儀表、電訊、家用電器、玩具產(chǎn)品和各種計(jì)時(shí)裝置中。塑料齒輪采用模具注塑不需要切削加工 ,生產(chǎn)工序少 ,因此注射成型廣泛應(yīng)用于塑料齒輪的生產(chǎn)。 1齒輪精確的參數(shù)化建模 一個(gè)完整的輪齒齒廓至少由 4部分組成：齒頂曲線、工作齒廓、齒廓過渡曲線和齒溝曲線 [2]工作齒廓部分的曲線為一段漸開線，齒廓過渡曲線為一段長幅外擺線。因此，建立模型的關(guān)鍵是確定精確 的漸開線和過渡曲線 [1]。 中漸開線的直角坐標(biāo)方程 在直角坐標(biāo)系下直齒圓柱齒輪漸開線基本方程式如下 [2]： ???????s o s c o ss 式中： x， 坐標(biāo)； 中： in ????? ????? t a n,故所以基本方程式可變?yōu)? ? ? ? ?? ? ? ?????????? ??? t a ns a nt a nc o s t a nc o st a nt a ns 其中： 根據(jù)基本方程，在 中漸開線的直角坐標(biāo) 方程為：? ? ? ?? ? ? ??????????????????????????????s o sc o st 0t o 表 為中間變量； t 3 從 0變到 1。這里需要說明的是，在方程式正余弦的計(jì)算中弧度必須轉(zhuǎn)化為角度。 齒輪齒根部分，是在加工中自動(dòng)形成的，根據(jù)刀具的形狀而定。實(shí)際加工制造的齒輪由于加工刀具的半徑，齒槽根部不是尖角而是過渡圓角為了防止加工出的齒根部位應(yīng)力集中過大，本文規(guī)定如果齒頂高系數(shù)小于 1，m；否則，齒根圓角半徑等于 m（ 假定齒輪按定傳動(dòng)比嚙合，標(biāo)準(zhǔn)安裝，且假設(shè)輪齒沒有誤差，基本參數(shù)見表1。 模數(shù) 齒數(shù) 壓力角 頂角高系數(shù) 頂隙系數(shù) 齒厚 / 20 20 0 本文給定了 6 個(gè)基本參數(shù)（見表 1），通過 中的參數(shù)菜單添加到參數(shù)列表中，其余尺寸通過關(guān)系式來求得。其中齒根圓、齒頂圓、基圓和分度圓直徑的計(jì)算公式就不再給出，只是給出部分特殊的關(guān)系式 [3]。 119/36018/????????z 為齒數(shù)； 齒根圓角半徑； 旋轉(zhuǎn)復(fù)制第二個(gè)齒槽時(shí)旋轉(zhuǎn)的角度； 2 塑料件結(jié)構(gòu)及成型工藝性分析 圖 1所示為某電器設(shè)備中的一種雙聯(lián)直齒輪。大小齒輪均為直齒 ,模數(shù)為 0. 5 產(chǎn)批量較大 ,為提高生產(chǎn)效率 ,可采用一模多腔注射成型。 4 圖 1塑料件結(jié)構(gòu)圖 塑料件材料為聚甲醛 (其尺寸穩(wěn)定 ,吸水率小 ,成型前可不干燥 ,熱敏性強(qiáng) ,極易分解 ,分解溫度為 240℃ ,但 200℃時(shí)滯留 30 ,分解時(shí)產(chǎn)生有刺激性、腐蝕性氣體 ,料溫控制在稍高于熔點(diǎn)的 180℃ [4]。為消除模具溫度對(duì)結(jié)晶及收縮的影響 ,模具溫度設(shè)定為 90℃。 . 04 用高壓、高速注射。塑料件可在較高溫度時(shí)脫模 ,冷卻時(shí)間可短。為防止收縮變形、應(yīng)力不勻 ,脫模后將塑料件置于 90℃左右的熱水中緩冷或用整形夾具冷卻。澆注系統(tǒng)對(duì)料流阻力小 ,澆口宜小 ,盡量避免料筒、噴嘴等產(chǎn)生死角、間隙而滯料。 由圖 1 可知 ,塑料件中間為 45,鋼嵌件。 線脹系數(shù)為 8. 1× 1045,鋼的線脹系數(shù)為 1. 23× 10者線脹系數(shù)比較接近 ,故材料選擇較合理。塑料件尺寸較小 ,故嵌件預(yù)留有定位孔定位。嵌件為圓形 ,屬對(duì)稱形狀無尖角銳角 ,利于均勻收縮和防止產(chǎn)生局部應(yīng)力。