滚筒洗衣机机门拉手成型模具设计
滚筒洗衣机机门拉手成型模具设计
设计中小型模具已成为许多院校毕业设计的首选，对学生将来从事模具行业有重要意义，提高了设计专业人才的水平，同时对国家经济发展也有着巨大影响。
本毕业设计通过对洗衣机把手的工艺分析，设计了一副一模一腔的注塑模具，设计过程包括各个成型零件尺寸的计算，注塑机的选择和对其进行校核，以及确定浇注系统、推出机构、导向机构、分型机构、排气系统、冷却系统的计算等等，选择了重要零件的制造材料。最后画出一套总装配图和各零件的二维图纸。
关键词 中小型模具，注射模，洗衣机把手，工艺参数
1 引言 1
2 产品结构性能及工艺分析 1
2.1 产品结构性能简介 2
2.2 产品材料工艺分析 3
3 拟定设计方案及设计步骤 3
3.1 设计目标 3
3.2 成型工艺方案 3
3.3 注射成型机的选择 4
3.4 采用设计方法的选择 5
4 模具工艺方案 5
4.1 型腔数目的确定及分型面的选择 5
4.2 确定浇注系统 6
4.3 成型零件的设计 7
4.4 合模导向机构 16
4.5 斜导柱侧向抽芯机构 16
4.6 斜顶侧向抽芯机构 18
4.7 脱模顶出机构及复位装置19
4.8 温度调节系统 21
4.9 排气系统 23
5 标准模架的选择和注射机的校核 23
5.1 选择标准模架 23
5.2 注射机的校核 23
6 模具材料的选择 24
6.1 模具材料的选择 24
7 模具的三维造型 27
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
1 引言
这次课题研究的是滚筒洗衣机机门拉手成型模具设计，采用的注射成型方法。随着塑料工业的飞速发展和通用工程塑料在强度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，塑料产品的用量也正在上升。据了解，我国塑料制品2012年的产量接近6000万吨，而且还在持续增长得过程中，由此可见内需对我国塑料模具行业的发展有着巨大的推动力。注射成型是塑料制品成型加工中最常用的成型方法，该成型方法所加工的塑料约占全部塑料的35%，其技术成熟、设备齐全、生产效率极高，几乎适用于所有的热塑性塑料，也可用于成型某些热固性塑料和橡胶，此外还扩展到了陶瓷加工和粉末冶金等领域，产品形式多样，用途十分广泛。
另外受国家多种政策的影响和市场空间的持续拓展，家电、汽车、包装等行业近年来的发展势头十分迅猛，不仅在产能方面有了很大的发展，而且在这些产业的高端方面也有着长足的进步，据统计汽车制造工艺中的90%以上要使用模具，塑料制品的90%以上要由模具成型，家电产业的众多塑料部件也需要由模具成型，罗百辉认为，这些内在的需求正持续推动着我国模具行业的发展。
随着消费市场的多样化需求，模具更是时尚前卫技术的载体，其精度、表面质量是实现消费品品质的关键;2012年中国模具销售额同比增长11%左右，中国模具生产能力(产值)已接近2000亿人民币;2012年中国模具进出口总额62亿美元，同比增长了18.6%，出口模具总额37.3亿美元，同比增长25%，进口模具总额25亿美元，同比增长11%，2013年上半年中国模具进出口总额32亿美元，同比增长了11.5%，出口模具总额19.7亿美元，同比增长16%，进口模具总额12.2亿美元，同比增长4.9%，市场需求持续增长，行业稳健发展。2013年中国模具行业用于增加固定资产的投资多达数百亿元人民币，在精密加工设备采购的同时，成形设备的投资占了很大比重。
《中国模具工业“十二五”规划》（以下简称“《规划》”）出台，为中国模具工业未来五年的发展制定了明确的发展目标和战略定位。《规划》指出，2015年中国模具工业总销售额1740亿元，其中出口模具达到40亿美元。
我选择的题目是滚筒洗衣机机门拉手成型模具设计，市场需求量一般。由于滚筒洗衣机机门拉手属于洗衣机的配件，属于日常生活用品，因此对塑件材料的质量要求较高。
2 产品结构性能及工艺分析
2．1 产品结构性能简介
本次毕业设计课题为“滚筒洗衣机机门拉手成型模具设计”，其三维造型如下图
图2-1 滚筒洗衣机机门拉手正面三维图
(a) (b)
图2-2 滚筒洗衣机机门拉手侧面三维图
