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）.doc

摘要摘 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：洗衣机波轮轴承、注射模、CAD/ CAM、ABS全套图纸加153893706Abstract 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目录摘 要VAbstractVI1 绪 论11.1 概 述11.2 我国模具技术现状11.3 我国模具技术发展趋势11.3.1全面推广CAD/CAM/CAE技术11.3.2模具扫描及数字化系统21.3.3提高模具标准化程度21.3.4优质材料及先进表面处理技术21.4 世界五大塑料生产国的产能状况21.5 本毕业设计的主要内容42 塑件的工艺分析和塑料材料的成型特征与工艺参数52.1 塑件的工艺分析52.2 塑料材料的成型特性52.2.1基本特性52.2.2主要用途62.2.3成型特点62.3 ABS塑料的工艺参数62.3.1力学性能62.3.2物理性能62.3.3 ABS注射参数62.3.4热性能及电性能73 成型设备和分型面的选择83.1 成型设备的选择83.2 分型面的选择94 浇注系统的设计104.1 主流道的设计104.2 浇口的设计114.3 浇口位置的选择114.4 排气系统的设计124.5 冷料穴的设计125 成型零件的设计计算145.1 凹模的结构设计145.2 凸模的结构设计145.3 成型零件钢材的选用145.4 成型零件的工作尺寸计算155.4.1型腔径向尺寸的计算155.4.2型芯径向尺寸的计算155.4.3型腔深度尺寸和型芯高度尺寸165.4.4中心距尺寸的计算175.4.5模具型腔侧壁和底板厚度的计算175.5 模架的选取186 脱模机构的设计196.1 脱模力的计算196.2 推出机构的设计206.3 推管位置的设置206.4 脱模阻力计算216.5 推管的直径217 侧抽芯机构的设计与合模导向机构的设计227.1 分型抽芯机构类型的确定227.2 侧滑块的设计227.3 楔紧块的设计237.4 滑块定位装置设计237.5合模导向机构的设计238 温度调节系统的设计248.1 冷却的计算248.2 冷却系统的设计原则与常见冷却系统的结构248.3 冷却系统机构的确定259 注射机相关参数的校核269.1 注射压力的校核269.2 锁模力的校核及型腔数的确定269.3 模具闭和高度的校核279.4 开模行程的校核279.5 模具安装尺寸的校核279.6 安装螺孔尺寸2710 典型零件的制造工艺2810.1 凹模的加工工艺2810.2 凹模刀具仿真过程2910.2.1 一般挖槽2910.2.2粗铣型腔3010.2.3 精铣型腔30设计总结31致谢32参考文献33附件一 外文翻译34附件二 计算机编程程序491 绪论1 绪 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/cm3 , 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注射参数表-1 ABS注射参数表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31.021.05比容30.860.98吸水率0.20.4收缩率0.40.7熔点130160喷嘴温度170180弯曲强度MP80硬度HB9.7抗拉屈服强度MP50后处理方法红外线灯、烘箱拉伸弹性模量MP1.8103温度70预热和干燥温度8095时间24时间452.3.4热性能及电性能熔点（粘流温度）： 130160 热变形温度： 90108（45N/cm2）83103(180N/cm2)线膨胀系数： 7.0(10-5/)比热容： 1470J/(kg*K)热导率： 0.263W/(m*K)3 成型设备和分型面的选择3 成型设备和分型面的选择3.1 成型设备的选择注射模具必须安装在与其相适应的注射机上才能进行生产，因而在设计模具时，必须熟悉所选用注射机的技术规范，如注射机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、开模最大行程、安装模板的螺孔（或T形槽）位置和尺寸、定位孔尺寸、喷嘴球面半径等等。以便设计的模具与所选的注射机相适应。注射成型机和模部分的基本参数包括模板尺寸、模板间最大开距、动模板的行程、模具最大厚度和最小厚度等。这些参数规定了注射机所安装模具的尺寸范围。根据计算可得所设计塑件波轮轴承的质量为44.3g，其体积为42.3cm3。