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編號：
畢業(yè)設計說明書
題 目： 洗衣機波輪注塑模具
設計
學 院： 機電工程學院
專 業(yè)： 機械制造及其自動化
學生姓名：
學 號：
指導教師單位： 桂林電子科技大學
姓 名：
職 稱：
題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術研究 ¨軟件開發(fā)
2014年5月26日
摘 要
本文是關于洗衣機波輪的注塑模具設計。通過生活實例和參考相關的資料確定波輪的尺寸參數，利用三維軟件進行三維建模設計出波輪塑件，再對波輪塑件拔模分析獲得分型面，生成型芯和凹模，最后是根據型芯和凹模選擇模架。闡述了模具型芯、凹模、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、脫模機構的設計，注射機的選擇，選用標準零件和設計非標準零件。論證了如何運用計算機輔助軟件（Solidworks和CAD）進行塑件和模具的設計，通過掌握塑料產品設計、機械設計基礎、注塑模具設計、塑料產品成型工藝、工程力學、工程制圖等相關知識及計算機輔助設計的技能。最后論文對如何利用計算機輔助軟件進行模具設計、裝配、仿真和分析作出了詳細的介紹。
關鍵詞：洗衣機波輪；注塑模；計算機輔助軟件。
Abstract
This article is about the injection mold design washing machine impeller. Size of impeller parameters determined by real-life examples and reference information related to the use of three-dimensional design software for three-dimensional modeling Washing plastic parts, plastic parts and then the impeller draft analysis obtained parting surface, producing core and die, the last is based on the core mold and die choice. Select elaborated mold core, die, gating system, cooling system, designed to release agencies injection machine, the choice of standard parts and design of non-standard parts. Demonstrates how to use computer-aided software (Solidworks and CAD )performed plastic parts and mold design, computer-aided by mastering the knowledge and plastic product design, mechanical design, mold design, plastic molding, engineering mechanics, engineering drawing, etc. design skills. Finally the paper on how to use computer-aided software for mold design, assembly, simulation and analysis made ??in detail.
Key words: washing machine impeller; injection mold; computer aided software. 目 錄
引言 1
1 材料的選擇及其工藝分析 3
1.1 ABS的簡介 5
1.1.1組成結構 5
1.1.2主要特性 5
1.1.3物料性能 6
1.1.4成型性能 6
2 注射機的選擇 7
2.1 塑件的質量屬性 7
2.2 注射機的確定 7
2.2.1最大注射量 7
2.2.2型腔數目 7
2.2.3鎖模力 8
2.2.4注射機選定 8
2.2.5鎖模力的校核 10
2.2.6最大注射量校核 10
2.2.7模具厚度校核 11
2.2.8開模行程校核 11
3 波輪模具設計 12
3.1 型腔分布 12
3.2 分型面設計 12
3.3 澆注系統(tǒng)設計 13
3.3.1澆口套設計 14
3.3.2定位圈設計 14
3.3.3分流道設計 15
3.3.4澆口設計 16
3.3.5澆注系統(tǒng)的平衡 17
3.4 排氣的設計 17
4 成型零件設計 18
4.1 成型零件的結構設計 18
4.1.1凹模設計 18
4.2 型芯設計 18
4.3 成型零件工作尺寸計算 19
4.3.1型腔徑向尺寸的計算 19
4.3.2型腔深度尺寸與型芯高度尺寸的計算 20
4.4 脫模機構零件的計算 20
4.4.1脫模力的計算 20
4.4.2頂桿直徑計算 21
4.4.3推桿的位置和布局 22
4.4.4復位彈簧 22
4.5 模板的選擇 24
4.5.1墊塊,推板尺寸的確定 25
4.5.2標準模架的選取 26
4.5.3導柱和導套的選擇 26
4.6 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 29
4.6.1成型周期 30
4.6.2冷卻計算 30
4.7 塑料模具的材料及熱處理 31
