電風扇上蓋注塑成型模具設計

本科畢業(yè)設計（2009屆）題目：電風扇上蓋注塑成型模具設計學院：機電工程學院專業(yè)：機械工程及自動化班級：姓名：學號：指導老師：完成日期：2009年5月電風扇上蓋注塑成型模具設計摘要：塑料注塑成型可以制作大量具有高精度和復雜型腔形狀的制件。通過用注塑模CAE軟件MOLDFLOW對塑件進行模流分析，選擇聚丙烯的成型工藝參數(shù)，設計了一模一腔的注射模具。按聚丙烯的平均收縮率設計計算模具成型尺寸。分析了電風扇上蓋的結(jié)構(gòu)工藝特點，介紹了電風扇上蓋注射模結(jié)構(gòu)及模具的工作過程，介紹了模具設計方案、工作原理，闡述了成型部件、澆注系統(tǒng)凝料雙層結(jié)構(gòu)、頂出機構(gòu)的設計特點。同時介紹了成型零件的加工制造的過程。關鍵字：注塑模；MOLDFLOW分析；制造DesignOfInjectionMouldForCoverOfFanAbstract:Theplasticinjectionmoldingisknowntobethemosteffectiveprocessforproducingdiscreteplasticpartsofcomplexshapetothehighestprecisionatalowcost.AninjectiondiewithamoldcavitywasdesignedthoughusingtheinjectionmoldCAEsoftwareMOLDFLOWtosimulateplasticflowandchoosingthemoldingparametersofpolypropylene.Themoldingsizewasdesignedaccordingtotheaverageshrinkageratioofpolypropylene.Analyzingonthestructuralcharacterofcoveroffan,thestructureofinjectionmoldandthemoldworkingprocessareintroduced.Thedesignspecialitiesofmoldingparts,thedoubledeckstructureofconcretionaryplasticforthegatingsystemandtheejectionmechanismwerepresentedaswell.Meanwhile,manufacturingofthemoldingsizewereintroduced.Keyword：Injectionmould;AnalyzingofMOLDFLOW;Manufacturing中文摘要英文摘要TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1塑料的工藝性分析 4\o"CurrentDocument"1.1塑件的原材料分析 4\o"CurrentDocument"1.2塑件的尺寸精度分析 4\o"CurrentDocument"1.3塑件的表面質(zhì)量分析 4\o"CurrentDocument"1.4塑件結(jié)構(gòu)的工藝性分析 4\o"CurrentDocument"2注塑過程的分析及確定成型設備選擇 5\o"CurrentDocument"2.1注塑過程的分析 5\o"CurrentDocument"2.2選用注塑機 73注射模的結(jié)構(gòu)設計 83.1分型面的選擇 83.2澆注系統(tǒng)的設計 93.2.1主流道設計 103.2.2分流道的設計 113.2.3澆口設計 113.3成型零件的設計 113.3.1凹模、凸模和型芯的基本尺寸的確定 123.3.2凹模壁厚確定 133.3.3底板厚度確定 143.3.4成型零件的位置布置及其三維造型 15\o"CurrentDocument"3.4導向機構(gòu)的設計 18\o"CurrentDocument"3.5推出部分的設計 183.5.1脫模力的計算 183.5.2推件板的厚度計算 19\o"CurrentDocument"3.6側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設計 19\o"CurrentDocument"3.7冷卻部分的設計 21\o"CurrentDocument"3.8標準模架的選用 22\o"CurrentDocument"3.9注塑機的校核 22\o"CurrentDocument"4標準零件的加工圖和非標準零件的加工工藝規(guī)劃 22\o"CurrentDocument"5小結(jié) 26\o"CurrentDocument"參考文獻 26