当注射成型机最大注射量以最大容积标定时，按下式来计算所选注射机的型号：kV0nVi+V浇式中 V0注射成型机的最大注射量（cm3）; Vi单个塑件制品的体积（cm3）; V浇浇道凝料和飞边的体积（cm3）; k 利用系数，k=0.8;n 型腔数。将数据代入可得下式：0.8 V084.6+3.6所以 V0=110.25 cm3 查模具设计与制造简明手册可以初步选择注射机的类型为：XS-ZY-250，其主要技术规格如下： 表-2 XS-ZY-250的技术规格型号XS-ZY-250型号XS-ZY-250螺杆（柱塞）直径（cm3）50模板行程（mm）350注射容量（cm3）250喷嘴球半径（mm）18注射压力（Mpa）130喷嘴孔直径（mm）4锁模力（KN）1800定位孔直径（mm）125最大注射面积 （cm3）500顶出两侧孔径（mm）40模具最大厚度（mm）350顶出两侧孔距（mm）280模具最小厚度（mm）250拉杆空间（mm）448X3703.2 分型面的选择为将塑件从密闭的模腔内取出，以及为了安放嵌件或取出浇注系统，必须将模具分成二个或几个部分，一般将分开模具能取出塑件的面，称为分型面，同时，以分型面为界，模具分成二大部分，即动模与定模部分。其它分开面，可称为分离面或分模面。分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切的关系，并且直接影响着塑料熔体的流动填充特性及塑件的脱模，因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键。分型面的方向应尽量采用与注射机开模方向垂直的方向，特殊情况下采用与注射成型机开模方向平行的方向。分型面的形式有以下几种：A平直分型面 B倾斜分型面 C阶梯分型面 D曲面分型面 E瓣合分型面等。如何确定分型面需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置、形状及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：1.分型面应选在塑件外形最大轮廓处；2.有利的留模方式，便于塑件顺利脱模 通常分型面的选择应尽可能使塑件留在动模一侧，这样有助于动模内设置的推出机构动作；3.塑件的精度要求 与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽量可能设置在同一半模具型腔内；4.塑件的外观质量要求5.模具加工制造为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面或易于加工的分型面；6.分型面面积的影响 为了可靠的锁模以避免涨模溢料现象的发生，选择分型面时应尽量减少塑件在合模分型面上的投影面积；7.排气效果 分型面应尽量与型腔充填时塑料熔体的料流末端所在的型腔内表面重合；8.侧向抽芯的影响本次所设计的塑件是洗衣机波轮轴承，塑件的两端的成型高度不一样，根据以上原则选择分型面的位置在塑件的中部，筋和直径为17mm处，也即是塑件的外形最大轮廓处，分型面的形式只能选择阶梯形，至此已经选择完了分型面的形式。4 浇注系统的设计4 浇注系统的设计浇注系统是指模具中从喷嘴开始到型腔为止的塑料熔体的流动通道。它的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔的各个深处，并在填充及凝料的过程中，将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得外形清晰的内在质量优良的塑件。浇注系统分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，是模具设计工作者十分重视的技术问题。普通留道浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。浇注系统从总体来看，其作用可概括如下：将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到型腔，同时使型腔内的气体能及时顺利排出。在塑料熔体填充及凝固的过程中，将注射压力有效地传递到型腔的各个部位，以获得形状完整、内外在质量优良的塑料制件。浇注系统的设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大，而且还与塑件所用塑料的利用率、成型生产率等相关，因此浇注系统设计是模具设计的重要环节。对浇注系统进行总体设计时，一般应遵循如下基本原则：1、了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动特性;2、浇注系统的设计应有利与良好的排气;3、防止型芯变形和嵌件的位移;4、便于修整浇口以保证塑件外观质量;5、浇注系统应结合型腔布局同时考虑;6、流动距离比和流动面积比需要校核；7、采用尽量短的流程，以减少热量与压力损失。