电风扇电机后端盖注塑模具设计

电风扇电机后端盖注塑模具设计 姓 名: 王国杰 指导教师: 吴莉莉(讲师) 2014年5月1日 烟台大学 1 摘要 本文主要进行了电风扇电机后端盖的注塑模具设计。 电风扇电机后端盖是电风扇的重要组成部分，其可靠性决定着电风扇的散热性以及电机转动程度。由于模具注塑成型对各种塑料的生产效率高、适应性强，注塑成品质量稳定，容易自动化生产。所以运用注塑成型电风扇电机后端盖是最优。 在电风扇电机后端盖注塑模具设计中，首先是对注塑件进行工艺性，并画出其零件图。接着进行分型面、型腔和型芯的部件的设计以及尺寸的校核。接着就可以选择模架并进行校核。然后设计排气系统、温度调节系统以及浇注系统，并对他们优化。再次进行合模导向机构以及脱模机构的设计及优化。然后选取注塑设备并进行校核。这些任务的步骤都要在图书馆或者网上查阅相关资料之后，最后要对模具进行总装配和试模，对其中出现的问对模具优化改进，直到最后的模具零件符合设计要求。 关键词:电风扇电机后端盖 注塑模具 2 ABSTRACT The graduation design is electric fan motor end cover injection mold design. The fan motor end cover is an important component of the electric fan, its reliability decides the degree of the heat dissipation of the electric fan and motor rotation. Because of the high production efficiency, product quality is stable, easy to implement automated production. The design of the main work of plastic analysis of process performance and to draw the parts diagram of plastic parts, as well as owners, the design of the shunt, a division of the mold cavity and the cavity location of choice. Then you can choose to die set and check. the gating system, exhaust system and temperature control system, and Then design optimization design of the system. Then, we should design clamping steering mechanism and remolding mechanism and optimization. Then select injection molding equipment and checking. Then select injection molding equipment and checking. But, we follow these steps after accessing to relevant information in the library or online. Finally, to draw the general assembly drawing of the mold design, assembly and test mold and the mold problem on which it appears to improve the mold until the last parts to meet the design requirements. Key words: electric fan motor end cover Injection molding 3 目 录 摘要 ................................................................................................................. 错误～未定义书签。 第一章 绪论 .................................................................................................................................... 6 1.1 模具在加工工业中的地位 .............................................................................................. 6 1.2 模具的发展趋势 ............................................................................................................... 6 1.3 UG在模具制造中的作用 ............................................................................................... 7 1.4 注塑模具设计的主要内容 .............................................................................................. 7 第二章 塑料的工艺分析 .............................................................................................................. 8 2.1 塑件成形工艺分析 ........................................................................................................... 8 2.2 电风扇电机后端盖原料(ABS)的成型过程与工艺参数 ...................................... 9 第三章 塑件的工艺尺寸的计算 ............................................................................................... 10 3.1 分型面的确定 .................................................................................................................. 