风扇调速旋钮塑料模具设计【含CAD图纸、说明书】
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毕业论文风扇调速旋钮塑料模结构分析及设计专 业 名 称 模具设计与制造班 级 学 号 学 生 姓 名 指 导 教 师 年04月20日毕业论文任务书I、毕业论文题目：风扇调速旋钮塑料模结构分析及设计II、毕 业论文使用的原始资料及设计技术要求：一、原始资料：零件图及PROE、UG等设计所涉及的软件二、技术要求：1.论述塑料模的结构特点 2.制件的设计精度为4级，要求大批量生产3.选用注射机III、毕 业论文工作内容：2012年1月8日前 完成选题2012年1月 进行资料收集、加工、整理，提出设计方案2012年2月 进行并完成毕业论文2012年3月 撰写毕业论文2012年3月30日 毕业论文模拟答辩2012年4月20日 毕业论文答辩，成绩评定 院、系(函授站) 模具设计与制造 专业 班 学生 日期：自 年 01 月 8 日至 年 04 月 20 日指导教师 兼职教师或答疑教师(并指出所负责的部分)： 教研室主任 摘要塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了塑件工艺的分析过程和注射模具浇注系统的设计过程，并对材料要求做了说明。通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理；通过对Pro/E、UG的学习，可以建立较简单零件的零件库，从而有效的提高工作效率。 目 录1 塑件成型工艺性分析71.1塑件制品结构分析71.2成型工艺的分析71.2.1尺寸精度确定71.2.2 脱模斜度确定81.3 ABS的性能分析81.4 ABS的注射成型过程工艺参数81.4.1注射成型过程81.4.2 ABS的注射工艺参数91.5 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施91.6 确定模具基本结构92 分型面结构设计102.1分型面的选择原则10 2.1.1分型面的确定102.2确定型腔数量及排列方式102.2.1一般确定型腔数量的三种方法102.2.2确定型腔的排布方式112.3注射机型号的确定112.3.1按风扇调速旋钮的注射量计算112.3.2选择注射机122.3.3注射机有关参数的校核122.4浇注系统形式和浇口设计132.4.1主流道的设计132.4.2主流道尺寸的确定142.4.3主流道衬套的形式142.4.4主流道冷料穴的设计152.4.5分流道的截面形式162.4.6浇口的选择原则及位置162.4.7排气系统的设计172.5确定顶出方式172.5.1顶出方式的确定172.5.2脱模力的计算172.6确定冷却系统192.7注射模选材192.8导向与定位结构的设计202.9模具的工作过程203 成型零部件的设计 203.1确定型腔、型芯的结构和固定方式203.2成型零件的尺寸计算203.2.1型腔的径向与深度尺寸计算213.2.2型芯的径向与高度尺寸计算213.2.3塑件的型芯及型腔的成型尺寸标注图224 模架的确定和校核 224.1各模板尺寸的确定224.2模架各尺寸的校核235 绘制模具图 246、总结 337、参考文献 331 塑件成型工艺性分析1.1塑件制品结构分析本设计记为风扇调速旋钮，如图1.1所示塑件的质量要求不允许有裂纹和变形缺陷的；塑件材料为ABS，生产为大批量，塑件公差按模具设计要求进行转换。该塑件的结构不算复杂，但是产品外表面带有花纹，产品里面也有凹槽，因为此产品是作为风扇调速旋钮使用，大批量生产。所要求的制造精度不高,所以要求模具的制造精度也不高，因要与手部接触，所以保证塑件表面质量即可。1.2 成型工艺分析1.2.1尺寸精度影响尺寸精度的因素较多，如模具的形式或基本结构、模具加工的加工制造误差、模具的磨损、变形、热膨胀；由于成型条件变化造成的收缩率的波动、成型操作变化的影响、脱模顶出时的塑料变形、弹性恢复；周围温度、湿度不同造成的尺寸变化、弹性恢复引起的变化等。在一般的模具生产设计过程中，为了降低模具的加工难度和模具的生产成本，在满足塑件使用要求的前提下，选取较低等级的公差，便于模具的加工与生产。