办公室空气加湿器外壳及其模具设计毕业论文.doc

办公室空气加湿器外壳及其模具设计毕业论文目 录摘 要IAbstractII前 言11课题意义21.1 选题背景21.2 产品设计理念21.3 加湿器的个性化51.4 本设计的研究思路62产品设计72.1 产品外形设计72.2 整体结构设计72.3 净化器内电场设计的工作原理82.4 外壳设计113 模具设计133.1 注射剂的选择133.2 浇注系统设计153.3 成型零件的设计183.4 导向机构及排气系统设计213.5 螺纹型芯脱模机构设计233.6 冷却系统的设计263.7 侧向分型抽芯机构的设计284 技术经济性分析314.1 影响因素314.2 模具价格估算31结 论32致 谢33参考文献34附录A 英文参考资料35附录B中文参考翻译43前 言随着室内空气污染越来越得到市民的关注，室内空气污染影响健康也成为“白领”关注的焦点。人们在装修之后，室内气味难闻，特别是装饰材料中含有的甲醛、苯、氨等可以使人体致癌的有机气体，成为白领们的无形杀手。而对于旧房，由于长久的使用，异味、宠物臭味、烟味、等也困扰着众多居民。虽然香水可以暂时覆盖臭味，但是香水的成分中却含有致癌物质甲醛，长期吸入，同样对人体有害。人们每天平均大约有80%以上的时间在室内度过。随着生产和生活方式的更加现代化，更多的工作和文娱体育活动都可在室内进行,购物也不必每天上街,合适的室内微小气候使人们不必经常到户外去调节热效应，这样,人们的室内活动时间就更多,甚至高达93%以上。因此，室内空气质量对人体健康的关系就显得更加密切更加重要。虽然，室内污染物的浓度往往较低，但由于接触时间很长，故其累积接触量很高。尤其是老、幼、病、残等体弱人群、机体抵抗力较低、户外活动机会更少，因此，室内空气质量的好坏与他们的关系尤为重要。办公室空气净化器的开发与研制势在必行。塑料模具工业近20年来发展十分迅速，早在几年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具，在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。对于注塑模具市场的发展前景，注塑模具标准化水平向高水平逐步提高；CAD/CAM/CAE技术得到普及；注塑模具生产向信息化发展。1课题意义1.1选题背景加湿器（humidifier）是一种增加房间湿度的家用电器。加湿器可以给指定房间加湿，也可以与锅炉或中央空调系统相连给整栋建筑加湿。 加湿器从使用方面来讲可分为工业用加湿器和家用加湿器两个大的类别。家用加湿器家用加湿器产品集加湿,美容,清新和装饰于一体的新型电器.产品有别于传统加湿器,融合多种元素,不再是单一的家电产品.机器的人性化设计:采用风量强劲且噪音低,寿命长的罩极电机及创新独有的零噪音设计电路.让用户使用更加方便,睡得更加安静,采用独有零噪音设计的电路,当机器缺水后,风机,变压器,线路板全不工作,使你的机器更加省电,安静,节能环保.采用专利的防溢水,漏电的结构设计,使用机器安全，适合家庭使用。但是目前，我国家用加湿器市场每年家庭拥有率的增长仅在34左右，与国内多数居民知道干燥季节需要进行室内加湿的现况相比，存在较大的消费意识差距。这种状况凸显出我国家用加湿器市场虽发展了近20年，但目前仍存在着较大的消费“瓶颈”。 很多人士指出，由于地理位置、气候条件、经济发展等因素的影响，目前国内加湿器的家庭拥有率呈现出以下几个特点：经济发达地区比欠发达地区高，城市地区比农村地区高，高收入家庭比低收入家庭高，受教育水平高家庭比受教育水平低家庭高。 目前国内加湿器品牌有很多，如亚都、爱普、阿蓝德、捷瑞、龙的等。但是，其中仍然出现了一枝独秀的状况，即北京亚都公司生产的加湿器占到了国内加湿器市场的80以上。除了技术、市场原因外，这里还和国内家用加湿器市场目前所处的行业周期有关。亚都商业公司总经理王效久说：“只有北京、济南等个别城市进入成长期，其他地区都还处在导入期。”从亚都公司1987年生产国内第一台家用加湿器开始，17年的历史和消费现况足可以说明这个市场存在的一些特殊性。 从这一点可以看出，加湿器有着十分广阔的市场前景，只要通过努力，利用正确的市场定位和市场开发，我所设计成立的公司完全可以在未来的加湿器市场上占有一席之地。1.2 产品设计理念现实生活中的产品就和人一样都具有不同个性色彩，尤其是随着产品的多样化，我们周围个性化的内容越来越多，个性化的家居、个性化的服饰、个性化的举止、个性化的语言，现代人的生活中到处都渗透着“个性”二字，我们进入了个性化的时代。所谓个性化的需求，是指顾客根据自己的个性需求对产品提出要求,需求个性化有需求的多样性和需求的多变性两个主要特征。需求的多样性要求产品种类多、批量小，甚至是单件生产；需求的多变性要求产品更新换代频繁，从而使工业产品的市场寿命缩短。个性化设计的范围也早已延伸到一切可以发挥其特长的领域2。人的消费行为将愈来愈多地受到感情因素的影响，具有浓厚的审美色彩。