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波輪注射模設計
第一章對零件工藝性分析
1.1分析塑件使用材料的種類及其工藝性
該塑件為ABS,屬于通用性熱塑性塑料，其成型條件如下：
注射成型機型：螺桿式
堆密度：1.03～1.07∕g.㎝
計算收縮率：0.3～0.8/%
預熱溫度：80～85/℃
預熱時間：2～3/h
料桶溫度：后段：150～170/s
中段：165～180/s
前段：180～200/s
噴嘴溫度：170～180/℃
模具溫度：50～80/℃
注射壓力：60～100/Mpa
成型時間：注射時間：20～90/s
高壓時間：0～50/s
冷卻時間：20～120/s
總周期：50～220/s
螺桿轉速：30/r·min
彈性模量E：1800～2900/Mpa
1.8～2.9×10N/㎝
脫模斜度：型腔：40′～1°20′
型心：.35′～1°
1.2分析塑件結構工藝性
塑件尺寸較大，最大直徑為150mm，最大高度為50mm。外部結構形狀雖然呈對稱分布，但是，波輪葉片形狀不規(guī)則，這給模具的制造帶來一定的難度。另外，波輪中間螺釘孔四周的壁厚比較厚，而且厚度不均勻，這個有可能會在注塑時產(chǎn)生氣泡。這些都是波輪零件限定的，無法糾正。不過，高度不大，相信產(chǎn)生氣泡的幾率不大，可以投入生產(chǎn)。
第二章 選擇注射機確定型腔數(shù)
2.1根據(jù)塑件的形狀估算體積和重量
波輪的三維零件圖已經(jīng)在CAD中按比例1:1畫出,故此可以用CAD中的查詢功能查出:
波輪的體積為:Ｖ＝315583(㎜)≈315.6(㎝)
波輪的表面積為:S=190386(㎜)≈1903.9(㎝)
塑件重量:V=V·=315.6×1.07g=337.69g。式中為塑料容量,ABS塑料的容量=1.07g/㎝。
2.2根據(jù)塑件的計算重量和體積選擇設備型號規(guī)格,確定型腔數(shù).
設備未限,故需要考慮以下因素:
2.2.1注射機額定注射量G。
注射機每次注射量不超過最大注射量的80%，即：
n= （2-1）
式中,n—型腔數(shù);
V—澆注系統(tǒng)體積(㎝) ；
V—塑件體積(㎝)；
V—注射機額定注射量(㎝)。
估算澆注系統(tǒng)的體積V，根據(jù)澆注系統(tǒng)初步設計方案（圖2-1）澆注系統(tǒng),進行估算V=20㎝
設n=1，則得：
V===419.5㎝
2.2.2根據(jù)塑件精度確定型腔數(shù)。
波輪塑件精度為高精度，故此選單腔，即n=1。
2.2.3根據(jù)生產(chǎn)批量確定型腔數(shù)。
這次為了畢業(yè)設計，可以算為試制或者小批量，故此選單腔n=1。
從綜合上面?zhèn)€因素，并根據(jù)塑料注射機技術規(guī)格，選取型號為XS-ZY-500
的注射機。
注：經(jīng)過下面一系列驗算得出，如果選取型號為：XS-ZY-500的注射機，在模具最大厚度方面不符合要求（設計模具厚度為568mm,該注射機規(guī)定模具最大厚度為450 mm），故此選取型號為XS-ZY-1000的注射機。該型號的注射機能夠滿足要求（該注射機規(guī)定模具最大厚度為700mm）。
故此，綜合各方面因素，應該選取型號為XS-ZY-1000的注射機。
關于該注射機的一些重要系數(shù)：
額定注射量：1000㎝
螺桿直徑：85㎜
注射壓力：121Mpa
注射行程:260㎜
注射時間：2.7s
螺桿轉速：21、27、35、40、45、50、65、83r/min
注射方式：螺桿式
合模力：4500KN