10 3.2 型腔数目的决定和型腔的排布 ................................................................................... 11 3.3 凹模的结构设计 ............................................................................................................. 12 3.4 凸模的结构设计 ............................................................................................................. 12 3.5 成型零件尺寸的计算 ..................................................................................................... 12 ...................................................................................................... 13 3.5.1 型腔尺寸的计算 3.5.2 型芯尺寸的计算 ...................................................................................................... 15 3.6 模具型腔侧壁与底板厚度的计算 ............................................................................... 16 3.7 侧向分型抽芯机构 ......................................................................................................... 17 3.8 模架的选用 ...................................................................................................................... 18 第四章 浇注系统的设计 ............................................................................................................ 18 第五章 排气系统的设计 ............................................................................................................ 21 第六章 温度调节系统的设计 ................................................................................................... 23 第七章 合模导向机构的设计 ................................................................................................... 25 7.1 导柱导向机构设计 ......................................................................................................... 25 7.1.1 导柱的典型结构 ...................................................................................................... 25 7.1.2 导柱的结构要求 ...................................................................................................... 25 4 7.2 导向孔、导套的结构与设计要求 ................................................................................... 26 7.2.1 导向孔、导套的典型结构 ....................................................................................... 26 7.2.2 导向孔结构设计要求 .............................................................................................. 26 7.3 导向机构的设计 ............................................................................................................. 26 第八章 脱模机构的设计 .......................................................................................................... 27 8.1 脱模机构的典型结构及组成 ........................................................................................ 27 8.2 脱模机构的设计要求 ..................................................................................................... 27 第九章 注塑设备的选择 ............................................................................................................ 29 9.1 塑件体积估算 .................................................................................................................. 29 9.2 最大注射压力的选取 ..................................................................................................... 