15風(fēng)扇葉注塑模具設(shè)計(jì)

1、風(fēng)扇葉注塑模具設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化200703536 孫桂蘭指導(dǎo)老師劉曉琴（講師）摘 要：本文以日用電風(fēng)扇葉片縮型為例，提出了對風(fēng)扇葉的注塑模具設(shè)計(jì)。根據(jù)注塑模具的工藝分析、生產(chǎn)規(guī)模等要素，選定了注塑機(jī)系列，確定了注塑模具的結(jié)構(gòu)。全文對模架機(jī)構(gòu)進(jìn)行了詳盡的設(shè)計(jì)與定義，采用特殊分型面進(jìn)行分模，實(shí)現(xiàn)塑件的順利頂出。根據(jù)塑件特性，詳盡設(shè)計(jì)了注塑模具的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：風(fēng)扇葉，注塑模，注塑機(jī)，Solidworks，AS塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高質(zhì)量有很大意義。1注射?？尚行苑治黾?/p>

2、注塑設(shè)備的選擇1.1注射性能分析1.1.1注射成型工藝的可行性分析風(fēng)扇葉形狀復(fù)雜，壁厚不均，尺寸精度要求較高，而且有較高的表面質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性要求，因此對模具和設(shè)備的要求也較高。而注射成型方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：幾乎沒有復(fù)雜性限制， 容許模具內(nèi)有不同塑料的成型型腔；塑件可小到不足1克，大到幾十千克，沒有限制；在一定溫度范圍內(nèi)具有適宜流動(dòng)性的熱塑性塑料；可注射高精度的塑件，有較好的表面質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性；生產(chǎn)率中等，循環(huán)時(shí)間主要由塑件壁厚決定，最短可在十幾秒內(nèi)，可增加每模的型腔數(shù)來提高生產(chǎn)率。由以上塑件的特點(diǎn)和注射成型工藝的優(yōu)點(diǎn)分析可知：該塑件適合于采用注射成型方法。1.1.2 注射成型工藝要求風(fēng)扇葉外

3、表面要求較高，因此其表面粗糙度取Ra0.4mm ,而其內(nèi)表面由于是風(fēng)扇基座的內(nèi)部，為顧客視線所不及，故不影響其外觀視覺質(zhì)量。從簡化加工工藝和節(jié)約加工成本的角度考慮，其內(nèi)表面選用的表面粗糙度為 Ra0.8mm。按SJ13721978標(biāo)準(zhǔn)，塑料件尺寸精度分為8級。本塑件所用材料為AS塑料，由此查資料5可知，本塑件宜選用 5級精度。塑件尺寸精度與模具的制造精度密切相關(guān)，根據(jù) 塑件零件圖確定模具精度等級為IT8。AS的成型收縮率較?。?.2-0.6%），而且塑件對型芯的包緊面積也較大，所以應(yīng)取較大的脫模斜度。為保證壁厚的均勻一致，因此取塑件的內(nèi)外表面的脫模斜度一致。再由零件設(shè)計(jì)圖紙要求可知a= 5為了

4、確保風(fēng)扇中心嵌件與塑件外徑的同軸度，在外側(cè)設(shè)計(jì)了六個(gè)加強(qiáng)筋。在不增大塑件壁厚的情況下， 設(shè)置加強(qiáng)筋即可增加塑件的承載能力，避免塑件變形翹曲， 又可改善塑料熔體的流動(dòng)充型狀況。該塑件內(nèi)外表面的轉(zhuǎn)折處、 加強(qiáng)筋的根部等處都設(shè)計(jì)了圓角。其采用圓角不僅降低了應(yīng)力集中系數(shù)，提高了抗沖擊、抗疲勞能力，而且改善了塑料熔體的流動(dòng)充模性能，減小了流動(dòng)阻力，降低了局部的殘余應(yīng)力， 防止開裂和翹曲，也使塑料件外形流暢美觀。而且成型模具型腔也有了對應(yīng)的圓角，提高了成型零件的強(qiáng)度。1.2塑件材料選擇該塑件為風(fēng)扇葉，其有以下特點(diǎn)：1 ）它所處的工作環(huán)境較好，處于室溫下，不承受沖擊載荷，也不處于酸、堿、鹽性環(huán)境中；2）產(chǎn)量

5、大，用于一般的日常生活中， 故要求此塑件材料質(zhì)優(yōu)而價(jià)廉且對人體不產(chǎn)生任何毒副作用。3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成型較困難。4）葉片是空間曲面成型和模具制造都很困難。5 ）要求要有較美麗的外觀，很好的絕緣性。因此我初步選擇采用通用塑料。其中，AS塑料是丙烯腈-苯乙烯的聚合物，具有注塑的高透明、 抗靜電、優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，且有良好的流動(dòng)性能和耐熱耐化學(xué)性、耐沖擊、高強(qiáng)度。通過以上分析結(jié)合塑料本身的特點(diǎn)以及模塑成型的獨(dú)特性，如成型熱收縮，冷卻時(shí)的變形、翹曲、實(shí)效變形，不具有金屬風(fēng)扇葉那樣可冷校正等等, 和便于提高風(fēng)扇葉形位精度，又要便于模塑成型。產(chǎn)生在流動(dòng)方向上的取向問題， 在冷卻過程中, 大的差異；再則冷