最大成型面積：1800㎝
最大開（合）模行程：700㎜
模具最大厚度:700㎜
模具最小厚度:300㎜
動、定模固定板尺寸：900×1000㎜
拉桿空間：650×550㎜
合模方式：兩次動作液壓式
定位圈尺寸：㎜
噴嘴球頭半徑：SR18㎜
頂出方式：兩側頂出
頂桿中心距：350㎜
機器外形尺寸:7670×1740×2380㎜
第三章確定成形方案
3.1確定成型位置
由于波輪塑件上表面有葉片，下表面有筋板，中心孔還有金屬鑲件?？紤]到使脫模方便，鑲件容易定位，故塑件成形位置選擇如圖3-1示。
3.2確定分型面
考慮到波輪塑件的外觀質量，同時為保證塑件在分模時能夠留在動模一側，便于脫模。故此將分型面設在I-I面上，見圖3-1。
3.3脫模方式
從波輪塑件的結構形狀分析，宜采用以推桿為主和推管為輔的聯(lián)合脫模方式。用四根推桿均布在四條輪輻狀筋板上，推桿中心線的位置在200㎜的圓周上。推管推在波輪鑲件及其周邊塑料層上，主要為了不讓塑件在脫模時產(chǎn)生變形及順利推出如圖3-1示。
3.4澆注系統(tǒng)形式
塑件上表面為洗衣工作面，要求光潔，不允許有較大的澆口痕跡。所以應該采用點澆口澆注系統(tǒng)。澆口設置在上部30上表面。由于波輪塑件的外形尺寸比較大，所以應該設計雙點澆口的澆注形式。這樣可以是熔融塑料在填充型腔時更快，更穩(wěn)，不容易產(chǎn)生渦流如圖3-1示。
3.5冷卻系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)考慮
由于ABS塑料成形時要求模溫在（40～60）℃，所以模具之考慮冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)采用最簡單的外連直通式冷卻水道，冷卻劑用水。
3.6確定成形零部件的結構形式（整體式和鑲拼式）：
雖然塑件局部結構比較特殊，但是對現(xiàn)有的加工環(huán)境來看，主要成形零件還是做成整體式的。
圖3-1（波輪設計總裝圖）
第四章繪制結構方案草圖
進行模具結構設計并初步繪出模具完整的結構，如圖3-1所示。校驗所需注射機的能力。
校核注射機有關工藝參數(shù)：
4.1注射量的校核
塑件（包括澆注系統(tǒng)）在成型時每次所需注射量V小于注射機的最大注射量V的80％，即：
n·V+V0.8V
注： V— 注射機最大注射量（㎝）；
V— 波輪塑件成型時每次所需注射總量（㎝）；
V— 成型時澆注系統(tǒng)每次所需注射總量（㎝）；
n — 型腔數(shù)。
由前面計算得知，波輪塑件體積為：315.6㎝，澆注系統(tǒng)體積：20㎝。
則，每次注射所需塑料量為（按一模一腔）：
1×315.6+20=335.6㎝
注射機的最大注射量：1000×0.8=800㎝＞335.6㎝
能夠滿足要求。
4.2鎖模力與型腔內平均壓力、注射壓力的校核
鎖模力是在成型時鎖模模具的最大力，成型時高壓熔融塑料在分型面上顯現(xiàn)的漲力應該小于鎖模力。該漲力與注射機額定鎖模力的關系如下示：
K(KN) （4-2）
式中: F— 注射機的額定鎖模力(N);
A— 塑料制品與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積(㎡);
P— 熔融塑料在型腔內的平均壓力(Mpa);
K— 安全系數(shù)，常?。篕=1.1～1.2。
從表(8-2)查得ABS熔融塑料在型腔內的平均壓力P為：
P=35 Mpa
總投影面積A為：
A=×r=×0.15=0.07069(㎡)
即有：
==2968KN
型號為XS-ZY-1000注射機的額定鎖模力F為：