该滚筒洗衣机机门拉手外形结构比较复杂，它是吻合于门体外边缘相应位置圆周面的一段圆弧板，与手指相接触的把手表面设置为与手指接触面相吻合的凹面。由下端圆环部分和上部不规则曲面体连接组成，下端圆环部分侧面的两个圆孔和上面的不规则曲面体是设计的难点，底部圆环半径分别为225.74mm和192.64mm,厚度为3.8mm，与门体外边缘相配合，精度要求较高，上面不规则曲面体为样条曲线和圆弧连接拉伸生成，精度要求不高，圆弧半径分别为为23mm和24mm,壁厚为1mm，。为提高强度内部设置8根加强筋，尺寸精度要求不高，中部的侧孔外轮廓尺寸最长边为24.2mm，内轮廓与之对应的边尺寸为14.76mm。该塑件共有五处需要抽芯，其中三处决定采用滑块与斜导柱配合的侧向抽芯机构，滑块部分采用组合式的。另外两处采用斜顶抽芯。
2．2 产品材料工艺分析
根据对塑件的主要用途、基本性能及经济性进行分析，该塑件采用丙烯腈丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS）材料。具体型号为HAC8265FR/锦湖日丽，该材料具有三种单体所赋予的优点：具有较好的冲击韧性，且在低温下不迅速下降；具有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工；拥有良好的耐寒性，耐化学试剂性和耐候性，属于无定形聚合物，熔融温度低，流动性好，易于充模。ABS/HAC8265FR/锦湖日丽具体性能如表1。
表1
ABS/HAC8265FR/锦湖日丽
生产企业 锦湖日丽
用途 家用电器电子阻燃高耐热结构件，洗衣机机架等
原料技术数据
性能项目 测试数据 数据单位
收缩率 0.5~0.7/23℃
物理性能 比重 ASTM D792 1.19 23/23℃
熔体流动速率 230℃×10kg ASTM D1238 20 g/10min
机械性能 洛氏硬度 ASTM D-785 114 R
弯曲强度 ASTM D-790 750 kg/cm2
引张强度 ASTM D-638 6240 lb/in2
弯曲弹性率 ASTM D-790 2.5×104 kg/cm2
维卡软化点 ASTM D-1525 264 ℉
热变形温度 ASTM D-648 112(248) ℃
3 设计方案及设计步骤
3．1 设计目标
该塑料制件在机构中应用广泛，是长期占据市场的商品，为大批制造生产品，质量为41.9g，年产量为20万件，模具预计寿命为50万件，塑件精度为MT3。
3．2 成型工艺方案
根据ABS塑料的抗冲击韧性和易于塑性成型，采用注塑成型，注塑机拟选用JN128E型，本设计预备采用注射成型方法,有以下特点：成型周期短，能一次成型复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件；对成型各种塑料的适应性强。注塑成型是热塑性塑料成型的一种方法，几乎所有热塑性塑料都可以用这种方法成型，某些热固性塑料也可以用注塑模成型。所以根据制件的材料选择该产品的加工方法为注塑成型，对此要选择合适的注射机来实现该产品的制造。
3．3 注射成型机的选择
注塑机是塑料注塑成型所用的主要设备。注塑成型有两个方面需要去进行校核：一是校核模具的所需要的锁模力是否在注塑机的允许范围之内；二是模具的开模行程和模具的最大闭合高度，以下为校核数据。
根据计算，选用卧式注射机JN128E，主要技术参数如表4。
表4JN128E注塑机参数表
螺杆（柱塞）直径 mm 36
注射容量 g 172
注射压力 105Pa 185
锁模力 10KN 1280
最大模具厚度 mm 380
最小模具厚度 mm 145
开模行程 mm 350
喷嘴球半径 mm 35
喷嘴孔直径 mm 3.5
定位孔直径 mm 1000+0.054
下面从注射量、注射压力和锁模力三个方面对该注塑机进行校核，以检验其是否能满足制品成型的要求。
1. 注射量的校核：注射量是注射机每次注射塑料的最大体积或质量。一般选择注射机，塑料及凝料的总重量应在注塑机注射量的20%~80%，注塑机才能最有效的被使用，即
本塑件的质量为41.9g，浇注系统凝料质量约为7g，拟采用一模一腔，所以m =41.9+ 7= 48.9g，在34.4g~137.6g之间，注塑机的注射量满足要求，所以该注塑机能满足制品成型的要求。
2. 注射压力与锁模力的校核：当高压的熔料进入并充满型腔时，将产生一个很大的压力，迫使模具分开，所以必须在模具上加一个锁模力。
型腔内熔料的压力：
p = 80%p注
式中 p注——塑料的注射压力，可从资料中查得。
从资料中查得p注＝60～100MPa，所以p = 80%×100 =80MPa ≤ 186 MPa。
