风扇叶片的注塑模具设计-注射模

摘要本论文阐述一套用于生产风扇叶片的注塑模具设计，给定参数：风扇直径30CM，风扇功率45W来进行设计。设计时首先设计出塑件模型，然后选择合适的材料，接下来再进行模具设计（此次设计应用Pro/E野火4.0版设计）。包括设计模具的成型系统、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。此外,为保证设计合理，对注塑件进行各种工艺仿真，提高了模具的设计效率！关键词：风扇叶片；注塑模具与英文顺序不符合；Pro/E设计；分型面；成型系统；浇注系统ABSTRACTThis paper need to design a set of injection molds for the production of fan blade. Given parameters: fan diameter 30CM, fan power 45W. Firstly the designation should design plastic model, and then select the appropriate materials, then you can design the mould system. The system includes molding system, pouring system, cooling systems, guidance systems, mold release system and so on. The importance are molding system 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. But during the design process, you must do various simulation to avoiding problems in the production process!Keywords: fan blades; parting surface; Pro/E; injection mould forming system; gate system 窗体底端目录第一章 前言11.1研究的意义11.2国内外研究动态11.3设计的任务和要求3第二章 风扇造型和材料选择42.1风扇造型42.2材料选择5第三章 工艺分析63.1总体分析63.2拔模检测63.3厚度检测73.4浇口分析73.5注射机选择8第四章 成型系统设计104.1装配参照模型104.2设置收缩率104.3创建工件114.4创建分型曲面114.5创建模具体积快114.6拉杆设计12第五章 浇注系统设计135.1主流道设计135.2分流道设计145.3浇口设计155.4冷料穴设计16第六章 冷却系统设计17第七章 合模导向机构设计187.1导柱的设计187.2导柱的布置197.3导套的设计197.4导柱与导套的配合20第八章 推出机构设计218.1设计原则218.2推出力的计算218.3 推杆设计228.4复位杆设计228.5推出机构导向系统设计22第九章 其他辅助件设计249.1 标准模架与选择原则249.2 支撑零部件的设计25第十章 总结与展望2710.1总结2710.2展望28致谢29参考文献3038第一章 前言1.1研究的意义随着我国制造业的国际地位的不断提高,模具工业获得了飞速的发展,模具的需求量也成倍增加,其生产周期愈来愈短。而模具生产是多品种小批量生产,乃至单件生产。其特点为:品种多样化；生产过程多样化；生产能力复杂化。为解决这一问题,首先要普及CAD 技术,利用现代的CAD/CAM/CAE 技术,才是经济、快捷的模具开发设计制造手段,也是其今后的发展方向。CATIA是目前最具影响力的CAD系统软件之一,它已在不同的领域被普及,被众多的用户所青睐。CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件,居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位,广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子/电器、消费品行业,它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域,其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提高。CATIA在塑料模具设计和分析阶段充分应用了参数化特征造型技术和数据库技术以及自由形式特征技术,为模具设计提供了强有力的工具。塑料模具中的标准件,如标准模具架、顶出机构、浇注系统、冷却系统等都采用基于数据库管理的参数化特征造型设计方法进行设计或建立标准件库以实现数据共享,同时满足用户对设计的随时修改,使模具的设计分析快速、准确、高效。参数化特征造型不仅可以完整地描述产品的几何图形信息,而且可以获得产品的精度、材料及装配等信息,其所建立的产品模型是一种易于处理、能反映设计意图和加工特征的模型1。