6、卻不夠均勻和其他因素的影響,因此，塑料風(fēng)扇葉的選材既要保證風(fēng)扇葉的使用性能若采用結(jié)晶或半結(jié)晶性的塑料，在模塑過程中，則易由于結(jié)晶和取向，使塑料制品各方向上的收縮程度有很必然產(chǎn)生收縮應(yīng)力， 以使制品變形，而且制品后變形亦較大，不能保證所要求的形位尺寸，從而降低了風(fēng)扇葉的精度和使用性能，故以采用聚苯乙烯、ABS、AS等非結(jié)晶塑料為佳，其收縮率相對較小。聚乙烯塑料由于脆性大、耐沖擊能力差、使用中易開裂等 缺點(diǎn)，一般不采用。 ABS和AS性能是合適的，其中 ABS價(jià)格較高，因此，目前大部分用AS塑料。72#圖1 N2025模架立體圖圖2 整體型芯1.3注塑設(shè)備的選擇該產(chǎn)品材料為 AS，查資料5得知其密

7、度為1.131.14g/ cm3,收縮率為0.50.7%，計(jì)算其平均密度為1.135g/ cm3,平均收縮率為0.55%。因此估算塑件體積為14945.99 mm3,另預(yù)置澆道凝料為 2 cm3，并且由產(chǎn)品的體積可以計(jì)算出產(chǎn)品的質(zhì)量為15.24g。根據(jù)塑料制品的體積或質(zhì)量，查資料5可選定注塑機(jī)型號為SZ-40/25。根據(jù)塑件選定模架為：N2025，其結(jié)構(gòu)見圖1。2注塑模組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1成型零部件設(shè)計(jì)根據(jù)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其沒有涉及到成型桿、 螺紋型環(huán)等結(jié)構(gòu)。但是風(fēng)扇葉曲面復(fù)雜， 外觀要求美觀， 因此設(shè)計(jì)時(shí)要使成型零件便于加工和安裝。輪轂型心設(shè)計(jì)成整體式結(jié)構(gòu)，如圖2所示。為了便于加工，且考慮到經(jīng)濟(jì)

8、性，可選 SM45鋼作為型芯、型腔材料。 SM45鋼是優(yōu)質(zhì)的碳素塑料模具鋼，比普通優(yōu)質(zhì) 的45碳素結(jié)構(gòu)鋼的硫磷含量低，鋼材的純凈度好。由于其淬透性好，制造較大尺寸的塑料模具時(shí)一般 用熱軋、熱鍛或正火狀態(tài)，模具硬度低，耐磨性較差。制造小型塑料模具時(shí)，用調(diào)質(zhì)處理可獲得較高的 硬度和較好的強(qiáng)韌性。但是鋼中碳含量較高，水淬后容易出現(xiàn)裂紋，所以一般要油淬。SM45的優(yōu)點(diǎn)是圖3風(fēng)扇葉分型面價(jià)格便宜，切削性能好，淬火后具有較高的硬度， 調(diào)質(zhì)處理后 具有良好的強(qiáng)韌性和一定耐磨性，所以廣泛應(yīng)用于中、低檔次的中、小型塑料模具。2.2分型面的設(shè)計(jì)與排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于葉片形狀復(fù)雜，由兩條螺旋線放樣而成，中心圓柱內(nèi) 孔

9、周圍分布多條筋板，且要保證同軸度，若采用單一形式的分 型面，則難以滿足要求。 其分型面屬于不規(guī)則曲面，由葉片上表面或下表面相連構(gòu)成， 因此，分型面確定有一定難度， 型芯、 型腔的分型設(shè)計(jì)也不能使用常規(guī)的方法。本設(shè)計(jì)選擇葉片曲面與葉體上部階梯端面的組合體為分型面，如圖3所示。2.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.3.1主流道設(shè)計(jì)主流道部分在成型過程中，其小端入口與注射機(jī)噴嘴及一定溫度、壓力的塑料熔體要冷熱交替地反復(fù)接觸，屬易損件，對材料的要求較高因而模具的主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套式（俗稱澆口套），以便有效地選用鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理。一般采用碳素工具鋼T8A、T10A等，熱處理要求淬火535

10、7HRC。本設(shè)計(jì)的模具為中小型，故采用將澆口套和定位圈設(shè)計(jì)成兩個(gè)零件，然后配合 在模板上的結(jié)構(gòu)形式。且由于風(fēng)扇基座底部有一個(gè)較小的凹坑，因此將澆口套設(shè)計(jì)成帶臺階的結(jié)構(gòu) ，即澆口套也充當(dāng)了型芯。 澆口套的固定采用四個(gè) M& 30的內(nèi)六角螺釘與模板相連接， 尺寸$ 18處與模板之 間采用H7/k6的過渡配合。2.3.2 澆口的設(shè)計(jì)因塑料風(fēng)扇葉形狀復(fù)雜，故采用單型腔模。由于葉片壁厚較薄，外觀精度要求較高，設(shè)計(jì)的澆道、 澆口必須具有快速充模、流動(dòng)均勻的特點(diǎn)。據(jù)此，設(shè)計(jì)了點(diǎn)澆口。這樣既能使?jié)部诘礁魅~片外側(cè)的流程相等，又能保證快速充模，而且便于充模時(shí)排氣、切除澆道、不產(chǎn)生熔接痕，保證了外觀質(zhì)量。因點(diǎn)澆 口

