斜齿轮塑料注塑模具设计(附件)
本课题研究的是塑料齿轮注塑模具，塑料齿轮多应用于仪表、儿童玩具车和机械相机等等，塑料齿轮要求有比较高的强度和一定的柔韧性，所以我们选择了力学综合性能比较好的塑料材料ABS。在设计过程中，我们先对塑料齿轮制件进行工艺分析和模流分析，来选取合适的模架和注塑机等等。经过制件工艺性分析和模流分析，知该制件为小型塑件，相应地需要设计小型模架和注塑机，该模具适合采用一出四腔双分型面模具结构，采用细水口三板模模架，在齿轮顶面匀布设置三个点浇口浇注。
关键词 ABS，双分型面，模流分析，一模四腔
目录
1 引言 1
2 模流分析 2
2.1 基础理论知识 2
2.2 制件分析 3
2.3 模流分析模型 6
3 制件的工艺设计分析 12
3.1制件的脱模斜度 12
3.2确定型腔数量及型腔布局 13
3.3模架的选择 14
3.4模具的选材及热处理要求 15
3.5注射机型号的选择 16
3.6注射机有关工艺参数的校核 19
4 分型面的设计 21
4.1分型面的选择原则 21
4.2分型面的确定 21
5 浇注系统的设计 22
5.1主流道设计 23
5.2分流道的设计 24
5.3浇口的设计 25
6 模具成型零部件的设计 27
6.1型腔的结构设计 27
6.2型芯的结构设计 27
6.3司筒的结构设计 28
6.4成型零部件的工作尺寸的计算 29
7 合模导向机构的设计 31
7.1导向机构的功用 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
31
7.2导向机构的设计 31
8 模具的工作过程原理 32
结论 35
致谢 36
参考文献 37
1 引言
在讨论注塑模设计之前，我们先对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。首先要对模具有一个整体的认识。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。
目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。
塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展 [1] 。
本课题是关于塑料齿轮的注塑模具设计。要求运用所学知识,能很好的对注塑模具进行设计。达到熟练的掌握注塑模具的设计知识,并能对注塑模具设计有更高层次的认识的目的。
该课题的设计要求通过基于现代CAD技术的注塑模设计,在设计过程中掌握模具设计的一般规律,对于运用现代CAD技术进行模具设计进行研究和应用,完成塑料齿轮注塑模具设计。所设计塑料齿轮模具要能满足模具工作状态的质量要求,使用时安全可靠,便于维修,在注塑成型时要有较短的成型周期,成型后有较长的使用寿命,具有合理的模具制造工艺性。
2 模流分析
2.1 基础理论知识
2.1.1 Moldflow软件技术应用
（1）Moldflow 软件概要
Moldflow公司是一家专业从事塑料成型计算机辅助工程分析（CAE）的跨国性软件和咨询公司。自1978年美国Moldflow公司发布了世界上第一套流动分析软件以来，几十年不断的技术改革和创新一直主导着CAE软件市场。Moldflow软件以87％市场占有率及连续五年17％的增长率成为全球主流分析软件，该公司有遍布全球60个国家超过8000家用户,在世界各地都有Moldflow的研发机构及分公司。Moldflow公司拥有自己的材料测试检验工厂，为分析软件提供多达8000余种材料检测数据，极大地提高了分析准确度。Moldflow软件为优化塑件、模具设计和注塑生产工艺提供了一整套解决方案。
MPI具有模拟分析注射成型中塑料流动形态、产品体积收缩、冷却时间、纤维配向性、产品翘曲等功能，建立了丰富了材料数据库。此外，MPI还能模拟分析气体辅助注塑成型及热固性成型等。
使用MPI模拟分析可缩短注塑生产周期。我们通过电脑模拟分析能确定和修改潜在问题。并帮助模具设计人员预测常碰到的问题并加以修正设计。帮助合理选择材料材质以节省材料费用，简化烦琐的注射成形条件设定以提高工效，达到降低成本之目的。
