塑料模具设计范文——全自动洗衣机内筒注塑模设计.doc

塑料模具设计论文 全自动洗衣机内筒模具设计目 录摘 要11 绪 论211选题意义21.2、国内外塑料模具的发展状况31.2.1各国产业形貌分析31.2.2各国优劣势分析31.3研究内容42 塑件设计分析521塑件模型52.1.1模型3D图52.1.2塑件的2D图技术要求52.2参数设计62.2.1塑件的工艺性及其成型条件62.2.2塑件收缩率72.2.3塑件的拔模斜度72.3 ABS性能分析72.3.1、使用性能：72.3.2、成型性能：72.3.3、ABS主要技术指标：82.3.4 注塑工艺流程82.4、ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施：93 模具总体结构设计1031型腔数目的确定及其排列方式1032分型面的确定114. 模具结构的确定124.1 塑件的物理性质124.2注塑机型号的确定124.3注塑机参数校核134.3.1注塑容量校核134.3.2注射压力校核134.3.3锁模力校核144.3.4开模行程校核155. 浇注系统结构的确定165.1主流道设计165.1.1主流道设计165.1.2 主流道衬套的设计175.2 分流道设计185.2.1分流道的形状及尺寸185.2.1.1分流道尺寸计算195.2.1.2 分流道分布195.2.2 分流道的表面粗糙度205.3 浇口的设计205.4拉料杆及冷料穴的设计215.4 浇注系统的平衡225.4.1 分流道的平衡225.4.2 浇口的平衡246. 成型零部件设计256.1成型零件的选材256.2 成型零部件尺寸计算267. 排气系统、冷却系统设计297.1排气系统设计297.2冷却系统设计307.2.1冷却时间的计算307.2.2模具冷却系统平衡计算317.2.3 冷却回路尺寸及其布置368. 导向机构、侧抽机构设计398.1侧抽机构设计398.2合模导向机构设计409 模具的装配图和零件图4110. 模具的试模与修模4210.1试模4210.1.1、粘着模腔4210.1.2、粘着型芯4210.1.3、粘着主道4210.2修模4311. 模具设计的创新与特色总结4412. 设计存在的问题与解决设想45设计小结46致 谢47参考文献48附录A 常用塑料收缩率标称参考表49附录B 塑件公差数值表50附录C 不同截面形状分流道的流动51附录D 标准公差表52附录E 型芯型腔计算53E-1 型芯型腔计算公式53E-2型芯型腔尺寸计算5364摘 要本毕业论文主要介绍了全自动洗衣机内筒注塑模具的设计。文中首先对塑件结构进行分析，确定模具结构方案，对模具所需的型芯型腔尺寸进行必要的计算、注塑机的选用以及对其进行注塑量、锁模力、开模行程等参数进行校核；第二步绘制模具结构草图、绘制模具总装配图以及非标零件图，最后再进行内容检查审核，内容整理。在本次模具的设计过程中，有一大的突出亮点，这就是在于塑件上的80处阶梯侧槽或侧沟在侧抽芯时，采用双斜滑轨来滑动，从而达到对本塑件外表面的各部分阶梯凹槽，完全完成侧抽的过程。行程小的，则选择在前一个斜槽；而对于相对稍大的，则可以选择在后一个凹槽，这样已达到对不同深度要求的凹槽进行侧抽。在未来几年，该技术将被广泛应用于各种带有阶梯侧槽或侧钩等的注塑模具中。关键词：洗衣机内筒 侧槽或侧钩 注塑模具 注塑成型1 绪 论11 选题意义塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。注塑成型是现代塑料工业中的一种重要的加工方法 ,世界上注塑模的产量约占塑料成型模具总产量的 50 %以上 ,尤其是家电盒型注塑产品需求量不断增加，注塑成型能一次成型形状复杂、尺寸精确的制品 ,适合高效率、大批量的生产方式 ,以发展成为热塑性塑料和部分热固性塑料最主要的成型加工方法 ，注塑模具的设计与制造主要依赖于设计者的经验和技师的制造技艺 ,一般需要经过反复调试和修模才能正式投入生产 ,这种传统的生产方式不仅使产品的生产周期延长 ,生产成本增加 ,而且难以保证产品的质量，要解决这些问题 ,必须以科学分析的方法 ,研究各个成型过程的关键技术，塑料注塑成型是一个复杂的加工与物理过程 ,为实现注塑产品的更新换代 ,提高企业的竞争能力 ,必须进行注塑模具设计与制造及成型过程分析的 CAD/ CAM/ CAE集成技术的研究国外注塑模 CAD/ CAM/ CAE 技术研究的成果有关统计数据表明:采用注塑模 CAD/ CAE/CAM 技术能使设计时间缩短 50 %,制造时间缩短 30 %,成本下降 10 %,塑料节省 7 % 注塑模计算机模拟技术正朝着与 CAD/ CAE无缝整体集成化方向发展，注塑 CAD 所构造的几何模型为实现注塑模 CAE技术提供了基本的几何拓扑信息和特征信息 ,注塑模 CAE的目标是通过对塑料材料性能的研究和注射成型工艺过程的模拟和分析 ,为塑料制品的设计、材料选择、模具设计、注射成型工艺的制定及注射成型工艺过程的控制提供科学依据 。 