嵌件外表面開槽 ,便于嵌件與塑料咬合。注射成型前嵌件預(yù)熱至 120℃ [5]。 3 模具結(jié)構(gòu)分析 由于塑料件為雙聯(lián)齒輪 ,所以模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于齒輪型腔的設(shè)計(jì)。該塑料件中間有金屬嵌件 ,且嵌件尺寸比較小 ,故需要安裝定位桿 ,避免嵌件在型腔中晃動(dòng) ,以保證其形位精度。塑料件工作表面要求光滑 ,不允許有澆口痕跡 ,模具采用點(diǎn)澆口澆注形式。為防止塑料件發(fā)生變形 ,宜采用推管推出。為了模具 安裝與維修方便 ,型芯的結(jié)構(gòu)形式宜采用組合式型芯結(jié)構(gòu)。模具總裝配圖如圖 2所示。 5 注塑機(jī)開模 ,分流道開設(shè)在定模座上 ,開模后在彈簧 21 的作用下 ,首先從Ⅰ處分型 ,通過點(diǎn)澆口及拉料桿 16 的作用 ,將澆注系統(tǒng)從定模座板 12 中拉出 ,使它們附著在中間流道板 9 上 ,模具從Ⅱ處分型 ,將點(diǎn)澆口拉斷 ,澆注系統(tǒng)凝料靠自重墜落 ;當(dāng)主流道凝料完全脫出定模板后 ,導(dǎo)柱 6 和限位釘 11 阻止中間流道板繼續(xù)運(yùn)動(dòng) ,繼續(xù)開模 ,為塑料件的脫模留出空間 ,嵌件從流道板 9中的嵌件定位孔中拉出。最后注塑機(jī)推出系統(tǒng)動(dòng)作 ,動(dòng)模側(cè)的推管 27 將塑料件從凹模型腔上推出 [16]。 1— 動(dòng)模座板 ; 2、 5、 19、 22— 墊塊 ; 3— 墊板 ; 4— 推管固定板 ;6— 導(dǎo)柱 ; 7— 支撐板 ; 8— 動(dòng)模板 ; 9— 流道板 ; 10— Ⅰ型六角螺母 ;11— 限位釘 ; 12— 定模座板 ; 13—密封圈 ; 14— 型腔 ; 15— 定位桿 ;16— 拉料桿 ; 17— 澆口套 ; 18— 復(fù)位桿 ; 20、31— 開槽圓柱頭螺釘 ;21— 彈簧 ; 23、 25、 26— 內(nèi)六角圓柱頭螺釘 ; 24— 圓柱銷 ; 27— 推管 ;28— 型芯 ; 29— 推桿 ; 30— 推桿固定板 圖 2 模具裝配圖 3. 1 模腔數(shù)量的確定 由于塑料件的形狀簡(jiǎn)單 ,質(zhì)量較輕 ,且生產(chǎn)批量大 ,因此模具設(shè)計(jì)為三板式 ,采用1模 4腔平衡布 置。模具的尺寸緊湊 ,生產(chǎn)率高 ,塑料件質(zhì)量可靠 ,成本較低 [6]。 6 3. 2 分型面的選擇 該塑料件為雙連齒輪 ,外表質(zhì)量要求較高。在選擇分型面時(shí) ,根據(jù)分型面的選擇原則 ,考慮不影響塑料件外觀質(zhì)量、便于清除毛刺及飛邊、有利于排除模具型腔內(nèi)的氣體、分模后塑料件留在動(dòng)模一側(cè)以便于取出塑料件等因素 ,分型面應(yīng)選擇在塑料件外形輪廓的最大處 ,如圖 3所示。 圖 3 分型面位置圖 如果采用 型面分型 ,則塑料件分別在動(dòng)定模成型 ,可能產(chǎn)生合模誤差 ,會(huì)使塑料件產(chǎn)生一定的同 軸度誤差 ,且飛邊不易清除。而若按 則塑料件整體由一個(gè)模板成型 ,消除了合模誤差導(dǎo)致塑料件產(chǎn)生同軸度誤差的可能性[7]。另外 ,為了提高自動(dòng)化程度和生產(chǎn)率 ,保證塑料件的表面質(zhì)量 ,采用點(diǎn)澆口澆注。而模具采用雙分型面結(jié)構(gòu) ,一個(gè)分型面用于成型塑料件 ,另一個(gè)分型面用于取出澆注系統(tǒng)凝料。 3. 3 成型零部件設(shè)計(jì) 由于塑料件外形輪廓為齒輪 ,型腔不易加工 ,為了拆卸方便 ,將凹模設(shè)計(jì)為整體嵌入式 ,即凹模加工成帶臺(tái)階的鑲塊 ,從凹模定模板下部嵌入 ,用支承板螺釘將其固定。結(jié)構(gòu)如圖 4所示。 