学位论文--锥齿轮说明书

成绩课程设计说明书2013～2014学年第2学期设计题目：锥齿轮题目类别：课程设计指导教师：专业班级：姓名：日期：2014618机电工程系制

目录绪论 3第1章模塑工艺规程 61.1塑件工艺性分析 61.1.1塑件原材料分析 61.1.2塑件的尺寸精度分析 71.1.3塑件表面质量分析 71.1.4塑件的结构工艺性分析 81.2计算塑件体积和质量 81.2.1计算塑件的体积 81.2.2计算塑件的质量 81.3塑件模塑成型工艺参数的确定 9第2章．注塑模的结构设计 92.1分型面的选择 92.2确定模具型腔数目及排列方式 102.3确定浇注系统 112.3.1主流道设计 112.3.2分流道的设计 112.3.3浇口设计 112.3.4冷料穴的设计 122.4成型零件的结构设计 122.4.1凹模的结构设计 122.4.2凸模的结构设计 122.5顶出机构的设计 122.5.1推件方式的选择 122.5.2复位装置的选择 132.6确定排气系统的形式： 13第3章模具设计的有关计算 133.1成型零件的尺寸计算 133.1.1型芯主要工作尺寸的计算 133.1.2型腔主要工作尺寸的计算 143.2型腔侧壁厚度及底板厚度的计算 143.2.1型腔侧壁厚度的计算 143.2.2型腔底板厚度计算 15第4章模具加热与冷却系统的计算 154.1加热功率的计算 15第5章模具闭合高度的确定 15第6章注塑机有关参数校核 166.1模具开模行程的校核 16第7章绘制模具总装图和非标准零件工作图 17设计总结 18致谢 18参考文献 19绪论模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加；“三资”及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。1．存在问题和主要差距虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。当前存在的问题和差距主要表现在以下几方面：①总量供不应求国内模具自配率只有70%左右。其中低档模具供过于求，中高档模具自配率只有50%左右。②企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，而国外模具超过70%属商品模具。专业模具厂大多是“大而全”、“小而全”的组织形式，而国外大多是“小而专”、“小而精”。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足30%，而国外在50%以上。2004年，模具进出口之比为3.7﹕1，进出口相抵后的净进口额达13.2亿美元，为世界模具净进口量最大的国家。③模具产品水平大大低于国际水平，生产周期却高于国际水平产品水平低主要表现在模具的精度、型腔表面粗糙度、寿命及结构等方面。④开发能力较差，经济效益欠佳我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是15～20万美元，有的高达25～30万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。2．造成上述差距的原因很多，除了历史上模具作为产品长期未得到应有的重视，以及多数国有企业机制不能适应市场经济之外，还有下列几个原因：⑴国家对模具工业的政策支持力度还不够虽然国家已经明确颁布了模具行业的产业政策，但配套政策少，执行力度弱。目前享受模具产品增值税的企业全国只有185家，大多数企业仍旧税负过重。模具企业进行技术改造引进设备要缴纳相当数量的税金，影响技术进步，而且民营企业贷款十分困难。⑵人才严重不足，科研开发及技术攻关投入太少模具行业是技术、资金、劳动密集的产业，随着时代的进步和技术的发展，掌握并且熟练运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧张。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关重视不够，科研单位和大专院校的眼睛盯着创收，导致模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，致使模具技术发展步伐不大，进展不快⑶工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低近年来我国机床行业进步较快，已能提供比较成套的高精度加工设备，但与国外装备相比，仍有较大差距。虽然国内许多企业已引进许多国外先进设备，但总体的装备水平比国外许多企业低很多。