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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，并對模具強(qiáng)度要求做了說明。 通過本設(shè)計(jì)，可以對注塑模具有一個初步的認(rèn)識，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對熱變形溫度，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，在材料的選擇時要綜合各種因素;此外，塑料都會老化，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，所以價格上是需要考慮的，我們主要要求是價格和沖擊韌性力學(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，一方面成型會對塑件的結(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)出價廉物美的產(chǎn)品;另一方面，模具設(shè)計(jì)者通過對給定塑件的結(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 由于塑件成型時冷卻過程中產(chǎn)生收縮，使其緊箍在凸?；蛐托旧?，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會發(fā)生破裂。圓角不僅有利于物料充模，同時也有利于融料在模具型腔內(nèi)的流動和塑件的脫模。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的阻力，提供充模速度及對熔料進(jìn)行壓實(shí)等。保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關(guān)。對于像ABS流動性好的料，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)動后退時所受到的壓力，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)時間；完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期。包括注射時間，保壓時間，冷卻時間，其它時間（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間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實(shí)際生產(chǎn)中注射時間一般為3~5秒，保壓時間一般為20~120秒，冷卻時間一般為30~120秒（這三個時間都是根據(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€推薦值有差別，而且有的與實(shí)際注塑成型時的參數(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 注射時間s 2 保壓時間 s 5 冷卻時間s 10 其他時間s 3 成型周期s 20 成型收縮(%) 0.6 后處理溫度70℃，保溫時間2小時。 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)是個未知數(shù)，根據(jù)手冊取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 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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