4.1 主流道的设计。主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触的部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。属于从热的塑料熔体到相对较冷的模具的一段过渡的流动长度，因此它的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间，必须是熔体的温度降和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最远位置的能力。主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔体要冷热交替地反复的接触，属易损件，对材料要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式（俗称浇口套），以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理。在此所选择浇口套的材料为碳素工具钢T10A，热处理要求淬火到5055HRC。它的各部分的尺寸如图2：图2 浇口套4.2 浇口的设计浇口是指流道末端与型腔之间的一段细短通道，亦称进料口。除直接浇口外，它是浇注系统中截面尺寸最小的部分。它的作用是使塑料熔体加快流速注入型腔内，顺序填满型腔，在注射周期中进行补料和防止倒流，成型后也便于塑件与整个浇注系统的分离。因此，浇口的形状、尺寸、分布对塑件质量影响很大。常用的浇口形式有：直接浇口、侧浇口、轮辐浇口、点浇口、潜伏浇口等。由于所设计的塑件是洗衣机波轮轴承，属于电器的内部元件，所以它的外观要求不是很高，故可以选择侧浇口。塑料熔体直接由主流道进入侧浇口一般设在分型面上，从塑件的侧面进料。它广泛用于一模多腔的模具中，适用于成型各种形状的塑件。其具有流动阻力小、料流速度快及补缩时间长的特点，但是注射压力直接作用在塑件上，容易在进料处产生较大的应力而导致塑件翘曲变形，浇口痕迹也较明显。但是洗衣机波轮轴承是洗衣机里面的一个内部零件，且位置较不显眼，所以浇口处痕迹影响不大。4.3 浇口位置的选择浇口位置开设正确与否，对塑件质量的影响很大，因此合理选择浇口位置是提高塑件质量的重要环节，在确定浇口位置时，应针对塑件的几何形状及技术要求，来分析塑料的流动状态、填充及排气条件等因素。选择浇口时一般应遵循下述原则：1、浇口的尺寸及位置应尽量避免产生喷射和蠕动;2、浇口应开设在塑件断面最厚处;3、浇口位置的选择应使塑料流程最短，料流变向最少;4、浇口位置的选择应减少或避免塑件的熔接痕，增加熔接牢度;5、浇口的选择应注意塑件外观质量;6、不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口;7、考虑分子定向的影响;8、有利于型腔中气体的排除。综合各个方面的因素考虑，由于塑件的一个端面带有凸缘轴套，通过筋与外壁相连，外壁边缘厚度最大，而且其中心距各个方向的距离都比较均匀，故浇口的位置选择在直径为64mm的侧面上。4.4 排气系统的设计当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净，一方面会在塑件上形成气泡、接痕、表面轮廓不清及填充缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦（褐色斑纹），同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑到排气问题。本次所设计的洗衣机波轮轴承注射模具属于小型模具，可以利用推杆、分型面之间的配合间隙来排气，其间隙为0.03到0.05mm。4.5 冷料穴的设计为了克服由于相对温度较低的冷料进入型腔而产生次品，必须设计一个井穴将流道延长以接受冷料，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。冷料穴一般开设在定模板上，其标称直径与主流道大端直径相同或稍大一些。深度约为直径的1到1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。冷料穴除了具有容纳冷料的作用以外，同时还具有在分模时将主流道和分流道冷料钩住，使其保留在动模一侧，便于脱模的功能。冷料穴的形式有Z字形拉料杆的冷料穴、倒锥形冷料穴、环形槽冷料穴、带头形冷料穴、带形头冷料穴、带分流锥形式的冷料穴。由于ABS的弹性较好，故可以采用Z字形拉料杆的冷料穴，可将主流道凝料钩住，开模时即可将该凝料从主流道中拉出。拉料杆与推管同步运动，故在塑件被推出时凝料也一起被推出。