〔大学论文〕CPU风扇后盖的注塑模具设计（含word文档） .pdf

毕业设计(论文) cpu 风扇后盖注塑模设计 the design of cpu fan cover injection mold 学 生 姓 名 学 院 名 称 专 业 名 称 指 导 教 师 20*年5 月27 日 摘要 本设计是 cpu 风扇后盖的注塑模具设计，在结合了传统的机械设计后把 cad/cam 技术应用在注塑模具的设计上，在 cad 系统实行了模型和注塑模具的设计。 本文介绍了我国当前模具技术的发展状况以及 cad/cam 在模具上的应用，其中包括 autocad，pro-e。而主要的机械部分设计，其内容包括塑料注塑模具的工作原理及应 用，设计准则。塑料注塑模的设计计算，包括模具结构设计，注塑机的选用，浇注系统的 设计，动、定模，浇注系统，脱模机构，顶出机构，冷却系统等设计等方面。如此设计出 的结构可确保模具工作运行可靠。 关键词关键词 cad；模具；注塑模具； abstractabstractabstractabstract it is to design the cpu electric fan back cover injection mould, references to the traditional mechanical design, focus on the cad/cam application in the plastic mould design, that is to say to apply the cad system in model and plastic injection mould design. this artic introduces the mould technology and the cad/cam application of mould in china nowadays. including autocad，pro-e. while main mechanical designs content the principle and application of the plastic mould, design standards. the calculation of the plastic mould design concerns about the mould construction design, choosing injection molding machine, injection system ,the move mould, immobility mould, the irrigating system, the doffing mould organ, the goring organ, the cooling systems design and so on. the structure designed in such way can ensure the reliable running of the mould. keywordskeywordskeywordskeywordscadmodelplastic injection mould 目目目目录录录录 摘要.i abstractabstractabstractabstract.ii 1 绪论.1 1.1 塑料模具简介.1 1.2 我国塑料模具工业发展现状1 1.3 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向2 1.3.1 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例.2 1.3.2 推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术.2 1.4 塑料模设计的一般步骤2 1.4.1 拟定制品成型工艺.2 1.4.2 拟定模具机构方案.3 2 拟定模具结构型式5 2.1 塑件成型工艺性分析.5 2.2 塑件的工艺性分析.6 2.2.1 塑件材料的选择6 2.2.2 塑件的壁厚.8 2.2.3 塑件的表面质量.8 2.2.4 塑件的精度等级.9 2.2.5 塑件的脱模斜度.9 2.3 abs 塑件的注射工艺.10 2.4 确定成型方法11 2.5 拟定制品成型工艺参数11 3 拟定模具结构方案.12 3.1 初步确定注射机12 3.1.1 计算塑件的体积和质量.12 3.1.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面上的投影面积及所需锁模力的计算.12 3.1.3 根据注射量和锁模力的值，选用 sz200/120 卧式注射机.12 3.1.4 注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数 n13 3.2 选择制品的分型面13 3.3 型腔数目的确定14 3.4 型腔排列形式的确定15 4 成型零件的设计.16 4.1 凹模的结构设计16 4.1.1 整体式凹模.16 4.1.2 组合式凹模.16 4.2 凸模的结构设计16 4.3 成型零件钢材的选用16 4.4 成型零件工作尺寸的计算16 4.5 成型零件强度及支承板厚度计算18 5 浇注系统的设计.20 5.1 主流道的设计.20 5.2 主流道衬套形式20 5.3 分流道设计.21 5.3.1 分流道布置形式.23 5.3.2 分流道尺寸.23 5.3.3 分流道凝料体积.24 5.3.4 