玩具零件双联圆柱直齿轮注射注塑成型工艺优化及模具设计-[机械毕业设计论文A3331]
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玩具
零件
圆柱
齿轮
注射
注塑
成型
工艺
优化
模具设计
机械
毕业设计
论文
a3331
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份。48页，17500字。
任务书一份。
校优申请表一份。
PPT答辩稿一份。
图纸共7张，如下所示
A0-模具装配图.dwg
A2-动模板.dwg
A2-定模板.dwg
A3-动模模仁.dwg
A3-双连圆柱直齿轮.dwg
A3-定模模仁.dwg
A3-小型芯.dwg
- 内容简介：
-
本科毕 业论文 (设计 )任务 书 题 目 双联圆柱直齿轮注射成型 工艺优化及模具设计 学生姓名 _ 指导教师 _ 彭 华 建 _ _ 学 院 机电工程学院 专业班级 _ _ 本科生院 制 中 南 大 学 本科毕 业论文（设计）任务书 1、 毕业论文（设计）题目 双联圆柱直齿轮注射成型工艺优化及模具设计 题目类型 1 （ 3） 题目来源 2 （ 3） 毕业论文（设计）时间从 2013 年 2 月 24 日 至 2013 年 6 月 7 日 1. 毕业论文（设计）内容要求 1查阅文献， 了解注射成型领域国内外研究现状， 了解 双联圆柱直齿轮零件 的 结构特点， 收集类似注射成型零件 的 模具设计资料， 完成一篇不少于 2000 字的文献综述； 2完成一篇 3000英文期刊论文的翻译，要求论文内容与注塑成型模具设计、制造或 注塑 成型工艺参数优化相关 ； 3绘制 双联圆柱直齿轮 零件 的三维图，输出其工程图； 4 以大批量生产为前提，分析 双联圆柱直齿轮 零件 的 结构 特点 ， 制定注塑成型方案，完成 相关工艺计算 ，并 选择注塑设备 ； 5 运用 件，对 双联圆柱直齿轮 零件的成型过程进行计算机模拟 ， 优化成型工艺参数； 6 从模具结构形式、浇注系统、脱模机构等 几 个方面考虑， 结合 双联圆柱直齿轮 的结构特点， 提出 两 种或以上模具设计方案，进行方案比较，完成模具设计； 7. 输出模具设计图纸， 要求 绘图符合国家标准，无技术 性 错误； 8. 编写一份不少于 15000 字的设计说明书 ，要求书写规范、正确、无 概念错误，说明书格式符合中南大学本科生毕业论文（设计）规范的要求。 1题目类型： (1)理论研究 (2)应用 研究 (3)工程 工业 设计 (4)艺术设计 (5)其它 2题目来源： (1)教师科研题 (2)生产实际 (社会实践 )题 (3)其它 1 黄宏 M2006 2 杨占尧，白柳 M2009 3 姬雷雷 ,张益华 软件的风扇造型及模具设计 J2003年第 05 期 4 魏永峰 ,周大路 灌溉网阀盖注射模设计中的应用 J2006 第 04 期 5 . 5 (2011) 43526 向雄方 ， 胡群 ， 向雄彪 J. 模具技术 ,2000 年第 05 期 7 王学虎 ， 祝铁丽 ， 宋满仓 ， 刘永云 J. 工程塑料应用 ,2010 年 ,38(5):62计）进度安排 阶段 阶 段 内 容 起止时间 前期 资料收集、文献综述、英文翻译 期 确定 双联圆柱直齿轮 零件 结构， 绘制零件图，制定注塑成型工艺方案 ； 运用 件 进行 双联圆柱直齿轮 零件的成型工艺参数优化； 模具设计方案的比较 ，完成模具设计 ； 绘制模具结构三维图及二维装配图 期 绘制、修改二维零件图、完成毕业设计说明书 辩准备 打印图纸及毕业设计说明书，准备答辩 答辩 答辩 6 月 6、 7 日 指导教师（签名） 时间 ： _ 系 (所 )主任 (签名 ) 时间 ： _ 主管院长（签名） 时间 ： _ 本科毕业论文 (设计 ) 题 目 双联圆柱直齿轮注射成型 工艺优化及模具设计 学生姓名 邱 良 斌 指导教师 彭 华 建 学 院 机电工程学院 专业班级 机 械 0902 完成时间 本科生院制 本科毕业 英文翻译及英文原文 学生姓名 邱 良 斌 指导教师 彭 华 建 学 院 机电工程学院 专业班级 机 械 0902 完成时间 本科生院制 1 中南大学本科优秀毕业论文 (设计 ) 申 请 表 论文题目： 双联圆柱直齿轮注塑成型工艺 参数优化及其模具设计 学 院： 机电工程学院 专业年级： 机械 0902 姓 名： 邱 良 斌 指导老师： 彭 华 建 完成时间： 本科生院制 2013 年 6 月 2 填 表 说 明 1. 必须用钢笔填写或计算机打印； 2 设计 )的主要内容，重点突出独特见解、创新点、学术与社会价值、个人成果等； 3. 指导教师推荐评语应对学生毕业论文（设计）工作进行全面客观评价，包括工作态度、能力水平，任务的完成情况及达到的水平等； 4. 学院选拔推荐工作小组应对学生毕业论文（设计）的质量、达到的水平及答辩情况等进行全面客观评价，并填写具体意见； 5学院推荐意见由主管院长填写，内容应简洁、明确。 6学校评审专家委员会对所有参评作 品进行公正评审，讨论确定评审意见和建议奖励等级。 3 概要（包括论文主要内容，重点突出独特见解、创新点、学术与社会价值、个人成果等） 随着注塑成型技术的发展，塑料零件的应用越来越广泛，塑料齿轮在汽车、医疗、航空航天等领域的传动系统中的应用也日趋广泛。本文对塑料双联圆柱直齿轮零件进行了结构分析，并使用 件模拟注射，根据充填情况对零件工艺参数进行了优化，利用正交试验法和正交设计助手软件获得了最优参数，并针对减少熔接痕提出了高模温对比组得出该材料的最佳模具温度。在确定注射参数后，使用 以及 件进行模具设计。该模具采用三板式结构形式，点浇口中心进浇，考虑到零件整体的力学性能，采用三点均布式点浇口；考虑到零件较小，采用多 根推杆 和推板一起作为推件装置，模具结构紧凑稳定，定位精度较高，操作简单易行。 论文的主要工作和创新点如下： 点浇口难以实现充填完整均匀，充填时间较长，流动前沿温度差较、体积收缩率较大，气穴、熔接痕等较为明显，而采用三点 120均布点浇口则能在短时间内充填完整，改善气穴、熔接痕，较少流动前沿温度差和体积收缩率。 分析的结果可以得知熔体温度越高，流动前沿温度差越大，保压压力越大，流动前沿温度差越小，模具温度和注射时间对其有相反性影响，且注射时间对其影响最大。熔体温度越大，模具温度越大，零件顶出体积收缩率越小，保压压力越大，顶出体积收缩率越大，注射时间对其有相反性影响，熔体温度对其影响最大。熔体温度、保压压力和注射时间对熔接痕有相反性影响，模具温度越高，熔接痕越大，保压压力对其影响最大。 分型面应设计在大齿轮端面，这有利于在推出时保证制件的同轴度，便于推出。 齿轮体积质量较小，在设计顶出机构时应该采用推杆和推件板组合推出制件的方式，这能够保证在推出制件时双联圆柱直齿轮不会出现顶白和顶破，以至于制件断裂的现象发生。 