毕业设计（论文）-洗衣机波轮轴承注塑模具设计及制造（全套图纸）.pdf

摘要 摘摘 要要 模具工业是国民经济的基础工业，而塑料模具又是整个模具行业的霸主。模具因为 其可重复性，高精密性，高生产率以及低耗能，是如今生产的主要手段，作为一个高速 发展的行业，为了应付越来越快的生产设计要求，模具 CAD/CAE/CAM 一体化应用已是行 业的发展趋势。从制品三唯造型，生成模具型腔，生成模具，分模，导入模架，导出装 配图，CAE，CAM 等。通过本设计，以洗衣机波轮轴承为例，可以对注塑模具有一个初步 的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理。 关键词：关键词：洗衣机波轮轴承、注射模、CAD/ CAM、ABS 全套图纸加 153893706 Abstract The mold industry is the national economical foundation,and the plastic mold also is the overlord in the entire mold industry. Because of repetitiveness, high precision, high production, low energy dissipation, mold is the main way in manufacture. Mould industry develops in a high- speed rapidity, for meeting the more and more quickly production design request, the mold CAD/ CAE/ CAM system would be integrated is the trend of the development their application. From product the 3D mould, make the cavity, make the mold, make the works, import the mold frame, output an assemble drawings, CAE, CAM etc. Through this design, takes the wave wheel of washing machine as an example, may to cast the mold to have a preliminary understanding, notes some certain detail questions in design, understands the mold structure and the principle of working. Keyword: wave wheel of washing machine, injection mold, CAD/ CAM ,ABS 摘要 目录目录 摘摘 要要 . I Abstract . II 1 绪绪 论论 . 1 1.1 概 述 . 1 1.2 我国模具技术现状. 1 1.3 我国模具技术发展趋势. 1 1.3.1 全面推广 CAD/CAM/CAE 技术 . 1 1.3.2 模具扫描及数字化系统 . 2 1.3.3 提高模具标准化程度 . 2 1.3.4 优质材料及先进表面处理技术 . 2 1.4 世界五大塑料生产国的产能状况 . 2 1.5 本毕业设计的主要内容. 4 2 塑件的工艺分析和塑料材料的成型特征与工艺参数塑件的工艺分析和塑料材料的成型特征与工艺参数 . 5 2.1 塑件的工艺分析 . 5 2.2 塑料材料的成型特性. 5 2.2.1 基本特性 . 5 2.2.2 主要用途 . 6 2.2.3 成型特点 . 6 2.3 ABS 塑料的工艺参数 . 6 2.3.1 力学性能 . 6 2.3.2 物理性能 . 6 2.3.3 ABS 注射参数 . 6 2.3.4 热性能及电性能 . 7 3 成型设备和分型面的选择成型设备和分型面的选择 . 8 3.1 成型设备的选择 . 8 3.2 分型面的选择 . 8 4 浇注系统的设计浇注系统的设计 . 10 4.1 主流道的设计 . 10 4.2 浇口的设计 . 11 4.3 浇口位置的选择 . 11 4.4 排气系统的设计 . 12 4.5 冷料穴的设计 . 12 5 成型零件的设计计算成型零件的设计计算 . 14 5.1 凹模的结构设计 . 14 5.2 凸模的结构设计 . 14 5.3 成型零件钢材的选用. 14 5.4 成型零件的工作尺寸计算 . 15 5.4.1 型腔径向尺寸的计算 . 15 5.4.2 型芯径向尺寸的计算 . 15 5.4.3 型腔深度尺寸和型芯高度尺寸 . 16 5.4.4 中心距尺寸的计算 . 17 5.4.5 模具型腔侧壁和底板厚度的计算 . 17 5.5 模架的选取 . 18 6 脱模机构的设计脱模机构的设计 . 19 6.1 脱模力的计算 . 19 6.2 推出机构的设计 . 20 6.3 推管位置的设置 . 20 6.4 脱模阻力计算 . 21 6.5 推管的直径 . 21 7 侧抽芯机构的设计与合模导向机构的设计侧抽芯机构的设计与合模导向机构的设计 . 22 7.1 分型抽芯机构类型的确定 . 22 7.2 侧滑块的设计 . 22 7.3 楔紧块的设计 . 23 7.4 滑块定位装置设计. 23 7.5 合模导向机构的设计. 23 8 温度调节系统的设计温度调节系统的设计 . 24 8.1 冷却的计算 . 24 8.2 冷却系统的设计原则与常见冷却系统的结构 . 24 8.3 冷却系统机构的确定. 25 9 注射机相关参数的校核注射机相关参数的校核 . 26 9.1 注射压力的校核 . 26 9.2 锁模力的校核及型腔数的确定 . 26 9.3 模具闭和高度的校核. 27 9.4 开模行程的校核 . 27 9.5 模具安装尺寸的校核. 27 9.6 安装螺孔尺寸 . 27 10 典型零件的制造工艺典型零件的制造工艺 . 28 10.1 凹模的加工工艺. 