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033
电风扇
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033-电风扇叶片注塑模设计,033,电风扇,叶片,注塑,设计
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本科毕业设计(论文) 题目：电风扇叶片注塑模设计 电风扇叶片注塑模设计摘 要随着高性能工程塑料的不断发展，各种塑料制品行业，该行业需要继续增长，注射成型工艺越来越多地用于成形制造的产品的各种性能要求。注塑模具设计的质量，对注塑机的生产效率直接影响成型，产品的质量和成本。模具可以是一个很好的注射成型上百万次，因为其较长的寿命，在另一方面，降低了塑件的成型和模具成本，作为一个结果，一个好的更换，维修少，从而提高生产效率。为了满足日益增长的工业需求和生活质量的需要，应继续研究和开发，已被设计来提高注塑模具的性能，满足各行各业的需求。在本设计中，通过对电风扇叶片，CAD模具设计和开发利用包括凸，凹模的设计，顶出机构的设计，注射机的选择和校核，浇注系统的设计，冷却系统的设计，模具及其他工作选择。在本设计中，重点设计了模具的成型系统、浇注系统、冷却系统、导向系统、脱模系统等。设计的重点在于成型系统和浇注系统与脱模系统，而成型系统的重点在于分型面的设计，它决定了型芯和型腔结构以及模具的质量。因为扇叶塑件比较特殊，叶片的厚度较薄，所以浇注系统浇口和主分流道的选择显得尤为重要。 在设计中,通过合理设计推出机构和脱模机构，保证了扇叶脱模时受力均匀，避免了叶片变形、扭曲。最后，通过选用合适的标准模架，设计出一套完整的模具。通过这样的设计，我们首先学习了解当前的形势和发展情况，中国塑料模具结构和成型工艺的模具及注塑模具设计的基本原理。 关键词：电风扇叶片；注射模；浇注系统Fan Blade Design of Injection MouldsAbstractWith the development of high performance engineering plastics, plastic products industry, the industry needs to continue to grow, the injection molding process is more and more used in various performance requirements of the product manufacturing. The quality of injection mold design, the injection molding machine production efficiency directly affects molding, product quality and cost. Mold can be a very good injection molding millions of times, because of their longer life expectancy, on the other hand, reduces the cost of molding and mold plastic parts, as a result, a good replacement, repair, thereby improving the production efficiency. In order to meet the growing needs of the industry and the quality of life needs, should continue to research and development, has been designed to improve the performance of injection mold injection mold, to meet the needs of all walks of life.In this design, through the one or two point of cover on the fan blades, the design and development of CAD die comprises a convex, concave mold design, the ejection mechanism design, selection and optimization of the injection machine, the design of gating system, cooling system design, mold and other work options. The system includes molding system, pouring system, cooling system, guidance system, mold release system and so on . The importance are molding and pouring system. The importance of the molding system is designing parting surface, it influent Core and cavity structure and the quality of the mold; As the blade is very thin, the designation of pouring system is more important.Of course, Introduced institutions and Stripping institutions must also be carefully designed. The molding institutions like blades must be even by force otherwise the blade is easily deformed and distorted. At last, choose a standard mold base to form a complete set of molds. Through this design, we first learn to understand the situation and the current development situation, basic principle of injection mold and die design China plastic mould structure and injection molding process. Key Words: Fan blades; Injection mold; Gate system目 录1 绪论11.1 题目背景11.2 研究意义11.3 国内外相关研究情况21.4设计的任务和要求32 电风扇叶片造型和材料的选择42.1 电风扇叶片造型42.2电风扇叶片结构分析52.3 电风扇叶片注塑材料分析53 注塑成型工艺及塑件工艺性分析93.1注塑成型基本过程93.1.1注塑性能分析113.2塑件总体分析123.3 确定塑件设计批量123.4 计算塑件的体积和质量123.5 塑件分型面的选择133.5.1选择分型面基本原则134 注射机的选择和校核154.1初选注射机154.2注射机的校核154.2.1注射机注射容量的校核154.2.2注射机注射压力的校核164.2.3注射机锁模力的校核164.2.4注射机模具厚度校核注射机模具厚度校核174.2.5注射机最大开模行程校核175 