29 9.3 开模行程的选取 ............................................................................................................. 30 9.4 模具厚度的选取 ............................................................................................................. 30 9.5 注射机的选取 .................................................................................................................. 31 9.5.1 注塑机简介 ................................................................................................................. 31 9.5.2 选择注塑机 ................................................................................................................. 32 第十章 模具的装配 ................................................................................................................... 33 10.1 浇口套的装配 .................................................................................................................. 33 10.2 成型零件的装配 ............................................................................................................. 33 10.3 脱模机构的装配 ............................................................................................................. 33 10.4 滑块抽芯机构的装配 ..................................................................................................... 33 10.5 总装 ................................................................................................................................... 34 10.6 试模 ................................................................................................................................... 34 致谢 ................................................................................................................................................. 35 参考文献 ........................................................................................................................................ 35 5 第一章 绪论 1.1模具在加工工业中的地位 模具是运用其特定的形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。模具广泛的应用在很多行业中，特别是材料加工等各种工业。比如在冲压锻压加工中使用的金属模具，还有砂型或者压铸模具等在金属铸造中使用的各种各样的模具。 从现在来看，加工工业上对模具的要求时很高的，主要是是能制造出满足要求的特定制品，要求包括在外观轮廓、性能、尺寸精度等方面。模具从使用的方面来看，需要其能有效地生产出成品，而且操作简单;而从制造的方面来讲，要求模具能很快的制造出来而且成本低，并且模具的结构合理。 模具影响着制品的质量。模具型芯型腔的形状、尺寸、分型面位置、表面质量、流道和排气槽位置以及脱模方式等特性对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、电性能、机械性能、内应力大小、外观质量、各向同性性、表面光洁度等各种内部缺陷都有很大的影响。此外，在这个过程中，操作起来是否困难和模具的结构是否复杂也有很大联系。在大批量生产中，常采用自动开合模顶出机构来减少模具的开合的过程，在生产中还必须要确保制品能顺利脱模，另外模具对制品的成本也有影响。当采用小批量生产时，模具制作的成本时很高的，在整个制件过程中所占的比例也是很可观的，这时候应该采用结构合理而且合理的模具，目的是降低成本。 从目前来看，加工工业中有着三项不可或缺的因素，其中包括合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具。在这三项因素中，最重要的就是模具，模具的合适与否对实现材料加工的工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着至关重要的作用。只有具备合适的模具，机械设备才能发挥出其应有的作用，才能制造出高效合理的产品。随着对各种制品的需求越来越大，模具的改进优化也越来越重要，这也促进模具在加工工业中不断发展前行。 1.2模具的发展趋势 近年来，模具的需求增长十分迅速，具备各种优点(如高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命)的模具在整个模具制造业中占有越来越多的竞争力。从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面: (1)加深理论研究 随着对模具研究越来越深入，我们对其原理也越来越了解。现在模具设计已经不单单是依靠经验来设计，而是逐步向理论技术设计的各方面迅速发展，这使得产品的 6 产量和质量都得到很大的提高。 (2)高效率、自动化 多数采用各种高效率、自动化的模具结构。运用高效率、自动化的模具在机械设备中加工对提高产品的质量、降低成本起了很大的作用。 (3)大型、超小型及高精度 由于产品应用的扩大，我们需要具有大型、精密和高寿命等优点的模具，但这些模具对材料要求是很高的，为了满足这些要求，我们研制出了各种优异的材料来方便制模。 (4)革新模具制造工艺 在模具制造工艺上，我们不断做出革新，比如缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，特别是型腔的加工，我们采用了各种高效合理的机械设备对其进行加工，这 比重不仅提高了机械加工的，而且提高了加工精度。 (5)标准化 开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了成本。 1.3 UG在模具制造中的作用 在对模具进行设计后，为了检验设计出的模具是否符合要求，这就需要通过UG来检验，在设计出模具必需的所有零部件后，用UG对模具、模架、注射机等机构进行模拟，并进行优化设计，根据不同情况不断改进，以求达到最优设计。 毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学知识。 1.4 注塑模具设计的主要内容 注塑模具设计的步骤如下: (1)首先要确定分型面。 (2)确定型腔数目和排列形式以及型腔、型芯的结构，需要侧抽芯的塑件要选定侧抽芯结构。 (3)标准模架的选定和相关标准件的选定。 (4)浇注系统和排气系统的确定。 (5)冷却系统的选定。 (6)导向、定位结构的确定。 (7)推出结构和复位结构的选定。 (8)选择合适的注射机并校核。 7 第二章 塑料的工艺分析 2.1塑件成形工艺分析 图2-1 电风扇电机后端盖 如图2-1所示，电风扇电机后端盖的形状较复杂，带有很多形状、位置不同的孔，这些孔的位置和形状给模具制作带来很大的难度。电风扇电机后端盖的注塑材料首先选用ABS，电风扇电机的后端盖的上部决定了端盖的重心的位置的所在。我们还必须保证注塑成型后，电机后端盖的壁厚均匀。由于电风扇电机后端盖主要起保护和散热作用，所以它的结构(很多散热孔太集中，以及高度太高)势必会在注塑的时候带来一定的难度，可能会造成模具填充不满的缺陷。因此，可以考虑用凹凸模进行注塑，但是凹凸模形状复杂，如果用整体式，损坏后很难修理。但是加入嵌件后就可以解决这些问题，但是嵌件也不能用太多，不然的话无法保证模具的强度与刚度不够。因此 8 应用UG的注塑模块对其进行模拟注塑来进行优化。 2.2电风扇电机后端盖原料(ABS)的成型过程与工艺参数 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，简称ABS，是一种热塑性高分子材料结构。此共聚物具有耐油，耐热，耐化学腐蚀的化学特性并且具有优越的柔性，韧性等物理特性，还有良好的刚性和加工流动性。因此ABS具有很好的综合力学性能。同时它具有很强的吸湿性，其次它的的塑件尺寸的稳定性也很好。ABS的主要参数如下如下表2-1和表2-2。 表2-1 ABS塑料主要的性能指标 密度(g/cm?) 1.13——1.14 收缩率% 0.3~0.8 熔 点? 130~160 热变形温度? 65~98 弯曲强度Mpa 80 拉伸强度MPa 35~49 拉伸弹性模量GPa 1.8 弯曲弹性模量Gpa 1.4 压缩强度Mpa 18~39 缺口冲击强度kJ/? 11~20 硬 度HR R62~86 体积电阻系数Ω?cm 1013 击穿电压Kv/mm 15 介电常数60Hz 3.7 表2-2 ABS的注射成型工艺参数 螺杆式 保压 40——60 注塑机类型: 喷嘴形式: 通用式 注塑时间 2——5 料筒一区 150——170 保压时间 5——10 料筒二区 180——190 冷却时间 5——15 料筒三区 200——210 周期 15——30 喷嘴温度 180——190 后处理 红外线烘箱 模具温度 50——70 温度 (70) 注塑压 60——100 时间 (0.3——1) 9 第三章 塑件的工艺尺寸的计算 工作尺寸是指模具直接用以成型塑件部分的尺寸，主要包括型芯和型腔的径向尺寸以及深度尺寸。由于电风扇电机后端盖须与前盖配合，所以只有后端盖的边缘才起着配合决定性的作用，故需要计算模具凹模、凸模的型腔、型芯的尺寸。 ABS塑料的成型收缩率范围为0.4,0.8%,所以取其平均值，即S=0.6%。 3.1 分型面的确定 注塑即是将熔融态的塑料原料浇注到模具型腔型芯内部凝固并形成塑件的过程，为了塑件的浇注以及浇注之后凝料的脱模，还有安放嵌件的需要，就必须将模具适当的分成定模和动模两大部分或者更多的部分。其中，定模和动模相接触的表面称为分型面。 分型面的选择通常有以下原则: (1)分型面应放置在便于塑件的脱模的地方。就是当确定塑件的脱模方向后，分型面应放置在塑件外形最大轮廓处，同时分型面放置时还应使塑件留在动模部分，这样有利于塑件脱模。 (2)分型面应该选择在能保证塑件外观的地方，尤其是对表面质量有要求的制品。 (3)分型面应放置在便于浇口进料以及防止溢料的地方。 (4)分型面应放置在利于浇注时的排气的地方，如果可以的话，分型面应该和与熔体流动性末端重合，这样便于排气。 (5)分型面的选择应该方便型芯和型腔的加工。 (6)分型面的选择应有利于侧向抽芯机构的确定，有利于型腔或型芯的装卸，还应该保证其强度。 (7)选择分型面时，应该尽量缩小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸的差异。 分型放置地方的选择是很重要的，因为这会对模具的制造、塑件的浇注以及浇注后塑件制品的质量等方面都有较大影响，通过以上原则，本模具的分型面选择如下图3-1 10 图3-1 分型面 3.2 型腔数目的决定和型腔的排布 在一套模具中，如何决定型腔的数目，考虑的因素很多，型腔可以是相同的，也可以是不同的。一种塑料制品可以有单一型腔，也可以有多个型腔。由于本塑料制品形状是薄壁、长流程、小浇口的制品，故采用单模单腔。 型腔在排布时，应该考虑到分流道的布置与浇注系统的平衡，故将型腔布置到模架的中央。如下图3-2所示。 图3-2 型腔的排布 11 3.3 凹模的结构设计 凹模是成型塑件外表面的凹状零件(包括零件的内腔和实体两部分)。它的结构 塑件的成型需要和加工和装配的工艺要求取决于，它按基本结构可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式、大面积镶嵌组合式和四壁拼合的组合式五类。选用何种结构要根据其加工复杂性及工作可靠性决定。 (1) 整体式凹模 型腔直接在凹模板上加工而成，具有强度高、不易变形的特点。形状简单的整体式凹模比较容易制造;形状较复杂的模腔，可以采用仿形机床、电火花等特殊加工，较适用于中小型模具。 (2)整体嵌入式凹模 在塑件尺寸不大的多型腔模具中，常将整体的凹模加工成单独的镶块，嵌入内模 节约优质模具钢材板固定。整体嵌入式凹模结构能，嵌入模板后有足够刚度和强度，使用可靠且不易损件，而且更换方便。 (3)局部镶嵌式凹模 加工方便、降低成本当模腔的某一部分容易损坏需经常更换时，为了，应采取局部镶嵌的办法。 (4) 大面积镶嵌组合式凹模 采用大面积镶嵌组合式凹模，是为了模具的机械加工、研磨、抛光、热处理等加工工艺的方便其形式可以为底部大面积镶嵌式，也可以为四壁镶嵌式。 本模具选择整体嵌入式凹模，因为其可以选用优质钢材加工而又用材不多，其结构便于加工，也便于维修和更换;一致性较好。 3.4 凸模的结构设计 塑件内表面零件的塑件整个内表面凸模(或称型芯)是用来成型，常将成型的型芯称为主型芯，而将成型局部小孔和细微结构的型芯称为成型杆或小型芯。凸模有整体式和组合式之分。 塑件质量较好整体式凸模结构牢固，成型的，但机械加工不方便，钢材的消耗量较大。此种型芯主要用于形状简单的小型凸模(型芯)。 对于形状复杂的大型凸模(型芯)，为了方便机械加工，可采用组合式的结构。 由于本模具形状简单，故选用整体式凸模结构。 3.5 成型零件尺寸的计算 12 成型零件中与塑件接触并决定其几何形状的各处尺寸，称为工作尺寸。成型零件的工作尺寸对应于塑料制品的几何尺寸，通常包括型腔尺寸、型芯尺寸和中心距尺寸。因为 ABS的成型收缩率为0.4,0.8%,所以平均收缩率取S=0.6%。塑料制件半剖图尺寸如下图3.3 图3-3 塑件半剖图尺寸 3.5.1 型腔尺寸的计算 型芯尺寸计算公式如下: ，5 ,,L,(1，S)L-0.75,s0M 其中为型腔的基本尺寸，公差值为正偏差，塑件的基本尺寸。塑件公差,为LLMM 负偏差，S为塑料的平均收缩率，为模具成型零件的制造公差取1/3,1/4，模,,Z 具型腔按五级精度制造，。 根据塑料制件公差数值表(SJ1372—78)，塑件在五级精度下，基本尺寸对应的尺寸公差如下: 13 表3-1 塑料制品的尺寸精度等级 14 表3-2 塑料制品精度等级的选用 建议采用的精度等级 类别 材料名称 高精度 一般精度 低精度 PS/ABS/PMMA/PC/聚砜/聚苯醚/ 1 3 4 5 酚醛塑料粉/氨基塑料粉/30,玻 璃纤维增强塑料 PA6/PA66/PA610/PA9/PA1010/硬2 4 5 6 PVC/氯化聚醚 3 POM/PP/HDPE 5 6 7 4 6 7 8 LDPE/软PVC 型腔径向尺寸计算 代入数据得: δ0.220.22+++L=[(1+S)L-0.75?]=[1.006×125-0.75×0.76]=125.18 Ms 0 0 0 型腔深度尺寸计算 代入数据得: δ0.2450.245+++L=[(1+S)L-0.75?]=[1.006×148-0.75×0.84]=148.26 Ms 0 0 03.5.2 型芯尺寸的计算 型芯尺寸计算的公式如下: 0 ,,L,(1，S)L-0.75,s,,M 其各字母的含义与前面相同，型芯按五级精度制造，根据型芯的基本尺寸，代入数据。 型芯径向尺寸计算 代入数据得: 000=[1.006×121-0.75×0.76]=121.16 ,,L,(1，S)L-0.75, -Ó-0.22s,,M 型芯深度尺寸计算 代入数据得: 000 =[1.006×146-0.75×0.84]=146.25 ,,L,(1，S)L-0.75, -Ó-0.245s,,M 15 3.6 模具型腔侧壁与底板厚度的计算 型腔的侧壁以及底板都应该进行强度和刚度的计算来确定其厚度，避免可能因为强度不够产生损伤，同时避免可能因为刚度不足产生变形，不能脱模或产生大量飞边溢料，降低制品的精度。型腔壁厚的计算应该用熔体充满型腔时的瞬间最大压力来进行计算。 尺寸大的模具型腔，主要进行刚度计算，其次是刚度;而小尺寸的模具型腔正好相反，其主要进行强度计算，其次是刚度。但当型腔尺寸的强度计算和刚度计算的分界值难以分明的情况下则应分别进行刚度和强度计算，取其最大值，作为壁厚和底板的厚度。 当凹模长边L，108,136mm，即L，122mm时时以强度计算为主，但本模具L=125mm，故本模具尺寸按照刚度校核即可。其计算公式如下表3-3 表3-3 矩形凹模侧壁及底板计算公式 其中s1、s2—— 凹模侧壁、底板厚度(mm) L —— 垫块间距(mm) B —— 支承板宽度(mm); A —— 凹模高度(mm) 16 L、b —— 凹模内腔长边和短边(mm) a —— 凹模受力部份(mm) , —— 泊松比，常取0.25,0.3 ; E —— 弹性模量(mm)钢取2.06×105MPa , —— 充许变形量(mm)一般不超过塑料的溢边值(ABS0.05mm); , [,] —— 弯曲许用应力(MPa) P —— 型腔压力，一般取50 MPa c、c′—— 常数分别由 L / a L/b 而定，见下表3-4 表3-4 系数c、c′的值 型腔侧壁厚度计算 按刚度要求，型腔侧壁厚度为 4433S,cphE,,0.031，50，1462.06，105，0.05=40.2mm 1 型腔底板厚度计算 按刚度度要求，支撑板厚度为 4433,ScpbE,,0.0209，50，1122.06，105，0.05,=248mm 为实现高性能的目的;选用的型芯和型腔的材料应具有良好的耐腐蚀性、耐磨性、 表面需要耐磨稳定性以及良好的导热性。同时模具材料还必须具有一定的强度，，淬火变形要小，但是不需要耐腐蚀性，因为ABS没有腐蚀性。可以采用Cr12，经过调质，淬火加低温回火，正火。HRC?55。 3.7 侧向分型抽芯机构 侧向分型抽芯机构也是塑料制品注塑成型模具脱出制件的一个重要手段。当塑 侧向凹凸或侧件制品上有孔时，塑件制品一般不能在开模时直接脱出，而必须先将成型这些侧向凸或凹的模块、型芯或者型腔脱出。完成这些动作的过程一般叫做侧向分型抽芯，而此机构则被称为侧向分型抽芯机构。目前常用的的侧向分型抽芯机构， 17 按抽芯与分型的动力源可分为手动、机动、液压或气动分型抽芯。 本模具选用机械侧向分型抽芯机构中的滑块侧向分型抽芯机构，如下图3-4 图3-4 侧向分型抽芯机构 3.8 模架的选用 由于UG注塑模块上的模架均为标准件，根据型腔和型芯选定模架为DME-2B-1-186-36-106，如下图3-5 模架参数 图3-5 模架参数 18 第四章 浇注系统的设计 在注塑模具的设计中，浇注系统的设计是其中最重要的问题之一。浇注系统可分 引导塑料熔体从注射机为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。它们都是用于喷 模具型腔为止传质、传压、和嘴到的一种完整的输送通道。而且浇注系统具有传热的功能，对成型后的塑件制品的质量具有决定性的影响。 将塑料熔体模腔深处外形轮廓浇注系统的主要作用是顺利充满到，以获得清 快而有序晰，内在质量优良的塑料制件。因此要求冲模过程，压力损失小、热量散 排期条件好失少、。浇注系统易于与制品分离或切除。 普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井等部分组成。在设计浇注系统之前必须确定塑件成型的位置。此位置根据本模具采用的单模单腔确定。浇注系统的设计是注塑模具设计的一个非常重要的环节，其设计的合理与否，对模具的整体结构有很大的影响。因此，设计时必须按如下原则: (1)浇注系统应按型腔布局设计。而且型腔的位置和浇口开设的部位最好是对称 承受偏载而的，防止模具因为造成溢料现象。 