4.7.1塑料模具的材料應該具有的性能條件 32
4.7.2模具材料與熱處理列表 32
5 利用軟件進行模具的裝配與仿真 34
5.1 裝配過程 34
5.2 裝配體仿真 36
6 模具的裝配 37
6.1 模具的裝配順序 37
6.2 開模過程分析 37
7 總結 38
謝辭 39
參考文獻 40
IV
桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第41頁 共40頁
引言
對塑料產品發(fā)展前景的認識
隨著社會的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們對塑料產品的要求日益增高，不僅要求達到預期的效果，而且要有美觀大方的外表。設計和制造者都應以人為本，創(chuàng)造了人類的視聽夢想。
塑料產品的原材料主要來自于塑料，也就是說大部份的塑件都是以注塑模的制造。因此，注塑模在塑料工業(yè)中顯得相當重要。
由于塑料產品應用前景可觀，更新?lián)Q代比較快，也就要求注塑模技術也應跟上時代發(fā)展的步伐。
塑料產品的使用現(xiàn)狀
現(xiàn)今社會中，塑料制品已經隨處可見。比如：照相機、辦公機器、汽車、儀器儀表、電話機、電視機、收錄機、洗衣機、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經向著塑料方向發(fā)展。近年來由于工程塑料制件的強度和剛度等都有了很大的提高，因而各種工程塑料零件的使用范圍也在不斷擴大。今后隨著微型電子計算機的普及和汽車的輕型化，塑料制件的使用范圍將會越來越大，塑料工業(yè)的生產量也將迅速增長，塑料的應用將覆蓋所有國民經濟部門，特別是在國防和尖端科學技術領域中占據重要的地位。
模具的工業(yè)地位
模具的定義是利用模具特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的裝置。各種材料加工工業(yè)中廣泛使用著各種模具。按照制品選用的原材料不同，成型的方法不同，一般將模具分為塑料模具、金屬沖壓模具、橡膠模具、玻璃模具等。
模具能實現(xiàn)的全面要求是：生產出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。從模具使用的角度：效率高、自動化操作簡便；從模具制造的角度：結構合理、制造簡單容易、成本低廉。
模具的質量影響著制品的質量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、澆注口、排氣槽位置和脫模方式等都對制件的機械性能、電性能、內應力大小、各向同性性、外觀質量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋、尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能等有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具的結構對操作難易程度影響非常大。在塑料制品大批量生產時，應盡量減少開模、合模的過程和取下制件過程中的手工操作，因此常采用自動開合模自動頂出機構，在全自動生產過程中，還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也是有影響的。當生產批量不大時，模具制造的費用在制件上的成本占有很大的比例，這時應盡可能的采用結構合理又簡單的模具，以降低成本。
在現(xiàn)代生產中，高效的設備、先進的模具、合理的加工工藝是模具工業(yè)中必不可少是三項重要因素，尤其是模具對實現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設計起著重要的作用。高效的全自動設備也只有裝上能自動化生產的模具上才有可能被充分發(fā)揮其作用，產品的生產和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產量需求很大，對模具也提出了越來越高的要求。因而模具不斷地向前發(fā)展。
模具的發(fā)展趨勢
近幾年來，模具工業(yè)的增長十分迅速。大型、微型、高效率、自動化、精密、高壽命的模具在整個模具產量中所占的比重越來越大。從模具的設計和制造角度上來看，模具的發(fā)展趨勢可以分為以下幾個方向：
理論研究加深
在模具設計中，工藝原理的研究越來越深入，模具設計已經有經驗設計階段逐漸向理論技術設計各方面發(fā)展，使得產品的產量和質量都得到很大的提高。
高效率、自動化
大量采用各種高效率、自動化的模具結構。高速自動化的成型機械配合以先進的模具，對提高產品質量，提高生產率，降低成本起了很大的作用。
大型、小型、高精度及高壽命
由于產品應用的擴大，于是出現(xiàn)了各種大型、小型、精密及高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了各種高強度、高硬度、高耐磨性能且易加工、熱處理變形小、導熱性優(yōu)異的制模材料。
革新制造模具工藝
在制造模具工藝上，為縮短模具的制造周期，減少鉗工的工作量，在模具加工工藝上的改進很大，特別是異形型腔的加工，采用了各種先進的機床，這不僅大大提高了機械加工的比重，而且提高了加工精度。
標準化
開展標準化工作，不僅大大提高了模具的生產效率，而且改善了質量，降低了成本。
1 材料的選擇及其工藝分析
制件圖紙及其工藝參數要求：
首先，洗衣機波輪需要抗腐蝕，環(huán)保衛(wèi)生，耐磨性好，使用壽命長的特點。下面我們來看看本次設計的波輪結構圖，如圖1-1，1-2，1-3，1-4所示：
