塑料齿轮的注塑模设计毕业设计论文

塑料齿轮的注塑模设计摘要：塑料齿轮与传统的金属齿轮相比，具有质量轻、承受的载荷较低、传动时噪音低和制造成本低等优点，使得塑料齿轮近年来在工业产品中越来越广泛地被应用。

注塑成型是塑料制品生产的一种重要的方法。

目前，在塑料齿轮注塑模设计过程中，多是采用模具使注塑件一次直接成型。

由于注塑件结构和工艺上的圆角、凹槽等局部特征，就会使得注塑模具结构变得极为复杂，增加了模具制造的成本，也使注塑件的加工效率大大降低。

本设计不再采用注塑方法使塑料齿轮直接成型，而是通过改变注塑件的局部特征和结构以及辅助一些特殊的加工方法。

经过仔细分析确定了加工工艺：注塑成型——车削加工mmR圆弧。

6圆弧槽及3经过这样处理，注塑模结构变得很简单。

在车削加工时可以选用专用的工装卡具，注塑成型后的齿轮能够很快的装卡在车床上。

因此，该齿轮的加工工艺的制定保证了一定的生产效率且经济性好。

通过简化注塑件使模具结构能够达到简单化而且保证了模具的成功设计，提高了加工效率，降低了整个注塑件的加工成本，保证了客户的满意度。

关键词：塑料齿轮浇注系统注塑模分型面1 引言在注塑模设计中经常会遇到注塑件由于本身的结构和工艺上的问题而使注塑模具结构复杂甚至难以注塑成型；有的属于产品设计者不注重产品的加工工艺性而随意在产品上增加诸如圆角、凹槽、凸台、倒钩等局部特征；有的是根据产品的使用目的而不得不增加一些特殊局部结构来满足使用要求。

相对于这些注塑工艺上的难点，必须采取一定的方法来解决此类问题。

通过改变注塑件的局部特征和结构以及辅助一些特殊的加工方式等手段使得产品结构能够符合注塑成型工艺且模具结构能够达到简单化，而使模具设计成功的概率得到很大的提高。

本次设计通过注塑件的成型加工工艺来了解注塑模具设计的方法（模具的型腔布置、分型面选择、浇注系统、成型零部件、抽芯机构、导柱导向机构设计、脱模机构设计及冷却系统的设计；根据设计注塑模的需要，选择合适的注塑机；根据所设计模具工作的需要，合理选择模具的材料以及对所选材料进行相应的热处理）。

1.1注塑件的结构和工艺性介绍本次设计的塑料齿轮为某电机上的一个注塑件，根据其使用情况，该注塑件的一端设计为齿型结构，另一端为孔，由于孔需要与轴有一定的配合度，故有一定的尺寸精度要求。

该产品仅对孔壁配合有一定的公差要求而其他包括齿轮的公差尺寸都不做要求。

该注塑件看起来很简单，似乎通过上下模直接分型即可注塑成型。

但经过对产品图进行仔细分析，发现该注塑件要直接注塑成型存在着很大的困难。

首先是齿轮的齿型中间有一圈半圆弧，经过仔细分析该半圆弧通过注塑成型不是不可以，但存在很大的难度且会使模具结构变得极为复杂。

其次齿轮的齿型结尾处有一圆周圆弧R3。

它的存在改变了注塑件的分型面的选择，使得模具零件的加工变得困难起来。

该注塑件存在多处圆周圆弧过渡，使得模具型腔和型芯结构复杂。

而所有这些结构根据其使用要求都是不可替代的。

在本次设计中的注塑件是某种电机上使用的塑料齿轮，它所使用的材料是ABS塑料。

ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体聚合而成的非结晶型的高聚物。

它是在聚苯乙烯基础上改性而发展起来的一种热塑性工程塑料，用ABS塑料注塑成型的塑料齿轮的硬度可以达到30HRC，可以满足了电机所需的传动要求[6]。

表1-1 ABS塑料的性能参数[7]表1-2 ABS塑料注塑成型的工艺参数[8]b.进行调温处理，在100-120℃水中加热2-18h。

2、注塑件（塑料齿轮）的尺寸参数如下图所示：图1-1 未简化的注塑件图(塑料齿轮)图1-2 简化后的注塑件图(塑料齿轮) 1.2 注塑件体积的估算图1-3 注塑件图(塑料齿轮)体积计算示意图该注塑件的形状接近于圆柱体，在计算其体积时可以按照计算圆柱体的体积公式H R H S V 2π=*=，其计算过程如下：3221152.30398)2/462/68(14.3)(mm h r R V =⨯-⨯=-=π321281.1698)2/2.5(14.3mm V =⨯⨯=∴ 31211171.286981.16952.3039mm V V V =-=-=32216.2692)846()2/682/5.77(14.3mm V =-⨯-⨯=32'32.2575)2846()2/5.772/91(14.3mm V =-⨯-⨯=由于不是连续都是的凸齿，∴ 3'336.12872/2.25752/mm V V ===∴ 3332185.647.68496.128716.269271.2869cm mm V V V V ≈=++=++=总1.3 塑件质量的计算本次设计塑件的质量应等于该塑料齿轮的体积与其密度的乘积，塑件的体积在上面已经估算出来了，由于塑料齿轮所选的材料是ABS 塑料，查手册知ABS 塑料的密度为3/1.1~0.1cm g ,在这里我们取3/05.1cm g =ρ。

所以塑件的质量g cm cm g M 1.785.6/05.1V 33≈⨯=⨯=总塑料ρ1.4 注塑机的选用及校核[9]1.4.1 注塑成型设备选择由于注塑件的生产批量不大，选用立式注射机就可以满足生产要求了。