F=4500KN＞2968KN
滿足要求：F
同時，XS-ZY-1000注射機的額定注射壓力為：121Mpa。滿足ABS塑料（成形需要注射壓力：60～100Mpa）成形時注射壓力的要求。
4.3模具厚度與注射機閉合高度校核
選擇的模架為標準模架：B×L=500×500㎜
關于它的一些重要數(shù)據(jù)如下：
B×L=500×500㎜ (單位：㎜)
表4-1(模具明細表)
座板
寬度
630
厚度
定模
40
動模
40
墊塊
寬帶
80
厚度
12.5
厚度
支撐板
63
推件板
40
推件固定板
25
卸流道板
30
直徑
導柱
40
導套
50
復位桿
25
內六角螺釘
12-M16；16-M12
中心距
b
420
b
414
b
280
續(xù)表4-1(模具明細表)
b
312
l
414
l
320
l
440
l
476
模具厚度H與注射機閉合高度按式校核：
HHH
式中，H— 注射機允許最小模厚(=300㎜)；
H— 注射機允許最大模厚(=700㎜)；
H— 模具閉合高度。
預選模架B×L=500×500,則有模具的閉合高度為: H=568㎜
因為700＞568＞300,所以,能夠滿足要求。
4.4注射機開模行程:注射機開模行程應該大于模具開模時取出塑件(包括澆注系統(tǒng))所需的開模距,即滿足下式:
LH+H+（5～10）+a (㎜)
式中, H— 脫模距離(=42㎜);
H— 不包括澆注系統(tǒng)在內的制品高度(=50㎜);
L— 注射機開模行程(=700㎜);
a— 定模板與型腔板的分離距離(=119㎜);
則,模具的開模行程為:
L=42+50+10+119=221(㎜)＜700(㎜)
所以,注射機開模行程能夠滿足要求。
第五章 計算說明
5.1脫模力計算
當脫模開始時,阻力最大。推桿剛度和強度也按此時的受力計算,也就是無視脫模斜度(=0).對于波輪塑件來說,壁厚與凸模(最大)直徑之比為0.01,
小于0.05。故此,脫模力可以按照薄壁圓形件來計算。對波輪塑件來說,塑件從模具中脫出時的摩擦力為最主要,所以,它的脫模力主要計算塑件從模具中脫出時的摩擦力。
5.1.1計算公式：
薄壁圓形件的脫模力計算公式如下：
Q= （5-1）
式中，Q— 脫模力(N);
T— 塑件平均壁厚(㎝),t=0.3㎝;
E— 塑料彈性模量(N/㎝)，常取1.8～2.9×10N/㎝，這里取2.0×10N/㎝;
S— 塑料平均成形收縮率(㎜/㎜)，常取0.3～0.8％，這里取0.6％;
L— 包容凸模的長度(㎝)
f— 塑料與鋼的摩擦系數(shù)，取0.3;
m— 塑料的泊松比，取0.3；
r— 圓柱形半徑(㎝)。
因為波輪三維零件圖已經(jīng)在CAD中畫出，所以，L可以用實測的方法得到，
則有：L=213.12mm。
代入數(shù)據(jù)有：
Q===1588.33N
根據(jù)計算結果，取Q=2000N。
則，脫模力為2000N。
5.2成型零部件工作尺寸計算
5.2.1定模、動模（型腔、型芯）選用材料
表5-1（材料及性能）
材 料
力 學 性 能
主要用途
15CM
抗拉強度
(Mpa)
屈服強度
(Mpa)
供應狀態(tài)硬度
HBS(Mpa)
許用應力
[](Mpa)
用作齒輪、渦輪、塑料模具、氣輪機密封軸套等。
785
590
179
295
5.2.2型腔側壁厚度和底板厚度確定
型腔結構形式—整體式。
型腔（圓形）壁厚的強度和剛度計算：
按強度計算：
型腔側壁厚度計算公式： t=r· (5-2)
型腔底板厚度計算公式： t= (5-3)
式中，[]— 材料許用應力(Mpa);
P— 熔融塑料在型腔內的平均壓力(Mpa)，ABS塑料的P值取35Mpa;