1塑料的工藝性分析1.1塑件的原材料分析塑料的品種：PP（聚丙烯）。結(jié)品材料，吸濕性小，流動性極好，溢邊值為0.03mm左右；成形收縮率大，易產(chǎn)生縮孔、凹痕及變形；熱容量大，成形模具必須設置能充分進行冷卻的調(diào)溫系統(tǒng)；它成形的適宜模具溫度為80°C左右，不可低于50°C。否則，會造成塑料件表面光澤度差或者產(chǎn)生熔接痕等缺陷。溫度過高會產(chǎn)生翹曲變形。主要用于汽車工業(yè)（主要使用含金屬添加劑的PP：擋泥板、通風管、風扇等），器械（洗碗機門襯墊、干燥機通風管、洗衣機框架及機蓋、冰箱門襯墊等），日用消費品（草坪和園藝設備如剪草機和噴水器等）。1.2塑件的尺寸精度分析影響塑料制品的尺寸精度的主要因素是材料的收縮和模具的制造誤差。查得PP的收縮率為1.0%?2.5%,分析時都采用S=1.75%。由于對于制品的精度無特殊要求，根據(jù)GB/T14486-1993規(guī)定，參照下表的收縮特性和選用的公差等級表，可得到制件的公差等級為MT6。表1-1收縮特性和選用的公差等級收縮率特性值S（%）公差等級標準公差尺寸未標準公差尺寸高精度一般精度>0?1MT2MT3MT5>1?2MT3MT4MT6>2?3MT4MT5MT7>3MT5MT6MT71.3塑件的表面質(zhì)量分析塑件外表面要求粗糙度較低，表面光滑，內(nèi)表面要求低點。而PP在不同加工方法所能達到的表面的粗糙讀值為0.1?1.6口m。因為對表明粗糙度無特殊要求，為了方便實際的加工，制造加工過程中可選擇Ra=0.8pm。1.4塑件結(jié)構(gòu)的工藝性分析設計的塑件如下圖1-1和圖1-2：圖設計的塑件如下圖1-1和圖1-2：圖1-1 4圖1-2電風扇上蓋的三維造型可看到：該制件主要是以圓柱形為主，在上部的位置處還有四處加強筋，在設計模具是要特別注意該處，甚至要將結(jié)構(gòu)做進一步的改進；還有就是為了注出上部的沉孔，就要采用側(cè)向抽芯機構(gòu)，設計時側(cè)向抽芯也是重點考慮的部分；雖然該制件的要求并不是很高，但在設計模具時候要考慮一些即經(jīng)濟，又實用的方法改進模具的結(jié)構(gòu)，以期達到最佳的設計效果，有助于實際的生產(chǎn)。2注塑過程的分析及確定成型設備選擇2.1注塑過程的分析在注塑過程中，還要對注塑階段進行必要的分析，主要是填充和保壓兩個階段的分析與確定，通過Moldflow分析結(jié)果如下：充填階段：狀態(tài)：U=U/P=藤度/壓力切換時間（5）II體積Imi壓力(HPa)II鎖模力(tonne)I流動速率I世態(tài)|Ccnrt3/5）|0.07I2-79|8_92I| 63.81|U0.15I7-83|I土咕| 65.52|U0.21I12.>13|10.80I0.28| 64J4|U0.29I17-20|11_85IQ_57| 65.57|U0.36I21-99|12-54I0.84| 66.^2|U0.43I26.83|12-98I1.04| 66.17|UI31-99|13_H3I1_28| 66.16|U0.57I36.56|13.89I1.49| 66.18|U0.64I41.犬|14.22I1.74| 66.19|U0.72I>16-31|14.62I1.99| 66.211|U0.79I51-23|15.03I2.25| 66.3k|UI犬|I2.51| 6&皿|U0.93I60-72|15.82I2.81| 66.39|U1.0QI65-33|16_22I3_12| 66.kk|U1.87I70.04|16.64I3.44| 66.51|U1.mI74-78|17_08I3.81| 66.511|U1.21I79-82|IU_21| 66.57|U1.28I84.117|18.S2I4.62| 66.61|U1.36I89-31|18_50I| 66.66|U1.U3I9U-03|19.00I5_55| 56.59|U1.50I9S.23|20-VI7-23| 66.68|U1.51I99-00|20_93I7_8fi| 66.2H|U/P1.52I99-53|16_7^I7_30| 31?.53|P1.53I99.88I16-74I7-38| 31.32|P1.531100-00I16_74I7_42I30-95|已充填從上述的Moldflow的分析過程中可知，其1.51秒時速度壓力開始切換，而在1.53秒時填充完成，而壓力最大值出現(xiàn)在1.508秒處，鎖模力大致在3.69秒處出現(xiàn)峰值。在生產(chǎn)過程中注塑機的注塑過程的速度與壓力切換參數(shù)設置可根據(jù)上述分析結(jié)果得出。