本次设计在小模数塑料齿轮注塑成型浇注系统、工艺参数优化以及模具顶出装置的设计方面有一定的参考价值。 4 指导教师推荐评语： 邱良斌同学在本次毕业设计过程中，尊师守纪 ,团结同学，学习勤奋刻苦，综合应用所学的基础理论和专业知识 , 独立按时按量完成了毕业设计任务书所规定的任务。 该生在查阅大量文献资料的基础上，基于塑料制件注射成型理论，并考虑小模数双联圆柱 直齿轮零件的特点，设计了该零件注射成型仿真试验，得到了成型该零件的最优工艺参数组合，并完成了该零件的模具设计。 在该零件成型工艺参数的优化过程中，采用正交试验方差分析法对成型该零件的主要工艺参数进行了优化，获得了熔体温度、模具温度、保压压力和注射时间对熔接痕及体积收缩率的影响规律，最终得到了该零件的最优成型工艺参数组合。 在该零件的模具设计过程中，针对模具结构、浇注系统、脱模系统等方面制定了多个模具设计方案，进行了方案比较，并对最优模具设计方案进行了详细的结构设计。 设计内容对于双联圆柱齿轮类似塑件的成型工 艺参数优化及模具设计具有一定的参考价值。 设计图纸图面整洁 ,画法正确 ,符合国家制图标准；说明书简明扼要 ,逻辑严谨；英文翻译内容选择恰当，译文准确通顺。 指导教师 彭华建 2013 年 6 月 10 日 学院选拔推荐工作小组意见： 选拔推荐工作小组组长 年 月 日 5 学院推荐意见： 主管院长签字 (盖章 ) 年 月 日 学校评审专家委员会意见： 学校评审专家组长 年 月 日 学校审批意见： 主管领导签 字 年 月 日 导教师 ：彭 华 建 双联圆柱直齿轮注塑成型工艺优化及模具设计 班 级 ：机械 0902 学 生：邱良斌 学号 ： 0806090225 课题背景 单击此处添加标题文字 单击此处添加文字内容 单击此处添加文字内容 单击此处添加文字内容 注射成型技术发展概况 1 塑料齿轮应用前景 2 课题背景 论文的结构和主要内容 工艺优化 模具设计 结构设计 双联圆柱直齿轮结构设计 双联圆柱直齿轮工艺参数优化 双联圆柱直齿轮模具设计 双联圆柱直齿轮结构设计 大齿轮 模数 m 形角 20 齿数 9 小齿轮 齿数 m 形角 20 齿数 双联圆柱直齿轮工艺参数优化 工艺参数是影响注射成型制品质量的关键因素，通过以根据分析结果为模具的工艺参数优化的确定提供参考。 双联圆柱直齿轮工艺参数优化 考虑到双联圆 柱直齿轮体积较小 ，难以完整均匀填充 ，浇口系统选择一模四腔 ， 三点均布式点浇口进浇 。 双联圆柱直齿轮工艺参数优化 参数优化 参数的选择 熔体温度 注射时间 模具温度 保压压力 双联圆柱直齿轮工艺参数优化 水平 1 水平 2 水平 3 溶体温度 / 215 235 225 模具温度 / 60 80 70 保压压力 /00 150 125 注射时间 /s 1 素 双联圆柱直齿轮工艺参数优化 熔接痕 验号 流动前沿温度差值 / 顶出时体积收缩率 /% 最大熔接痕 / 联圆柱直齿轮工艺参数优化 211/ 1 0 l g ( ) 利用信噪比是衡量某项因素重要性的标准 ， 受噪声影响最小的试验即具有最大的信噪比 ， 采用的是目标值越小越优计算方法 ，由此对试验进行优化 。 双联圆柱直齿轮工艺参数优化 2 ）（ 方差分析通过百分数值体现流动前沿温度差 、 顶出时体积收缩率 、 最大熔接痕等缺陷受工艺参数影响的权重 。 双联圆柱直齿轮工艺参数优化 熔体温度 235 模具温度 80 保压压力 150射时间 1s 双联圆柱直齿轮工艺参数优化 流动前沿温度差 顶出时体积收缩率 熔接痕 联圆柱直齿轮工艺参数优化 结果分析 一般注射成型中 ， 但是过高的模具温度可能会适得其反 ， 所以做一组对比试验 ， 3项参数值使用上述最优值 ，仅进一步提高模具温度 。 双联圆柱直齿轮工艺参数优化 流动前沿温度差 顶 出 时 体 积 收 缩 率 熔接痕 出 时 体 积 收 缩 率 流 动 前沿 温 度差 熔接痕 联圆柱直齿轮模具设计 考虑到浇注系统选择点浇口，模具设计采用三板式结构，模具设计主要从注塑设备，脱模机构和模架选择三方面设计。 双联圆柱直齿轮模具设计 注塑设备 为了满足注射量 ， 和注射压力的需求 ， 所以精密注射机：选择注射机德国德马格 80 理论注射容量 /3 锁模行程 /00 螺杆柱塞直径 /8 最大模具厚度 / 注射压力 /11 最小模具厚度 /60 注射速率 / 出行程 /00 拉杆间距 /80 280 射出行程 /0 锁模结构 直压 喷嘴球半径 /0 锁模力 /50 喷嘴口孔径 / 双联圆柱直齿轮模具设计 分型面选择 为保证制件推出时的同轴度，选择大齿轮末端表面作为分型面。 双联圆柱直齿轮模具设计 主流道浇口 高温的塑料熔体与喷嘴反复接触摩擦，非常容易磨损，所以需要用特殊材料进行特殊加工，便于拆卸更换。 双联圆柱直齿轮模具设计 分流道浇口 分流道采用平衡式布排，三点 120进浇。 双联圆柱直齿轮模具设计 模仁结构 定模模仁 动模模仁 小型芯 双联圆柱直齿轮模具设计 21)1()t a n(2 S 脱模力按照近似厚壁圆筒塑件计算，进而确定脱模方式。 双联圆柱直齿轮模具设计 脱模机构 由于该塑件体积尺寸较小，所以脱模时需要较大的脱模力，由于制件结构在顶出过程中易断裂，参考脱模机构的选择原则，本设计选用推杆和推件板组合推出，推杆的直径按塑件的尺寸选取最小尺寸 4布为每腔 2根。 双联圆柱直齿轮模具设计 浇注系统凝料脱出机构校核 根据点浇口模具设计特点，若要浇注系统凝料顺利脱出，必须满足定距拉杆的定距长度 凝料总长 +定距螺钉移动距离。 10520凝料能够顺利脱出。 双联圆柱直齿轮模具设计 模架选择 根据浇口形式选取 标记50 7012555 双联圆柱直齿轮模具设计 模仁及模架三维模型 双联圆柱直齿轮模具设计 排气系统 该塑件气体可以较容易的从分型面、型 芯和推件板间的间隙排出，每个型芯上有 2 跟推杆，其配合间隙可作为气体排出方式， 很难形成憋气现象。 双联圆柱直齿轮模具设计 冷却系统 成型零件尺寸较小，散热效果相比大的制件来说较好，且该设计中并未要求快速冷却，为节省成本，故不需要添加冷却水道，采用塑件自然冷却的方法。 双联圆柱直齿轮模具设计 模具开模 第一次分型 双联圆柱直齿轮模具设计 第二次分型 双联圆柱直齿轮模具设计 第三次分型 双联圆柱直齿轮模具设计 合模循环 双联圆柱直齿轮模具设计 模具三维开模 双联圆柱直齿轮模具设计 结论 收缩率较大， 在工艺参数优化时应该主要研究其收缩率。 齿轮在成型时在条件允许时宜采用三点均布式点浇口， 这有利于填充均匀，减少熔接痕，提高制件质量。 模具结构设计可靠，能够满足双联圆柱直齿轮的注塑 成型，并能够顺利循环开模。 总结反思 以下问题有待进一步讨论研究： 1、进一步改善熔接痕的措施； 2、采用侧抽芯，降低模仁制造成本。 望各位老师批评指正 ！ I 目 录 目录 . 摘要 . . 第 1 章 绪论 . 1 题背景 . 1 具注塑成型 . 2 料齿轮结构特点 . 3 塑成型工艺参数 . 4 塑成型设备 . 4 题 研究主要内容 . 