分流道剪切速率校核.24 5.3.5 分流道的表面粗糙度.24 5.4 浇口的设计.24 5.4.1 浇口形状、尺寸的确定.24 5.4.2 冷料穴的设计.25 6 导向机构的设计.26 6.1 导向机构的形式26 6.1.1 导柱导向机构.26 6.1.2 精定位装置.26 7 脱模机构的设计.28 7.1 脱模机构的组成28 7.2 脱模机构的分类28 7.3 脱模机构的设计原则.29 7.4 脱模力的计算.30 8 模架的确定.31 9 注射模温度调节系统32 9.1 温度调节对塑件质量的影响.32 9.2 冷却系统的设计原则.32 9.3 冷却时间的确定.33 9.4 冷却系统的结构形式.33 9.5 冷却系统的计算.33 10 排气系统的设计35 11 模具材料的选用.36 11.1 模具材料选用原则36 11.2 注塑模具常用材料36 11.3 各种零件的选材37 结论.39 致谢.40 参 考 文 献.41 1 绪论 1.1 塑料模具简介 模具行业是制造业重要的组成部分，也是国民经济的基础工业，受到政府和企业界的 高度重视，具有广阔的前景。塑料模具是当今工业生产中利用特定的形状，通过一定的方 式来成型塑料制品的工艺装备或工具，它属于型腔模的范畴。按制品所采用的原料不同， 成型方法不同，一般将模具分为塑料模具、金属冲压模具、金属压铸模具、橡胶模具和玻 璃模具等。因人们日常生活所用的制品和各种机械零件在成型中多数是通过模具来制成 品，所以模具制造业已成为一个大行业。在高分子材料加工领域中，用于塑料制品成形的 模具称之为塑料成形模具，简称塑料模。塑料模优化设计，是当代高分子材料加工领域中 的重大课题。 通常情况下， 塑料制品质量的优劣及生产效率的高低， 其模具的因素约占80%。 然而模具的质量好坏又直接与模具的设计与制造有很大关系。随着国民经济领域的各部门 对塑件的品种和产量需求越来越大、产品更新愈来愈快、用户对塑件的要求愈来愈高，因 而对模具设计与制造的周期和质量提出了更高的要求，这就促使塑料模具设计与制造技术 不断向前发展，从而推动了塑料工业以及机械加工工业的高速发展。 模具的设计是模具制造过程中的关键部分，通过合理的设计制造出来的模具不仅能顺 利地成型高质量的塑件，还能简化模具加工过程和实施塑件的高效率生产，从而达到降低 生产成本和提高附加价值的目的。 1.2 我国塑料模具工业发展现状 模具制造是国家经济建设中的一项重要产业，振兴和发展模具工业，日益受到世界各 国的重视和关注。80 年代以来，在国家产业政策与之配套的一系列国家经济政策的支持和 引导下， 我国模具工业发展迅速， 年均增速均为 13%， 1999 年我国模具工业产值为 245 亿， 至 2000 年我国模具总产值预计为 260-270 亿元， 其中塑料模在模具总量中的比例还将逐步 提高。 模具工业是技术成果转化的基础模具工业是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等在欧美等 工业发达国家被称为工业发达国家被称为“点铁成金点铁成金”的的“磁力工业磁力工业” 。我国塑料模具工业起步到现在，历经。我国塑料模具工业起步到现在，历经 半个多世纪，有了很大的发展，模具水平有了较大的提高。在大型模具方面已能生产半个多世纪，有了很大的发展，模具水平有了较大的提高。在大型模具方面已能生产 4 48 8 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg6.5kg 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体 仪表板等塑料模具仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮多型腔小模数齿轮 模具及塑封模具模具及塑封模具。在模具方面在模具方面，我国模具总量虽已位居世界第三我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上但设计制造水平总体上 比德比德、美美、日日、法法、意等发达国家落后许多意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。 。 在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的 1/31/51/31/5，工业发达国家将模，工业发达国家将模 具向我国转移的趋势进一步明朗化具向我国转移的趋势进一步明朗化。注塑模型腔制造精度可达。注塑模型腔制造精度可达 0.02-0.05mm0.02-0.05mm，表面粗糙，表面粗糙度度 大 纲 级 别 1 级， 小 二 号 黑体，居 中 ， 125 倍 行 段 前0.5 行，段后 0 ra0.2ra0.2， 模具质量模具质量、 寿命明显提高了寿命明显提高了， 非淬火钢模寿命可达非淬火钢模寿命可达 10-3010-30 万次万次， 淬火钢模达淬火钢模达 50-1050-100 0 万次万次，交货期较以前缩短交货期较以前缩短。成型工艺方面成型工艺方面，多材质塑料成型模多材质塑料成型模、高效多色注射模高效多色注射模、镶件互镶件互 换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更气体辅助注射成型技术的使用更 趋成熟趋成熟。 