现时国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UG、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。此次毕业设计的选题是一个关于洗衣机内筒模具的设计。通过对该塑料模具的设计，可以培养我们对模具设计的整体技能，提高对模具设计中所涉及的二维和3D等软件的操作水平，同时也有利于我们对模具结构的进一步深入了解及增强对模具的分析能力。1.2 国内外塑料模具的发展状况本次所选的课题是对洗衣机内筒注塑模具的设计，属于塑料模具工艺，故在此对国内外塑料模具的发展状况，做简单的介绍。1.2.1 各国产业形貌分析1. 在从业人数方面。大陆模具家数及从业人数最多，大型模具厂员工人数约600700人，更有规模达上千人的公司。其它国家的模具业则多以中小型企业型态经营。2. 在产品类别方面。日本与大陆偏重生产冲压模及塑料模，两者产值合计比重高达八成，南韩则以其它模具产值比重最大，占总产值四成七。在应用市场方面，日本、韩国、美国与德国以汽车模具为最大宗产品，而我国则以电子通讯产品用模具为主。3. 在各国工资方面。根据美国国贸局所作模具产业白皮书的调查结果，以德国时薪最高，技术人员时薪水准为$12.13$19.28，设计人员则为$16.91$25.26，日本与美国则介于中间，大陆工资最低，技术人员年薪仅$732$5,853，设计人员仅为$2,927$5,853 ，若以最高年薪为基准与德国比较，则仅能雇用德国技术人员约38天左右，由此可看出先进国家与中国大陆低廉的工资成本差距如此之大。4. 各国出入超状况来看。日本、南韩及德国的模具属强/准出超品，大陆与美国的模具则因国内需求市场大，本国厂商无法完整供应，须藉进口模具以满足下游市场的产品制造，因此属强/准入超品。1.2.2 各国优劣势分析5. 在成本方面。中国大陆与南韩因拥有相对低的人力成本优势，故对于模具售价上，往往采取低价营销打入市场，也因此在全球景气欠佳的局势中，成功攫取市场买家的青睐，最明显的例子就是出口值的涨势。6. 在技术方面。技术先进国家如日本、美国、德国等，对于高精度与复合性模具开发，不论在设计能力或制造技术上，均有领先的地位，同时也拥有训练精良的技术研发人才。其中，日本模具厂商在技术上较重视抛光与研磨加工制程，德国模具厂商则由提高机械加工与放电加工的精度与效率着手，以降低手工加工的时间。7. 在市场规模上。不论产值或国内需求以日本衰退最为明显。在营运成本上，常面临高工资、高福利的问题，因此下游产业或模具厂商逐渐将生产据点移往邻近的新兴工业国或技术后进国家，以降低劳工成本，增强价格竞争力，但是这样的趋势往往会造成技术无形中外流的疑虑，使得本身更须投入大笔研发费用，以加速提升加工技术与高速机械性能，拉大彼此间的差异。1.3 研究内容图1.1 塑件后视图图1.2 塑件上视图根据一个自动洗衣机内筒塑件图纸，在老师的精心指导下，完成对自动洗衣机内筒模具的设计和模具分析等。洗衣机内筒如图（1.1）、（1.2）以下是本论文的主要内容:1、全自动洗衣机内筒注塑模设计：采用三维软件Inventor11设计出该产品的3D图，并设计出适合该产品的模具并绘制3D图，并导出CAD图；2、产品塑件分析：通过对产品的外形尺寸、选用材料ABS的分析，确定其一些模具设计方面的数据；3、确定分型面：根据塑件的集合形状选择合适的分型面；4、浇注系统的设计：确定浇口和流道的位置；5、冷却系统与计算：冷却水孔的位置与数量与冷却效果有密切的关系，在确定时，应尽可能地靠近型腔和尽可能的多，但是要方便加工，且相互之间不能有干涉；6、模具结构件设计：设计合理的结构零件，并确定模腔的数量和排列方式；7、零部件加工工艺制定：为零件制定合理的加工工艺程序；8、绘制2D模具图纸，包括模具的装配图纸以及其相关的成型零部件。2 塑件设计分析21 塑件模型本毕业设计所采用的课题塑件原型来生活，是一个全自动洗衣机内筒，通过企业技术人员和学校老师的指导，本人运用三维绘图软件Inventor绘制出此自动化洗衣机内筒的3D图，并导出CAD图。2.1.1 模型3D图塑料模型绘制采用Inventor 11，而最终绘制出3D结构图如图1.1和1.2所示。该零件的尺寸范围属于大型零件，最大高度为797mm，径向最大直径尺寸为736mm，最大厚度为6mm，最小厚度为1.52mm，平均厚度为4mm。2.1.2 塑件的2D图技术要求本模型的2D图由Inventor三维图转换而来，并在软件AutoCAD上进行整理绘制出来的2D图如图2-2所示。塑件精度等级及尺寸公差图2.2 洗衣机内筒2D图塑件采用的精度等级选为MT5级精度，部分尺寸如图2.2所示。注：由于该塑件的结构相对复杂，在这里只是标注了主要的外形尺寸。