结合本塑件的具体情况，查参考文献塑料模具设计手册得，该塑料件尺寸精度为4级，未注公差为8级精度，未注圆角R=0.5，对应的模具精度为IT8，材料为ABS。1.2.2 脱模斜度为了便于塑件从模具型腔中取出或从塑件中抽出型芯，在设计时塑件内外壁应具有足够的脱模斜度。最小脱模斜度与塑料性能、收缩率的大小、塑件的几何形状有关。该塑件均厚约2mm，其脱模斜度查参考文献塑料模具设计手册得：材料为ABS的塑件斜度/型腔取040120，斜度/型芯取0351。ABS流动性一般，对温度敏感。溢边值为0.04mm左右，脱模斜度一般取大于或等于2以上。1.3 ABS塑料的性能分析表1.1 ABS性能指标塑料性能单 位数 值物理性能密度g/cm-31.031.07质量体积30.83熔点130160计算收缩率%0.40.7屈服强度MPa50力学性能拉伸强度MPa38伸长率%35抗拉弹性模量MPa1.8抗弯强度MPa80弯曲弹性模量MPa1.41.4 ABS的注射成型过程及工艺参数1.4.1 注射成型过程（1）成型前的准备对ABS的色泽、细度和均匀度等进行检验。由于ABS吸湿性强, 含水量应小于0.3，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。（2）注射过程塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可以分为充模、保压、倒流和冷却4个阶段。（3）塑件的后处理采用红外线灯、烘箱，热处理温度70，处理时间24h。1.4.2 ABS的注射工艺参数表1.2 ABS塑料注射工艺参数塑料名称ABS预热和干燥温度/8085时间/h23料筒温度/前段180220中段165180后段150170喷嘴温度/170180模具温度/5080保压力/MPa5070成型时间/s注射时间2090高压时间05冷却时间20120总周期201201.5 ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施1.制件表面银纹：使用材料前充分干燥，使用过程中防止返潮。2.流动痕：提高模具温度和物料温度或是降低注射速率。3.缩孔及凹痕：提高模具温度和物料温度，延长注射保压时间，增大注射压力，加大注射速度或是加大浇口尺寸等措施。4.翘曲变形：（1）从加工工艺上考虑，加长注射成型周期，降低注射温度，适当调整注射温度和注射速度，减慢顶出速度，增加顶出面积，保持顶出力均匀。（2）从制品设计方面考虑，增加壁厚增加加强筋和圆角出的补强。1.6 确定模具基本结构该零件为风扇调速开关旋钮，要求外表面较光滑、无痕迹，可选用的浇口形式有重叠式浇口、点浇口和潜伏式浇口。其中潜伏式浇口去除浇口留下的痕迹可选在制品内侧，对制品的外观无任何影响，但浇口的制造较为复杂；本模具不适合适用点浇口；重叠式浇口简单，浇口痕迹在制件的端面，不影响制件的外观。该零件大批量生产，要求模具简单，费用低廉。综上，选择单分型面注射模，重叠式浇口进料，推杆一次顶出。2 分型面结构设计2.1分型面的选择原则1选在制品最大外形尺寸之处。因为制品一般都是在最大投影面积之处分模，否则，很难脱模。同时，尽可能使塑件留在动模一侧，有利于塑件的取出。2保证外观质量。3便于浇口进料，利于成型，易于排气。4利于型腔加工，使制品精度易于保证。5利于嵌件的安装以及活动镶件的安装。6有利于简化模具结构。该塑件在进行塑件设计时已经充分考虑以上原则。2.1.1分型面的确定塑件在分型面处的表面质量无特殊要求，能够保证塑件上表面曲面的质量要求即可，而且塑件的模具结构也比较简单，因此在制品的最大外形尺寸之处，如图2.1所示:2.2确定型腔数量及排列方式型腔数量以及位置如何确定要根据塑件制品的尺寸大小、结构难易程度、生产效益等诸多因素灵活确定。2.2.1一般确定型腔数目的三种方法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，并忽略准备时间和生产原料费用，仅考虑模具加工费和塑件成。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。