锁模力 F锁 ：
F锁≥ F = pA
中 F——总作用力；
A——塑件、浇注系统在分型面上的投影面积。
本塑件在分型面上的最大投影面积为5607.2mm，所以F锁 = 80*5607.2=448.6KN ≤ 1280KN。
所以该注射机能满足制品成型的要求，适用于本次注塑模具设计。
3．4 采用设计方法的选择
随着塑料工业的飞速发展，注塑模传统的手工设计与制造已无法适应当前的形势。近二十年来的实践表明，缩短模具设计与制造时间、提高塑料制件精度与性能的正确途径之一是采用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）和计算机辅助制造（CAM）。20世纪80年代以来，注塑模CAD/CAE/CAM技术的发展和推广日益广泛。注塑模CAD/CAE/CAM的重点在于塑料制件的三维造型、模具结构设计、图形绘制和数控加工数据的生成。
因此，采用了CAD/CAE/CAM技术进行模具设计，涉及到的软件主要有AutoCAD和PRO/E。其中，AutoCAD主要用于二维图的绘制，而PRO/E则用途广泛，主要用于对产品进行三维造型﹑利用其中的模具模块进行模具型腔的开模设计，以及模架的装配。此外，使用PRO/E软件还可以将三维图形转化为二维图形，为二维图的绘制提供了很大的方便。
4 模具工艺方案
4．1 型腔数目的确定及分型面选择
4.1.1 型腔数目的确定
型腔数量确定的规准与注射机的最大注射量、锁模力、模板尺寸等参数有关，实际确定应根据制件的几何形状及尺寸、质量要求、所选注射机能力、模具制造成本等因素综合考虑。型腔数目的确定是从锁模力的计算达标及经济性方面作为主要考虑对象的，在注塑机的选择中，算得一模一腔的锁模力为448.6KN，而注塑机的锁模力为1280KN，由于塑件侧向分型的抽芯机构分布在五个不同的方向，考虑到一模多腔可能会造成抽芯时的干涉以及抽芯机构和浇口的干涉，为保证塑件成型，采用一模一腔较为合理。
4.1.2 分型面的选择
由于该产品的的分型面属于空间曲面，一般的分型面分型方法难以成功开模，所以采用体积块分型法进行分型，这样便于开模
设计中小型模具已成为许多院校毕业设计的首选，对学生将来从事模具行业有重要意义，提高了设计专业人才的水平，同时对国家经济发展也有着巨大影响。
本毕业设计通过对洗衣机把手的工艺分析，设计了一副一模一腔的注塑模具，设计过程包括各个成型零件尺寸的计算，注塑机的选择和对其进行校核，以及确定浇注系统、推出机构、导向机构、分型机构、排气系统、冷却系统的计算等等，选择了重要零件的制造材料。最后画出一套总装配图和各零件的二维图纸。
关键词 中小型模具，注射模，洗衣机把手，工艺参数
1 引言 1
2 产品结构性能及工艺分析 1
2.1 产品结构性能简介 2
2.2 产品材料工艺分析 3
3 拟定设计方案及设计步骤 3
3.1 设计目标 3
3.2 成型工艺方案 3
3.3 注射成型机的选择 4
3.4 采用设计方法的选择 5
4 模具工艺方案 5
4.1 型腔数目的确定及分型面的选择 5
4.2 确定浇注系统 6
4.3 成型零件的设计 7
4.4 合模导向机构 16
4.5 斜导柱侧向抽芯机构 16
4.6 斜顶侧向抽芯机构 18
4.7 脱模顶出机构及复位装置19
4.8 温度调节系统 21
4.9 排气系统 23
5 标准模架的选择和注射机的校核 23
5.1 选择标准模架 23
5.2 注射机的校核 23
6 模具材料的选择 24
6.1 模具材料的选择 24
7 模具的三维造型 27
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
1 引言
这次课题研究的是滚筒洗衣机机门拉手成型模具设计，采用的注射成型方法。随着塑料工业的飞速发展和通用工程塑料在强度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，塑料产品的用量也正在上升。据了解，我国塑料制品2012年的产量接近6000万吨，而且还在持续增长得过程中，由此可见内需对我国塑料模具行业的发展有着巨大的推动力。注射成型是塑料制品成型加工中最常用的成型方法，该成型方法所加工的塑料约占全部塑料的35%，其技术成熟、设备齐全、生产效率极高，几乎适用于所有的热塑性塑料，也可用于成型某些热固性塑料和橡胶，此外还扩展到了陶瓷加工和粉末冶金等领域，产品形式多样，用途十分广泛。