由于体制和资金等方面的原因，引进设备不配套，设备与附件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较妥善的解决。⑷专业化、标准化、商品化程度低，协作能力差由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，模具专业化水平低，专业分工不细致，商品化程度低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占40﹪左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不畅，难以完成较大规模的模具成套任务。模具标准化水平低，模具标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，特别是对模具制造周期有很大影响。⑸模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种问题往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢材相比有较大差距。塑料、板材、设备性能差，也直接影响模具水平的提高。3．发展展望目前，我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。一方面，国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。因此，放眼未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景看好，预计中国模具将在良好的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大国，而且一定逐步向模具制造强国的行列迈进。“十一五”期间，中国模具工业水平不仅在量和质的方面有很大提高，而且行业结构、产品水平、开发创新能力、企业的体制与机制以及技术进步的方面也会取得较大发展。模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科，是一个综合性多学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产批品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。我国模具行业今后仍需提高的共性技术有：(1)建立在CAD/CAE平台上的先进模具设计技术，提高模具设计的现代化、信息化、智能化、标准化水平(2)建立在CAM/CAPP基础上的先进模具加工技术与先进制造技术相结合，提高模具加工的自动化水平与生产效率。(3)模具生产企业的信息化管理技术。例如PDM（产品数据管理）、ERP（企业资源管理）、MIS（模具制造管理信息系统）及INTERMET平台等信息网络技术的应用、推广及发展。(4)高速、高精、复合模具加工技术的研究与应用。例如超精冲压模具制造技术、精密塑料和压铸模具制造技术等。(5)提高模具生产效率、降低成本和缩短模具生产周期的各种快速经济模具制造技术。(6)先进制造技术的应用。例如热流道技术、气辅技术、虚拟技术、纳米技术、高速扫描技术、逆向工程、并行工程等技术在模具研究、开发、加工过程中的应用。(7)原材料在模具中成形的仿真技术。(8)先进的模具加工和专有设备的研究与开发。(9)模具及模具标准件、重要辅件的标准化技术。(10)模具及其制品的检测技术。(11)优质、新型模具材料的研究与开发及其正确应用。(12)模具生产企业的现代化管理技术。第1章模塑工艺规程1.1塑件工艺性分析塑件的工艺性分析包括塑件的原材料分析，塑件的尺寸精度分析，塑件的表面质量和塑件的结构工艺性分析，其具体分析如下。1.1.1塑件原材料分析表1塑件的原材料分析塑料品种结构特点使用温度化学稳定性性能特点成型特点聚碳酸酯(pc)，属于热塑性塑料线型结构非结晶型材料，透明小于130℃，耐寒性好，脆化温度位-100℃有一定的化学稳定性，不耐碱、酮、酯等透光率较高，介电性能好，吸水性小，但水敏性强(含水量不得超过0.2%)，且吸水后会降解力学性能很好，抗冲击抗蠕变性能突出，但耐磨性较差熔融温度高(超过330℃才严重分解)，但熔体黏度大；流动性差(溢边值为0.06mm)；流动性对温度变化敏感，冷却速度快；成型收缩率小；易产生应力集中结论熔融温度高且熔体黏度大，应严格控制模具温度，一般在70~120℃为宜，模具应用耐磨刚，并淬火。