3根据注射机的最大注射量确定型腔数目。2.2.2确定型腔的排布形式大中型塑件和精度要求高的小型塑件一般优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可使生产效率大为提高。该塑件精度要求不高，塑件体积较小，生产批量为大量生产，从模具加工成本、制品生产时的成本考虑，初步拟定采用一模四腔。型腔布置形式如图2.2所示：2.3注射机型号的确定2.3.1按风扇调速旋钮的注射量计算1.查参考文献塑料模具设计手册得ABS的密度为1.05g/3，利用Pro/E三维软件测的该塑件的实际体积为2.65cm3，求其质量为2.78g。浇注系统凝料体积的初步计算可按浇注系统的体积为塑件的0.6倍。即 由于该模具是一模四腔，所以浇注系统凝料体积为:一次总的注射量为：式中：模具型腔数目，；所以 2.塑件和流道凝料在分型面上的投影面积A及所需锁模力的计算流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A2，在模具设计前是个未知值，根据资料查证，A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2倍0.5倍，因此可用0.35nA1（n型腔数）来进行估算。塑件在分型面上的投影面积A1为：所以 锁模力是指注塑机的锁模机构对模具施加的夹紧力，即：式中 注塑机的额定锁模力(N)；模具型腔内塑料熔体平均压力，一般为注塑压力的0.30.65倍，通常为（2040）MPa，取为35Mpa；A塑件和浇注系统在分型面的投影面积之和（mm）；所以 2.3.2选择注射机根据实际情况，为了保证注射机能够正常注射成型，模具所需的实际注射量应该小于注射量的公称注射量。一般由经验公式可得公称注射量为： 根据公称注射量选择注射机，但ABS材料成型优先选用螺杆式注射机，查参考文献塑料模具设计手册可得，初步选型号为SZ100/60的注射机。表2.1注射机的技术参数项目SZ-100/60拉杆内间距/mm)280250结构类型卧式（螺杆）直通开模行程/mm)220理论注量/cm3)78g 最大模具厚度/mm)300螺杆直径/mm30最小模具厚度/mm)100注射压力/MPa170锁模形式双曲肘注射速率g/cm360模具定位孔直径/mm) 55塑化能力(g/s)5.6喷嘴球半径/mm) 12螺杆转速(r/min)14200喷嘴口直径/mm) 2.3.3注射机有关参数的校核1.锁模力效核 塑料熔体在分型面上的胀开力F应小于注射机的额定锁模力F额 ，才能保证注射时不发生溢料现象，为了可靠地闭锁型腔，不使成型过程中出现溢料现象，该力必须小于注射机的额定锁模力，二者的关系为： F(0.80.9)F额 式中：F额 注射机的额定锁模力。所以 F=109.77kN 0.85450=382.5kN由计算结果可知，注射机的锁模力符合要求。2.4浇注系统形式和浇口的设计图2.3浇注系统示意图2.4.1 主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道设计要点：1为便于将凝料从主流道中拉出，主流道通常设计成圆锥形，其锥角=26。内壁表面粗糙度Ra一般为0.8。2为防止主流道与喷嘴处溢料及便于将主流道凝料拉出，主流道与喷嘴应紧密对接，主流道进口处应制成球面凹坑，其球面半径为R2=R1+(12)mm,凹入深度（35）mm。3为了减小物料的流动阻力，主流道末端与分流道连接处呈圆角过渡，其圆角半径 r=13mm。4主流道长度L应尽量短，否则将增加主流道凝料，增大压力损失，一般主流道长度由模具结构和模板厚度所确定，一般不大于60mm。2.4.2 主流道尺寸的确定1主流道小端直径D=注射机喷嘴直径（0.51）=4（0.51），取D=4.5mm；2主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径（12）=12（12），取SR0=13mm；3球面配合高度h=3mm5mm，取h=3mm；4主流道长度尽量小于60mm，由标准模架结合该模具的结构，取L=46mm；5浇口套总长：L0=44+h+2=49mm；6主流道大端直径：D1=6mm；2.4.3 主流道衬套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，采用碳素工具钢 T8A，热处理硬度为（5055）HRC。