另外受国家多种政策的影响和市场空间的持续拓展，家电、汽车、包装等行业近年来的发展势头十分迅猛，不仅在产能方面有了很大的发展，而且在这些产业的高端方面也有着长足的进步，据统计汽车制造工艺中的90%以上要使用模具，塑料制品的90%以上要由模具成型，家电产业的众多塑料部件也需要由模具成型，罗百辉认为，这些内在的需求正持续推动着我国模具行业的发展。
随着消费市场的多样化需求，模具更是时尚前卫技术的载体，其精度、表面质量是实现消费品品质的关键;2012年中国模具销售额同比增长11%左右，中国模具生产能力(产值)已接近2000亿人民币;2012年中国模具进出口总额62亿美元，同比增长了18.6%，出口模具总额37.3亿美元，同比增长25%，进口模具总额25亿美元，同比增长11%，2013年上半年中国模具进出口总额32亿美元，同比增长了11.5%，出口模具总额19.7亿美元，同比增长16%，进口模具总额12.2亿美元，同比增长4.9%，市场需求持续增长，行业稳健发展。2013年中国模具行业用于增加固定资产的投资多达数百亿元人民币，在精密加工设备采购的同时，成形设备的投资占了很大比重。
《中国模具工业“十二五”规划》（以下简称“《规划》”）出台，为中国模具工业未来五年的发展制定了明确的发展目标和战略定位。《规划》指出，2015年中国模具工业总销售额1740亿元，其中出口模具达到40亿美元。
我选择的题目是滚筒洗衣机机门拉手成型模具设计，市场需求量一般。由于滚筒洗衣机机门拉手属于洗衣机的配件，属于日常生活用品，因此对塑件材料的质量要求较高。
2 产品结构性能及工艺分析
2．1 产品结构性能简介
本次毕业设计课题为“滚筒洗衣机机门拉手成型模具设计”，其三维造型如下图
图2-1 滚筒洗衣机机门拉手正面三维图
(a) (b)
图2-2 滚筒洗衣机机门拉手侧面三维图
该滚筒洗衣机机门拉手外形结构比较复杂，它是吻合于门体外边缘相应位置圆周面的一段圆弧板，与手指相接触的把手表面设置为与手指接触面相吻合的凹面。由下端圆环部分和上部不规则曲面体连接组成，下端圆环部分侧面的两个圆孔和上面的不规则曲面体是设计的难点，底部圆环半径分别为225.74mm和192.64mm,厚度为3.8mm，与门体外边缘相配合，精度要求较高，上面不规则曲面体为样条曲线和圆弧连接拉伸生成，精度要求不高，圆弧半径分别为为23mm和24mm,壁厚为1mm，。为提高强度内部设置8根加强筋，尺寸精度要求不高，中部的侧孔外轮廓尺寸最长边为24.2mm，内轮廓与之对应的边尺寸为14.76mm。该塑件共有五处需要抽芯，其中三处决定采用滑块与斜导柱配合的侧向抽芯机构，滑块部分采用组合式的。另外两处采用斜顶抽芯。
2．2 产品材料工艺分析
根据对塑件的主要用途、基本性能及经济性进行分析，该塑件采用丙烯腈丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS）材料。具体型号为HAC8265FR/锦湖日丽，该材料具有三种单体所赋予的优点：具有较好的冲击韧性，且在低温下不迅速下降；具有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工；拥有良好的耐寒性，耐化学试剂性和耐候性，属于无定形聚合物，熔融温度低，流动性好，易于充模。ABS/HAC8265FR/锦湖日丽具体性能如表1。
表1
ABS/HAC8265FR/锦湖日丽
生产企业 锦湖日丽
用途 家用电器电子阻燃高耐热结构件，洗衣机机架等
原料技术数据
性能项目 测试数据 数据单位
收缩率 0.5~0.7/23℃
物理性能 比重 ASTM D792 1.19 23/23℃
熔体流动速率 230℃×10kg ASTM D1238 20 g/10min
机械性能 洛氏硬度 ASTM D-785 114 R
弯曲强度 ASTM D-790 750 kg/cm2
引张强度 ASTM D-638 6240 lb/in2
弯曲弹性率 ASTM D-790 2.5×104 kg/cm2
维卡软化点 ASTM D-1525 264 ℉
热变形温度 ASTM D-648 112(248) ℃
3 设计方案及设计步骤
3．1 设计目标
该塑料制件在机构中应用广泛，是长期占据市场的商品，为大批制造生产品，质量为41.9g，年产量为20万件，模具预计寿命为50万件，塑件精度为MT3。
3．2 成型工艺方案