5 第 2 章 双联 圆柱直齿轮结构设计 . 6 联圆柱直齿轮塑件分析 . 6 料选择与性能分析 . 6 塑成型工艺参数 . 7 料准备 . 7 塑成型阶段 . 8 射工艺参数 . 8 第 3 章 双联圆柱直齿轮 成型工艺参数优化 . 9 联圆柱直齿轮 工艺要求 . 9 格划分 . 9 注系统设计 . 9 艺参数的选取 . 错误 !未定义书签。 件成型工艺参数优化 . 错误 !未定义书签。 验仿真 设计 . 错误 !未定义书签。 真 数据 . 错误 !未定义书签。 据 分析 . 错误 !未定义书签。 验 验证 . 错误 !未定义书签。 7 果分析 . 19 第 4 章 双联圆柱直齿轮 模具设计 . 22 型面的选择和型腔布置 . 错误 !未定义书签。 塑机型号的确定 . 23 射量的计算 . 23 注系统凝料体积的初步估算 . 23 择注射机 . 23 数确定 . 24 注系统的设计 . 24 流道的设计 . 错误 !未定义书签。 4 流道的设计 . 25 口的设计 . 27 型零件的结构设计及计算 . 28 型零件的结构设计 . 28 成型零件钢材的选用 . 错误 !未定义书签。 8 型零件工作尺寸计算 . 错误 !未定义书签。 9 模推出机构的设计 . 错误 !未定义书签。 模机构的设计原则 . 错误 !未定义书签。 模力计算 . 错误 !未定义书签。 出方式的确定 . 34 注系统凝料脱出机构的计算 . 35 架的确定 . 35 架尺寸的确定 . 错误 !未定义书签。 架尺寸的校核 . 38 气系统设计 . 37 却系统的设计 . 38 却介质 . 38 却系统的简单计算 . 38 向与定位结构设计 . 40 具工作过程 . 40 结论 . 45 结束语 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附录 设计图纸 . 48 要 随着注塑成型技术的发展，塑料零件的应用越来越广泛，其中塑料齿轮作为机械制造业中重要的传动零件，显得更为突出。 本文对 双联圆柱直齿轮 零件进行了结构 分析 ，并使用 件模拟注射，根据 充填情况 对零件 工艺参数进行了 优化 ，利用正交试验法 和正交设计助手软件 获得了最优 参数，并 针对减少熔接痕 提出了高模温对比组 得出该材料的最佳模具温度 。在确定注射参数后，使用 以及 件进行模具设计。该模具采用三板 式 结构形式，点浇口中心进浇 ，考虑到零件整体的力学性能，采用三点均布式点浇口；考虑到零件较小， 采用多跟细小顶针 和推板一起 作为推件装置，模具结构紧凑 稳定 ，定位精度较 高，操作 简单易行，采用的注塑机为国内外较先进的德国德马格 。本次设计 针对塑料齿轮在工艺参数优化、模具设计有一定的参考价值和积极意义。 关键词 ： 双联圆柱齿轮 注射成型 参数优化 模具设计 of of is As an in it on of of to to by In to it of by of is it as is in is of on of 双联圆柱直齿轮注塑成型工艺参数优化及模具设计 机械专业学生 邱良斌 指导教师 彭华建 摘要： 本文对双联圆柱直齿轮零件进行了结构分析，并使用 件模拟注射，根据充填情况对零件工艺参数进行了优化，利用正交试验法和正交设计助手软件获得了最优参数，并针对减少熔接痕提出了高模温对比组得出该材料的最佳模具温度。在确定注射参数后，使用 以及 件进行模具设计。该模具采用三板式结构形式，点浇口中心进浇。模具结构紧凑稳定，定位精度较高，操作简单易行。本次设计针对塑料齿轮在工艺参数 优化、模具设计有一定的参考价值。 关键词 ： 双联圆柱齿轮 注射成型 参数优化 模具设计。 on of of to to by in to In is in of in of of 引言 当今社会，科学技术的发展日新月异，模具注塑成型技术在近几年来得到大力推广，由于其大批量生产的特点，在制造领域的各行各业均占有一席之地，应用前景无可限量。在如此的发展 趋势下，注塑成型技术的推广势在必行，其定位精度高、制造周期短、制造成本低、高效自动化生产等优势突出，这使其在模具设计中，成为近年来研究的热点和主要方向。其中， 塑料齿轮作为机械传动的重要部分，其惯性小，抗噪声能力强、润滑性好、质量轻 ,制造精度高，成本低，生产效率高，在全球航天、汽车等工业飞速发展的今天，塑料齿轮的开发前景将难以预测。 本 次课题“双联圆柱直齿轮注塑成型工艺参数优化及模具设计”即在此背景下提出。本 次设计主要包含 结构设计、参数优化与模具设计三 方面的内容。 联圆柱直齿 轮塑件分析 双联圆柱直齿轮塑料零件三维图如图 1示，具体尺寸如二维图 1示，齿轮参数如表 1塑件结构较小但较为简单，为保证齿轮精度和尺寸稳定性，材料选择为 件要求如下。 图 1轮三维图 图 1轮二维图 表 1联圆柱直齿轮参数 （ 1）齿轮塑件外形尺寸：大齿壁厚 4齿壁厚 厚相差较大，注射成型时齿轮精度受其体积收缩变化的影响较大。 （ 2）齿轮塑件精度等级：塑件为小模数双联圆柱直齿轮，精度设计为 5级。 料选择与性能分析 塑料齿轮的制作材料有多种，例如 ，各有优劣。 聚甲醛（ 湿特性小，可保证齿轮长时间的尺寸稳定性、抗疲劳性和抗腐蚀性， 般比其他许多工程塑料的成本要低，这节省了成本， 一直是塑料齿轮中的首选材料。 尼龙（ 有较好的坚韧性和耐久度，但吸湿性太强，容易引起塑料尺寸变化，尤其不适合选作高精度传动齿轮 。 聚碳酸酯（ 有抗冲击性合格耐候性，收缩率小。但是其自润性能、耐化学腐蚀差，一般作精密仪器用。 聚对苯二酰对苯二胺（ 有高热变形稳定性，可以在高温下正常工作。 大齿轮 小齿轮 模数 m 模数 m 数 29 齿数 9 齿形角 20 齿形角 20 变位系数 变位系数 疲劳性能及尺寸稳定性。 聚苯硫醚（ 有高硬度，尺寸稳定性，化学性能稳定，主要用于汽车、特殊流体泵等领域。 综上所述， 劳强度高。耐磨性好，磨擦性能非常优异。吸水率低。表面硬度大，刚性好。尺寸稳定性好，产品的尺寸精度高。良好的滑动，故选择 验仿真 设计 双联圆柱直齿轮结构塑件型腔采用矩形一模四腔的形式布置，其零件、型腔大小间距及浇注系统如图 3所示。其中点浇口采用三点均布设置，相比于旁置式单点浇口设置，三点均布式更容易保证齿轮的精度要求。 模角 3，分流道直径 2浇口最小直径 1 由于影响聚甲醛小模数齿轮成型体积收缩率的主要工艺参数是模具温度， 保压压力和注射时间，而熔体温度对熔接痕的影响较大，所以选取模具温度，熔 体温度，保压压力和注射时间为变量，其中保持注射压力和保压压力一致没有压 力降，有利于保证齿轮精度。如表 2用正交实验法分析，参数为熔体 温度、模具温度、保压压力和注射时间。 表 2四因素的三水平表 水平 因素 A/ B/ C/，可以组合成 9次正交试验。