《（数控模具设计）注塑锥齿轮三维分析及模具设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（数控模具设计）注塑锥齿轮三维分析及模具设计（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、苏州大学本科生毕业设计（论文）摘要本文运用三维绘图软件Solidworks进行塑料锥齿轮的模具设计，实现计算机辅助设计（CAD）以及计算机辅助制造（CAM）。运用Moldflow进行模拟分析（CAE），进行制品成型的流动分析和充型分析，以此为依据，分析可能的缺陷和改进措施。首先，根据零件大小确定排样、模架类型，确定初步的成型工艺；然后运用Moldflow进行填充、保压、冷却、翘曲分析；根据分析结果，修订成型工艺，使用Solidworks中的imold插件来生成模具的型腔，并装配模架，实现由计算机来辅助设计模具。这样的设计方法可以保证产品质量和性能，同时也验证模具制造时的注意和工艺，缩短了模具制
2、造周期和成本。关键词：Solidworks，Moldflow，注塑，锥齿轮Abstract In this paper, three-dimensional drawing software , Solidworks , was used in the plastic bevel wheel mold design , supported by computer-aided design (CAD) as well as computer-aided manufacturing (CAM) . The cast simulated analysed by Moldflow (CAE) , to
3、 make out the ability of flow and molding , and this analysis is the basis of the possible defects . First , determine the layoutmold type , based on part size , and the initial molding process . Then using Moldflow to carry out filling, packing, cooling, warpage analysis . Based on the results, rev
4、ised molding process, and use the imold plug-ins in Solidworks to generate the mold cavity ,then assemble with the carriers . So , the design was aided by the computer . In this way we can improve measures to ensure product quality and performance , also , verify the point and processes of the mold
5、, to reduce the time and cost of the mould manufacturing . Keywords:. Solidworks , Moldflow , plastic cast , bevel wheel前言随着人类社会的进步，材料的使用也发生着变化。从石器时代开始，人类就在寻找更新、更好的材料，制作不同的器物和工具。到目前为止，人类所使用的材料可以分为四大类：木材、水泥、钢铁和塑料1。塑料，作为高分子聚合物，它的性能和应用可以说是无穷无尽，同时，塑料的生产成本比金属要低，使得塑料制品在一些领域逐渐代替金属材料，在农业、包装、运输、电气、化工、建筑、航空航天
6、、仪表以及日用品都离不开塑料。塑料制品的获得方法有很多，与金属材料相比，塑料制品不仅可以通过机械加工获得，还可以通过成型加工直接获得，而不同的材料就需要用不同的成型工艺和加工方法。部分塑料产品必须依靠模具来成型，例如手机、电脑的外壳，饮料瓶等等。因此，模具的设计直接与塑料制品的复杂程度、美观程度、结构工艺性相关。同时，制品的设计必须考虑模具设计的问题，从而避免制品出现缺陷。本文所要分析的塑料锥齿轮就是塑料制品代替金属制品的一个例子。第一章 锥齿轮的设计1.1注塑材料的选择齿轮是机械传动中运用最为广泛的一种，其结构紧凑，传动比稳定。塑料齿轮更具有金属齿轮所不具有的高耐磨性、质量更轻，而且对润滑的
7、要求相对要低。而塑料齿轮的成型方法也使得可以进行大批量生产，同时不必考虑齿轮结构的复杂程度。另一方面，塑料齿轮有其不可避免的缺陷。由于塑料对温度比较敏感，成型时具有收缩性，因此塑料齿轮精度较差，对环境要求高，强度也不高，使用寿命短。注塑齿轮被广泛运用于载荷不高，运转平稳的机构，如仪表、玩具、汽车、打印机等常见的地方。塑料齿轮常用材料有两种聚甲醛Polyoxymethylene （POM）和聚酰胺Polyamide（PA）。PA品种有很多，常见的有PA6，PA66，PA610，PA11，PA12。PA具有良好的耐腐蚀性，对大多数酸碱盐都有抵抗力，还对芳香族化合物呈惰性，能抵御汽油、酒精、脂肪的侵