1.3 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向 1.3.11.3.11.3.11.3.1 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例 这是由于塑料模成型制品的日益大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而 发展的一模多腔所决定。在塑料模设计制造中全面推广应用 cad/cam/cae 技术。cad/cam 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 cad/cam 技术的硬件与软件价格已 降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件；基于网络的 cad/cam/cae 一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型 cad/cam 系统无法满足实际 生产过程分工协作要求的问题；cad/cam 软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具 的 3d 设计与成型过程的 3d 分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 1.3.21.3.21.3.21.3.2 推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术 采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材 料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家 标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在 保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气 体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且其常用于 较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件， 显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以 及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。 1.3.3 提高塑料模标准化水平和标准件的使用率 我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约 着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力 推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产、 提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种。 1.4 塑料模设计的一般步骤 为了设计出合理且精度较高的模具，应严格按照设计程序来进行，塑料模具设计的一 般步骤如下： 1.4.11.4.11.4.11.4.1 拟定制品成型工艺拟定制品成型工艺拟定制品成型工艺拟定制品成型工艺 (1) 塑料制品分析 消化制品图：通过了解其用途以及对制品的工艺性，尺寸精度等技术要求；对于形 状比较复杂和精度要求较高的制品，还必须了解该制品的外观及装配要求；根据制品的结 构，预计会有哪些缺陷（如熔接痕、缩孔、裂纹等）产生，是否要对制品图纸提出修改意 见。 制品材料的选择：根据制品图的形状、大小及使用要求。 计算制品的质量、体积及制品的正面投影面积。 确定制品的成型方法（对热塑性塑料指定采用注射成型） 拟定制品成型工艺参数 根据制品结构特点及选定的原材料种类，选定如下成型工艺参数：料筒温度、喷嘴温 度、模具温度、注射压力、注射时间、保压时间、冷却时间以及总的生产周期。 1.4.21.4.21.4.21.4.2 拟定模具机构方案拟定模具机构方案拟定模具机构方案拟定模具机构方案 选择分型面 分型面的形式和位置应有利于模具加工、排气、脱模、塑件的表面质量及工艺操作。 型腔布置 根据塑件的形状大小、结构特点、尺寸精度、批量大小以及模具的制造的难易、成本 高低等确定型腔数目与排列方式。 确定浇注系统：包括主流道、分流道、冷料穴、浇口的形状、大小和位置，同时 应注意浇注系统的平衡问题， 溢料、排气系统的设计：根据制品的形状与浇注系统的特点，决定是否增设溢流 槽和排气槽及其位置。 选择脱模方式：考虑开模、分、型的方法与顺序，确定推出机构（包括拉料杆、 推杆、推管、推板）的形式以及合模导向与复位机构的设置，同时计算出脱模行程、脱模 力以及各推出机构的尺寸大小等。 侧抽芯机构的设计 当塑件存在侧向凸、凹及侧孔时，需要考虑增设侧向抽芯机构。此时必须选择机构类 型，计算抽芯力和抽芯距离，同时还要确定各抽芯机构的数量和尺寸大小。 模具主要零件的结构设计 考虑成型与安装的需要以及制造与装配的可能，根据所选的材料，通过理论计算确定 定模座板、定模板、动模座板、动模板、支承板、垫块、推板和推杆固定板等的外形尺寸， 并在此基础上选标准模架；同时还确定导柱、导套、滑块等的结构尺寸；用相应的公式计 算型腔与型芯的尺寸并确定其公差；此时还要确定各类零件的安装、固定、定位的方法及 相应尺寸。 模具调温系统的设置 主要通过计算方法确定模具冷却系统管道的形状、位置、数量及尺寸。 2 拟定模具结构型式 2.1 塑件成型工艺性分析 该塑件是一 cpu 风扇底座，如图 1 所示。