圖 4 型腔結(jié)構(gòu)固定圖 7 由 于所成型塑料件尺寸較小 ,型芯單獨(dú)制造后 ,再嵌入模板中 ,用螺釘將支承板與型芯連接起來 ,材料為 50,鋼 ,頭部鍍鉻 ,正火布氏硬度為 183~235,表面粗糙度 . 8μ m。該制品中間有尺寸較小金屬嵌件 ,需要安裝定位桿 ,使嵌件保持在合適的位置避免晃動(dòng) ,以保證其形位精度。由于該裝置頭部位于嵌件中 ,溫度較高 ,為便于散熱 ,材料定為鈹青銅砂型或熔模鑄造 ,調(diào)質(zhì)處理后布氏硬度達(dá)到70[8]。其結(jié)構(gòu)形式如圖 5所示。 圖 5 定位桿固定結(jié)構(gòu)圖 塑料件精度為 設(shè)塑料各方向收縮均勻 ,由塑料件的基本尺寸可得大齒輪型腔齒頂圓 直徑、分度圓直徑、齒根圓直徑、齒厚和型腔模數(shù)分別為 : 33. 37+0. 160、 32. 64、 30. 98+0. 160、 0. 7+0. 050、 0. 51 齒輪型腔齒頂圓直徑、分度圓直徑、齒根圓直徑、齒厚和型腔模數(shù)分別為 : 26. 23+0. 160、25. 5、 23. 84+0. 160、 0. 7+0. 050、 0. 51 齒輪型腔所包容的空間是一個(gè)齒數(shù)不變、模數(shù)為 它的溝槽是型腔的齒形 ,齒形為型腔的溝槽。型腔深度分別為 3. 76+0. 180、 2. 8+0. 140 3. 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是指在模具中由注塑機(jī)噴嘴到模具型腔之間的進(jìn)料通道。為便于將凝料從主流道中拔出 ,將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形 ,其斜度取 4° ,內(nèi)壁粗糙度 . 8μ m,同時(shí)為了使熔料順利進(jìn)入分流道 ,在主流道出料端設(shè)計(jì) r=5 圓弧過渡 ,主流道澆口套與定位圈設(shè)計(jì)成整體形式 ,用螺釘固定于定模座板上。該塑料件體積較小 ,形狀較簡(jiǎn)單 ,壁厚均勻且塑料流動(dòng)性好 ,為減少熔接痕 ,可采用單點(diǎn)進(jìn)料的方式 ,分流道的截面形狀為 13]。為滿足塑料件外觀質(zhì)量要求 ,同時(shí)盡量使 8 模具結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單 ,并結(jié)合已確定的分型面位置 選擇如圖 6 所示的點(diǎn)澆口進(jìn)料方式 ,澆口位置選擇在嵌件附近 [14]。 圖 6 點(diǎn)澆口結(jié)構(gòu)圖 3. 5 模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 塑料注射模溫度調(diào)節(jié)能力不僅影響塑料件質(zhì)量 ,而且決定著生產(chǎn)效率。冷卻水道應(yīng)避開塑料件易產(chǎn)生熔接痕處 ,冷卻水道離型腔表面的距離取 15卻水道直徑取 10 于 0~120℃ ,故需加熱裝置 ,其結(jié)構(gòu)型式與冷卻回路相同 ,將介質(zhì)改為熱水即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求 [15]。 4 模具工作原理 注塑機(jī)開模 ,分流道開設(shè)在定模座上 ,開模后在彈簧 21 的作用下 ,首先從Ⅰ處分型 ,通過點(diǎn)澆口及拉料桿 16 的作用 ,將澆注系統(tǒng)從定模座板 12 中拉出 ,使它們附著在中間流道板 9 上 ,模具從Ⅱ處分型 ,將點(diǎn)澆口拉斷 ,澆注系統(tǒng)凝料靠自重墜落 ;當(dāng)主流道凝料完全脫出定模板后 ,導(dǎo)柱 6 和限位釘 11 阻止中間流道板繼續(xù)運(yùn)動(dòng) ,繼續(xù)開模 ,為塑料件的脫模留出空間 ,嵌件從流道板 9 中的嵌件定位孔中拉出。