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1 緒論
1.1課題的背景及目的
模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關(guān)注。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60～80%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。
現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展為素有“工業(yè)之母”美譽的模具工業(yè)帶來前所未有的發(fā)展機遇，而模具材料的應(yīng)用在模具制造中起舉足輕重的作用。塑料，作為重要的模具材料之一，隨著家電、汽車、電子、電器、通訊產(chǎn)品的迅猛發(fā)展而得到更為廣泛的應(yīng)用。塑料模具，成為時下模具品種之“關(guān)鍵詞”。近年來,我國塑料模具業(yè)發(fā)展相當(dāng)快，目前，塑料模具在整個模具行業(yè)中約占30%左右。當(dāng)前，國內(nèi)塑料模具市場以注塑模具需求量最大，其中發(fā)展重點為工程塑料模具。我國國民經(jīng)濟的高速發(fā)展對模具工業(yè)提出了越來越高的要求，僅汽車行業(yè)將需要各種塑料制品36萬噸；電冰箱、洗衣機和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過1000萬臺；彩電的年產(chǎn)量己超過3000萬臺。家電行業(yè)近期家電業(yè)所需模具量年增長率為10%。一臺電冰箱約需模具350副，價值約400萬元；一臺全自動洗衣機約需模具200副，價值3000萬元；一臺空調(diào)器僅塑料模具就有20副，價值150萬元；單臺彩電大約共需模具140副，價值約700萬元。則僅彩電模具每年就有約28億元的市場。隨著家電市場競爭的白熱化，外殼設(shè)計成為重要的一環(huán)，對家電外殼的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新要求。業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，大型、精密、設(shè)計合理（主要針對薄壁制品）的注塑模具將得到市場的歡迎。在未來的模具市場中，塑料模具在模具總量中的比例將逐步提高，且發(fā)展速度將高于其他模具。
塑料具有可塑性強，密度小，比強度高，化學(xué)穩(wěn)定性高，外觀多樣的特點，因而受到越來越多的廠家及人民的喜愛，塑料制品幾乎已經(jīng)進(jìn)入一切工業(yè)部門及人民日常生活的各個領(lǐng)域。汽車空調(diào)機骨架是日常生活中十分常見和常用的制品，選擇空調(diào)機骨架是因為它的結(jié)構(gòu)包含了常見塑料模具的各個部分，能達(dá)到綜合訓(xùn)練自己設(shè)計水平的目的，能充分做到理論結(jié)合現(xiàn)實生活的實際情況，我們能做到同時站在生產(chǎn)方和使用者的角度來考慮產(chǎn)品的設(shè)計，可以結(jié)合自己對產(chǎn)品使用性能的一些需求來改進(jìn)產(chǎn)品的設(shè)計方案，使產(chǎn)品模具設(shè)計更具實際意義。
1.2國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和人民生活水平的日益提高，汽車開始走進(jìn)千家萬戶。人們在一貫追求汽車安全性、可靠性的同時，如今也更加注重對舒適性的要求。因而，空調(diào)系統(tǒng)作為現(xiàn)代轎車基本配備，也就成了必然。
目前，汽車空調(diào)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代汽車上。它不僅可以改善駕駛員的工作條件，提高其工作效率和駕駛安全性，同時還可以提高汽車等級，改善汽車的乘坐舒適性。汽車空調(diào)不再是一種奢侈品，而是汽車現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。目前發(fā)達(dá)國家乘用車空調(diào)安裝率已達(dá)90%以上，而且大多數(shù)采用自動控制。我國雖然起步較晚，但近年來發(fā)展也很快。
近年來環(huán)保和能源問題成為世界關(guān)注的焦點，也成為影響汽車工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。各種替代能源動力車的出現(xiàn)為汽車空調(diào)業(yè)提出了新的課題與挑戰(zhàn)。
