斜齿轮注塑模具设计

1、斜齿轮注塑模具设计杨皎弦（安徽省池州市东至县香隅中心学校，）摘 要：塑料斜齿轮运行平稳且可在无润滑条件下运行，噪声低、抗腐蚀成本低。与金属斜齿轮相比较,具有惯性小、动载荷轻、接触均匀、啮合冲击小和传动平稳等特点 ,它不仅用于小扭矩精密机械的传动中,还广泛用于电子和日用家电中。因此 ,在一些重要的传动场合 ,常常被采纳。而注射模具又称注射成型，是热塑性制件的一种主要成形方式，是指通过注射机的螺杆或柱塞的作用，将熔融塑料射入闭合的模具型腔，经过保压、冷却、硬化定型后，即可得到由模具成形出的塑件。注射成形所使用的模具即为注射模（也称注塑模）。本课题为斜齿轮注射模具设计，即在生产实践中，根据给定的斜齿

2、轮零件图和加工批量及精度要求，完成该制品的注射成型工艺分析及注射模具设计。本文首先介绍了斜齿轮以及有关模具的一些概况，分别对其发展、国内外研究现状和应用趋势进行说明。接着进行塑料注射模设计分析，包括尺寸的确定和参数校核等。最后概述了整个设计过程中需要注意的几个方面，从而全面阐述了该课题的研究要求。关键词：塑料斜齿轮 注塑模（注射模具） 成形（成型）1绪论1.1引言斜齿轮是齿轮按齿线相对于齿轮母线方向分类中（直齿、斜齿、人字齿、曲线齿）十分重要的一种1，因轮齿齿向相对于齿轮的轴线倾斜了一个角度，故称为斜齿轮。由于斜齿轮存在着螺旋角（斜齿轮的齿廓曲面与其分度圆柱面相交的螺旋线的切线与齿轮轴线之间所

3、夹的锐角，齿轮螺旋的旋向有左右之分，螺旋角也有正负之别），故当一对斜齿轮啮合传动时，其轮齿是先由一端进入啮合逐渐过渡到轮齿的另一端而最终推出啮合，其齿面上的接触线先是由短变长，再由长变短。因此，斜齿轮的轮齿在交替啮合时所受的载荷是逐渐加上，再逐渐卸掉的，所以传动比较平稳，冲击、振动和噪声较小，适合于高速、重载运动。与其他齿轮传动比较，斜齿轮具有如下主要优点:啮合性能好，传动平稳、噪声小；重合度大，降低了每对齿轮的载荷，提高了齿轮的承载能力；不产生根切的最少齿数少2。因此，斜齿轮是齿轮中重点研究的范畴。由于塑料齿轮运行平稳且可在无润滑条件下运行，噪声低、抗腐蚀成本低，与钢和铸铁齿轮相比较,具有惯

4、性小、动载荷轻等特点,因此它不仅用于小扭矩精密机械的齿轮传动，例如复印机、传真机、石英表、仪器仪表、各类玩具等,还广泛用于电子和日用家电中，正逐步朝着应用到较大功率的机械传动中发展3,例如汽车、摩托车、机床的传动等。其中塑料斜齿轮的传动更具有接触均匀、啮合冲击小和传动平稳等特点 。因此 ,在一些重要的传动场合,常常被采纳。斜齿轮注塑模具设计是指用注塑模具生产出塑料斜齿轮，涉及到模具工业技术。模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础

5、工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中6090的产品的零件，组件和部件的生产加工。模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场

6、为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，

7、总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。塑料模是指在一定的温度和压力条件下，塑料可以用模具成形出具有一定形状和尺寸的制件，并且当外力解除后，在常温下仍能使形状不变，成形所用的模具称为塑料膜，它是型腔模的一种4。而成型是塑料生产制品生产过程中

8、最重要的工序。塑料的种类很多，其成型方法也很多5，其模具的种类也很多，常用的塑料成形方法及塑料模有以下几种：注射成形及注射模、压缩成形及压缩模、压注成形及压注模、挤出成形及挤出模，而注射成形及注射模是其中最重要的一种。注射成型又称注射模具，注射成形所使用的模具即为注射模（也称注塑模）。塑料注射模是一种用来生产塑料零件的模具，它被安装在塑料注射机上，由塑料注射机将塑料颗粒融化成热熔体，经过合模、高压注射、保压冷却定型、开模、推出制件等工序，获得所需的塑料零件。注射成形及注射模主要用于热塑性塑料的成形，在塑料制件的生产中占很大的比重，据统计，注射模的产量占塑料成形模具产量的一半以上。由于注塑成型加

9、工不仅产量多，而且适用于多种原料，能够成批、连续地生产，并且具有固定的尺寸，可以实现生产自动化、高速化，因此具有较高的经济效益。注塑成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有嵌件的制品；对成型各种塑料的适应性强；生产效率高，易于实现全自动化生产等一系列优点，是一种经济而先进的成型技术。近年来注塑技术发展迅速，已经朝着高速化和自动化的方向发展6。作为注塑成型加工的主要工具之一的注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本以及产品的更新换代，同时也决定了企业在市场竞争中的反映能力和速度。与其它机械行业相比，模具制造业主要具有以下的

