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JIU JIANG UNIVERSITY
設(shè)計(jì)說明書
題 目 汽車方向盤注塑模具設(shè)計(jì)
院 系 機(jī)械與材料工程學(xué)院
摘 要
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對(duì)了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。本設(shè)計(jì)介紹了注射成型的基本原理，特別是單分型面注射模具的結(jié)構(gòu)與工作原理，對(duì)注塑產(chǎn)品提出了基本的設(shè)計(jì)原則；詳細(xì)介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，并對(duì)模具強(qiáng)度要求做了說明。
通過本設(shè)計(jì)，可以對(duì)注塑模具有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，注意到設(shè)計(jì)中的某些細(xì)節(jié)問題，了解模具結(jié)構(gòu)及工作原理。
【關(guān)鍵詞】塑料模具；標(biāo)準(zhǔn)；澆注系統(tǒng)
目 錄
第1章 塑件機(jī)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)1
1.1 功能設(shè)計(jì)……………………………………………………………………1
1.2 材料選擇……………………………………………………………………1
1.3 結(jié)構(gòu)…………………………………………………………………………3
第2章 注塑成型工藝6
2.1 注塑成型工藝條件..........................................6
2.2 注塑機(jī)的選擇與校核……………………………………………………7
2.2.1 注塑機(jī)的選擇…………………………………………………………8
2.2.2 模具開模頂出行程校核………………………………………………9
2.2.3 注塑機(jī)的參數(shù)校核……………………………………………………9
第3章 模具設(shè)計(jì)10
3.1 模具設(shè)計(jì)步驟…………………………………………………………10
3.2 模架的選擇………………………………………………………………11
第4章 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)11
4.1主流道…………………………………………………………………11
4.2分流道…………………………………………………………………12
4.3 澆口……………………………………………………………………12
4.4排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………….12
第5章 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)12
5.1 脫模力計(jì)算…………………………………………………………………13
5.2 推桿脫模機(jī)構(gòu)………………………………………………………………15
第6章 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)16
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………17
第1章 塑件結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)
1.1 功能設(shè)計(jì)
功能設(shè)計(jì)是要求塑件應(yīng)具有滿足使用目的功能，DVD按鈕表面要求光滑美觀無毛刺，不得有裂痕、擦損、缺口及明顯的變形。該塑件是日用品，要承受不斷的壓力和摩擦，要考慮它的表面磨損程度，又因?yàn)榻?jīng)常和人體接觸，要求耐腐蝕，選擇特殊的表面處理，延長磨損期；塑件的工作溫度是室溫，這使得在材料選擇時(shí)對(duì)熱變形溫度，脆化溫度，分解溫度的要求降低;作為一種日用品，生產(chǎn)批量應(yīng)該是大批大量生產(chǎn)，這樣，就必須考慮生產(chǎn)成本和模具壽命，在材料的選擇時(shí)要綜合各種因素;此外，塑料都會(huì)老化，要綜合考慮它的使用壽命.因?yàn)榇怂芗怯迷陔娖魃?，因此要考慮采用絕緣材料。
1.2 材料選擇
通常，選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求，以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù).對(duì)于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件來說，要考慮的主要是材料的力學(xué)性能，如屈服應(yīng)力，彈性模量，彎曲強(qiáng)度，表面硬度等.該塑件對(duì)材料的要求首先必須是沖擊韌性力學(xué)強(qiáng)度高，其次才是成型難易和經(jīng)濟(jì)性問題。
和機(jī)械加工一樣要考慮到加工工藝問題，模具成型也要考慮到材料的注塑特性，在各特點(diǎn)都相差無幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn)。
成型特性上以ABS為好，由于是一般性民用品，所以價(jià)格上是需要考慮的，我們主要要求是價(jià)格和沖擊韌性力學(xué)強(qiáng)度，其它如拉伸強(qiáng)度，斷裂伸長率等則是次要考慮的指標(biāo)(這由塑件的工作環(huán)境決定). ABS為塑件材料是最初選定的.因?yàn)樗鶕碛械奶匦苑衔覀兊乃芗蟆?