2.2参数设计2.2.1 塑件的工艺性及其成型条件该产品如图2.2所示，根据其工作要求，产品的内表面一定要光滑，产品几处要与其它产品配合的地方精度要相对较高，配合后不能要有过于松动或过紧的现象，工作部分等手能够直接接触的部位不能有飞边，此可见产品的结构形状较复杂、尺寸精度比较高、表面质量要求较高。所以在制造模具时，各零件精加工后的变形不能太大，精度要高，特别是模具的型腔要抛光处理，表面粗糙度要达到 Ra0.3 -0.4m，塑件并要求抗冲击，耐摩擦，耐酸碱、污水。（1）为了方便加工和热处理，型腔与型芯部分采用组合结构；（2）该塑件是一个洗衣机的内筒，按其形状分析，有侧抽芯。侧抽芯和分型先后次序应侧抽芯后上下面分型。但考虑到此塑件有多处需侧抽芯，其加工难度和成本可想而知，所以在本次设计中采用多根斜杆侧拉代替侧抽芯，而斜杆则可大大减少，只需再在塑件的两端各设置两根斜杆即可；（3）该塑件的原材料根据要求选择ABS。ABS的综合机械性能好，但耐热性较差，吸水性较大，化学稳定性较好，尺寸稳定、表面光泽性好，这种材料成型性能好，易产生熔接痕，浇口处外观不好。ABS成型条件见表2-1：表2-1：ABS成型条件注射成型机类型螺杆式比重（克厘米）1.031.07计算收缩率(%)0.30.8注射压力（Mpa）60100喷嘴温度()170180螺杆转速(转/分)28预热温度()8085料筒温度（）前段180200中段165180时间（H）23后段150170注射注射时间（S）2090后处理方法鼓风烘箱高压时间（S）05红外线灯冷却时间（S）20120温度()70总周期（S）50220时间（H）52.2.2 塑件收缩率洗衣机内筒选用的材料为ABS，查相关的资料，得知ABS的收缩率为：0.0030.008，这里选择偏中值，为0.005。2.2.3 塑件的拔模斜度拔模斜度是为了便于脱模，防止塑件表面再脱模时划伤、擦伤，在设计塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度。塑件的脱模斜度大小，跟塑件的性质、收缩率，摩擦因素、塑件的壁厚和几何形状有关。在设计时，可以参考一些资料来确定塑件的脱模斜度，一般以塑件的材料为选择依据。本次模具的塑件产品相对较为复杂，选择脱模角度为：塑件外表面 40120 塑件内表面 301（脱模斜度不包括在塑件的公差范围内，塑件外形以型腔大端为准，塑件内形以型芯小端为准。）2.3 ABS性能分析2.3.1 使用性能：综合性能良好，冲击韧度、力学强度较高，且要低温下也不迅速下降。耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好。水、无机盐、碱、酸对ABS几乎无影响。尺寸稳定，易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，经过调色可配成任何颜色，且可作双色成型塑件，且表面可镀铬。2.3.2、成型性能：无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。吸湿性强，含水量应小于0.3，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。流动性中等，溢边料0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为250 C左右比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高的塑件，模温宜取 5060 C，要求光泽及耐热型料宜取 6080 C。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为 180230 C，注射压力为 100140 MPa，螺杆式注塑机则取 160220 C，70100 MPa为宜。易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力，模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。摧出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）。ABS在升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度宜稍大，宜取1 以上。在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。