电风扇上盖注塑成型模具设计说明书-精品

本科毕业设计

题目：电风扇上盖注塑成型模具设计

电风扇上盖注塑成型模具设计

摘要：塑料注塑成型可以制作大量具有高精度和复杂型腔形状的制件。通过用注塑模 CAE软件 MOLDFLOW对塑件进行模流分析，选择聚丙烯的成型工艺参数，设计了一模一腔的注射模具。按聚丙烯的平均收缩率设计计算模具成型尺寸。分析了电风扇上盖的结构工艺特点,介绍了电风扇上盖注射模结构及模具的工作过程, 介绍了模具设计方案、工作原理, 阐述了成型部件、浇注系统凝料双层结构、顶出机构的设计特点。同时介绍了成型零件的加工制造的过程。

关键字：注塑模；MOLDFLOW分析；制造

Design Of Injection Mould For Cover Of Fan

Abstract：The plastic injection molding is known to be the most effective process for producing discrete plastic parts of complex shape to the highest precision at a low cost.An injection die with a mold cavity was designed though using the injection mold CAE software MOLDFLOW to simulate plastic flow and choosing the molding parameters of polypropylene. The molding size was designed according to the average shrinkage ratio of polypropylene.Analyzing on the structural character of cover of fan, the structure of injection mold and the mold working process are introduced. The design specialities of molding parts，the double deck structure of concretionary plastic for the gating system and the ejection mechanism were presented as well.Meanwhile,manufacturing of the molding size were introduced.

1

Keyword：Injection mould;Analyzing of MOLDFLOW;Manufacturing

目录

中文摘要

英文摘要

1 塑料的工艺性分析 (4)

1.1 塑件的原材料分析 (4)

1.2 塑件的尺寸精度分析 (4)

1.3 塑件的表面质量分析 (4)

1.4 塑件结构的工艺性分析 (4)

2 注塑过程的分析及确定成型设备选择 (5)

2.1 注塑过程的分析 (5)

2.2 选用注塑机 (7)

3注射模的结构设计 (8)

3.1 分型面的选择 (8)

3.2 浇注系统的设计 (9)

3.2.1 主流道设计 (10)

3.2.2 分流道的设计 (11)

3.2.3 浇口设计 (11)

3.3 成型零件的设计 (11)

3.3.1 凹模、凸模和型芯的基本尺寸的确定 (12)

3.3.2 凹模壁厚确定 (13)

3.3.3 底板厚度确定 (14)

3.3.4 成型零件的位置布置及其三维造型 (15)

3.4 导向机构的设计 (18)

3.5 推出部分的设计 (18)

3.5.1 脱模力的计算 (18)

3.5.2 推件板的厚度计算 (19)

3.6 侧向分型与抽芯机构的设计 (19)

3.7 冷却部分的设计 (21)

3.8 标准模架的选用 (22)

3.9 注塑机的校核 (22)

2

3

4

标准零件的加工图和非标准零件的加工工艺规划 (22)

5 小结 (26)

参考文献 (26)

1 塑料的工艺性分析

1.1 塑件的原材料分析

塑料的品种：PP （聚丙烯）。结晶材料，吸湿性小，流动性极好，溢边值为0.03mm 左右；成形收缩率大，易产生缩孔、凹痕及变形；热容量大，成形模具必须设置能充分进行冷却的调温系统；它成形的适宜模具温度为80℃左右，不可低于50℃。否则，会造成塑料件表面光泽度差或者产生熔接痕等缺陷。温度过高会产生翘曲变形。主要用于汽车工业（主要使用含金属添加剂的PP ：挡泥板、通风管、风扇等），器械（洗碗机门衬垫、干燥机通风管、洗衣机框架及机盖、冰箱门衬垫等），日用消费品（草坪和园艺设备如剪草机和喷水器等）。

1.2 塑件的尺寸精度分析

影响塑料制品的尺寸精度的主要因素是材料的收缩和模具的制造误差。查得PP 的收缩率为 1.0%～2.5%,分析时都采用S=1.75%。由于对于制品的精度无特殊要求，根据GB/T14486-1993规定，参照下表的收缩特性和选用的公差等级表，可得到制件的公差等级为MT6。

表1-1收缩特性和选用的公差等级

1.3 塑件的表面质量分析

塑件外表面要求粗糙度较低，表面光滑，内表面要求低点。而PP 在不同加工方法所能达到的表面的粗糙读值为0.1～1.6μm 。因为对表明粗糙度无特殊要求，为了方便实际的加工，制造加工过程中可选择Ra=0.8μm 。