通过 析发现， 9 次试验制品填充效果良好 ， 气穴位置没有太大差异，气穴出现在制品的注入口处附近以及齿轮边缘处，型腔排气良好，不用过多考虑气穴带来的制品缺陷，不需要专门考虑排气问题，如图 2 图 2 熔接痕大体分布一致，如图 2本可以接受。 图 2接痕情况 流动前 沿温度差值 (E)、顶出时体积收缩率 (F)、最大熔接痕 (G)结果数据如表 2 2 2 表 2试验号 A/ B/ C/ 1 215 60 100 1 215 70 125 215 80 150 225 60 125 225 70 150 1 225 80 100 235 60 150 235 70 100 235 80 125 1 2试验号 A/ B/ C/ B/ C/ ： 211/ 1 0 l g ( ) 计算信噪比，衡量某项因素的重要性，即受噪声影响最小的试验即具有最大的信噪比； 利用方差分析： 2 ）（ ，通 过 百分 数评 估填充加冻结 时间 、 收缩量、 翘曲变形 受各项工艺参数影 响 的 权 重。 获得最优 参数组合：熔体温度 235，模具温度 80，保压压力 150射时间 1s。最优结果为流动前沿温度差 顶出时体积收缩率 熔接痕 135 果分析 试验 结果表明，熔体温度越高，流动前沿温度差越大，保压压力越大，流动前沿温度差越小，模具温度和注射时间对其有相反性影响，且注射时间对其影响最大。熔体温度越大，模具温度越大，零件顶出体积收缩率越小，保压压力越大，顶出体积收缩率越大，注射时间对其有相反性影响，熔体温度对其影响最大。熔体温度、保压压力和注射时间对熔接痕有相反性影响，模 具温度越高，熔接痕越大，保压压力对其影响最大。 考虑到一般情况下提高模具温度可以减少熔接痕，而对于 料特性，注射过程中使用高模温也许会得到更好的塑件质量，但是过高的模具温度可能适得其反，为了验证此结论，做一组对比实验，除模具温度外，其余 3项均采用最优方案参数。实验验证，在气穴、流动前沿温度差、顶出时体积收缩率、体积收缩率方面对比后没有优势，熔接痕反而增大了，说明模具温度 80是改善塑件熔接痕的最佳温度，可以确定之前求出的参数值较好。 件模具结构设 计 型面的选择与型腔布置 通过对塑件的结构分析，分型面选择为大齿轮末端表面，即最大的横截面积，这有利于顺利开模并顶出塑件。为了保证两齿轮的同轴度，选择如图 4示分型面。 图 3型面选择 由于零件尺寸较小，且需要大批量生产，一模一腔效率过低，所以选用一模四腔布置，制件间距离为 5050 射机的确定 通过估算算一次注入模具型腔的塑料熔体总体积为 根据经验公式初步选择公称注射量为 选择注射机 德国德马格 80理论注射容量为 23 注射压力为 211模力 250其注射压力及锁模力进行校核，均符合要求。 注系统设计 在本设计中，主流道采用锥形流道，这有利于浇口和注塑机熔料顺利注入。此外，在浇口中的高温塑料熔体和喷嘴反复接触摩擦，很容易磨损，所以设计一个可拆卸的主流道衬套，如图 3 图 3流道衬套 为了保证一模 四腔的平衡性及精密度，分流道采用平衡式布排。四个零件的分流道与浇口的长度、形状、截面尺寸都对应相等，以此保证在相同的温度和压力下，所有型腔同时被充满。 本设计分流道采用圆形截面，分流道直径 2据公式 D 分 = 40 5 4 m L 计算可得 一级分流道单边长 5级分流道单边长 25 根据公式 浇 =4 浇 / 别校核主流道和分流道的剪切速率，经过校核，剪切速率符合要求。 型零件 的结构设计 考虑到 成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度 ，良好 的 耐磨性及 不错 的抗疲劳性 ，结构可靠 。所以构成型腔的 模仁材料 选用2条件允许可 进行调制氮化处理。 根据对塑件结构分析，采用整体式的动模模仁和定模模仁，为减少模仁加工成本，特别制作小型芯，如图 33 图 3模模仁结构 图 3模模仁结构 图 3型芯 成型零件径向尺寸根 据公式0 (1 ) zM c p l x 计算，深度尺寸根据公式 c p s 01- H x 计算，尺寸符合公差标准。 模推出机构的设计 脱模力按照厚壁圆筒塑件根据公式21 )1()ta n(2 校核，校核合格。 由于制件较小，为保证其在顶出时塑件体积正常，不发生断裂，采用推杆与推件板综合推出方式。 根据点浇口模具设计特点，若要浇注系统凝料顺利脱出，必须满足定距拉杆的定距长度 凝料总长 +定距螺钉移动距离。因为 10520凝料能够顺利脱出。 架的确定 根据浇口形式选取 标准模架，标记为模架 507012555具三维结构如图 3 图 4准模架三维结构图 气系统设计 该塑件气体可以较容易的从分型面、型芯和推件板间的间隙排出，每个型芯上有 2跟推杆，其配合间隙可作为气体排出方式，很难形成憋气现象。所以不需要特意设计排气槽，实验证明气穴不影响制件质量。 却系统的设计 经过冷却水道计算，冷却水管总长度几乎忽略不计，再加上成型零件尺寸较小， 散热效果相比大的制件来说较好，且该设计中并未要求快速冷却，为节省成本，故不需要添加冷却水道，采用塑件自然冷却的方法。 结论 通过对齿轮模具设计及其注塑成型方面资料的查阅与学习，本文对双联圆柱直齿轮的设计及成型过程进行了较为系统的研究。根据双联圆柱直齿轮的结构特点和材料特性选择工艺参数。使用 件模拟注射，利用正交试验法以及正交试验设计助手软件获得了一组在常规情况下的最优参数，并验证在该参数下，成型塑件具有最小熔接痕，最小顶 出体积收缩率和最小的流动前沿温度差，在此基础上提出了模温较高的对比组进行比较，对比组由于模具温度过高，熔接痕增大，齿轮力学性能反而降低。在最优参数模具温度下，由 者根据最优参数和注塑机的选择双联圆柱直齿轮塑料零件进行了模具设计。由于双联圆柱直齿轮的结构特点，采取点浇口三点式均布进浇，而点浇口因为需要脱料，一般采用三板试结构。为了保证顶出可靠，不损伤塑件，该模具利用多根细小带轴肩的推杆均匀排布，和推件板一起作为推件装置，模架较小，精密但结构简单。其模具结构可靠，操作简单易行，灵便 小巧。 参考文献 1 冯玮 J2009第 5期 2 姬雷雷，张益华 软件的风扇造型及模具设计 J2003年第 5期 3 向雄方，胡群，向雄彪 J2000年第 05期 4 伍先明，陈贤勇 J2005第 10期 5 王学虎，祝铁丽，宋满仓，刘永云 J2010年， 38（ 5）： 626 周建华，赵亦兵 J2012 第 11 期 7 O. of of on of 0 (2009) 3217 3224 8 伍先明，张蓉 . 塑料模具设计指导 M防工业出版社 9 中国机械工程学会，中国模具设计大典编委会 . 中国模具设计大典 M西科学技术出版社 10 欧阳志喜，石照耀 M学工业出版社 11李必文，胡仲勋，母福生，周里群，刘金华，周光永 M南大学出版社 12周良德，朱泗芳，杨世平 M南科 学技术出版社 13杨占尧，白柳 M学工业出版社 1 第 1 章 绪论 题背景 当今社会， 科学技术的发展日新月异 ， 模具注塑成型技术在近几年来得到大力推广 ， 由于其大批量生产的特点，在制造领域的各行各业均占有一席之地，应用前景无可限量。