消费者的情绪、兴趣和情感，对于其消费需求具有一种放大和强化作用，形成消费行为的内驱力。消费兴趣成为促进消费活动的关键因素，它加强了消费行为的自主性和随机性。在产品物质功能普遍得到保证的情况下，人们对产品选择的考虑，更多地集中在感情需要和审美需要的满足上。顾客需求的个性化发展是社会发展和进步的标志之一，工业产品对顾客个性需求的满足程度受生产力发展水平的制约。随着科学技术发展，开发满足顾客个性需求的产品，最大限度地合理利用并优化配置现有的人力、物资资源，降低产品成本，提高企业经济效益和竞争力，保证顾客利益和社会利益已成为现代工业产品开发追求的目标。“外观造型”驱动购买选择的趋势随之不断发展，许多种类产品的潜在消费者比现有消费者更注重外观选择。这种趋势在手机、汽车、电视、洗衣机、冰箱、空调、家庭影院、高档彩电、电脑、数码摄像机和笔记本电脑等种产品的消费选择中最为明显。产品在不断的丰富多样化的过程中，显得更加人性化，结构更加合理，技术更加先进的同时，在外形上的感性因素也愈加强烈。在非物质社会中，形式与功能的转化，消费者更加强调，个人风格与潜在消费者未来更注重外观的情感表现。今天，产品所具有的象征意义和符号特点甚至超过了它们的功能，一些人毫不避讳地承认自己亲手设计的家并不舒适，但因为能够表达自己的个性，都是一些利用业余时间从旧货店里掏来的宝贝，或是自己外山观光买束的收藏品而倍感自轰。坐在硬硬的民间板凳上足不如沙发舒服，但要的就是那种展示个性的感觉。 随着空气污染的日益严重和全球气候变暧，空气湿器已成为人们生活中不可缺少的一部分而且是不可分割的。纵观国内厂商生产的众多品牌空气加湿器，有特色者甚少，平凡者诸多。很难适应消费者的需求,那么,一款受欢迎的加湿器应该是什么样的呢？我认为人们的生产和生活方式都发生了巨大的变化，物质需求观已不再停留于质和量的阶段，而是更高的精神与情感的满足。于是人们开始追求新的尝试，尝试着自己能够与众不同，能够从自己拥有的个性产品中得到独特的心理享受和精神愉悦。因此，为了不断满足消费者个性化的需求，设计领域中也不断演绎着“个性化”的产品设计2。1.3 加湿器的个性化设计表达，就是在产品设计错误！未找到目录项。的过程中，为了达到预定的设计目标，运用各种媒介、技法和手段，以二维或三维的形式对设计构想进行形象、逼真的视觉化说明，从而使设计信息得以有效传达的一种创造性活动。设计表达是工业设计领域的沟通工具，是设计师必备的技能和表达的特殊语言，是设计过程中构象转化为可视形象的重要环节与桥梁，是设计创意的另一具体表现形式。通过本设计，使学生在学习机械与艺术学科的基础上，运用掌握的机械设计与制造、艺术基础知识与技能、练习表达机械结构，零部件及产品外观效果的各种表现方法。在熟练基本表现技法的基础上，锻炼独立设计与表现方案的决策，向机械工程实践中补充艺术审美与创造的能力，初步形成以机械为主、艺术为辅的理性的、严谨的、真实的表达设计思想的能力。1.4 本设计的研究思路在现有的设计理论、工艺技术基础上，在了解加湿器原理的基本情况后，对整个设计进行规划、预想，并对整个过程进行构想，明确要解决的问题，得出相应的解决方案，从而得到一个合理的设计。首先根据市场调查情况结合造型设计的相关理论，然后分析市场.将个性化设计的方法知识加以总结，结合相关的设计知识和技术知识构想最初的方案，期间运用分析的方法找出设计的切入点，绘制大量的草图并进行筛选，运用仿型、抽象等方法，从外观造型入手，设计出具有卡通，现代气息的个性化产品，并充分运用人性化设计的相关理论，使产品满足不同用户的需求,适应更多的消费者412产品设计2.1 产品外形设计本次设计的为空气净化器，采用净化电场净化。此种净化器通过强电场产生负离子，与空气中的颗粒污染物结合形成“重离子”而沉降或吸附在物体表面，同时，通过负离子还能杀灭某些细菌因此，这种净化器有一定的杀菌和净化颗粒污染物的作用。 图2-1 产品造型由于本产品有应用空间小，受众群体集中的特点，本设计中特将其在车内的实用性与装饰性集于一身，采取香水瓶为造型（效果图见图2-1），悬挂于前视镜上，既美观又可净化车内污浊的空气。此产品若有较好的销售市场，还欲追加其他造型的空气净化器列产品。2.2 整体结构设计2.2.1 目前空气净化器的现状：（1）机械过滤式净化器这种净化器属于小型空气过滤器，室内空气经过风机加压后通过纤维过滤材料，从而将空气中的颗粒污染物捕集下来以达到净化空气的目的显然，它只能有效去除空气中一定粒径范围的颗粒污染物，但对气态污染物却无法去除因而，其性能不够完善，总体净化效果不佳。（2）机械过滤+吸附式净化器由于颗粒污染物和气态污染物的性质完全不同，因而应分别采用不同的净化机理予以去除这种净化器的净化原理符合这一原则，将普通空气过滤技术与活性炭吸附技术结合起来，利用活性炭对气体具有较强吸附能力的特点，提高了对气态污染物的净化效果，在总体上改善了净化性能，是目前市场上的主导产品。但由于活性炭存在吸附饱和状态，再生麻烦，因而，实际使用时不够方便，这是限制其广泛应用的主要原因，亟待解决。