立式注射机的特点是：注射装置与锁模机构的轴线呈一线垂直排列。

其优点：占地少，模具拆卸方便，易于安放嵌件；缺点：重心高，加料困难，推出的塑件要由手工取出，不易实现自动化。

按照该注塑件的生产率、成型条件以及制品体积，我选取国产30SYS这款注射机。

表1-4 30-SYS 注塑机的主要技术参数[5]1.4.2.1 注射压力的校核 国产30-SYS 这个型号注射机的最大注射压力是MPa 9.153，而生产塑料齿轮所需的注射压力在MPa 10060-。

由此可见，所要求的成型压力在注射机所允许的最大注射压力的范围内。

1.4.2.2 锁模力的校核锁模力又称合模力，是指注射机的合模装置对模具所施加的最大夹紧力。

当熔体充满型腔时，注射压力在型腔内所产生的作用力总是力图使模具沿分型面胀开，为此，注射机的锁模力必须大于型腔内熔体压力与塑料制品及浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积[6]。

即 分模A P K F ⋅⋅≥10式中：0F ——注射机的公称锁模力；模P ——模内压力（型腔内熔体的压力）；1K ——压力损耗系数，一般取1/3～2/3；P ——注塞或螺杆施加于塑料上的注射压力；分A ——制品、浇道、浇口在分型面上的投影面积之和。

∴ t KN P K 431.426062/682/9114.39.1533/2A 21≈=-⨯⨯⨯=⋅⋅）（分模 而选取的30-SYS 注射机的锁模力 t t F 43500>=；∴ 30-SYS 注射机满足注射该塑件的锁模力要求。

1.4.3 模具型腔数的确定 模具型腔数可根据塑料制品的产量、精度高低、模具制造成本及所选用注射机的最大注射量和锁模力大小等因素确定。

由于本次设计中的注塑件生产的批量不大，制品的精度要求偏高，所以决定采用单型腔模具。

1.4.4 模具开模行程校核对于单分型面注射模，开模行程按mm H H S )10~5(21++≥来校核；式中：S —注射机的最大开模行程（移动模板行程）；1H —塑件制品推出距离；2H —制品高度； mm S 180=所以，S mm mm H H <=++=++154104698)10~5(21∴ 30-SYS 型注射机在开模行程方面满足注射该塑件的要求。

综合以上的分析与校核，选择30-SYS 型注射机较为合适。

2 浇注系统的设计浇注系统是塑料熔体由注塑、机喷嘴通向模具型腔的流动通道，因此它能够顺利地引导溶体迅速有序地充满型腔各处，获得外观清晰，内在质量优良的塑件。

对浇注系统设计的具体的要求有：对模腔的填充迅速有序；可同时充满各个型腔；对热量和压力损失较小；尽可能消耗较少的塑料；能够使型腔顺利排气；浇注道凝料容易与塑料分离或切除；不会使冷料进入型腔；浇口痕迹对注塑件外观影响很小[5]。

2.1 按制品特点选择浇注形式一般地说，低粘度塑料适宜于选用断面积较小的浇口，粘度对剪切速率变化敏感的塑料也适于选用小浇口。

典型的小断面浇口是侧浇口、点浇口和潜伏式浇口。

为提高塑件的生产率，应尽量选用小断面浇口，浇口的冷却凝固时间不能比塑件冷却凝固时间长。

小断面浇口不仅成型周期短，也容易切除。

所以，结合塑料齿轮注塑成型，由于其要求的生产率和精度要求偏高，所以我们选侧浇口[6]。

浇口起始部分厚度1h 为：mm t n h 4.238.01=⨯=⨯=式中：t —塑件壁厚（mm ）； n —与塑料品种有关的系数[9]；由于该注塑件所使用的材料为ABS 塑料，所以取8.0=n 。

浇口起始部分宽度1W 为：mm A n W 88.530]2)160200(2)15.31160(2)15.31200[(8.030/1=⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯== 式中：A --型腔表面积（2mm ） 设浇口靠型腔一端厚度减少为mm 5.0，减少为起始端的2/9，则浇口靠型腔一端宽度可按大于起始端4.5倍的幅度增大，在这里我们取5倍。

因而：)(40.29588.52mm W =⨯=考虑到两侧压力损失大，厚度应有所增大。

起始端两侧厚度可增大为3.0mm ，靠型腔一端两侧可加厚为0.6mm 。

浇口位置的选择应保证浇口位置能避免熔体喷射充模；应当使熔体取向对塑件性能有利；应有利于充模流动、补料和排气[4]。

2.2 主流道设计主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。

主流道小端尺寸为3.5～4mm 。

在设计主流道时，锥度在2°～8°内选取，在此我选取6°。

主流道带锥度是为了在模具大开时使主流道凝料容易脱离定模。

主流道的径向尺寸的小端（与喷嘴连接的一端）应大于喷嘴口孔径0.5～1.0，由于我们所选择的注射机的喷嘴的孔径为Φ3，所以我们的主流道径向尺寸的小端取4mm 。

这样，当主流道与喷嘴通轴度有偏差时，可以防止主流道凝料不易从定模一侧拉下来。

凹球面半径R ，应比喷嘴球径R 大1～2mm ，可以保证注射过程中喷嘴与模具紧密接触，防止两球面间产生间隙使熔体充入这一间隙中，妨碍主流道凝料顺利从定模拉出。

将主流道开设在一个专用零件——主流道衬套上而不是直接加工在定模板上的方法较好，因为主流道的表面粗糙度和硬度要求一般都比定模板高，可以选用较好钢材，损坏后也容易更换。

2.3 主流道衬套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（俗称浇口套），以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理[8]。

浇口套都是标准件，只需去买就行了。

常用浇口套分为有托浇口套和无托浇口套两种下图为有托浇口套，有托浇口套用于配装定位圈。