水敏性强，加工前必须干燥处理，否则会出现银丝、气泡及强度显著下降易产生应力集中，严格控制成型条件；塑件壁不宜厚，避免有尖角、缺口和金属嵌件造成应力集中，脱模斜度宜取2°1.1.2塑件的尺寸精度分析该塑件的主要尺寸有其特定的要求，其余尺寸都为自由尺寸，按MT5查取公差，所以其精度不是很高，易成型，其主要尺寸公差标注如下（单位均为mm）：塑件的外形尺寸1.1.3塑件表面质量分析与金属零件一样，塑件的表面质量对它的使用性能是有影响的。塑件强度与它的表面粗糙度有直接关系。表面显微不平的凹陷正是应力集中处，且凹陷愈深，它的半径愈小，则应力集中就愈大，因此强度就愈差。另外粗糙度大的塑件表面的耐腐蚀就差些。由于锥齿轮在传动过程中防止过早失效，所以该塑件的外形粗糙度取Ra=0.4，而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。1.1.4塑件的结构工艺性分析图1-4从图纸上分析：该塑件整体外形为回转体，且符合最小壁厚要求，壁厚也较均匀。综上所述，该塑件可采用注射成型加工。1.2计算塑件体积和质量1.2.1计算塑件的体积V=2.786cm³1.2.2计算塑件的质量计算塑件的质量是为了选择注塑机及确定模具型腔数，根据有关手册查得：ρ=1.2kg/dm³－PC的密度，所以塑件的质量M=ρv=1.2×10ˉ³×2.786=3.3432g根据塑件形状及尺寸采用，即一模两腔。考虑外形尺寸，对塑件原材料的分析以及注射所需的压力情况，参考模具设计手册初选螺杆式注射机：XS-ZY-60。1.3塑件模塑成型工艺参数的确定聚碳酸酯注射成型工艺参数见表2，试模时，可根据实际情况做适当的调整表2聚碳酸酯注射成型工艺参数工艺参数规格工艺参数规格预热和干燥温度：110～120℃成型时间/s注射时间20～90时间：8～12h保压时间0～5料筒温度t/℃后段210～240冷却时间20～90中段230～280总周期40～190前段240～285模具温度t/℃70～120喷嘴温度t/℃240～250注射压力P/MPa80～110第2章．注塑模的结构设计注射模结构设计主要包括：分型面的选择，模具型腔数目的确定及型腔的排列，浇注系统的设计，型芯、型腔结构的确定，推件方式的确定。2.1分型面的选择该塑件为锥齿轮，由于其使用性能要求，其外观要求美观，无斑点和熔接痕，表面质量要求较高，并且齿轮的齿廓与孔的同轴度要求也比较高。根据分型面的选择原则，分型面选在齿轮的最大截面A-A处，如图2所示：图1分型面的选择2.2确定模具型腔数目及排列方式图2型腔的排列2.3确定浇注系统2.3.1主流道设计根据手册查得XS-Z60型注射机喷嘴的有关尺寸：喷嘴球半径：R0=10mm喷嘴孔直径：d0=3mm根据模具主流道与喷嘴的关系：R=R0+（1～2）mm，d=d0+0.5mm取主流道球面半径：R=11mm取主流道的小端直径：d=3.5mm为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为1°～3°。经换算得主流道大端直径D=12mm。同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r=5mm的圆弧过渡。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和冲模时间。由于主流道要与高温塑料熔体及主注射机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套形式。主流道的长度L一般按模板的厚度确定，一般控制在60mm以下。2.3.2分流道的设计分流道的形状及尺寸与塑件的体积，壁厚，形状的复杂程度，注射速率等因素有关。该塑件的体积不是很大，形状不算太复杂，且壁厚较均匀。为了便于加工方面的考虑，采用截面形状为半圆形的分流道。查有关手册得R=6mm2.3.3浇口设计A浇口形式的选择由于该塑件外观质量要求较高，浇口的位置和大小应以不影响塑件的外观质量为前提。同时，也应尽量使模具结构更简单，所以成型该塑件的模具采用点浇口的形式B进料位置的确定根据塑件外观质量的要求以及型腔的安放方式，进料位置设计在塑件的底部。2.3.4冷料穴的设计冷料穴位于主流道政对面的动模板上或者处于分流道的末端，其作用是收集熔体前锋的料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的质量。冷料穴的长度通常为流道直径d的1.5～2.0倍。所以冷料穴长度L=9mm。设置在熔体流动方向的转折位置，并迎着上游的熔体流向。其结构如下图3所示：图3冷料穴2.4成型零件的结构设计2.4.1凹模的结构设计由于塑件的形状比较复杂，所以采用热处理变形小的40Cr，采用整体式。