（3）静电式净化器这种净化器实际上是一种小型静电式空气过滤器，对粒径较大的颗粒污染物的净化效果较好，但是无法净化气态污染物，同时，还会产生臭氧等二次污染物，属于逐步淘汰产品。2.2.2 影响空气净化效果的主要因素：从原理上讲，以上谈到的三种不同类型的空气净化器，都对室内空气有一定净化作用。但在实际使用中每种产品的使用效果却各不相同。这又是怎么回事呢？这是因为影响空气净化效果的主要因素有以下两点：（1）滤材：超强的净化效果来自于优质的滤材。通常使用的滤材存在种种局限，如无纺布、滤纸等。既要求它们有很好的通透性。又需要能有效过滤空气中的有害物质。二者很难兼顾活性炭虽有很强的吸附能力。但很容易饱和。随着污染物沉积的增加净化效果明显下降。（2）风机：高效的净化效率来自于强劲的进出风量。无论是哪一种净化方式。都需要让空气经过净化装置。这就要求净化器使用风机来保证空气的循环。由于要降低噪声，因此多数的净化器采用的风机功率都较低从而影响了净化效率。2.3 净化器内电场设计的工作原理净化电场是室内静电净化器的核心部分。在这里，粒子被荷电和捕集，以达到净化空气的效果。它的主要设计参数包括电晕形式、起晕电压、净化效率、收尘极面积和有效驱进速度等。2.3.1 静电净化器的电晕形式与起晕电压为降低电晕过程中臭氧和氮氧化物生成量、提高室内空气品质，当前大多数室内静电净化器中均采用了细金属丝正电晕放电的形式。起晕电场强度和电压是净化器中的两个重要参数。起晕电场强度与污染性质和电极形状、几何尺寸等因素有关。皮克(Peek)对此进行过广泛的研究。对于蜂窝型电场，可以取小蜂窝的内切圆半径为管半径。对圆形金属线放电的管形电场，皮克提出半经验公式来计算空气中的起晕电场强度Ec，如式(2-1)所示： （2-1）式中：E 为起晕电场强度，V/m；f为极线粗糙度系数，通常取0.51.0；为相对空气密度，=(T0/T)(P/P0)，其中T0=298 K，P0=1个标准大气压，P和T分别是实验时的大气压力和空气温度。a为电晕线半径，m。在理论上容易推导出管式静电场内任意一点的电场强度和电压之间的关系式： （2-2）式中：V为施加电压，V；r为距电晕线中心的距离，m；R为管半径，m。因此，在r=a时(电晕电极表面上)，由式(2-1)和(2-2)可得式(2-3)用来计算起晕电压Vc。 （2-3）2.3.2 净化器的净化效率和有效驱进速度实际净化电场内的空气流动都是紊流状态。早在1919年，Anderson根据管式电除尘器的实验结果发现了紊流情况下高压电场的净化效率存在指数规律，1922年，Deutsch从理论上证明了这一规律，即多依奇一安德鲁森(Deutsch Anderson)效率公式： （2-4）式中，A为集尘极面积，m2 ，为净化效率，Q为气体流量，m3 /s，为驱进速度，m/s。从式(4)可以看出，净化效率正比于集尘板面积或驱进速度，反比于气体流量。有效驱进速度是净化器设计中最重要的设计参数之一。有效驱进速度的确定方法较多，基本可归结成三类：(1)理论计算法；(2)生产统计法；(3)试验修正法。理论计算法得到的理论计算值往往远大于实际值，一般不会直接应用于设计中。而生产统计法需要大量的实践数据，对当前仍未成熟的静电净化器产业来讲，资料还很不充分。试验修正法是一种紧密联系实践的设计方法，许多设计研究单位也进行了很多试验研究工作，提出了半经验性的修正公式和相关图表。针对不同类型的粉尘，粉尘的有效驱进速度往往介于0.020.2 m/s之间。本文沿用试验修正法的原理，对比相似工作条件下类似净化器的运行状况，由其实测的净化效率、集尘面积等各项运行参数，反算出叫的设计推荐值，这也是应用最广的方法。已知颗粒物的驱进速度叫，容易得到在驱进速度下的微粒运动距离x所需的时间： （2-5）对半径为R管式电场，则时间为，气流在净化器中停留的时间 ，其中L为电场长度，v为电场风速。设计净化器时应满足，即，即电场风速不能太大，否则带电粒子在被捕集前可能被气流卷吸带出电场。2.3.3 净化器中收尘极板的面积当有效驱进速度值确定以后，根据所需的净化效率求出极板比表面积S(净化1气体所需集尘面积及集尘板总面积A。 （2-6）考虑到净化器设计、制造、安装以及尘源条件的变化，参照电除尘的相关经验值，应将A的理论值乘以适当的备用系数11.5为宜。2.3.4 净化器中电场有效断面积及电场长度在选择了合适的电场风速后，由已知设计风量和所需集尘面积等条件，仅经简单计算即可得电场有效断面积和电场长度等参数。本次设计采用电路图（图2-3）：图2-3 净化器电路图2.4 外壳设计2.4.1 材料选择塑件的选材应考虑以下几个方面，以判断其是否能满足使用要求。（1）、塑件的力学性能，如强度、刚性、韧性、弹性、弯曲性能、冲击性能以及对应力的敏感性。（2）、塑料的物理性能，如对使用环境温度变化的适应性、光学特性、绝热或电气绝缘的程度、精加工和外观的完美程度等。（3）、塑料的化学性能，如对接触物（水、溶剂、油、药物）的耐性、卫生程度以及使用上的安全性等。