如图2.4所示：图2.4衬套为了方便加工，本模具将定位圈和村套设计成组合式，其定位环结构尺寸如图2.5所示：图2.5定位环1.主流道衬套的固定：2.4.4主流道冷料穴的设计：冷料穴的设置是根据浇注系统的需要来设置的，其作用是：（1）储存两次注射间隔中产生的冷料头，以防止冷料头进入型腔造成塑件熔接不牢，影响塑件质量等；（2）兼有拉料作用，开模时应将主流道中的凝料拉出。所以设计冷料穴时直径稍大于或等于主流道大端直径。开模时，主流道中的凝料由Z形头拉料杆拉出定模，当塑件被推出时，凝料同时被推出。本模具采用与推杆匹配的冷料穴，冷料穴深度取6mm，如图2.7所示：图2.7冷料穴2.4.5分流道的截面形式分流道是主流道和浇口之间的进料通道。在设计分流道时主要考虑的是尽量减少熔体流动时的压力损失和温度降低，同时尽量减少分流道的面积。本产品采用半圆形分流道。半圆形的分流道设计，分流道截面形状如下图所示：2.4.6浇口的选择原则及位置浇口是熔融塑料经分流道注入型腔的进料口，是分流道和型腔的连接部分，也是注射模浇注系统的最后部分，其基本作用是使从分流道来的熔融塑料以最快的速度进入并充满型腔，型腔充满后，浇口能迅速冷却封闭，以防止型腔内还未冷却的熔融塑料回流。浇口分为直浇口、点浇口、侧浇口、重叠式浇口等。塑件上浇口的开设部位的选择，应注意以下几点：（1） 避免熔体破裂现象在塑件上产生缺陷；（2） 应考虑分子取向方位对塑件性能的影响；（3） 浇口开设在塑件壁厚最厚处；（4） 减少熔接痕和增加熔接牢度；（5） 防止料流将型芯或嵌件挤歪变形；（6） 保证充满型腔。本设计采用重叠式浇口，浇口样图如图2.9所示：h1=0.8mm2.4.7排气系统的设计本模具成型时排气方式是：利用配合间隙排气，分型面之间、推出机构与模板之间及活动型芯与模板之间的间隙配合进行排气，间隙值为0.0030.005。 2.5 确定顶出方式2.5.1顶出方式的确定本塑件采用顶杆顶出方式脱模，为了减少脱模力，设计中型芯设有2脱模斜度，在顶杆顶出时减少了制品和型芯的摩擦。2.5.2脱模力的计算1）根据正压力的计算公式得：p = = 182 MPa式中 p正压力（MPa）；E塑料的弹性模量（N/cm2）；S成形收缩率（mm/mm）；t塑件平均壁厚（cm）；脱模斜度（）；R凸模半径（指圆形截面）（cm）；m塑料的帕松比，约为0.380.39。2）根据初始脱模力的计算公式得： 式中 Q脱模力（N）；E塑料弹性模量（N/cm2）；S塑料平均成形收缩率（mm/mm）；t塑件壁厚（cm）；L包容凸模的长度（cm）；f塑料与钢的摩擦系数；m塑料的柏松比。3）推杆直径的计算 式中 d圆形推杆直径（cm）；推杆长度系数0.7；l推杆长度（cm）；Q总脱模力（N）；n推杆数量；E推杆材料的弹性模量（N/cm2）。2.6 确定冷却系统因塑料的加热温度对塑件的影响较大，温度过高易于分解（分解温度为130160），成型时要控制模温在5080之间具体措施是布置冷却水管。（1）冷却水管直径 8mm 。（2）冷却回路形式 型腔采用单一矩形回路。2.7注射模选材 模具材料选用原则，用于注塑模具的钢材，大致应满足如下要求：1机械加工性能优良：易切削，适于深孔、深沟槽、窄缝等难加工部位的加工和三维复杂形面的雕刻加工；2抛光性能优良：没有气孔等内部缺陷，显微组织均匀，具有一定的使用硬度（40HRC以上）；3良好的表面腐蚀加工性；4耐磨损，有韧性；5热处理性能好：具有良好的淬透性和很小的变形，易于渗氮等表面处理；6焊接性好：具有焊接性，焊后硬度不发生变化，且不开裂、变形等；7热膨胀系数小，热传导效率高：防止变形，提高冷却效果；8性能价格比合理，市场上容易买到，供货期短。