成型零件结构设计与计算185.1成型零件的结构设计185.2成型零件工作尺寸的计算195.2.1 定模工作尺寸的计算195.3型腔壁厚与底板厚度计算206 浇注系统和温度调节系统设计236.1浇注系统设计236.2浇道设计236.2.1主流道设计236.2.2 浇口套的设计246.2.3 分流道的设计256.2.4 浇口设计256.3 温度调节系统设计266.3.1 对温度调节系统的要求276.3.2模具冷却系统的设计要点276.3.3 冷却系统的设计与计算276.3.4 水嘴的结构图286.3.5 冷却水道的结构设计287 合模导向机构设计307.1导向机构的作用307.1.1导柱的选择307.1.2导套的选择317.1.3导柱和导套的配合317.1.4导柱的布置方式318 脱模机构设计338.1脱模机构设计原则338.2推杆的设计338.3脱模力的计算338.4 复位杆设计358.5推出导向系统设计359 其他辅助部分设计369.1排气系统设计369.2标准模架的选用3610 绘制模具图3810.1利用Pro/Engineer软件创建三维模块3810.2绘制总装配结构图3811 结论39参考文献40致 谢41毕业设计（论文）知识产权声明42毕业设计（论文）独创性声明43IV1 绪论1.1 题目背景模具是用来成型物品的工具，由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。按所成型的材料的不同，模具可分为金属模具和非金属模具。金属模具又分为：铸造模具（有色金属压铸，钢铁铸造）、和锻造模具等；非金属模具也分为：塑料模具和无机非金属模具。而按照模具本身材料的不同，模具可分为：砂型模具，金属模具，真空模具，石蜡模具等等1。近年来，随着经济的快速发展作为各种工业品基础的模具工业，也得到了蓬勃发展，已经成为国民经济建设中一支重要的产业2。其中，塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的。近年来，人们对各种设备和用品轻量化及美观和手感的要求越来越高，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。塑料制品业要发展，必然要求塑料模具产业随之发展。汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料、电子通信等塑料制品主要用户行业近年来都高位运行，发展迅速，因此，塑料模具也快速发展3。塑料模具一般可分为：注射成型模具，挤塑成型模具，气辅成型模具等等。 注塑模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑胶模具设计工业的迅速发展以及塑胶制品在航空、航太、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的塑胶模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求4。电脑辅助工程（CAE）技术已成为塑胶产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。1.2 研究意义所谓注塑成型（Injection Molding）是指，受热融化的材料由高压射入模腔，经冷却固化后，得到成形品的方法5。该方法适用于形状复杂部件的批量生产，是重要的加工方法之一。注塑成型过程大致可分为以下6个阶段“合模-注射-保压-冷却-开模-制品取出”，上述工艺反复进行，就可连续生产出制品。 注射模的重要性:（1）塑料具有质量轻、比强度大、绝缘性好、成型生产率高和价格低廉等优点。塑料已成为金属的良好代用材料,出现了金属材料塑料化的趋势。（2）由于汽车轻量化、低能耗的发展要求,汽车零部件的材料构成发生明显的以塑代钢的变化。从国内外汽车塑料应用的情况看,汽车塑料的用量已成1衡量汽车生产技术水平的重要标志。（3）注塑成型由于可以一次成型各种结构复杂、尺寸精密和带有金属嵌件的制品,并且成型周期短,可以一模多腔,大批生产时成本低廉,易于实现自动化生产,因此在塑料加工行业中占有非常重要的地位6。传统的塑料注射成型开发方法主要是尝试法，依据设计者有限的经验和比较简单的计算公式进行产品和工艺开发。因此开发过程中要反复试模和修模，导致生产周期长、费用高，产品质量难以得到保证对于成型大型制品和精密制品，问题更加突出。二十一世纪世界制造加工业的竞争更加激烈，对注塑产品与模具的设计制造提出新的挑战，必须寻求高效、可靠、敏捷、柔性的注塑产品与模具设计制造系统。应用CAD/CAE/CAM技术从根木上改变传统的产品开发和模具生产方式，提高产品质量，缩短产品开发周期，降低生产成木，强有力地推动了模具行业的发展。据文献统计，国外采用模具CAD/CAE/CAM技术可使设计时间缩短50% ,制造时间缩短30% , 成本下降10%，塑料原料节省7%，一次试模成功率提高45%-50%7。1.3 国内外相关研究情况在西方先进工业国，注射模CAD/CAE/CAM技术的应用已经非常普遍。当前代表国际先进水平的注射模CAD/CAE/CAM的工程应用具体体现在如下四个方面: 1.基于网络的模具CAD/CAE/CAM集成化系统己开始使用系统的每一个功能既可以独立运行，又可通过数据接口作集成分析。2.微机软件在模具行业中发挥挤越来越重要的作用。在90年代后期，基于Windows操作系统的新一代微机软件，如UG, PRO/E等崭露头角。3.模具CAD/CAE/CAM系统的高智能化程度止在逐步提高8。软件的智能化功能现已成为衡量模具软件先进性和实用性的重要标志。4.三维设计与三维分析的应用和结合是当前注射模技术发展的必然趋势。在注射模结构设计中，传统的方法是采用二维设计，在国外己有越来越多的公司采用基于实体模型的三维模具结构设计9。 虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD /CAM应用覆盖率要比国外企业低得多由于体制和资金等方面的原因，引进设备不配套、设备与配附件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好的解决装备水平低带来我国模具企业钳工比例过高等问题10。模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比有较大差距。塑料、板材、设备等性能差等都限制着我国现阶段模具行业的发展水平，此外在采用CAD /CAM /CAE /CAP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广度还是技术水平都存在很大24的差距11。为了适应现代化工业的需要，模具作为“效益放大器”的作用日渐提升，在国家重大专项中的关键功能件项目中有关的模具项目专项也体现了模具工业在制造业中所占的重要地位。自此模具工业的新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同。例如，在成形工艺方面，有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料膜气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成形技术等12;而模具CAD /CAE /CAM也正朝着集成化、三维化、智能化和网络化的方向发展，快速经济制模技术如KEVRON钢带冲裁落料制模技术、冷挤压及超塑成形制模技术等更是缩短产品开发周期，赢得市场竞争的有效手段之一。现今，模具工业的生产水平高低已经成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。