根据ABS塑料的抗冲击韧性和易于塑性成型，采用注塑成型，注塑机拟选用JN128E型，本设计预备采用注射成型方法,有以下特点：成型周期短，能一次成型复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件；对成型各种塑料的适应性强。注塑成型是热塑性塑料成型的一种方法，几乎所有热塑性塑料都可以用这种方法成型，某些热固性塑料也可以用注塑模成型。所以根据制件的材料选择该产品的加工方法为注塑成型，对此要选择合适的注射机来实现该产品的制造。
3．3 注射成型机的选择
注塑机是塑料注塑成型所用的主要设备。注塑成型有两个方面需要去进行校核：一是校核模具的所需要的锁模力是否在注塑机的允许范围之内；二是模具的开模行程和模具的最大闭合高度，以下为校核数据。
根据计算，选用卧式注射机JN128E，主要技术参数如表4。
表4JN128E注塑机参数表
螺杆（柱塞）直径 mm 36
注射容量 g 172
注射压力 105Pa 185
锁模力 10KN 1280
最大模具厚度 mm 380
最小模具厚度 mm 145
开模行程 mm 350
喷嘴球半径 mm 35
喷嘴孔直径 mm 3.5
定位孔直径 mm 1000+0.054
下面从注射量、注射压力和锁模力三个方面对该注塑机进行校核，以检验其是否能满足制品成型的要求。
1. 注射量的校核：注射量是注射机每次注射塑料的最大体积或质量。一般选择注射机，塑料及凝料的总重量应在注塑机注射量的20%~80%，注塑机才能最有效的被使用，即
本塑件的质量为41.9g，浇注系统凝料质量约为7g，拟采用一模一腔，所以m =41.9+ 7= 48.9g，在34.4g~137.6g之间，注塑机的注射量满足要求，所以该注塑机能满足制品成型的要求。
2. 注射压力与锁模力的校核：当高压的熔料进入并充满型腔时，将产生一个很大的压力，迫使模具分开，所以必须在模具上加一个锁模力。
型腔内熔料的压力：
p = 80%p注
式中 p注——塑料的注射压力，可从资料中查得。
从资料中查得p注＝60～100MPa，所以p = 80%×100 =80MPa ≤ 186 MPa。
锁模力 F锁 ：
F锁≥ F = pA
中 F——总作用力；
A——塑件、浇注系统在分型面上的投影面积。
本塑件在分型面上的最大投影面积为5607.2mm，所以F锁 = 80*5607.2=448.6KN ≤ 1280KN。
所以该注射机能满足制品成型的要求，适用于本次注塑模具设计。
3．4 采用设计方法的选择
随着塑料工业的飞速发展，注塑模传统的手工设计与制造已无法适应当前的形势。近二十年来的实践表明，缩短模具设计与制造时间、提高塑料制件精度与性能的正确途径之一是采用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）和计算机辅助制造（CAM）。20世纪80年代以来，注塑模CAD/CAE/CAM技术的发展和推广日益广泛。注塑模CAD/CAE/CAM的重点在于塑料制件的三维造型、模具结构设计、图形绘制和数控加工数据的生成。
因此，采用了CAD/CAE/CAM技术进行模具设计，涉及到的软件主要有AutoCAD和PRO/E。其中，AutoCAD主要用于二维图的绘制，而PRO/E则用途广泛，主要用于对产品进行三维造型﹑利用其中的模具模块进行模具型腔的开模设计，以及模架的装配。此外，使用PRO/E软件还可以将三维图形转化为二维图形，为二维图的绘制提供了很大的方便。
4 模具工艺方案
4．1 型腔数目的确定及分型面选择
4.1.1 型腔数目的确定
型腔数量确定的规准与注射机的最大注射量、锁模力、模板尺寸等参数有关，实际确定应根据制件的几何形状及尺寸、质量要求、所选注射机能力、模具制造成本等因素综合考虑。型腔数目的确定是从锁模力的计算达标及经济性方面作为主要考虑对象的，在注塑机的选择中，算得一模一腔的锁模力为448.6KN，而注塑机的锁模力为1280KN，由于塑件侧向分型的抽芯机构分布在五个不同的方向，考虑到一模多腔可能会造成抽芯时的干涉以及抽芯机构和浇口的干涉，为保证塑件成型，采用一模一腔较为合理。
4.1.2 分型面的选择
由于该产品的的分型面属于空间曲面，一般的分型面分型方法难以成功开模，所以采用体积块分型法进行分型，这样便于开模
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