随着人民生活水平的日益提高，人们对产品的要求也越来越高，产品的更新换代越来越快，机械制造业也不例外。各类零部件的精度等级、外观质量、力学性能、化学特性等各方各面的要求也越来越高。在如此的发展趋势下，注塑成型技术的推广势在必行，其定位精度高、制造周期短、制造成本低、高效自动化生产等优势突出，这使其在模具设计中，成为近年来研究的热 点和主要方向。 注射成型 是一种生产由 热塑性塑料 或 热固性塑料 所构成的部件的过程。 相比于金属制造成型，注塑成型更加灵活多变，可变性更强，操作更加简单易行。 注射成型广泛用于制造绝大部分的 塑料 制品 。 随着科技的 蓬勃发展 ，各 类 先进 模拟 技术的应用，如 e 等 计算机技术 ，注射成型 技术向着高精度，高自动化 方向发展。 本课题是以 双联圆柱直齿轮 塑料零件为研究对象，对塑件的注射成型充填过程进行模拟并根据结果进行模具设计工作，此零件具有 质量轻 、结构精密的特点，属于典型的注射成型塑件。 如今人们对产品的要求越来越高，模具设计的传统方法已经无法追上社会发展的步伐。引入 术势在必行，这对于模具的设计、制造 和加工有着重大的意义，成为一个重要的里程碑。 模具设计的传统方法指的是工作人员在设计时对产品进行经验评估，然后进行模具设计，待完成之后进行试模，如果发生问题，那么就要重新根据产品的结构特点和功能要求继续设计修改。这样一来就无形增加了产品生产的周期 ，流程如图 1示。 图 1统齿轮模具设计流程 计算机辅助注塑成型技术在以后的应用前景中有着巨大的优势，其主要特点是模具设计与 模具 制造 采取双管齐下 的工艺路线， 模具的设计与制造建立在一个统一的基础之上，这提高了模具设计制造的准确度和精度要求，有效缩短模具制 造的周期和成本，保证了产品的质量， 流程如图 1示。 2 图 1数化齿轮模具设计流程 具注塑成型 美国上市公司 ，即 司是 一个主要研究开发 塑成型软件和指导创新的公司，多年以来，一直力主 术开发研究的市场，利用 术创造了更多的财富，在诸多领域硕果颇丰。 利用 术的最大优点在于在制造加工模具前，可以通过电脑上对产品注塑成型的整个过程进行非常准确的的模拟分析，包括充填、保压、冷却等模流分析，以及制品的力学性能和体积收缩率等各方面。这样做 相当于设计者在设计完之后可以先虚拟自己的设计方案是否合理，还有哪些地方可以改进，再进行模具的制造加工。这极大的提高了模具的精确性和缩短了制品生产的周期，有效的节省了金属材料和制品塑料，避免了过多的资源浪费和环境污染，符合中国可持续发展的国策 。 术 应用于模具注塑成型中各个方面，历来是众多学者专家研究注塑成型的重点。 武汉理工大学冯玮 1用 注塑充模模拟模块 行齿轮的 填充注塑 的 模流分析 ， 研究表明 根据熔接痕 大小 和气泡的位置 可以 确 定齿轮注塑的最佳浇口位置和数量以及相应的成型工艺参数 ，其中三点均布的浇口设置能够提高齿轮的质量，比单个浇口进浇更加优越。 南京航空航天大学姬雷雷，张益华等人 2采用最新的 E 件来实现三维设计 ，证明其优越性 。 湖北汽车工业学院向雄芳，胡群，向雄彪等人 3结合目前的先进 的 术， 发现利用电铸加工齿轮的型腔， 可以提高 其 齿轮的 设计精度和制造精度。 湖南科技大学伍先明，陈贤勇等人 4分析了双联塑料齿轮的结构特点和成型工艺性 , 阐述 并给出了 了 4 个分型面的设计依 据和模具的工作过程。 大连理工大学模具研究所王学虎，祝铁丽，宋满仓，刘永云等人 5在参考 件模拟结果的基础上确定了最佳的浇口位置， 发现采用潜伏式浇口和推板顶出可以提高内齿轮制件的外观质量和力学性能。 综上所述， 拟技术和 术 是新型注塑成型技术的核心。合理应用先进 3 注塑成型技术可以大大提高注塑零部件的生产效率，降低生产成本，实现模具设计的大量生产化和自动化，并广泛应用于各个领域。本次毕业设计中将主要运用 双联圆柱直齿轮进行工艺参数优化， 并 采用三点均布式进行模流分析， 运用 e 和 件 进行模具 的 结构设计。 料齿轮结构特点 塑料齿轮发展历史较短，仅有半个世纪，但是如今却在诸多领域里面多有建树，之所以如此，源于其惯性小，抗噪声能力强、润滑性好、质量轻等特点。它是一种区别于传统金属齿轮的非金属新型齿轮。塑料齿轮采用模具注塑成型工艺，制造精度高，成本低，生产效率高。在全球航天、汽车等工业飞速发展的今天，塑料齿轮的开发前景将难以预测。 尽管我国早在 20 世纪 60 年代末就已经有非金属齿轮，起步不算太晚，但是国内塑料齿轮近况堪 忧，大部分高档非金属齿轮还是需要向国外进口，由此看来，国内塑料齿轮注塑成型技术还需要进一步的提高。 注塑成型的小模数塑料齿轮被广泛应用于 精密仪器、电子设备、通信工程和航空航天 等行业。 和 金属齿轮 相比较的话 ，注塑成型的塑料齿轮 有着一定的优势，它主要 具有 密度小 、噪声低、自润滑 、惯性小 和加工成本 较 低等显著特点。 当今社会，注塑成型的塑料齿轮材料主要有聚甲醛、尼龙等，其中就以聚甲醛和尼龙最为常用。两种材料都有一定的韧性和耐久度，但是相比之下尼龙的吸湿性较大，在制造时容易引起尺寸变化，进而影响到齿轮的尺寸精 度，以至于不能正常的工作。相反，聚甲醛吸湿性极好，能够很好地保证齿轮的形位公差和尺寸精度，再者，聚甲醛在齿轮方面的使用已经半个世纪了，各项技术趋于完善，这使得聚甲醛成为传动齿轮成型材料的第一首选。 塑料齿轮除了在材料性能上和金属齿轮差异较大之外，在其本身特性上也有着较大的差异，简要介绍如下： （ 1）与金属齿轮相比，塑料齿轮的刚度，强度较低，收缩率较大。 （ 2）与金属齿轮相比，塑料齿轮的弹性模量较小，容易发生变形。 （ 3）与金属齿轮相比，塑料齿轮的外观可以进行着色处理，可加工型强。 （ 4）与金属齿轮相比，塑料齿轮具有很好的柔韧性和抗噪能力，对环境的污染更少。 总之，塑料齿轮最大的优势在于许多传统制造工艺难以加工的齿轮都可以通过注塑成型 技术得以实现，这是一个划时代的创举。 塑成型工艺参数 影响齿轮注塑成型工艺的参数 主要 有保压时间，保压压力，熔体温度，注射压力，注射时间和模具温度等。 一般的小模数塑料齿轮的模数在 1，考虑到传动比的要求，塑料双 联 圆柱齿轮 的大齿轮和小齿轮的直径差 较大 ，考虑结构和安装要求，两齿轮的壁厚比在 1： 3。图 1一般 的双 联 小模数 圆柱直 齿轮结构，齿轮的径向壁厚约 1 齿轮 径向壁厚差 较大 ，双 联 圆柱齿轮制造时，体积收缩率易于影响尺寸精度， 而由于大小径向尺寸差距较大，体积收缩率较大，故而体积收缩率影响尺寸精度和行位精度较大，减小体积收缩率是考虑双联圆柱直齿轮工艺参数的首选要素，也是工艺参数优化内容的重中之重。 4 图 1联小模数齿轮结构图 江南大学机械工程学院赵亦兵，周建华等人 6采用注塑过程数值模拟手段，结合 小模数齿轮的精密成型工艺进行模拟实验。通过对实验数据进 行信噪比和方差分析，研究了模具温度、保压压力和保压时间及其三者的交互作用对小模数齿轮 顶出时体积收缩 率 的影响 6 。