表2.2材料、热处理零件名称材料牌号热处理硬度说明定位圈45主流道衬套T8A淬火(5055)HRC动、定模座板45调质(230270)HB凹模、型芯T8A淬火(5458)HRC动模板垫板45调质(230270)HB动模板45调质(230270)HB导柱、导套T8A淬火(5055)HRC垫块45推杆固定板45推板45淬火(4348)HRC或不淬火复位杆T8A淬火(5458)HRC水嘴45淬火(4348)HRC拉料杆、顶杆T8A淬火(5055)HRC2.8导向与定位结构的设计注射模的导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向，按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈使模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构侧通过导柱导套进行合模定位，本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身的导柱导套定位结构。2.9 模具的工作过程模具装配试模完毕后，模具进入正式工作状态，其基本工作过程如下。1对塑料ABS进行烘干，并装入料斗；2清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行适当的预热；3合模、锁紧模具；4对塑料进行预塑化，注射装置准备注射；5注射过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模；6脱模过程开模时由动模板一侧首先沿分型面分型，当开模到一定距离时，动、定模分开，拉料杆将主流道凝料从浇口套中拉出。在开模过程中，在推杆的推动下，动模一边的塑件沿着与开模方向平行移动，当推杆推动塑件达到一定距离时，塑件脱离了型芯，完成了脱模过程，最后将塑件取出；7塑件的后处理切除塑件上的浇注系统凝料，对塑件进行后处理。3 成型零部件的设计3.1确定型腔、型芯的结构和固定方式（1）型腔、型芯的结构设计 为了便于加工和节约优质模具钢，型腔采用整体式结构；另外，型芯处采用整体镶嵌式。 （2）固定方式 型芯采用台阶方式固定，型芯中的小型芯同样用台阶固定。3.2成型零件的尺寸计算所谓工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸计算，型腔深度和型芯高度尺寸计算，中心距尺寸计算等。ABS的成型收缩率为（0.40.7）%，所以平均收缩率取S=0.55%，塑件的尺寸精度为4级，对应的模具精度为IT8。3.2.1 型腔的径向与深度尺寸计算（1）对于塑件mm、mm、mm尺寸的凹模径向尺寸计算：因为 式中 塑件径向尺寸；塑件平均收缩率；塑件的尺寸公差；模具制造公差，取塑件尺寸公差的1/31/6。故 mm mmmm取 mm、mm、mm（2）对于塑件mm、mm尺寸的凹模深度尺寸计算：因为 式中 塑件高度方向尺寸。故 mmmm取 mm、mm3.2.2 型芯的径向与高度尺寸计算（1）对于塑件mm、mm型芯的径向尺寸： 因为 式中 塑件孔径尺寸。故 mmmm取 mm、mm（2）对于塑件mm型芯的高度尺寸：因为 式中 hS塑件高度方向尺寸。故 mm取 mm3.2.3 塑件型芯及型腔的成型尺寸标注图(a)型腔 (b)型芯嵌件（1） (c)型芯嵌件（2）图3.1型芯及型腔工程图4 模架的确定和校核 根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为100100mm，有考虑凹模的最小壁厚，导柱，导套的布局等，可以确定选用WL=250250mm的模架。4.1各模板尺寸的确定（1） 定模型腔板：塑件高度为15mm，凹模嵌件深度为40mm，所以定模型腔板取40mm。（2） 型芯固定板：按模架标准，板厚取20mm。（3） 垫块的高度：垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（510）=25+20+15+(510)= (6570)mm,初步选定C为70mm。经上述尺寸的计算，模架尺寸已确定为板面250250mm，其外形尺寸：长宽高=250250210mm。图4.1所示 图4.1模架示意图4.2模架各尺寸的校核（1）模具在注射机上的安装与固定尺寸的校核 该套模具模架的外
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