MPI主要模块及功能如下：
模型导入与修复。MPI有三种分析方法：基于中心面的分析、基于表面的分析与三维分析。中心面既可运用MPI软件的造型功能完成，也可从其他CAD模型中抽取，再编辑；表面分析模型与三维分析模型直接读取其它CAD模型，如快速成型（STL）、IGES、STEP、Pro/E模型及UG模型等格式的文件。模型导入后，软件提供了多种修复工具，以生成既能得到准确结果，又能减少分析时间的网格。
流动分析:分析塑料在模具中的流动，以优化模腔的布局、材料的选择、充填和保压等工艺。
冷却分析:分析冷却系统对流动过程的影响，优化冷却管道的布局和工作条件，与流动分析相结合，可以得到完美的动态注塑过程。
纤维充填取向分析:塑件纤维取向对采用纤维化塑料的塑件性能（如拉伸强度）有重要影响。
结构应力分析:分析塑件在承受外界载荷情况下的机械性能，并可在考虑注塑工艺的前提下，优化塑件的强度和刚度。
确定合理的塑料收缩率:MPI通过流动分析结果确定合理的塑料收缩率，保证模腔的尺寸在允许的公差范围内，从而减少塑件废品率，提高产品质量。
特殊注塑成型过程分析:MPI可以模拟共注射、反应注射、微芯片封装等特殊的注射成型过程，并对其进行优化 [2] 。
2.2 制件分析
2.2.1 制件结构分析
结构制件的基本结构尺寸如图2.1、图2.2所示。
图2.1 制件图
图2.2制件三维图
制件大小为小尺寸规格，锥齿轮的齿要求具有耐磨性和一定的强韧性，制件中心有一圆柱通孔，制件的壁厚不是很均匀，注塑有一定的难度，所以需要模流分析。
2.2.2 制件材料分析
本次设计选择力学综合性能较好的材料ABS作为塑件的材料，其中A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。ABS不透明，外观除薄膜外都呈浅象牙色、无毒、无味、兼有韧、硬、燃烧缓慢。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以赋予用户在产品设计上有很大的灵活性，并且由此产生了市场上数百种不同品质的ABS材料。ABS具有优良的综合性能，由于组分、牌号和生产厂家生产方法的不同，使之在性能上存在较大差异，因此以下的试验数据仅供参考 [3] 。
1 引言 1
2 模流分析 2
2.1 基础理论知识 2
2.2 制件分析 3
2.3 模流分析模型 6
3 制件的工艺设计分析 12
3.1制件的脱模斜度 12
3.2确定型腔数量及型腔布局 13
3.3模架的选择 14
3.4模具的选材及热处理要求 15
3.5注射机型号的选择 16
3.6注射机有关工艺参数的校核 19
4 分型面的设计 21
4.1分型面的选择原则 21
4.2分型面的确定 21
5 浇注系统的设计 22
5.1主流道设计 23
5.2分流道的设计 24
5.3浇口的设计 25
6 模具成型零部件的设计 27
6.1型腔的结构设计 27
6.2型芯的结构设计 27
6.3司筒的结构设计 28
6.4成型零部件的工作尺寸的计算 29
7 合模导向机构的设计 31
7.1导向机构的功用 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
31
7.2导向机构的设计 31
8 模具的工作过程原理 32
结论 35
致谢 36
参考文献 37
1 引言
在讨论注塑模设计之前，我们先对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。首先要对模具有一个整体的认识。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。
目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。
塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展 [1] 。
本课题是关于塑料齿轮的注塑模具设计。要求运用所学知识,能很好的对注塑模具进行设计。达到熟练的掌握注塑模具的设计知识,并能对注塑模具设计有更高层次的认识的目的。