根据制品的特点及经济方面的考虑，材料选 择为 abs： 图 11零件三维立体图 化学名称：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 英文名称：acrylonitrile butadiene styrene 比重：1.02 克/立方厘米 成型收缩率：0.4-0.7% 成型温度：200-240 干燥条件：80-90 2 小时 熔点：130-160 热变形温度：90-108 (0.46mpa)83-103 (0.185mpa) 抗拉屈服强度：50mpa 拉伸弹性模量：1.8 3 10 map 抗弯强度：80mpa 冲击强度：261 2 .kj m（无缺口） 11 2 .kj m（缺口） 硬度：9.7hb 体积电阻系数： 16 6.9 10.cm 击穿强度：15.7-19.7 1 .kv mm 特点：1.综合性能好，冲击强度高，化学稳定性和电性能良好； 2.有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别； 3.流动性比 hips 差一点，比 pmma、pc 等好，柔韧性好。 成型特性： 1.定形料，流动性中等，吸湿大，必须干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥 80-90 度，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 度）对精度较高的塑件， 模具温度宜取 50-60 度，对高光泽、耐热塑件，模具温度宜取 60-80 度； 3.要解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变水位等方法； 4.如成形耐热级或阻燃级材料，生产 3-7 天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具 表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。 2.2 塑件的工艺性分析 2.2.12.2.12.2.12.2.1 塑件材料的选择塑件材料的选择塑件材料的选择塑件材料的选择 塑件的材料要在保证产品的使用性能、物理性能、力学性能、耐腐蚀性能和耐热性能 的前提下，尽量选用价廉且成型性能又好的塑料。该产品用于承载物品，要求有较好的力 学性能，有较大的强度和刚性，屈服强度高，弯曲疲劳寿命要高；有稳定的化学性能，对 接触物（水、洗化用品）有很好的耐腐蚀性，卫生程度较高，日常使用时无毒安全，成型 工艺性较好，所选的塑料流动性好，易于成型，有较高的表面光泽；市场价格尽量低，产 品有较大的利润空间和市场竞争力，几种常用塑料相关资料见表 2-1。abs 常用作电器外 壳，机械强度较高，但是耐热性差，洗浴时的较高温度会使该材料产生较大变形。pa 化 学稳定性较差，注射成型时熔融温度范围窄，热稳定性差，温度控制较复杂。pc 价格昂 贵 ，成本太高，化学稳定性差，不耐碱、酮、脂等，成型工艺较复杂，常用来制造光学 零件。pp价格低廉，化学稳定性好，机械强度较高，成型工艺性较好，主要用来制造日用 品。通过以上分析可以看出，pp 是制造塑料置物架的最佳材料。 abs 塑料的相关参数见 表 2-2。 表2-1 几种常用塑料相关资料 塑件品种结构特点使用温度化学稳定性性能特点成型特点主要用途 abs 线型结构 非结晶型 小于 70 较好 机械强度较 好，有一定 的耐磨性。 但耐热性较 差，吸水性 较差 成型性能 好,成型前 原料要干燥 应用广 泛，如电 器外壳、 汽车仪表 盘、日用 品等 聚酰胺(尼 龙) 线型结构结 晶型 小于 70 (尼龙6) 较好,不耐 强酸和氧化 剂,能溶于 甲酚,苯酚, 浓硫酸等 抗拉强度, 印度,耐磨 性,自润滑 性突出,吸 水性强 熔点高,熔 融温度范围 较窄,成型 前原料要干 燥.熔体黏 度低,要防 止溢料,制 品易产生变 形等特点 耐磨零件及 传动件,如 齿轮,凸轮 等,电气零 件中的骨架 外壳,阀类 零件,单丝, 薄膜,日用 品等 聚碳酸酯 (pc) 线型结构非 结晶型 小于 130 耐寒性好, 脆化温度 -100 有一定的化 学稳定性, 不耐碱,酮, 酯等 透光率较 高,介电性 能好,吸水 性小,力学 性能好,抗 冲击,抗蠕 变性能突 出,但耐磨 性较差 熔融温度 高,熔体粘 度大,成型 前原料需干 燥,粘度对 温度敏感, 制品要进行 后处理 在机械上用 作齿轮,凸 轮,蜗轮,滑 轮等,电机 电子产品零 件,光学零 件等 聚丙烯(pp) 线型结构结 晶型 10-120较好 耐寒性差, 光养作用下 易降解老 化,力学性 能比聚乙烯 好 成型时收缩 率大,成型 性能较好, 易产生变形 等缺陷 板,片,透明 薄膜,绳,绝 缘零件,汽 车零件,阀 门配件,日 用品等 表 2-2 abs 塑料相关参数 性能项目试验条件测试标准测试数据数据单位 基本性能熔体流动速率23,2.16kgastm d-123830 g/10min 密度- astm d-1505 0.9g/cm 3 机械性能 拉伸屈服强度50mm/minastm d-638270kg/ cm 2 弯曲模量-astm d-7906000mpa 洛氏硬度-astm d-785100r 标尺 弯曲强度-gb 934150mpa 热性能维卡软化点1kgfastm d-1525152 热变形温度4.6kg/ cm 2 astm d-648105 2.2.2.2.2 2 2 2. . . .2 2 2 2 塑件的壁厚塑件的壁厚塑件的壁厚塑件的壁厚 塑件的壁厚对其质量有很大的影响，壁厚过小不能满足使用强度和刚度的要求，而本 产品对强度和刚度的要求较高。