圖1-1 波輪圖紙
圖1-2 波輪正面
圖1-3 波輪側面
圖1-4 波輪背面
技術要求：
（1） 塑件不可以有裂紋和變形缺陷；
（2） 塑件需要有耐腐蝕性；
（3） 脫模斜度3o；
（4） 塑件厚度要求均勻為3毫米；
（5） 塑件表面要求光滑平整。
經過分析確定所用材料：ABS
1.1 ABS的簡介
塑料ABS無毒、無味，外觀呈象牙色半透明，或透明顆粒或粉狀。密度為1.05~1.18，收縮率為0.4%~0.9%,彈性模量值為2Gpa,泊松比值為0.394，吸濕性<1%，熔融溫度217~237℃，熱分解溫度>250℃。塑料ABS有優(yōu)良的力學性能，其沖擊強度極好，可以在極低的溫度下使用。塑料ABS的耐磨性優(yōu)良P3表1-3，尺寸穩(wěn)定性好，又具有耐油性，可用于中等載荷和低轉速下的軸承。ABS的耐蠕變性比PSF及PC大，但比PA及POM小。塑料ABS的熱變形溫度為93~118℃，制品經退火處理后還可提高10℃左右。ABS在-40℃時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40~100℃的溫度范圍內使用。塑料ABS的電絕緣性較好，并且?guī)缀醪皇軠囟取穸群皖l率的影響，可在大多數環(huán)境下使用。塑料ABS不受水、無機鹽、堿及多種酸的影響，但可溶于酮類、醛類及氯代烴中，受冰乙酸、植物油等侵蝕會產生應力開裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易產生降解；于戶外半年后，沖擊強度下降一半。
1.1.1組成結構
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物是由丙烯腈，丁二烯和苯乙烯組成的三元共聚物。ABS通常為淺黃色或乳白色的粒料非結晶性樹脂。ABS為使用最廣泛非通用塑料之一。ABS樹脂的結構，有以彈性體為主鏈的接枝共聚物和以堅硬的AS樹脂物主鏈的接枝共聚物；或以橡膠彈性體和堅硬的AS樹脂混合物。這樣，不同的結構就顯示不同的性能，彈性體顯示出橡膠的韌性，堅硬的AS樹脂顯示出剛性，可得到高沖擊型，中沖擊型，通用沖擊型和特殊沖擊型等幾個品種。具體講，隨橡膠成分B的含量（一般為5~30%）增加，樹脂的彈性和抗沖擊性就會增加；但抗拉強度，流動性，耐候性等則下降。樹脂組分AS的含量（一般為70~95%）含量增大，則可提高表面光澤，機械強度。耐候性。耐熱性。耐腐蝕性，電性能，加工性能等好些，而沖擊強度等則要下降。樹脂組分中A與B的比例分別為30~35%/80~65%。
1.1.2主要特性
塑料ABS樹酯是目前產量最大，應用最廣泛的聚合物，它將PB，PAN，PS的各種性能有機地統(tǒng)一起來，兼具韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。經過實際使用發(fā)現(xiàn)：ABS塑料管材，不耐硫酸腐蝕，遇硫酸就粉碎性破裂。
由于具有三種組成，而賦予了其很好的性能；丙烯腈賦予ABS樹脂的化學穩(wěn)定性、耐油性、一定的剛度和硬度；丁二烯使其韌性、沖擊性和耐寒性有所提高；苯乙烯使其具有良好的介電性能，并呈現(xiàn)良好的加工性。大部分ABS是無毒的，不透水，但略透水蒸氣，吸水率低，室溫浸水一年吸水率不超過1%而物理性能不起變化。ABS樹脂制品表面可以拋光，能得到高度光澤的制品。
ABS具有優(yōu)良的綜合物理和機械性能，極好的低溫抗沖擊性能。尺寸穩(wěn)定性。電性能、耐磨性、抗化學藥品性、染色性、成品加工和機械加工較好。ABS樹脂耐水、無機鹽、堿和酸類，不溶于大部分醇類和經類溶劑，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代經中。ABS樹脂熱變形溫度低可燃，耐候性較差。熔融溫度在217~237℃，熱分解溫度在250℃以上。如今的市場上改性ABS材料，很多都是摻雜了水口料、再生料。導致客戶成型產品性能不一又不穩(wěn)定。
1.1.3物料性能
（1） 綜合性能較好，沖擊強度較高，化學穩(wěn)定性，電性能良好；
（2） 與372有機玻璃的熔接性良好，制成雙色塑件，且可表面鍍鉻，噴漆處理；
（3） 有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別；
（4） 流動性比HIPS差一點，比PMMA、PC等好，柔韌性好；
（5） 適于制作一般機械零件，減磨耐磨零件，傳動零件和電訊零件。
1.1.4成型性能
（6） 無定形材料，流動性中等，吸濕大，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須長時間預熱干燥80-90度，3小時；
（7） 宜取高料溫，高模溫,但料溫過高易分解(分解溫度為>270度)。對精度較高的塑件,模溫宜取50-60度，對高光澤。耐熱塑件，模溫宜取60-80度；
（8） 如需解決夾水紋，需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者改變入水位等方法；
（9） 如成形耐熱級或阻燃級材料，生產3-7天后模具表面會殘存塑料分解物，導致模具表面發(fā)亮，需對模具及時進行清理，同時模具表面需增加排氣位置；
（10） 冷卻速度快，模具澆注系統(tǒng)應以粗，短為原則，宜設冷料穴，澆口宜取大，如：直接澆口，圓盤澆口或扇形澆口等，但應防止內應力增大，必要時可采用調整式澆口。模具宜加熱，應選用耐磨鋼；
（11） 料溫對塑件質量影響較大，料溫過低會造成缺料，表面無光澤，銀絲紊亂料溫過高易溢邊，出現(xiàn)銀絲暗條，塑件變色起泡；