2.3.3、ABS主要技术指标：表2-2 热物理性能密度(g/ cm)1.02105比热容(Jkg-1K-1)12551674导热系数(Wm-1K-110-2)13.831.2线膨胀系数(10-5K-1)5.88.6滞流温度(C)130表2-3 力学性能屈服强度（MPa）50抗拉强度(MPa)38断裂伸长率()35拉伸弹性模量(GPa)1.8抗弯强度(MPa)80弯曲弹性模量(GPa)1.4抗压强度(MPa)53抗剪强度(MPa)24冲击韧度(简支梁式)无缺口261布氏硬度9.7缺 口11表2-4 电气性能表面电阻率（）1.2体积电阻率（m）6.9击穿电压（KV/mm）介电常数（106Hz）3.04介电损耗角正切（106Hz）0.007耐电弧性(s)50852.3.4 注塑工艺流程本塑件的成型加工工艺，和其他塑料产品成型工艺差不多，具体阐述如下。2.3.4.1成型前准备为了保证注射成型的正常进行和保证塑件的质量，在注射成型前，还应该做一定的准备工作。如对塑料原料进行外观检验，即检查原料的色泽、细度及均匀度等，必要是还应该对塑料的工艺性能进行测试。同时，ABS属于吸附性较强的塑料，在成型前，需要对其进行充分的预热干燥，出去物料中过多的水分和挥发物，以防止成型后塑件出现气泡和银丝等缺陷。2.3.4.2 注塑过程完整的注射过程包括加料、塑化、充模、保压、倒流、冷却和脱模等几个阶段。2.3.4.3 塑件后处理由于塑化不均匀或是由于塑料在型腔内的结晶、取向和冷却不均匀及金属嵌件的影响等原因，塑件内部不可避免的存在一些应力，从而导致塑件在使用过程中产生变形或开裂。为了解决这些问题，可对塑件进行一些适当的后处理。常用的后处理方法有退火和调湿两种。本出全自动洗衣机内筒选择的后处理方法是调湿处理。调湿处理是一种将塑件含水量的后处理工序。经过调湿处理后，在加热条件下消除残余应力外，还能是塑件在加热介质中达到吸湿平衡，以防止在使用过程中，发生尺寸变化。本塑件所选用的介质为沸水，加热温度在100C。热变形温度高时取上极限，反之取下极限。保温时间取5小时。2.4、ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施：主要缺陷：缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为70C左右热变形温度约为93C）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。消除措施：加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。3 模具总体结构设计31型腔数目的确定及其排列方式由于本塑料制件为大批量生产，在保证塑件质量的前提下，希望能采用一模多腔或高速自动化生产来缩短生产周期，提高生产效率，但考虑到塑件尺寸比较大，采用一模多腔不合适；每增加一个型腔，受型腔的制造误差和成型工艺误差的影响，塑件的尺寸精度要降低4%-8%，该塑件尺寸精度要求较高，故只采用一模一腔；同时考虑到该塑料制件形状及浇口的位置、形式的限制，以及模具制造上的复杂度，模具只采用一模一腔。其形式可见图3.1。图3.1 型腔布置32分型面的确定为了将塑料制件和浇注凝料等从密闭的模具内取出，将模具适当地分成若干个部分，这些可以分离部分的接触表面，通常为分型面。1.多型腔单分型面模具：塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。2.多型腔多分型面模具：塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。分型面该塑件尺寸精度等级要求为MT5，是尺寸精度要求一般的大型塑件。通过对该塑料制件的分析，考虑到塑件的外观表面和侧孔、侧槽结构，可以得出该塑料制件有较多分型面，因此可采用多型腔多分型面的设计。如下图3.2用引线引出部分：分型面分型面分型面分型面分型面分型面图3.2 分型面位置的确定4. 模具结构的确定除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关，如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核来设计模具与选择注射机型号。4.1 塑件的物理性质采用Inventor 11 对全自动洗衣机内筒塑件分析，得出其物理特性如下表4-1：质量属性大小体积7670000 面积5050000 质量8.13 kg重量79.674N表4-1 全自动洗衣机内筒物理特性4.2注塑机型号的确定根据塑件注塑一次成型所需要的体积，初步选定用LGH-2500M型卧式注塑机。其规格参数如下表4-2：表4-2 LGH-2500M型卧式注塑机规格参数品牌LS种类卧式直压注塑机产品别名LG注塑机型号LGH-2500M螺杆直径140（mm）产品用途精密中大型注塑件射胶量10880（g）螺杆转速90（rpm）理论注射容量11820（立方厘米）射胶压力181（Mpa）开模行程2700（mm）合模力25000（kN）4.3注塑机参数校核4.3.1注塑容量校核国产标准注塑机的标准规定，以注塑聚苯乙烯时在对空注塑的条件下，注塑机螺旋杆或柱塞坐一席最大行程时所能达到的最大容量（）。