10、特点：（1）模具不能像其它的机械那样可以作为基本定型的商品随时可以到机电市场上购买。这是因为每一副模具都是针对特定的塑料制品的规格而生产的，由于塑料制品的形状、尺寸各异，差距甚大，其模具结构也是大相径庭，所以模具不可能成批生产。换句话说，模具是单件生产的，其寿命越长，重复加工的可能性就越小，因此模具加工的成本较高；（2）因为注塑模具是为产品中的塑料而定制的，作为产品，除了质量、价格等因素之外，很重要的一点就是要尽快的投放市场，所以对于塑料制品而特殊定制的模具来说，其制造的周期一定要短；（3）模具制造是一项技术很强的工作，其加工过程集中了机械加工中的先进技术的部分精华与钳工技术的手工技巧，因此要

11、求模具工人具有较高的文化技术水平，特别是对于企业来说要求培养全能工人，使其适应多工种要求，这种技术工人对模具单件生产方式组织均衡生产是非常重要的。综上所述，模具制造业存在成本高，要求制造周期短，技术性强等特点，目前，随着科学技术的不断发展和计算机的应用，这些问题得到了很大的改善。由于有了计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助加工(CAM)，从根本上改变了模具生产的面貌，可靠地保证了模具所需的精度和质量。坚硬、易切削以及高光亮等，新型模具材料的应用，大大地方便了加工及热处理。另外，模具标准件和以标准件为基体地特殊定制零件地普及，明显地缩短了模具制造的周期。1.2塑料模具的概况由于塑料特有的良好特性

12、，使得塑料零件获得愈来愈广泛的应用，塑料模已成为广泛使用的一类模具。我国石化工业一年生产500多万吨聚乙烯、聚丙烯和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，用于生产和生活的消费。生产塑料管件和塑钢门窗，也需要大量的塑料模具成形。塑料模已成为模具中应用最广泛的一种。1.2.1塑料模具的国内、外研究现状从20世纪80年代初开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。我国对模具工业的发展十分重视，国务院于1989年就将模具技术的发展作为机械行业的首要任务，我国的模具工业也取得了较大的发展 。近年来，我国的模具工业每年以15%的

13、增长速度快速发展，现已拥有模具企业1.8万家，仅浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集团企业和私营企业就达数千家，成为国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。2001年我国模具工业产值约为300多亿元人民币，折合30多亿美元，并出口1.88亿美元。改革开放以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260270亿元人民币。今后预计每年仍会以1015的速度快速增长。目前，我国17000多个模具生产厂点

14、，从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。其中，冲压模具约占50（中国台湾：40），塑料模具约占33（中国台湾：48），压铸模具约占6

15、（中国台湾：5），其他各类模具约占11（中国台湾：7）。经过多年的建设与努力，我国的模具工业已初具规模，取得了相当的成就，目前从事模具技术研究的机构和院校已达30余家，从事模具技术教育和培训的院校已超过50家，为我国的经济建设输送了大批人才，并同时取得了一大批科研成果。其中获得国家重点资助建设的有华中科技大学模具技术国家重点实验室、上海交通大学模具CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州大学橡塑模具国家工程研究中心等，在模具CAD/CAM/CAE技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成形与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著的进步；在提高模具质量和缩短模具设计

16、制造周期等方面做出了巨大贡献。 随着模具工业规模的不断扩大，我国的模具技术水平也有较大的提高，已能制造体现现代模具设计制造水平的大型、复杂、精密的模具，部分模具达到了国际先进水平。在塑料模方面，已能制造48大屏幕彩电塑壳模具、大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板的塑料模具，并开始使用先进的热流道和气体辅助注射成形技术。电视机、空调、洗衣机等家用电器所需的塑料模具基本上可立足于国内生产，重量达1020t的汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具和多达600腔的塑封模具已可自行生产。在精度方面，塑件的尺寸精度可达IT6、IT7级，型面的表面粗糙度达到Ra0.050.025um，模具使用寿命达

17、100万次以上。在塑料注射成形方面，CAE技术应用有国际上著名的有MOLDFLOW软件，国内有华中科技大学的华塑CAE，它们可对塑料注射成形过程中的流动、冷却、保压、翘曲等过程进行分析，从而预测出在不同的注射工艺条件下的塑料制品的成形质量，评价注塑工艺方案7。1.2.2塑料模具的应用趋势和前景在模具的设计制造过程中，已广泛地使用了数字化设计制造技术、先进的数控机床和各类相关的技术设备。现代模具设计技术已逐步由2D的计算机辅助绘图向3D的计算机辅助设计方向发展，并实现CAD/CAM的集成。近年来，国际上一些CAD/CAM开发商都投入了大量的人力和物力，在通过CAD/CAM系统基础上开发模具行业专