（12） 模溫對塑件質量影響很大，模溫低時收縮率，伸長率，抗沖擊強度大，抗彎，抗壓，抗張強度低。模溫超過120度時，塑件冷卻慢，易變形粘模，脫模困難，成型周期長；
（13） 成型收縮率小，易發(fā)生熔融開裂，產生應力集中，故成型時應嚴格控制成型條件，成型后塑件宜退火處理；
（14） 熔融溫度高，粘度高，對剪切作用不敏感，對大于200克的塑件，應采用螺桿式注射機，噴嘴應加熱，宜用開暢式延伸式噴嘴，注塑速度中高速。
2 注射機的選擇
2.1 塑件的質量屬性
經查資料確定ABS密度：=千克每立方毫米
利用CAD/CAM軟件計算塑件相關質量屬性：
質量：m=0.537千克
體積：V=立方毫米
表面積：s=平方毫米
重心g：（毫米）
x=0.00172
Y=-0.674
Z=-12.1
慣性主軸和慣性主力矩：（千克*平方毫米）
由重心決定：
=（0.973，0.231，0.001） =2782.605
=（-0.231，0.973，0.002） =2782.877
=（-0.000，-0.002，1.000） =5363.509
2.2 注射機的確定
2.2.1最大注射量
設計模具時，通常要求注射成型時的總重量應該是注射機的最大注射量的
65%~80%,即：
（2-1）
式中：
—塑件重量（g）；
—注射機最大注塑量（g）。
推出=1652.31~1342.5g
2.2.2型腔數目
由于塑件外型和尺寸都較大，形狀比較復雜，型腔數目為P213
（2-2）
式中：
—型腔數目；
—注射機的最大注射量（g）；
—澆注系統(tǒng)的重量（g）；
—制品的重量（g）。
由于未知，但根據和的數值可知n一定大于1，且小于3，由于制品的精度高，根據經驗，取n=2。
2.2.3鎖模力
塑件和流道凝料在分型面上的投影面積：
A= n A1 + A2 ==163068 （2-3）
式中：
—型腔數（數量為2）；
A1—單個塑件在分型面上的投影面積；
A2—流道凝料在分型面上的投影面積。
所需要的鎖模力：
Fm=(n A1 + A2) P型 =An=5707.38kN （2-4）
式中：
P型—塑料熔體對型腔的平均壓力（取35MPa）。
2.2.4注射機選定
表2-1 注射機型號及參數
項目
xs-zy
500/350
xs-zy
500/200
xs-zy
1000/450
xs-zy
1000/550
xs-zy
2000/600
xs-zy
3000/630
xs-zy
4000/1000
螺桿直徑/mm
65
65
85
100
110
120
130
注射容量/cm3
500
500
1000
1000
2000
3000
4000
注射重量/g
455
455
910
910
1820
2730
3640
注射壓力/mpa
102
132
118
118
108
113
125
注射速率/(g.s-1)
168
168
303
325
455
718
910
塑化能力/(kg.h-1)
80
110
125
180
195
245
290
注射方式
螺桿式
螺桿式
螺桿式
螺桿式
螺桿式
螺桿式
螺桿式
鎖模力/kn
3500
2000
4500
5500
6000
6300
10000
移模行程／mm
500
500
700
700
750
1120
1100
拉桿間距／mm
540×440
540×440
650×550
650×550
760×700
900×800
1050×950
最大模厚／mm
450
440
700
700
800
960
1000
最小模厚/mm
300
240
300
300
500
400
250
續(xù)表2-1 注射機型號及參數
9
合模方式
肘桿
液壓
液壓
液壓
肘桿
液壓
液壓
頂出行程/mm
100
128
190
190
125
200
150
頂出力/kn
58
41
95
95
120
110
160
定位孔徑/mm
180
160
150
225
198
225
300
噴嘴移出量/mm
30
30
30
30
25
30
50
噴嘴球半徑/mm
18
20
18
18
18
18
18
系統(tǒng)壓力/mpa
6
13.6
13.6
13.6
13.6
13.6
13.6
電動機功率/kw
29.5
41
64
62.5
103
137
182
加熱功率/kw
14
17
16.5
18
21
40
45.4
外形尺寸(l×w×h)/(m×m×m)
6.5×1.3×2
6×1.5×2
7.7×1.8×2.4
7.4×1.7×24
10.9×1.9×3.5
11×2.9×3.2
14×2.4×2.9
重量/t
12
9
20
25
37
50
65
根據最大注射量和鎖模力，參照表（2-1）注射機型號及參數，初步選定注射型號為XS-ZY_3000P342
螺桿式注射機，其主要技術參數如下：
結構形式：臥式
額定注射量/：3000
螺桿直徑/mm：120
注射壓力/MP：113
注射重量/g：2730
注射速率/：718
塑化能力/：245
注射行程/mm：1120
注射方式：螺桿式
鎖模力/kN：6300
拉桿間距/mm：900x800
合模方式：液壓
模具最大厚度/mm：960
模具最小厚度/mm：400
頂出行程/mm：200
頂出力/kN：110
定位孔徑/mm：225
噴嘴移出量/mm：30
噴嘴球半徑/mm：18
系統(tǒng)壓力/：13.6
動定模固定尺寸/mm：
拉桿空間/mm：：
電動機功率/KW：137
加熱功率/KW：40
機器外形尺寸/：11x2.9x3.2
重量/t：50
2.2.5鎖模力的校核
鎖模力是指注射機的鎖模機構對模具所施加的最大夾緊力。當高壓的塑料熔體充滿型腔時，會沿鎖模力方向產生一個很大的漲型力。因此，注射機的鎖模力必須大于該模的漲型力，即