隨著我國國民經(jīng)濟水平的日益提高及汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車正逐步進(jìn)入家庭，在近幾年汽車保有量急劇增加的同時，人們對汽車舒適性的要求也越來越高了。汽車空調(diào)裝置作為汽車舒適性的一個重要方面，在汽車上已經(jīng)相當(dāng)普及[1]。
我國汽車空調(diào)的安裝隨著汽車工業(yè)的發(fā)展已達(dá)到100%的普及型，空調(diào)已成為現(xiàn)代汽車的一項基本配備，給汽車空調(diào)的使用與維修帶來了新的挑戰(zhàn)。論文最后以汽車空調(diào)的故障檢修的方法，對汽車空調(diào)系統(tǒng)的在深入探究，已達(dá)到對汽車空調(diào)系統(tǒng)的了解，并運用在實際工作中。
在此背景下，如何更深入地認(rèn)識塑料模具的發(fā)展?fàn)顩r并把握其市場走向，成為重要課題。而站在塑料制件模具的設(shè)計生產(chǎn)去探求此課題的實質(zhì)與內(nèi)涵，成為最佳視角。
2 塑件的結(jié)構(gòu)工藝分析
汽車空調(diào)上的塑件種類很多。圖 2.1 所示為汽車空調(diào)拔叉類塑件，該塑件是汽車空調(diào)內(nèi)外循環(huán)系統(tǒng)中的一個重要零件，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。設(shè)計要求大批量生產(chǎn)。
圖 2.1汽車空調(diào)拔叉塑件零件圖
2.1 塑件的材料選擇及分析
塑件材料選用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS塑料），是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。ABS無毒、無味、呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤。從使用性能上看，該塑料具有極好的抗沖擊強度，有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。從成型性能上看，該塑料在升溫時粘度增高，所以成型壓力較高，故塑件上的脫模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理；ABS易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時應(yīng)注意盡量減少澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響極小。在要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50-60℃，而在強調(diào)塑件光澤和耐熱時，模具溫度應(yīng)控制在60-80℃。
2.2 估算塑件的體積和質(zhì)量
按照圖2.2可對塑件按圖示尺寸近似計算：
V總=3.14×192×17=19270.18 mm3
V1 =3.14×9.52×6=1700.31 mm3
V2 =3.14×(192-112)×6=4521.6 mm3
V3 =3.14×(192-9.5)2×8=6801.25 mm3
V4 =3.14×82×11=2210.56 mm3
所以塑件的體積為V=19270.18-1700.31-4521.6-6801.25-2210.56=4036.46mm3=4.04 cm3
塑件質(zhì)量為Gs =ρ·V=1.06×4.04=4.2824 g
式中ρ為塑料密度(ABS的密度ρ=1.04-1.07g/cm3)
圖 2.2汽車空調(diào)拔叉塑件體積計算分割圖
2.3 分析塑件的成型工藝參數(shù)
干燥處理：ABS材料具有吸濕性，要求在加工之前進(jìn)行干燥處理。建議干燥條件為80-90C下最少干燥2小時。材料溫度應(yīng)保證小于0.1%。
熔化溫度：210-280C；建議溫度：245C。
模具溫度：25-70C。（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導(dǎo)致光潔度較低）。
注射壓力：500-1000KN。 注射速度：中高速度。
3 確定模具結(jié)構(gòu)方案
3.1脫模原理
該模具采用斜導(dǎo)柱抽心機構(gòu)來實現(xiàn)垂直分型動作。鎖緊鍥與定模板做成整體，確保凹?；瑝K4的定位鎖緊。定模板和滑塊上都開設(shè)了冷卻水道，模具冷卻比較均勻，縮短了生產(chǎn)周期。