壁厚太大则浪费原材料，在大批量生产时造成生产成本提 高，利润空间降低；注射成型时则易造成塑件内部产生气穴，外部产生凹陷；冷却时需要 更长的冷却时间，增加了冷却系统设计和加工的难度。从以上诸方面考虑，应在满足使用 的前提下对塑件进行最大限度的薄壁化。同一塑件的壁厚应当尽可能一致，塑件壁厚不同 将导致收缩不同，最终导致变形或开裂。 pp 塑料最小壁厚及推荐壁厚见表 2-5。 表 2-5 pp 塑料最小壁厚及推荐壁厚 塑件材料最小壁厚小型零件推荐壁厚中型零件推荐壁厚大型零件推荐壁厚 pp0.851.451.752.403.20 本产品属于中型塑件，推荐壁厚为 1.75mm，但是考虑到塑件的力学要求，应使用较 大壁厚，这里取壁厚为 2mm。 2.2.2.2.2 2 2 2. . . .3 3 3 3 塑件的表面质量塑件的表面质量塑件的表面质量塑件的表面质量 塑件的表面粗糙度和外观质量决定了塑件的表面质量。使用注射成型时几种常用材料 所能达到的塑件表面粗糙度见表 2-3。一般来说，原材料的质量、成型工艺和模具表面粗 糙度都会影响到塑件的表面粗糙度，尤其是以型腔壁的表面粗糙度影响最大。因此，模具 的型腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素。产品的外观面应有很好的光泽度且 非常光滑，对表面粗糙度要求较高，应不大于 1.60，产品的内表面与使用无关且不影响 外观，对表面粗糙度无太高要求，为了降低模具制造成本 ，凸模成型表面的粗糙度设计 为 3.20。pp 材料通过注射成型所能达到的表面粗糙度范围是0.101.60，满足cpu风扇后 盖的表面粗糙度要求。 2.2.2.2.2 2 2 2. . . .4 4 4 4 塑件的精度等级塑件的精度等级塑件的精度等级塑件的精度等级 影响塑件精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨损程度，塑料收缩率的波 动，成型工艺条件的变化等。在一般生产过程中，为了降低模具的加工难度和模具的生产 成本，在满足塑料使用要求的前提下将尽可能地把塑件尺寸精度设计得低一些。目前我国 颁布了工程塑料模塑塑料件尺寸公差的国家标准 gb/t14486-1993。该标准将塑件分成 7 个精度等级， mt1 的精度要求最高，一般不采用。pp 材料模塑件公差等级见表2-4 表 2-4。根据此表和塑件的设计使用要求，塑件的精度选用 mt3。 材料代号模具塑料 公差等级 标注公差尺寸 未注公差尺寸 高精度一般精度 pp聚丙烯 mt3mt4mt6 mt2mt3mt6 mt2mt3mt5 2.2.2.2.2 2 2 2. . . .5 5 5 5 塑件的脱模斜度塑件的脱模斜度塑件的脱模斜度塑件的脱模斜度 塑件冷却后产生收缩时会紧紧包在凸模上，或由于粘附作用紧贴在型腔内。为了便于 脱模，防止塑件表面在脱模时出现顶白、顶伤、划伤等，在塑件设计时应使其表面有合理 的脱模斜度。脱模斜度的选择要遵循以下原则： （1）塑件精度要求高时，应采用较小的脱模斜度。 （2）较高较大的塑件尺寸，应选用较小的脱模斜度。 （3）形状复杂的、不易脱模的，应选用较大的脱模斜度。 （4）塑件的收缩率大的应选用较大的脱模斜度值。 （5）塑件壁较厚时，会使成型收缩增大，脱模斜度应采用较大数值。 常用塑料的脱模斜度见表 2-6。由于 pp 塑料的收缩率很大，所以应选择较大的脱模 斜度，选择脱模斜度为3 。 表 2-6 常用塑件的脱模斜度 塑料名称脱模斜度 型腔型芯 pe pppa25452045 hpvc35403050 psabspom351/303040 热固性塑件25402050 2.3 abs 塑件的注射工艺 abs塑件的注塑工艺参数如下表2-7 表2-7 abs塑件的注塑工艺参数 预烘干不需要,如贮藏条件不好,在80下烘干1小时 温度 喂料区温度/3050 料筒/ 后段160180 中段18002000 前段200230 喷嘴/220300 熔料/ 220280 模具/ 4080 压力 注射/mpa70120 保压/mpa5060 背压/mpa520 时间注射/s15 保压/s2050 冷却/s2050 成型周期/s40120 螺杆转速/3060 2.4 确定成型方法 abs 属于热塑性塑料，对热塑性塑料指定采用注射成型。 塑料注射成型工艺的最大特点是复制，能够复制出所需的任意数量的直接使用或稍作 处理即可使用的制品，是一种适宜大批量生产的工艺。 2.5 拟定制品成型工艺参数 注射机类型：螺杆式 预热与干燥：温度 8085 时间 23h 料筒温度：后段 150170 中段 165180 前段 180200 喷嘴温度：170180 模具温度：5080 注射压力：60100mpa 成型时间：注射时间 2090s 高压时间 05s 冷却时间 20120s 总周期 50220s 螺杆转速：30 后处理：方法 红外线灯、烘箱 温度 70时间 24h 3 拟定模具结构方案 理想的模具结构应能发挥成型设备的能力，最大限度的满足塑件的工艺技术要求（如 几何形状、尺寸精度、表面粗糙度等）和生产经济要求（成本低、效率高、使用寿命长、 节省劳动力等） 。 3.1 初步确定注射机 3 3 3 3. . . .1 1 1 1.1.1.1.1 计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量计算塑件的体积和质量 通过pro/e建模分析，塑件质量m1为15.53g； 根据设计手册查得abs的密度为1.10g/cm 3，故单个塑件体积为： 1 v= 1 m/=15.53/1.10=14.12 3 cm。 