注塑容量是选择注塑机的重要参数。它在一定程度上反映了注塑机的注塑能力，标志着注塑机成型最大体积的注塑制品。容量计算时，必须使得在一个注塑成型周期内所需的助手塑料熔体的容量在注塑机额定注塑量的80%内，也就是式中：为注塑机最大注塑容量，； 为成型塑件与浇注系统体积的综合，； 0.8为最大注塑容量的利用系数根据注塑量选定注塑机，由Inventor 11分析塑件的物理特性如上表4-2所示，密度取1.0600000E-006 kg/总体积V=7670000 总质量M=8.13 kg注塑系统凝料体积=（382000+150900）+3890=536790那么实际注塑量为：=7670000+536790=8206790 则实际注射重量为：M=9.700kg根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 0.8V公 V实 V公= V实/0.8 =82067900.8=10258.49 cm而注塑机的注塑容量为11820，所以注塑机的注塑量符合要求。4.3.2注射压力校核塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力，即：nA1A2pF式中：n塑件数量A1单个塑件在模具分型面上的投影面积 （mm2）A2浇注系统在模具分型面上的投影面积 （mm2）p塑料熔体对型腔的成型压力（Mpa），其大小一般是注射压力的80%.此处取注射压力为10MPaF注射机的额定锁模力 （N）根据上述公式，得（586400248400）10250000008348KN25000KN故满足要求。注射机的最大注射压力181 MPa 而本次设计采用的是ABS材料，型腔的压力查塑料模具设计制造与应用实例表4-1得，塑件成型所需的的实际压力只需10MPa ，故满足要求。4.3.3锁模力校核当高压的塑料熔体充满型腔是，会产生一个沿注塑机轴向的很大的推力，气大小等于制件与浇注系统在分型面上的垂直投影之和乘与型腔内塑料熔体的平均压力。该推力应该小于注塑机的额定锁模力，否则在注塑成型时，会因锁模不紧而发生溢料跑料的现象。型腔内塑料的熔体的推力（N）可按下面公式计算。式中 型腔内塑料熔体沿注塑机轴向的推力，N； A 塑料与浇注系统在分型面上的投影面积， 型腔内塑料熔体平均压力，Mpa； P 型腔内塑料熔体的压力，Mpa 注塑压力 K 压力损耗系数，随塑料品种注塑机形式，喷嘴阻力，流到阻力等因数变化，取值范围一般为0.2-0.4。计算如下：A=359788.265，=30Mpa则=359788.265x30=10793.6KN即型腔内的塑料熔体注塑机轴向的推力为10793.6KN，而注塑机的锁模力为25000KN，所以注塑机的锁模力符合要求。4.3.4开模行程校核模具开模后为了能够去除塑件，要求有足够的开模距离，本次模具使用的注塑机的开模行程是给定的，不收模具厚度的影响，档模具的厚度变化时，可由其调模装置调整。只要能使得注塑机最大开模行程大于模具所需的开幕距离，就符合注塑的要求。即 式中： 为注塑机最大开幕距离, mmS为模具所需要的开模距离，mmS=1462+797+10=2269mm=2700mm符合条件。综上所述，LGH-2500M型卧式注塑机满足本模具的注塑要求，可以使用。5. 浇注系统结构的确定浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道。浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影响。该模具采用普通流道浇注系统，普通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。浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响效大，而且还在与塑件所用塑料的利用率、成型效率等相关。对浇注系统进行整体设计时，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性。2、采用尺量短的流程，以减少热量与压力损失。3、浇注系统的设计应有利于良好的排气。4、防止型芯变形和嵌件位移。5、便于修整浇口以保证塑件外观质量。6、浇注系统应结合型腔布局同时考虑。7、流动距离比和流动面积比的校核。5.1主流道设计5.1.1主流道设计主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。根据注射机注射量及ABS这种材料选用主流道截面直径，因此模具比较大，为便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形。