（4）、必要的精度，如收缩率的大小及各向收缩率的差异。（5）、成型工艺性，如塑料的流动性、结晶性、热敏性等。本次设计外壳塑件材料选用ABS，ABS是一种具有良好综合性能的工程塑料，它具有聚苯乙烯的良好塑性、聚丁二烯的韧度、聚苯烯腈的化学稳定性和表面硬度，其抗拉强度可达3550MPa。ABS的耐候性是它的另一个优点，一般ABS塑件的使用温度范围为-40100C，这正是本塑件最适宜的使用温度范围。ABS塑料具有一定的吸湿性（含水量为0.30.8），成型时会在制件上产生斑痕、云纹、银丝、气泡等缺陷，故在注射成型之前应进行干燥处理。ABS熔体中具有中等黏度特性，流动性好。设定料温在200240C之间，模温在60C左右。塑料密度1.021.16 g/cm，弹性模量E=1.410MPa，成型收缩率0.40.7，泊松比0.35。2.4.2 结构设计塑料的总体尺寸主要取决于塑料品种的流动性。塑料外形尺寸还受成型设备的限制。从能源，模具制造成本和成型工艺条件出发，只要能满足塑件的使用要求，应将塑件设计的尽量紧凑，尺寸小巧一些。影响塑料尺寸精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨损，塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化，塑件的形状，飞边厚度的波动，脱模斜度及成型后塑件尺寸变化等。一般来讲，为了降低模具的加工难度和模具制造成本。在满足塑件使用要求的前提下应尽量把塑件尺寸精度设计的低一些。塑料制件的表面质量包括表面粗糙度和表观质量。塑件表面粗糙度的高低，主要与模具型腔表面的粗糙度有关。目前，注射成型塑件的表面粗糙度通常为R0.021.25m，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即R0.010.63m。塑件应有一定的厚度才能满足使用时的强度和刚度要求，而且壁厚在脱模时还需承受脱模推力。壁厚应设计合理，壁太薄熔料充满型腔时的流动阻力大，会出现缺料的现象；壁太厚塑件内部会产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时增加了成本；壁厚不均匀造成收缩不一致，导致塑件变形或翘曲，在可能的条件下应使壁厚尽量均匀一致。塑件的壁厚一般取14mm大型塑件的壁厚可达8mm，本次设计塑件壁厚取2mm。加强筋的主要作用是在不增加壁厚的情况下，加强塑件的强度核刚度，避免塑件变形翘曲。此外，合理布局加强筋还可以改善充模流动性，减少内应力，避免气孔、缩孔和凹陷等缺陷。加强筋的壁厚应小于塑件壁厚，并与壁厚圆弧过渡。加强筋端部不应与塑件支撑面平齐，而应缩进0.5 mm以上，如果一个制件上需要设置许多加强筋，除应注意加强筋之间的中心距必须大于制件壁厚的两倍以上之外，还要使各条加强筋的排列互相错开，易防止收缩不均匀引起制品破裂。此外，各条加强筋的厚度应尽量相同或相近，这样可以防止因融体流动局部集中而引起缩孔和气泡。对于塑件来说，除使用要求需要尖角之外，其余所有内外表面转弯处都应尽能采用圆角过渡，以减少应力集中。采用圆角过渡不但使塑件强度高，塑件在型腔中流动性好，而且美观，模具型腔也不易产生内应力和变形。圆角半径的大小主要取决于塑件的壁厚。塑件上的螺纹即可以直接用模具成型，也可以在成型后用机械加工获得，对于需要经常装拆和受力较大的螺纹，应采用金属螺纹嵌件。塑件上的螺纹，一般直径要求不小于2 mm，精度不小于IT7级，并选用螺距较大者。细牙螺纹尽量不采用直接成型，而是采用金属螺纹嵌件。为了增加螺纹的强度，防止最外圈螺纹崩裂或变形，其始端和末端均不应突然开始和结束，应有一定过渡段。塑件螺纹与金属螺纹的配合长度应不大于螺纹直径的1.5倍。在同一螺纹型芯或螺纹型环上有前后两种螺纹时，应使两端螺纹的旋向和螺距相同。3 模具设计3.1 注射剂的选择 经计算得此件注射的体积总量约为255cm,故根据国产注射剂的注射容量，将本次设计所用注射机预选为XS-ZY-500，主要技术参数如下：结构形式：卧式注射方式：螺杆式螺杆直径：65mm最大注射量：500cm注射压力：145MPa锁模力：3500kN最大注射面积：1000cm模具最大厚度：450mm模具最小厚度：300mm最大开模行程：500mm喷嘴球半径：18mm喷嘴孔半径：2.5mm定位圈直径：120mm模板尺寸：400500mm3.1.1 最大注射量的校核在模具设计时，为确保塑件质量，应保证注射模内所需注射量在注射机实际的最大注射量的范围内。根据生产经验，注射机的最大注射量是其额定量的80%，换句话来说，一个注射周期内，所需注射的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。必须使一个成型周期内所需注射的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。