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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用。塑料模具，成為時下模具品種之“關鍵詞”。近年來,我國塑料模具業(yè)發(fā)展相當快，目前，塑料模具在整個模具行業(yè)中約占30%左右。當前，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)人士普遍認為，大型、精密、設計合理（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)進入一切工業(yè)部門及人民日常生活的各個領域。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，能達到綜合訓練自己設計水平的目的，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)品的設計，可以結(jié)合自己對產(chǎn)品使用性能的一些需求來改進產(chǎn)品的設計方案，使產(chǎn)品模具設計更具實際意義。 1.2國內(nèi)外發(fā)展狀況 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)代化的重要標志之一。目前發(fā)達國家乘用車空調(diào)安裝率已達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注的焦點，也成為影響汽車工業(yè)發(fā)展的關鍵因素。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，如何更深入地認識塑料模具的發(fā)展狀況并把握其市場走向，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)較為復雜。設計要求大批量生產(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，成型加工前應進行干燥處理；ABS易產(chǎn)生熔接痕，模具設計時應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，確保凹模滑塊4的定位鎖緊。定模板和滑塊上都開設了冷卻水道，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)澆口開設在垂直分型面II—II上，并由凸翼腔底進料。開模時，I—I分型面分型，斜導柱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，必須設置分流道，用潛伏式澆口形式從零件內(nèi)部進料，利用分型面間隙排氣。 3.4.2 主流道設計 根據(jù)《塑料模具設計手冊》初步得XS－Z－60型注射機噴嘴的有關尺寸： 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 分流道設計 1、分流道的形狀和尺寸 分流道的形狀和尺寸應根據(jù)塑件的體積、壁厚、形狀的復雜程度、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 模具設計的有關計算 4.1型芯和型腔工作尺寸的計算 查塑料模設計手冊可得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 斜導柱等側(cè)抽芯有關計算 4.3.1 斜導柱的設計 斜導柱的傾斜角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計》，取Fw=10KN 得d=16mm 4.3.2 斜導柱的計算 在斜導柱的設計中斜導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斜導柱 其強度校核： F彎=F抽/cosα其中：F彎—斜導柱所受的彎曲力（N），F(xiàn)抽—抽拔力（N），α —斜導柱的斜角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，對準好倒套孔和澆口套孔，把倒套和澆口套敲進去，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，在型芯放進去，再放入型芯拼塊和四個倒柱。放上動模板，對準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，把定模倒套對準倒柱放進去。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。我們大學生對于塑料工業(yè)的認識還是很膚淺的，但是通過這次塑料模具畢業(yè)設計，讓我們更多的了解有關塑料模具設計的基本知識，更進一步掌握了一些關于塑料模具設計的步驟和方法，對塑料模有了一個更高的認識。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。 在此次設計中，主要用到所學的注射模設計，以及機械設計等方面的知識。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參數(shù)的校核、模具的結(jié)構(gòu)設計、注射模具設計的有關計算、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)設計，側(cè)面分型及抽芯機構(gòu)的設計，推出機構(gòu)的設計，拉料桿的形式選擇，排氣方式設計等。通過本次畢業(yè)設計，使我更加了解模具設計的含義，以及懂得如何查閱相關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。 致 謝 在這幾個月的畢業(yè)設計過程中，首先感謝劉萬福老師的精心指導，劉老師給我提出了許多寶貴的意見，從課題選擇、設計框架、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、認真的研究精神和嚴謹?shù)慕虒W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，在設計過程中資料的收集、軟件的應用、文字的處理等方面，得到了很多同學、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計內(nèi)容，并根據(jù)所設計的內(nèi)容給提出相關的專業(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識，為我整個畢業(yè)設計畫上圓滿的句號。 最后，我還要感謝大學四年來所有的老師，他們淵博的學術(shù)知識、認真的教學態(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業(yè)的完成提供了良好的環(huán)境。 參考文獻 [1] 翁其金主編，《塑料模塑成型技術(shù)》，機械工業(yè)出版社，2000.11. 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