毕业设计（论文）-风扇叶的注塑工艺及模具设计

[15]，因为主流道在浇口套的高度很高，按照正常的脱模，会因材料粘力，反而拉扯到定模侧。因此要在主流道的大端底部所预留出来的冷料穴，在此冷料穴的底部设计具有推出和勾料两用的拉料杆，采用具有加工简易实用的Z型即可。冷料穴和拉料部位设计如图3-6所示。图3-6冷料穴和拉料部位设计3.3排气系统的设计对排气的方法主要有自然间隙排放，抽真空方式两种形式。主要用自然间隙排放方式。而具体形式主要是模具成型腔内设计镶嵌工件，利用间隙排放。本次塑件的流动方向分布主要会把气体驱使到分型面。因此大部分可由分析过吗进行排放。个别位置会从推杆的配合间隙排放。然而对于一些深腔或后续出现困气的位置，可单独设计针对性的排气零件进行解决困气。3.4腔体零部件设计腔体组合形式主要是整体形式和组合形式，分析两者的优势和缺点。经过分型面选定与排列了腔体布局后，而本次零件外形适中，无特殊复杂构造影响腔体的设计，因此选择对冷却水路与更换优质钢料作为成型腔体材质的整体镶嵌式，它既有纯整体式的优势，又具备了拆分式加工和节约成本的好处。3.4.1腔体零部件结构设计1.型腔设计

由于采取的是整体嵌入式的定模型腔。可把塑件为分型后，并完成了对腔体布局以及浇注系统的设计，即可把腔体部分整体镶嵌出来，其外形尺寸可根据零件的总投影面积，通过投影面积选定恰当强度距离值，再结合冷却水路和螺钉位置的预留，最终把外形尺寸设计为整数。如图所示3-7为型腔零件工程图纸：图3-7型腔二维尺寸图2.动模成型腔体部件的结构设计同理把型芯镶嵌出来，并且可把型芯镶嵌外形长宽尺寸与型腔设计一致。如图3-8所示为模具型芯工程图纸。图3-8型芯二维尺寸图3.4.2模具成型零部件工作尺寸计算影响零件尺寸不稳定的因素较多，主要是材料、塑件构造、工艺方式、安装配合、加工精度等都存在因素[10]。因此对零件重点尺寸很有必要去验算，这里可采用标准公用公式进行计算，对材料公差、制造公差可进行查找模塑信息中获得。塑件用ABS材料，精度对重点尺寸管控为MT3级别，本次计算将针对重点腔体工作尺寸进行检。3.4.3型腔工作尺寸计算型腔腔内径向工作尺寸计算公式：LM=[1+ScpL型腔腔内台阶深度尺寸验算公式：HM=[1+ScpH公式中：LM——型腔腔内径向工作尺寸HM——型腔腔内深度工作尺寸Ls——塑件精度控制径向重点尺寸Hs——塑件精度控制深度重点尺寸Scp——成型收缩率，ABS材质取0.5%x——修正系数径向尺寸取3/4，深度类尺寸取2/3；∆——尺寸范围指定的塑造公差；δZ——制造可控偏差，可取∆/3型腔腔内径向工作尺寸计算过程：LLLLL型腔腔内深度工作尺寸计算过程：HH3.4.4型芯工作尺寸计算型芯腔内径向工作尺寸计算公式：lm=[1+Scpl型芯腔内高度工作尺寸计算公式：hm=[1+Scph公式中：lm——动模型芯平面尺寸hm——动模型芯深度尺寸ls——塑件内部平面重点尺寸hs——塑件内部深度重点尺寸Scp——成型收缩率，ABS材质取0.5%x——修正系数径向尺寸取3/4，深度类尺寸取2/3；∆——尺寸范围指定的塑造公差；δZ——制造可控偏差，可取∆/3（1）型芯腔体径向工作尺寸计算过程lll（2）型芯腔体高度工作尺寸计算过程：hhh3.4.3模具腔体零件钢材选择对于腔体成型部分的零件，选择的材质定要比其他的材料要求高，而且也要根据零件需求，对应选择相配合的特性。因此先前做整体镶嵌式的目的，有一部分因素是因为可对此腔体材料进行更换高硬度、高品质的钢材。通常要选用不轻易生锈与抗腐蚀的优良钢料，普遍使用较多的为3Cr2Mo、T8A718H、S136等[11]。而本次设计则选用3Cr2Mo材质，该材质硬度可达36~46HRC，拥有良好的抛光性能和加工性，并且市场价格定位不算昂贵，是很多腔体零件的首选材料。3.5抽芯机构类型的选择零件主要最为简易的脱模方式是平行推起塑件，然而很多塑件会在侧边设计了侧孔或需要侧向脱模的造型。这些部分需要侧向抽芯机芯来完成先行脱模。通常可分外侧抽芯、内侧抽芯和特殊抽芯三种。