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JIU JIANG UNIVERSITY
設計說明書
題 目 汽車方向盤注塑模具設計
院 系 機械與材料工程學院
摘 要
塑料工業(yè)是當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品的生產過程和提高產品質量有很大意義。本設計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構與工作原理，對注塑產品提出了基本的設計原則；詳細介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設計過程，并對模具強度要求做了說明。
通過本設計，可以對注塑模具有一個初步的認識，注意到設計中的某些細節(jié)問題，了解模具結構及工作原理。
【關鍵詞】塑料模具；標準；澆注系統(tǒng)
目 錄
第1章 塑件機構和功能設計1
1.1 功能設計……………………………………………………………………1
1.2 材料選擇……………………………………………………………………1
1.3 結構…………………………………………………………………………3
第2章 注塑成型工藝6
2.1 注塑成型工藝條件..........................................6
2.2 注塑機的選擇與校核……………………………………………………7
2.2.1 注塑機的選擇…………………………………………………………8
2.2.2 模具開模頂出行程校核………………………………………………9
2.2.3 注塑機的參數(shù)校核……………………………………………………9
第3章 模具設計10
3.1 模具設計步驟…………………………………………………………10
3.2 模架的選擇………………………………………………………………11
第4章 澆注系統(tǒng)設計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)設計………………………………………………………….12
第5章 脫模機構設計12
5.1 脫模力計算…………………………………………………………………13
5.2 推桿脫模機構………………………………………………………………15
第6章 冷卻系統(tǒng)設計16
參考文獻……………………………………………………………………………17
2
JIU JIANG UNIVERSITY
設計說明書
題 目 汽車方向盤注塑模具設計
院 系 機械與材料工程學院
摘 要
塑料工業(yè)是當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品的生產過程和提高產品質量有很大意義。本設計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構與工作原理，對注塑產品提出了基本的設計原則；詳細介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設計過程，并對模具強度要求做了說明。
通過本設計，可以對注塑模具有一個初步的認識，注意到設計中的某些細節(jié)問題，了解模具結構及工作原理。
【關鍵詞】塑料模具；標準；澆注系統(tǒng)
目 錄
第1章 塑件機構和功能設計1
1.1 功能設計……………………………………………………………………1
1.2 材料選擇……………………………………………………………………1
1.3 結構…………………………………………………………………………3
第2章 注塑成型工藝6
2.1 注塑成型工藝條件..........................................6
2.2 注塑機的選擇與校核……………………………………………………7
2.2.1 注塑機的選擇…………………………………………………………8
2.2.2 模具開模頂出行程校核………………………………………………9
2.2.3 注塑機的參數(shù)校核……………………………………………………9
第3章 模具設計10
3.1 模具設計步驟…………………………………………………………10
3.2 模架的選擇………………………………………………………………11
第4章 澆注系統(tǒng)設計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)設計………………………………………………………….12
第5章 脫模機構設計12
5.1 脫模力計算…………………………………………………………………13
5.2 推桿脫模機構………………………………………………………………15
第6章 冷卻系統(tǒng)設計16
參考文獻……………………………………………………………………………17
第1章 塑件結構和功能設計
1.1 功能設計
功能設計是要求塑件應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，又因為經常和人體接觸，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，生產批量應該是大批大量生產，這樣，就必須考慮生產成本和模具壽命，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.因為此塑件是用在電器上，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)下的結構件來說，要考慮的主要是材料的力學性能，如屈服應力，彈性模量，彎曲強度，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強度高，其次才是成型難易和經濟性問題。
和機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，在各特點都相差無幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標準。
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強度，其它如拉伸強度，斷裂伸長率等則是次要考慮的指標(這由塑件的工作環(huán)境決定). ABS為塑件材料是最初選定的.因為它所擁有的特性符合我們的塑件要求。
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性能和良好的綜合性能。同時具有吸濕性強，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 ℃ 130~160
熱變形溫度 45N/cm 65~98
彎曲強度 Mpa 80
拉伸強度 MPa 35~49
拉伸彈性模量 GPa 1.8
彎曲彈性模量 Gpa 1.4
壓縮強度 Mpa 18~39
缺口沖擊強度 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
結論：本產品采用ABS塑料。
1.3結構
圖1-1 原始零件圖
塑料制件的結構工藝性是指塑件結構對成型工藝方法的適應性.在塑料生產過程中，一方面成型會對塑件的結構，形狀，尺寸精度等諸方面提出要求，以便降低模具結構的復雜程度和制造難度，保證生產出價廉物美的產品;另一方面，模具設計者通過對給定塑件的結構工藝性進行分析，弄清塑件生產的難點，為模具設計和制造提供依據(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，不論是結構件還是板壁，根據(jù)使用要求具有一定的厚度，以保證其力學強度.一般地說，在滿足力學性能的前提下厚度不宜過厚，不僅可以節(jié)約原材料，降低生產成本，而且使塑件在模具內冷卻或固化時間縮短，提高生產率;其次可避免因過厚產生的凹陷，縮孔，夾心等質量上的缺陷.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
結論：本產品壁厚為3mm，除去產品中間部分。
（2） 脫模斜度
由于塑件成型時冷卻過程中產生收縮，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，外表面都應具有合理的斜度.
結論：本產品采用ABS的脫模斜度推薦值:制件外表面40′~1.20°，制件內表面35′~1°塑件內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構。尖角容易產生應力集中，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的流動和塑件的脫模。圓角的取值與應力集中的關系遵循R/T函數(shù)關系，當R/T=0.6以后應力集中變的緩和，該塑件的圓角取R1。
結論：本產品塑件的圓角取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行壓實等。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。對于像ABS流動性好的料，保壓力應該小些，以避免產生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機螺桿頂部的熔體在螺桿轉動后退時所受到的壓力，背壓力除了可驅除物料中的空氣，提高熔體密實程度之外，還可以使熔體內壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時的剪切作用增強，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產經驗，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），在保證塑件質量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實際生產中注射時間一般為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)塑件的質量來決定的，質量越大則相應的時間越長）。確定成型周期的經驗數(shù)值如表2-1所示。
表2-1 成型周期與壁厚關系
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
結論：經過上面的經驗數(shù)據(jù)和推薦值，可以初步確定成型工藝參數(shù)，因為各個推薦值有差別，而且有的與實際注塑成型時的參數(shù)設置也不一致，結合兩者的合理因素，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
內容
特性
內容
注塑機類型
螺桿式
螺桿轉速（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 注塑機的選擇和校核
2.2.1 選擇注塑機
① 由公稱注射量選定注射機
由注射量選定注射機.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；
總質量M= 132.85 g；
流道凝料V1=0.5V (流道凝料的體積(質量)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)；
實際注射質量為M實=132.85×4.5=597.83g；
實際注射量為:V實=16.965×4.5=76.34cm3；
根據(jù)實際注射量應小于0.8倍公稱注射量原則， 即：
0.8V公≥V實
V公= V實/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）應在注塑機理論注射量的10%-80%之間；既能保證制品質量，又可充分發(fā)揮設備的能力，則選50%-80%為最佳。
③ 塑件的形狀較復雜，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：SZ-120。
表2-3 SZ-60型注塑機的主要參數(shù)
注塑機型號
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
電動機功率
11KW
加熱功率
4.7 KW
機器外形尺寸
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滿足：Sm
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