28 10.2 凹模刀具仿真过程. 29 10.2.1 一般挖槽 . 29 10.2.2 粗铣型腔 . 30 10.2.3 精铣型腔 . 30 设计总结设计总结 . 31 致谢致谢 . 32 参考文献参考文献 . 32 附件一附件一 外文翻译外文翻译 . 33 附件二附件二 计算机编程程序计算机编程程序 . 48 1 绪论 1 绪绪 论论 1.1 概 述 模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的 流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低， 生产成本低而广泛应用于制造业中。 1.2 我国模具技术现状 改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来， 模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨 大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁 波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美 的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已 有几千家。 随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产 品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之 一，模具制造技术现已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上 决定企业的生存空间。近年来许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进 步视为企业发展的重要动力。 一些国内模具企业已普及了二维 CAD， 并陆续开始使用 UG、 Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS 等国际通用软件，个别厂家还引进了 Moldflow、 C-Flow、DYNAFORM、Optris 和 MAGMASOFT 等 CAE 软件。 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达 国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低； CAD/CAE/CAM 技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等。 1.3 我国模具技术发展趋势 模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、 “精度高”、 “质量好”、 “价 格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项： 1.3.1 全面推广 CAD/CAM/CAE 技术 模具 CAD/CAM/CAE 技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步， 普及 CAD/CAM/CAE 技术的条件已基本成熟，各企业将加大 CAD/CAM 技术培训和技术服务 的力度；进一步扩大 CAE 技术的应用范围。计算机和网络的发展正使 CAD/CAM/CAE 技术 跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使 虚拟制造成为可能。 1.3.2 模具扫描及数字化系统 高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸 多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的 数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、 不同格式的 CAD 数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托 车、家电等行业得到成功应用。 1.3.3 提高模具标准化程度 我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到 30%左右。国外发达国家一般为 80%左右。 1.3.4 优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具 热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向 是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC 等)、等 离子喷涂等技术。 加入世贸组织后，我国将获得一个更加稳定的国际经贸环境，从而有利于我国的改 革开放有利于我国与各国、各地区的经济贸易合作，有利于世界经济的稳定发展。我 国在制定法律法规时要遵守 WTO 的规则，增加透明度，减少行政干预等；在市场开放方 面，需要逐步降低关税，取消非关税措施，开放服务业市场等。这无论在观念上还是在 体制上都会带来一定的变化。 我国加入 WTO 同时也将为各国、 各地区的贸易伙伴提供更 好、更稳定的市场进入机会。使我国的投资环境将更为宽松、透明、稳定，我国的利用 外资领域将进一步扩大，我国的市场体系将更加完善和发达。国内和国外模具企业都可 以从中得到更多的机会和收益。 由于国内某些模具在技术上和质量上与国外先进水平存在着较大的差距，使短期内 国内模具难以与国外先进模具的抗衡。这对我国模具产业将产生一定的冲击。另一方面 也促进国内行业优化资源配置、 调整经济结构、 提高社会劳动效率， 促使企业苦练内功， 提高管理水平。