主流道的尺寸：（1） 主流道小端直径 主流道小端直径 d = 注射机喷嘴直径 + 2 3 d = 7 + 2 3 本设计取 d = 9（mm）。（2） 主流道的球半径主流道的球半径 SR = 20 + 1 2 本设计取 SR = 21（mm）。（3） 球面配合高度球面配合高度为 3 5 本设计取 4（mm）。（4） 主流道长度主流道长度L，应尽量小于等于60mm，此处取L = 35（mm）（5） 主流道锥度主流道锥角一般应在26，取 = 5， 所以流道锥度为/2=2.5。（6） 主流道大端直径主流道大端直径 D = d+2Ltg（/）（=5） 15（mm）（7） 主流道大端倒圆角倒角 D/8 1.125（mm）其进口端直径为9mm，出口端直径为15mm，其锥度为5。浇注系统的结构见图5.1。图5.1 浇口套尺寸5.1.2 主流道衬套的设计主流道衬套的形式有两种：一是主流道衬套与定位圈设计成整体式，一般用于小型模具；二是主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合在固定在模板上。该模具尺寸较大，主流道衬套可以选用第二种方式，即主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合在固定在模板上。主流道衬套的固定形式如下图5.2：图5.2 主流道衬套的固定5.2 分流道设计分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。5.2.1分流道的形状及尺寸为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形、梯形、U形、半圆形、矩形、多边形等其形状如图5.3所示。图5.3 分流道常用截面形状模具设计中常采用圆形截面，其主要特性是加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大，根据塑件的体积、壁厚、形状、注塑速率、分流道的长度和塑料的流动方向。本次模具设计，也是采用了圆形截面的分流道截面。5.2.1.1分流道尺寸计算在型腔上开一个圆形槽，根据分流道截面形状与流动理论长度的关系和相关资料，再考虑到ABS的成型工艺性能，可确定分流道截面为圆形，其直径为16mm（确定依据见表5-1）。该塑件体积为7670 cm3，质量大约8130g。表5-1 流道直径与产品重量的关系流道直径（mm）产品重量（g）49563758375以上1012大型根据上表5-1可有，分流道截面直径为12mm。分流道长度计算分流道的长度计算公式为式中D：分流道直径mmM：产品质量gl：流道长度mm经计算可得l取值为244mm5.2.1.2 分流道分布分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响，该模具为一模一腔，但采用了四处浇口，采用仿平衡式布置。平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料平衡。此处要求到各个浇口处对应关系都相等。一级分流道二级分流道同时，本次模具的设计，设计了二级分流道。其中一级分流道和二级分流道的分布情况如图5.4所示：图5.4 分流道分布情况5.2.2 分流道的表面粗糙度由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.631.6m，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。5.3 浇口的设计浇口是连接分流道与型腔之间的一段细流道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。浇口的主要作用是：1、型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；2、易于切除浇口凝料；3、对于多型腔的模具，用以平衡进料；浇口采用点浇口，其尺寸很小。这类浇口由于前后两端存在较大的压力差，能有效的增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体的表现粘度下降，流动性增加，有利于填充。采用点浇口成型塑件，去除浇口后痕迹小，不需要修正浇口截痕。浇口位置的选择对塑件质量的影响极大。选择浇口位置时应遵循如下原则：1、避免塑件上产生缺陷；2、浇口应开设在塑件截面最厚处；3、有利于塑料熔体的流动；4、得利于型腔的排气；5、考虑塑件受力情况；6、增加熔接痕牢度；7、流动定向方位对塑件性能的影响；8、浇口位置和数目对塑件变形的影响；9、校核流动比；10、防止型芯或嵌件挤压位移或变形。在本次模具设计中，采用了桶底四处点浇的方式，四处浇口同时对型腔进行注塑，这样可以更快的是型腔注满，同是也可以避免因注塑不均匀等一些问题。