的排列要尽可能地(2)型腔和浇口位置减少模具外形尺寸。 断面尺寸适当则压力及热量3)系统的流道应尽可能短，(如果太小损失过大，( 表面粗糙度要低而太大则塑料原料的耗费大):尽量减少弯折，，以使热量及压力损失尽可能的小。 (4)对于有多个型腔的模具，应该尽可能地使塑料熔体在相同时间内进入各个其内部及深处，同时要求分流道的位置应尽可能地平衡。 (5)在塑件成型方便以及排气顺畅的条件下，尽量选取短的流道，这样可以缩短填充的时间，同时选取的浇注系统容积要尽量小，这样可以减少塑料的消耗量。 (6)浇口位置地选择要适宜，应该尽可能避免因浇注时影响到嵌件或者细小的型芯，并且去除时要方便，防止浇口的残痕影响到塑件的外观质量。 注射机喷嘴模具型腔主流道是连接和模具的通道，也是熔体塑料进入最先经过的地方。它将注塑机喷射出的塑料熔体导入分流道或者型腔，主流道为圆锥形，目的是方便熔体向前流动时顺利流畅，而且在模具开模时凝料又能顺利地脱出，主流道的粗细和熔体进入模具的速率及冲模时间长短相关密切。如果主流道太粗，通过它的熔体体积变大，要回收处理的凝料增多，冷却的时间增加，增加流道里夹杂的空气，如果排气不顺畅，可能造成塑料成品内有气泡并且组织松散等缺点;如果主流道太细，就会导致塑料在流动过程之的流动性降低，注射压力增大，易造成塑料制品成型困难。 反复接触和碰撞通常不直接开由于主流道要与熔体塑料以及注塑机，所以主流道在定模板上，而是制造成单独的浇口套，镶在定模板上。主流道浇口套通常是高碳工具 19 钢，并通过热处理硬化。塑料成品的外表面不许有痕迹，又考虑到脱模顺利，塑件与浇注系统联接处能自动减切断。因此采用带直流道的浇口套，为了方便于拉出浇口套中的凝料，主流道应设计成锥形，锥度为3?，内表面的粗糙度为Ra0.8,孔径为0.5mm。 主流道的设计要点如下: (1)为了方便从浇口套中脱出浇注后的凝料，而且因为塑料熔体的膨胀，主流道应设计成圆锥形，因为ABS塑料的流动性还算可以，因此它的锥度设为3?。如果锥度太大，则会造成注射时流速变慢，容易形成涡流，同时主流道的内壁粗糙度Ra取为0.8mm。 (2)主流道直径大的一端倒圆角，它的半径应取为r=1,3mm,以此来减少流速转向时的阻力，故取r=1.5mm. 件成形良好(3)在确保塑的条件下，主流道最好应该取短点，不然会让主流道里注塑后的凝料增多，还会增加注塑时的压力损失，使塑料熔体降温过多影响注射成形。 (4)为了使熔融塑料完整地进入主流道而不会溢出来，应该让主流道与注射机 与注射机喷嘴的对接处设计成凹形半球，半径可取为的喷嘴紧密对接。所以，主流道 r2=r1+(1,2),主流道小端的直径可取为D=d+(0.5,1),凹坑深度一般取为3,4mm。因此，在此模具中r2取值为r2=11,12mm。 5)因为主流道要与注射机喷嘴中喷出的高温高压的塑料熔体长时间接触，所( 以主流道一般会设计成可拆卸的主流道衬套。因此可以选用优质的钢材进行加工和热处理，其主流道衬套大端同时有定位的作用。主流道衬套的圆盘凸出定模板端面的长度H=5,10mm。 (6)浇口套可以选用标准件，其常用的材料是T8A、T10A，热处理要求:(50-55)HRC。 本模具采用的是单模单腔且型腔深度高、壁薄、浇注路程长，故浇注系统可以不用冷料井和分流道，主流道直接与型腔相连。浇口套的选用见图4.1。 20 图4-1浇口套 21 第五章 排气系统的设计 当用注塑机将塑料熔体注射到模具型腔时，如果型腔内原来存在的气体以及注塑时逸出的气体等不能顺利地排出模具。在注射机高温高压地注射下，模具型腔内这些未排出的气体会在塑件成型制品上形成气孔、熔接痕等缺陷，还会使型腔内部不能充满，造成成型后的塑件表面轮廓不清 ;同时，这些未排出气体还会因为被压缩而产生灼伤制件的高温，对塑件表面质量产生影响;而且这些气体在型腔内被压缩会产生的阻力降低冲模速度，影响注射周期和产品质量。因此，在模具的设计制造中必须考虑排气的问题。 模具的排气方式通常有以下几种。 (1)利用结构间隙排气 最方便的途径就是利用型芯型腔之间的分型面、顶杆与顶杆孔或者脱模板与型芯之间的等模具零件的配合间隙排出气体。 (2)在分型面上开设专用排气槽 排气槽应布置在塑料熔体的末端。排气槽通常放置在分型面的凹模一侧，以便于 黏度较低排气，但又不溢料。所以的塑料熔体的排气槽高度应较低。 该模具为小型模具，且分型面适宜，可利用结构间隙排气，所以无需设计排气因 槽。 22 第六章 温度调节系统的设计 在注射成型过程中，模具温度对塑料熔体流动性以及熔体的冷却过程有很大影 表面光泽响，比如能影响到到制品的收缩率、、内应力等表面质量及物理特性，如果模具温度不受控制，注射条件、塑件填充程度和注射周期会在模具注塑过程中受模具的温度波动的影响而改变，从而使产品质量变差以及生产效率下降。因此，控制好模具的温度是提高产品质量和生产效率的一个高效路线。因此，高效合理的模具注射工艺过程应该包括严格合理的温度控制系统。 模具温度的合理控制对注塑模具工艺作用在以下几个方面: 1) 模具温度与注射工艺的温度相适应能改善流动性，有利于成型。 ( (2) 模具温度的变动将影响塑料的收缩，保持恒定的模具温度，将使收缩率稳定，产品质量稳定。 3) 均匀恒定的模具温度使制品收缩均衡，应力减小，变形量减小。 ( (4) 合理的模具温度能提高塑件的表面光泽，减少冷流痕。 (5) 模具温度在合适条件下使塑料处于最佳状态、 (6) 模具温度对制品的冷却脱模时间有很大影响，如果模具能保持相对合适的温度，可以减少脱模时间，提高生产效率。 目前常用 温度调节系统有三种: (1) 以冷水为介质的模具温度调节机来调节。 (2) 采用以油为冷却介质的模具温度调节机来调节。 (3) 采用以冷冻水进行冷却的方式。 本模具采用以冷水为介质的模具温度调节机来调节，这种方法需要在模具内开设冷却水道。模具中冷却水道的设计通常要求冷却要迅速、均匀。冷却水道设计原则为: (1)型腔的四周均匀布置冷却水道。 孔道数量尺寸应(2)冷却水道应尽量多、尽量大。 (3)冷却水孔到型腔表面距离要均匀。 (4)加强靠近浇口处的冷却。 (5)降低出入冷却介质温差。 根据以上原则，设计的冷却水道的结构形式如下图6-1，图6-2所示。 23 图6-1冷却水道 图6-2 冷却水道 24 第七章 合模导向机构的设计 合模导向机构是保证模具闭合、开启运动精度的部件，它可以引导模具启闭时按照设定的方向和位置运动。合模导向机构的作用主要有定位、导向和承受侧压力三个方面: (1)导向作用。在动定模板合模时，导向机构首先接触，给动定模以导向作用来避免凸模运行方向偏移，撞击并损坏其他部件，引导它们正确开闭合。 方位错误(2)定位作用。防止模具在装配时因而损坏模具，并且在模具闭合后使型芯和型腔处于正确的位置，不至于因为位置的偏移导致塑件壁厚不均，造成模塑失败。 (3)承受侧压力。某些制品的不对称结构，可能使塑料熔体在注入型腔过程中产生一定的单向侧压力，或由于注射机精度原因，使模具在注射时产生不同程度的侧 锥面定位装置来与导柱一压力，这些要靠导柱来承受，当侧压力很大时，可以增加 同承担侧压力。 7.1 导柱导向机构设计 7.1.1 导柱的典型结构 导柱沿长度方向分为固定段和导向段，由此将导柱分成两种基本结构形式。 (1) 带头导柱。带头导柱除导柱凸肩大些外，固定段和导向段部分直径相同。带头导柱一般用于结构简单模具的小批量生产，导套可能不需要，导柱直接与模板中导向孔配合，但是孔易磨损。 (2)带肩导柱。带肩导柱常用于塑料制品的大批量生产，也可用于要求导向精度高的模具，而且一定带有导套，以保证严格的同轴度。 7.1.2 导柱的结构要求 (1)形状 带头导柱和带肩导柱的头部一般都设计为锥形或球头形，以便于导柱顺利进入导向孔。导柱的长度必须必凸模高度高出6-8mm。导柱在工作部分可不带油槽。 (2)材料 硬而耐磨坚韧而不易折断导柱应该具有的表面，的内芯，因此多采用低碳钢(20钢)经渗碳淬火处理，或碳素工具钢(T8A,T10)经淬火处理，硬度为50-55HRC. (3)配合精度 导柱与导套的配合精度都是间隙配合(H7/f7)，导柱与模板多用过渡配合(H7/f6)。 25 (4)表面粗糙度 配合部分表面粗糙度要求Ra0.8，或者更低。 7.2 导向孔、导套的结构与设计要求 7.2.1 导向孔、导套的典型结构 导向孔可以直接设在模板上，这种形式的加工简单，但热处理困难，损坏后不易修理，适用于生产批量小、精度要求不高的场合。常采用的导向孔镶导套的形式，它既可以淬硬以提高寿命，也可以在磨损后更换方便。导套可分为不带定位台阶的直导套和带定位台阶的带头导套。导套通常做成标准件 7.2.2 导向孔结构设计要求 (1)形状 导向孔应设计为通孔，同时为了方便导套压入模板以及导套进入模板，在导套前面倒一圆角R，内孔有一定锥度，为装配方便，外部头部也有锥度。 (2)材料 导套可以用淬火钢等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱硬度，这样可改善摩擦。 (3)导套精度与配合 同模板的装配一般用过渡配合。 (4)表面粗糙度 配合表面Ra应低于0.8或者更低。 7.3 导向机构的设计 由于模架已经选定为DME-2B-1-186-36-106，故本模具的合模导向机构以确定，如下图7-1 图7-1 合模导向机构 26 第八章 脱模机构的设计 脱模机构是塑料注射成型模具必备的装置，以使其在每一成型过程中都能让已固化的塑件成型件自动、完好、可靠地从模具中脱出。此机构被称为脱模机构或顶出机构。 8.1 脱模机构的典型结构及组成 脱模机构主要由六个零件组成。其包括直接与塑料件接触的顶杆，其由顶出固定板和顶出板经螺栓连接后被加固，当顶柱作用在顶出板上时，经顶杆传递脱模力将塑件从型芯上推出。在合模时顶出固定板杆被支撑板下的弹簧挤压而使整个脱模机构复位。如下图8-1。 图8-1 脱模机构 8.2 脱模机构的设计要求 在对电风扇电机后端盖塑件进行脱模是必须遵循以下原则: (1)不影响塑件外观，不对塑件造成损伤。为了保证塑件的外观，顶出位置应尽量设计在塑件的内部。因为收缩后的塑件会抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量 强度最大靠近凸模，并应作用在塑件刚性和的部位，如加强筋，壁厚等处。作用范围应尽可能大，防止塑件变形和损坏。 27 (2)结构优化，运行可靠。机构应尽可能简单，机构的零部件制造简单方便，且易于更换;机构的动作准确、运转灵活;机构本身具有足够的刚度和强度。 (3)开模时尽量让塑件留在动模一侧。由于顶出装置一般都设在注射机的活动模板上，因此，希望开模时，塑件留在动模上。 (4)脱模零件配合间隙适宜，无溢料现象。 故最终设计如上图8-1，顶杆的头部如下图8-2 图8-2 顶杆头部 28 第九章 注塑设备的选择 9.1 塑件体积估算 估算塑件体积和质量: 3该产品材料为ABS，查书本得知其密度为1.04-1.06g/cm，收缩率为0.4%,0.8% 3，计算其平均密度为1.05 g/cm，平均收缩率为0.6,。 使用UG软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形浇道凝料和塑件的体积。 如图9-1所示: 图9-1 塑件的体积 3V,97060mm因此估算塑件体积: 塑 塑件质量: m,,V,1.05，97,102g塑 9.2 最大注射压力的选取 电风扇电机后端盖的原料为ABS，对于薄壁、长流程、小浇口的制品要求的注射压力要高，高达130?150MPa,而所选注射机压力为130 MPa，所以注射压力符合要求。 注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积(包括流道及浇口凝料和飞边)， 29 通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。所以选用的注塑机最大注塑量应满足: V? V，V 0.8机塑浇 式中 V ——注塑机的最大注塑量， 机 3 V——塑件的体积，该产品V,97cm 塑塑 V——浇注系统体积，根据UG可以测出分流道以及主流道的凝料为V浇浇 3 ,2cm 3 故 V?(97+2)cm 机 锁模力校核公式为 F，pA 锁 式中 P——熔融型料在型腔内的压力，MPa 2A——塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算A=3.14×4.25 3+11385.3=11442mm F——注塑机的额定锁模力。 锁 3 故 F,pA=p×11442 mm 锁 选定的注塑机锁模力大于pA=p×11442 N。 9.3 开模行程的选取 开模取出塑件所需的最大开模距离必须小于注射机的开模行程，开模行程的校核有三种方式，由于本模具只有一个分型面，故选用单分型面注射模具的校核方式，校核公式如下: S (mm) ,H，H，(5~10)12 式中 S——注射机最大开模行程，mm 1H——塑件脱模距离，该注塑模具为H=20mm 1 2H——包括流道凝料在内的塑件高度，该注塑模具H=220mm 2 则S=250mm ,H，H，(5~10)12 9.4 模具厚度的选取 模具的厚度必须满足如下条件: (mm) H,H,Hminmmax 式中 ——所设计的模具厚度，该模具=180mm HHmm 30 ——注射机允许的最小模具厚度，mm Hmin ——注射机允许的最大模具厚度，mm Hmax 则 H,180mm,Hminmax 9.5 注射机的选取 9.5.1 注塑机简介 注塑机的分类方式很多,目前常用的说法有: (1)按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机; (2)按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。 注塑机的主要参数如下: (1)公称注塑量;指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力. (2)注射压力;为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力. (3)注射速率;为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必 描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度. 