2.2選用注塑機通過采用Moldflow分析可得到：（a） 澆注系統(tǒng)及塑件的總體體積為110cm”3（b） 鎖模力曲線圖（圖2-1）:所選的注塑機的鎖模力應至少大于15tone圖2-1（c）注塑壓力曲線圖（圖2-2）:最大的壓力為20.93MPa圖2-2此處刪減NNNNNNNNNNNNNNNN字需要整套設計請聯(lián)系q：99872184。裝配后凸模圖3-10凹模圖3-123.4導向機構(gòu)的設計導向機構(gòu)主要功能是保證其動模部分和定模部分在模具工作時，能夠進行正確的導向與定位。有時在頂出機構(gòu)中設置導向機構(gòu)，為了使模具的頂出機構(gòu)平穩(wěn)的工作。在該模具的設計時主要采用導柱和導套的結(jié)構(gòu)，導柱布置在模具的四周，并且采用對稱不等徑布置；導柱和導套采用T8碳素工具鋼，淬火處理，配合面的Ra值要求為0.卻m，而固定部分的Ra值要求為0.8pm；導柱滑動部分的配合精度按H7/g6（間隙配合）；導柱固定部分的配合精度按H7/k6（過渡配合）；導套外徑的配合精度按H7/k6（過渡配合），并用一個①6mm緊定螺釘固定其位置，這樣主要是為了增加導套嵌入的牢固性，防止開模時背拉出，因此將導套的側(cè)面極加工出缺口，從模板的側(cè)面用緊定螺釘固定導套。表3-5導柱和導套的推薦值導柱直徑/mm導套直徑/mmddld2d3DD1Al BLil :.tL8142081420121824121824152127152127J—t!A-J202836202836253443253443303947303947354555354555-1-455767455767設計時選擇的兩組導柱與導套的尺寸為表中字體加粗的兩組。3.5推出部分的設計

3.5.1脫模力的計算由于推出部分的設計計算在很大程度上與塑件的脫模力有關，因此在設計計算之前就其中8為塑件1式3-5必選先計算塑件在脫模過程中的脫模力，塑件的屬于薄壁件（81其中8為塑件1式3-5脫模力的計算公式為:2k5ESLcosp(f-tanp)F= i氣」 +0.1AQ-.灰2其中K2 無量綱系數(shù)81 圓環(huán)形塑料件的壁厚（mm）Scp 塑件平均成型收縮率E 塑料的彈性模量（MPa）L 塑料件對型芯的包容長度（mm）f 塑料件與型芯之間的摩擦因數(shù)^ 模具型芯的拔模斜度M 塑料的泊松比A 不通孔塑料件型芯在垂直于脫模方向上的投影面積（mm”2），通孔為0經(jīng)查得：K2=1.07；61=2mm；Scp=1.75%；E=1340MPa；L=3.14*121=380mm；f=0.392；^=10°；p=0.25；A=0mm"2。計算可得脫模力F=15040N3.5.2推件板的厚度計算為了使制件在推遲時不發(fā)生表形，可采用推件板推出的結(jié)構(gòu)形式，推板推出機構(gòu)是由一塊與凸模按一定配合精度相配合的模板，在塑料件的整個周邊端面上進行推出，作用面積大，推出力大而且均勻，動作平穩(wěn)順暢，在塑料件上無推出痕跡。推件板的厚度計算：通過剛度要求計算推件板的厚度公式為：式3-6通過強度要求計算推件板的厚度公式為:式3-7

式中C3 系數(shù)，隨R/r而異，按表格選取r 推桿作用在推板上所形成的幾何半徑（mm）r 推件板環(huán)形內(nèi)孔（或型腔）的半徑（mm）[6] 推件板板中心所允許的最大變動量，一般可取塑料件在被推出方向上的尺寸公差的1/5?1/10（mm）F 脫模力（N）K3 系數(shù)，隨R/r而異，按表格選取[。] 推件板材料的許用應力經(jīng)查得：K3=13.5；[o]=160MPa。而脫模力由前計算可得F=15040N。采用強度計算可得：tN11mm。設計過程中取推件板的厚度t=16mm3.6側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設計由于在注塑件上部有一個沉孔，因此在模具上成型該沉孔的零件就必須制作成可以側(cè)向移動的，為了使模具在脫模具過程中能夠順利的脫模，因此必須采用側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)。結(jié)構(gòu)采用斜銷機動分型與抽芯，該種結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，動作可靠，勞動強度小，生產(chǎn)效率高，借助機床開模行程來完成抽芯動作，廣泛用于延時抽芯或接近分型面抽芯力不大的型芯。斜導柱的使用材料為T8A。由于導柱經(jīng)常和滑塊摩擦，所以，其熱處理硬度要求為55?58HRC，表面粗糙度值低于Ra0.4pm。斜導柱與其固定板之間采用過渡配合形式H7/k6。b、抽芯力的計算：成a、抽芯行程的計算：側(cè)抽芯的傾斜角a=20°（一般a的選取范圍為15°忍a^22°，以20或22選用最多。），抽芯距s=13.5mm。工作長度L=s/sina=39.5mm，取40mm開模距H=s/tana=37.1mm，取38mm實際的模具中工作長度L取48mmb、抽芯力的計算：成式3-8c如偵cosa-sinaj'式3-8式中c 側(cè)抽芯成型部分的截面平均周長（m）h 側(cè)抽芯成型部分的高度（m）p 塑料件對側(cè)抽芯的收縮應力（包緊力），一般模內(nèi)冷卻的塑件，p二（0.8?1.2）X10"7Pa，模外為（2.4?3.9）X10"7PaM 塑料在熱狀態(tài)對鋼的摩擦因數(shù)，一般0.15?0.2a 斜導柱的斜度（°）經(jīng)查及計算可得：c=0.022m，h=0.0135m，p=3X10”7Pa，p=0.18,a=20°計算得抽芯力Fc=1541N而彎曲力Fw=Fc/cosa=1640N，由Fw和Hw（Hw為脫模力的作用線到斜導柱中心線交