18、用的CAD/CAM系统，针对各类模具的特点，推出宜人化、集成化和智能化的专业系统。例如，美国UGS公司推出的用于塑料模设计的Mould Wizard,该软件可辅助设计人员快速地完成塑料件的收缩计算、型腔布置、分模及模具结构的详细设计；另外，UGS还与华中科技大学联合开发出了用于连续模设计的Progressive Die Wizard,该软件可辅助设计人员快速地进行冲压工艺设计、毛坯排样、条料排样以及连续模结构与零件的设计。美国PTC公司也在PRO/ENGINEER上推出了PRO/MOLD塑料模设计软件，该软件可辅助模具设计人员进行分模设计、型芯型腔设计和标准模架的设计。又如英国DELCAM公司

19、推出的PowerSHAPE系统，包括PS-Moldmaker模块，它是面向模具制造的模具结构设计专家系统，可自动为复杂注塑模、吹塑模创建模具结构及抽芯机构，自动产生分模面，且相关零件的加工信息可直接输出到PowerMILL模块产生加工程序。还有日本UNISYS株式会社推出的专用于塑料模设计和制造的CADCEUS系统，该系统综合了塑料产品设计、模具设计到模具生产所需要的全部功能，可实现三维设计与二维视图的关联。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场和国民经济高速发展的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型、精密、复杂模具。与发达国家的

20、模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。我国未来模具技术发展趋势和应用方向可以归纳为以下几点:(1)全面推广应用CAD/CAM/CAE技术； (2)不断提高模具标准化程度；(3)优质材料及先进表面处理技术的应用；(4)模具制造技术的高效、快速、精密化；(5)逆向工程技术；(6)模具研磨抛光的自动化、智能化。1.3选题意义及主要研究内容本次设计为斜齿轮注射模具设计，即用塑料注射模具生产塑料制品斜齿轮。根据给定的斜齿轮零件图和加工批量及精度要求，完成该制品（斜齿轮）的注射成型工艺分析及注射模具设计，有效地将机械工程学科与模具技术紧密联系起来，加强了学科间的交叉渗透。通过查阅相关资料及对该课题的研

21、究，可以综合运用所学的理论知识，全面阐述设计要求，以提高自己应用理论分析问题和解决问题的能力。同时设计出的产品可用于生产研究，具有很高的实用价值。本课题主要围绕塑料斜齿轮的注射模具进行分析设计。对于塑料注射模具设计，包括装配图和零件图绘制。具体设计内容有成型方法及工艺流程制定、模具类型和结构形式确定、成型工艺条件确定、工艺计算（即注射量、注射压力、锁模力、成型零件工作尺寸、冷却参数、注射温度和注射时间等）、浇注系统设计、分型面设计、成型零件设计、导向与定位机构设计、脱模机构设计、冷却系统设计，绘制模具装配图和成型零件图，编写设计说明书等。2制品的工艺性能分析2.1塑料齿轮的尺寸精度分析塑料齿轮

22、主要用于强度不太高的传动机构，用做齿轮的塑料有尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜等。为了满足注射成型工艺，齿轮的轮毂、辐板和轮毂应有一定的厚度，齿轮各部分尺寸作如下规定：(1)轮缘最小宽度t1应为齿高t的3倍；(2)辐板的厚度H1应等于或小于轮缘厚度H；(3)轮毂的厚度H2应等于或大于轮缘厚度H，应相当于轴径D；(4)轮毂外径D1最小应为轴孔直径D的1.53倍；(5)轮毂长（厚）度H2应相当于轴径D。图2-1 塑料齿轮的各部分尺寸给定某塑料斜齿轮零件图，模数m=1，齿数Z=40，螺旋角=10，为压力角=20的正常齿，齿宽b=3mm，转速n=300r/min，工作环境温度为50，传递功率P=0.01k

23、w，用聚甲醛（POM）塑料成型，制品为5级精度。图2-2 塑料斜齿轮零件图2.2制品的工艺性能分析模具结构及其制造精度对保证齿轮精度至关重要。模具的型芯固定与型腔都应在动模边。一模一件的模具结构对提高齿轮精度有利，但具体应根据生产批量等综合考虑。也有将互相啮合的两个齿轮放在同一副模具里。同时，模具里浇口类型和位置也是影响齿轮精度的因素。由于塑件由聚甲醛为原材料且加工精度较高，为确保精度，须对制品进行后处理；为满足制品高精度采用点浇口，选三点均匀分布；为了方便加工和热处理，型腔与型芯部分采用镶拼结构。在设计注塑模成形零件时，为了使塑件成形后易于从模具型腔内脱模以及顺利地从型芯中被顶出，在垂直分型

24、面的定模与动模型腔和型芯工作面上，必须设计出脱模斜度。在设计时，若没有特殊要求一般可取251，在不影响塑件质量与精度的情况下，应尽量选取最大值。脱模斜度选取计算方法是：型腔的尺寸以大端为准。而斜度应从大端向小端尺寸进取；型芯恰好相反，应以小端尺寸为准，斜度应从小端向大端方向进取。查表2-1得：型腔的脱模斜度为35130,取1；型芯的脱模斜度为3040,取30。表2-1 塑件的脱模斜度塑料名称脱模斜度型腔型芯聚乙烯（PE）、聚酰胺（PA）、氯化聚醚（CPT）25452045硬聚氯乙烯（HPVC）、聚碳酸酯（PC）、聚砜（PSU）35403050聚苯乙烯（PS）、有机玻璃（PMMA）、聚甲醛（PO

