塑料齿轮注塑成形分析

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1、塑料齿轮注塑成形分析材料成型CAE课程专业论文河南工程学院《材料成型CAE（焊接）》考査课专业论文2015年11月8日材料成型CAE课程专业论文概述：塑料齿轮在过去的50年里经历了从新型材料到重要工业材料的一个变化历程，今天它们已经深入应用到许多不同的领域中，如汽车、仪器仪表、家用电器、建筑控制和导弹等。这是因为塑料齿轮与金属齿轮相比较,具有重量轻、噪声低、振动小、耐高温、耐腐蚀、自润滑、价廉物美，可以开模加工、生产效率高等特点。但是，目前国内塑料齿轮模具还处于初级阶段，因为塑料齿轮加工过程中会出现收缩与变形,而收缩之后的精度变化规律，目前国内研宄

2、不多。本文采用模具CAE技术,模拟塑料齿轮注射成型过程，对其注塱成型进行分析。1.注塑成型的工作原理注塑成型乂称注射模塑成型，它是一种注射兼模塑的成型方法。在一定温度下，通过螺杆搅拌完全熔融的塑料材料，用高压射入模腔，经冷却固化后，得到成型品。注塑成型方法的优点是生产速度快、效率高，操作可实现白动化，花色品种多，形状可以由简到繁，尺寸可以由大到小，而且制品尺寸精确，产品易更新换代，能成形状复杂的制件，注塑成型适用于人量生产与形状复杂产品等成型加工领域。工作流程一般分为加料、注塑、保压、冷却、开模五个阶段［1］，原理如图1所示。图1.注射成型原理图1

3、.塑料齿轮的静力学分析2.1模型的建立有限元分析的第一步是模型的生成，反映实体形状的几何模型的生成及其精度对有限元模型的生成及其计算精度有着至关重要的作用。首先用PRO/E建立塑料齿轮3D模型，如图2所示。该塑料齿轮为某公司复印机上用齿轮，是标准渐开线圆柱直齿轮。基本参数为：模数0.8mm，齿数z=58,分度圆压力角a=20°，齿厚b=5mm，腹板2mm，齿顶高系数ha=1，顶1材料成型CAE课程专业论文隙系数c=0.35。图2.塑料齿轮3D模型2.2单元类型选择确定有限元单元类型对有限元分析来说非常重要，单元类型的选择不仅影响到网格的合理划分，而

4、且关键是对求解的精度影响很人。考虑到齿轮齿型的复杂程度、精度要求以及计算求解时间等实际因素，采用Solid95是空间实体单元，适用于曲线边界的建模，具有塑性、蠕变、应力强化、大变形和大应变功能［2］。该单元有20个节点，每个节点有X,Y和Z方向3个平动自由度。2.3材料的选择聚碳酸酯（简称PC）是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，无色透明，耐热，抗冲击，阻燃BI级，在普通使用温度内都有良好的机械性能。由于其结构上的特殊性，以及高强度及弹性系数、高冲击强度、使用温度范围广、成形收缩率低、尺汴安定性良好，耐疲劳性佳等诸多优点，现已成为五大工程塑料屮增

5、长速度最快的通用工程塑料，尤其在仪器仪表等精密塑料齿轮中应用广泛。因此本文选用GEPIastiCS（USA）公司生产的LexanPPC4501（属于PC料）做塑料齿轮材料。LexanPPC4501的物理属性见表表1丄exanPPC4501的物理属性2.4网格划分网格的粗密度设为6，最终得网格节点为263107个，单元为165950个。网格模型如图3所示。2材料成型CAE课程专业论文图3.塑料齿轮网络模型2.5添加边界约束条件施加边界约束条件是有限元分析过程中的重要一环［3］。边界条件是根据物理模型的实际工况在有限元分析模型边界节点上施加的必要约朿。

6、边界约束条件的准确度直接影响有限元分析的结果。在有限元分析中确定边界条件一般应做到以下几条:耍施加足够的约束，保证模型不产生刚体位移;施加的边界条件必须符合物理模型的实际工况；力求简单直观，便于计算分析。(1)施加位移约束分别对X,Y,Z三个方向上的平动和转动进行约束。(2)施加约朿载荷轮齿在受载时，齿根所受的弯矩最大。根据分析，齿根所受的最大弯矩发生在轮齿啮合点位于单对啮合区最高点。因此，齿根巧曲强度也应该按载荷作用于单对啮合区最高点来计算。载荷大小可根据设计承载的扭矩按公式(1)求得。Ft=2?T/d(1)Fr=Ft?tana塑料齿轮被广泛的用

7、来传递运动，0前还不能传递太大的力。因此本文塑料齿轮设计承载扭矩T=0.2N/m，计算得F=8.3N,F=3.8NO经计算后得，齿根部位的的最大应力为10.305MPa，查阅相关机械设计手册得PC料LexanPPC4501的屈服极限为67MPa,可以看出设计合理，该齿轮结构满足强度要求。1.塑料齿轮注塑成型过程模拟利用Moldflwo软件对塑料制件注射成型过程进行模拟分析是基于以下假设：(1＞因为产品形状各异，所以忽略模具和产品几何形状的影响；(2)只讨论注射、保压和冷却过程中的影响；⑶假设型芯和型腔有相同的温度，假设冷却水路的分布维持模具各处温度

8、均3材料成型CAE课程专业论文匀一直；⑷环境温度为250C；(5)冷却水为纯水。3.1模型前置处理将建立好的塑料齿轮3D模