模具工业的水平，在很大程度上决定着生产出的产品的质量、效益和新产品的开发能力13。 在未来十年间，中国注塑模具工业的发展趋势主要朝着大型、精密、复杂、经济和快速的方向发展14。在这期间，注塑模具的技术含量将不断提高，模具制造周期也会缩短。模具朝着信息化、无图化、精细化和自动化的方向发展，模具企业想着技术集成化、产品品牌化、经营国际化、管理信息化的方向发展15。1.4设计的任务和要求主要任务为设计一套风扇模具，根据给出的题目参数要求，先设计产品造型，再选择材料，然后设计模具系统。大致流程如下：（1）电风扇叶片造型设计；（2）工艺分析及电风扇叶片材料选择；（3）电风扇叶片三维CAD造型设计；（4）电风扇注塑模具成型系统结构设计；（5）电风扇注塑模具导向系统结构设计；（6）电风扇注塑模具冷却系统结构设计；（7）电风扇注塑模具脱模系统结构设计。上面几步中，成型系统与浇注系统的设计最为关键，而第二步工艺分析也是必不可少的2 电风扇叶片造型和材料的选择2.1 电风扇叶片造型根据题目要求：设计一套用于加工电风扇叶片的注塑模具。1. 自行设计或选择某种品牌电风扇叶片做设计对象，测绘并选择合适材料；2. 电风扇叶片三维CAD造型；3. 电风扇叶片注塑模具设计：包括成型系统、导向系统、冷却系统和脱模系统的结构设计；要求完成不少于总量3张0号图纸的装配图和零件图纸。设计参数：风扇直径20CM，风扇功率45W。在指导老师的帮助建议下，选择用Pro/E软件进行风扇叶片造型以及后续模具设计一系列设计工作。下图零件在Pro/E“零件”模块下完成电风扇叶片三维图（如图2.1）整体设计并完成图2.2电风扇叶片二维图设计。 图2.1 电风扇叶片三维模型 图2.2 电风扇叶片二维图图中电风扇叶片各尺寸如下：轮毂直径d=30mm叶片圆角R1=30mm叶片圆角R2=40mm叶片大圆周直径1=200mm要求塑件有直角处都要以圆角或圆弧过渡，因尖角容易应力集中。 塑件有圆角，有利于塑料的流动充模及塑件的顶出，塑件的外观好，有利于模具的强度计算的及寿命。所以在轮毂上部做R=12mm的圆顶。轮毂的高度无特殊要求，自行设定高度h=40mm壁厚为t=3mm。2.2电风扇叶片结构分析 电风扇叶片是利用一定空间曲面的叶片，通过主体的高速旋转产生风能。以前，大都是采用金属片材，经过模压制成风叶片。然后与电风扇风叶片主体固定安装成风扇叶。由于模压叶片和装配等方面的原因，往往风叶的静、动平衡难以达到设计要求。经过较长时间的，由于涂层刮伤或脱落，以产生锈蚀，而且风叶的颜色单调，色泽不佳，不适合现代化（宾馆，大厦）等的通风排气和生活的需要16。塑料风扇叶片的优点在与：可以一次注射成型，不须装配、校正，省能省电；重量轻、惯性小，色彩丰富，色泽好，具有良好的动平衡性（塑料风叶叶片良好的弹性，在高速旋转过程中能适度地自动调节叶片的相对位置，使叶片处于良好的平衡状态）和装潢效果。 塑料电风扇风叶片与金属材料电风扇风叶片设计有相似的一面，但差异也很大，这是塑料本身和注射成型特点所决定的，由于风叶叶面是空间曲面，设计时应考虑模具的制造技术和制造能力，严格说，风叶叶片的形状应根据空气动力学原理来设计，但这样设计会使叶片形状复杂，给模具设计与制造带来困难，一般塑料风叶设计在保证一定风量情况下，采用简化设计风叶叶片的方法，如采用空间螺旋面、模拟曲面等17。叶片的厚度应内厚外薄，逐渐过渡，以提高叶片的结构强度和刚度保证使用性能。主体部分设计要保证风叶的安装和定位，因此中心轴设计有嵌件，并且在轮毂内孔柱还设计了一个安装定位的缺口如图2.3。 图2.3 内孔柱安装缺口2.3 电风扇叶片注塑材料分析塑料成型原料的选取应从加工性能、力学性能、热性能、物理性能等多方面因素考虑来选取合适的塑料进行生产，本次设计材料的选择是根据材料特性进行选择的18。根据塑料受热后表现的性能和加入各种辅助料成分的不同可分为热固性材料和热塑性材料，通过比较分析可以看出热固性塑料主要用于压塑、挤塑成型，而热塑性塑料还适合注塑成型，本次设计为注塑设计，所以采用热塑性塑料。热塑性塑料还分为很多种，如聚乙烯、聚丙稀、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS等等，为了选到合适的塑件材料，通过对塑件的分析和查阅有关资料可选择以下材料见表2.1。表2.1 常用热塑性塑料的工艺特性塑料名称材料特性成型工艺特点注射温度注射速度及压力模具温度ABS较大的机械强度和良好的综合性能。耐疲劳和抗开裂强度高。ABS的吸湿性和对水分子的敏感性较大，在加工前必须进行充分的干燥和预热。原料控制水分在0.3%以下。ABS塑料的温度与熔融粘度的关系比较独特，在达到塑化温度后在继续盲目升温，必将ABS的热降解。ABS采用中等注射速度效果较好，注射时需要采用较高的注射压力，其溢边料为0.04mm左右。并需要调配好保压压力和保压时间。ABS的模具温度相对较高，一般调节在7585。聚乙烯结晶部分多时，塑料硬度高、韧性大、抗拉强度高，但整体尺寸变小，耐冲击强度及断裂强度底。聚乙烯制件最显著的特点是收缩率大，这与材料的可结晶性和模具温度有关。定型后塑件在强的收缩牵引作用下，可令制件变形。聚乙烯的注射温度一般在120310之间，温度超过300时，收缩率会明显增大。聚乙烯的注射压力一般选择在68.6137.2Mpa之间。注射速度不易过快，以保证结晶程度高。由于模具温度对收缩率影响很大，因此要经常保持模具相对恒定的温度，一般在4080之间。经以上两种备选材料的性能对比，考虑到电风扇叶片为人们日常生活常用品,需要大批量进行生产。又与人们紧密接触，所以必须是无毒害材料，又考虑到无很高的强度要求，收缩率等给方面也无特殊要求，故最后决定选择ABS材料进行注塑生产。由于材料的吸湿性强，含水量应小于0.3% ，所以原料应充分干燥。ABS的技术指标、注射工艺参数如下。（1）物理性能：密度(g/ cm3)：1.021.16 比体积(cm3/g)：0.860.98吸水率（%）：0.20.4(24小时)（2）热性能：熔点（）：130160 熔融指数（g/10min）：2.038.69 (200,负荷50N,2.09)维卡针入度：71122 马丁耐热（）：63热变形温度（）：a、90108（45N/cm2）；b、83103（180 N/cm2） 线膨胀系数（10-5/）：7.0 计算收缩率（%）：0.40.7比热容J/(kgk)：1470 热导率w/(mk) ：0.263 燃烧性(cm/min)：慢 （3）力学性能：屈服强度（MPa）：50 抗拉强度（MPa）：38 断裂伸长率（%）：35 拉伸弹性模量（GPa）：1.8抗弯强度（MPa）：80弯曲弹性模量（GPa）：1.4抗压强度（MPa）：53剪切强度（MPa）：24冲击韧度（kJ/m2）：261（有缺口）；11（缺口试样简支梁）布氏硬度（HB）：9.7；洛氏R121（4）电气性能：表面电阻率（）：1.21013体积电阻率（m）：6.91014介电常数（106Hz）：3.04介电损耗角正切（106Hz）：710-3耐电弧性（s）：5085（5）成形条件：密度（g/cm3）：1.031.07注射机类型：螺杆式预热：a、温度（）：8085；b、时间（h）:23料桶温度（）：后段：150170中段：165180前段：180200喷嘴温度（）：170180模具温度（）：5080注射压力(Mpa)：60100成型时间（s）：注射时间：2090高压时间：05冷却时间：20120总周期：50220螺杆转速（r/min）：30适用注射剂类型：螺杆柱塞均可后处理：方法：红外线灯、鼓风烘箱温度（）：70时间（H）：24说明：该成型条件为加工通用级ABS料时所用。3 注塑成型工艺及塑件工艺性分析3.1注塑成型基本过程生产前的准备 注塑成型基本过程如图3.1所示：塑件后处理塑件脱模及卸料清模 注射模开启冷却定型注射充模保压注塑模闭合注塑机加料（粒料或粉料）熔融塑化物料图3.1 注塑成型基本过程生产前的准备工作一般是为了使注射成型生产顺利进行和保证制件质量，在生产前进行的包括原料的预处理、清洗机筒、预热嵌件和选择脱模剂等准备工作。