须有一定的流动速率, 常用的注射速率如表3-1所示。 (4)塑化能力;单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期. (5)锁模力;注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开. 表9-1 注射量与注射时间的关系 3注射量/cm 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/cm/s 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射时间/s 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 (6)合模装置的基本尺寸;包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围. (7)开合模速度;为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏, 31 要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停. (8)空循环时间;在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间. 9.5.2 选择注塑机 根据以上的条件确定注塑机为表9-2所示，查国产注射机主要技术参数表取XS-ZY-250,主要技术参数如下。 表9-2 XS-ZY-250螺杆式注射机技术参数表 特性 内容 特性 内容 295×373 注射方式 螺杆式 拉杆间距(mm) 250 500 23理论注射容积(cm) 最大成型面积(cm) 50 350 螺杆(柱塞)直径(mm) 最大模具厚度(mm) 130 150 注射压(MPa) 最小模具厚度(mm) 260 注射行程(mm) 合模形式(mm) 液压 2 598×520 注射时间(s) 模板尺寸(mm) 180J2 螺杆转速(r/min) 25、31、39、58、89 油泵流量(L/min) 1800 18.5 锁模力(KN) 电动机功率(KW) 9.83 5.5 加热功率(KW) 螺杆驱动功率(KW) 4.70×1.00×1.82 380 外形尺寸(m) 电源电压(V) 50 4.5 电源频率(Hz) 机器质量(t) 32 第十章 模具的装配 模具的装配是模具制造过程中的最后阶段，而且装配的精度直接影响到模具的质量、寿命以及各部分零部件的功能。模具装配过程是按照模具装配的相关技术要求以及相互间的配合，将各个零件组装成部件直至装配为合格的模具的过程。 注塑模具的装配过程主要包括模架的装配、流道系统的装配、成型零件的装配、脱模机构的装配、横向抽芯机构的装配以及总装与试模。 10.1 浇口套的装配 浇口套与定模板的配合一般采用H7/m6。浇口套与定模部分装配后，其内台肩与沉孔底部贴紧，外台阶应凸出模板0.02mm。浇口套的压入端不允许有导入斜度，并应倒成小圆角。 10.2 成型零件的装配 (1) 型芯的装配:由于塑料模的不同，型芯在固定板上的固定方式也不尽相同。常见的固定方式有过渡配合固定方式、止松螺钉紧固定位、螺母固定方式以及大型芯固定方式，本型芯选用嵌入动模板的固定方式。 (2) 型腔的装配:一般的注射模的型腔多采用镶嵌或拼块的结构，本型腔采用蒋兴强嵌入定模板 。 10.3 脱模机构的装配 (1) 导柱和导套的装配 当脱模机构的推杆较多且刚性较差时，为了保证推杆在脱模时运动平稳，在脱模机构上设置导柱、导套定位导向机构。脱模机构的导柱和导套分别安装在推板和动模支撑板之间，是脱模机构的定位导向装置。导套导柱采用压入方式装入模板的导柱和导套孔内。导柱、导套机构装配后，应保证脱模机构能灵活滑动，无卡滞现象。 (2) 推杆的装配 推杆为推出制件所用，推杆应运动灵活，尽量避免磨损，推杆由固定板、推板带动运动，由导向机构对推杆进行支撑和导向。 10.4 滑块抽芯机构的装配 33 滑块抽芯机构装配后，应保证型芯与凹模达到所要求的配合间隙，滑块运动要灵活，有足够的行程和正确的起始位置。滑块装配通常以凹模的型面为基准 10.5 总装 (1) 总装的技术要求 装配后，模具安装平面的误差不大于0.05mm;模具闭合后，分型面应均匀密合;导柱、导套滑动灵活，推件时，推杆和卸料板动作必须保持同步;合模后，动模和定模部分的型芯必须紧密接触。 (2)模具的总装顺序 动模部分装配:装配型芯，配作推杆孔，配作限位杆孔，装配推杆 定模部分装配: 镶块与定模部分装配，定模与定模底板的装配 10.6 试模 模具装配完成后，在交付生产之前，应进行试模。试模的主要目的是:检查模具在设计制造上是否存在缺陷，若有缺陷，则需查明原因并进行排除;对模具成型工艺条件进行试验，以利于模具成型工艺的确定和提高。 34 致谢 四年的大学生活，五个月的精心准备，毕业终于划上了句号，也到了心 头如释重负的时候了。回顾这五个月的毕业设计，其过程并不轻松，学习的压力时时袭扰，知识的积累尚欠火候，于是，我只能一次次埋头于图书馆中。第一次花费如此长的时间和如此多的精力，完成一篇具有一定学术价值的论文，其中的艰辛与困难难以诉说，但曲终幕落后留下的滋味，值得我一生慢慢品尝。 敲完最后一个字符，重新从头细细阅读早已不陌生的文字，我感触颇多。虽然其中没有什么值得特别炫耀的成果，但对我而言，是宝贵的。它是无数教诲、关爱和帮助的结果。 我要感谢我的指导教师吴莉莉老师。吴老师虽身负教学、科研的责任，但是仍抽出时间，不时召集我和同学，检查毕业设计的进度，对我们不懂的问题都不厌其烦的耐心解答。这篇论文更倾注了她的大量心血。从初稿到定稿，吴老师不厌其烦，一审再审，大到篇章布局的偏颇，小到语句格式的瑕疵，都一一指出。同时，我要感谢传播所有给我上过课老师，是他们传授给我方方面面的知识，拓宽了我的知识面，培养了我的功底，对论文的完成不无裨益。我还要感谢学院的各位工作人员，他们细致的工作使我和同学们的学习和生活井然有序。 让我依依不舍的还有各位同学。在我需要帮助的时候，总是同学伸出温暖的双手，鼎力相助。能和这些同学相遇是我人生的一大幸事。 本论文的完成远非终点，文中的不足和浅显之处则是我新的征程上一个个新的起点。 我将继续前行～ 35 参考文献 [1] 陈世煌，塑料注射成型模具设计，国防工业出版社，2007 [2] 邹继强，塑料制品及其成型模具设计，清华大学出版社，2005.2 [3] 黄雁，彭华太，塑料模具制造技术，华南理工大学出版社， 2003.12 [4] 贾润礼，实用注塑模具设计手册，中国轻工业出版，2005 [5] [美]哈罗德?贝罗夫斯基，塑料产品设计和加工工程，北京:化学工业出版社， 2000 [6] 李建军，李德群, 模具设计基础及模具CAD, 机械工业出版社，2005 [7] 李建军，模具设计基础及模具CAD，北京:机械工业出版社, 2005 [8] 冯炳荛，蒋文森，模具设计与制造简明手册，上海科学技术出版社，2000 36