r— 型腔內最大半徑（mm），由波輪三維零件圖知：r=150mm。
代入數(shù)據(jù)有：
型腔側壁厚度： t=r·=150×=75.6㎜
型腔底板厚度: t===28.7㎜
按剛度計算:
型腔側壁厚度計算公式：t=[] （5-4）
型腔底板厚度計算公式：t= (5-5)
式中，E— 彈性模量（Mpa）,取E=206×10Mpa;
— 泊松比，常取0.25～0.30，故取=0.28;
— 成型零件的許用變型量，取=0.05。
代入數(shù)據(jù)：
型腔側壁厚度： t=[]=2.78㎜
型腔底板厚度： t==9.1㎜
綜合剛度和強度的計算結果取以下值：
型腔側壁厚度: t=75.6㎜, ?。簍=80㎜
型腔底板厚度： t=28.7㎜, 取：t=30㎜
5.2.3型腔、型芯工作尺寸確定
塑件成型收縮率：S
S為塑件在收縮范圍內的平均值，其計算公式如下：
S= （5-6）
S—塑件最大收縮率；
S—塑件最小收縮率。
查表得塑件ABS的收縮率為：
S=0.8％ S=0.3％
則，塑料ABS的平均收縮率為
S==％=0.55％
查得ABS塑件精度取4級精度，按該精度等級可以從“塑件公差數(shù)值表”中查到尺寸公差值：
表5-2（塑件公差數(shù)值表）
基本尺寸L（mm）
公差數(shù)值
基本尺寸（mm）
公差數(shù)值
6～10
0.10
80～100
0.44
10～14
0.12
100～120
0.50
14～18
0.12
120～140
0.56
18～24
0.14
140～160
0.62
24～30
0.24
160～180
0.68
30～40
0.26
180～200
0.74
40～50
0.28
200～225
0.82
50～65
0.32
225～280
1.00
65～80
0.38
280～315
1.20
型腔與型芯工作尺寸計算公式
a、 型腔工作尺寸計算公式：
徑向工作尺寸： L=(L+ LS-x) （5-7）
軸向工作尺寸： H=(H+H S-x) （5-8）
b、型腔工作尺寸計算公式：
徑向工作尺寸： l=(l+ lS+ x) （5-9）
軸向工作尺寸： h=(h+ hS+ x) （5-10）
式中，
S— 塑料平均收縮率，塑件ABS的S=0.55％;
— 塑件公差(㎜),見表5-2；
— 成型零件制造公差（㎜），= ；
X — 修正系數(shù)，一般為～,取X=；
X′— 修正系數(shù)，一般為～,取X′=；
L— 型腔徑向尺寸（mm）；
H— 型腔軸向尺寸（mm）；
L— 塑件徑向基本尺寸（mm）；
H— 塑件向軸基本尺寸（mm）；
l— 塑件內形基本尺寸（mm）；
h— 塑件孔深基本尺寸（mm）；
l—型芯徑向尺寸（mm）；
h—型腔軸向尺寸（mm）；
型腔工作尺寸計算
圖5-1（波輪）
a、 型腔徑向工作尺寸計算
如圖（5-1）塑件徑向基本尺寸：
L=300㎜
L=40㎜
查表（5-2）得:a、當L=300㎜時，塑件公差=1.20㎜;
b、當L=40㎜時，塑件公差=0.28㎜。
則有成型零件制造公差==×1.20=0.4㎜
==×0.28=0.09㎜
代入已知數(shù)據(jù)得：
L=(L+ LS-x)=(300+300×0.55％-×1.2)=301.05㎜
L=(L+ LS-x)=(40+40×0.55％-×0.28) =40.08㎜
則，型腔徑向工作尺寸為：
L=301.05㎜;
L=40.08㎜。
b、 型腔軸向工作尺寸計算
如圖（5-1）塑件最大軸向基本尺寸，
H=50㎜
查表（5-2）得：塑件公差=0.32mm,
則有成型零件制造公差==×0.32=0.11㎜
