洗衣机波轮轴承注射模设计
洗衣机波轮轴承注射模设计
1 引言
本组所研究的课题为《洗衣机波轮轴承注射模设计》，注塑成型作为一种重要的成型加工方法，在机械、医疗、电子、航天、生物以及日用品等领域的应用越来越广泛，不仅生产率高、能源消耗低，而且生产的制品精度高、复杂度高、一致性高。注塑成型模具是实现注塑生产的基础装备，其设计质量的优劣、设计效率的高低，在很大程度上影响着所成型的塑料制品的质量、生产效率以及对市场的响应时间。注塑成型采用注塑成型机将颗粒状的塑料连续输入到注塑成型机料筒中受热并逐渐熔融，使其成粘性流动状态，由料筒中的螺杆或柱塞推至料筒端部。通过料筒端部喷嘴和模具的浇注系统将熔体注入闭合的模具，充满后经过保压和冷却。使制件固化成型，然后开模取制件。填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。脱模是一个注塑成型循环中的最后一个环节。虽然制品已经冷固成型，但脱模还是对制品的质量有很重要的影响，脱模方式不当，可能会导致产品在脱模时受力不均，顶出时引起产品变形等缺陷。
随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备—模具的要求越来越苛刻 。
一方面企业为追求规模效益，使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求模具向着制造周期短、成本低的快速经济的方向发展。计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展，使得快速经济制模技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断增多，创造的经济效益和社会效益越来越显著。据相关资料统计，全球注射成型制品产量已占注塑塑料制品总量的40%，全世界每年生产的注塑数量约占所有塑料成型模具数量的50%，社会需要和经济，技术的发展也使注塑成型技术不断发展。
2 塑件的工艺分析
2.1 塑件结构工艺性分析 `
图1 塑件三维图
图2塑件二维图
由图可知 ,洗衣机波轮轴承的一个端面带有凸缘轴套,14 mm 的内孔需与转轴配合, 有一定的尺寸精度要求 , M32 的外螺纹通过六角螺母与波轮相连接,小圆柱面有两个便于扳手拧出的小平面 ; 塑料件内孔为阶梯形 , 有两个外径分别为17、30 mm 而长度小于塑料件总长度的直身圆筒 , 其端部有多个筋板同其它结构相连 。塑料件形状较为复杂 ,壁厚基本均匀 , 为 3～4 mm。 14 mm 的内孔与 M32 的外螺纹应保证一定的同轴度 。
该零件尺寸精度要求为10级，有公差要求。该零件表面要求光滑，无其他特殊要求，易于实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制的好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。塑件的体积重量：计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。
2.2 塑件材料成型工艺分析
该塑件的材料为 ABS，ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)是丙烯晴--丁二烯--苯乙烯共聚物，密度为1.05 g/cm³。为浅黄色粒状或珠状不透明树脂，无毒、无味、吸水率低，具有良好的综合物理机械性能，如优良的电性能、耐磨性，尺寸稳定性、耐化学性和表面光泽等，且易于加工成型。缺点是耐候性，耐热性差，且易燃。
其特性是由三组份的配比及每一种组分的化学结构，物理形态控制，丙烯晴组分在ABS中表现的特性是耐热性、耐化学性、刚性、抗拉强度，丁二烯表现的特性是抗冲击强度，苯乙烯表现的特性是加工流动性，光泽性。这三组分的结合，优势互补，使ABS树脂具有优良的综合性能。ABS具有刚性好，冲击强度高、耐热、耐低温、耐化学药品性、机械强度和电器性能优良，易于加工，加工尺寸稳定性和表面光泽好，容易涂装，着色，还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工性能。
表1 ABS的成型特性
干燥条件： 料斗中70-85℃ 2小时
注射温度（熔体温度） 200-270℃
模腔表壁温度 50-90℃
机筒温度 后段:150-180℃ 中段：180-230℃ 前段：220-240℃
喷嘴温度 220-240℃