點到斜導柱固定板之間的距離，為6.5mm）及導柱斜角a確定斜導柱的直徑，查得直徑可?、?4mm。圖3-7斜導柱的工作結(jié)構(gòu)3.7冷卻部分的設計對該塑件注塑的冷卻性能進行Moldflow的分析，其結(jié)果如圖3-8：圖3-8顯然，通過分析可知在沉孔的厚實部分易使模具在冷卻過程中溫度高于其他的部位，因此在設置冷卻管道時應特別注意該處冷卻的效果，在設置管道時，可將該處的冷卻管道更靠近制件，并且盡量設置進水口靠近這個位置。由于并不需要考慮管道內(nèi)部的質(zhì)量要求，則加工這些冷卻管道主要采用的是在成型零件加工完畢后，在需要設置冷卻管道的部位進行加工，先直接加工處通孔，在用一些堵頭堵住那些不需要通的位置。當然這樣會一定程度上影響制件內(nèi)表面的加工精度，但對制件本身的內(nèi)表面無特殊的要求，而采用此種方式可大大降低加工的難度，并且在設置冷卻管道時更加靈活。3.8標準模架的選用根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)和尺寸的要求，而且在模具設計中是采用推件板推出，查塑料注塑模具的標準模架手冊，可選擇A4型標準模架，315X315。模板厚度A=25mm,B=40mm,以及墊板厚度C=80mm,因此得到模架的整體高度H=115+A+B+C=115+25+40+80=260mm。而模架的具體的結(jié)構(gòu)見裝配圖。3.9注塑機的校核整個注塑過程及模具結(jié)構(gòu)尺寸都確定，注塑機需要校核的主要內(nèi)容為注射量的校核，注塑壓力的校核，鎖模力的校核，模具在注塑機上安裝部位的相關尺寸的校核，開模行程的校核。a、 注射量的校核:所選注塑機的138mmcm”3，而塑件與澆注系統(tǒng)的整個體積為110cm”3,而根據(jù)實際經(jīng)驗m1+m2^0.8m（m1+m2為塑件與澆注系統(tǒng)的整個體積，m為注塑機公稱注射量），因此該注塑機的注射量符合要求。b、 注塑壓力的校核：由前面的分析可知，實際的注塑壓力為20.93MPa，而所選注塑機注塑壓力為140MPa，完全符合使用需要。c、 鎖模力的校核：注塑機鎖模力為800KN=80T，而在整個注塑過程中，最大的鎖模力小于15T,完全符合要求。d、 模具在注塑機上安裝部位的相關尺寸的校核：模具的高度在裝配圖中可知為364mm，低于注塑機的最大安裝尺寸。e、 開模行程的校核：由于是二次分型，開模行程為斜導柱的開模距（38mm）和推件板的行程（120mm）之和，而注塑機的最大開模行程為570mm。