结果表明，影响小模数齿轮体积收缩性能的因素从大到小的顺序为：模具温度、保压压力和模具温度与保压时间的交互作用 6 。 另外，土耳其 马尔马拉大学穆斯塔法库尔特，萨班坎伯，优素福凯内 克等人 7通过压力 传感器和压力 温度联合传感器成功 的获得了多型腔模具注射中连续精确的测量数据。 得 出以下结论： （ 1） 测量点距浇道的距离会影响最终的测量数据。由于不平衡的浇道和 浇 口系统，各个型腔获得的压力值是不统 一 的。 （ 2） 模具温度的上升或下降无论初始条件如何都遵循了一个相似的规律。 （ 3） 型腔压力和模具温度强烈的影响塑件 X、 Y 和圆周方向上的收缩情况，具体地说就 是型腔压力和模具温度越高 ， 产品 X、 Y 和圆周方向上的收缩变化就会越小。 综上所述， 合理的组合和优化 影响塑料齿轮的各工艺参数 可以有效地 改善 聚甲醛材料成型双联 圆柱 齿轮 较大 的体积收缩率 ，从而更好地 提高 产品 的质量 6 。模具温度、保压压力和保压时间的增大可以减小产品的成型收缩率，但是 也有各自的极限，超过则适得其反 。在对双联圆柱直齿轮注射成型的工艺优化中， 由于采用聚甲醛作为零件注塑材料，其收缩率较大，故 将主要分析工艺参数对其体积收缩率的影响 ，并采取计算性噪比和方差的方法来研究工艺参数对双联圆柱齿轮注塑成型的影响。 塑成型设备 近年来，不管是消费电子产品还是模型玩具，产品的更新换代越来越快，塑料制品的替换 周期也越来越短，小型注塑机逐渐引起人们的关注，就是因为他能适应微细型制品种类多、交货期短、品种多、小批量化的特点，使用小型注塑成型级的小型模具制造各种不同批量的产品能提高材料的有效利用率，缩短成型周期，减少模具制造费用、提高生产效率并节约空间和节能资源。 国内外较著名的小型注塑机有宁波海天、德国德马格和日本东芝等。小型注塑机的特点为： （ 1）高注射速率： 由于 小制件在注射成型时 需要在很短的时间内完成， 考虑到 质量，体积小，在注塑过程中易造成熔体的凝固， 故而应该 减少注射 的时间 。 200 s 的传统液压 注塑机的注射速度 较低 ，电气 00毫米 /秒。 （ 2）精密注射量计量： 小型 注射成型加工设备需要控制精度 达到 毫克 水平，以确保精密注塑精度。传统的注塑机往往是一个线性往复螺旋注塑结构 。 5 （ 3）快速反应能力： 小型 注射成型工艺，注射量相当小，相应的注塑设备，螺杆 /柱塞移动行程相当小，因此微注射成型设备的驱动装置必须有非常快的响应速度，从而保证该设备可以达到瞬间所需的注射压力 。 本次毕业设计的为小模数双连圆柱直齿轮，由于尺寸较小，故采用的是小型注塑机，在这方面，德国和日本的注塑机更具 优势。 题研究主要内容 本次设计 内容 主要包含 以下两个方面： 第一、 利用 件 双联圆柱直齿轮进行 成型工艺参数优化， 实验 研究 的 结果为一组最优成型工艺参数组合 ，而后在做一组对比实验，深入分析影响制件表面质量的因素 ； 第二、 根据 双联圆柱直齿轮注射成型 的特点 进行模具设计，选择点浇口进浇，采用 三板式结构 的 模具， 从浇注系统设计、脱模机构设计、模架选择等方面考虑 ,具体主要流程如图1示。 图 1计流程 6 第 2 章 双联圆柱直齿轮零件结构设计 联圆柱直齿轮塑件分析 双联圆柱 直齿轮 塑料零件三维图如图 2示，具体尺寸如二维图 2示 ， 齿轮参数如表 2示。 该塑件结构 较小 但较为简单， 为保证齿轮精度和尺寸稳定性 ，材料 选择 为件要求如下。 图 2轮三维图 图 2轮二维图 表 2联圆柱直齿轮参数 （ 1） 齿轮塑件外形尺寸：大齿壁厚 4齿壁厚 厚相差较大，注射成型时齿轮精度受其体积收缩变化的影响较大。 （ 2） 齿轮塑件精度等级：塑件为小模数双联圆柱直齿轮，精度设计为 5 级。 料选择与性能分析 塑料齿轮的制作材料有多种，例如 ，各有优劣。 聚甲醛（ 湿特性小，可 保证齿轮长时间的尺寸稳定性、抗疲劳性和抗腐蚀性，般比 其他许多工程塑料的成本 要低，这节省了成本， 一直是塑料齿轮中的首选材料。 尼龙（ 有较好的坚韧性和耐久度，但吸湿性太强，容易引起塑料尺寸变化，尤其不适合选作高精度传动齿轮 。 聚碳酸酯（ 有抗冲击性合格耐候性，收缩率小。但是其自润性能、耐化学腐蚀差，一般作精密仪器用。 聚对苯二酰对苯二胺（ 有高热变形稳定性，可以在高温下正常工作。 常不能满足塑料齿轮的润滑性能，耐疲劳性能及尺寸稳定性。 大齿轮 小齿轮 模数 m 模数 m 数 29 齿数 9 齿形角 20 齿形角 20 变位系数 变位系数 7 聚苯硫醚（ 有高硬度，尺寸 稳定性，化学性能稳定，主要用于汽车、特殊流体泵等领域。 综上所述， 劳强度高。耐磨性好，磨擦性能非常优异。吸水率低。表面硬度大，刚性好。尺寸稳定性好，产品的尺寸精度高。良好的滑动 ，故选择 为双联圆柱直齿轮齿轮的制作材料，材料性能见表 2 表 2料性能 密度 g /水率 % 续使用温度 50服抗拉强度 3 屈服拉应变 % 10 极限抗拉强度 极限拉应变 % 31 抗冲击韧度 缺口冲击韧度 6 洛氏硬度 35 邵氏硬度 5 抗弯强度 弹性模量 600 软化温度 150 热变形温度 155 热线膨胀系数 导率 W/(m k) 031 摩擦系数 射成型过程及工艺参数 料注意事项 由于 湿特性小，不需要高温干燥，故而仅对其进行简单干燥即可。干燥温度为110 120，干燥的时间大约 在 3 5h 以内。考虑到较高的干燥温度会对其表面质量有影响， 8 干燥时间也不宜过长，所以干燥温度大约在 80 90 ，干燥时间取 3 4h。 塑成型阶段 原料在进入到注塑机料筒内后通过加热融化，一段时间后达到流动状态时，再由模具的主流道进入分流道，最后进入模具型腔。按其过程可以分为 充模、压实、保压、倒流和冷 却五个阶段。 射工艺参数 （ 1）料筒温度 喂料区 40 50（ 50） 区 1 160 180（ 180） 区 2 180 205 190） 区 3 185 205 200 区 4 195 215（ 205） 区 5 195 215（ 205） （ 2）熔料温度 205 215 （ 3）料筒恒温 170 （ 4) 模具温度 40 120 (60 ) (5) 注射压力 100 150于截面径向厚度为 3 4厚壁制品件而言，注射压 力约为 100薄壁制品件来说可提升至 150 (6) 保压压力 主要取决于制品壁厚和模具温度；保压时间越长，零件的收缩就越小； 保压压力一般为 80 100内压力大约获得 60 70（ 7）收缩率 约为 2（ ； 24h 后收缩停止。 以上为 料推荐的注塑工艺，在具体注塑成型时，应根据实际情况进行调整。 9 第 3 章 双联圆柱直齿轮塑料零件成型工艺参数优化 注塑成型工艺参数优化是提 高产品质量最有力的措施，影响成型制品最主要的因素不言而喻，就是其设计时考虑到的工艺参数。