当然对于我本身，选择注塑模具作为毕业设计题目，也有很多积极的意义。首先模具设计还是属于机械学科领域，完成一整套的注塑模具设计必然能够巩固并且拓展自己的专业知识，如工程图学材料力学用“、”分隔等。第二的话，对于熟练应用各类工程软件有着莫大的帮助，像AUTOCAD和PROE等。第三，毕业设计是相对独立的一次任务，对于自我各个方面都会有所提高，因为一切都要靠自己。第四，毕业之际，也就是事业生涯的开始，有利于开阔工作视野，了解生产实情。1.2国内外研究动态模具是用来成型物品的工具，这种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。其中，随着高分子塑料的快速发展，塑料模具与人们的生活密切相关。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2。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。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。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。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。美国上市公司 Moldflow 公司是专业从事注塑成型CAE 软体统一为“软件”和谘询公司，自 1976 年发行了世界上第一套流动分析软体以来，一直主导塑胶成型CAE软体市场。近几年，在汽车、家电、电子通讯、化工和日用品等领域得到了广泛应用。利用 CAE 技术可以在模具加工前，在电脑上对整个注塑成型过程进行类比分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统塑胶模具的设计方法一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。塑胶模具设计不但要采用 CAD 技术，而且还要采用 CAE 技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料模具设计制品和塑胶模具的设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。总的来说，模具研究动态呈现出以下几方面特点：1.超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。2.多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。3.为各种快速经济模具，特别是与快速成型技术相结合的RP/RT技术将得到快速发展。4.模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展CAD/CAE/CAM/CAPP及PDM/PLM/ERP等将向智慧化、集成化和网络化方向发展。5.更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用。6.更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的和更为先进的加工方法。7.各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。8.逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将进一步得到发展。9.热流道技术将会迅速发展，气辅和其它注射成型工艺及模具也将会有所发展。10.模具标准化程度将不断提高。11.在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天，“绿色模具”的概念已逐渐被提到议事日程上来。即，今后的模具，从结构设计、原材料选用、制造工艺及模具修复和报废，以及模具的回收利用等方面，都将越来越考虑其节约资源、重复使用、利于环保，以及可持续发展这一趋向。1.3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）家用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。第二步，工艺分析也是必不可少的。第二章 风扇造型和材料选择2.1风扇造型根据题目要求：设计一套用于加工家用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30CM，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”模块下完成整体设计。图2.1 风扇造型图中风扇各参数如下：轮毂直径d=80mm；叶片圆角R1=40mm；叶片圆角R2=30mm；叶片厚度=1；轮毂中间螺钉孔直径d=2.5（后期加工）；要求塑件防有转角处都要以圆角（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，有利于模具的强度及寿命。