代入已知數(shù)據(jù)得：
H=(H+H S-x)=(50+50×0.55％-×0.32)=50.12㎜
則，型腔軸向最大工作尺寸為H=50.115㎜
型芯工作尺寸計算
a、 型芯徑向工作尺寸計算
圖5-2（波輪）
如圖（5-2）示，波輪塑件內形向基本尺寸l=294㎜;
l=24㎜;
l=16㎜。
查表（5-2）得：當l=294㎜時，塑件公差=1.20㎜;
當l=24㎜時;，塑件公差=0.24㎜;
當l=16㎜時，塑件公差=0.12㎜。
則有成型零件制造公差==×1.20=0.4㎜；
==×0.24=0.08㎜;
==×0.12=0.04㎜。
代入已知數(shù)據(jù)得：
l=(l+ lS+ x)=(294+294×0.55％+×1.20)=296.22㎜
l=(l+ lS+ x)=(24+24×0.55％+0.24)=24.25㎜
l=(l+ lS+ x)=(12+120.55％+×0.12)=12.13㎜
則，型芯徑向工作尺寸為：l=296.22㎜
l=24.25㎜
l=12.13㎜
b、型芯軸向工作尺寸計算
如圖（5-2）示，波輪塑件孔深基本尺寸h=32㎜;
h=40㎜。
查表（5-2）得：a、當h=32㎜時，塑件公差=0.26㎜;
b、當h=40㎜時，塑件公差=0.28㎜。
則有成型零件制造公差==×0.26=0.09㎜
==×0.28=0.09㎜
代入已知數(shù)據(jù)得：
h=(h+ hS+ x)=(32+32×0.55％+×0.26)=32.31㎜
h=(h+ hS+ x)=(40+40×0.55+×0.28) =40.36㎜
則，型腔軸向最大工作尺寸為: h=32.31㎜；
h=40.36㎜。
5.3推桿計算
由于波輪塑件形狀特殊，所以采用矩形推桿，而且推桿在塑件脫模的時候起到主要作用。所以在計算的時候，把初始脫模力作為在、推桿在工作時承受的最大負荷。四筋板總共有四條輪輻狀筋板上，推桿中心線的位置在200㎜的圓周上。由于筋板的厚度為2㎜，故可以設計推桿截面形狀如圖5-3（筋板）示：
5.3.1推桿選用的材料
推桿選用的材料為45鋼。
5.3.2計算推桿長度
根據(jù)《塑料模設計手冊》公式5-97得到：
推桿長度計算公式：
l= (5-11)
式中，l— 推桿長度（㎝）;
n— 推桿數(shù)量，n=4;
E— 推桿材料的彈性模量（N/㎝），45鋼的E=2.1×10N/㎝；
q— 推桿承受的最大負荷（N），在這里最大負荷等于塑件最大脫模力，即：q=Q=2000N；
B— 推桿截面長度（㎝），B=1.2㎝；
H— 推桿截面寬度（㎝），H=1.2㎝。
代入數(shù)據(jù)得：
l===12.88㎝
取l =12㎝。
則，每根矩形推桿長度：L10㎝
根據(jù)模具的實際情況，推桿需要做成階梯狀。上部為矩形推桿，長度為L=89㎜，下部為實心圓柱狀，=20㎜。推桿長度為，L=340㎜。如圖5-4（推桿）示：
5.4進行關鍵零件的強度和剛度校核
5.4.1推桿的強度和剛度校核
截面為矩形部分推桿校核
矩形部分推桿尺寸如下：B=1.2㎝ H=0.2㎝ L=8.9㎝
a、最大負荷校核
根據(jù)根據(jù)《塑料模設計手冊》公式5-97得到，矩形截面推桿所能承受的最大負荷計算公式為：
q= （5-12）
式中，l— 推桿長度（㎝），l=8.9㎝；
E— 推桿材料的彈性模量（N/㎝），45鋼的E=2.1×10N/㎝；
q— 每條推桿承受的最大負荷（N）；
B— 推桿截面長度（㎝），B=1.2㎝；
H— 推桿截面寬度（㎝），H=1.2㎝。
代入數(shù)據(jù)可得到每根矩形的推桿能夠承受最大負荷為：
q===1046.7N