（2-5）
式中：
F—注塑機的額定鎖模力，F(xiàn)=6000kN；
k —鎖模力安全系數，一般值取k＝1.1~1.2，現(xiàn)在取1.1；
P—型腔的平均壓力，p=35MPa；
—塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積,A=163068。
因為=6278.118kN
所以初步定的注塑機的鎖模力力為6300KN，滿足設計要求。
2.2.6最大注射量校核
注塑機的最大注塑量應大于或等于制品的質量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊），一般來說注塑機的實際注塑量最好是注塑機的最大注塑量的80%。所以選用的注塑機最大注塑量應該滿足：
（2-6）
式中：
—注塑機的最大注塑量，3000cm3 ；
—塑件的體積，該產品V塑＝526cm3；
V澆—澆注系統(tǒng)體積，該產品V澆＝20cm3。
因此 546cm3
初步選定的注塑機的注射容積為3000cm3，滿足設計要求。
2.2.7模具厚度校核
模具的閉合厚度必須滿足下列關系：
（2-7）
式中：
—動、定模之間的最小開距，=400mm；
—模具閉合的厚度，=513mm；
—動、定模之間的最大開距，=960mm。
因此，初步選定的注射機的模具厚度滿足設計的模具厚度要求。
2.2.8開模行程校核
雙分型面注射模的開模行程為：
（2-8）
式中：
—最大開模行程，XS-ZY_3000的注射行程為L=1120mm；
—脫模距離，=20mm；
—包括澆注系統(tǒng)在內的塑件的高度，=60mm；
—第一次開模距離，需要保證澆注系統(tǒng)凝料有足夠自由脫落距離，240mm。
將數據代入公式得：
L=112020+60+（5~10）+240=325~330
故初步選定的注射機的最大開模行程滿足模具開模設計的要求。
經過一系列校核，該注射機符合本模具設計要求。
3 波輪模具設計
3.1 型腔分布
現(xiàn)在已經確定型腔數為2，其分布如下圖3-1：
圖3-1 型腔分布
3.2 分型面設計
分型面設計位置的總體原則是：能保證塑件的質量，便于塑件的脫模及簡化模具的結構；分型面受到塑件在模具中的成型的位置、澆注系統(tǒng)的設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件的位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，所以在設計分型面時應綜合分析和比較，具體可以從下面幾個選項進行選擇。
（1） 分型面應選在塑件外形的最大輪廓處；
（2） 便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊；
（3） 保證塑件的精度要求；
（4） 滿足塑件的外觀質量要求；
（5） 便于模具加工制造；
（6） 對成型面積的影響；
（7） 對排氣效果的影響；
（8） 對側向抽芯的影響；
圖3-2 分型面
3.3 澆注系統(tǒng)設計
圖3-3 澆注系統(tǒng)
3.3.1澆口套設計
澆口套是一端與注射機噴嘴相接觸，可以看作是噴嘴的通道在模具中的延續(xù)，另一端與分流道相連的一段帶有錐度的流動通道。其形狀結構如圖（3-4）澆口套結構所示，其設計要點有以下幾點：
圖3-4 澆口套結構
（1）澆口套一般設計成圓錐形，其錐角可以取1°~6°，流道壁的表面粗糙度取Ra=0.63μm，且在加工時應沿道軸向拋光。
（2）澆口套的前端凹坑球面半徑比注射機的噴嘴球半徑大1~2 mm；球面凹坑深度為3~5mm；澆口套的始端入口直徑d比注射機的噴嘴孔直徑大0.5~1mm。
（3）澆口套的末端呈圓無須過渡，圓角的半徑r=1~3mm。
（4）澆口套常開設在可拆卸的澆口套的定位圈上，其材料經常使用T10A鋼，熱處理淬火后硬度為53~57HRC。
3.3.2定位圈設計
定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈是標準件，外徑為Φ120mm，內徑Φ40mm。具體的固定形式如圖3-5所示：
圖3-5 定位圈結構
3.3.3分流道設計
為保證熔融的塑料的流動阻力小，能量損失少，并能夠均勻填充型腔，分流道是脫澆板下的水平流道。為便于加工及凝料脫模，分流道大多情況下都設置在分型面上，分流道的截面形狀一般為圓形、梯形、U形、半圓形或者矩形等，工程設計中經常采用梯形截面，其加工工藝性好，而且塑料熔體的熱量散失少，流動阻力小。分流道截面尺寸一般采用下面的經驗公式可確定：
（3-1）
（3-2）
式中：
B—梯形大底邊的寬度（mm）；
M—塑件的重量（g）；
L—分流道的長度（mm）；
H—梯形的高度（mm）。
質量為537g，分流道的長度預計設計為50mm長，而且有2個型腔，所以
取B為24mm
取H為16mm
根據實踐經驗，我們可以選擇截面直徑為24mm，H=16mm。
梯形小底邊寬度取6mm。另外由于使用了水口板（即我們所說的定模板和中間板之間再加的一塊板），分流道必須做成梯形截面，便于分流道和主流道凝料脫模。如下圖3-6所示
圖3-6 分流道截面
分流道長度應該要盡可能的短，并且彎折少，以便于注射成型過程中最有效地使用原料和注射機的能耗，減少壓力和熱量的損失。
由于分流道中的塑料與模具接觸的外層塑料會迅速冷卻，唯有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)比較理想，因而分流道的內表面粗糙度Ra要求不是很高，一般需要取1.6μm左右就可以了，這樣表面稍稍不光滑，但是有助于塑料熔體的外層冷卻，皮層固定，從而使得與中心部位的熔體之間產生一定的冷卻速度差，進而保證了熔體流動時具有適宜的剪切速率和剪切熱。