这样便于加工和制造。2.4.2凸模的结构设计考虑模具温度调节系统的设置，型芯采用整体式结构，采用热处理变形小的CrWMn。2.5顶出机构的设计2.5.1推件方式的选择根据塑件的形状特点，模具型腔在定模部分。开模后，由于塑料的收缩，塑件包在型芯上留在动模一侧，其推出机构可采用推管推出或顶杆顶出。其中，推管推出结构可靠，顶出力均匀，不影响塑件的外观质量，而由于锥齿轮的结构所限，采用顶杆顶出，其顶杆无法放置。从以上分析得出：该塑件采用推管推出机构。并且从塑件图上可知，其脱模行程不大，所以采用长型芯的方式，即型芯紧固在模具底板上。而推管壁厚与塑件的壁厚一样，由前面的可知其壁厚为3.5mm，在1.5mm以上。推管的材料与推杆一样采用45#钢，其滑动长度的淬火硬度为50HRC左右，表面粗糙度达Ra0.63～1.25µm。其具体结构及尺寸如附图所示。2.5.2复位装置的选择由于该模采用的是推管脱模，在将塑件顶出后，必须返回其原始位置，才能合模进行下一次的注塑成型。该模采用的方式是弹簧进行模板恢复。2.6确定排气系统的形式：当塑料填充型腔时，必须排出浇注系统内的空气及塑料受热产生的气体，以保证塑件不会由于填充不足而出现气泡、接缝或表面轮廓不清等缺点；甚至气体受压力形成高温使塑料焦化。但是此制件比较小采用分型面间隙排气即可。第3章模具设计的有关计算3.1成型零件的尺寸计算该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算。查有关手册可知PC的收缩率为0.5%～0.7%。故平均收缩率为SCP=（0.5+0.7）%/2=0.6%=0.006。根据塑件尺寸工差要求，模具的制造公差取δ=△/43.1.1型芯主要工作尺寸的计算根据塑件图可知型芯主要成型2个轴孔。其尺寸计算见表3已知条件：平均收缩率SCP=0.006mm；δ=△/4；X-系数，按表4.4-6查取[1]；△为塑件公差类别塑件尺寸(mm)计算公式型芯的工作尺寸（mm）型芯的计算ØØØØ表3型芯主要工作尺寸的计算3.1.2型腔主要工作尺寸的计算根据塑件图，型腔主要成型锥齿轮的齿廓以及齿轮的高度，型腔不仅要考虑在直径方向上的收缩，还应考虑在切向方向上齿厚上的收缩，但从上塑件图上可知该齿轮较小，加工较困难，所以可以不考虑齿厚上的收缩。型腔的主要工作尺寸以齿顶圆锥为计算基准。其主要工作尺寸见下表4类别塑件尺寸(mm)计算公式型芯的工作尺寸（mm）型腔的计算23±0.1422.97±0.04表4型腔的主要工作尺寸的计算3.2型腔侧壁厚度及底板厚度的计算3.2.1型腔侧壁厚度的计算该模具型腔为整体式的圆形型腔，根据整体式圆形型腔侧壁厚度计算公式进行计算。=6.09mm式中：材料的许用应力，=300N/mm2模腔压力；=60MPar型腔内孔的半径考虑到该型腔为整体式，为了便于制造取型腔侧壁厚度为15mm。3.2.2型腔底板厚度计算根据整体式型腔地板厚度计算公式进行计算。=8.13mm考虑模具的整体结构的协调取,H=32mm。第4章模具加热与冷却系统的计算注射模不仅是塑料熔体的成型设备，而且还是热交换器，模温调节系统直接关系塑件的质量和生产效率，是注射模设计的核心内容之一。在注射成型过程中，塑料熔体所释放的热量约有5%～30%由模具传导，对流和辐射的方式散发到大气中，热量大部分由冷却水带走，模具的冷却时间约占整个注射循环周期的2/3。由于聚碳酸酯的熔融粘度高，流动性差，所以需要较高的模温，若模温过低，则会影响塑料的流动性，产生较大的流动剪切力，使塑件的内应力较大，甚至会出现冷流痕，银丝，注不满等缺陷。所以需要对模具进行加热。该模具采用加热中插入电加热棒的加热方法进行对模具的加热。4.1加热功率的计算根据电加热功率计算的经验公式：=89.3×25=2232.5（W）式中：G-模具的重量，经估算得G=89.3㎏；q-为加热单位重量模具至所需温度的电功率，查表得q=25(w/㎏)第5章模具闭合高度的确定本塑件采用点浇口注射成型，根据结构形式，选择20系列。根据前面的计算，模架的周边尺寸为300mm×250mm导柱:32mm×100mm×40mm(Ⅰ)GB/T4196.5-1984导套：32mm×32mmGB/T4169.2-7984复位弹簧：在支撑与固定零件的设计中，根据经验确定：定模座板：=40mm定模板：=32mm动模板：=25mm垫块：=80mm凸模固定板：=20mm动模座板：=25mm所以模具的闭合高度：第6章注塑机有关参数校核该模具的外形尺寸为330mm×440mm，SZA-YY60型注射机模板最大安装尺寸为300×250，故能满足模具安装要求。由于SZA-YY60型注射机所允许模具的最