綜合上述校核結(jié)果可知該注塑機完全符合該模具的注塑要求。4標準零件的加工圖和非標準零件的加工工藝規(guī)劃&、非標準零件的加工工藝規(guī)劃在非標準件的加工主要是四個成型零件，具體加工工藝規(guī)劃在表4-1到表4-4型芯件組合件01的加工工藝卡表4-1機電工程學院產(chǎn)品型號機械加工工藝過程型芯材料名稱型號及規(guī)格毛坯種類毛坯尺寸毛重/kg40Cr圓鋼(P132X168凈重/kg序號工序名稱工 序 內(nèi) 容設備工藝裝備名稱與編號夾具量具刃具輔具1粗車粗車外腔和內(nèi)部的中70X125，留1mm的加工余量cjk6132三抓卡盤游標卡尺車刀2半精車半精車外腔和內(nèi)部的◎70X125,留0.3mm的加工余量cjk6132專用夾具游標卡尺車刀3鉆鉆側(cè)邊的中8孔鉆頭4銑銑出上部25X19的槽銑刀5熱處理表面滲碳淬火6磨削磨削外腔專用夾具游標卡尺7精車精車內(nèi)部的中70X125cjk6132游標卡尺車刀8鉗去毛刺型芯件組合件02的加工工藝卡表4-2機電工程學院產(chǎn)品型號機械加工工藝過程型芯材料名稱型號及規(guī)格毛坯種類毛坯尺寸毛重/kg

45圓鋼 中72X126凈重/kg序號工序名稱工 序 內(nèi) 容設備工藝裝備名稱與編號夾具量具刃具輔具1粗車粗車外徑至中71cjk6132三抓卡盤游標卡尺外圓車刀2半精車半精車外徑至◎70.3cjk6132三抓卡盤游標卡尺外圓車刀3精車精車外徑至中70cjk6132三抓卡盤外徑千分尺外圓車刀4車車環(huán)形槽中54cjk6132三抓卡盤游標卡尺切槽刀5銑銑出沿軸向的8X8的兩個槽專用銑夾具游標卡尺08立銑刀6鉆鉆各個◎8孔專用夾具7鉗去毛刺型芯件組合件03的加工工藝卡表4-3機電工程學院產(chǎn)品型號機械加工工藝過程型芯材料名稱型號及規(guī)格毛坯種類毛坯尺寸毛重/kg45圓鋼◎32X47凈重/kg序號工序名稱工 序 內(nèi) 容設備工藝裝備名稱與編號夾具量具刃具輔具1粗車粗車外徑一端至中24.35X40，另一端端為中29.5X5Cjk6132三抓卡盤游標卡尺外圓車刀2半精車半精車一端外徑至中23.35X40，另一端為中28.5X5cjk6132三抓卡盤游標卡尺外圓車刀3精車精車一端外徑至中23.35X40，另一端為◎28.5X5cjk6132三抓卡盤外徑千分尺外圓車刀4銑銑側(cè)邊至尺寸25千分尺5鉗去毛刺凹模的尺寸315X315X114.98,并且側(cè)邊的兩個槽都已經(jīng)加工完成，現(xiàn)在主要加工型腔以及孔系，采用加工中心。凹模的加工工藝卡表4-4機電工程學院產(chǎn)品型號機械加工工藝過程型芯材名稱型號及規(guī)毛坯種毛坯尺寸毛重/kg

40Cr半成品315X315X114.98凈重/kg工序名稱工序內(nèi)容設備_工藝裝備名稱與編號夾具量具粗銑精銑熱處理精加工粗銑型腔，留0.5mm的加工余量

精銑型腔，留0.1mm的加工余量

型腔滲碳淬火型腔的電火花成型加工加工中心加工中心平口鉗平口鉗刃具40Cr半成品315X315X114.98凈重/kg工序名稱工序內(nèi)容設備_工藝裝備名稱與編號夾具量具粗銑精銑熱處理精加工粗銑型腔，留0.5mm的加工余量

精銑型腔，留0.1mm的加工余量

型腔滲碳淬火型腔的電火花成型加工加工中心加工中心平口鉗平口鉗刃具銑刀銑刀輔具鉆孔孔系的加工，注意其位置精度要求加工中心平口鉗鉆頭和鉸刀去毛刺b、標準零件的加工圖主要是定模固定板的加工，定模固定板的的三維造型如圖4-1圖4-1而定模固定板的加工主要是涉及到上部的孔系的加工，因此可采用在加工中心上加工，而加工工藝過程為，先鉆中心孔，在鉆底孔，最后根據(jù)孔的精度與位置度的要求加工出最終的孔，鉆中心孔的走刀路線圖如下：圖4-2圖4-35小結(jié)：本次的畢業(yè)設計讓我又重新溫習了書本上的內(nèi)容，我明白了不論什么時候不管干什么事總是離不開書本，不管什么時候從書上我們總可以找得到我們想要的東西。書上的東西永遠