1、原料的预处理原料的预处理包括三个方面：一是质量检验，造型材料的分析。这一部分包括对材料中水含量的测试，材料中杂质的检测，并测试其热稳定性，流动性，收缩率。粉状物料，在注塑前还将制成小丸的要求。根据塑件成型的产品需求，成型材料中添加一个颜色或颜色的材料，以达到所需的颜色。粉状或粒状热塑性塑料的着色，用直接法和间接法两种方法实现。前者称为着色的方法，它是天然的彩色塑料着色剂和精细的简单混合粉末可直接用于成型，或用于其他塑化成型。该方法比较简单，容易操作。间接染色方法相比是更困难的，它需要使用被称为“塑料粒子、彩色塑料颗粒的颜料，按浓度比例称重放入搅拌机，搅拌，然后送到成型设备使用。其步骤简单，容易均匀染色，色泽明亮且没有颜料粉尘污染，并能实现自动着色工艺。但因为它是简单的彩色塑料颗粒混合，没有混合功能或成型设备的混合功能很差，所以对于成型颜色均匀性要求高的产品不能使用间接染色法。三，预热和干燥。若材料的吸湿性和粘性较强，适当根据材料成型工艺里水分的要求进行预热和干燥是合适的，以免材料挥发水分太多出去，成型后的产品会出现气泡和裂纹缺陷，而且可以避免注水时材料的降解。但是，吸湿性和粘性不强的材料，如果无特殊要求可以不预热干燥19。2、清洗料筒在塑料制品的生产，改变颜色或更换材料的过程中，需要对注塑机料筒进行清洗。通常，筒柱塞式机库存量大，必须拆卸清洗机筒，螺杆机筒，可用空气喷射的方法进行清洁。3、预热嵌件本过程主要用于塑料注入，因为金属和塑料收缩率不同，导致注入金属周围的塑料易因收缩应力而产生裂缝，为了防止这种现象的发生，在成型前可将嵌件预热，抑制塑料的收缩性应力从而避免裂纹的产生。4、选择脱模剂常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡（白油）和硅油等。其中除了硬脂酸锌不能用于聚先胺外，这三种脱模剂对于一般塑料均可使用，尤其是硅油的脱模效果是最好的，只要对模具施用一次，即可以长效脱模，但是价格昂贵。硬脂酸锌通常多用于高温模具而液体石蜡多用于中低温模具。另外，对于含有橡胶的软制品或透明制品不宜采用脱模剂，否则将影响制品的透明度20。加料：计量后将粒料和粉料加入料斗，通过料斗进入注射机料筒，物料一般是在注射机的料筒中塑化。通过对塑化计量的计算设定好后，物料在设定的计量中塑化完全，即粒料和粉料变成塑料熔体后，注射模闭合，注射机注射充模。注射充模：注射充模过程一般划分为流动充模、保压补缩和倒流三个阶段。注流指的是将熔体塑料注入模腔。注射压力在注射过程中随时间而变化，流动期，喷射压力、喷嘴压力迅速上升，而模腔压力接近于零，所以注射压力主要是用来克服阻力。在填充过程中，熔体流入模腔，模腔压力的急剧增加，注射压力和喷嘴的压力将增加到最大，然后停止变化，注射压力对熔体起两个作用，一是克服在模具型腔的液流，二是压实熔融程度。冷却：冷却时间开始从注模完成，到模具开模产品推出为止，这是注射成型过程的最后阶段。在这个阶段，需要注意的问题主要是模腔压力的大小，塑件各部分的密度，熔体模腔中的充模情况以及脱模条件。后处理部分：在塑性成形过程中熔体的流动及其温度和压力是非常复杂的，再加上不均匀的熔体流动方式和冷却速率不同，模腔填充块后，往往会出现一些结晶，由于部分熔体不均匀收缩，产生相应的结晶。当这个过程完成后将推出产品，卸料，清洗模具，可回筒重新塑化注射成型周期，开始循环21。3.1.1注塑性能分析（1）注射成型工艺的可行性分析：本塑件形状复杂，壁厚不均，尺寸精度要求较高，而且有较高的表面质量和尺寸稳定性的要求，因此对模具和设备的要求也较高。而注射成型方法有如下几个优点：a:形状：几乎没有复杂性限制，容许模具内有不同塑料的成型型腔；b:尺寸：塑件可小到不足1克，大到几十千克，没有限制；c:材料：在一定温度范围内具有适宜流动性的热塑性塑料；d:精度：可注射高精度的塑件，有较好表面质量和尺寸稳定性；e:生产率：中等，循环时间主要由塑件壁厚决定，最短可在十几秒内，可增加每模的型腔数来提高生产率。由以上塑件的特点和注射成型工艺的优点，分析可知：该塑件适合于采用注射成型方法。（2）表面粗糙度：由塑件外观可知，塑件的外表面要求较高，因此 其表面粗糙度取Ra0.4m，而其内表面由于是电风扇的内部，为顾客视线所不及，故不影响其外观视觉质量，从简化加工工艺和节约加工成本的角度考虑，其内表面选用的表面粗糙度为Ra0.8m。一般情况下，模具粗糙度高于塑件12个等级，故取型腔表面粗糙度为Ra0.2um，而型芯表面粗糙度为Ra0.4um。（3）尺寸精度：按SJ13721978标准，塑料件尺寸精度分为8级。本塑件所用材料为ABS塑料,由此查塑料模具设计手册可知，本塑件宜选用5级精度。零件具体尺寸及其公差值可详见零件图。塑件尺寸精度于模具的制造精度密切相关，尤以小型精密塑件为甚。从模具制造精度对塑件精度的影响可知，模具制造允许误差和塑件尺寸公差之间具有对应的关系，查模具加工手册中表2-9 模具精度与注塑制件精度的关系表有，模具精度等级为IT322。（4） 脱模斜度：该塑件采用的塑料是ABS，而ABS的成型收缩率较小（0.3%-0.8%），而且塑件较复杂，对型芯的包紧面积也较大，所以应取较大的脱模斜度。为保证壁厚的均匀一致，因此取塑料件的内外表面的脱模斜度一致。再由零件设计图纸要求可知5。（5） 壁厚：由图纸可知，该塑件有许多中不同的壁厚，轮毂壁较厚，风叶壁厚较薄。（6）加强筋：为了确保风扇中心嵌件与塑件外径的同轴度在外侧设计了三个加强筋，以防变形。（7）圆弧角：从塑件可知，该塑件内外表面的转折处加强筋的根部等处都设计了圆弧角。其采用圆弧角不仅降低了应力集中系数，提高了抗冲击、抗疲劳能力，而且改善了塑料熔体的流动充模性能，减少了流动阻力。降低了局部的残余应力，防止开裂和翘曲，也使塑料件外形流畅美观。而且成型模具型腔也有了对应的圆弧角，提高了成型零件的强度。3.2塑件总体分析（1）叶片最大直径为200mm,轮毂高度为40mm。（2）根据前面得到分析结果，塑件采用ABS材料，收缩率为0.3%-0.8%，一般取中间值0.5%，流动性好，排气要求高，否则容易产生熔接痕、气泡，影响塑件强度。（3）叶片侧面并无侧孔，所以不需要进行侧抽芯机构设计。3.3 确定塑件设计批量该产品为大批量生产，故设计的模具要有一定的注塑效率，由于塑件有中间轮毂和3个叶片组成，面积较大，且考虑叶片较薄，精度要求高，故采用一模一腔，浇口形式采用点浇口，以利于自动化生产提高生产效率以及塑件美观度。3.4 计算塑件的体积和质量该产品材料为ABS,查上表2.2得知其密度为1.021.05g/cm（注射级密度为1.05g/cm3）。收缩率为0.3%0.8%。计算其平均密度为1.05g/cm,平均收缩率为0.5%。使用PROE软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形的体积成型风扇体积V塑=97.68cm3风扇投影面积S塑=191.44cm2如图3.2扇叶三维体积示意图所示。 图3.2 电风扇三维体积示意图通过计算塑件的体积V塑=97.68cm，可得塑件的质量为M塑=V塑=1.0597.68=102.564g式子中为塑料密度1.05g/cm。初步浇注系统体积V浇=10cm可计算出浇注系统质量为M浇=V浇=10g1.05=10.5g故V总=V塑V浇= 97.68+10=107.68cm3.5 塑件分型面的选择分开模具取出塑件的面称为分型面;注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向。分型面的形状有平面和曲面等，但也有将分型面作倾斜的平面或弯折面，或曲面，这样的分型面虽加工难，但型腔制造和制品脱模较易。