所以在轮毂上部做R=8mm的圆角3；轮毂的高度无特殊要求，自行设定高度h=30mm；由于考虑到后期生产，需要设置一定的拔模斜度，设定结果如图2.2设定后使轮毂曲面成一斜度,即下表面直径略大于上表面直径。图 2.2 拔模斜度2.2材料选择风扇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，有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。ABS具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，可电镀成多种色泽4。ABS尚具有良好的配混性，可与多种树脂配混成合金(共混物)，如PC/ABS、ABS/PC、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等，使之具有新的性能和新的应用领域，ABS若与MMA掺混可制成透明ABS，透光率可达80%。相比较其他的AS、PA等材料ABS材料具有明显的优势。选定ABS材料后，还需选择合适的型号，不同型号间存在一定的差别，根据市场与塑件所需性能，选用余姚中发生产的FR765型。 第三章 工艺分析3.1总体分析（1）叶片最大直径为300mm,轮毂高度为30mm。（2）根据前面得到分析结果，塑件采用ABS材料，收缩率为0.4%-0.6%，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）叶片侧面并无测侧孔，所以不需要做设计侧抽芯机构。（4）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。（5）生产上要明确塑件的体积，应用Pro/E输入材料密度分析得到此塑件的体积为1.2333422e+05 mm3。3.2拔模检测塑件冷却时因收缩会包紧型芯或型腔的凸起部分，为保证塑件最终能顺利从型腔中脱出，故一般要设定一定的脱模斜度。图3.1 拔模检测设置脱模斜度需注意（1）斜度不能太大，应使塑件整体无太大变化；（2）斜度方向：如果方向设置反了，则塑件一定不能脱模。综上各因素考虑：有必要对塑件进行彻底的拔模检测。用Pro/E检测结果如下图3.1，检测时，注意拔模方向设定与检测对象选择。3.3厚度检测任何塑料制品都需要一定的壁厚。厚度既不能太薄，不能保证足够大强度，也不能太厚，应力过大，容易产生气泡，成型时间也会加长。产品的各分部的厚度也应保持均匀，不能有突变，否则会产生缺水现象。同样Pro/E自带了厚度检测功能，为确保避免以上问题，故作厚度检测如图3.2所示。图3.2 厚度检测设定允许的最大厚度与最小厚度，然后选择两个点，连接这两个点应能贯穿整个零件，设定检测偏距，预览可见右边检测结果：是否超过规定厚度，图中均显示否，即厚度满足要求。3.4浇口分析浇口是指塑料熔体从分流道进入型腔的一段通道，其尺寸狭小且短，目的是使塑料熔体进入型腔前产生加速度，便于充满型腔，且有利于封闭型腔口，防止熔体倒流5。浇口位置并不能任意选择，首先应位于塑件背面，其次浇口设置应能保证塑料熔体能快速充满型腔，并保证足够的注塑压力，以上各种需求，Pro/E均能智能分析并给出分析结果。对风扇叶片浇口分析结果如下：右边参照栏从红色逐渐过渡到蓝色，即从最差到最好效果过渡。由图可见，叶片浇口位置越靠近中间轴，效果越佳，又考虑塑件表面美观，所以将浇口设置在背面靠近中心处。但还不能确定浇口数量。先选定一个浇口，并把位置设置在靠中心5mm处，用塑料顾问进行模拟填充过程。自动分析结果如图：叶片的每一个点均显示为绿色，即表明填充可行，且质量为high标志。所以采用单个浇口即可。图3.3为浇口位置分析图,3.4为模拟注塑结果图。图3.3 浇口分析图3.4模拟注塑3.5注射机选择按外形分有：立式的，卧式的。按注塑量分有：超小型注塑机，小型注塑机，中型注塑机，大型注塑机，超大型注塑机。也就是注塑量从几毫克到几十千克不等。按合模力分有：几吨到几千吨不等。注射机的选择应遵循以下的原则：1.选对型：由于注塑机有非常多的种类，因此一开始要先正确判断此产品应由哪一种注塑机，或是哪一个系列来生产。2.放得下：由模具尺寸判定机台的“大柱内距”、“模厚”、“模具最小尺寸”及“模盘尺寸”是否适当，以确认模具是否放得下。3.拿得出：由模具及成品判定“开模行程”及“托模行程”是否足以让成品取出。开模行程至少需大于成品在开关模方向的高度的两倍以上，且需含竖浇道（sprue）的长度；托模行程需足够将成品顶出。4.锁得住：由产品及塑料决定“锁模力”吨数。当原料以高压注入模穴内时会产生一个撑模的力量，因此注塑机的锁模单元必须提供足够的“锁模力”使模具不至于被撑开。锁模力需求的计算如下：由成品外观尺寸求出成品在开关模方向的投影面积；撑模力量成品在开关模方向的投影面积(cm2)模穴数模内压力(kg/cm2);模内压力随原料而不同, 一般原料取350400kg/cm2;机器锁模力需大于撑模力量，且为了保险起见，机器锁模力通常需大于撑模力量的1.17倍以上。