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS樹脂微黃色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐熱，耐化學(xué)腐蝕，丁二烯使聚合物具有優(yōu)越的柔性，韌性；苯乙烯賦予聚合物良好的剛性和加工流動(dòng)性。因此ABS樹脂具有突出的力學(xué)性能和良好的綜合性能。同時(shí)具有吸濕性強(qiáng)，但原料要干燥，它的塑件尺寸穩(wěn)定性好，塑件盡可能偏大的脫模斜度。
ABS塑料主要的性能指針
密度 (Kg.dm-3) 1.03——1.08
收縮率 % 0.3~0.8
熔 點(diǎn) ℃ 130~160
熱變形溫度 45N/cm 65~98
彎曲強(qiáng)度 Mpa 80
拉伸強(qiáng)度 MPa 35~49
拉伸彈性模量 GPa 1.8
彎曲彈性模量 Gpa 1.4
壓縮強(qiáng)度 Mpa 18~39
缺口沖擊強(qiáng)度 kJ/㎡ 1~20
硬 度 HR R62~86
體積電阻系數(shù) Ωcm 1013
擊穿電壓 Kv.mm-1 15
介電常數(shù) 60Hz3.7
結(jié)論：本產(chǎn)品采用ABS塑料。
1.3結(jié)構(gòu)
圖1-1 原始零件圖
塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性是指塑件結(jié)構(gòu)對(duì)成型工藝方法的適應(yīng)性.在塑料生產(chǎn)過程中，一方面成型會(huì)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)，形狀，尺寸精度等諸方面提出要求，以便降低模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和制造難度，保證生產(chǎn)出價(jià)廉物美的產(chǎn)品;另一方面，模具設(shè)計(jì)者通過對(duì)給定塑件的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析，弄清塑件生產(chǎn)的難點(diǎn)，為模具設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù).該塑件的整體形狀像一個(gè)盲孔，盲孔的深度H一般不超過孔徑的4倍，H≤4D，該塑件的最大孔深為28，孔徑可以取短半軸的直徑為12，所以該塑件的盲孔形式是可以脫模的。
（1） 壁厚
各種塑件，不論是結(jié)構(gòu)件還是板壁，根據(jù)使用要求具有一定的厚度，以保證其力學(xué)強(qiáng)度.一般地說，在滿足力學(xué)性能的前提下厚度不宜過厚，不僅可以節(jié)約原材料，降低生產(chǎn)成本，而且使塑件在模具內(nèi)冷卻或固化時(shí)間縮短，提高生產(chǎn)率;其次可避免因過厚產(chǎn)生的凹陷，縮孔，夾心等質(zhì)量上的缺陷.以下是ABS的壁厚推薦值:
最小壁厚0.75mm 小型件壁厚1.25mm 中型件壁厚1.6mm 大型件壁厚3.2~5.4mm
結(jié)論：本產(chǎn)品壁厚為3mm，除去產(chǎn)品中間部分。
（2） 脫模斜度
由于塑件成型時(shí)冷卻過程中產(chǎn)生收縮，使其緊箍在凸模或型芯上，為了便于脫模，防止因脫模力過大而拉壞塑件或使其表面受損，與脫模方向平行的塑件內(nèi)，外表面都應(yīng)具有合理的斜度.
結(jié)論：本產(chǎn)品采用ABS的脫模斜度推薦值:制件外表面40′~1.20°，制件內(nèi)表面35′~1°塑件內(nèi)表面在造型時(shí)就有弧度，如果要有脫模斜度就是在凹槽和鎖位處，這不僅對(duì)脫模有好處，而且可以更好的鎖緊。
（3） 圓角
塑件上各處的輪廓過度和壁厚連接處，一般采用圓角連接，有特殊要求時(shí)才采用尖角結(jié)構(gòu)。尖角容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在受力或受沖擊載荷時(shí)會(huì)發(fā)生破裂。圓角不僅有利于物料充模，同時(shí)也有利于融料在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)和塑件的脫模。圓角的取值與應(yīng)力集中的關(guān)系遵循R/T函數(shù)關(guān)系，當(dāng)R/T=0.6以后應(yīng)力集中變的緩和，該塑件的圓角取R1。
結(jié)論：本產(chǎn)品塑件的圓角取R1
第2章 注塑成型工藝
2.1 注塑成型工藝條件
(1)溫度；注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生”流涎現(xiàn)象”；模具溫度一般通過冷卻系統(tǒng)來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應(yīng)避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。