注射机多以公称容量来表示，可采用下式校核： 式中 为注塑机可注射的最大注射量（应在塑件与浇注系统凝料的重量和80%之内）（g）； 料筒温度下塑料的体积膨胀率的校正系数，对于结晶形塑料，；对于非结晶形塑料，； 所用塑料在常温下的密度（gcm）； G注射机的公称注射容量（cm）；本次设计，取=0.93，=1.05 gcm，G=500 cm；则 =即，所选注射量满足要求。3.1.2 锁模力的校核注射成形时，高压塑料熔体充满型腔时，会产生使模具沿分型面分开的胀模力，此胀模力等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积与型腔压力之积。为防止模具分型面被胀模力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处产生溢料现象。因此应使注射机的合模力大于模具从分型胀开的力，则 FP(nA+A)式中 F注射机的合模力（N）；A、A分别为塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积（mm）；P塑料熔体在模腔内平均压力（Mpa），通常模腔压力2040 Mpa。成型一般制品为2434 Mpa，精密制品为3944 Mpa。本次设计，取F3500kN，P30Mpa，A15576mm，A80mm，则 30（415576+80）=1871473 N 3500kN即所选注塑机的锁模力满足要求。3.1.3 注射压力的校核注射机的最大注射压力应大于塑件成型所需压力，即PP 式中 P注射机的最大注射压力（Mpa）； P塑件成型所需的实际注射压力（Mpa），一般制品成型注射压力70150Mpa，当塑料熔体流动性好且塑件形状简单塑件壁厚较厚时所需注射压力较小；本次设计，取P145Mpa，P100Mpa，则 PP即所选注塑机的注射压力满足要求。3.1.4 开模行程注射机的开模行程应大于脱模取出塑件所需的开模距离。 对于具有液压机械式合模机构的注射机，其最大开模行程系由肘杆机构或合模液压缸冲程所决定，而不受模具厚度影响，校核时按注射机最大开模行程大于模具所需的开模距离。对单分型面模具按下式校核：SH+H+(510) 式中 S注射机开模最大行程（mm）；H塑件脱模所需顶出距离（mm）；H塑件高度（mm）；本次设计，取S500mm，H38.8mm，H111.8mm，则 50038.8+111.8+(510)即所选注塑机的开模行程满足要求。综上可知，注射机符合要求.3.2 浇注系统设计浇注系统是指注射模中从主流道的始端到凹模之间的熔体进料通道。分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统两类。正确设计浇注系统对获得优质塑料产品和提高生产率极为重要。3.2.1 主流道部分的尺寸设计：主流道是从注射机喷嘴与模具接触的部位开始到分浇道为止的一段通道。在卧式或立式注射机上，主流道垂直于分型面。为了能使凝料顺利地从主流道中拔出，所以主流道设计成圆锥形。主流道部分及浇口套的尺寸，如图3-1：图3-1 浇口套3.2.2 定位圈的尺寸设计很多注塑模具的定位采用单独加设定位圈的方法，主流道衬套（浇口套）与定位圈要与所选注射机的喷嘴和定位孔相一致。定位圈为标准件，其结构和尺寸可查表。本设计所用定位圈如图3-2：图3-2 定位圈3.2.3 分流道的尺寸设计分流道是主流道与浇口之间的通道。在多型腔的模具中必不可少，而在单型腔模具中，有时可以省去。常用的分流道的截面形状有圆形、半圆形、梯形、U形和六角形等。流道的截面积越大，压力的损失越小；流道的表面积越小，热量的损失越少。用流道的截面积和表面积的比值来表示流道的效率，效率越高，流道设计得越合理。本次设计，将分流道形状设计成半圆形，取D=6mm。3.2.4 浇口的尺寸设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，起着调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等作用。浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大，塑件上的一些缺陷，如缩孔、缺料、白斑、熔接痕、质脆、分解和翘曲等往往是由于浇口设计不合理而产生的，因此正确设计浇口是提高塑件质量的重要环节。浇口设计与塑料性能、塑件形状、截面尺寸、模具结构及注射工艺参数等因素有关。总的要求是使熔料较快的进入并充满型腔，同时在充满后能适时冷却封闭，因此浇口截面要小，长度要短，这样可增大料流速度，快速冷却封闭，且便于塑件与浇口凝料分离，不留明显的浇口痕迹，保证塑件外观质量。此外浇口设计需遵循下述原则：尽量缩短流动距离。浇口应开设在塑件壁厚最大处。必须尽量减少熔接痕。应有利于型腔中气体排出。考虑分子定向影响。避免产生喷射和蠕动。浇口处避免弯曲和受冲击载荷。注意对外观质量的影响。浇口常用的几种形式有直接浇口、矩形测浇口、扇形浇口、膜装浇口、轮辐浇口、爪型浇口、点浇口、潜伏浇口。