25、M）351303040热固性塑料25402050由于大多数制品是成型在分型面一分型面为界的动、定模两个部分中，所以制品不可避免地要遇到“错模”问题，因而必须适当地提高模具精度和注射机精度。在设计的斜齿轮注塑模中，塑件侧壁没有孔、凹槽或凸台等，因而没有侧向抽芯机构的设计。2.3制品的材料性能分析2.3.1使用性能聚甲醛(Polyoxymethylene,POM)是一种性能优良的热塑性工程塑料，其性能不亚于尼龙，而价格却比尼龙便宜。聚甲醛表面硬而光滑，呈淡黄或白色，薄壁部分半透明，其流动性中等，属于结晶型塑料。有较高的机械强度及抗拉、抗压性和突出的耐疲劳强度，特别适合于用作长时间反复承受外力的齿轮

26、材料。聚甲醛特别适合于制作轴承、凸轮、滚轮、辊子、齿轮等耐磨传动零件，还可以用于制造汽车仪表板、汽化器、各种仪器外壳、罩盖、箱体、化工容器、泵叶轮、鼓风机叶片、配电盘、线圈座、各种输油管、塑料弹簧等。2.3.2成型特性聚甲醛尺寸稳定，吸水率小，相容性和热敏性较好，不易应力开裂和熔体破裂，具有优良的减摩、耐磨性能。能耐扭变，有突出的回弹能力，可用于制造塑料弹簧制品，常温下一般不溶于有机溶剂，能耐醛、酯、烃、弱碱和弱酸，但不耐强酸。耐汽油及润滑油性能也很好。有较好的电气绝缘性能。其缺点是成型收缩率大，在成型温度下的热稳定性较差。2.3.3注塑模工艺条件注射聚甲醛注射机选用柱塞式，喷嘴形式为直通式，

27、用红外线烘箱进行后处理，注射压力为80Mpa130Mpa，保压压力为40Mpa60Mpa.各参数如表2-2所示。表2-2 聚甲醛注塑温度和时间参数料筒一区/170180注射/s25料筒二区/-保压/s2040料筒三区/170190冷却/s2040喷嘴/170180周期/s4080模具/80100后处理时间/h1后处理温度/140150材料预干燥时间2h以上由于塑件尺寸小于150mm,且精度较高，查表得：聚甲醛塑件公差等级为MT3，一般精度为MT4，未注公差尺寸为MT6。2.4 确定制品的模具基本结构方案 由于该零件形状及结构较简单，但精度较高。而可能适合的模具结构有两种，即单分型面注射模和双分

28、型面注射模。方案一 单分型面注射模 型腔设在定模上；主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上，开模后制品连同流道中的凝料一起留在动模一侧；可能的浇口形式有：直接浇口、侧浇口、扇形浇口、重叠式浇口和潜伏式浇口。该类模具采用的侧向抽芯机构，一般是斜导柱抽芯机构、斜滑块抽芯机构、弯销抽芯机构和斜导槽抽芯机构。方案二 双分型面注射模 它从不同的分型面分别取出流道中的凝料和制品，又称为三板式注射模具。它与单分型面注射模具相比，三板式注射模具增加了一个可移动的中间板。中间板适用于采用点浇口进料的单型腔和多型腔模具。在开模时由定位拉板限制，中间板与定模板作定距离的分开，以便取出两块板间之间流道中的凝料，而利用

29、推板或推杆将型芯上的制品脱出。适合的浇口形式有：点浇口、直接浇口、侧浇口、扇形浇口、重叠式浇口等。该类模具脱模时还必须是顺序脱模，模具机构较复杂。为了使制品顺利地从型芯脱模，获得较高的质量并保证一定的成型效率，本方案选择方案二，点浇口进料，采用推板顺序推出制品。3注塑机的选择3.1注塑机简介注塑机又叫注塑成型机，是利用塑料成型模具，将热塑性塑料或热固性塑料经加热熔融，并施加一定压力，使高温熔体冲入模具，经冷却和固化而制成的具有一定几何形状和尺寸精度的塑料制品的重要成型设备。1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机，这是注塑成型工艺技术的一大突破，目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%，注

30、塑机的产量占整个塑料机械产量的50%，成为塑料成型设备制造业中增长最快，产量最多的机种之一。注塑机的分类方式很多，常用的分类方法有：（1）按注塑机的外形特征分类：卧式注塑机、立式注塑机、角式注塑机。（2）按注塑机的塑化方式分类：柱塞式注塑机、螺杆式注塑机。（3）按合模机构特征分类：机械式、液压式、液压式机械式。此外还有按加工能力分为超小型、小型、中型、大型和超大型注塑机，以及按用途分类和按合模装置的特征分类，但日常生活中用的较少。3.2注塑机基本参数注塑机的主要参数有公称注射量、注射压力、注射速度、塑化能力、锁模力、合模装置的基本尺寸、开合模速度、空循环时间等。这些参数是设计，制造，购买和使用

