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題目 雙聯圓柱直齒輪注塑模具設計 學 院 專 業(yè) 班 級 學 號 姓 名 指導教師 起訖時間 1 目錄 1 齒輪 精確的參數化建模 ............................................................................................. 3 2 塑料件結構及成型工藝性分析 .............................................................................. 4 3 模具結構分析 .......................................................................................................... 5 4 模具工作原理 .......................................................................................................... 9 5 結論 ........................................................................................................................ 10 參考文獻 ...................................................................................................................... 11 致 謝 ........................................................................................................................ 11 2 塑料齒輪制造成本低、質量輕、潤滑性能好、傳動噪聲低、耐腐蝕、化學性質穩(wěn)定 ,無需后加工 ,并且其剛度和強度接近于金屬齒輪 ,可以代替有色金和合金齒輪 ,現已廣泛應用于機械、儀表、電訊、家用電器、玩具產品和各種計時裝置中。塑料齒輪采用模具注塑不需要切削加工 ,生產工序少 ,因此注射成型廣泛應用于塑料齒輪的生產。 1齒輪精確的參數化建模 一個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方程 在直角坐標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； 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： 根據基本方程，在 中漸開線的直角坐標 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算中弧度必須轉化為角度。 齒輪齒根部分，是在加工中自動形成的，根據刀具的形狀而定。實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力集中過大，本文規(guī)定如果齒頂高系數小于 1，m；否則，齒根圓角半徑等于 m（ 假定齒輪按定傳動比嚙合，標準安裝，且假設輪齒沒有誤差，基本參數見表1。 模數 齒數 壓力角 頂角高系數 頂隙系數 齒厚 / 20 20 0 本文給定了 6 個基本參數（見表 1），通過 中的參數菜單添加到參數列表中，其余尺寸通過關系式來求得。其中齒根圓、齒頂圓、基圓和分度圓直徑的計算公式就不再給出，只是給出部分特殊的關系式 [3]。 119/36018/????????z 為齒數； 齒根圓角半徑； 旋轉復制第二個齒槽時旋轉的角度； 2 塑料件結構及成型工藝性分析 圖 1所示為某電器設備中的一種雙聯直齒輪。大小齒輪均為直齒 ,模數為 0. 5 產批量較大 ,為提高生產效率 ,可采用一模多腔注射成型。 4 圖 1塑料件結構圖 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 ,極易分解 ,分解溫度為 240℃ ,但 200℃時滯留 30 ,分解時產生有刺激性、腐蝕性氣體 ,料溫控制在稍高于熔點的 180℃ [4]。為消除模具溫度對結晶及收縮的影響 ,模具溫度設定為 90℃。 . 04 用高壓、高速注射。塑料件可在較高溫度時脫模 ,冷卻時間可短。為防止收縮變形、應力不勻 ,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)對料流阻力小 ,澆口宜小 ,盡量避免料筒、噴嘴等產生死角、間隙而滯料。 由圖 1 可知 ,塑料件中間為 45,鋼嵌件。 線脹系數為 8. 1× 1045,鋼的線脹系數為 1. 23× 10者線脹系數比較接近 ,故材料選擇較合理。塑料件尺寸較小 ,故嵌件預留有定位孔定位。嵌件為圓形 ,屬對稱形狀無尖角銳角 ,利于均勻收縮和防止產生局部應力。嵌件外表面開槽 ,便于嵌件與塑料咬合。注射成型前嵌件預熱至 120℃ [5]。 3 模具結構分析 由于塑料件為雙聯齒輪 ,所以模具設計的重點在于齒輪型腔的設計。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 ,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 ,型芯的結構形式宜采用組合式型芯結構。模具總裝配圖如圖 2所示。 5 注塑機開模 ,分流道開設在定模座上 ,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 ,將點澆口拉斷 ,澆注系統(tǒng)凝料靠自重墜落 ;當主流道凝料完全脫出定模板后 ,導柱 6 和限位釘 11 阻止中間流道板繼續(xù)運動 ,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。最后注塑機推出系統(tǒng)動作 ,動模側的推管 27 將塑料件從凹模型腔上推出 [16]。 