有合模对中锥面的分型面，分型面自然也是曲面。3.5.1选择分型面基本原则：（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向塑件的截面积最大，否则塑件无法从形腔中脱出。（2）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁相当厚但内孔较小时，则对型芯的包紧力很少常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会对型芯产生包紧力。（3）保证制件的精度和外观要求（4）分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。不妨碍制品脱模和抽芯。在安排制件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模运动相垂直方向的避侧凹或侧孔。（5）有利于浇注系统的合理处置。（6） 尽可能与料流的末端重合，以利于排气。要满足制品的主要要求，为保证工件的表面精度要求，以及简化模具设计，便于脱模等要求，把分型面设置为如下图3.3所示位置： 图3.3 模具分型面设置4 注射机的选择和校核4.1初选注射机注射机为塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可以分为立式、卧式、直角式三种注射机。按塑料在料筒中的塑化方式分可以分为，柱塞式和螺杆式两种注射机23。在此我们通过假设的模腔数目初步确定注射机的规格。初步设计模腔个数为一个，ABS材料的密度p为1.05g/cm3。通过测量所得出塑件的体积（V塑）为97.68cm3和浇注系统(V浇)10cm3,采用一模一腔设计，那么每次注射机的注射量必须大于：V塑+V浇=107.68cm3。设计模具厚度：H总=410.5mm根据模具的安装要求HminH总Hmax和注射机的最大注射量初步选择型号为JPH180-A型的注射机，其工艺参数如下：螺杆直径/mm：40 注射容量cm3：310注射压力/MPa：205 锁模力/KN：1800最大成型面积/cm2：130 模板最大行程/mm：700定位孔直径/mm： 55mm模具厚度/mm：（最大）：200（最小）：70喷嘴：（球半径/mm）：12（孔直径/mm）：44.2注射机的校核4.2.1注射机注射容量的校核为了保证正常的注射成型，模具每次需要的试剂注射量应大于注射机公称注射量的30%，小于或等于公称注射量的80%。且在一个注射成型周期内，需注射入模具内的塑料溶体的容量和质量，应为制件和浇注系统两部分容量和质量之和，即V=nVn+Vj或M=nMn+Mj式中：V（M）一个成型周期内所需要注射的塑料容积和质量，cm3或g；n 型腔数目；Vn（Mn）单个塑件的容量或质量，cm3或g；Vj（Mj）浇注系统凝料的容量和质量，cm3或g。 0.3m公 = 86.4g 113.064g 0.8m公 = 230.4g 0.3V公 = 94.5cm3 107.68cm3 0.8V公=252cm3 符合注塑机利用率在0.30.8的要求。4.2.2注射机注射压力的校核 注射压力的校核是校验注射机的最大注射压力能否满足制品的成型要求。只有在注射机额定的注射压力内才能调整出某一制件所需要的注射压力，因此注射机的最大注射压力要大于该制件所要求的注射压力。制件成型时所需要的注射压力，与塑料品种、注射机类型、喷嘴形状、制件形状的复杂程度和浇注系统等因素有关系。可以根据塑料的成型工艺参数数据来确定制品成型时所需要的注射压力。根据塑料成型工艺参数表查得ABS材料的成型注射压力在（70100Mpa）之间，而我们所选择的注射机的额定注射压力为205Mpa，在其设定的注射压力之间，满足工艺要求24。4.2.3注射机锁模力的校核当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向的很大的推力，该推力的大小必须小于注射机的锁模力，否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现象25。型腔内塑料熔体的压力（MPa）值可根据以下经验公式算得：P=KPo式中：P 型腔内塑料熔体的压力 （MPa）Po 注射压力（MPa）K 压力损耗系数 0.20.4将数据代入上式得：P=KPo=(0.20.4)205MPa=41MPa80MPa在该次设计中，并基于ABS这种塑料上我们取型腔中熔体的平均压力为：P=60MPa再由公式(3.1) 计算推力大小。T=KPS (3.1)式中：T 塑料熔体在注射机轴向上的推力（MPa）P 型腔内塑料熔体的压力，在此我们取P=60MPaS 制件与浇注系统在分型面上的投影面积（cm2）K 为安全系数，通常取1.11.2将数据代入该公式得：T=KPS=1.260MPa191.44cm21378.4KN1800KN满足要求经校核合格。4.2.4注射机模具厚度校核注射机模具厚度校核注射机规定的模具的最大与最小厚度是指模板闭合后达到规定锁模力时动模板到定模板的最大与最小距离。所以，所设计的模具的厚度必须要在注射机规定的模具最大与最小厚度范围内，否则将不可能获得规定的锁模力，当模具厚度小时，可以加垫板26。根据要求模具的厚度必须满足HminHHmax式中：H 模具厚度Hmin 注射机允许的最小模具厚度 Hmax 注射机允许的最大模具厚度根据我们已选择的注射机得到Hmin=200mm；Hmax=900mm。根据模架的布置方式，初定模具的高度为H=410.5mm将上述的数据代入HminHHmax得：200410.5900满足不等式HminHHmax，符合要求。4.2.5注射机最大开模行程校核 模具开模后为了便于取出产品，要求有足够的开模距离，而注射机的开模行程是有限的，所以我们在设计是必须进行注射模开模行程的校核，在我们所选择的这个规格的注射机中开模最大行程为700mm。注射机的开模行程应大于模具开模时取出塑件（包括浇注系统）所需要的开模距离27，即是必须满足下式：SkH1+H2+(5 10)式中：Sk 注射机行程 Sk=700mmH1 脱模距离（顶出距离）H1=40mmH2 塑件高度+浇注系统 H2=40+70=110mm所以H1+H2+(510)=40+110+10=160Sk=700mm能满足要求。通过上述校核得出该规格的注射机满足要求，因此，确定选择型号为：JPH180-A的注射机。5 成型零件结构设计与计算5.1成型零件的结构设计凹模的结构设计:由于零件形状简单，故选用整体式凹模。其结构如图5.1所示： 图5.1 凹模设计 凸模的结构设计:对于形状复杂的凸模，为了便于机加工，本凸模采用镶拼式结构，将轮毂型芯加工研磨后压入到模框板之中，侧壁之间采用扣锁连接以保证连接的准确性。其结构如下图5.2所示： 图5.2 凸模设计5.2成型零件工作尺寸的计算制品尺寸能否达到图纸尺寸的要求，与型腔、型芯的工作尺寸的计算有很大关系。成型零件工件尺寸的计算内容包括：型腔和型芯的径向尺寸高度尺寸及中心距尺寸等28。成型零件工作尺寸的计算方法很多，现以塑料的平均收缩率（ABS取0.5%）为基准计算。5.2.1 定模工作尺寸的计算定模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐变大。为了使得模具的磨损留有修模的余地，以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差29。（1）型腔的径向尺寸计算： （5.1）式中：DM型腔名义尺寸(mm)；ds为塑件外径基本尺寸,即塑件的实际外形尺寸(mm)；s为塑件公差，成型零件精度等级取5级；Qcp为塑料平均收缩率(%)，此处取0.5%； z为型腔的制造公差（取正差）。由于塑件的制造要求为中精度，所以模具的制造采用一般精度的模具制造公差即可，在这里取IT3级公差。