圖3.1抽芯機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖
圖3.2模具分型面
模具分流道與側(cè)澆口開設(shè)在垂直分型面II—II上，并由凸翼腔底進(jìn)料。開模時，I—I分型面分型，斜導(dǎo)柱5帶動凹?；瑝K4做II—II垂直分型面分型。最后，由推板10推出塑件制品。
3.2 確定型腔數(shù)目及布局形式
該塑件在注射時采用一模二件，即模具需要二個型腔。綜合考慮澆注系統(tǒng)，模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素擬采取圖圖3.3所示的型腔排列方式。
3.3 選擇分型面
確定分型面位置如圖3.3
圖3.3分型面位置
3.4確定澆注系統(tǒng)與排氣系統(tǒng)
3.4.1 澆注系統(tǒng)形式
采用普通澆注系統(tǒng)，由于二型腔模，必須設(shè)置分流道，用潛伏式澆口形式從零件內(nèi)部進(jìn)料，利用分型面間隙排氣。
3.4.2 主流道設(shè)計
根據(jù)《塑料模具設(shè)計手冊》初步得XS－Z－60型注射機噴嘴的有關(guān)尺寸：
噴嘴前端孔徑：d0=φ4 mm；
噴嘴前端球面半徑：R0=12 mm；
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系：
R=R0+(1-2) mm；
d= d0+(0.5-1) mm；
取主流道球面半徑：R=13 mm；
取主流道的小端直徑：d=5 mm。
為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設(shè)計成圓錐形，其斜度為2--6o，取4o，經(jīng)換算得主流道大端直徑為D=φ8 mm。
3.4.3 分流道設(shè)計
1、分流道的形狀和尺寸
分流道的形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)塑件的體積、壁厚、形狀的復(fù)雜程度、注射速度、分流道的長度等因數(shù)來確定。本塑件的形狀不復(fù)雜，熔料填充型腔比較容易。根據(jù)型腔的排列方式可知分流道的形狀長度較短，為了便于加工起見，選用截面形狀為半圓形分流道，查表5-40(塑料模具設(shè)計手冊)得R=2.5 mm
2、分流道的表面粗糙度
由于分流道與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內(nèi)部的熔體流動狀態(tài)比較理想，因此分流道表面粗糙度要求不太低，一般Ra取1.6μm左右，這可增加對外層塑料熔體的阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層。
3.4.4 澆口的設(shè)計
根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用潛伏式澆口較為理想。設(shè)計時在模具結(jié)構(gòu)上采取瓣合式型腔，潛伏式澆口的錐角取10?～20?。查塑料模具設(shè)計手冊選尺寸為直徑φ1 mm,試模時修正。
3.4.5 排氣系統(tǒng)的設(shè)計
該模具為小型模具，可利用分型面間隙排氣，該分型面位于熔體流動的末端。
3.5 選擇推出方式
選擇推出機構(gòu)：
該塑件為簿壁塑件，綜合各個因素，選定為推板推出機構(gòu)。為了防止推板刮傷凸模，推板內(nèi)孔應(yīng)比凸模成型部分大0.20 mm－0.25 mm，外，將凸模和推板的配合做成錐面，以防止因推板偏心而出現(xiàn)飛邊，其單邊斜度10°左右為易。
3.6模具加熱與冷卻方式
該模具采用電熱絲加熱，用水冷。
4 模具設(shè)計的有關(guān)計算
4.1型芯和型腔工作尺寸的計算
查塑料模設(shè)計手冊可得ABS塑料的收縮率：0.3%-0.8%；
平均收縮率：S=（0.3%+0.8%）/2=0.55%。
4.1.1 型腔徑向尺寸的計算：
φ38：（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×38-0.26×3/4]+00.26/3=38.01+00.087
φ22：（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×22-0.22×3/4]+00.22/3=21.96+00.073
φ19：（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×19-0.22×3/4]+00.22/3=18.94 +00.073
1.5:（Lm）+0δz=[（1+0.0055）×1.5-0.12×3/4]+00.12/3=1.42 +00.04