直接浇口有时被称为非限制性浇口，而其他类型的浇口则通称为限制性浇口点浇口又称针点浇口，是一种在塑件中央开设浇口时使用的原型限制浇口，常用于成型各种壳类、盒类塑件。点浇口的优点是浇口位置能灵活的确定，浇口附近变形小，多型腔时采用点浇口容易平衡浇注系统；缺点是由于浇口的截面面积小，流动阻力大，需提高注射压力，宜于成型流动性能好的热塑性塑料。矩形侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料。侧浇口的厚度决定着浇口的固化时间，在实践中通常是在容许的范围内首先将侧浇口的厚度加工的薄一些，在试模时在进行修正，以调节浇口的固化时间。矩形侧浇口广泛应用于中小型制品的多型腔注射模具，其优点是截面形状简单易于加工、便于试模后修正，缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹。根据本次设计的塑件结构特点，选择矩形侧浇口。一般侧浇口的厚度为0.51.5mm，宽度为1.55.0mm，浇口长度为0.72.5mm。对于大型复杂的制件，侧浇口的厚度为2.02.5mm，宽度为7.010.0mm，浇口长度为2.03.0mm。从这些经验数据可以看到，侧浇口的宽度与厚度的比例大至是3比1。本次设计浇口的厚度为0.8mm，宽度为2.4mm，浇口长度为1.5mm。3.2.5 浇注系统的平衡：对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。3.2.6 冷料穴的设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道模道末端，其作用是除去熔体流动前锋的“冷料”，防止冷料进入型腔而影响塑件质量。对于主流道冷凝料拉出，所以冷料穴直径宜稍大于主流道大端直径。本次设计拉料杆形状采用Z形。如图3-3：图3-3 拉料杆3.3 成型零件的设计3.3.1 分型面的选择模具上用以取出制品和浇注系统凝料的可分离的接触表面称之为分型面（PL）。一般的讲，分型面是模具的定模型腔板与动模型腔板的接合面，具有取出塑件和排气的作用。但是，也存在因注射压力不合理而使之涨开的可能。在模具设计阶段，应首先确定分型面位置，然后才能选择模具的结构。分型面设计是否合理，对制品质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大的影响，它决定了模具的结构类型，是模具设计工作中的重要环节。因此，分型面的正确设计需要塑料产品设计人员和模具设计人员的共同努力和配合。分型面的形状应尽可能简单，以便于制品成形和模具制造。分型面的形状可以是平面、阶梯面或者曲面，一般情况下，只采用一个与注射机开模方向相垂直的分型面，且尽可能采用简单的平面作为分型面，在特殊情况下才采用较多的分型面。分型面的选择的一般原则:选取塑件最大投影截面为分型面；在开模时尽量使塑件留在动模内；应有利于侧面分型和抽芯；应合理安排塑件在型腔中的方位；考虑和保证塑件的外观不遭损坏；尽力保证塑件尺寸的精度要求；有利于排气；尽量使模具加工方便。 本次设计分型面选择如图3-4： 图3-4 分型面3.3.2 型腔数目的确定根据注射机的额定锁模力来确定，设注射机的额定锁模力为F(N),单个制品在分型面上的投影面积为A 1（mm2 ）,型腔内的塑料熔体的平均压力为Pm（Mpa）,浇注系统在分型面上的投影面积为A 2（mm2 ），A 2=80mm2 ,Pm=30Mpa,A 1=15576mm2 ,F=3500KN ,nmax=（F-PmA2）/PmA1=7.5取n=2,即一模两腔。3.3.3 型腔的排列方式一模多腔时，型腔在模板上通常采用圆形排列、H形排列、直线形排列以及复合排列等。如图3-5：图3-5 型腔排列在设计时应注意如下几点：1)尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，保证制品质量的均一和稳定；2)型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生滥料现象。3）尽可能使型腔排列的紧凑，以便减小模具的外形尺寸。4）型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注系统的平衡但加工困难。除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下，常用直线形排列和H形排列。从平衡的角度来看，应尽量选择H形排列。结合上述原则，本套模具采用H形排列的型腔排列方式。这样从流道到浇口及型腔，其形状、长度及模壁的冷却条件都相同，熔体能同时充满各型腔，也不需对各浇口进行尺寸校正。3.3.4 凸模、凹模的设计模具中决定塑件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，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。