外侧主要表现为斜导柱侧抽芯方式，此方式较为稳定可靠，并加工简单，后期维修简易；内抽芯则主要表现为斜推杆，又名斜顶的方式，此方式还具备了推起塑件离开型芯，起到推出塑件的作用，但该方式对配合、对加工稍微困难，并且后期维护大多数以更换为主。特殊抽芯则主要表现在脱螺纹、爆炸呵等方式。3.5.1抽芯距的计算成型塑件脱模，采用垂直推起的方式，进行把塑件脱离开型芯，也要完整推离塑件完全离开型芯。本次塑件含有侧孔需设计侧向分型脱模，对此侧抽芯机构需要确保侧抽芯要脱离侧孔的脱模范围。可如下公式计算抽芯行程：L1=X1+2~5（3-9）因塑件需侧抽芯特征部分脱出腔体外需X1=13.4mm，故滑块脱模行程计算如下：L所计算得到滑块脱模行程的范围数值不大，可取计算结果中的范围值选取整数值，得L1=16mm。3.5.2侧抽芯力计算由于外侧抽的侧壁面也存在黏膜力，需要计算出侧抽芯时对塑件的抽芯力是否很大，避免斜导柱受力大和塑件因黏膜力大造成变形。可按照脱模力公式进行抽芯力，公式如下：F=AP（u×cosα-sinα）（式中：F——侧向运动脱模抽芯力A——P——抱紧力，常取值u——塑件α——侧向运动脱模斜度，取F=165.88×10×由于侧向抽芯的脱模侧表面积数值较小，所计算结果抽芯力也很小，不影响抽芯脱模也造成塑件拉伤变形。3.5.3斜导柱滑块机构斜导柱形式的抽芯机构具有稳定性强，加工简单。因此这么多年来，侧抽芯的首选方式。斜导柱侧抽芯要注意斜导柱的角度一般合适在10~30度，过大过小都影响斜导柱的受力，因此尽可能先用大于15度小于25度的范围，具体按照滑块与抽芯行程进行调整，确保抽芯行程足够与斜导柱的长度尽量缩短到滑块抽芯可控范围，最终调整后，角度设20度最合适。根据斜导柱的安装，以及与滑块运作和行程需求选定斜导柱。Lz=d22tana+hcos式中：Lz——斜导柱长度，结果取范围d2a——斜导柱安装角度；h——固定斜导柱厚度；d——斜导柱直径；S——抽芯行程；进入计算：Lz根据计算结果范围值取整数，斜导柱的总长度为120mm，满足侧抽芯运动所需的工作行程。根据抽芯机构的设计原则，逐渐完善抽芯机构整体设计，本次抽芯机构见图3-9所示： 图3-9滑块结构的示意图3.6顶杆脱模机构推出机构有很多种方式，本次选用圆形推杆作为推出形式。圆形推杆方式也是经过多年的认可，因为他加工方式比较容易成熟，对于安装也简单[13]。而且推杆零件能直接购买，一定程度上节约了加工量和时间。而推杆设计的位置，需要注意以下原则：（1）推杆应设计在受力较厚、塑件高度方形较厚的位置。（2）推杆的规格尽量选择大于2mm的规格，并且进来选择大规格尺寸。（3）推杆选定的位置不能出现于零件外观表面。（4）推杆分布的位置尽可要对等分均布，最好能保证共同平稳推起塑件。3.6.1脱模力计算塑件在推杆推起塑件时，会因摩擦应力行程的黏模力，脱模推起的黏力计算如下：（3-12）F——塑件推出时产生的黏模力；A——塑件在型芯的侧表面积，；P——包紧力，取8~12范围的中间值10Mpa；u——塑件推出摩擦钢料系数，取0.1~0.3范围的中间值0.15；a——脱模角度，设1度；移模开启后，塑件在动模侧的总侧面积为A=13755.6125mm2，则可进行计算：F黏模力计算结果为：F=18229.625N3.6.2推杆直径选取计算推杆直径大小，查得对应计算公式如下：d=KL2FnE0.25K——系数，取1.5；E——推杆刚来弹性强度，2.1×105Mpa；F——塑件在型芯的脱模力；L——推杆高度，测得最高推杆高度156.11mm；n——推杆数量，1支；进行计算：d=K本次实际设立1支直径19mm圆推杆均衡布置塑件底部作为推出塑件机构。进行均布在塑件的底部受力位置。圆形推杆的方式简单，也很平稳，在后期的配合、维修都有着很好的优势，其推出的效率比较高，维修甚至进行更换较为简单直接。因此这里选定直圆柱式推杆还是标准的零件，拥有国标标准规范，可直接按规格进行购买[14]。因此他成本不高，但精度高和时效上得到很好的把控。