在产品制造前，通过利用 件对制品的注塑成型进行模流分析，在根据最后的分析结果提供可以参考的依据，这有利于注塑工艺参数的优化，进而提高制品的质量。在实际的注塑加工制造中，工艺参数主要包括模具温度、熔体温度、注射时间、注射压力、保压时间、保压压力、冷却时间等。 联圆柱直齿轮工艺要求 格分析 双联圆柱直齿轮网格划分如图 3示，优化之后的网格统计如图 3示。 图 3轮网格划分 图 3格统计 网格最大纵横比小于 6，匹配百分比大于 85%，满足 析与仿真要求。 注系统设计 10 双联圆柱直齿轮 结构塑件 型腔 采用 矩形 一模四腔的形式 布置 ，其 零件 、型腔 大小间距及浇注系统如图 3 所示。其中点浇口 采用三点均布设置 ， 相比于旁置式单点浇口设置，三点均布式更容易保证齿轮的精度要求。 主流道 进浇口 直径 其 拔模角 为 3，分流道直径 为 2浇口最小直径 为 1 图 3示。 图 3注系统情况 双联圆柱直齿轮 材料为 造商 号 00 零件表面质量要求达到 5 级精度 ，根据 双联圆柱直齿轮 结构形式， 大小齿轮径向壁厚比较大，在体积收缩方面影响较大，因此，在 注射成型过程中， 近 量减少如 体积收缩率 、熔接痕、气穴等 影响制件表面质量较大的缺陷，尤其是体积收缩率 。 艺参数的选取 由于影响聚甲醛小模数齿轮成型体积收缩率的主要工艺参数是模具温度，保压压力和注射时间 ， 而熔体温度对熔接痕的影响较大，所以选取模具温度，熔体温度，保压压力和注射时间为变量，其 中保持注射压力和保压压力一致没有压力降，有利于保证齿轮精度。采用正交实验法分析，参数为 熔体温度 、模具温度、 保压压力和注射时间。 件成型 工艺参数 优化 验仿真设计 双联圆柱直齿轮成型 材料 推荐模具温度为 70 ，熔体温度为 225 。 利 用品 其进行模流分析 。通过上文说明，在本制品的初步工艺参数优化过程中，以熔体温度、 模具温度 、 保压压力 、 保压 时间为变量，采用正交试验法进行分析。 正交试验中，熔体温度用 A 表示，选取 215、 225、 235作为三个参数； 模具温度用 B 表示，选取 60、 70、 80 三个参数； 保压压力 用 C 表示， 根据材料 料的注 11 射压力在 100 其周围选取数值 ，选取 100 125 150 个参数；注射时间 用 D 表示， 在系统默认的推荐条件下注射时间为 取 1s、 这些因素的三水平表如表 3示。 表 3四因素的三水平表 水平 因素 A/ B/ C/，可以组合成 9 组 正交试验。通过 析发现， 所有实验 制品 填充 效果良好 ，结果如图 3示。 图 3填情况 9 组仿真 结果中，气穴位置没有太大差异，气穴出现在制品的注入口处 附近以及齿轮边缘处，结果 如图 3示 ，均处在距分型面位置不远处，型腔排气良好，不用过多考虑气穴带来的制品缺陷，不需要专门考虑排气问题。 图 3穴情况 12 熔接痕大体分布一致，如图 3示位于零件表面，基本可以接受。 图 3接痕 情况 流动前沿温度差值 (E)、顶出时体积收缩率 (F)、 最大 熔接痕 (G)结果数据如表 33 3示。 表 3体前沿温度差值 试验号 A/ B/ C/ 1 215 60 100 1 215 70 125 215 80 150 225 60 125 225 70 150 1 225 80 100 235 60 150 235 70 100 235 80 125 1 3出时体积收缩率 试验号 A/ B/ C/ B/ C/ （ 1） 信噪比（ S/N）分析 信噪比 顾名思义，即为 信号和噪声的比值， 它是 正交试验 中评估 试验效果的一项 较为 重要 的 依据。 在 正交试验 中利用 不同水平的噪声 就可以进行 值计算信噪比， 通过 信噪比是衡量某项因素重要性的标准，受噪声影响最小的试验即具有最大的信噪比，由此对试验进行优化。信 噪比越大， 评定效果越好。本研究采用 验设计中的“望小”原则，即信噪比“越小越优”的计算方法，具体公式如下： 211/ 1 0 l g ( ) (3式 (1)中： S/N 信噪比， 单位 第 i 次试验结果； N 试验次数。 由上式可以算出 流动前沿温度差（ E） 、 顶出时体积收缩率（ F） 、 最大熔接痕（ G） 三项目标函数的信噪比，结 果如表 333示。 表 3流动前沿温度差（ E） 的信噪比值 因素 S/平 1 水平 2 水平 3 A 14 表 3出时体积收缩率（ F） 的信噪比值 因素 S/平 1 水平 2 水平 3 A 3大熔接痕（ G） 的信噪比值 因素 S/平 1 水平 2 水平 3 A 表 333看出，熔体温度 越高，流动前沿温度差越大，保压压力越大，流动前沿温度差越小，模具温度和注射时间对其有相反性影响，且注射时间对其影响最大。熔体温度越大，模具温度越大，零件顶出体积收缩率越小，保压压力越大，顶出体积收缩率越大，注射时间对其有相反性影响，熔体温度对其影响最大。熔体温度、保压压力和注射时间对熔接痕有相反性影响，模具温度越高，熔接痕越大，保压压力对其影响最大。 （ 2）资料分析 利用正交设计助手软件对性噪比结果 进行 数据 分析， 并绘制其对应的效应曲线， 结果效应曲线图如图 3图 3 3示。 图 3动前沿温度差（ E）实验结果 15 图 3出时体积收缩率（ F）实验结果 图 3接痕（ G）实验结果 （ 3）方差分析 方差分析通 过 百分 数评 估 流动前沿温度差、顶出时以及收缩率、熔接痕 受工艺参数影 响的 权 重。通 过 下公式 对数 据 进 行 处 理。 （ 3 2 ）（ （ 3 S/ （ 3 f/SS f/ （ 3 式 (3式 (3式 (3式 (3： 总离差平方和； 偏差平方和； 组内离差平方和； i 第 i 次试验所 得的 S/N 的平均值； 16 f 自由度； F 各因素影响程度 ； P 各种工艺参数对 流动前沿温度差、顶出时收缩率、熔接痕 的影响权重值。 其方差分析见表 3 3表 3 表 3动前沿温度方差分析 表 3出时体积收缩率方差分析 因素 偏差平方和 自由度 显著性 权重 /% A 显 差 表 3接痕方差分析 因素 偏差平方和 自由度 显著性 权重 /% A 显 差 由以上分析可知，对 流动前沿温度差 的影响百分比 DBAC， 获得流动前沿温度 差最小的组合是 顶出时顶出时体积收缩率影响百分比 CBAD,获得顶出时体积收缩率最小的组合是 熔接痕影响百分比 BCAD，获得熔接痕最小的组合是 终得出最优组合为 因素 偏差平方和 自由度 显著性 权重 /% A 显 差 17 验 验证 用选取的最优组合 熔体 温度 235， 模具温度 80 ， 保压压力 150射 时间 1s 进行模拟分析，得到如下结果： 图 3优条件下的填充情况 充填情况良好，与其余正交试验结果相比相差不大。 图 3优条件下的流动前沿温度差 参数优化后的流动前沿温度差为 本上小于其余正交试验组。 18 图 3优条件下的顶出时体积收缩率 参数 优化后的顶出时体积收缩率为 小于其余正交试验组。 