查注塑模具手册得s=1.07，。电风扇叶片最大外形尺寸为200mm,将尺寸带入公式得： DM=200.200+0.01（2）型腔深度的尺寸计算： （5.2）式中：HM为型腔深度尺寸(mm)；hs为塑件高度基本尺寸,即塑件的实际高度尺寸(mm)；s 、Qcp 、z含义同（5.1）式中。电风扇叶片型腔深度hs=40mm 。代入数据计算得：HM =40.070+0.004（3）型芯的径向尺寸计算： （5.3）式中：dM为型芯名义尺寸(mm)；Ds为塑件内径基本尺寸,即塑件的实际内径尺寸(mm)；s 、Qcp 、z含义如（5.1）式中，。电风扇叶片内径Ds=24mm。代入数据计算得： dM =24.21-0.0040 （4）型芯的深度尺寸计算： （5.4）式中：hM为型芯高度尺寸(mm)；Hs为塑件内部深度基本尺寸,即塑件的实际内部深度尺寸(mm)；s 、Qcp 、z含义如（5.1）式中,。电风扇叶片内部深度Hs=37mm。代入数据计算得： hM =37.32-0.00405.3型腔壁厚与底板厚度计算在塑料注射模注塑过程中，型腔所承受的力是十分复杂的。型腔所受的力有塑料溶体的压力，合模时的压力，开模时的拉力等，其中最重要的是塑料溶体的压力。在塑料溶体的压力作用下，型腔将产生内应力及变形。如果型腔厚度和底板厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料的许用应力时，型腔即发生强度破坏。刚度不足则会发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度，也可能导致脱模困难等。所以，模具对强度和刚度都有要求30。对于大尺寸型腔，刚度不足是主要矛盾，应按刚度条件计算；对于小尺寸型腔，强度不足是主要矛盾，应按强度条件计算31。所以，本设计是按照强度条件。注射成型模型腔壁厚的确定应满足模具刚度好、强度大和结构轻巧、操作简便等要求。在塑料注射充型过程中，塑料模具型腔受到熔体的高压作用，故应有足够的强度、刚度。否则可能会因为刚度不足而产生塑料制件变形损坏，也可能会弯曲变形而导致溢料和飞边，降低塑料制件的尺寸精度，并影响塑料制口的脱模32。从刚度计算上一般要考虑下面几个因素：（1）使型腔不发生溢料，ABS不溢料的最大间隙为0.05mm。（2）保证制品的顺利脱模，为此同时要求型腔允许的弹性变形量小于制品冷却固化收缩量。（3）保证制品达到精度要求，制品有尺寸要求，某些部位的尺寸常要求较高精度，这就要求模具型腔有很好的刚度。在实际中，我们不是通过计算来确定型腔壁厚及支承板厚度，而是凭经验确定。查参考资料的经验数据表可以得知：型腔侧壁厚度S的经验值为：S0.2L+17 L型腔长边的边长底板厚度h的经验数据：h0.13b侧壁厚度S的值为：S0.2L+17=0.2100+1737mm底板厚度h的数据：h0.13b0.13105.613.8mm506 浇注系统和温度调节系统设计6.1浇注系统设计浇注系统设计是否合理, 直接影响到制品的表观质量, 行位尺寸精度，制品物理力学性能，充模难易程度以及熔料在充模式的流动状态。浇注系统是指从模具进料口开始到模具型腔止的流动通道。普通浇注系统由主浇道、分浇道、浇口和冷料穴四部分组成如图6.1所示。1、主流道 2、分流道 3、浇口 4、拉料口 5、冷料穴 6、制品图6.1 普通浇注系统浇注系统的作用：使来自注射机料筒喷嘴的熔料稳定并顺利地流入浇注系统，以充满各格型腔，同时在充模过程中能够将型腔中的气体顺利排出，在熔体填充和凝固的过程中，将注射压力传递到型腔各个部位，确保模塑成型。浇注系统设计因制品的质量要求，塑件品种，使用设备，成型工艺条件及用 户对模具的要求等不同而变化，但要确保在合理的成型工艺条件下，尽可能消耗较少的塑料并获得令人满意的表观质量和物理力学性能的制品。6.2浇道设计根据模具型腔数目的要求，选择合理的浇道形式尽量采用平衡式浇注系统熔料流经浇注系统时，应使熔料温度下降尽可能小；熔料通过浇注系统，压力损失应控制在规定的范围内；尽可能在同一时间内充满各个型腔；尽量减少浇注系统的容积；保证熔料的前锋冷料不进入型腔内。6.2.1主流道设计主流道（也叫进料口），它是连接注射机料筒喷嘴和注射模具的桥梁，也是熔融的塑料进入模具型腔时最先经过的地方。主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切关系。若主流道太大，其主流道塑料体积增大，回收冷料多，冷却时间增长，使包藏的空气增多，如果排气不良，易在塑料制品内造成气泡或组织松散等缺陷，影响塑料制品质量，同时也易造成进料时形成旋涡及冷却不足，主流道外脱模困难；若主流道太小，则塑料在流动过程中的冷却面积相应增加，热量损失增大，粘度提高，流动性降低，注射压力增大，易造成塑料制品成形困难。主流道部分在成型过程中，其小端入口与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交替地反复接触，属易损件，对材料的要求较高因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式（俗称浇口套），以便有效地选用钢材单独进行加工和热处理。一般采用碳素工具钢T8A、T10A等，热处理要求淬火5357HRC。在一般情况下，主流道不直接开设在定模板上，而是制造成单独的浇口套，镶定在模板上。小型注射模具，批量生产不大，或者主流道方向与锁模方向垂直的模具，一般不用浇口套，而直接开设在定模板上。浇口套是注射机喷嘴在注射模具上的座垫，在注射时它承受很大的注射机喷嘴端部的压力同时由于浇口套末端通过流道浇口与型腔相连接，所以也承受模具型腔压力的反作用力。为了防止浇口套因喷嘴端部压力而被压入模具内，浇口套的结构上要增加台肩，并用螺钉紧固在模板上，这样亦可防止模腔压力的反作用力而把浇口套顶出33。6.2.2 浇口套的设计浇口套的结构形式有两种，一种是整体式，即定位圈与浇口套为一体，并压配于定模板内，一般用于小型模具；另一种为将浇口套和定位圈设计成两个零件，然后配合在模板上，主要用于中、大型模具。本设计的模具较大，故采用后一种结构形式。浇口套的计算:进料口直径：D=3.0+(0.51)mm=3.014mm式中d为注塑机喷嘴口直径。球面凹坑半径：R=r+(12)mm=10+212mm式中r为注塑机喷嘴球头半径。主流道长度L根据定模座板厚度确定，在能够实现成型的条件下尽量短，以减少压力损失和塑料耗量。主流道大端与分流道相接处又过度圆角，以减小料流转向时的阻力，其圆角半径取r=2 mm 。所选浇口套的立体图如图6.2所示：图6.2 浇口套立体图材料选用碳素工具钢T8A，淬火硬度为5558HRC。浇口道的固定采用四个M620的内六角螺钉与模板相连接，尺寸20处与模板之间采用H7/k6的过渡配合。6.2.3 分流道的设计分流道是主流道与型腔进料口之间的一段流道，主要起分流和转向作用，是浇注系统的断面变化和溶体流动转向的过渡通道。分流道常见的断面形状有圆形、正六边形、梯形、U形、半圆形、矩形等数种，希望取易于加工，且在流道长度和流道体积相同的情况下流动阻力和热量损失都最小的断面形状。此次设计采用直边分流道，由于这种流道，加工方便，节省机械加工费用，且热量损失和阻力损失均不大，这样即能使浇口到各叶片外侧的流程相等，又能保证快速充模，而且便于充模时排气、切除浇道、不产生熔接痕，保证了外观质量，故为常用形式。此外，分流道应尽可能短，容积要小，因为流经分流道的熔体温度和压力损失要小。分流道的截面尺寸应根据塑件的成型体积、壁厚、形状，所用塑料的工艺性能，注塑速率以及分流道的长度等因素来确定。对于壁厚小于3.2mm，重量在200g以下的塑件，可用下述经验公式确定分流道的直径（此时算出的分流道直径仅限于3.29.5mm）： （6.1）式中 D分流道的直径，mm；W塑件的质量，g（此零件约为103g）；L分流道的长度，mm（此模具约为40mm）。