3.3.4澆口設計
澆口亦可稱進料口，是連接分流道與型腔的通道P255，除了直接澆口外，它是整個澆注系統(tǒng)中截面最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)中非常關鍵的部分。澆口的位置、形狀及尺寸對塑件的性能和質量的影響很大。由于制品的外表面不允許有進料口的殘留痕跡，所以采用的是點澆口，而且澆口應設在內側。采用多個點澆口均衡地進料既能保證塑件局部的結構容易充滿，還能在填充過程中較為均勻，不會產生熔接痕和縮孔。
澆口的結構和尺寸如圖3-7所示：
圖3-7 點澆口
3.3.5澆口位置選擇
在模具設計過程中，澆口的位置及尺寸要求是比較嚴格的，初步試模后還需要進一步修改澆口的尺寸。無論采用哪一種澆口，其開設的位置對塑件的成型性能及質量的影響都很大，因此合理的選擇澆口的開設位置是提高生產質量的重要環(huán)節(jié)，同時澆口的位置的不同還會影響模具的結構。總之，要使塑件具有良好的性能與外表，一定要認真考慮澆口的位置的選擇。
一般要從以下幾項原則考慮：
（1） 盡量縮短流動的距離；
（2） 澆口應開設在塑件壁厚最大處；
（3） 必須盡量減少熔接痕；
（4） 應該有利于型腔中氣體的排出；
（5） 考慮分子的定向影響；
（6） 避免產生噴射和蠕動；
（7） 澆口處應該避免彎曲和受沖擊載荷；
（8） 注意澆口對外觀質量的影響。
3.3.5澆注系統(tǒng)的平衡
□□對于現(xiàn)在的中小型塑件的注射模具己經廣泛使用一模多腔的形式，設計時應當盡量的保證所有的型腔同時得到均衡的填充和成型。一般在塑件的形狀及模具的結構允許的情況下，應該將從主流道到各個型腔的分流道設計成長度相等，形狀及截面尺寸相同的形式，不然就需要通過調節(jié)澆口的尺寸使得各澆口的流量及成型的工藝條件達到一致，這就是所謂的澆注系統(tǒng)的平衡。很顯然，我們設計的模具是平衡式的，即從主流道到各個型腔的分流道的長度是相等的，形狀及截面尺寸都是相同的。
3.4 排氣的設計
□□排氣槽的作用主要有兩點：一是在注射熔融物料時，排除模腔內的空氣；二是排除物料在加熱過程中產生的各種氣體。越是薄壁的制品，越是遠離澆口的部位，排氣槽的開設就越是重要。另外對于小型件或精密的零件也要重視排氣槽的開設，因為排氣槽除了能避免制品的表面灼傷和注射量的不足外，還能夠消除制品的各種缺陷，減少模具的污染等作用。那么，模腔的排氣怎樣才算是充分呢？一般的來說，若是以最高的注射速率注射熔料，在制品上卻未留下焦斑，就可以認為模腔內的排氣是充分的。
適當地開設排氣槽，可以大大地降低注射時間、保壓時間、注射壓力以及鎖模壓力，令塑件成型由困難變得容易，從而提高了生產效率，降低了生產成本，降低了機器的能量消耗。排氣槽的設計往往需要依靠實踐經驗，通過試模與修模再加以完善，我們這個洗衣機波輪模具是利用模具零部件的配合間隙及分型面實線排氣的。
4 成型零件設計
模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件在工作時，直接與塑料發(fā)生接觸，塑料熔體的高壓與流料的沖刷，脫模時還與與塑件間發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有較高的尺寸精度、正確的幾何形狀和較低的表面粗糙度。此外，成型零件還要求有合理的結構，較高的強度、剛度以及較好的耐磨性能。影響塑件尺寸精度的因素很多，概括地說，有塑料材料、塑件結構和成型工藝過程、模具結構、模具制造和裝配、模具使用中的磨損等因素。
在設計成型零件時，應根據塑件的結構及使用要求和塑料的特性，確定型腔的總體結構，選擇合適的分型面和澆口位置，確定脫模的方式、排氣位置等，然后再根據成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件的結構設計，成型零件的工作尺寸計算，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核。
4.1 成型零件的結構設計
4.1.1凹模設計
凹模是成型塑件外表面的主要零部件，其結構特點是隨著產品的結構和模具的加工方法而變化。由于塑件形狀比較復雜，為改善加工性和節(jié)約模具鋼成本，減少熱處理變形，故采用組合式凹模。
圖4-1 凹模
材料采用3Cr2MoP179
4.2 型芯設計
構成產品空間的零件稱為成型零件（即模具整體），成型產品內表面的（模具）零件稱為型芯 (Core)，又稱子?；蚝竽?。從產品模具外觀上看，凸起的部份即型芯，下凹的部份為型腔(Cavity)，型芯與型腔是成對出現(xiàn)的，模具的型腔與型芯合模，其形成的空間即為該模具產品形狀。為了節(jié)約貴重的模具鋼材料和便于加工，模板和型芯將采用不同的材料制成,然后連接起來,即采用組合式結構。
圖4-2 型芯
4.3 成型零件工作尺寸計算
所謂成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接構成型腔腔體的部位的尺寸，其直接對應塑件的形狀與尺寸。塑料ABS平均收縮率為：S=0.5％，根據P59，可知制品采用IT4級精度。
4.3.1型腔徑向尺寸的計算
塑件的基本尺寸Ls是最大的尺寸，其公差為負偏差，如果塑件上原有的公差的標注與此不符合，應該按照此規(guī)定轉換為單向負偏差，因此，塑件的平均徑向尺寸為-。模具型腔的基本尺寸Lm是最小的尺寸，公差為正偏差，型腔的平均尺寸為。型腔的平均磨損量為，考慮到平均收縮率，則可以列出下列的等式：
（4-1）
省略掉比其他各項小得多的與，則得到模具型腔的徑向尺寸為：
(4-2)