应该清醒地认识到竞争才会带来更快的发展只要发挥自身优势，减少 技术差距，我国的模具必将逐步占领国内市场，并拓展国际空间。 1.4 世界五大塑料生产国的产能状况 美国塑料(原料)的产量多年来一直雄居各国之首。 早在 80 年代前期， 美国塑料产量 就已达 2000 万吨之多，1986 年增至 23l0 万吨，占全球总产量 8100 吨的 28.5，此后 美国塑料产量继续呈现稳定增长之势，1988 年、1990 年、1992 年、1994 年、1996 年和 1 绪论 1998 年分别增加到 2710 万吨、2810 万吨、3010 万吨、3410 万吨、4000 万吨和 4360 万吨， 占世界总产量的比例从 1996 年起提高到 30以上。 2001 年美国塑料产量为 4170 万吨，其中以聚乙烯为最多，达 1500 多万吨。其次分别是氯乙烯 650 万吨、聚丙烯 720 万吨、聚苯乙烯对酞酸脂 320 万吨、聚苯乙烯 280 万吨。国内塑料消费量(产量+进口量 一出口量)，美国也是全球最多的。美国的全部塑料消费量 2001 年为 4280 万吨。美国 人均塑料消费量也是很高的，2000 年为 159 公斤，2001 年略减为 155 公斤 ，居全球第 3 位。 美国现有各种大小塑料企事业单位 1 万多家， 其中职工人数少于 50 人的占总数的 53，50l00 人的占 21，100500 人的占 23，超过 500 人的占近 4，职工总数 近 90 万人。在美国塑料制品加工业的就职人数达 110 万，2001 年的出货金额为 2150 亿美元，人均出货金额为 195 美元。 德国是世界最大的塑料(原料)生产国之一， 上世纪 90 年代初的 1991 年、 1992 年和 1993 年， 德国塑料产量都为 990 多万吨， 1994 年增达超过 1000 万吨的 1110 万吨 1998 年达近 1300 万吨，1999 年为近 1400 万吨，2000 年增至 1550 万吨，超过日本为世界第 2 大塑料生产国，2001 年上升为 1580 万吨，2002 年已过 1600 万吨。2001 年德国生产 的种种塑料原料中，聚乙烯为 285 万吨(低密度聚乙烯 160 万吨，高密度聚乙烯 125 万 吨)，氯乙烯 175 万吨，聚丙烯 160 万吨。德国 2001 年的国内塑料消费量为 1280 万吨， 其中聚乙烯 265 万吨，聚丙烯 155 万吨氯乙烯 152 万吨。德国人均塑料消费量 2001 年为 160 公斤，在世界上仅少于比利时的 172 公斤，高于美国的 155 公斤，排在世界第 2 位。德国塑料制品加工业的职工总计有近 30 万人，2001 年的出货金额为 360 亿美元， 人均126美元。 德国塑料制品加工企业中职工少于50人的占44， 50100人的占28， 100500 人的占 25，500 人以上的占 4。 中国塑料工业多年持续高速增长，1991 年产量仅为 250 万吨，1995 年增为 350 万 吨，1998 年超过 700 万吨，到 2002 年已增达约 1400 万吨，超过日本而成为世界第 3 大塑料原料生产国。中国今年塑料制品市场将持续走强，在包装、工程、建材、农用和 日用塑料制品等各个领域都将有较大幅度的增长，需求量将超过 2500 万吨。其中包装 塑料制品今年需求量将超过 850 万吨，工程塑料制品需求量将达 400 万吨左右，建材塑 料制品需求量将达 300 万吨以上，农用塑料制品需求量将在 500 万吨左右，日用塑料制 品需求量约为 80 万吨左右。 日本在很长的时期内都是仅次于美国的世界第 2 大塑料生产国。一直到 1997 年， 日本塑料产量曾经连续多年增长，年产量在 70 年代中期就已达 500 多万吨，1987 年突 破 1000 万吨，1991 年达约 1300 万吨，1992 年和 1993 年因受日本经济下滑的影响，产 量略有减少，分别降至 1258 和 1225 万吨。从 1994 年起产量再度增长，1994 年、1995 年和 1996 年分别回升到 1300 万吨、1400 万吨和 1470 万吨，1997 年的产量又比上年增 长 3.7，达到 1521 万吨，首次超过 1500 万吨。但这种增势在 1998 年受到遏制，产量 大幅度减少。 1998 年， 日本塑料产量为 1390 万吨， 比上年减少了 8.7。 1999 年和 2000 年日本塑料产量分别回升到 1432 万吨和 1445 万吨，但仍远未恢复到 1997 年的水平。 2001年和2002年日本塑料产量再度下降至1400万吨以下的1364万吨和1361万吨。 2002 年日本塑料(原料)产量减为 1361 万吨。而中国则增为 1366 万吨，日本又退居第 4 位。 韩国塑料产量增长十分迅速，1986 年超过 200 万吨，1990 年增达 300 万吨，1992 年突破 500 万吨， 1994 年、 1996 年和 1997 年分别上升到 600 多万吨、 700 多万吨和 800 多万吨，1998 年产量增至 850 万吨，1999 年突破 900 万吨，2001 年达 1200 万吨，跻身 于世界 5 大塑料生产国之列。韩国塑料原料产品中以聚乙烯居首，2001 年产量为 340 万吨(低密度聚乙烯 160 万吨， 高密度聚乙烯 180 万吨)， 聚丙烯以 238 万吨排在第 2 位， 其次分别是聚酯 161 万吨、氯乙烯 124 万吨、ABSAS 树脂 86 万吨、聚苯乙烯 77 万吨。 韩国国内塑料消费量 2001 年 420 万吨， 只相当于产量的 1/3 略高。 人均塑料消费量 2001 年为 106 公斤，韩国塑料制品加工业的职工总数 2001 年为 3.1 万人，出货金额为 85 亿 美元，人均 276 美元。 塑料产量位居世界前 10 名的国家和地区还有法国 660 万吨、比利时 600 万吨、中 国台湾 598 万吨、加拿大 432 万吨和意大利 385 万吨(均为 2001 年产量)。 