31、注塑机的主要依据。（1）公称注塑量：指在对空注射的情况下，注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量，反映了注塑机的加工能力；（2）注射压力：为了克服熔料流经喷嘴，浇道和型腔时的流动阻力，螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力，我们将这种压力称为注射压力；（3）注射速率：为了使熔料及时充满型腔，除了必须有足够的注射压力外，熔料还必须有一定的流动速率，描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度，常用的注射速率如表3-1所示；表31 注射量与注射时间的关系注射量cm325 2505001000 2000 4000 6000 10000注射速率cm3/s25 200 333

32、570 890133016002000注射时间s1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5（4）塑化能力：单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调，若塑化能力高而机器的空循环时间长，则不能发挥塑化装置的能力，反之则会加长成型周期；（5）锁模力：注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力，在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开（6）合模装置的基本尺寸：包括模板尺寸，拉杆空间，模板间最大开距，动模板的行程，模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围；（7）开合模速度：为使模具闭合时平稳，以及开模，推出制件时不使塑料制件损坏

33、，要求模板在整个行程中的速度要合理，即合模时从快到慢，开模时由慢到快在到停；（8）空循环时间：在没有塑化，注射保压，冷却，取出制件等动作的情况下，完成一次循环所需的时间。3.3初步选择注塑机除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密切相关，如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行校核，并通过校核来设计模具与选择注射机型号。由于塑料齿轮必须采用精密模具注塑，应当选用精密注塑成型机。与普通注塑机不同，对模板移动稳定性及刚性、

34、开闭模控制的准确性、工艺条件测量等方面有更严格的要求。选择注射机应根据塑料的品种、塑件结构、成型方法及注射工艺条件等选取。同时应以注射模大小，先预选注射机的型号，然后再根据所设计的模具进行校核。目前，注射机的标准，有用注射量为主参数的，也有用合模力为主参数的，但大多数以注射量/合模力来表示注射机的主要特征。国内的标准主要有轻工部标准、机械部标准和国家标准。注射机型号中的字母S表示塑料机械；Z表示注射机；X表示成型；Y表示螺杆式（无Y表示柱塞式）等。我国的SZ系列的注射机，用一次能注射出的理论注射容量和锁模力表征注射机的生产能力。本方案在初选注射机时，主要是通过注射机的最大注射量（即额定注射量）

35、来确定的。通过质量计算，查表得，聚甲醛的密度=1.43g/cm3 8 ；单个塑件的体积v=3.14（402）20.3=3.77mm3；单个塑件的质量M=1.433.77=5.39g；流道凝料Vj=0.5Vz(流道凝料的体积(质量)是个未知数，根据手册取0.5V(0.5M)来估算，塑件越大则比例可以取的越小)；实际注射量为：V=3.770.5+3.77=5.66 cm3根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则，即： 根据要求，选捷霸MKIV系列精密注塑机JM80MKIVC10，其基本参数如表3-2：表3-2 注射部分的基本参数螺杆直径mm41注射速率cm3/s175 注射容量cm3191塑化能

36、力kg/h119注射重量g6.24螺杆转速（最大值）r/min367注射压力Mpa152.1注座推力kN44螺杆长径比(L/D) mm/mm20注座行程mm28锁模部分的基本参数锁模力kN（t）785（80）液压顶出行程mm75移模行程mm300液压顶出推力kN27.5拉杆间距（水平垂直）mm360360定位孔径mm100最大模厚mm350喷嘴移出量mm50最小模厚mm150喷嘴球半径mm15电热及其他参数液压泵功率kW15循环时间s1.35系统压力Mpa14.2外形尺寸(LWH)4.001.191.59电热功率kW8.68重量t4.09温度控制区3+1料斗容积L403.4注射机参数校核（1）

37、注射量注射量是指注射机进行一次注射成型所能注射出熔料的最大容积，它决定了一台注射机所能成型塑胶的的最大体积。注射量应满足下式：Vg=cV1Vg为注射机最大注射量，cm3 ；查表3-2得，即为注射容量191 cm3 ； V1为注射机理论注射量，cm3 ；c为射出系数，受注射成型工艺条件的影响，实际生产中常取0.70.9；令 c=0.8 V1=1751.35=236.25 cm3 ； 令V=cV1=0.8236.25=191 cm3=Vg；而注射机的注射重量为6.24g，大于单个塑件的质量5.39g；由以上计算得知，注射量符合条件。（2）注射压力注射时为了克服塑料流经喷嘴、流道和型腔时的流动阻力，