最终推杆的详细布置如图3-10所示，对于推杆所结合组成的推出系统见图3-11所示：图3-10推杆位置分布图3-11推出组成与安装示意3.7模具冷却管道系统设计塑件在成型已然提升了模具温度，待充填布满后，需要同步把模具降低温度，让塑件加速凝固成型。实现加速缩减成型过程的时间，从而得到了高效率，因此冷却系统是把握成型周期的关键。冷却水管设置要注意以下几点：（1）冷却管道要均衡布局在塑件的周围。（2）对于壁厚大部位冷却困难，冷却管道应尽量靠近。（3）冷却管道的路线总长，不宜过长，应保证冷却水的出入端口温差要底。（4）为保障收缩稳定，尽可确保同步冷却。3.7.1冷却系统的设计方案一般而言，冷却对于材料的问题极为敏感，尤其是高温材料。本次所用的ABS材质，对模具温控较低。因此，重点是设计冷却管道的形式与布控。因为冷却要求不高，达到均衡布局即可。因此根据模具宽度的规格查表选定出6~8mm直径的管道作为水路，考虑冷却水路路线，选取了直径8mm。并采选内循环布局方式均布在零件周围，实现同步冷却塑件成型[15]。本次水路样式布置如图3-12所示：图3-12水路样式布置示意图3.8模架的选择根据国标资料的型号和模具现在需求，本次模具分型点浇口的，属于双分型面三板模组成类型，推出方式为推杆，按此模架类型与动作需求寻找国标规范的对应型号为JC型，模架组合形式见下图3-13：图3-13三板模类型模架选定模架尽应满足腔体设计、强度足够，并且尽可所规格合适的模架。通常可以用整模投影总面积去查适合的尺寸范围，再而设计腔体和脱模机构设计下，进行适当调整模架规格[16]。如滑块机构需要足够的空间、推出机构需要满足推出塑件的范畴内。综合腔体布局后得总外形，选出推杆板的尺寸，从标准规格中查找得到290×450mm规格最为合适，它的模板平面最大外形为450×450mm。模架现在属于整体标准，可直接采购购买即可。据调研现实中均采用龙记模架比较多，从规格对比，各自的规格是为一致的，本次按型号JC4545-A60×B100×C120模架标准规格进行购买，规格与厚度尺寸如下表3-2：表3-2模架规格与模板厚度（mm）模架长宽L×H定模板厚度动模板厚度垫块厚度模架总厚450×45060mm100mm120mm411mm

4模具与注塑机的工艺参数校核4.1成型工作原理本次成型的原料是ABS，成型前要把材料预热并烘干，成型时要把ABS原料投入注塑机料斗进入到注塑机的加热筒高温转换为液态的熔融料，并螺旋挤射方式进行充填到模具。会先进入到模具的浇口套，再分散进入到分流道，再从指定的浇口点充填到成型腔体内[18]。过程中，当成型填满之后，再经过一段时间的保压阶段，让塑件正式饱满成型达到要凝固。因此会流动冷却液进入模具内，把模具温度降低到材料成型的温度，直到零件冷却成型稳定，达到模具打开取出塑件状态。4.2注射量的校核模具成型过程使用注塑机的用量一般最大只可用到80%，过多反而影响成型质量和不够稳定。因此要校准HTF250X/1-A设备的80%有限注射量可满足模具成型需求。校核公式如下：(4-1)上述公式中：——成型零件个数；——零件体积；——浇注系统总体积；——注塑机注射量，查得442cm3模具采用一模4腔设计，则n=4；对塑件与浇注凝料测量得：V1=23.49cm3、V2=22.26进入计算与关系对比：n把最终各自计算结果置入关系公式对比：353.6从关系对比中可显然看出注塑机满足模具的注射量需求，校核通过。4.3成型压力校核成型压力通常会和流动性有关，所选用的成型原料ABS的流动性属于中等水平，通常注射压力进入到模具腔内后是45%，则材料实际生产注射压力与注塑机的压力进行比较：P>M×0.45%(4-2)查注塑机与材料信息可知ABS的压力为60~100Mpa之间，即模具腔内压力为45。而所选的注塑机能提供P=205Mpa压力。则可进入公式对比。205Mpa>45Mpa注塑机满足材料在成型时压力的掌控，校核通过。4.4合模锁力校核塑件成型的压力会很大，会根据面积范围进行推进，模具需要的合模锁力要根据总成型面积与腔内产生的压力进行计算所得。要确保注塑机能满足，不然锁力不足导致塑件溢边、注射难以饱满等缺陷。