1— 動模座板 ; 2、 5、 19、 22— 墊塊 ; 3— 墊板 ; 4— 推管固定板 ;6— 導柱 ; 7— 支撐板 ; 8— 動模板 ; 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— 復位桿 ; 20、31— 開槽圓柱頭螺釘 ;21— 彈簧 ; 23、 25、 26— 內六角圓柱頭螺釘 ; 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 模腔數量的確定 由于塑料件的形狀簡單 ,質量較輕 ,且生產批量大 ,因此模具設計為三板式 ,采用1模 4腔平衡布 置。模具的尺寸緊湊 ,生產率高 ,塑料件質量可靠 ,成本較低 [6]。 6 3. 2 分型面的選擇 該塑料件為雙連齒輪 ,外表質量要求較高。在選擇分型面時 ,根據分型面的選擇原則 ,考慮不影響塑料件外觀質量、便于清除毛刺及飛邊、有利于排除模具型腔內的氣體、分模后塑料件留在動模一側以便于取出塑料件等因素 ,分型面應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 ,則塑料件分別在動定模成型 ,可能產生合模誤差 ,會使塑料件產生一定的同 軸度誤差 ,且飛邊不易清除。而若按 則塑料件整體由一個模板成型 ,消除了合模誤差導致塑料件產生同軸度誤差的可能性[7]。另外 ,為了提高自動化程度和生產率 ,保證塑料件的表面質量 ,采用點澆口澆注。而模具采用雙分型面結構 ,一個分型面用于成型塑料件 ,另一個分型面用于取出澆注系統(tǒng)凝料。 3. 3 成型零部件設計 由于塑料件外形輪廓為齒輪 ,型腔不易加工 ,為了拆卸方便 ,將凹模設計為整體嵌入式 ,即凹模加工成帶臺階的鑲塊 ,從凹模定模板下部嵌入 ,用支承板螺釘將其固定。結構如圖 4所示。 圖 4 型腔結構固定圖 7 由 于所成型塑料件尺寸較小 ,型芯單獨制造后 ,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 ,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 ,調質處理后布氏硬度達到70[8]。其結構形式如圖 5所示。 圖 5 定位桿固定結構圖 塑料件精度為 設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齒數不變、模數為 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)的設計 澆注系統(tǒng)是指在模具中由注塑機噴嘴到模具型腔之間的進料通道。為便于將凝料從主流道中拔出 ,將主流道設計成圓錐形 ,其斜度取 4° ,內壁粗糙度 . 8μ m,同時為了使熔料順利進入分流道 ,在主流道出料端設計 r=5 圓弧過渡 ,主流道澆口套與定位圈設計成整體形式 ,用螺釘固定于定模座板上。該塑料件體積較小 ,形狀較簡單 ,壁厚均勻且塑料流動性好 ,為減少熔接痕 ,可采用單點進料的方式 ,分流道的截面形狀為 13]。為滿足塑料件外觀質量要求 ,同時盡量使 8 模具結構更簡單 ,并結合已確定的分型面位置 選擇如圖 6 所示的點澆口進料方式 ,澆口位置選擇在嵌件附近 [14]。 圖 6 點澆口結構圖 3. 5 模溫調節(jié)系統(tǒng)的設計 塑料注射模溫度調節(jié)能力不僅影響塑料件質量 ,而且決定著生產效率。冷卻水道應避開塑料件易產生熔接痕處 ,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 ,其結構型式與冷卻回路相同 ,將介質改為熱水即可達到設計要求 [15]。 4 模具工作原理 注塑機開模 ,分流道開設在定模座上 ,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 ,將點澆口拉斷 ,澆注系統(tǒng)凝料靠自重墜落 ;當主流道凝料完全脫出定模板后 ,導柱 6 和限位釘 11 阻止中間流道板繼續(xù)運動 ,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。最后注塑機推出系統(tǒng)動作 ,動模側的推管 27將塑料件從凹模型腔上推出 [16]。 9 5 結論 通過對塑料件精度和結構的分析 ,優(yōu)化了雙聯圓柱齒輪的注射成型工藝參數和模具結構。采用 1模 4腔成型 ,提高了生產效率。安裝了定位桿 ,使嵌件在合適的位置避免晃動 ,以保證其形位精度。模具采用點澆口澆注系統(tǒng)形式保證塑料件表面質量。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構 ,有利于模具的安裝與維修 ,達到了很好的效果。該模具可以實現自動化生產 ,提高產量。 10 參考文獻 [1](英 )斯瓦德 ,L 特恩格 ,北京 :化學工業(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 ,費業(yè)泰 哈爾濱工業(yè)大學學報 ,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)技術學院學報 ,2007(2):10~13 [7]周坤魯 ,劉建柱 工程塑料應用 ,2003(1):23~24 [8]溫崇哲 北京 )機械工業(yè)出版社 ,9 [9]李黎明 有限元分析實用教程 清華大學出版社 ,5 [10][張朝暉 分析教程與實例解析 中國鐵道出版社 ,5 [11]濮良貴．機械設計 [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：石油大學出版社， 1999． 86~99 [13]姚英姿．齒輪的精確建模及其接觸應力有限元分析 [J]．現代機械， 2004（ 6）： 16 [14]李世國． 文 版范例教程 [M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004． 321~329 [15]楊萍． E 間無縫連接的應用研究 [J]．機械設計與制造， 2006（ 1）： 58 [16]胡仁喜． 械設計高級應用實例 [M]．北京：機械工業(yè)出版社， 2005． 304~314 11 致 謝 光陰荏苒，日月如梭，在 井大 的三年學習時間即將過去。在漫長的人生旅程中，三年時間并不算長，但對我而言，是磨礪青春、揮灑書生意氣的三年，也是承受師恩、增長才干、提高學識的三年。在此，我特別要感謝我的論文指導老師艾永平 先 生。就本篇 畢業(yè)論文總結報告 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，每個環(huán)節(jié)都凝結老師努力的付出和辛勞的汗水。