38、注射机螺杆（或柱塞）对塑料熔体必须施加足够的压力，此压力即为注射压力。其大小与流动阻力、塑件的形状、塑件的性能、塑化温度、模具温度及塑件的精度要求等因素有关。在根据塑件的性能，选取注射压力的分类中，选择注射压力为140180Mpa，这一类主要用于加工较高粘度的塑料，且塑件壁薄或不均匀、流程长、精度要求高，对于一些精密塑件的注射成型，注射压力可用到230250Mpa。查表3-2得，设计中所选的注射机注射压力为152.1Mpa，注射机的额定注射压力即为它的最高压力Pmax，应该大于注射机成型时所调用的注射压力，即:K为安全系数，常取k=1.251.4P0为成型时所需要的注射压力，常取P0=7010

39、0MPa。在注射压力范围内，且校核符合条件。（3）锁模力当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生使模具分型面胀开的力。为了夹紧模具，保证注射过程顺利进行，注射机合模机构必须有足够的锁模力，而且锁模力必须要大于胀开力，用公式表示为：Fz=p(nA+A1)Fp式中：Fp为塑料熔体在分型面的胀开力，N；P为型腔压力，一般为注射压力的80%左右，Mpa；N为型腔数量；A为单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2；A1为浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2；Fp为额定锁模力，N；查表得：聚甲醛的型腔压力为35Mpa，即p=35Mpa；由于塑件精度较高，采用一模三腔有利于保证精度，即n=3；（根据型腔数

40、目计算公式得到，见4.1）单个塑件在分型面上的投影面积近似等于塑件的面积，且塑件尺寸较小，浇注系统在分型面上的投影面积也近似相等，A=A1=3.14(402)2=1256.64mm2代入计算得：Fz=35(31256.64+1256.64)=.6N175.93kNFp=785kN锁模力校核符合条件。（4）安装部分的配合、连接尺寸模板尺寸和拉杆间距：模具最大外形尺寸不能超过注射机的动、定模板的外形尺寸，同时必须保证模具能通过拉杆间距安装到动、定模板上，模板上还应留有足够的余地用于装夹模具。模具定位圈的直径与模板定位孔的直径按H9/f9配合，以保证模具主浇道轴线与喷嘴孔轴线的同轴度。拉杆间距为36

41、0mm360mm，而所设计的模具尺寸较小，满足条件。最大、最小模具厚度：模具最大厚度Hmax和最小厚度Hmin是指注射机移动模板闭合后达到规定锁模力时，移动模板与固定板之间所达到的最大和最小距离，这两者之差就是调模机构的调模行程。这两个基本尺寸对模具安装尺寸的设计十分重要；若模具实际厚度小于注射机的模具最小厚度，则必须设置模厚调整块，使模具厚度尺寸大于Hmin，否则就不能实现正常合模；若模具实际厚度大于注射机模具最大厚度，则模具也不能正常合模，达不到规定的锁模力，一般模具厚度设定在Hmax和Hmin之间。此注射机最大模厚和最小模厚分别为350mm和150mm，适合注塑齿轮。开模行程：注射机的开

42、模行程是有限的，塑件从模具中取出时所想像的开模行程必须小于注射机的最大开模距离，否则塑件无法从模具中取出。一般最大开模行程为塑件最大高度的34倍，移动模板的行程要大于塑件高度的2倍。液压顶出行程为75mm，即为最大开模行程，而塑件的厚度为3mm，小于开模行程值.而塑件最大尺寸为42mm，移模行程为300mm，大于塑件高度的2倍，符合条件。4注射模具结构设计4.1型腔的数目及位置确定注射模每一次注射循环所能成型的塑件数量是由模具的型腔数目决定的。根据塑件生产批量及经济性等，通过计算，可确定尽可能多的型腔数，以提高生产率。由于设计的斜齿轮精度要求较高，按制品精度要求确定型腔数目比较合适。型腔数目越

43、多精度越低，从满足精度要求出发型腔数目可按下式确定：n2500L-24(式中长度单位为，L为塑件基本尺寸，L为塑件尺寸公差，为塑件可能达到尺寸公差，其中聚甲醛为0.2%)根据经验，每增加一个型腔，其尺寸精度可降低4%；塑件公差聚甲醛为0.2，尼龙66为0.3，聚碳酸酯ABS，聚乙烯为0.05；对于高精度塑件，一模不能超过四腔。将数据代入计算得：n25000.2%（0.296%96%）24=3.13，取n=3故选用一模三腔较合适。型腔的布置和浇口的开设部位应力求对称，以防模具承受偏载而产生溢边，同时排列要紧凑，以免浪费模具材料。由于采用一模三腔，型腔设置在冷料穴下边便于注塑。4.2分型面的选择模

44、具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面。其位于模具动模和定模的结合处，在塑件最大外形处，分型面是决定模具结构形式的重要因素，并且直接影响着塑料熔体的流动、填充性能及塑件的脱模。注塑模有的只有一个分型面，有的有多个分型面，而且分型面有平面、曲面和斜面等形状。分型面在模具中的表示方法是：模具分开时，若分型面两边的模板均移动，用“”表示；若一方不动，另一方移动，用“”表示，箭头指向移动的方向；当有多个分型面时，应按先后次序标出“A”、“B”、“C”等。分型面应选在塑件外形的最大轮廓处；应有利于塑件的留模方式，便于塑件顺利脱模；应保证塑件的各种加工要求，同时分型面的选择应考虑到外观