图 3优条件下的体积收缩率 参数优化后的体积收缩率为 小于其余正交实验组。 19 图 3优条件下的熔接痕 参数优化后 熔接痕为 135于其余正交实验组。 通过试验最终得出结论 ， 上述优化试验仿真参数组合为最佳参数组合， 其具体参 数为：熔体温度 235， 模具温度 80 ， 保压压力 150射 时间 1s。 果分析 参数优化结果中， 未出现填充未满的现象 ，相比单浇口而言，三点式均布浇口更能使得塑件完整，材料均匀，但是在熔接痕、气穴方面不是很理想 。 考虑到 一般情况下提高模具温度可以减少熔接痕 ，而对于 料特性，注射过程中使用高模温也许会得到更好的塑件质量， 但是过高的模具温度可能适得其反，为了验证此结论，做一组对比试验， 除模具温度外，其余 3 项均采用最优方案参数 ， 结果如图 333示 ： 图 动前沿处温度 20 图 3出时体积收缩率 图 3 积收缩率 21 图 3接痕 试验 验证， 在气穴、流动前沿温度差、顶出时体积收缩率、体积收缩率方面对 比后没有优势， 熔接痕反而增大了，说明模具温度 80是改善塑件熔接痕的最佳温度， 可以确定之前求出的参数值较好。 综上所述， 模具温度对于采用 制件材料的产品来说，在熔接痕方面有着相反性的影响，但是在一定范围内熔接痕将随着模具温度升高而减小，由对比试验可以看出 80成为一个影响 品质量的重要的拐点。保压压力在理想状态下应该和注射压压力保持大约一致，这样的话没有压力降，对于产品质量有较大的提高，在体 积收缩率、气穴等方面影响较大。 22 第 4 章 双联圆柱直齿轮模具结构设计 型面的选择及型腔布置 通过对 双联圆柱直齿轮的结构分析 ，分型面 位置 为 大齿轮末端表面， 即最大 的横 截面积，这有 利于 顺利 开模 并 顶出塑件。 为了保证两齿轮的同轴度，选择 如图 4 示分型面。 图 4型面选择 由于零件 体积质量较小 ， 且 需要大批量 生产 ，一模一腔效率过低，所以选用一模四腔布置，制件间距离为 5050图 4示 。 图 4腔布置 23 射机型号的 确定 射量的计算 通过 建模分析得知 双联圆柱直齿轮 质量属性如图 4示： 图 4件质量属性 塑件体积： V 塑 =塑件质量： M 塑 = V 塑 =中，可根据 供的材料属性， 查得为 g/ 注系统凝料体积的初步估算 考虑到浇注系统聚集在前的设计是不知道准确的数值，此时可以通过经验公式估算。由于采用了相对简单的毕业设计流程 ，即流道相对简单细小， 所以 以 体积的 计算塑件浇注系统的总体积，在第一次注射的熔融塑料总体积 为： V 总 = V 塑 (1 + 4 =4=择注射机 24 根据 计算得出 的一次 注入模具型腔的塑料 熔体总体积 为 V 总 =结合公式则有： V 总 /由上述计算结果 初步 估算 公称 理论 注射量为 20 利用互联网查阅资料， 选择注射机德国德马格 80性能规格如表 4示： 表 4格表注射机性能 理论注射容量 /3 锁模行程 /00 螺杆柱塞直径 /8 最大模具厚度 / 注射压力 /11 最小模具厚度 /60 注射速率 / 出 行程 /00 拉杆间距 /80 280 射出行程 /0 锁模结构 直压 喷嘴球半径 /0 锁模力 /50 喷嘴口孔径 / 数确定 （ 1) 注射压力校核。 由 料特性可知，对于制件壁厚小于 3薄壁制品件而言，注射压力一般可以达到 150根据模流分析 取 150射压力 的 安全系数 一般为根据制件本身特点 取 = 150=所以 符合条件。 注系统的设计 流道的设计 中心浇口位 置一般位于模具中 心 ，主流 道 的塑料熔体进入模具通过注塑机，然后通过分流，并最终 进入型腔 。在本设计中，采用锥形流道，这有利于 浇口和注塑机熔料 顺利注入 。 25 此外，在 浇口中的高温 塑料熔体和喷嘴反复接触摩擦，很容易磨损，所以设计一个可拆卸的主流道 。 (1) 主流道尺寸 1) 主流道的长度：一般由模具结构确定，对于小型模具 L 应尽量小于 60次设计中初选 45行计算。 2) 主流道 的 小端直径： d=喷嘴尺寸 +（ =3) 主流道 的 大端直径： D=d+2 /2） =中 4 4）主流道的球面半径： 嘴球头半径 +（ 1=20+2=22）球面的配合高度： h=32) 主流道的凝料体积 V 主 = /3 L 主 (R 主 2+r 主 2+ R 主 r 主 )= 50 （ =3）主流道当量半径 R 主 =(2=）主流 道浇口套的 设计 特殊材料进行特殊加工 ，为了便于拆卸更换，本设计中将浇口套和定位圈分开设计，对浇口主流道衬套为标准件。 在流体进入主流道的过程中 ，高温 的 塑料熔体与喷嘴反复接触摩擦， 非常容易 磨损 ，所以需要用 套选用优质钢材单独加工。本设计中浇口套采用碳素工具钢淬火处理表面硬度 5055体结构由总装 配 图确定，示意图如图 4示 。 图 4口套 流道的设计 (1) 分流道的布置形式 为了保证一模四腔的平衡性及精密度，分流道采用平衡式布排。四个零件的分流道与浇口的长度 、形状、截面尺寸都对应相等，以此保证在相同的温度和压力下，所有型腔同时被充满。因此分流道设计形式如下图 4示。 26 图 4流道布置形式 (2) 分流道的长度 根据 制件大小设计分流道长度，保证模具正常工作而又不浪费材料 ，如图 4 (3) 分流道的截面形状 本设计采用 圆形截面 ， 这有利于减少 熔融 材料的 热损失，流动阻力 也相对较 小。 (4) 分流道的直径 因为塑件的质量 m= V 塑 =200g， 所以 用下面的经验公式确定分流道的直径。 D 分 = 40 5 4 m L (4式 (1)中 D 分流道直径（ m 塑件的质量（ g） L 分流道的长度（ 一级分流道单边长 5 求得 尺寸过小， 所以按照经验取 2 二级分流道单边长 25 按照经验取 2 (5) 凝料体积 1) 分流道的长度 ： L 分 =（ 25+25） 2=100) 分流道截面积 ： A 分 =（ R 分 ） 2 =12 = 3) 凝料体积 ： 27 V 分 =L 分 A 分 =314 考虑到圆弧的影响，取 V 分 =300 (7) 校核剪切速率 1) 确定注射时间：根据模拟情况，可取 t= 2) 计算单边分流道体积流量： 1-s m m . 2 7 2 4=/t） V 2+ / 2V（=q 塑分分 3) 由参考文献 8 （式 2得剪切速率 ： 11 分分分 (4该分流道的剪切速率 在浇口主流道与分流道的最佳剪切速率 5 102103间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格 。 (8) 分流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般 取 可，由于塑件尺寸小，精度高，此处选 口的设计 (1) 浇口 截面是 浇注系统截面是最小的一部分，是连接流
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