8、蚀，但不耐强酸和氧化剂。PA的缺点是易吸水，耐光性差2。PA可用于制造各种轴承、齿轮、储油器，各种外壳、垫圈、，传动带、砂轮胶粘剂、电器线圈、电缆接头，各种螺钉、螺母、滑轮套、衬垫、轴承保持架、汽车和拖拉机上各种输油管、活塞、绳索、传动皮带，纺织机械工业设备零雾料，以及日用品和包装薄膜等2。 PA材料颗粒 POM棒料图1-1POM是一种没有侧链，高密度，高结晶度的线性聚合物，具有良好的综合性能。自润滑性能和耐磨性能比较优越，可在-40100范围内长期使用，具有良好的耐油性和耐过氧化物的能力，但不耐酸，不耐强碱，不耐紫外光照射。POM吸水性小，尺寸稳定，有光泽，是热塑性树脂中最坚韧的2。其性能参
9、数见表1。表1 POM各项参数密度g /cm31.39吸水率0.2连续使用温度-50-110屈服抗拉强度MPa63屈服拉应变10极限抗拉强度MPa极限拉应变31抗冲击韧度Kj/缺口冲击韧度Kj/6洛氏硬度MPa135邵氏硬度MPa85抗弯强度MPa弹性模量MPa2600软化温度150热变形温度HDT155热线膨胀系数1.1热导率W/(mK)031摩擦系数0.35本文选择POM作为注塑材料，根据POM的性能设计时应注意以下要求：（1）模具设计方面2POM具有高弹性，浅的侧凹可以强行出模流道和浇口：可以使用任何类型的浇口使用热流道必须设计流动阻力较小的浇注系统，避免流道内有死角设计合理的顶出脱模机
10、构，以免因热膨胀而卡死POM高温下会分解出对模腔有腐蚀性的气体，模腔表面需进行耐腐蚀处理，并设计排气结构（2）注塑工艺条件2干燥处理：一般不干燥或进行短时间干燥（100，12h）加工温度：均聚物材料为190230，共聚物材料为190210，温度高于240会分解出甲醛单体，影响产品质量以及腐蚀模腔模具温度：80100注射压力：注射压力100MPa，背压0.5MPa注射速度：宜采用中、高速POM收缩率很大（2%2.5%），尽量延长保压时间来补缩1.2锥齿轮的设计图1-2 锥齿轮3D模型锥齿轮标准GB/T 12369-1990，参数为：模数：m = 0.5齿数：30配对齿轮齿数：15齿宽：3 mm压
11、力角：20内孔直径：5 mm体积：254.91 立方毫米表面积：511.69 平方毫米第二章 模流分析Moldflow是一款专业性模流分析软件。它可以在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，包括最佳浇口位置、填充、保压、冷却、翘曲、六道平衡、最佳成型工艺、纤维取向、结构应力和收缩分析等3。运用软件进行模流分析的目的是，再设计阶段预测成型产品可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率，以达到降低生产成本，缩短设计周期。参数设置：材料：Duracon M450-44:Polyplatics（POM）冷却系统：水管直径10mm，水管与制品间距25mm模具表面温度：90熔体温度：200开模时间：5s注射+
12、保压+冷却时间：80s图2-1 锥齿轮排样成型零件图图2-2 数据准备2.1填充分析填充时间（图2-2）能够直观表示个位置的填充先后次序和填充所用的时间，分析制件填充时流动是否均匀。由图2-3可以得到注射嘴处的压力，在第5秒之后，压力达到一个较大值，这是因为型腔已经填充满，压力继续上升，达到最大值，从第6秒后，达到保压压力，保压时长10秒，然后撤去压力，进入冷却阶段。图2-3 填充时间图2-4 注射位置处的压力Moldflow会根据工艺得出一个螺杆速度，图2-4，这个推荐值为设置注塑机螺杆速度提供了参考，是设置注射剂螺杆速度的重要依据。图2-5 推荐螺杆速度顶出时的体积收缩率（图2-5）和体积
13、收缩率（图2-6）受填充时保压时间的影响，设计合理的保压时间和保压条件，避免出现欠保压和过保压，尽量降低由保压引起的收缩、翘曲等缺陷。图2-6 顶出时的体积收缩率图2-7 体积收缩率气穴（图2-7）和熔接痕（图2-8）是由于填充时，型腔内的气体无法排尽而造成的一种常见缺陷。解决这种缺陷的方法是延长保压时间，并设计排气槽；也可以改变浇口位置，使气穴和熔接痕转移到不重要的位置，以保证主要表面的质量。图2-8 气穴图2-9 熔接痕2.2冷却分析冷却分析的目的是通过模拟模具内部热传递的情况，优化冷却管道的设置，确定冷却时间，提高产品质量3。图2-10 达到顶出温度的时间2.3翘曲分析翘曲变形是指注塑制
14、品形状偏离了型腔形状，从而影响了产品的尺寸精度和形状精度。翘曲分析的目的是预测产品成型后的翘曲程度、分析翘曲产生的原因3。本文所用的工艺，造成翘曲的主要是收缩和角效应引起的，延长保压时间可以降低翘曲变形。图2-11 翘曲变形，所有因素第三章 模具设计注塑模具是所有塑料模具中结构最复杂，设计、制造精度最高，运用最为广泛的一种模具。注塑模具必须安装在塑料注射机上，实现合模、注射、保压冷却、开模、推出制品的运作。因此，注塑模具的设计必须要考虑注塑机的参数，所用塑料的特性，成型工艺等因素。3.1模架与注塑机的选择注塑模具整体结构包括：成型零件即型腔，侧向分型机构与抽芯机构（视制件结构而定），排气系统，浇注系统，温度控制系统，脱模系统，定位导向零件，模架。其中，模架是有特定规格的，已经标准化，常用的有二板模模架、三板模模架和简化三板模模架三种2。根据Moldflow分析所获得的结论，选择二板模模架，顶杆脱模式注射模结构4,选用东方系列注射剂机，DFL68B型，参数如下：螺杆直径：30mm螺杆长径度L/O：22理论注射容量：90mm3注射重量:82g注射速度：73g/s注射压力：188MPa螺杆转速：220rpm锁模力：680KN移模行程：280mm拉杆间距：310mm310mm
