汽車方向盤注塑模具設(shè)計【5張圖紙】

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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(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，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) 1.031.08收縮率 % 0.30.8熔 點 130160熱變形溫度 45N/cm 6598彎曲強度 Mpa 80拉伸強度 MPa 3549拉伸彈性模量 GPa 1.8彎曲彈性模量 Gpa 1.4壓縮強度 Mpa 1839缺口沖擊強度 kJ/ 120硬 度 HR R6286體積電阻系數(shù) cm 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，為模具設(shè)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，H4D，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3.25.4mm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401.20，制件內(nèi)表面351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，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，背壓的使用范圍約為3.427.5MPA。(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，在實際生產(chǎn)中注射時間一般為35秒，保壓時間一般為20120秒，冷卻時間一般為30120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 / s0.5102.5351.0153.0451.5223.5652.0284.085結(jié)論：經(jīng)過上面的經(jīng)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(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- 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()150170中段溫度()180190前段溫度()200210注射壓力MPa90保壓力MPa60注射時間s2保壓時間 s5冷卻時間s10其他時間s3成型周期s20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) 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=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)；實際注射質(zhì)量為M實=132.854.5=597.83g；實際注射量為:V實=16.9654.5=76.34cm3；根據(jù)實際注射量應(yīng)小于0.8倍公稱注射量原則， 即： 0.8V公V實 V公= V實/0.8=76.340.8=95.425cm3 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。 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220300mm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400014001600mm2.2.2 模具開模頂出行程校核模具開模頂出行程應(yīng)滿足：SmSz其中：Sz為最大頂出行程，查注射機(jī)SZ-120型Sz=120mm， Sm為模具的頂出行程；Sm=塑件的高度+（5-10）mm=21+（5-10）=31mm可見SmSz ，SZ-120滿足其開模頂出行程。2.2.3 注塑機(jī)的參數(shù)校核 根據(jù)以上計算，澆注系統(tǒng)的體積為V型 =95.425cm3(1)最大注射量的校核計算校核式：(0.8-0.85)V公V型其中：V型 =95.425cm3 (0.8-0.85) V公=0.8120=96 cm3可見滿足校核式，即所設(shè)計模具注射量滿足SZ-60 最大注射量要求。(2)注射機(jī)壓力的校核 P機(jī)P塑 P機(jī)注射機(jī)的最大注射壓力，Mpa或N/cm3 P塑成型塑件所需的注射壓力，Mpa或N/cm3一般ABS取 60-100Mpa， SZ-60注射機(jī)的最大注射壓力P機(jī)=135Mpa，可見SZ-60注射機(jī)滿足ABS注射壓力的要求。 (3)模具鎖模力校核 （4-2）式中 單個塑件在分型面上的投影面積() n型腔個數(shù) 1.35將澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積折算成塑料熔體對型腔的平均壓力（MPa）投影面積 根據(jù)查參考文獻(xiàn)2表2-2取=35 MPa所以綜合驗證，SZ-120型注射機(jī)完全能滿足此模具的注射要求.