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。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。凹模又称阴模，它是成型塑件外轮廓的零件，本套模具采用整体式凹模，它是由一整块金属材料直接加工而成。其特点是为非穿通式模体，强度好，不易变形，但由于加工困难，故只适用于小型且形状简单的塑件成型。凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种类型。经分析本次设计凸模采用整体式。3.3.5 影响工作尺寸的因素（1）塑件的公差：塑件的公差规定按单向极限制，制品外轮廓尺寸公差取负值“-”，制品内腔尺寸公差取正值“+”，若制品上原有公差的标注方法与上不符，则应按以上规定进行转换。而制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算，即取“”。（2）模具制造公差：实践证明，模具制造公差可取塑件公差的，即 2=（），而且按成型加工过程中的增减趋向取“+”、“-”符号，型腔尺寸不断增大，则取“+ z”型芯尺寸不断减小则取“- z”，中心距尺寸取“”。（3）模具的磨损量：实践证明，对于一般的小型塑件，最大磨损量可取塑件公差的，即=，对于大型塑件则取以下。另外对于型腔底面（或型芯端面），因与脱模方向垂直，故磨损量=0。（4）塑件的收缩率：塑件成型后的收缩率与多种因素有关，通常按平均收缩率计算。=0.55%（5）模具在分型面上的合模间隙：由于注射压力及模具分型面平面度的影响，会导致动模、定模注射时存在着一定的间隙。一般当模具分型面的平面度较高、表面粗糙度较低时，塑件产声的飞边也小。飞边厚度一般应小于0.020.1mm.3.3.6 成型零件工作尺寸的计算弹性模量E=2.06MPa, 许用变形量mm, 型腔内熔融塑料的压力P=30Mpa,泊松比=0.35 ，型腔内半径r=70.43mm,许用应力 =390Mpa。 (1)型腔侧壁厚度的计算 1）按刚度条件计算： =mm2）按强度条件计算：根据模具整体布局需要，去侧壁厚度30mm。 (2)型腔腔底厚度的计算 1）按刚度条件计算：2）按强度条件计算： 根据整体布局及标准模板要求，型腔腔底厚度取为25mm。3.4 导向机构及排气系统设计3.4.1 导向机构设计 导向机构主要用于保证动模和定模两大部分或模内其他零件部件之间的准确对合，起定位和导向作用。绝大多数导向机构由导柱和导套组成，称之导柱导向机构，此外也有锥面，销等作定位导向的结构。因此，导向机构主要有导柱导向和锥面导向两种形式，其设计的基本要求时导向精确，定位准确，并具有足够的强度，刚度和耐磨性。本次设计采用导柱导向机构，导柱导向机构时利用导柱和导向孔之间的配合来保证模具的对和精度。导柱导向机构设计的内容包括：导柱和导套的经典结构；导柱与导向孔的配合以及导柱的数量和布置等。导柱结构如图3-6：图3-6 导柱导柱设计要点如下:导柱的直径视模具大小而定，但必须具有足够的弯曲强度，且表面要耐磨，芯部要坚韧，因此导柱的材料多半采用底碳钢，或用碳素工具钢T8A淬火处理，硬度为5055HRC。导柱的长度通常应高于凸模端面68 mm，以免在导柱未导正时凸模先进入型腔与其碰撞而损坏。导柱的端部常设计为锥形或半球形，便于导柱顺利的进入导向孔。导柱的配合精度。导柱与导向孔通常采用间隙配合H7/f6或H8/f8，而与安装孔则采用过渡配合H7/m6或H7/k6，配合部分表面粗糙度为0.8m。同时需注意，要采用适当的固定方式防止导柱从安装孔中脱出。导柱直径尺寸按模具模板外形尺寸而定，模板尺寸越大，导柱间中心局距应越大，所选导柱直径也越大。注射模的导柱一般取两24根，其数量和布置形式根据模具的结构来确定。为了避免安装方位的错误，可将导柱导柱做成两大两小一大两小或直径相等，但其中一根位置错开310 mm。本设计中使用导柱四根。3.4.2 排气系统排气系统的作用是在注射过程中，将型腔中的气体有序而顺利的排出，以免塑件产生气泡、疏松等缺陷。注射过程中需排出的气体有以下几种：1、浇注系统和型腔中原有的自然空气；2、塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸气；3、塑料熔体在受热或凝固时分解产生的低分子挥发气体；4、塑料熔体中某些添加剂的挥发和化学反应所产生的气体。在高速成型过程中，高温的塑料熔体，将这些气体驱赶并压缩至死角，形成多个高温高压的气压室。这些高压的气室的反压作用，阻止熔料的正常快速充模，而高温也能引起塑件局部的碳化、烧焦。同时这些高温高压的气室也可能渗入塑料熔体内部，造成填充不足，产生气孔、空洞、组织疏松等影响塑件强度的缺陷。因此，在注射过程中，及时将这些气体有序的排出模外是十分必要的。本套模具采用从分型面上自然排气的形式。合模再严密，由于分型面的平面误差的缝隙作为排气通道是足够的。