由于和都是與有關的量，所以上述公式的后半部分可以用表示，標注制造公差后得：
(4-3)
由于、和的關系隨著塑件的精度等級和尺寸大小的不同而變化，所以式中前的系數x在塑件尺寸比較大、精度級別比較低時，和可以忽略不計，則x=0.5；，當塑件制件尺寸比較小、精度級別比較高的時候，可取/6、可取/3，此時，x=0.75.則上述公式為：
(4-4)
塑件孔的徑向基本尺寸為，是最小的尺寸，其公差是正偏差，型芯的基本尺寸是最大尺寸，制造公差是負偏差。經過推導得：
(4-5)
4.3.2型腔深度尺寸與型芯高度尺寸的計算
在計算型腔深度尺寸和型芯高度尺寸的時候，由于型腔的底面或型芯的端面磨損很小，所以可以不用考慮磨損量，所以有以下的公式：
型腔深度公式 (4-6)
型芯高度公式 (4-7)
4.4 脫模機構零件的計算
由于塑件表面質量要求較高,故考慮采用推板脫模。
4.4.1脫模力的計算
將塑件從包緊的型芯上脫落出來所需要克服的阻力稱為脫模力。脫模力的計算是設計頂出機構的依據.。
根據413，圓環(huán)形斷面塑件的脫模力計算公式：
薄壁塑件 時
jjp-- （4-8）
式中：
R——型芯平均半徑,，R=160mm；
S——制品的壁厚，S=3mm；
E——塑料的彈性模量，ABS塑料的彈性模量E=；
Q——塑件成型平均收縮率，Q=0.006；
l——塑件對型芯的包容長度，l=58mm；
f——塑件與型芯之間的靜摩擦系數，常取f=0.1~0.2；
——模具型芯的脫模斜度，取=。 m
把以上數據代入公式，得：
F=4174.57kN
4.4.2頂桿直徑計算
根據壓桿穩(wěn)定公式計算：
（4-9）
式中：
—安全系數，常用=1.5；
L—頂桿長度，L=231mm；
F—脫模力，F(xiàn)=4174.57kN；
n—頂桿數目，n=6；
E—塑料的彈性模量，ABS塑料的彈性模量E=。
將數據帶入公式得：
D8mm。
圖4-3 推桿
對頂桿進行校核：
（4-10）
式中：
—頂桿受到的應力(MPa)；
[]—頂桿材料的許用應力, 45鋼,[] =180Mpa。
代入數據算得：
=13.85MPa≤180Mpa
經校核知頂桿D=8符合強度要求。
4.4.3推桿的位置和布局
（1） 應開設在脫模阻力比較大的部位，而且均勻布置；
（2） 應保證塑件被推出時受力的均勻，推出平衡且不變形，當塑件各處的脫模阻力相同時，則要均勻布置，若是某個部位脫模阻力特別大，則該處應該要增加推桿數目；
（3） 推桿應盡可能的設在塑件的厚壁、凸緣、加強等塑件強度、剛度較大處，當結構特殊的時候，需要設置在薄壁處時，可以采用盤狀推桿，以增大接觸的面積；
（4） 推桿的設置不應影響到凸模的強度與壽命，當推桿在端面時，則距型芯側壁δ10.13mm，當推桿設置在型芯內部推在塑件的內部時，推桿孔距型芯側壁δ23mm；
（5） 在模內排氣困難的部位應設置推桿，以便于利用配合間隙排氣；
（6） 若塑件上不允許有推桿痕跡的時候，可在塑件外側設置溢料槽，從而靠推桿推在溢料槽內的凝料上而帶出塑件。
4.4.4復位彈簧
用彈性材料制成的零件在外力作用下發(fā)生形變，除去外力后又恢復原狀。亦作“ 彈簧 ”。改革開放以來，隨著經濟趨于全球化和中國制造業(yè)大國地位的確立，彈簧的配套需求量激增。加上從事彈簧生產投資額不高，技術門檻較低，投資回收快，從20世紀80年代開始，彈簧生產企業(yè)數量迅速增加。截至2010年底，國內從事彈簧制造行業(yè)的規(guī)模以上企業(yè)達724家，從業(yè)人員超過10萬人，2010年銷售收入超過300億元，利潤總額超過16億元。
彈簧的主要功能：
（1）控制機械的運動，如內燃機中的閥門彈簧、離合器中的控制彈簧等；
（2）吸收振動和沖擊能量，如汽車、火車車廂下的緩沖彈簧、聯(lián)軸器中的吸振彈簧等；
（3）儲存及輸出能量作為動力，如鐘表彈簧、槍械中的彈簧等；
（4）用作測力元件，如測力器、彈簧秤中的彈簧等。彈簧的載荷與變形之比稱為彈簧剛度，剛度越大，則彈簧越硬。
在這次注塑模設計中，我們采用彈簧作為復位機構。在模具開模，推桿把塑件（波輪）推出去后，利用彈簧進行復位，完成一次閉模，進入下一個注射周期。
4-4 彈簧三維實體
圖4-5 彈簧
4.5 模板的選擇
模板的尺寸是根據型芯確定的，而型芯的尺寸又是根據塑件確定的。所以塑件的尺寸決定了模板的尺寸。塑件的尺寸根據圖1-1可知，根據塑件的尺寸，進行模板尺寸的選擇。
初定尺寸：
定模板：
長L=1200mm
寬B=796mm
高H=126mm
動模板：
長L=1200mm
寬B=796mm
高H=126mm
由上面數據，選擇標準模板：
定模板：
796x1200x126 GB/T 1169.8-1984
動模板：
796x1200x126 GB/T 1169.8-1984
材料： 45鋼 。
圖4-6 參考件
4.5.1墊塊,推板尺寸的確定
參考圖4-6參考件，試確定墊塊，推板的推薦寬度：
=630mm
=64mm
參考P217，選擇推板和墊塊的厚度：
=26mm
=126mm
從圖4-6參考件中得知，推桿固定板的尺寸和推板的長度和寬度尺寸相同，厚度是推板的兩倍，所以有推桿固定板：
=1200mm
=630mm
=52mm
表4-1 墊塊，推桿固定板和推板
零件名稱
參考
尺寸
材料
備注
墊塊
[6]P351 表13.2-8
64x1200x126
Q235
GB/T 1169.6-1984
推桿固定板
[6]P352~351表13.2-9
630x1200x52
45鋼
GB/T 1169.6-1984
推板
[6]P352~351 表13.2-9
630x1200x26
45鋼
GB/T 1169.6-1984
4.5.2標準模架的選取
模架是設計制造塑料注射模的基礎部件。為了提高模具的質量，縮短生產周期，組