第3章 模具設(shè)計3.1 模具設(shè)計步驟（1）項目初始化：材料ABS 收縮率為1.006；（2）模具坐標(biāo)系：編輯工件坐標(biāo)系，設(shè)定模具坐標(biāo)系；（3）工件 ：x=160mm,y160mm,z向下=30mm，z向上=35mm；（4）型腔布局：一模一腔，刀槽型號為1，自動對準(zhǔn)中心；（5）模型修補：構(gòu)造曲線，用網(wǎng)格曲面修補，然后轉(zhuǎn)化為內(nèi)部曲面；（6）分型：先創(chuàng)建型芯，后創(chuàng)建型腔；（7）添加模架:LKM_PP,index=2730,AP_h=50 BP_h=40,mold_type=I；（8）添加標(biāo)準(zhǔn)件：LACATING RING: DIAMETER=120,BOTTOM_C_BORE_DIA=38； Sprue bushing: CATALOG_LENGTH=44； Springs:WIRE_TYPE=ROUND,DIAMETER=38 CATALOG_LENGTH=45 ,UNDERSIZE=10；ENJECTOR CATALOG_DIA=1,CATALOG_LENGTH=200； (9)修剪頂桿；（10）添加澆注系統(tǒng)；（11）添加冷卻系統(tǒng)；（12）建腔； 3.2 模架的選擇模具的大小主要取決于塑件的大小和結(jié)構(gòu)，對于模具而言，在保證足夠強度和剛度的條件下，結(jié)構(gòu)越緊湊越好。為節(jié)約模具鋼材和便于熱處理，根據(jù)產(chǎn)品的外形尺寸，就可以大致確定模架的大小。注塑模模架國家標(biāo)準(zhǔn)有兩個，即GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技術(shù)條件和GB/T125551990塑料注射模大型模架。前者適用于模板尺寸為BL560mm900mm；后者的模板尺寸BL（630mm630mm）（1250mm2000mm）。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在在全國的部分地區(qū)形成了自己的標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計中采用200230mm的模架，導(dǎo)柱的直徑為20mm。模架的結(jié)構(gòu)如圖3-5。 圖3-5模架圖第4章 澆注系統(tǒng)設(shè)計4.1 主流道主流道是連接注塑機(jī)的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注塑機(jī)的噴嘴在同一軸在線，斷面為圓形，有一定的錐度，目的是便于冷料的脫模，同時也改善料流的速度，因為要和注塑機(jī)相配，所以其尺寸與注塑機(jī)有關(guān)，如圖5-1所示： 查表得知SZ-60型注射機(jī)的噴嘴孔直徑d0=4mm、噴嘴球半徑R0=12mm。 故取模具澆口套主流道小端直徑為: d= d0+0.5=4+0.5=4.5mm模具澆口套主流道球面半徑為： R= R0+（12）=12+2=14mm將主流道設(shè)計成圓錐形，錐度取4。由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計成可拆卸的主流道澆口套，以便選用優(yōu)質(zhì)的鋼材單獨加工和熱處理。4.2 分流道 常用分流道斷面尺寸推薦如表5-1所示。表5-1流道斷面尺寸推薦值塑料名稱分流道斷面直徑mm塑料名稱分流道斷面直徑mmABS，AS 聚乙烯尼龍類聚甲醛丙烯酸抗沖擊丙烯酸醋酸纖維素聚丙烯異質(zhì)同晶體4.89.51.69.51.69.53.510810812.5510510810聚苯乙烯軟聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯熱塑性聚酯聚苯醚聚砜離子聚合物聚苯硫醚3.5103.5106.5166.58.03.58.06.5106.5102.4106.513在該模具上取圓形斷面形狀，材料采用的是ABS，所以采用直徑為5mm分流道。4.3 澆口ABS料的流動性好，可適用于各種澆口，為了不影響外觀，簡化模局結(jié)構(gòu)，確定本設(shè)計采用扇形側(cè)澆口。4.4 排氣系統(tǒng)設(shè)計該模具不是高深行腔，可以通過分型面和頂桿來排氣，不需要另設(shè)排氣槽。第5章 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計本設(shè)計使用簡單的推桿脫模機(jī)構(gòu)，因為該塑件的分型面簡單，結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，采用推簡單的脫模機(jī)構(gòu)可以簡化模具結(jié)構(gòu)，給制造和維護(hù)帶來方便。在對脫模機(jī)構(gòu)做說明之前，需要對脫模力做個簡單的計算。5.1脫模力的計算塑件在模具中冷卻定型時，由于熱收縮的原因其體積和尺寸都會逐漸縮小。在塑料的軟化溫度以前收縮并不造成對型芯的包緊力，但制品固化后的繼續(xù)降溫則會對型芯產(chǎn)生包緊力，包緊力帶來正壓力，其垂直于型芯表面。脫模溫度越低，正壓力越大。脫模是必須克服該包緊力所產(chǎn)生的摩擦力。對于不帶通孔的殼體類塑件，脫模時還需克服大氣的壓力。