3.5 螺纹型芯脱模机构设计3.5.1 螺纹脱模力矩计算制品对螺纹型芯的总包紧力P作用在螺纹中径圆柱面上，由此可得所需型芯或制品旋转的脱模力矩为式中 螺纹中径的半径值（m）； 制品与钢材表面间的脱模系数；以中径圆柱体作为内表面的圆筒制品的包紧力（N）；制品内螺纹齿形对钢型芯牙形的轴向包紧力（N）；当圆筒制品壁厚/20，d为中径，则当圆筒制品壁厚/20，则以上两式中 塑料的线膨胀系数；E在脱模温度下塑料的抗拉弹性强度；热变形温度（）；脱模顶出时的制品温度（）；在脱模温度下的塑料的泊松比；R制品外圆半径（mm）；A包紧有效面积，Adh，（mm）；h螺纹部分的长度（mm）；制品内螺纹齿形对钢型芯牙形的轴向包紧力（N），由于牙形一般是对称的，螺纹升角影响很小，相邻螺纹牙齿间的夹紧力会相互抵消，可视为具有环形侧凹制品的夹紧力；=对于外螺纹制品，可采用本次设计，螺纹外径d=2.5mm，内径d=2mm，中径d=2.25mm，R=1.25mm，h=4mm。ABS相关参数E2.0GPa，=100，=60，=810，=0.32，=0.45。t=Rr=0.125mm,故 （Adh） 2.87N = 21.6N =24.47N脱模力矩 T=0.45*24.47*1.12512.4Nmm3.6 冷却系统的设计为了提高冷却系统的效果和使型腔表面温度分布均匀，模具冷却系统的设计应遵循的原则：（1） 合理的确定冷却管道的中心距及冷却管道与型腔壁的距离；（2） 尽可能使冷却孔至型腔表面的距离相等；（3） 加强浇口处冷却；（4） 降低冷却介质出入口处的温度差；（5） 合理考虑冷却管道的排列形式；（6） 合理确定冷却水管接头位置；（7） 冷却系统的设计要考虑尽量避免其与模具结构中其他部分的干涉现象；（8） 冷却通道的进口与出口接头尽量不要高出模具外表平面；（9） 冷却水通道要易于加工和清理。此外，注意水管的密封问题，以免漏水。一般，冷却水道应避免镶块，否则在接缝处漏水，若必须通过镶块时应加密封。进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧。为了不影响操作，通常应将进出口接头设在注射机背面的模具一侧。普通模具的冷却水应采用常温的水，通过调节水流量来调节模具温度。对于小型塑件，由于其注射时间和保温时间都比较短，成型周期主要由冷却时间决定，为了提高成型效率，可以采用经过冷却的水进行冷却。用冷却水进行冷却时大气中的水分子会凝聚在型腔表面易引起塑件的缺陷，对此要加以注意。模具的工作温度在40（平均），用常温20的水作冷却介质，其出口温度为25。1、求塑件在固化时每小时释放的热量Q：ABS的单位热流量，塑化能力: 则2、冷却水的体积质量 :3、冷却管道直径 d=8mm 4、冷却水在管道内的流速：5、冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热膜系数h： 6、冷却管道总传热面积A：7、模具上应开设的冷却管道的孔数n：根据经验设计，取n=2，控制冷却水的流速。3.7 侧向分型抽芯机构的设计注射模中凡与注射机开模方向一致的分型和抽芯都比较容易实现，因此模具结构也较简单。但对于某些塑料制件，由于使用上的要求，不可避免地存在着与开模方向不一致的分型。对于具有这种结构的制件除及少数情况可以进行强制脱模外，一般都需要进行侧向分型与抽芯，才能取出制件。能将活动型芯抽出和复位的机构称为抽芯机构，侧向分型和抽芯机构按动力来源可分为手动、气动、液压和机动四种类型。侧向分型与抽芯机构的基本结构包括侧型芯、销钉、斜导柱、楔紧块、压缩弹簧、限位块、滑块等。开模时开模力通过斜销迫使滑块在推件板的导滑槽内向外移动，完成侧向抽芯动作。为了保证合模时斜导柱能准确地进入滑块的斜孔中，以便使滑块复位，机构上应设有定位装置。同时还应设置有定位装置和锁紧装置。 主要参数的确定a、抽芯距S型芯从成型位置抽到不防碍塑件脱模的位置所移动的距离叫抽芯距，用S表示。一般抽芯距等于侧孔或侧凹深度S0加上2-3的余量。由于要抽出最少26，所以将抽芯距定为30。b、 斜导柱的倾角a斜导柱的倾角是决定斜导柱抽芯机构工作效果的一个重要参数，它不仅决定了开模行程和斜导柱长度，而且对斜导柱的受力状况有重要影响。决定斜导柱倾角的大小时，应从抽芯距、开模行程和斜导柱受力情况几方面来考虑。生产中，一般取a=1520，不宜超过25。根据塑件的结构形状要求，在设计中取斜导柱的倾角为20。为了达到要求的抽芯距S，所需的开模行程H与斜导柱的倾角a的关系为 H=Scota斜导柱有效工作长度L与倾角的关系为L=S/sina根据上式得斜导柱的有效长度为L=30/sin20=88 取L=90mm； 侧向抽芯机构的结构设计要点：a、 斜导柱，如图3-8： 图3-8 顶杆斜导柱形状多为圆柱形，为减少其与滑块的摩擦，可将其圆柱面洗扁，斜导柱端部常作成半球状或锥形，锥体角应大于斜导柱的倾角，以避免斜导柱有效工作长度部分脱离滑块斜孔后，锥体仍有驱动作用。斜导柱与滑块斜孔配合间隙一般为1mm。需要延时