取塑料时朝着拉料钩的侧向稍许移动，即可将塑件连同浇注系统凝料一起取下。因此，这种拉料杆与推管等推出机构同时使用。这种拉料杆除了起到拉住和推出主流道凝料的作用外，其顶部与主流道的底部一段空间还兼有冷料穴的作用。至此，浇注系统的设计已经全部结束。下面再进行其它方面的设计。49 5 成型零件的设计计算5 成型零件的设计计算模具中决定塑件的几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑件接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还要发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。5.1 凹模的结构设计凹模是成型零件外表面的主要零件，按其结构，分为整体式和组合式。整体式由整块材料加工而成，它的特点是牢固，使用中不易发生变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。但加工困难，热处理不方便。组合式一般由几个零件组合而成，可以简化复杂凹模的加工工艺，减少了热处理变形，且拼合处有间隙利于排气，便于模具维修，节省了贵重的模具钢。为了保证凹模尺寸精度和装配的牢固，因此采用组合式凹模。5.2 凸模的结构设计凸模按其结构可分为整体式和组合式两种。根据本次设计的洗衣机波轮轴承的结构特点，由于塑料内孔形状复杂，若主型芯采用整体结构，不仅需要用电火花加工，造成加工成本增加，而且加工效率降低，加工表面的磨削抛光难度大，因此采用组合式凸模。主型芯结构由定模型芯、动模型芯及定模型芯镶拼套筒、所组成。组合式型芯结构不但降低了零件的切削加工难度，而且解决了零件表面的磨削与抛光问题。5.3 成型零件钢材的选用选用钢种时，应按塑件制品生产批量、塑料品种及塑件精度与表面质量要求来确定。分析洗衣机波轮轴承的结构可知，定模、动模型腔、螺纹型芯由于形状复杂，且成型精度也比较高，因此应该选用Cr12MoV模具钢成型，因为其具有高的淬透性耐磨性，热处理变形小，强度和韧性也比较好。 定模型芯镶拼套筒、，定模型芯、动模型芯是属于形状较复杂的中等尺寸型芯，因此应选用CrWMn模具钢成型，因为其淬透性、耐磨性、淬火变形均比较好。对于模具零件滑块、楔紧块、斜导柱的选材，应选用最常用的T10A，经过淬火，硬度达到5458HRC。5.4 成型零件的工作尺寸计算成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸(包括矩形和异形零件的长和宽)，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的在模具设计中，应根据塑件的尺寸及精位置尺寸等。在模具设计中，应根据塑件的尺寸及精度等级确定模具成型零件的工作尺寸及精度等级。分析本塑件的结构，查塑料成型工艺及模具简明手册 ，取塑件精度为4级(SJ1372-78)，查手册知对应的模具精度应为IT9(GB1800-79)。型芯和型腔尺寸的计算均按平均收缩率的计算公式来得出。5.4.1型腔径向尺寸的计算由平均尺寸法公式： 式（1）式中 凹模径向尺寸（mm） 塑件径向公称尺寸（mm） 塑料的平均收缩率（%），在此取=0.004 塑件公差值（mm）故可以按照以上公式计算： 其它的型腔的径向尺寸见型腔图上的标注。5.4.2型芯径向尺寸的计算 由平均尺寸法公式： 式（2）式中个符号的意义同上。 其余的型芯的径向尺寸见型芯图上的标注。5.4.3型腔深度尺寸和型芯高度尺寸型腔深度也由平均尺寸法公式：中心 式（3）式中 凹模径向尺寸（mm） 塑件径向公称尺寸（mm） 塑料的平均收缩率（%），在此取=0.004 塑件公差值（mm）得： 型芯高度也由平均尺寸法公式： 式中个符号的意义同上。得： 其余型腔深度和型芯高度尺寸见型芯、型腔图上的标注。5.4.4中心距尺寸的计算制件上凸台之间，凹槽之间或凸台到凹槽的中心线之间的距离称为中心距。由于模具上中心距和塑件中心距公差都是双向等值公差，同时磨损的结果不会使中心距尺寸发生变化，所以计算中心尺寸不必考虑磨损量。因此，塑件中心距的基本尺寸Cs和模具上成型零件中心距的基本尺寸CM均为平均尺寸。于是： 标注上制造公差后得： 式（4）式中 模具中心距尺寸（mm） 塑件中心距尺寸（mm） 塑料的平均收缩率（%），在此取=0.004 模具中心距尺寸制造公差，取（mm）根据以上公式得：其它中心距的的计算结果见型腔、型芯图的标注。按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型腔型芯的尺寸有一定误差，为保证塑件实际尺寸在规定的公差范围内，需要对成型尺寸进行校核。一般根据塑件成型公差小于塑件尺寸公差来校核。