注塑时间 20-90℃
(1)无定形料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90℃，3小时。
（2）宜取高料温，高模温，但料温过高易分解（分解温度为>270℃）。对精度较高的塑件，模温宜取50-60℃；对高光泽.耐热塑件，模温宜取60-80℃。
（3）如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。
2.3 型腔布局及分型面的选择
（1）型腔布局
根据工件结构特征和外观要求采用一模两腔，如图所示：
图3 一模两腔
（2）分型面的选择
我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据塑件的几何形状和外观质量浇注系统的合理布置，便于取件，利于排气等因素综合考虑，为了便于脱模，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。为此我将分型面选择在如上图所示的地方。
3 成型设备的选择
3.1 估算制件的体积和质量
根据Pro/E分析得出塑件的体积V= 45729.5mm3
计算塑件质量 M=Vρ
根据设计手册查得ABS的密度ρ=1.05g/cm3
得到塑件质量 M= 45.7295*1.05g/cm3=48.02g
3.2 选择注射机
根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为：JN128-E。
注塑机的参数如下：
表 2 注塑机的相关参数
最大注塑量cm3 注塑压力 Mpa 锁模力
KN 拉杆间距
mm 顶出行程
mm 最小模厚
mm 最大模厚
mm 模板行程
mm 定位孔直径mm 喷嘴球直径mm
183 185 1280 410*370 130 145 380 730 100 SR19
3.3 模架的选择
模架一般采用标准模架和标准配件,这对缩短制造周期、降低制造成本是非常有利的。遇到特殊情况时，可以对模架的部分形状、尺寸和材料做出更改，也可以完全重新设计模架，这种情况下，订购模架时，需向模架供应商提供详细模架图，并注明所订购模架与标准模架不同之处。
模架选取原则:
(1) 模架与镶件尺寸的确定
模具的大小主要取决于塑料制品的大小和结构，对于模具面言，在保证足够强度的前提下，结构越紧凑越好。
根据产品的外形尺寸(平面投影面积与高度)以及产品本身结构如(侧向分型滑块等结构)，可以确定镶件的外形尺寸，确定好镶件的大小后，可大致确定模架的大小了。
（2）方铁高度的确定
方铁的高度应保证足够的顶出行程，然后留出一定的余量(5-10mm)，以保证完全顶出时，顶针固定板不至于撞到动模板或动模承板。
(3) 模架整体结构的确定
在基本选定模架之后，应对框架整体结构进行校核，看所确定的模架是否适合所选定或客户指定的注塑机，包括模架外形的大小、厚度、最大开模行程、顶出方式和顶出行程等。
(4) 镶件材料的选择
模具镶件材料应具备的性能有硬度、耐磨性、强度、韧性以及耐腐蚀性。模具镶件材料的选择主要是根据塑料制品的批量、塑料类别来确定。 材料为一般塑料的制品如ABS、PP、PC，通常选用型号P20等类型的预硬调质钢，若制品批量较大，则应选用淬火回火钢如型号H13等。
模架，是模具的主体。模架是由模板、导柱、导套、顶板、顶杆、顶出板、垫块及螺钉等基本零件组成的。在模具设计中我们影尽可能的使用标准模架，因为标准模架具有很多优点，比如：
（1）简单方便、买来即用、不必库存。
（2）简化了模具的设计和制造。
（3）能使模具成本下降。
（4）缩短了模具的生产周期，促进了塑件的更新换代。
（5）模具的精度和动作可靠性得到保障。
（6）提高了模具中易损零件的互换性，便于模具的维修。
标准模架已被模具行业普遍采用。按结构特征可分为基本型和派生型。基本型有A1,A2,A3,A4共四种。派生型有P1-P9共9个品种。在选用模架时，必须注意制品成型面加工的有效面积与其它孔位如螺钉孔、导柱和导套孔、顶柱孔、冷却水孔等都要保持足够的距离。所选用的装配零件，应尽可能采用通用标准件。
洗衣机波轮轴承注射模是一个小型塑件，采用单分型面，尺寸不大，外形也不复杂，所以我选择A1型模架。
1 引言