11、在脫模時(shí)會(huì)傷塑件的內(nèi)表面，而在這里是可以的，考慮到點(diǎn)澆口有利于澆注系統(tǒng)的廢料和塑件的脫離， 所以選取用點(diǎn)澆口。2.3.3冷料穴及分流道的設(shè)計(jì)基于本次設(shè)計(jì)的模具，可采用底部帶有拉料桿的冷料穴，這類冷料穴的底部由一個(gè)拉料桿構(gòu)成。拉料桿裝于型芯固定板上，因此它不能隨脫模機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。利用球頭形的拉料桿配合冷料穴。本模具采用的是一模一腔結(jié)構(gòu)，不存在分流道布局問題。2.4合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要作用：定位、導(dǎo)向、承受一定側(cè)壓等作用。根據(jù)模具的形狀和大小，在模具的空閑位置開設(shè)導(dǎo)柱孔和導(dǎo)套孔，常見的導(dǎo)柱有2至4根不等，其布置原則必須保證定模只能按一個(gè)方向合模，此設(shè)計(jì)采用四根相同的導(dǎo)柱布置在動(dòng)模固定板的四

12、角。2.5塑件脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于制品分型面的確定，頂出機(jī)構(gòu)對制品的頂出位置往往起到不同程度的限制。對于塑料風(fēng)扇葉模具，若頂出位置選擇在三片葉子上，則在頂出過程中，葉片必然受力變形，甚至?xí)谷~片根部開裂，不 能保證葉片的形狀精度和尺寸精度，而且葉片上留下頂痕，影響外觀。模具開啟后風(fēng)葉留在動(dòng)模方，是風(fēng)葉葉身緊緊抱住型芯的結(jié)果，即包緊力主要集中在型芯外表面。但是，考慮到風(fēng)扇葉基座壁厚只有 2mm，若將頂出位置選在基座上，將影響其圓柱度，且很難保證其壁厚。因此綜合上述分析，設(shè)計(jì)三 個(gè)頂桿均布在葉片靠近基座下端面，且在中心設(shè)置了一根中心推桿，這實(shí)際上是借助了嵌件推出。這樣有利于風(fēng)葉在頂出時(shí)的受力，防止葉

13、片變形，且頂出痕跡對風(fēng)葉外觀影響較小。為保證頂出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，頂桿受力均勻和準(zhǔn)確復(fù)位，在頂出機(jī)構(gòu)設(shè)置了導(dǎo)向、復(fù)位機(jī)構(gòu)。2.6溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在注射成型過程中，模具的溫度直接影響塑件的成型質(zhì)量和市場效率，根據(jù)塑料的要求，注射到模具內(nèi)的塑料溫度為 200C左右，而從模具中取出塑件的溫度約為60C,溫度降低是由于模具通入冷卻水，將溫度帶走了，普通的模具通入常溫的水進(jìn)行冷卻，通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。因風(fēng)扇葉使用的塑料的是AS，其要求的熔融溫度為 200 C,而且流動(dòng)性能為中性，同時(shí)在注射時(shí)模具溫度要求為5070C,所以該模具必須加熱。模具加熱方法包括：熱水、熱空氣、熱油及電加熱等。

14、由于電加熱清潔、結(jié)構(gòu)簡單、可調(diào)節(jié)范圍大，所以在該模具中應(yīng)用電加熱。3模具的裝配在模具裝配過程中，對模具的裝配精度應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)，模具的裝配精度包括相關(guān)零件的74位置精度，相關(guān)的運(yùn)動(dòng)精度，配合精度及接觸。只有當(dāng)各精度要求得到保證，才能使模具的整體要求得到保證。利用solidworks 軟件可完成風(fēng)扇葉片注塑裝配，如圖4所示。圖4模具總裝圖75#4總結(jié)該注塑模具具有結(jié)構(gòu)簡單，整體式凹、凸模的特征。在冷卻技術(shù)上，采用的是直流式冷卻系統(tǒng)，能夠快速冷卻，實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)的同時(shí)又能夠達(dá)到要求的精度，同時(shí)模架設(shè)有脫模機(jī)構(gòu)、 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等，保證了注塑模的開合精度。參考文獻(xiàn)1甄瑞麟.模具制造工藝學(xué)M.北京：清

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16、Instructor Liu Xiaoqin( Lecturer)Abstract: The paper takes the shrink type of daily electric fan blades as an example and brings up the injection molding designing of it. According to the process analysis of injestion molding, industrial scale and other factors, we choose the injection mold machine, and decide the structure of the injection molding. The full text gives a particular detailed design and definition to the mold, and we use specia