最后注塑機(jī)推出系統(tǒng)動(dòng)作 ,動(dòng)模側(cè)的推管 27將塑料件從凹模型腔上推出 [16]。 9 5 結(jié)論 通過對(duì)塑料件精度和結(jié)構(gòu)的分析 ,優(yōu)化了雙聯(lián)圓柱齒輪的注射成型工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)。采用 1模 4腔成型 ,提高了生產(chǎn)效率。安裝了定位桿 ,使嵌件在合適的位置避免晃動(dòng) ,以保證其形位精度。模具采用點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)形式保證塑料件表面質(zhì)量。塑料件外形呈圓筒形 ,采用推管推出 ,防止塑料件發(fā)生變形。型芯宜采用組合式型芯結(jié)構(gòu) ,有利于模具的安裝與維修 ,達(dá)到了很好的效果。該模具可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn) ,提高產(chǎn)量。 10 參考文獻(xiàn) [1](英 )斯瓦德 ,L 特恩格 ,北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 6~37 [2]奚永生 北京 :中國輕工業(yè)出版社 ,2 [3]李桂華 ,費(fèi)業(yè)泰 哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ,8 [4]陳文娟 ,馬建寧 中國塑料 ,2005,5(14):48~50 [5]李建心 模具工業(yè) ,2007(7):30~31 [6]王成 ,方宗德 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào) ,2007(2):10~13 [7]周坤魯 ,劉建柱 工程塑料應(yīng)用 ,2003(1):23~24 [8]溫崇哲 北京 )機(jī)械工業(yè)出版社 ,9 [9]李黎明 有限元分析實(shí)用教程 清華大學(xué)出版社 ,5 [10][張朝暉 分析教程與實(shí)例解析 中國鐵道出版社 ,5 [11]濮良貴．機(jī)械設(shè)計(jì) [M]．北京：高等教育出版社， 2001． 66~78 [12]傅則紹．微分幾何與齒輪嚙合原理 [M]．東營：石油大學(xué)出版社， 1999． 86~99 [13]姚英姿．齒輪的精確建模及其接觸應(yīng)力有限元分析 [J]．現(xiàn)代機(jī)械， 2004（ 6）： 16 [14]李世國． 文 版范例教程 [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004． 321~329 [15]楊萍． E 間無縫連接的應(yīng)用研究 [J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造， 2006（ 1）： 58 [16]胡仁喜． 械設(shè)計(jì)高級(jí)應(yīng)用實(shí)例 [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2005． 304~314 11 致 謝 光陰荏苒，日月如梭，在 井大 的三年學(xué)習(xí)時(shí)間即將過去。在漫長的人生旅程中，三年時(shí)間并不算長，但對(duì)我而言，是磨礪青春、揮灑書生意氣的三年，也是承受師恩、增長才干、提高學(xué)識(shí)的三年。在此，我特別要感謝我的論文指導(dǎo)老師艾永平 先 生。就本篇 畢業(yè)論文總結(jié)報(bào)告 而言，從提綱、草擬、修改到最后定稿，鄭 老師都給予了一而再、再而三的精心批閱，每個(gè)環(huán)節(jié)都凝結(jié)老師努力的付出和辛勞的汗水。