型腔深度的計算：
（Hm）+0δz=[（1+0.0055）×8-0.16×2/3]+00.16/3=7.94+00.053
（Hm）+0δz=[（1+0.0055）×6-0.14×2/3]+00.14/3=5.94+00.047
（Hm）+0δz=[（1+0.0055）×1.5-0.12×2/3]+00.12/3=1.43+00.04
4.1.2 型芯徑向尺寸的計算：
φ16：（Lm）-0δz =[（1+0.0055）×16+0.20×3/4] -00.20/3=16.24-00.067
φ19：（Lm）-0δz =[（1+0.0055）×19+0.22×3/4] -00.22/3=19.27-00.073
1.5：（Lm）-0δz =[（1+0.0055）×1.5+0.12×3/4] -00.12/3=1.6-00.04
型芯高度的計算：
（hm）+0δz=[（1+0.0055）×6+0.14×2/3] -00.14/3=6.13-00.047
（hm）-0δz =[（1+0.0055）×11+0.18×2/3] -00.18/3=11.18-00.06
4.2 側(cè)壁厚度與底板厚度的計算
4.2.1 側(cè)壁厚度：
該型腔為整體式。因此，型腔的強度和剛度按整體式進(jìn)行計算。由于型腔壁厚計算比較麻煩，也可以參考經(jīng)驗推薦數(shù)據(jù)。查《塑料成型工藝與模具設(shè)計》型腔側(cè)壁厚取δ=20 mm。
4.2.2 推板厚度
H=0.74 pr4/E[δ]) 1/3
由E=2.1×105MPa，[δ]可取制品軸向尺寸公差的1/10，取[δ]=0.03 mm，p取30Mpa。
H=(0.74×30×0.84 /2.1×105×0.00003) 1/3
=1.13 cm≈ 16mm。
4.3 斜導(dǎo)柱等側(cè)抽芯有關(guān)計算
4.3.1 斜導(dǎo)柱的設(shè)計
斜導(dǎo)柱的傾斜角α取22.5°；
Ft=2π×r×E×S×L×f/[(1+m+k)(1+f)]；
Ft——脫模力（推出力）（N）；
E——塑料彈性模量（N/cm2，ABS塑料為1.8～2.9×105N/cm2之間，取2.0×105 N/cm2）；
S塑料的平均成型收縮率（mm/mm）；
L包容凸模的長度（cm）；
f塑料與剛的摩擦系數(shù)（ABS塑料取0.2）；
m塑料的帕松比（取0.3）；
k=2r2/(t2+2tr)
（t為塑料平均壁厚）；
t=塑料平均壁厚(cm)；
r圓柱半徑(cm)；
2Ft=2×2π×1.9×200000×0.0055×1.7×0.3/[（1+0.3+5.87）（1+0.2）] =1393.97（N）。
查《塑料成型工藝與模具設(shè)計》，取Fw=10KN
得d=16mm
4.3.2 斜導(dǎo)柱的計算
在斜導(dǎo)柱的設(shè)計中斜導(dǎo)柱采用了理論上最佳的斜角：22.5°，直徑取16 mm。
先計算抽心距：
S抽=(R2-r2) 1/2+(2-3) mm
其中：R—塑件的大圓盤半徑
r—塑件的最小的腰部外圓半徑
S抽=(192-9.52) 1/2+(2-3)
≈16.45+(2-3)
=19 mm
然后在CAD里根據(jù)抽心距算出其長度，如圖4.1所示
圖 4.1斜導(dǎo)柱
其強度校核：
F彎=F抽/cosα其中：F彎—斜導(dǎo)柱所受的彎曲力（N），F(xiàn)抽—抽拔力（N），α —斜導(dǎo)柱的斜角F彎=F抽/cosα=1393.97/cos22.5°=1508.8N ， F彎
圓柱銷系列.
8.2 螺釘?shù)倪x擇:
1). 定模緊固螺銓的選用
定模底板的厚度和定模板的總長為60mm；
所以選用的螺銓型號為: GB/T 5782 M20 X 40。
2). 動模緊固螺銓的選用
動模底板,墊塊,動模支撐板和動模板的總長度為185mm；
所以選用螺銓的型號為:GB/T 5782 M X 140。
3).連接滑塊螺釘?shù)倪x用
根據(jù)所有連接的定位塊和倒滑槽的長度這里選用 GB/T 5782 M12 X 60。
9 模具的裝配
9.1 定模的裝配
將定模板平放在平臺上，先將型腔放進(jìn)去，再把四根斜倒柱，四個鍥緊塊和八個型腔拼塊敲入指定的位置，把上模板放上去，對準(zhǔn)好倒套孔和澆口套孔，把倒套和澆口套敲進(jìn)去，訂上銷釘，最后將澆口套螺釘，定模螺釘旋上緊固，完成裝配。
9.2 動模的裝配
把動模板倒放在平臺上，先將四個側(cè)滑塊放進(jìn)倒滑槽，把定位塊擰好，裝上彈簧螺釘將滑塊固定好，在型芯放進(jìn)去，再放入型芯拼塊和四個倒柱。放上動模板，對準(zhǔn)好各種孔位后放上推桿定位板后把拉料桿，推件桿放到其位置，再將墊塊對準(zhǔn)各種孔位放上去，再將下模板放上把螺釘旋上即可，然后把動模翻過來，把定模倒套對準(zhǔn)倒柱放進(jìn)去。整套模具裝配完成。最后檢驗，試模。