所以代入数据可得：D9mm。6.2.4 浇口设计浇口的形状、尺寸有利于塑件成型，不会出现充模不足或过剩现象；浇口的位置有利于排气；不会使成型件出现各种明显的缺陷；制品中的气孔、残余应力、弯曲和尺寸变化应在允许的范围内；浇口残留痕迹应尽量不影响制品的外观；熔料流经浇口时，不应出现熔料性能恶化现象。对热敏性塑料尤为重要。浇口的形式多种多样，但常用的浇口有如下11种：直接浇口、侧浇口、扇形浇口、平缝浇口、环形浇口、盘形浇口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏浇口、护耳浇口等。因塑料风叶尺寸较大，形状复杂，故采用单型腔模。由于叶片尺寸较大，且壁厚较薄，外观精度要求较高，设计的浇道、浇口必须具有快速充模、流动均匀的特点。据此，设计了中心浇口。如图6.3所示。 图6.3 中心浇口是浇口中最简单的形式,其流动阻力小。压力损失小，进料速度快，成型比较容易，各种塑料都能适用。但浇口附近会产生大的残余应力集中，往往产生裂纹等。因此，中心浇口常用于大而深的制品成型或较高粘度塑料成型。模具的大部分为单型腔结构。符合设计要求。中心浇口是圆形浇道，其进料口尺寸应根据塑料的性能和制品的重量来选择，可参考主流道尺寸的选择，但进料口直径应大于喷嘴口径0.51毫米，锥度为24，为防止冷料进入型腔，一般在中心浇口底部设置一个厚度为1/2D的冷料穴。常用塑料的中心浇口的进料口尺寸d参见表6.1 表6.1 中心浇口进料口尺寸推荐值（mm）塑件质量3克以下312克12克以上塑件直径dDdDdD聚苯乙烯2.543636聚乙烯2.543637ABS2.553748聚碳酸酯3538510本次设计参考了ABS的尺寸进行设计。即d选择4mm，D选择8mm。6.3 温度调节系统设计6.3.1 对温度调节系统的要求a 根据选用的塑料品种，确定温度调节系统是采用冷却方式还是加热方式；b 希望模温均匀，塑件各部分同时冷却，以提高生产率和塑件质量；c 采用较底的模温，快速、大流量通水冷却一般效果比较好；d 温度调节系统要尽量做到结构简单，加工容易，成本低廉。6.3.2模具冷却系统的设计要点为了防止塑件变形和提高生产率，模具就应该充分冷却，为此模具要设置几条冷却水道组成模具的冷却系统。冷却水道的设计原则：1. 冷却水孔尽可能多，尺寸适当大。2. 冷却水孔距型腔表面距离要适当，太近型腔表面温度不均匀；太远热阻大。 3. 水料并进，强化浇口处的冷却。4. 入水与出水的温差不宜过大。5. 冷却水孔应便于加工装配。6. 对热量积聚大，温度上升高的部位应加强冷却。7. 冷却水道要避免接近塑件的熔接痕部位，以免熔接不牢，降低塑件强度。 相对于其他系统，冷却系统较为简单，只需在距塑件表面一定距离处开设水路即可。不过应注意不要与其他杆件重合，以免漏水；在进出水口要用管螺纹接头，加强其密封性。在两块板接触时，水道间应加设密封圈。6.3.3 冷却系统的设计与计算冷却系统设计的有关公式： （6.2）式中：Qv 冷却水的体积流量(m3/min) W 单位时间内注入模具中的塑料重量(kg/min) Q1 单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量(kJ/kg) 冷却水的密度(kg/m3) 0.98103 c1 冷却水的比热容kJ/(kg.)4.187 1 冷却水的出口温度() 25 2 冷却水的入口温度() 20 （6.3）式中：c2 塑料的比热容kJ/(kg) 1.470 3 塑料熔体的初始温度() 170 4 塑料制品在推出时的温度() 20 u 结晶型塑料的熔化质量(kJ/kg) 0将以上数据代入式（8.3）得：Q1=220.5kJ/kg将以上数据代入式（8.3）得：QV=0.6810-3m3/min上述计算的设定条件是：模具的平均工作温度为40，用常温20的水作为模具的冷却介质，其出口温度为25，产量为0.067kg/min。 由体积流量，查表可知所需的冷却水管的直径非常小，体积流量也很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式即可。但为满足模具在不同温度条件下的使用，可在适当的位置布置直径d为6mm的管道来调节温度，冷却水通过外部的塑料软管循环，调节冷却水的流速和温度，可在一定温度范围内调节到达冷却效果。6.3.4 水嘴的结构图由塑料模具工程师手册查得水嘴的结构如图6.4所示。图6.4 水嘴结构图6.3.5 冷却水道的结构设计 经过以上分析，可知采用直水道排布，水道直径为6mm。其分布如图6.5所示：图6.5 模具内水道分布图7 合模导向机构设计合模导向机构对于塑料模具是必不可少的部件，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，必须导向。导柱安装在动模或者定模一边均可。有细长型芯时，以安装在细长型芯一侧为宜。通常导柱设在模板四角。7.1导向机构的作用：（1）定位作用 合模和装配时避免动、定模的错位，保证塑件形状和尺寸精度。（2）导向作用 合模时导向零件先接触，引导动、定模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件的损坏。（3）承受一定的侧向压力 塑料熔体在在填充过程中可能产生侧向压力或由于注射机精度的影响，导柱也将承受一定的侧向压力。导柱导向机构是最常用的一种形式，同样也很适合此风扇塑件，因此决定采用导柱导套导向机构。7.1.1导柱的选择导柱的结构形式有两种：一种为单节式导柱，另一种为台阶式导柱。小型模具采用单节式导柱，大型模具采用台阶式导柱。对于大型模具，若导柱承受模板的重量，导柱的直径可用下式校验： （7.1）式中：W为一根导柱承受的模板重力（N）；L为模板中心距导柱根部距离（mm）；E为材料弹性模量。根据国家标准推荐值选用公称直径d为40mm,D为44mm长度为357mm的直通型导柱。在导柱的工作部分上开设油槽，可以改善导向条件，减少摩擦，从而延长导柱的使用寿命。故选取带有储油槽的直导柱。导柱三维模型如图7.1所示： 图7.1 导柱7.1.2导套的选择由于之前导柱已选定，由注塑加工速查手册可查得与之相配的导套。为确保导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角，导向孔最好做成通孔，以便于排出合模时孔内的空气。故此选取其内径为40mm，外径为55mm，安装在定模板、动模板上的导套长度分别为80mm、90mm尺寸的导套。导套的形状如图6.2所示。 图7.2 导套7.1.3导柱和导套的配合根据设定的导柱及导套形式，同时考虑动、定模的设计，以及塑件的精度要求和生产批量，采用间隙配合使导柱在导套（导向孔）内滑动，配合间隙一般采用H7/f6级配合。此套模具有两处导向装置：开合模导向与推出机构导向，虽然两处的结构尺寸不同，但是导柱与导套的配合基本一致。7.1.4导柱的布置方式导柱一般均匀布置在分型面的四周，导柱中心与模具的边缘应该留有足够的距离，以保证强度。最后应该注意：为确保合模时只能按一个方向合模，导柱的布置可采用如下几种形式。a）不等直径两点式 b) 等直径三点式 c) 等直径四点式 d）不等直径四点式 图7.3 导柱的分布方式图a、d为不等直径对称布置，即导柱直径设成不同，图b、c为等直径不对称形式。两种形式可任意选用，在这里，风扇塑件注塑模具导柱选择c型，即采用4根导柱分布模具四角的方式。8 脱模机构设计8.1脱模机构设计原则塑件冷却成型后，并不会自动脱落。所以需要设计脱出机构，即通过脱模系统来把塑件从动模上脱落。推出机构一般由推出元件、复位元件和导向元件三部分组成。与塑件直接接触并将其从动模上脱落的部件称为推杆，也叫顶针，通常为平衡起见，设置对称的好多根。