至此已初步决定夹模单元的规格，并大致确定机种吨数，接着必须再进行下列步骤，以确认哪一个射出单元的螺杆直径比较符合所需。5.射得饱：由成品重量及模穴数判定所需“射出量”并选择合适的“螺杆直径”。计算成品重量需考虑模穴数（一模几穴）；为了稳定性起见，射出量需为成品重量的1.35倍以上，亦即成品重量需为射出量的75以内。6.射得好：由塑料判定“螺杆压缩比”及“射出压力”等条件。有些工程塑料需要较高的射出压力及合适的螺杆压缩比设计，才有较好的成型效果，因此为了使成品射得更好，在选择螺杆时亦需考虑射压的需求及压缩比的问题。一般而言，直径较小的螺杆可提供较高的射出压力。7.射得快：及“射出速度”的确认。有些成品需要高射出率速射出才能稳定成型，如超薄类成品，在此情况下，可能需要确认机器的射出率及射速是否足够，是否需搭配蓄压器、闭回路控制等装置。一般而言，在相同条件下，可提供较高射压的螺杆通常射速较低，相反的，可提供较低射压的螺杆通常射速较高。因此，选择螺杆直径时，射出量、射出压力及射出率（射出速度），需交叉考量及取舍。根据塑件的体积，质量，塑料材料以及型腔总体尺寸，选定用卧式注塑机，产品重量选择从150吨到300吨之间，价格从3万到40万。第四章 成型系统设计做完了上述一系列前期工作之后，现在正式开始进入模具设计版块模块，即分模阶段。将现有的风扇叶片3D造型通过Pro/E模具设计版块，制作出整套模具的成型系统与浇注、冷却系统。 4.1装配参照模型进入Pro/E模具设计版块的第一步，就是要明确是为什么塑件设计整套模具，故需要调入先前制作的风扇叶片造型。并调整塑件坐标中心和模具设计坐标中心重合，同时还应确认拔模方向。使图中拔模方向pull direction 和实际设计的拔模方向保持一致，调入后经调整结果如图4.1所示。4.2设置收缩率塑料从注塑机到型腔再到形成塑件的过程是逐渐冷却的过程。这个过程不可避免塑料会“缩小”。并且因此，塑件会停留在有凸起部分的型芯或型腔上。此处风扇叶片会停留在定模处，故需设计一拉杆机构将塑件拉像动模处。设置收缩率时应注意不仅仅设置整个塑件，还应包括各类参考平面，故设置时点选坐标系。收缩率大小应根据所选塑料相应的收缩系数。 图4.2 工件设计4.3创建工件模具成型部件主要由型芯和型腔组成。型芯与型腔闭合时组成的空心腔体即塑件实体；闭合时两两接触的表面即分型面。在这里，先要创建一个毛胚工件包住塑件，经后续分割形成型芯和型腔。创建后结果如图4.2：绿色毛胚工件包住风扇叶片。4.4创建分型曲面分型面的选择直接关系到塑件质量跟模具结构，是模具设计的中心环节。当然分型面的选择并不单一固定。但一定要根据以下原则进行（1）分型面应设在塑件延拔模方向投影的最大轮廓处；（2）尽量选择平直分型面以保证塑件精度与质量；（3）应使制件全部或大部位于同一型芯内；（4）分型面的选择应不影响制件外观要求；（5）分型面的选择还应利于排气；（6）分型面选择应便于模具加工制造7。当然，在选择时应综合考虑各方原则，不一定要满足全部原则要求。在Pro/E软件中有多种方法可以创建分型面。考虑风扇叶片分型面比较复杂，首先画出分型线，再利用分型线延伸至工件表面最后形成分型面。形成的分型面如图4.3所示。 图4.3 分型面4.5创建模具体积快在完成工件分型面的创建后，就可以把工件分割成型芯和型腔来组成整套模具的成型系统。通过分割、抽取后，即可形成型芯和型腔。在界面左边模型树上也新加了两个制件标志。抽取的体积快分别就是型芯和型腔。所以到这一步成型系统就基本完成了。完成的型腔和型芯如图4.4所示。图4.4 成型零件4.6拉杆设计考虑塑件冷却成型后会收缩，又因为凸模在定模一侧，所以需要加设一拉杆机构。这样就能拉向动模，然后通过推出机构脱模。这里采用球形头拉杆,即可将塑件带同凝料一起拉回。第五章 浇注系统设计浇注系统是指熔体塑料从注塑机嘴进入模具型腔所通过的通道。浇注系统可分为热流道浇注系统和普通浇注系统。风扇设计用普通浇注系统即可。普通浇注系统分为主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分。浇注系统设计也是模具设计中较为重要的一个环节，设计的好坏对塑件的性能和塑料袋利用率等有直接的影响。浇注系统的设计需要遵循以下原则：（1）充分了解塑料的各种性能，流动特性、剪切速率、粘度等；（2）尽量避免减少产生熔接痕；（3）浇注系统通道应有利于气体的排出；（4）防止型芯的变形和嵌件的偏移；（5）尽量选用较短的路径设计流道；（6）需做流动距离比的校核工作，防止出现填充不足的现象8。 5.1主流道设计主流道是指注塑机嘴和分流道之间的通道，是熔料最先进入模具的部分。主流道的设计主要考虑减少熔体温度降低和注塑压力损失。一般来说，主流道垂直于分型面，且设置在浇口套中。为了后续脱模方便，主流道也应当设置一定的拔模斜度，通常设成圆锥台状。可先草绘成半个梯形状，再通过旋转成主流道。设计的主流道如图5.2所示。 图5.2 图5.1？浇口套（内含主流道）(1)便于流道凝料从主流道衬套中拔出，主流道设计成圆锥形 。锥角 =2 4，粗糙度Ra0.63 与喷嘴对接处设计成半球形凹坑，球半径略大于喷嘴头半经。