点浇口的典型结构如下图5.5所示。浇口所在位置图5.5 点浇口典型结构5.4拉料杆及冷料穴的设计考虑到本次模具的设计加工成本，采用无拉料杆式。其冷料穴形式可如下图5.6无拉料杆冷料穴。图5.6 无拉料杆冷料穴5.4 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。5.4.1 分流道的平衡在多腔模具中，熔体在主流道与各分流道，或各分流道之间的体积流量是不会相同的，但可以认为他们的流速是相等的，以此达到各型腔同时充满的目的。为此各流道之间应以不同的长度或截面尺寸来达到流量不等，经分析可推导，可用下式进行平衡计算：式中 Q1，Q2熔融树脂分别在流道1和流道2中的流量，/s；d1,d2分流道1和分流道2的直径， cm;L1，L2分流道1和分流道2的长度，cm。上式没有考虑分流道转弯局部阻力的影响，以及模具温度不均的影响。实际上尚须对这些因素作校正，才能达到充模时间相等的目的。当分流道作平衡布置，且各型腔所需之填充量又相等时，则各流道的长度变化、长度尺寸等均应相同，所以满足平衡的条件。5.4.2 浇口的平衡在多型腔非平衡分流道布置时，由于主流道到各型腔的分流道长度或各型腔所需填充流量不同，也可采用调整各浇口截面尺寸的方法，使熔融体同时充满各型腔。浇口平衡简称为BGV（balanced gate value）,只要做到各型腔BGV值相同，基本上能达到平衡填充。对于多型腔相同制品的模具，其浇口平衡计算公式如下： BGV=式中 Sg浇口的截面积，mm2; Lg浇口的长度，mm; Lr分流道的长度，mm。浇注系统设计时一般浇口的截面积与分流道的截面积之比SG/SZ取0.070.09。该模具，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，显然是平衡式的。6. 成型零部件设计成型零件的结构设计主要是指构成模具型腔的零件，通常有凹模、型芯、各种成形杆和成形环。模具的成型零件主要是凹模型腔和底板厚度的计算，塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果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破坏；也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的或大型模具的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。注射模具的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型杆等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、进浇点、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以及机加工工艺要求等。此外由于塑件融体有很高的压力，因此还应该对关键成型零件进行强度和刚度的校核。在工作状态中，成型零件承受高温高压塑件熔体的冲击和摩擦。在冷却固化中形成了塑件的形体、尺寸和表面。在开模和脱模时需要克服于塑件的粘着力。在上万次、甚至上几十万次的注射周期，成型零件的形状和尺寸精度、表面质量及其稳定性，决定了塑件制品的相对质量。成型零件在充模保压阶段承受很高的型腔压力，作为高压容器，它的强度和刚度必须在容许范围内。成型零件的结构，材料和热处理的选择及加工工艺性，是影响模具工作寿命的主要因素。6.1成型零件的选材对于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求：1、机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。2、抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，Ra0.05m。要求钢材硬度在HRC3540为宜。过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点。3、耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹，不以采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。4、具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。根据塑件表面质量比较高决定模具表面质量更高这一事实，再依照上述标准，故本人在设计成型零件(凹模)中选用了镜面钢PMS。PMS（10Ni3CuAlVS）的供货硬度为HRC30，易于切削加工。而后在真空环境下经过500550，以510h时效处理。