此外，還需克服塑件與鋼材之間的黏附力及脫模機(jī)構(gòu)本身運動時所受到的摩擦阻力。由于在注塑成型時所用的塑料一般都含有適量的脫模劑，故塑件與鋼材之間的黏附力很小，可忽略不計。正壓力計算要確定將塑件從圓錐型芯上脫下的摩擦阻力，應(yīng)先計算塑件收縮時對型芯的正壓力。因塑件壁厚與直徑之比，可近似用型芯半徑r代替塑件的平均半徑，得出塑件由于收縮而產(chǎn)生的對型芯的正壓力P （5-8）其中 EABS的拉伸彈性模量塑料的收縮率（m/m） 塑料的泊松比 塑件的拔模斜度角 t塑件的壁厚mm包緊力計算全面積所受的總壓力為，模被制件包緊部分的長度為l, 取高度為dl的一圈作微分單元， 圖5-1半徑為r，其表面積為圖5-1 該段所受的包緊力為 薄壁塑件收縮使型芯全面積所受的總壓力為 （5-9）同理，側(cè)型芯所受的包緊力為其中 側(cè)孔周圍的壁厚，取近似值10mm 側(cè)孔的深度脫模力計算塑件包緊型芯時，其受力如圖5-9所示，該圖把空間匯交力系簡化在平面上，兩個對稱的代替垂直于全圓錐表面的總包緊力，兩個對稱的表面摩擦力代替作用在全圓錐表面上的，由于型芯有錐度，故在抽拔力作用 下，塑件對型芯的正壓力降低了，這時摩擦阻力為沿o軸方向 由平衡方程式 即 （5-10） （5-11） （5-12）式中 克服因包緊力而產(chǎn)生的摩擦力所需的抽拔力脫模系數(shù)（摩擦系數(shù)）因塑件底部沒有孔，在推出時還需克服大氣壓力造成的阻力式中 A垂直于開模方向型芯的投影面積cm2，大氣壓力按10N/cm2計算 不計塑料對鋼材粘附力和機(jī)構(gòu)運動的摩擦阻力時，總抽拔力 所以單個塑件所需的抽拔力為 （5-13）其中 =28mm, , A=3.93cm2查表4-1知： ， =0.38因脫模力準(zhǔn)確計算很困難 ，為了可靠推出，對這里的E、取上限。代入數(shù)值得所以沿開模方向所需的總抽拔力為 5.2推桿脫模機(jī)構(gòu)推桿脫模機(jī)構(gòu)是最簡單、最常用的一種形式，具有制造簡單、更換方便、推出效果好等特點。推桿直接與塑件接觸，開模后將塑件推出。推桿的截面形狀；可分為圓形，方形或橢圓形等其它形狀，根據(jù)塑件的推出部位而定，最常用的截面形狀為圓形；推桿又分為普通推桿和成型推桿兩種，前者只是起到將塑件推出的作用，后者不僅如此還能參與局部成型，所以，推桿的使用是非常靈活的。 推桿尺寸計算：本設(shè)計采用的是推桿推出，在求出脫模力的前提下可以對推桿做出初步的直徑預(yù)算并進(jìn)行強度校核。本設(shè)計采用的是圓形推桿，圓形推桿的直徑由歐拉公式簡化為D =k() （5-14）d推桿直徑； n推桿的數(shù)量，n取4； L推桿長度（參考模架尺寸，估取L= 162mm） ； E推桿材料的彈性模量，取E=2.110MP；k安全系數(shù)，取k=1.5； 總的脫模力，=401.08（N）；代入數(shù)據(jù)得，考慮到塑件較薄，為確保因頂桿截面太小而頂壞塑件，這里選擇的頂桿，每個產(chǎn)品設(shè)計成用1根頂桿推出。 推桿的固定形式：推桿的固定形式有多種，但最常用的是推桿在固定板中的形式，此外還有螺釘緊固等形式。 推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向：當(dāng)推桿較細(xì)或推桿數(shù)量較多時，為了防止因塑件反阻力不均勻而導(dǎo)致推桿固定板扭曲或傾斜折斷推桿或發(fā)生運動卡滯現(xiàn)象，需要在推出機(jī)構(gòu)中設(shè)置導(dǎo)向零件，一般稱為推板導(dǎo)柱。 推出機(jī)構(gòu)的復(fù)位：脫模機(jī)構(gòu)完成塑件的頂出后，為進(jìn)行下一個循環(huán)必須回復(fù)到初始位置，目前常用的復(fù)位形式主要有復(fù)位桿復(fù)位和彈簧復(fù)位。本設(shè)計采用彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)，彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)是一種最簡單的復(fù)位方式。推出時彈簧被壓縮，而合模時彈簧的回力就將推出機(jī)構(gòu)復(fù)位。 推桿與模體的配合：推桿和模體的配合性質(zhì)一般為H8/f7或H7/f7，配合間隙值以熔料不溢料為標(biāo)準(zhǔn)。第6章 冷卻系統(tǒng)設(shè)計冷卻水道的布置因塑件較小，單位時間注射量小，所需冷卻水道也比較小，但一條冷卻水道是不可取的，會導(dǎo)致冷卻不均，所以這里在分型面兩側(cè)設(shè)計分別設(shè)計2條對稱冷卻水道。因為該塑件的高度較高，為了更好的冷卻塑件，本次設(shè)計中采用在兩個塑件中加一冷卻水膽，使冷卻水能夠?qū)λ芗容^均勻的冷卻。冷卻水膽的結(jié)構(gòu)如圖7-1所示，整個冷卻水路的布置如圖6-1所示。 圖6-1冷卻水道布置圖結(jié) 論參考文獻(xiàn)【1】 屈華昌. 塑料成型工藝與模具設(shè)計. 機(jī)械工業(yè)出版社，1995【2】 彭建聲. 簡明模具工實用技術(shù)手冊. 機(jī)械工業(yè)出版社，1993【3】 唐志玉. 模具設(shè)計師指南. 國防工業(yè)出版社，1999【4】 塑料模設(shè)計手冊編寫組. 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