(2)主流道要求耐高温和摩擦，要求设计成可拆卸的衬套，以便选用优质材料单独加工和热处理。(3)衬套大端高出定模端面 510mm ，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合，起定位隙作用。 (4)主流道衬套与塑料接触面较大时，由于腔体内反压力的作用使衬套易从模具中退出，可设计定住? 。 (5)直角式注射机中，主流道设计在分型面上，不需沿轴线上拔出凝料可设计成粗的圆柱形9。 5.2分流道设计分流道指塑料熔体从主流道进入多腔模各个型腔的通道，对熔体流动起分流转向作用，要求熔体压力和热量在分流道中损失小。(1)分流道的截面形式：a、 图形断面：比表面积小（流道表面积与其体积之比），热损失小，但加工制造难，直径 510mm b、 梯形：加工较方便，其中h/D = 2/3 4/5 边斜度 515; c、 u形：加工方便，h/R=5/4;d、 半圆形：h/R=0.9 。(2)分流道的断面尺寸要视塑件的大小，品种注射速度及分流道的长度而定。一般分流道直经在56mm以下时，对流动性影响较大，当直经大于8mm 时，对流动性影响较小。 (3)多腔模中，分流道的排布：平衡式和非平衡式：平衡式：分流道的形状尺寸一致。非平衡式：靠近主流道浇口尺寸设计得大于远离主流道的浇口尺寸。分流道不能太细长，太细长，温度，压加体大会使离主流道较远的型腔难以充满。一般需要多次修复，调理达到平衡。即使达到料流和填充平衡，但材料时间不相同，制品出来的尺寸和性能有差别，对要求高的制品不宜采用。非平衡式分布，分流道长度短 。 如果分流道较长，可将分流道的尺寸头沿熔体前进方向稍征长作冷料穴，使冷料不致于进入型腔。分流道和型腔布置时，要使用塑件投影面积总重心与注塑机锁模力的作用线重合。5.3浇口设计浇口是指流道末端与型腔之间的细小通道。形状一般为圆形或矩形，面积与分流道比为0.030.09，长度一般0.52.0mm。浇口的作用主要是冷却材料和使熔体快速进入型腔，按顺序填充。此塑件如果在叶片处作侧浇口进浇，由于叶片壁薄，且到另一侧叶片末端行程相对较长，易产生缺料充不满现象，故采用在塑件顶部作点浇口，这既可缩短流程，又可均衡进料，而且可以减少熔接痕，有利于排气，点浇口还可采用自动脱料系统，提高生产率。为了点浇口的自动脱落，主流道应尽量短，为此采用了加深型浇口套，由于此模具为一模一腔，拉料杆的位置受到模具结构的限制，所以将拉料部位直接设置在浇口套上，浇口套端部做成倒扣，利用浇口套进行拉料12。为保证注射过程平衡均匀，三张叶片处能够同时填充完成，又风扇轮毂为圆筒式结构所以浇口分布形式选用轮辐式浇口，也称圆环式。其主流道在中心位置，通常设置四条分流道，成十字分布，联通末端浇口，从内环处注塑进模具型腔。 图5.3 轮辐式浇口设计5.4冷料穴设计 冷料穴一般位于主流道的下方，其作用是容纳注塑进来的先锋冷料，设计师需结合拉料杆进行整体考虑。其形式有Z字形和球形，配合前面拉杆设计，选用球形头状。第六章 冷却系统设计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.冷却加空格，下同水孔数量尽量多，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。 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；在出二维图时，水道间的相贯线应为虚线。设计的冷却水道如图6.1。 图6.1 冷却水道示意图第七章 合模导向机构设计7.1导柱的设计在注塑时，为了保证动模成型零件和定模成型零件在合模时的正确定位，以确保塑件的形状和尺寸精度，并避免模内各零件碰撞和干涉，必须设置开合模导向机构。开合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式，有以下三点作用：（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。所以下面就导柱导套设计做一些注意说明15。图7.1 带头导柱图7.1为带头导柱，除安装部分的轴肩外，其余部分直径相同，这种导柱加工方便，较为常用。图7.2为有肩导柱，柱身有两种直径，上部直径较大，且一般与导套外径相同。上部直径加大主要是为了加强强度考虑。根据塑件电风扇特点，质量较轻，模具类型也不大，所以采用第一种带头导柱即可。关于导柱技术处理：在不妨碍脱模的情况下，导柱通常设在型芯高出分型面较多的一侧。导柱导向部分长度应比凸模前端面的高度高出68mm，以免出现图7.2 有肩导柱导柱未导正方向而型芯先进入型腔的情况。导柱前端应做成锥台形或半球形，以使导柱能顺利的进入导向孔。由于必须具有良好的耐磨性，内部坚韧。故一般多采用20号钢（表面渗碳淬火处理），硬度为HRC50-55。粗糙度一般取0.8um。7.2导柱的布置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。图7.3 导柱布局形式图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，风扇塑件我采用图c形式。