則，四條矩形推桿所能夠承受最大負荷為：
q=4q=4×1046.7≈4187N
q=4187N＞q=2000N
所以，截面為矩形的推桿能夠承受脫模力帶來的負荷。
b、應力校核
截面為矩形的推桿主要受壓應力，參考《材料力學》得到推桿的應力校核公式如下：
=≤ (5-13)
式中，q—推桿承受的最大負荷（N），在這里最大負荷等于塑件最大脫模力，
即：q=Q=2000N;
—矩形推桿應力（N/㎝）；
—推桿鋼材的屈服極限強度（N/㎝），45鋼：=32000 N/㎝；
n—推桿數(shù)量，n=4。
代入數(shù)據(jù)：
===2083.5 N/㎝
所以， =2083.5 N/㎝≤=32000 N/㎝
綜合計算結果，截面為矩形的推桿滿足要求。
截面為圓形部分推桿校核
圓形部分推桿尺寸如下：l=8.9㎝,r=1㎝
a、最大負荷校核
根據(jù)《塑料模設計手冊》公式5-93得到，圓形截面推桿所能承受的最大負荷計算公式為：
q= (5-14)
式中，l— 推桿長度（㎝），l=25.1㎝;
q— 每條推桿承受的最大負荷(N);
d— 推桿截面直徑(㎝),d=2.0㎝;
— 推桿長度系數(shù)0.7。
代入數(shù)據(jù)可得到每根圓形推桿所能承受的最大負荷為:
q==263654.6N
則，四條圓形推桿所能承受的最大負荷為:
q=4q=4×263654.6≈105469N
q=105469N＞q=2000N
所以，截面為圓形的推桿能夠承受脫模力帶來的負荷。
b、應力校核
參考《塑料模設計手冊》可以得到截面為圓形的推桿的應力校核公式如下：
=≤ (5-15)
式中，q— 推桿承受的最大負荷（N），在這里最大負荷等于塑件最大脫模力，
即：q=Q=2000N
n— 推桿數(shù)量，n=4。
— 推桿鋼材的屈服極限強度（N/㎝），45鋼：=32000 N/㎝
代入數(shù)據(jù)：
===159 N/㎝
所以， =159 N/㎝＜=32000 N/㎝
綜合計算結果，截面為圓形的推桿滿足要求。
故此，推桿滿足要求。
5.4.2型腔壁厚和底板厚度校核
型腔壁厚校核
由于所選模架為B×L=500×500㎜，根據(jù)型腔計算結果知，型腔最大徑向工作尺寸為：L=301.05㎜;根據(jù)型腔側壁厚度計算結果知：t=80㎜。
故此t==99.5㎜＞t=80㎜。
故此，型腔壁厚滿足要求。
型腔底板厚度校核
由于所選模架為B×L=500×500㎜，根據(jù)該模架的標準和所選數(shù)據(jù)可知，定模厚度為80㎜。根據(jù)型腔計算的結果可知，型腔最大軸向工作尺寸為H=50.12㎜；根據(jù)型腔底板厚度計算結果知；型腔底板厚度：t=30㎜,故此t=80-50=30㎜。
故此，型腔底板厚度滿足要求。
模具結構總裝圖和零件工作圖的繪制（見圖紙）
總結
通過本次對洗衣機波輪的設計，使我把以前學過的課程又重新回顧了一次，并且有了更深刻的了解，同時也得到了很好的鞏固，但是我們只是理論上的鞏固，只是一個步行的起點。
在此以前，我根本不了解對洗衣機波輪的設計，只是印象上有個形象意識，通過這次的設計，使我對洗衣機波輪有了一定的了解，知道了洗衣機波輪的定義、結構組成以及未來的動向和發(fā)展。
通過這次的設計，使我學到了針對設計任務，進行課題調研、收集、查閱、整理查找科技文獻、情報資料，融會貫通所學過的知識和技能，推出能夠解決問題的方案與辦法并進行運行操作付與實施的工程設計方法，但對于真正的模塊化生產(chǎn)系統(tǒng)的設計來說是有限的，是欠缺的。
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