钢材弥散析出复合合金化学物，使钢材硬化，具有HRC4045，耐磨性好且处理过程变形小。由于材质纯净，可作镜面抛光，还有较好的电加工及抗锈蚀性能。6.2 成型零部件尺寸计算本次模具的设计，由于洗衣机内筒本身结构的复杂性，其所需要的型芯、型腔均多处，最后组合而成。其具体尺寸计算，可见附录 E-2 。其个型芯型腔形状如图6.1-6.19所示。图6.2 入子2图6.1入子1图6.4入子4图6.3入子3图6.6入子6图6.12入子12图6.11入子11图6.10入子10图6.8入子8图6.5 入子5图6.9入子9图6.7入子7图6.14入子146.13入子13图6.16 入子16图6.15入子15图6.18 入子18图6.17 入子17图6.19入子197. 排气系统、冷却系统设计7.1排气系统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挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不被排除干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表部轮廓不清及充模缺料等成型缺陷，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，同时积存的气体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排气问题。注射模成型时的排气通常有以下四种方式进行：1）利用配合间隙排气。2）在分型面上开设排气槽排气。3）利用排气塞排气。4）强制性排气考虑到本次设计的制件，在这里采用的方式为：综合第一、第二两种方式进行排气。在一方面，利用模具各板块、零部件与模板的配合间隙进行排气，这里取间隙值为0.03-0.05mm。另一方面，在桶底的镶块的固定板上，排气槽排气槽排气槽开设排气槽，其具体位置分布情况如下图7-1所示：图7.1 排气槽分布排气槽7.2冷却系统设计注射模的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状和尺寸精度都有重要的影响。注射模中设计温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产率。冷却系统的设计原则有以下几项：1）冷却水道应尽量的多、截面尺寸尽量的大2）浇口处加强冷却3）冷却水道至型腔表面距离应尽量相等4) 冷却水道出、入口温度差应尽量小5）冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置6）必须尽量避免接近塑件的溶接部位7）防止冷却水的泄露，凡是易泄露的部位要加密封圈等模具冷却系统设计计算包括三部分：冷却时间、模具的热平衡和冷却回路尺寸与布置。7.2.1冷却时间的计算冷却时间通常指塑料熔体从充满模具型腔起，到可以打开模具取出塑件止的时间。理论上，冷却时间与塑件最大壁厚的平方成正比，或是与最大的流道直径的1.6 次方成正比。即换言之，塑件壁厚增加两倍时，冷却时间就要增加四倍。以塑件的壁厚计算冷却时间，可分为两类塑料计算 7.2.1.1薄壁塑件（壁厚与平均直径之比1/20）通常按塑件断面的平均温度，来计算冷却到该温度的时间t失中k塑料的热扩散系数（）；S塑件的最大壁厚（mm）；塑料熔体初始注射温度（C）；模具温度（C）；塑件最厚部位中心层达到的脱模温度（C）。7.2.1.2、厚壁制品（壁厚与平均直径之比1/20）厚壁塑件只要在其表面两层具有足够的刚性，切壁厚中心区域的温度大致在该热变形温度附近，即可脱模。通常用该塑料的热变形温度或略低于该温度作为脱模温度，来计算冷却到该温度所需要的时间t式中为塑件最后部位中心区域达到的脱模温度（C）。以上两式推到的假设：冲模熔体的温度是均匀一致的；塑件在墓内的冷却过程中，始终与模腔紧密接触；冷却过程中，模具型腔的表面的温度均匀，切始终保持均一；公式是按两平行面壁的塑胶来推导，忽略了塑件侧壁的冷却作用。经计算，求得冷却时间t=120 s7.2.2模具冷却系统平衡计算7.2.2.1单位时间内进入模具的总热量Q = W= NG (kJ/h）其中 W-单位时间内注入模具型腔的塑料重量（kg/h)；N-为每小时注射次数；G-每次注射重量（kg)；Q1单位重量的塑料材料从熔体状态进入型腔开始到冷却结束时所放出的热量（kJ/kg)；Q1又称为单位热流量之差或热焓之差，其值可查表获得，或由下式近似计算求得Q1(-)+式中塑料比热容kJ/（kg）；可查表。结晶型塑料的熔化潜热（kJ/kg）塑料熔体进入模腔时的温度（）；塑件冷却固化结束时的温度（）。7.2.2.2 通过自然冷却所散发的热量Qc、Qr、Ql模具由于空气对流所散发的热量Qc （kJ/h）其中 Am模具表面积（）；模具平均温度（）；车间室温（）；传热系数k