流道凝料质量 2 m还是未知数，可按塑件质量的0.6倍来计算。因为是一模四腔，故 注射质量： m=1.6n 1 m=1.6415.53=99.39g 注射体积： v=m/=99.39/1.10=90.36 3 cm 3 3 3 3. . . .1 1 1 1.2.2.2.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面上的投影面积及所需锁模力的计塑件和流道凝料在分型面上的投影面上的投影面积及所需锁模力的计塑件和流道凝料在分型面上的投影面上的投影面积及所需锁模力的计塑件和流道凝料在分型面上的投影面上的投影面积及所需锁模力的计 算算算算 根据多型腔模统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影面积 1 a的0.2倍0.5倍， 可用0.4n 1 a来估算。 a= n 1 a+ 2 a= n 1 a+0.4 n 1 a= 1.4n 1 a=1.445026.55=28148.67 2 mm 其中： 1 a 2 r 22 405026.55mm= 锁模力： f=ap28148.6735985203.45n=985.20kn 式中 型腔压力p取35mpa 3.13.13.13.1. . . .3 3 3 3 根据注射量和锁模力的值，选用根据注射量和锁模力的值，选用根据注射量和锁模力的值，选用根据注射量和锁模力的值，选用 szszszsz200/120200/120200/120200/120 卧式注射机卧式注射机卧式注射机卧式注射机 其主要技术参数为： 理论注射体积：200 cm3 螺杆直径：40 mm 注射压力：150 mpa 注射速率：120 g/s 塑化能力：19.44 g/s 螺杆转速：0220 r/min 锁模力：1200 kn 拉杆内间距：355385 mm 移模行程：350 mm 最大模具厚度：400 mm 最小模具厚度：230 mm 模具定位孔直径： 125 mm 喷嘴球半径：15 mm 喷嘴口直径：5 mm 3 3 3 3. . . .1 1 1 1. . . .4 4 4 4 注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数注射机料筒塑化速率校核模具的型腔数 n n n n n 2 1 /30000.8 19.44360030/36000.64 15.53 27.64 15.53 kmtm m =4 合格 式中：k注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8 m注射机的额定塑化量，19.44 g/s t成型周期，取 30s 其他安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定后才可进行。 3.2 选择制品的分型面 分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需 要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直与合模方向，也可以与合模方向平 行或倾斜。以分型面为界，模具被分为两大部分，即动模和定模部分，而其他的面则被称 作分离面或分模面，注射模只有一个分型面。分型面的选择是一个比较复杂的问题，因为 分型面的选择与塑件几何尺寸精度、脱模方法、后处理工序、模具类型、排气条件、嵌件 位置、浇口形式等有关。 分型面选择的一般原则： （1）便于塑件脱模； （2）分型面的选择应利于侧面分型和抽芯； （3）分型面的选择应保证塑料制品的质量； （4）分型面的选择应有利于避免溢料的产生； （5）分型面的选择应有利于成型时排气； （6）分型面的选择应尽量便于模具加工。 cpu 风扇后盖塑件是薄壁底座零件，成型后紧紧包住型芯，故将型芯设在动模边，型 腔设在定模边，开模后塑件留于动模，有利于塑件脱模，故分型面选在 cpu 风扇后盖的下 底面，如图 31 所示： 图 31 分型面选择示意图 3.3 型腔数目的确定 型腔的布置，根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量的大小、模具制造的难 易度、模具成本等确定型腔数量及排列方式。确定型腔数目一般有以下四种方法： 1）根据经济性确定型腔数目 根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原料费用，仅考虑模具的 加工费用和塑件成型加工费用 模具费用为 10m qncc=+ 注塑成型费用() 60 s at qn n = 总成型加工费用 ms qqq=+ 为使总的成型加工费用最小，即令0 dx dn =，则有 0 2 1 ()() 60 at nc nn +式（3.1） 所以 ： 1 60 nat n c =式（3.2） 2)根据注射机的额定锁模力确定型腔数目 当成型大型平板制件时，常用这种方法.设注射机的额定锁模力为f(n)，型腔内塑料熔 体的平均压力为 m p(mpa)，单个制品在分型面上的投影面积为 2 1( )a mm，浇注系统在分型 面上的投影面积为 2 2( )a mm，则： 2 1 () m naapf+式（3.3） 即： 2 1 m m fp a n p a 式（3.4） 3)根据注射机的最大注射量确定型腔数目 设注射机的最大注射量为( )q g，单个制品的质量为 1( ) w g，浇注系统的质量为 2( ) w g， 则型腔的数目n为： 2 1 0.8gw n w 式（3.5） 若将质量用(除以密度)体积表示，上述公式也可用。 