9. 3 模具裝配圖繪制
模具結(jié)構(gòu)總裝圖主視圖如圖9.1所示
圖9.1 模具總裝圖主視圖
模具結(jié)構(gòu)總裝圖俯視圖如圖9.2所示
1.定模頂板 2.定模板 3.斜導(dǎo)柱 4.推板 5.動模板 6.動模底板 7.推桿 8.墊塊 9.內(nèi)六角螺釘 10.支撐板 11.推桿支撐桿 12.推桿固定桿 13.型芯 14.斜滑塊 15.內(nèi)六角螺釘
圖9.2 模具總裝圖俯視圖
結(jié) 論
塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上最快的工業(yè)門類之一，對于我國而言，它在整個國民經(jīng)濟的各個部門中發(fā)揮了越來越大的作用。我們大學(xué)生對于塑料工業(yè)的認(rèn)識還是很膚淺的，但是通過這次塑料模具畢業(yè)設(shè)計，讓我們更多的了解有關(guān)塑料模具設(shè)計的基本知識，更進(jìn)一步掌握了一些關(guān)于塑料模具設(shè)計的步驟和方法，對塑料模有了一個更高的認(rèn)識。這對我們在今后的生產(chǎn)實踐工作中無疑是個很好的幫助，也間接性地為今后的工作經(jīng)驗有了一定的積累。
塑料制品成型及模具的設(shè)計還是個專業(yè)性、實踐性很強的技術(shù)，而它的主要內(nèi)容都是在今后的生產(chǎn)實踐中逐步積累和豐富起來的。因此，我們要學(xué)好這項技術(shù)光靠書本上的點點知識還是不夠的，我們更多的還應(yīng)該將理論與實際結(jié)合起來，這還需要我們到工廠里去實踐。我相信在未來的我一定能走到最前頭。
在此次設(shè)計中，主要用到所學(xué)的注射模設(shè)計，以及機械設(shè)計等方面的知識。著重說明了一副注射模的一般流程，即注射成型的分析、注射機的選擇及相關(guān)參數(shù)的校核、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、注射模具設(shè)計的有關(guān)計算、模具總體尺寸的確定與結(jié)構(gòu)草圖的繪制、模具結(jié)構(gòu)總裝圖和零件工作圖的繪制、全面審核投產(chǎn)制造等。其中模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計既是重點又是難點，主要包括成型位置的及分型面的選擇，模具型腔數(shù)的確定及型腔的排列和流道布局和澆口位置的選擇，模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，側(cè)面分型及抽芯機構(gòu)的設(shè)計，推出機構(gòu)的設(shè)計，拉料桿的形式選擇，排氣方式設(shè)計等。通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我更加了解模具設(shè)計的含義，以及懂得如何查閱相關(guān)資料和怎樣解決在實際工作中遇到的實際問題，這為我們以后從事模具職業(yè)打下了良好的基礎(chǔ)。
致 謝
在這幾個月的畢業(yè)設(shè)計過程中，首先感謝劉萬福老師的精心指導(dǎo)，劉老師給我提出了許多寶貴的意見，從課題選擇、設(shè)計框架、內(nèi)容體系的安排直至成文后一次又一次的修改。劉老師熱情待人、認(rèn)真的研究精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度也深深感染了我，借此論文完成之際特向他表示我的敬意和感激之情。
同時，在設(shè)計過程中資料的收集、軟件的應(yīng)用、文字的處理等方面，得到了很多同學(xué)、朋友的積極幫助，占用了他們許多寶貴時間，在此也向他們表示由衷的感謝。此外，感謝答辯組委會老師在百忙之中抽時間評閱我的論文及設(shè)計內(nèi)容，并根據(jù)所設(shè)計的內(nèi)容給提出相關(guān)的專業(yè)問題，指引我做更多的思考，讓我對所做課題有了更深入的認(rèn)識，為我整個畢業(yè)設(shè)計畫上圓滿的句號。
最后，我還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，他們淵博的學(xué)術(shù)知識、認(rèn)真的教學(xué)態(tài)度使我受益匪淺，他們用辛勤的汗水給我們換來了掌握知識的機會，他們的熱情工作為我學(xué)業(yè)的完成提供了良好的環(huán)境。
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