本组所研究的课题为《洗衣机波轮轴承注射模设计》，注塑成型作为一种重要的成型加工方法，在机械、医疗、电子、航天、生物以及日用品等领域的应用越来越广泛，不仅生产率高、能源消耗低，而且生产的制品精度高、复杂度高、一致性高。注塑成型模具是实现注塑生产的基础装备，其设计质量的优劣、设计效率的高低，在很大程度上影响着所成型的塑料制品的质量、生产效率以及对市场的响应时间。注塑成型采用注塑成型机将颗粒状的塑料连续输入到注塑成型机料筒中受热并逐渐熔融，使其成粘性流动状态，由料筒中的螺杆或柱塞推至料筒端部。通过料筒端部喷嘴和模具的浇注系统将熔体注入闭合的模具，充满后经过保压和冷却。使制件固化成型，然后开模取制件。填充是整个注塑循环过程中的第一步，时间从模具闭合开始注塑算起，到模具型腔填充到大约95%为止。保压阶段的作用是持续施加压力，压实熔体，增加塑料密度（增密），以补偿塑料的收缩行为。在注塑成型模具中，冷却系统的设计非常重要。这是因为成型塑料制品只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。脱模是一个注塑成型循环中的最后一个环节。虽然制品已经冷固成型，但脱模还是对制品的质量有很重要的影响，脱模方式不当，可能会导致产品在脱模时受力不均，顶出时引起产品变形等缺陷。
随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞跃发展已经成为动世界经济增长的重要因素。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备—模具的要求越来越苛刻 。
一方面企业为追求规模效益，使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求模具向着制造周期短、成本低的快速经济的方向发展。计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展，使得快速经济制模技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断增多，创造的经济效益和社会效益越来越显著。据相关资料统计，全球注射成型制品产量已占注塑塑料制品总量的40%，全世界每年生产的注塑数量约占所有塑料成型模具数量的50%，社会需要和经济，技术的发展也使注塑成型技术不断发展。
2 塑件的工艺分析
2.1 塑件结构工艺性分析 `
图1 塑件三维图
图2塑件二维图
由图可知 ,洗衣机波轮轴承的一个端面带有凸缘轴套,14 mm 的内孔需与转轴配合, 有一定的尺寸精度要求 , M32 的外螺纹通过六角螺母与波轮相连接,小圆柱面有两个便于扳手拧出的小平面 ; 塑料件内孔为阶梯形 , 有两个外径分别为17、30 mm 而长度小于塑料件总长度的直身圆筒 , 其端部有多个筋板同其它结构相连 。塑料件形状较为复杂 ,壁厚基本均匀 , 为 3～4 mm。 14 mm 的内孔与 M32 的外螺纹应保证一定的同轴度 。
该零件尺寸精度要求为10级，有公差要求。该零件表面要求光滑，无其他特殊要求，易于实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制的好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。塑件的体积重量：计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。
2.2 塑件材料成型工艺分析
该塑件的材料为 ABS，ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)是丙烯晴--丁二烯--苯乙烯共聚物，密度为1.05 g/cm³。为浅黄色粒状或珠状不透明树脂，无毒、无味、吸水率低，具有良好的综合物理机械性能，如优良的电性能、耐磨性，尺寸稳定性、耐化学性和表面光泽等，且易于加工成型。缺点是耐候性，耐热性差，且易燃。
其特性是由三组份的配比及每一种组分的化学结构，物理形态控制，丙烯晴组分在ABS中表现的特性是耐热性、耐化学性、刚性、抗拉强度，丁二烯表现的特性是抗冲击强度，苯乙烯表现的特性是加工流动性，光泽性。这三组分的结合，优势互补，使ABS树脂具有优良的综合性能。ABS具有刚性好，冲击强度高、耐热、耐低温、耐化学药品性、机械强度和电器性能优良，易于加工，加工尺寸稳定性和表面光泽好，容易涂装，着色，还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工性能。
表1 ABS的成型特性
干燥条件： 料斗中70-85℃ 2小时
注射温度（熔体温度） 200-270℃