使推出机构在下一次注射前能够复位的元件称为复位元件，有多种形式，可灵活选择。这里区别于合模导向元件，推出机构也会有自己的导向需要，为了能够保证推出和复位运动的顺畅进行，通常也会设置导向机构。再设计推出机构之前，要先计算推出力并且明确推出机构设计的系列原则。设计原则如下：1.开模时应使塑件留在动模一侧。2.推出机构不影响压铸件得外观要求。3.选好推出作用点。4.避免推出时变形或损伤。5.推出机构应移动顺畅，灵活可靠。6.推出机构的结构应有足够的强度和耐磨性。8.2推杆的设计推杆就是塑件成型后，将其从动模上推出的顶针状东西。对于复杂结构的塑件，需做二次推出动作，对于布满孔面的、容易变形的塑件，还需采用推管形式，用以保证塑件表面的质量和推出过程的稳定。8.3脱模力的计算脱模力是指将塑件从动模一侧的主型芯上脱出时所需要的外力，是设计推出机构的主要依据之一。塑件在模具冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小而将型芯包紧而产生的力，叫做型芯包紧力。对于不带通孔的壳体类塑件，脱模时所要克服大气压力，叫做真空吸力。故脱模力 Qe由两部分组成，即Qe=Qc+Qb 式中Qc-制品对型芯的包紧的脱模阻力（N）Qb-使封闭壳体脱模须克服的真空吸力（N） Qb=0.1Ab。这里0.1的单位是Mpa，Ab为型芯的横截面面积（mm2）在脱模力计算中，将的制品视为薄壁制品。反之视为厚壁制品。t为制品壁厚（mm）本塑件t取3mm,rp为型芯的平均半径（mm）本塑件rp取12mm。故得为4，为厚壁制品。对于厚壁圆筒制品有脱模力计算公式（8.1）所示： （8.1） 式中 E-塑件的拉伸弹性模量（Mpa）-型芯的脱模斜度-型芯脱模方向高度-脱模斜度修正系数，其计算式为（8.2）： （8.2）式中 f制品与钢材表面之间的静摩擦系数-厚壁制品的计算系数,其计算式为（8.3）： （8.3）T-比例系数,rp-型芯的平均半径(mm),对于矩形型芯t-制品厚度(mm)由以上公式结合塑件结构得rcp=12mm ; t=3mm;h=40mm;查注塑加工手册得：Mpa; ; f=0.5; ; 代入数据：Qb=0.13.14122=45.3N =1109.61N -脱模力 n-推杆根数 -推杆所受的压力（MPa） -推杆材料的屈服强度（Mpa）取900Mpa将数据代如下式（8.4）求得n值： （8.4）本次设计推杆直径d为8mm,代入以上数据可的n取3即可。顶杆的材料多用钢45、T8、T10,顶杆头部要淬火处理达HRC50以上，光洁度7级以上。 本次设计选用了T8钢。8.4 复位杆设计在开模推出塑件后，还要为下一次的成型做好准备，因此在下一个塑件成型前，推出机构一定要先复位。所以就要设定复位机构即复位杆。首先在位置设计上要求平衡考虑，一般设计成偶数对称形式使受力均匀。其次，复位形式也是多种多样的，在这里可以选用最为常用的一种。该种形式在装配时复位杆与分型面齐平，在推出机构推出塑件后，它的合模运动与复位运动则同时进行。8.5 推出导向系统设计在注塑过程中，每开合模一次，推出机构就往复运动一次。为了确保推出机构能平稳灵活的进行，对于大多的模具都需要为推出机构设置导向装置。其材料、配合精度、刚度等都与开合模的导向系统差不多。但是区别于合模导向重点导柱导套，这里导套一般设在推板与推杆固定板上，而导柱则整个穿过导套，如图8.2所示对于中小型的模具来说，一般用2个导柱导套定位即可，但对于大型模具来说，为保证推出机构的灵活平稳，需设置4根导柱甚至更多。对于此风扇模具，虽然平稳度要求较高，但是塑件本身工艺要求并不高，而且规格上也属小型模具，所以用支撑柱来作为其导向机构即可。9 其他辅助部分设计9.1排气系统设计排气系统是指在注塑模成型过程中将注塑过程中的气体（气体来源：原本型腔中的空气、溶解于熔体的气体、水蒸气、塑料的分解产生的气体等）排除的一种装置。它一般会开设在溶体流到的末端。在本设计中由于塑件的体积较小，在成型过程中产生的气体不会很大，因此，我们在此可以不必设计特殊的排气系统，我们可以直接利用分型面和推杆配合间隙来排气。在利用分型面排气时，我们需要分型面具备一定粗糙度，因此，在研磨分型面时，砂轮路线必须指向外侧，以此来保证熔体在填充过程中，气体能沿分型面排除。另外，为了在分型面良好的排气，可以在动模板与定模板结合的同时，在定模板上开一个宽2mm、高1mm的槽，从而加强了分型面的排气功能。9.2标准模架的选用模架的形式是多种多样的，主要根据型芯和型腔的结构以及尺寸来选择，对于本设计无侧抽芯的结构来说，选用普通模架即可。模架的选择原则：（1）模架厚度H与注塑机的闭合距离L必须满足一定的要求。（2）开模行程必须大于取出塑件所需的动、定模分开距离；模具推出距离应小于推出机构液压缸的额定行程。（3）模架选择应符合塑件机器技术工艺的要求，包括力学性能以及长、宽、高等各种尺寸。本设计中，塑件最大直径为200mm，型芯和型腔最大长度为420mm，塑件最大宽度为40，所需脱模行程为40mm。通过翻看和比较各类标准模架，最终选择如图9.1所示模架。 图9.1 模架模架从上到下依次为定模座板、下料板、定模板、动模板、垫块、推板、推板固定板、动模座板。其中动、定模座板尺寸略大于其他各板，且其他板长宽与导柱孔间距、螺钉孔间距数值均相等。定模座板中间孔为定位环孔，动模座板中间孔则是设计拉杆的需要。长宽高及孔间距尺寸见表9.1：表9.1 模架各板尺寸（单位：mm）名称长宽高定模座板50045044.5下料板45045040定模板45045080动模板45045090垫块45078120推板45029025推板固定板动模座板4505002904503035导柱孔径直径为40mm，螺钉沉孔直径为20mm，螺杆直径为17.5mm.导柱孔间距为364mm，螺钉孔间距为282mm。模架的总高度计算得：H=410.5mm。经校核模具的强度和刚度都是足够的，且模架的大小也适中，经核算选用该模架是较为合理的。10 绘制模具图10.1利用Pro/Engineer软件创建三维模块利用Pro/Engineer软件画出的模具三维图如图10.1所示：10.1 模具三维图10.2绘制总装配结构图利用CAD软件绘制出模具的总装图如图10.2所示：绘制总装配图采用1：1的比例画出。 图10.2 模具装配图11 结论毕业设计是学生毕业前最后一个重要实践环节，是学习深化与升华的重要过程。它既是学生学习、研究与实践成果的全面总结，又是对学生素质与能力的一次全面检验，而且还是对学生的毕业资格及学位资格认证的重要依据。本课题是为家用电风扇设计一套注射模具，对模具设计的相关原理进行了详细的论述，根据其原理确定了合理的模具方案，经过了一系列的设计、计算、校核等工作，终于完成了此次毕业设计，即风扇叶片注塑模具的设计。设计主要包括一开始的自己设计叶片造型、塑料材料的选择、模具各个系统的设计以及最后模架的加工与选用设计，最终装配成一完整模具因为此模具并未设侧抽芯结构，这就决定总体结构不是很复杂；然而分型面的选择在这里为比较复杂的曲面，需要灵活运用各种方法，具备一定的模具专业深度，而我在这块也花了很多时间。做完分型面，模具的成型机构就出来了，把工件按分型面分开就得到了型芯和型腔。之后是浇注系统，设计浇注系统主要应做到眼观全局，大局为重。在浇口、主分流道选择时，考虑整体方案那个更好，而不要停留在一个片面上。推出机构的设计在本身并无特别之处，结构也相对简单，但是要注意配合整套模具，选择适当的位置。同理，冷却系统也是不可与其他机构起冲突，水路设置应充分考虑密封性，所以在开口设为管螺纹形式。通过本次毕业设计使我对机械设计制造及其自动化专业有了更为深刻的认识，系统的掌握了模具设计过程，使个人能力得到很大的提高。参考文献1 张洪峰.塑料模具设计与制造J.高等教育出版社,2008,
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