1.5 本毕业设计的主要内容 设计对象的结构 CAD 三维造型设计； 设计流程 先建立设计对象主控件；再将主控件拆分并细化造型；对各零部件进行结构设计使之满 足于制造； 洗衣机波轮轴承的模具设计 成形零件设计：动、定模型腔尺寸的计算和布置； 结构系统设计计算：顶出机构、抽芯机构、冷却、浇注、排气系统等尺寸的计算与布 置； 强度设计和结构草图设计及各部件的强度校核； 2 塑件的工艺分析和塑件材料的成型特征与工艺参数 2 塑件的工艺分析和塑料材料的成型特征与工艺参数塑件的工艺分析和塑料材料的成型特征与工艺参数 2.1 塑件的工艺分析 塑料制品在人们的日常生活及现代工业生产领域中得到了日益广泛的应用。随着塑 料工业的飞速发展，塑料制品已经能够满足某些特殊的力学性能，能够用与家用电器或 汽车等零部件中，其中洗衣机波轮轴承就是一个很好的例子，如下图 1： 图 1 洗衣机波轮轴承 3D 图 本次所给的塑料制品为洗衣机波轮轴承，所用材料为乳白色的 ABS，收缩率较小， 可满足成型精度要求。它的壁厚为 34mm,洗衣机波轮轴承的一个端面带有凸缘轴套， 14mm 的内孔需与转轴配合，有一定尺寸精度要求;M32 的外螺纹通过六角螺母与波轮 相连接;小圆柱面有两个便于扳手拧出的小平面;塑料件内孔为阶梯形，有两个外径分别 为17mm、 30mm 而长度小于塑料件总长度的直身圆筒， 其端部有多个筋板同其它结构 相连。14mm 的内孔与 M32 的外螺纹应保证一定的同轴度。 塑料件形状较为复杂,需采用侧向分型与抽芯机构来成型。根据其使用性能，可知制件应具有较 好的耐磨性和抗冲击性，以及良好的耐寒性。 2.2 塑料材料的成型特性 本次设计的洗衣机波轮轴承的材料是丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物，简称 ABS。 它的特性如下： 2.2.1 基本特性 ABS 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这三种组分的各自特性，使 ABS 具 有良好的综合力学性能。 丙烯腈使 ABS 有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度， 丁二烯使 ABS 坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。 ABS 无毒、 无味， 呈微黄色， 成型的塑料件有较好的光泽。 密度为 1.021.16g/cm 3 , ABS 有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨 性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对 ABS 几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类 溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS 塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的腐蚀 会引起应力开裂。ABS 有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过调色。其缺点 是耐热性不高，连续工作温度为 70左右，热变形温度约为 93左右。耐气候性差， 在紫外线作用下易变硬发脆。 根据 ABS 中三种组分之间的比例不同，起性能也略有差异，从而适应各种不同的应 用。根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。 2.2.2 主要用途 ABS 在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、 仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等。汽车工业上用 ABS 制造汽车挡泥 板、扶手、热空气调节导管、加热器等，还有用 ABS 夹层板制造小轿车车身。ABS 还可 以用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、 食品包装容器、农药喷雾器及家具等。 2.2.3 成型特点 ABS 在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜较大；ABS 易吸 收水分，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注 系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、容料温度及收缩率影响极小。要求塑 件精度高时， 模具温度可控制在 5060， 要求塑件光泽和耐热时， 应控制在 6080。 2.3 ABS 塑料的工艺参数 2.3.1 力学性能 屈服强度： 50MPa 断裂伸长率： 35% 拉伸强度： 38MPa 拉伸弹性模量： 1.8GPa 弯曲强度： 80MPa 弯曲弹性模量： 1.4GPa 简支梁冲击强度： 261kJ （有缺口） 、11kJ/（无缺口） 2.3.2 物理性能 密度： 1.021.16g/cm3 比体积： 1.021.16m3/g 吸水性： 0.20.4% 2.3.3 ABS 注射参数 2 塑件的工艺分析和塑件材料的成型特征与工艺参数 表-1 ABS 注射参数表 2.3.4 热性能及电性能 熔点（粘流温度） ： 130160 热变形温度： 90108（45N/cm2）83103(180N/cm 2) 线膨胀系数： 7.0(10-5/) 比热容： 1470J/(kg*K) 热导率： 0.263W/(m*K) 注射类型 螺杆式 料筒 温度 前段 200210 螺杆转速 3060r/min 中段 210230 模具温度 5070 后段 180200 注射压力 7090MPa 喷嘴 温度 180190 保压力 5070o 类型 形式 直通式 注射时间 35s 保压时间 1530s 冷却时间 1530s 成型时间 4070s 密度 3 1.021.05 比容 3 0.860