配合精度：一是导柱固定端与模版之间一般采用H7/m6或H7/k6过渡配合，二是导柱导向部分通常采用H7/f7或H8/f7间隙配合。7.3导套的设计导套是与导柱相配合的，因此其结构主要由导柱形式决定。导套结构确定之后，其生产形势也有多种。对于如题风扇的导向机构，为了方便更换，可以简化结构，采用导向孔直接开设在模板上的形势。导套的技术要求：1.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。如果做成盲孔，则可以在侧面打一个小孔利于排气。2.导套硬度比导套低。3.导套固定部分和导向部分的粗糙度均可选为Ra=0.8um固定形式及配合精度：此处所选带头导套应为H7/m6或H7/k6过渡配合打入模版16。7.4导柱与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，以及塑件的精度生产批量选用合适的配合方式，此设计为带头直导柱与模版上导向孔直接配合形式即可。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。图7.3图7.4 导柱与导套第八章 推出机构设计8.1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。由于风扇叶片处较薄，叶片处不能用推杆顶出，否则叶片易变形且推杆印痕影响外观，而只在塑件内部用推杆顶出则顶出困难，因此加用推板推出，这样作用面积大，推出力大而均匀，运动平稳，而且塑件内孔为圆形，推件板配合处易加工，为了减少摩擦，推板和型芯采用锥面配合，斜角为5度，推板和型芯还需淬火，以提高耐磨性，塑件内部3根骨位处再加3根直径为3的推杆顶出。所设计推杆如图8.1所示。图8.1 推杆设计此图背景改白色，线条改黑色8.3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。8.4推出机构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。 图8.2 支撑住导向机构 第九章 其他辅助件设计9.1 标准模架与选择原则 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必须满足以下关系式： LmaxHLmin （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300mm，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100mm。通过翻看和比较各类标准模架，最终选择如图9.2所示模架。图9.2图9.1? 所选模架模架从上到下依次为定模座板，定模，动模，动模固定板，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 模架各板尺寸名称长宽高定模座板49644636定模446446106动模446446106动模固定板44644656垫块44656106动模座板49644636导柱孔径为42mm，螺钉沉孔直径为25mm，螺杆直径为17.5mm.导柱孔间距为390mm，螺钉孔间距为282mm。9.2 支撑零部件的设计固定板也称面板，他并无结构上特殊要求，只要能保证零件的稳定性即可，所以需要一定的强度与厚度，一般采用碳素结构钢制成。9.2.2 支撑板支撑板是垫在动模型腔下面的支撑，在合模注塑时，由于受到强大的注射压力，动模很有可能翘曲变形，所以需要在动模下面加上支撑板来保持稳定。因此对支撑板的定位精度，表面粗糙度，平行度，强度都有较高的要求。9.2.3 垫块图9.1中，零件6即称为垫块，它的主要作用就是支撑起一个空间以供推出机构推出成型塑件和复位运动。所以其高度设计应根据脱模所需行程来定，另外，其强度和平稳度要求较高。第十章 总结与展望10.1总结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设计，最终装配成一完整模具。此设计就工程来说，属一般性难度，适宜作为毕业设计题目，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，初以为就是几条流道加上几个口子，其实内容也是非常的丰富，形式多种多样，不同的样式又可以做不同的组合。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。总的此设计做以下几个特殊说明：1. 风扇叶片设计采用圆柱方程编辑得出特征曲线；2. 塑料为ABS材料，所以收缩率为0.005；3. 分型面做法为复制扫描曲面；4. 工件为圆柱形，即型芯和型腔为圆形板实际是方形。风扇的造型乍看起来似乎不可思议，3个扇叶不知如何做他的曲面。不过只要明白它的成型原理，就不难画出来了。也就是抓住它形状的外圈骨架，然后用Pro/E的边界混合后，就可得到扇叶的曲面。所以凡事要从源头、原理上着手，这样就不难解决问题。