该课题的设计要求通过基于现代CAD技术的注塑模设计,在设计过程中掌握模具设计的一般规律,对于运用现代CAD技术进行模具设计进行研究和应用,完成塑料齿轮注塑模具设计。所设计塑料齿轮模具要能满足模具工作状态的质量要求,使用时安全可靠,便于维修,在注塑成型时要有较短的成型周期,成型后有较长的使用寿命,具有合理的模具制造工艺性。
2 模流分析
2.1 基础理论知识
2.1.1 Moldflow软件技术应用
（1）Moldflow 软件概要
Moldflow公司是一家专业从事塑料成型计算机辅助工程分析（CAE）的跨国性软件和咨询公司。自1978年美国Moldflow公司发布了世界上第一套流动分析软件以来，几十年不断的技术改革和创新一直主导着CAE软件市场。Moldflow软件以87％市场占有率及连续五年17％的增长率成为全球主流分析软件，该公司有遍布全球60个国家超过8000家用户,在世界各地都有Moldflow的研发机构及分公司。Moldflow公司拥有自己的材料测试检验工厂，为分析软件提供多达8000余种材料检测数据，极大地提高了分析准确度。Moldflow软件为优化塑件、模具设计和注塑生产工艺提供了一整套解决方案。
MPI具有模拟分析注射成型中塑料流动形态、产品体积收缩、冷却时间、纤维配向性、产品翘曲等功能，建立了丰富了材料数据库。此外，MPI还能模拟分析气体辅助注塑成型及热固性成型等。
使用MPI模拟分析可缩短注塑生产周期。我们通过电脑模拟分析能确定和修改潜在问题。并帮助模具设计人员预测常碰到的问题并加以修正设计。帮助合理选择材料材质以节省材料费用，简化烦琐的注射成形条件设定以提高工效，达到降低成本之目的。
MPI主要模块及功能如下：
模型导入与修复。MPI有三种分析方法：基于中心面的分析、基于表面的分析与三维分析。中心面既可运用MPI软件的造型功能完成，也可从其他CAD模型中抽取，再编辑；表面分析模型与三维分析模型直接读取其它CAD模型，如快速成型（STL）、IGES、STEP、Pro/E模型及UG模型等格式的文件。模型导入后，软件提供了多种修复工具，以生成既能得到准确结果，又能减少分析时间的网格。
流动分析:分析塑料在模具中的流动，以优化模腔的布局、材料的选择、充填和保压等工艺。
冷却分析:分析冷却系统对流动过程的影响，优化冷却管道的布局和工作条件，与流动分析相结合，可以得到完美的动态注塑过程。
纤维充填取向分析:塑件纤维取向对采用纤维化塑料的塑件性能（如拉伸强度）有重要影响。
结构应力分析:分析塑件在承受外界载荷情况下的机械性能，并可在考虑注塑工艺的前提下，优化塑件的强度和刚度。
确定合理的塑料收缩率:MPI通过流动分析结果确定合理的塑料收缩率，保证模腔的尺寸在允许的公差范围内，从而减少塑件废品率，提高产品质量。
特殊注塑成型过程分析:MPI可以模拟共注射、反应注射、微芯片封装等特殊的注射成型过程，并对其进行优化 [2] 。
2.2 制件分析
2.2.1 制件结构分析
结构制件的基本结构尺寸如图2.1、图2.2所示。
图2.1 制件图
图2.2制件三维图
制件大小为小尺寸规格，锥齿轮的齿要求具有耐磨性和一定的强韧性，制件中心有一圆柱通孔，制件的壁厚不是很均匀，注塑有一定的难度，所以需要模流分析。
2.2.2 制件材料分析
本次设计选择力学综合性能较好的材料ABS作为塑件的材料，其中A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。ABS不透明，外观除薄膜外都呈浅象牙色、无毒、无味、兼有韧、硬、燃烧缓慢。ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以赋予用户在产品设计上有很大的灵活性，并且由此产生了市场上数百种不同品质的ABS材料。ABS具有优良的综合性能，由于组分、牌号和生产厂家生产方法的不同，使之在性能上存在较大差异，因此以下的试验数据仅供参考 [3] 。
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