对于型腔或型芯的径向尺寸： 式（5）所以0.004+0.2+0.433=0.6371.3故满足要求。同理型腔深度或型芯高度、塑件的中心距尺寸也满足要求。5.4.5模具型腔侧壁和底板厚度的计算在注射过程中，模具型腔将受到熔体的高压作用，所以应具有足够的强度和刚度，如型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至开裂。因刚度不足而产生扰曲变形，导致溢料和出现飞边。降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模，所以应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚。模具型腔壁厚的计算，以最大压力为准，而最大压力是在注射时，熔体充满型腔的瞬间产生的，随着塑料的冷却和浇口的冻结，型腔内的压力逐渐降低，在开模时接近常压。理论分析和生产实践表明，大尺寸的模具型腔，刚度不足是主要主要矛盾，型腔壁厚应以满足刚度条件为准；由于本塑件属于大型塑件，故因以型腔的壁厚的刚度为准。由于模具的特殊性，刚度计算条件一般从下面三个方面来考虑：1、模具成型过程中不发生溢料；2、保证塑件尺寸精度；3、保证塑件顺利脱模。在一般情况下，因塑料的收缩率较大，型腔的弹性变形量不会超过塑料冷却时的收缩值。因此型腔的刚度要求主要由不溢料和塑件精度来决定。当塑件某一尺寸同时有几项要求时，以最苛刻的条件作为刚度设计的依据。由于型腔的形状、结构形式是多种多样的。同时在成型过程中模具受力状态也很复杂，一些参数难以确定，因此对型腔壁厚做精确的力学计算几乎是不可能的。只能从实用观点出发，对具体情况具体分析，建立接近实际的力学模型，所以对于本塑件可以简化为整体式矩形型腔进行近似计算。5.5 模架的选取模架的选取应综合考虑型腔的大小与布置、凸凹模结构形式、推出机构、合模导向机构等方面。尽量选取标准模架。在本次设计中模具采用了一模两腔，采用的是侧浇口，利用斜导柱外侧抽芯。另外，采用推杆和推管推出。综合以上分析，查相关手册GBT12556，选用模架型号为：A240040027Z1，其中A板为63，B板为50，C板为100。BL为500400。其基本结构框架如图3所示:图3 结构框架 6 脱模机构的设计6 脱模机构的设计塑件在从模具上取下以前,还有一个从模具的成型零件上脱出的过程,使塑件从成型零件上脱出的机构称为推出机构。它包括以下几个部分，脱模力的计算、推出机构、复位机构等的机构形式、安装定位、尺寸配合以及某些机构所需的强度、刚度或稳性校核。在设计此机构时，应遵守以下几个原则：1、推出机构应尽量设置在动模一侧;2、保证塑件不因推出而变形损坏;3、机构简单动作可靠;4、良好的塑件外壳;5、合模时的正确定位。6.1 脱模力的计算注射成型后，塑件在模具内冷却定型，由于体积的收缩，对型芯产生包紧力，塑件要从模腔中脱出，就必须克服因包紧力而产生的摩擦阻力。一般而论，塑料制件刚开始脱模时，所需克服的阻力最大，所以选择此时作为临界条件。塑件脱模时的型芯的受力分析如图4图4 型芯受力分析根据力平衡原理，列出平衡式： 式（6）则： 式中 塑件对型芯的包紧力； 脱模时型芯所受的摩擦阻力； 脱模力； 型芯的脱模斜度。又 式（7）于是 而包紧力为包容型芯的面积于单位上包紧力之积，即：由此可得： 式中 塑料对钢的摩擦系数，约为0.10.3； 塑件包容型芯的面积； 塑件对型芯的单位面积上的包紧力，一般情况下模外冷却的塑件约取2.43.9107Pa；模内冷却的塑件约取0.81.2107Pa。 脱模力的另外一种计算公式如下： 式（10） 式中 脱模斜度系数 表面粗糙度的脱模系数 故有 6.2 推出机构的设计推杆推出机构是最常见，而且也是应用最为广泛的。推杆的截面形状根据塑件的推出形式而定，可设计成圆形或矩形等等。其中以圆形最为常用，因为使用圆形推出机构一般包括推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、活动镶块及凹模推出机构、多元综合推出机构等。 洗衣机波轮轴承塑料件底部的凸缘边较窄，不适于选择推杆脱模机构，宜选择推管和推件板脱模机构。如选择推件板脱模机构，因塑料件有一部分由推件板来成型而无法实现自动脱模，必须设置二级推出机构才能实现自动脱模，增加了模具的复杂性合制造成本。而推管脱模机构可直接推出塑料件脱离动模。因此本设计采用推管脱模机构，并采用了复位杆与复位弹簧，使复位动作平稳、可靠。6.3 推管位置的设置对于推管推出机构而言，合理布置推管的位置是推管推出机构设计中最重要的工作之一，它一般从以下几个方面去考虑：1、推管应设在脱模阻力大的地方；2、推管应均匀布置；3、推管应设在塑件强度刚度较大处。由于本塑件的围周紧紧包在动模型芯上面，此处的脱模力相对来说比较大，故在动模型芯外设置一根推管，推管顶部由推