模具的设计对我而言是一个崭新的东西，而且所用Pro/E软件也是未曾接触过，所以设计的前期工作其实是摸索学习的过程。学习的话分自学和教学部分，虽然说名师出高徒，通过对视频书本资料的学习能够快速高效的掌握这些知识，但这其实是授人以鱼之法，可以让你安身立命，却让人难以有所作为。自学之法虽然辛苦漫长，而且效果也不比前者，但是收获的东西要更多更好。所以如果着眼未来的话，可以试着多去自学、摸索，不过会一时落后别人。设计工作靠着软件的指令一点一点的做下去。深有体会的是：我们不能只浅显地看到这个指令是干什么的，还要清楚指令是如何完成这一过程的。不然，很多时候都会看上去一点都没错，但结果却是后续操作失败。其实那是一开始乱用一些指令所造成的。10.2展望 随着我国制造业的国际地位的不断提高,模具工业获得了飞速的发展,模具的需求量也成倍增加,其生产周期愈来愈短。而模具生产是多品种小批量生产,乃至单件生产。其特点为:品种多样化；生产过程多样化;生产能力复杂化。为解决这一问题,首先要普及CAD 技术,利用现代的CAD/CAM/CAE技术,才是经济、快捷的模具开发设计制造手段,也是其今后的发展方向。CATIA是目前最具影响力的CAD系统软件之一,它已在不同的领域被普及,被众多的用户所青睐。CATIA是法国Dassault System公司的CAD/CAE/CAM一体化软件,居世界CAD/CAE/CAM领域的领导地位,广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子/电器、消费品行业,它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域,其特有的DMU电子样机模块功能及混合建模技术更是推动着企业竞争力和生产力的提。凯特在塑料模具设计和分析阶段充分应用了参数化特征造型技术和数据库技术以及自由形式特征技术,为模具设计提供了强有力的工具。塑料模具中的标准件,如标准模具架、顶出机构、浇注系统、冷却系统等都采用基于数据库管理的参数化特征造型设计方法进行设计或建立标准件库以实现数据共享,同时满足用户对设计的随时修改,使模具的设计分析快速、准确、高效。参数化特征造型不仅可以完整地描述产品的几何图形信息,而且可以获得产品的精度、材料及装配等信息,其所建立的产品模型是一种易于处理、能反映设计意图和加工特征的模型。近几年又出现了很多全新的模具新兴技术，想要跟上时代的潮流或是引领风潮，必须先要学好基础知识，打下坚固的基础,因为其实原理的东西还是相通的。致谢经过了几个月的学习，终于快要完成这个毕业设计了。这一路走得并不顺利 ，经历了很多艰难困苦，当然也有解决困难后的喜悦与收获。常言做人要怀感恩之心，确实一个人的力量总是微弱的，而且每个人都不是全能的，这里一定要感谢这一路给我帮助与温暖的人。首先就是指导老师曾老师：曾老师不仅在专业知识上给予强大的指导，而且颇有为人师者之风范。他为了给我们答疑都会专门多留在工作岗位，虽然较其他老师更为严格，不过这正是曾老正直负责的表现，也正是因此，我们组的同学都学到了比其他组的同学更多的东西。再就是一起做毕设的杨柯同学，这期间我们共同探讨模具问题，一起进步。还有不得不说的是网上的免费教程，虽然那些老师只闻其声，未见其人。不过他们的无私奉献给了我极大的养分，让我学到了不少东西。此外，还要感谢同寝室的同学，后阶段做毕设做的很晚，他们能给予理解并支持，他们日后必非等闲之辈。当然要感谢雄伟的XX图书馆，期间进进出出，给予强大的资料支持，包括在外文翻译找文献的时候，图书馆的电子资料库提供了强大的收索功能。最后，感谢母校XX，让我在这4年学会了很多东西。还要感谢这4年里所有的任课老师与实验指导老师，让我不仅学到了很多理论知识，还加强了动手操作能力。衷心祝愿母校越办越好，老师们工作顺利，身体健康！参考文献1 张洪峰.塑料模具设计与制造M.北京：高等教育出版社，2008.2 刘毅.基于Pro/E的塑料顶盖模具设计J.模具技术，2007,32（2）：36.3 孙建民.基于Pro/E的塑料模具设计研究J.现代塑料加工应用，2006，（18）：5156.4 蔡于红.塑料转叶零件模具设计与制造J.模具技术，2007,（5）：2327.5 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计M.高等教育出版社，2005.6 张荣清.模具设计与制造M.高等教育出版社，2003.7 S.H.Tang.The use of Taguchi method in the design of plastic injection mould for reducing warpageJ.Journal of materials processing technology ,2007,（14）：2530.8 Tsan Jou.A Web-based model for developing:A mold base design systemJ.Expert Systems with 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