因此先计算出整模总成型投影面积，得：B=nB1上述公式中：n——成型零件个数；B——总成型投影面积；B1——成型零件的投影面积B2以上数据可从模型中测量得到：B1=4911.26mB=计算得到总成型投影面积后，则可计算熔融料充填在腔内产生的压力：AnB式中：A—成型腔内压力；N—注塑机所具备的合模力，2500KN；x—压力系数，1.1，并N单位转换KN；模具腔体压为20-40MPa，根据流动性影响而选择，所选ABS成型流动性适合取30Mpa。A随即可进入关系对比：754.57K经计算，注塑机在合模力方面可满足模具的需求，校核通过。4.5模具在注塑机开模行程校核模具在注塑机打开时，注塑机需满足模具对打开行程距离需求。而模具打开行程是为了拥有足够空间取出塑件与凝料。需满足以下公式关系：(4-5)上述公式：S——注塑机可打开的行程，查注塑机信息得540mm；H1——塑件推起行程，取40mm；H2——浇注部分与塑件合为一体的总高度，在图纸上测量得181.98mm；H3——安全空间，一般5~10，取10mm；则模具需打开取出塑件的空间为：H那么：540mm>231.98mm，得出注塑机满足模具打开行程需求，校核通过。4.6模具安装校核对模具安装到注塑机里面，需要注塑机的安装空间能满足模具外形尺寸。通过模具安装操作方法，主要是对模具平面宽度和模具总厚作出标准校核。4.6.1模具平面最大宽度校对模具呈工字型，最大的外侧宽度是模架顶部与地部的座板，根据安装规范需要模具从注塑机的顶部进入到注塑机内部工作台，则实际安装关系要满意如下关系：W<Z(4-6)模具其最宽敞部位的平面宽度是550mm。查得所选HTF250X/1-A注塑机的导杆为570mm，置入对比关系式。550mm<570mm关系式成立，注塑机的导杆空间能满足模具宽度顺畅穿过进入工作台面板，校核通过。4.6.1模具总厚安装校对模具总厚要符合注塑机的要求范围。厚度过小或过小都影响注塑机锁力输出稳定。因此此次校核模具厚度尺寸为注塑机的要求范围即可，即:(4-7)关系式中：Hmin——注塑机指定模具最小可允厚度；M——实际设计的模具总高度；Hmax——注塑机限定模具最大的高度；测量闭合后的模具总厚度，得M=411mm；查注塑机技术信息可知容纳模具厚度范围为220~570mm，置入对比关系式得。220<411<570公式校核满足，模具厚度安装校核通过。4.7推出机构推起高度校核模具的推出系统是依靠注塑机的动模工作台底部所设立的液压缸为动力源，从而进行推起模具推出机构[18]。查注塑机可知液压缸可输送130mm的推起行程空间。模具自身的推出机构需推起塑件40mm才能脱离取下。明显注塑机130>40，故校注塑机推棍的推起高度满足模具推出工作需求，校核通过。

总结通过本次课题学习了更多塑料成型工艺与模具设计的专业技术知识。在刻苦独立完成任务中，主要分析确定好零件的分型、充填浇注构建、零件快速冷却成型、零件推起取出机构设计，并通过多重公式校核验算。在结合三维软件分析零件成型工艺与完成模具建模，并不断进行优化模具中的不足之处，最后并绘建CAD装配图与非标工程零件图纸。本次设计主要包括塑件在模具中的分型位置选择、浇注系统的设计、脱模机构的设计、冷却系统的设计以及注塑机的校核等，通过理论和数据的结合，分析和论证了该模具在注塑成型生产过程中的可行性。由于我的能力有限和其它原因，定有不足之处，通过指导老师的指导后，论文中的许多问题和不足都得到了修正和很好的完善，同时也让我更加全面的了解到了模具设计有关方面的知识。

致谢设计前期，自我能力极度不足、缺乏软件熟练、专业知识运用，在一番刻苦勤能补拙的实践练习和不耻下问中慢慢成长。在老师的帮助下，我在绘图和设计思路逐渐清晰，最终如愿完成模具整体构思设计和装配图纸绘建。在整个设计任务中，多得老师的热心帮助，不分昼夜地对我提出疑问进行解答，使我通过自我努力而还不能解决的问题都已得到明确思路，让我突破困难障碍。同时也非常感激一起共同进步的同学们，我们通过问题的讨论，各自互补长短，同时也使我们同学友谊更深入一步，犹如大家成为了战友般团结努力。最后在此再