模腔表壁温度 50-90℃
机筒温度 后段:150-180℃ 中段：180-230℃ 前段：220-240℃
喷嘴温度 220-240℃
注塑时间 20-90℃
(1)无定形料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90℃，3小时。
（2）宜取高料温，高模温，但料温过高易分解（分解温度为>270℃）。对精度较高的塑件，模温宜取50-60℃；对高光泽.耐热塑件，模温宜取60-80℃。
（3）如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。
2.3 型腔布局及分型面的选择
（1）型腔布局
根据工件结构特征和外观要求采用一模两腔，如图所示：
图3 一模两腔
（2）分型面的选择
我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据塑件的几何形状和外观质量浇注系统的合理布置，便于取件，利于排气等因素综合考虑，为了便于脱模，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。为此我将分型面选择在如上图所示的地方。
3 成型设备的选择
3.1 估算制件的体积和质量
根据Pro/E分析得出塑件的体积V= 45729.5mm3
计算塑件质量 M=Vρ
根据设计手册查得ABS的密度ρ=1.05g/cm3
得到塑件质量 M= 45.7295*1.05g/cm3=48.02g
3.2 选择注射机
根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为：JN128-E。
注塑机的参数如下：
表 2 注塑机的相关参数
最大注塑量cm3 注塑压力 Mpa 锁模力
KN 拉杆间距
mm 顶出行程
mm 最小模厚
mm 最大模厚
mm 模板行程
mm 定位孔直径mm 喷嘴球直径mm
183 185 1280 410*370 130 145 380 730 100 SR19
3.3 模架的选择
模架一般采用标准模架和标准配件,这对缩短制造周期、降低制造成本是非常有利的。遇到特殊情况时，可以对模架的部分形状、尺寸和材料做出更改，也可以完全重新设计模架，这种情况下，订购模架时，需向模架供应商提供详细模架图，并注明所订购模架与标准模架不同之处。
模架选取原则:
(1) 模架与镶件尺寸的确定
模具的大小主要取决于塑料制品的大小和结构，对于模具面言，在保证足够强度的前提下，结构越紧凑越好。
根据产品的外形尺寸(平面投影面积与高度)以及产品本身结构如(侧向分型滑块等结构)，可以确定镶件的外形尺寸，确定好镶件的大小后，可大致确定模架的大小了。
（2）方铁高度的确定
方铁的高度应保证足够的顶出行程，然后留出一定的余量(5-10mm)，以保证完全顶出时，顶针固定板不至于撞到动模板或动模承板。
(3) 模架整体结构的确定
在基本选定模架之后，应对框架整体结构进行校核，看所确定的模架是否适合所选定或客户指定的注塑机，包括模架外形的大小、厚度、最大开模行程、顶出方式和顶出行程等。
(4) 镶件材料的选择
模具镶件材料应具备的性能有硬度、耐磨性、强度、韧性以及耐腐蚀性。模具镶件材料的选择主要是根据塑料制品的批量、塑料类别来确定。 材料为一般塑料的制品如ABS、PP、PC，通常选用型号P20等类型的预硬调质钢，若制品批量较大，则应选用淬火回火钢如型号H13等。
模架，是模具的主体。模架是由模板、导柱、导套、顶板、顶杆、顶出板、垫块及螺钉等基本零件组成的。在模具设计中我们影尽可能的使用标准模架，因为标准模架具有很多优点，比如：
（1）简单方便、买来即用、不必库存。
（2）简化了模具的设计和制造。
（3）能使模具成本下降。
（4）缩短了模具的生产周期，促进了塑件的更新换代。
（5）模具的精度和动作可靠性得到保障。
（6）提高了模具中易损零件的互换性，便于模具的维修。
标准模架已被模具行业普遍采用。按结构特征可分为基本型和派生型。基本型有A1,A2,A3,A4共四种。派生型有P1-P9共9个品种。在选用模架时，必须注意制品成型面加工的有效面积与其它孔位如螺钉孔、导柱和导套孔、顶柱孔、冷却水孔等都要保持足够的距离。所选用的装配零件，应尽可能采用通用标准件。
洗衣机波轮轴承注射模是一个小型塑件，采用单分型面，尺寸不大，外形也不复杂，所以我选择A1型模架。
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