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mm

R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30

HRC，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 =⨯-⨯=-=π

321281.1698)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ρ

1.4 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30

SYS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 431.426062/682/9114.39.153

3/2A 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。