45、要求、模具制造、成型面积和排气效果等。根据要求，应选择双分型面注塑模较合适。双分型面注塑模又称三板式注塑模，模具结构较复杂、成本较高，适用于塑件外观要求精度较高的点浇口中小型模具，以便于自动化生产，不常用于大型塑件及流动性较差的塑料成型。型腔的数量及排列方式，分型面的位置确定等决定了塑料制件在模具中的成型位置。模具有塑件在动模部分、定模部分及同时在动模和定模中的三种结构。根据要求，塑件在型腔的动模座上较合适。4.3浇注系统设计浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道，其设计是注塑模设计中很重要的环节，直接影响到塑件的质量及成形效率。浇注系统的作用是：将塑料熔体均匀地送到每个型腔，并将

46、注射压力有效地传送到型腔的各个部位，以获得形状完整、质量优良的塑件。通常采用普通流道浇注系统，主要由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。4.3.1主流道的定位和尺寸计算主流道是指注射机喷嘴与型腔(单型腔模)或与分流道连接的这一段进料通道，是塑料熔体进入模具最先经过的部位，它与注射机喷嘴在同一轴心线上。由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计在可拆卸的主流道衬套（俗称浇口套）内，衬套一般选用碳素工具钢如T8A、T10A等，热处理要求5357HRC，衬套与定模板的配合可采用H7/m6，本次设计选取热处理55HRC，工具钢为T8A，配合选用H7/m6。为便于模具安装时与注

47、射机的对中，模具上应设有定位圈。小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式，在大多数情况下，主流道衬套和定位圈分开设计，然后配合固定在模板上，衬套与定位圈的配合可采用H9/m9。尺寸确定如下：表面粗糙度Ra0.8um,取Ra=0.5um；主流道小端直径d=d1+(0.51), d1为注射机喷嘴直径30mm，令d=30+1=31mm；主流道锥角=26,取=5；球面配合高度H=3mm8mm,按具体情况选择，取H=5mm；主流道球面半径R=R1+(13),R1 为注射机喷嘴球面半径,R1=15mm,R=15+2=17mm；主流道长度L应尽量缩短，一般不超过60mm，取L=50mm；主流道与分流道过渡

48、圆角r 按具体情况选择，一般为r=13mm，取r=2mm；主流道大端直径D=d+2Ltan=31.5+250tan5=40.25mm；(d为主流道小端直径，L为主流道长度，为主流道锥角)图4-1 主流道形状及尺寸4.3.2分流道的形状和尺寸计算在多型腔或单型腔多浇口时应设置分流道，分流道即为连接主流道和浇口的进料通道，起分流和转向作用。分流道设计时要求塑料熔体在流道时，热量和压力损失小，同时使流道中的塑料量最小，为便于分流道的加工和凝料脱模，分流道大都设置在分型面上。常见的分流道截面形状为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等。圆形和正方形流道截面的比表面积（流道表面积与体积之比）最小，流道的效率最

49、高，但加工困难且正方形截面流道不易脱模，所以在生产中宜采用梯形及圆形，表面粗糙度Ra1.6um，一般在1.25um即可，并要平衡式排列，从表4-1中选取适当的分流道尺寸，选用圆形分流道。聚甲醛分流道直径为3.29.5mm，取d=5mm。表4-1 常用塑料分流道推荐尺寸塑料品种分流道直径/mm塑料品种分流道直径/mmABSAS4.89.5聚苯烯6.49.5聚甲醛3.29.5聚苯乙烯3.29.5尼龙61.69.5聚氯乙烯3.29.5聚碳酸酯4.89.5丙烯酸酯8.09.5聚丙烯4.89.5耐冲击的丙烯酸酯8.012.7聚乙烯1.69.5当分流道较长时，在分流道的末端也应开设冷料穴，以容纳注射开始时

50、产生的冷料，保证塑件的质量。平衡式布置使得分流道到各型腔浇口的长度、截面形状、尺寸都相同，其优点是可实现均衡送料和同时充满各型腔，使各型腔的塑件力学性能基本一致，但这种形式分流道较长。分流道长度L按具体情况确定，不宜过长或过短，一般为（12.5）D, D为主流道大端直径, 但L应不小于8mm.取L=D=40.25mm；分流道锥角1 一般取23，对于大型塑件,值可取大些，1可取小一些以利于增大分流道截面，使料温下降缓慢，减少注射压力损失，取1 =2；分流道与浇口过渡圆角r1=12mm,取r1=1mm；分流道大端宽度b=(1/21)D 式中D为直流道大端直径,取b=(1/2)D=1/240.25=