(2)壓力；注射成型過程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。注射壓力用以克服熔體從料筒向型腔流動(dòng)的阻力，提供充模速度及對(duì)熔料進(jìn)行壓實(shí)等。保壓力的大小取決于模具對(duì)熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關(guān)。對(duì)于像ABS流動(dòng)性好的料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機(jī)螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)后退時(shí)所受到的壓力，背壓力除了可驅(qū)除物料中的空氣，提高熔體密實(shí)程度之外，還可以使熔體內(nèi)壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時(shí)的剪切作用增強(qiáng)，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，背壓的使用范圍約為3.4~27.5MPA。
(3)時(shí)間；完成一次注塑成型過程所需要的時(shí)間稱為成型周期。包括注射時(shí)間，保壓時(shí)間，冷卻時(shí)間，其它時(shí)間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質(zhì)量的前提下盡量減小成型周期的各段時(shí)間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時(shí)間和冷卻時(shí)間，在實(shí)際生產(chǎn)中注射時(shí)間一般為3~5秒，保壓時(shí)間一般為20~120秒，冷卻時(shí)間一般為30~120秒（這三個(gè)時(shí)間都是根據(jù)塑件的質(zhì)量來決定的，質(zhì)量越大則相應(yīng)的時(shí)間越長）。確定成型周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值如表2-1所示。
表2-1 成型周期與壁厚關(guān)系
制件壁厚 /mm
成型周期 / s
制件壁厚 / mm
成型周期 / s
0.5
10
2.5
35
1.0
15
3.0
45
1.5
22
3.5
65
2.0
28
4.0
85
結(jié)論：經(jīng)過上面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和推薦值，可以初步確定成型工藝參數(shù)，因?yàn)楦鱾€(gè)推薦值有差別，而且有的與實(shí)際注塑成型時(shí)的參數(shù)設(shè)置也不一致，結(jié)合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數(shù)如表3-2所示。
表2-２ 制品成型工藝參數(shù)初步確定
特性
內(nèi)容
特性
內(nèi)容
注塑機(jī)類型
螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
48
噴嘴形式
通用式
模具溫度
50
噴嘴溫度(℃)
180
后段溫度(℃)
150~170
中段溫度(℃)
180~190
前段溫度(℃)
200~210
注射壓力MPa
90
保壓力MPa
60
注射時(shí)間s
2
保壓時(shí)間 s
5
冷卻時(shí)間s
10
其他時(shí)間s
3
成型周期s
20
成型收縮(%)
0.6
后處理溫度70℃，保溫時(shí)間2小時(shí)。
2.2 注塑機(jī)的選擇和校核
2.2.1 選擇注塑機(jī)
① 由公稱注射量選定注射機(jī)
由注射量選定注射機(jī).由UG建模分析得單個(gè)塑件：（材料密度取ρ=1.05g/cm3）:
總體積V=16.965cm3；
總質(zhì)量M= 132.85 g；
流道凝料V1=0.5V (流道凝料的體積(質(zhì)量)是個(gè)未知數(shù)，根據(jù)手冊(cè)取0.5V(0.5M)來估算，塑件越大則比例可以取的越小)；
實(shí)際注射質(zhì)量為M實(shí)=132.85×4.5=597.83g；
實(shí)際注射量為:V實(shí)=16.965×4.5=76.34cm3；
根據(jù)實(shí)際注射量應(yīng)小于0.8倍公稱注射量原則， 即：
0.8V公≥V實(shí)
V公= V實(shí)/0.8=76.34÷0.8=95.425cm3
② 一次成型的塑料重量（塑件與流道凝料之和）應(yīng)在注塑機(jī)理論注射量的10%-80%之間；既能保證制品質(zhì)量，又可充分發(fā)揮設(shè)備的能力，則選50%-80%為最佳。
③ 塑件的形狀較復(fù)雜，壁厚不均，也無特別高的精度要求，塑件的材料為ABS，粘度為中等，一般選用的壓力為60-100Mpa。
查表【1】 初選螺桿式注射機(jī)：SZ-120。
表2-3 SZ-60型注塑機(jī)的主要參數(shù)
注塑機(jī)型號(hào)
SZ-120
額定注射量
120cm3
螺桿直徑
30mm
注射壓力
180Mpa
模板行程
250mm
注射方式
螺桿式
鎖模力
400KN
頂出行程
70mm
模具最大厚度
250mm
模具最小厚度
150mm
噴嘴圓弧半徑
R10mm
頂出力
12KN
拉桿間距
220×300mm
噴嘴伸出量
20mm
電動(dòng)機(jī)功率
11KW
加熱功率
4.7 KW
機(jī)器外形尺寸
4000×1400×1600mm
2.2.2 模具開模頂出行程校核
模具開模頂出行程應(yīng)滿足：Sm
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