織專業(yè)化和批量化生產，促進商業(yè)化，我國于1988年完成了《塑料注射模中小型模架》和《大型模架》兩項國家標準的制定，并由國家技術監(jiān)督局審批和發(fā)布實施。
選擇標準模架，可以簡化模具的設計與制造，一旦某一型號的模架被確定下來，就可以得到已經設計好的零件的詳細尺寸數據，如模板大小，螺釘的大小與安裝的位置等，而且這些洗衣機波輪注射模設計的零部件是可以從市場上買到的，或者可以買來進行二次加工就可以使用了，這樣就可以大大的減輕模具的設計和制造工作。
鑒于本次設計，本次模架確定為如下圖4-7所示：
圖4-7 模架
4.5.3導柱和導套的選擇
（1）導柱
導柱是用于模具中與組件組合使用確保模具以精準的定位進行活動引導模具行程的導向元件。導柱， 英文Guide rod或Guide pin--[機械模具] --[模具術語]導柱的材質一般選用軸承鋼、熱作模具鋼、易車鐵等，而以軸承鋼SUJ2的使用量較大，使導柱在導向性能上的耐用性與可換性大大加強。導柱與組件組成外導柱組件與內導柱組件，具有美麗的金屬光澤。
導柱熱處理：HRC58-62；導柱表面粗糙度：Ra0.8、Ra1.6。
導柱一般是帶肩圓柱形，一般會有油槽，油槽的數量隨著導柱的程度加長而增加，極限最多的油槽一般是8個。
根據模架確定導柱的尺寸，本設計采用的是有肩導柱。根據國家標準GB/T 4170-1984，如下圖4-8所示：
圖 4-8 有肩導柱
材料：20鋼。
（2）導套
導套常用作鉆和鏜，一般鉆孔用的叫鉆套，鏜孔用的叫刀桿導套，作用是管住鉆頭或刀桿在切削時不會跑偏，以提高被加工孔的尺寸精度和位置精度。模具中的“導套”也叫“邊釘”，作用就是導向。模具的導向裝置的作用是引導上模與下模以正確位置對合。
最常見的導向裝置就是導柱導套。另外，大型模具可能設置導板，微型沖模可能設置導管，與導柱導套作用相同。
材料：20鋼GB699
熱處理：滲碳深度0.8~1.2mm
硬度：HRC58~62
技術條件：按GB/T12446的規(guī)定
本次模具設計用到了兩種導套：帶頭導套和直導套 。
如下圖4-9，4-10所示：
圖 4-9 帶頭導套
圖4-10 直導套
4.6 溫度調節(jié)系統(tǒng)設計
在注塑成型過程中，模具的溫度直接影響到塑件的成型質量和生產效率。模具的冷卻時間一般占到成型周期的2/3以上，由此可見它在生產效率中所占的份量。而冷卻不良常導致塑件產生翹曲變形等質量缺陷。因此，注塑模必須要有良好的冷卻系統(tǒng)。為此，冷卻系統(tǒng)CAD將起到極大的作用。
（1）冷卻系統(tǒng)CAD技術冷卻系統(tǒng)CAD主要包括三大模塊：初始化模塊、水管回路設計模塊和標準件選擇模塊；
（2）冷卻系統(tǒng)初始化設計。在初始化模塊中， 輸入一定的初始條件，計算冷卻系統(tǒng)水管布置所需參數。根據實驗證明，熔體中的熱量有95%為冷卻介質所帶走。在系統(tǒng)初始化設計中，通過冷卻系統(tǒng)公式對各個參數進行計算；
（3）冷卻水管回路設計。在冷卻水管回路設計模塊中選擇相應的水管布置特征加以組合，得到用戶所需的水管布置形式。冷卻水管回路布置是相當復雜的，對型腔和型芯要分別布置， 有時還要布置好幾層回路。通過分析注塑模冷卻系統(tǒng)的各種情況，設計時應進行回路類型選擇，再加以組合，從而得到所要求之冷卻回路；
（4）標準件的選擇。根據用戶的要求，選擇與水管回路相匹配的冷卻系統(tǒng)標準件。冷卻系統(tǒng)中的標準件有水管接頭，密封圈等。對冷卻系統(tǒng)中的標準件可事先建成標準件庫，采用數據庫和參數化技術相結合的方法，以供選擇。
交互式冷卻系統(tǒng)設計流程 圖所示為冷卻系統(tǒng)設計流程圖，這是一種交互式設計流程，它利用人機交互的方法輸人一定的初始條件和相關數據，如塑料品種、 塑件厚度、塑件質量、模具材料等，系統(tǒng)得到輸入數據后，根據系統(tǒng)中已有的公式及數據，算出其余的設計參數。然后將此數據交付用戶，由用戶審查、修改。修改后系統(tǒng)將重新計算，再給出相應的設計參數，如此反復，直至用戶滿意為止。
注射模冷卻系統(tǒng)設計的原則設計冷卻系統(tǒng)需要考慮模具的結構、塑件的尺寸和壁厚、鑲塊的位置、熔接痕的產生位置等。
（1）塑件厚度均勻，冷卻通道至型腔表面的距離相等，亦即冷卻通道的排列與型腔的形狀相吻合，塑件壁厚處冷卻通道應*近型腔，間距要小以加強冷卻。一般冷卻通道與型腔表面的距離大于10mm，為冷卻通道直徑的1~2倍；
（2）在模具結構允許的前提下，冷卻通道的孔徑盡量大，冷卻回路的數量盡量多，以保證冷卻均勻；
（3）為防止漏水，鑲塊與鑲塊的拼接處不應設置冷卻通道，并注意水道穿過型芯、型腔與模板接縫處時的密封以及水管與水嘴連接處的密封，同時水管接頭部位設置在不影響操作的方向，通常在注射機的北面；
（4）澆口處應加強冷卻。由于澆口附近溫度最高，通?？墒估鋮s水先流經澆口附近，再流向澆口遠端；
（5）降低入水與出水的溫度差，避免模具表面冷卻不均勻；
(6)冷卻通道要避免接近塑件熔接痕的生產位置，以免降低塑件的強度；
(7)冷卻通道內不應有存水和產生回流的部位，應避免過大的壓力降。冷卻通道直徑的選擇要易于加工清理，一般為φ6～φ12mm。
4.6.1成型周期
（4-11）
式中：
T—成型周期，s；
—注射時間，=30s；
—高壓時間，=3s；
—冷卻時間，=20.5s；
—其他時間，如開模時間，取件時間等，定=30s。
T=30+3+20.5+30=83.5s
4.6.2冷卻計算
模具的散熱與很多因素有關系，很難精確地計算。現(xiàn)在主要是考慮冷卻介質在管內強制對流的散熱，忽略其它的傳熱因素。假設由熔融的塑料