51、20.125mm；分流道小端直径b1按塑件形状选择，取b1=10mm。 图4-2 分流道截面形状及尺寸 4.3.3浇口（进料口）类型与尺寸确定浇口是指连接分流道和型腔的进料通道，是浇注系统中截面尺寸最小且长度最短的部分，其作用表现为：由于塑料熔体为非牛顿液体，通过浇口时剪切速率增高，同时熔体的内摩擦加剧，使料流的温度升高、粘度降低，从而提高了塑料的流动性，有利于冲型；同时在注射过程中，塑料冲型后在浇口处及时凝固，防止熔体的倒流；成型后也便于塑件与整个浇注系统的分离，但浇口的尺寸过小会使压力损失增大，冷凝加快，补缩困难。在实际使用中，浇口的尺寸常常需要通过试模，按成型情况加以修正。常见的浇口形式

52、有直接浇口（主流道型浇口）、侧浇口（边缘浇口）、扇形浇口、平缝式浇口、环形浇口、轮辐式浇口、点浇口（橄榄形、菱形浇口）和潜伏式浇口（隧道式）等几种。由于点浇口模具多用于外表面要求精度较高的塑件注塑模，故取点浇口较合适。浇口位置的选择是浇口设计中十分重要的一方面，若选择不当会使塑件产生变形、熔接痕、凹陷、裂纹等缺陷。浇口位置选择所遵循的原则有：(1)浇口应设置在能使型腔的各部位、各角落能同时充满的位置；(2)浇口应设置在塑件较厚的部位，以使熔料从厚断面移入薄断面，以利于补料；(3)浇口应设置在有利于排除型腔中气体的部位；(4)浇口应设置在避免塑件表面产生熔合纹的部位；(5)对于带有细长型芯的模具

53、，浇口应设置在能使进料沿型芯轴向均匀进行，以免型芯被熔体冲击而变形；(6)浇口的设置应不影响塑件的外观；(7)浇口的设置应避免熔体的断裂；、(8)浇口不要设置在塑件使用中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位。由于点浇口一般设在型腔底部，排气通畅，成型良好，塑件无不良痕迹，适用于成型壳盒行零件，是一种常用的浇口形式，能自动切断浇口溢料。选用较合适。浇口的截面积一般为分流道截面积的3%9%,截面形状多为矩形（宽度与厚度的比为3：1）或圆形；浇口的长度约为11.5mm。在设计浇口时，应取小值，以便在试模时加以修正。其尺寸确定如下： d=0.51.5mm，取d=1mm；L=1.01.5mm,取L=1mm；=6

54、15,取=10；=6090,取=60。图4-3 浇口形状及尺寸4.3.4冷料穴和拉料杆设计在主流道末端一般应设置冷料穴，其作用是为了防止冷料进入浇注系统和型腔，影响塑件性能。在冷料穴底部应设置拉料杆，以便开模时将主流道凝料从主流道衬套中拉出。常见的结构有：带Z形头拉料杆的冷料穴、带推杆的倒锥形冷料穴、圆环槽形冷料穴、带球形头拉料杆的冷料穴、蘑菇形拉料杆和锥形拉料杆。在上述几种形式中，由于尖锥的分流效果好，常用在成型带中心孔的塑件上。本次设计斜齿轮中心为型芯，可采用这种形式。由于选用的是锥形拉料杆，属于带推件板推料的冷料穴，冷料进入冷料穴后，紧包在拉料杆的锥形头部上，开模时便可将主流道凝料从主流

55、道中拉出，当推件板从型芯中推出塑件时，同时也将主流道凝料刮下，其主要适用于带推件板的模具。 图4-4 冷料穴形状及尺寸4.4成形零件的设计成形零件是决定塑件几何形状和尺寸的零件，它是模具的主要部分，主要包括：凹模（型腔）、型芯（凸模）及镶件等。塑料成形有其特殊性，其零件的设计与冷冲模凸凹模有所不同。4.4.1凹模和型芯的结构设计凹模有整体式和组合式两类，而组合式又可分为整体嵌入式、局部镶拼式和四壁拼合式。由于所设计的斜齿轮精度要求较高，需要顺利脱模，选择整体嵌入式较合适。凹模与模板之间采用过渡配合H7/m6。型芯是成形塑件内表面的凸状零件（压缩模中称为凸模）。型芯也有整体式和组合式两种。组合式

56、型芯可分为整体嵌入式和镶拼式。整体嵌入式的凸模是将凸模单独加工后镶入模板中组成，可节省模具材料，便于加工，精度易于保证。选择斜齿轮注塑模较合适，凸模与固定板的配合采用过渡配合H7/m6。4.4.2成形零件的工作尺寸成形零件的工作尺寸是指凹模和型芯直接构成塑件的尺寸。影响成形零件尺寸的因素有：(1)成形收缩：塑料聚甲醛POM的平均注塑成型收缩率S=(Smax+Smin) 2100%=(3%+2%)2=2.5%查表得：聚甲醛收缩率为2%3%9,在计算工作尺寸时，通常按平均收缩率计算。S为塑件的平均收缩率，Smax为塑件的最大收缩率，Smin为塑件的最小收缩率。(2)模具成形零件的制造公差：它直接影响塑件的尺寸公差，成形零件精度高是塑件精度高的前提。模具设计时，成形零件的制造公差 z可选为塑件公差的1/31/4，或选IT7IT8级精度，表面粗糙度Ra为0.40.8um,取Ra=0.5um，z