4）根据制品精度确定型腔数目 根据经验，在模具型腔中每增加一个型腔，制品的精度要降低4 。设模具中的型腔 数目为n，制品的基本尺寸为l()mm，塑件的尺寸公差为，单型腔模具注塑生产时可 能产生的尺寸误差为 s v （聚甲醛为 0.2，尼龙66为 0.3，聚碳酸酯、聚氯乙烯、 abs等非结晶型塑料为 0.05） ，则有塑件尺寸精度的表达式为： (1) ss lnl%+%4% vv式（3.6） 简化后可得型腔数目为： 2500 24 s n l v 式（3.7） 对于高精度制品，由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件一致，故通常推荐型腔数 目不超过4个。 鉴于所设计的制件的精度要求，又是大批量的生产，可以采用一模多腔的形式。考虑 到模具制造费用低一点，设备运转费用小一点，初定为一模四腔的模具形式。 3.4 型腔排列形式的确定 确定了型腔数目以后，接下来要考虑型腔的排列形式，多型腔在模板上排列形式通常 有圆形、h形、直线形及复合形等，在设计时应注意以下几点： 1） 尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。 2） 型腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料的现象。 3） 尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。 本设计型腔的排列方式为h形，四个塑件与x轴对称。如图32所示： 图 32型腔排列形式 4 成型零件的设计 塑料在成型加工过程中，用来充填塑料熔体以成型制品的空间被称为型腔。而构成这 个型腔的零件叫做成型零件，通常包括凹模、凸模和型芯等。成型零件工作时，直接与塑 料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还要发生摩擦。因此，成型 零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度；此外，成型零件还要 求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。 4.1 凹模的结构设计 凹模是成型塑件外轮廓的零件。凹模按其结构不同分为整体式和组合式两大类。 4.1.14.1.14.1.14.1.1 整体式凹模整体式凹模整体式凹模整体式凹模 整体式凹模由整块材料加工而成，其特点是牢固，使用中不易发生变形，不会使制品 产生拼接线痕迹；但由于加工困难，热处理不方便，因此整体式凹模常用于形状简单的中、 小型模具上。 4.1.24.1.24.1.24.1.2 组合式凹模组合式凹模组合式凹模组合式凹模 指凹模由两个或两个以上零件组合而成。按其组合结构，可分为整体嵌入式、局部镶 嵌式、底部镶拼式、侧壁镶拼式和四壁拼合式。采用何种形式总的原则就是要简化凹模的 加工工艺，减少热处理变形，便于模具的维修和节约贵重的模具钢材。 本次设计的塑件结构较简单，从设计的经济性和结构的合理性等因素综合考虑，将凹 模的结构设计成镶嵌式结构。 4.2 凸模的结构设计 凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种类型。 整体式凸模是将成型的凸模与动模板做成一体，不仅结构牢固，还可省去动模垫板。但是 由于不便于加工，故只适用于形状简单的单型腔模具。本设计选用镶件组合式凸模。 4.3 成型零件钢材的选用 cpu 风扇底座为大批量生产，成型零件选用钢材耐磨性和抗疲劳性能应良好。机械加 工性能和抛光性能应良好，故镶嵌式凹模钢材选用 sm1。 定模板成型时有料流冲刷，但无脱模时塑件的摩擦，可采用 55 钢调质。 型芯是大批量生产，磨损严重，可采用硬度较高的模具钢 gr12m0v，淬火后表面硬度 5862hrc。 4.4 成型零件工作尺寸的计算 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸，它通常包括凹模和凸模的 径向尺寸（包括矩形和异形零件的长和宽） 、凹模的深度尺寸和型芯的高度尺寸、型芯和 型芯之间的位置尺寸等。 成型零件工作尺寸的计算方法一般有两种：一种是平均值法，即按平均收缩率、平均 制造公差和平均磨损量进行计算；另一种是按极限收缩率、极限制造公差和磨损量进行计 算。前一种计算方法简便，但不适用于精密塑件的模具设计，后一种计算方法能保证所成 型的塑件在规定的公差范围内，但计算比较复杂。本设计采用的是前一种方法。 （1）模具型腔尺寸（单位 mm） ： 0 3 (1) 4 z ms lls + =+ () 0.296 0.296 0 0 3 8010.0061.4879.37 4 + + =+= 式（4.1） 式中s塑件的平均收缩率为： maxmin ss0.50.7 s0.006 22 + =% = 式（4.2） s l 塑件外径尺寸（80mm） 塑件公差值（查塑件公差表，取 1.48） z 制造公差（ /50.296 z = = ） （2）型腔高度尺寸（单位 mm） () 0 3 1 4 z ms hhs + =+ () 0.092 0.092 0 0 3 1310.0060.4612.73 4 + + =+= 式（4.3） 式中h塑件高度最大尺寸（13mm） 塑件公差值（查塑件公差表，取 0.46） z 制造公差（ /50.092 z = = ） (3 ) 型芯径向尺寸（单位 mm） () 0 3 1 4 z ms lls =+ () 0 0 0.256 0.256 7610.0060.75 1.2877.42 =+= 式（4.4） 式中 s l 塑件内径尺寸（76mm） 塑件公差值（查塑件公差表，取 1.28） z 制造公差（ /50.256 z = = ） (4) 型芯高度尺寸 () 0 3 1 4 z m hhs =+ () 0 0 0.092 0.092 3 1110.0060.4611.41 4 =+= 式（4.5） 4.5 成型零件强度及支承板厚度计算 模具型腔侧壁在成型过程中受到塑料熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如 果型腔侧壁和底板厚度过薄，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不 足而产生扰曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。因此，应通过强 度和刚度计算来确定型腔壁厚和底板厚度。 模具型腔壁厚的计算，应以最大压力为准。理论分析和生产实践证明，大尺寸的模具 型腔，刚度不足是主要矛盾，设计型腔壁厚应以满足刚度条件为准；而对于小尺寸的模具 型腔，强度不足是主要矛盾，设计型腔壁厚应满足强度条件为准。以强度计算所需要的壁 厚和以刚度计算所需要的壁厚相等时型腔内尺寸，即为强度计算和刚度计算的分界值。在 分界值不知道的情况下，应分别按强度条件和刚度条件计算出壁厚，取其中较大值作为模 具型腔的壁厚。 由于型腔的形状、 结构形式是多种多样的， 同时在成型过程中模具受力状态也很复杂， 一些参数难以确定，因此传统的计算方法对型腔壁厚作精确的力学计算几乎是不可能的。 只能从实用观点出发，对具体情况做具体分析，建立近近似的力学模型，确定较为接近实 际的计算参数，采用工程上常用的近似计算方法，以满足设计上的需要。采用现代计算机 分析软件可对型腔进行精确分析和计算。对于不规则的行腔，可简化为规则型腔进行近似 计算。 鉴于本设计的模具属于中小型模具，且所设计的型腔为组合式的，故设计时型腔壁厚 应满足强度条件为准： （1）型腔壁厚计算 1 1 44 3 3 5 35 13 1.151.155.25 2.1 100.05 ph smm e = 式（4.6） 式中p型腔压力，取 35mpa e材料弹性模量，取 2.110 5 mpa 刚度条件，取 0.05mm （2）支承板厚度 支承板厚度和所选模架两垫块间跨度有关，根据前面的型腔布局，模架应选在 315 400 这个范围内，垫块间跨度约为 199，根据型腔布局及型芯对支承板的压力，可计算的 到支承板厚度： 1/3 1 2 5 1 35 18145.84 0.54 ()0.54 199()58.58 2.1 104000.04 p pll tl el = mm式 （4.7） 式中： p 支承板刚度计算许用变形量（取 0.04） 1 l 支承板长度，取 400mm l两垫块间距离（199mm） 12 ll、 4 个型芯投影到支承板上的面积 单件型芯所受压力的面积： 2 1 4536.46armm= 4 个型腔所受压力的面积： 2 121 418145.84llamm= 此支承板厚度计算尺寸为 58.58，可利用两根推板导柱来对支承板进行支撑，这样支 承板厚度可近似为： 44 33 11 58.5823.25 11 1 n ttmm n = + 式 （4.7） 故支承板厚度可取标准厚度 25mm。 5 浇注系统的设计 普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。 5.15.15.15.1 主流道的设计主流道的设计主流道的设计主流道的设计 主流道是连接注射机喷嘴和分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，熔 料在主流道中并不改变方向，其形状、大小直接影响塑料的流动速度和填充时间。 设计要点： 1）为便于凝料从主流道中拉出，主流道设计成锥角，其圆锥角=24，对流动 性差的塑料可取36，过大会造成流速减慢，易成涡流，内壁粗糙度为ra=0.63m， 尽量不采用分段组合形式。本设计材料为abs，选4较合适。 2）主流道大端一般呈圆角，以减小料流转向过渡时的阻力。圆角半径一般取r=1 3mm，本设计中取r=2mm。 3）在保证塑件成型良好和模具结构允许的前提下，主流道应尽可能短，一般小于 60mm，否则将会使主流道凝料增多，塑料耗量大，且增加压力损失，使塑料降温过多而 影响注射成型。 4） 为了使熔料从喷嘴完全进入主流道而不溢出， 应使主流道和注射机的喷嘴紧密对接， 主流道对接处设计成半球凹坑， 其半径： 21 rr= （12） ， 其小端直径： 12 dd=+(0.51 )，凹坑深度取35 。 1 r为注射机喷嘴半径， 2 d为喷嘴口直径。 根据所选注塑机，则主流道小端尺寸d1为4mm 主流道球面半径sr喷嘴球面半径+（12）15+217mm 5.25.25.25.2 主流道衬套形式主流道衬套形式主流道衬套形式主流道衬套形式 本设计为中小型模具，但为了便于加工和缩短主流道长度，同时保证拆卸更换方便， 所以将主流道衬套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。主流道长度取 160，