1.4 塑件结构的工艺性分析

制件的要求并不是很高，但在设计模具时候要考虑一些即经济，又实用的方法改进模具的结构，以期达到最佳的设计效果，有助于实际的生产。

2 注塑过程的分析及确定成型设备选择

2.1 注塑过程的分析

在注塑过程中,还要对注塑阶段进行必要的分析,主要是填充和保压两个阶段的分析与确定,通过Moldflow分析结果如下：

4

从上述的Moldflow的分析过程中可知，其1.51秒时速度压力开始切换，而在1.53秒时填充完成，而压力最大值出现在1.508秒处，锁模力大致在3.69秒处出现峰值。在生产过程中注塑机的注塑过程的速度与压力切换参数设置可根据上述分析结果得出。

5

2.2 选用注塑机

通过采用Moldflow分析可得到：

（a）浇注系统及塑件的总体体积为110 cm^3

（b）锁模力曲线图（图2-1）：所选的注塑机的锁模力应

至少大于15tone

图2-1

（c）注塑压力曲线图（图2-2）：最大的压力为20.93MPa

6

图2-2

初步计算可知模具的工作行程大致为150

而开模行程：S≥H+113=151mm，H为斜导柱部分的高度，侧抽芯距为S=13.5mm，开模距H =S/tanα=37.1mm，取38mm，而113为整个塑件的高度。α=20°

通过上述，可大致选择注塑机的型号：SZ-100/800

SZ-100/800型注塑机的理论注射容积为138 cm^3，螺杆直径为40 mm，塑化能力11.9g/s，注射压力140MPa,锁模力为800KN，拉杆有效间距329mm×294mm，模板行程270mm，模具最小厚度80 mm，模具最大厚度400mm，最大开距570 mm，喷嘴半径为SR10mm。

3 注射模的结构设计

注塑模具的结构设计主要包括：分型面的选择，浇注系统的设计，成型零件的设计，导向机构的设计，推出部分的设计，侧向分型与抽芯机构的设计，冷却部分的设计，标准模架的选用。

3.1 分型面的选择

7

图3-1

通过上述的Moldflow分析（图3-1），应将分型面选择在图中灰色部分的区域，该处在整个注塑过程中会出现排放不畅，且该处在最大截面处，因此分型面要选择在该处。另外还考虑到在塑件的上部还有一个侧向抽芯的机构，为了使模具结构设计以及制造的方便，以及塑件的脱模和取出，因此采用二次分型，另一个设置在塑件的Ф86所在的平面。

3.2 浇注系统的设计

先通过Moldflow分析该塑件的最佳浇口位置，分析结果如图3-3与图3-3：

图3-2

8

图3-3

由分析图3-2可知：最佳浇口位置在深蓝色的区域，但设置在这些区域会造成模具结构复杂或者浇口位置在外表面，虽然该塑件对表面要求不是很高，考虑到如果采用一个浇

图3-4

3.2.1 主流道设计

浇口套进口的直径d应比注射机喷嘴孔直径大0.5～1 mm,取0.8mm。浇口套一般采用T8A或T10A材料，热处理硬度为50～55HRC,浇口套直接从市场上购买。浇口套与顶模座板的配合一般按照H7/k6过渡配合。

9

图3-5

3.2.2 分流道的设计

采用的是中心浇口形式，因此对于模具而言，其分流道主要是其主浇道与浇口的连接部分的形状及尺寸的确定，以及浇口本身的形状和尺寸的确定两部分的设计内容。出于加工方便以及成本的考虑，连接部分主要采用圆形的，其尺寸为Ф3mm。

3.2.3 浇口设计

由于采用中心浇口中的轮辐式浇口（如下图）形式,开设在模具的第一分型面处,这种浇口是将圆形进料改为几小股进料。这样，浇口的去除较为方便，浇注系统的凝料也比较少。轮辐式浇口主要应用于圆筒形、扁平和浅杯塑料件的成形。由于对塑件的强度及表面质量的要求并不是非常严格，即使这种浇口形式易使塑料件产生熔接痕，影响强度与表面质量，但这种浇口还是能满足注塑的要求。

图3-6

3.3 成型零件的设计

10

一般影响塑料件尺寸精度的主要因素有：

a、塑料成形收缩率。

塑料成形收缩率与塑料的品种，塑料件的形状、尺寸大小、壁厚的分布，成形模具的结构以及成形的工艺条件等因素有关。

b、模具成形零件的制造误差；

生产实际证明，成形零件的制造误差约为塑料件总公差的1/3～1/4，因此，在确定成形零件的工作尺寸公差值时，可去塑料件公差值的1/3～1/4，或取

IT7～IT8级作为模具的制造公差

c、模具成形零件的磨损；

在使用过程中，由于塑料熔体高速流动的冲刷、脱模时与塑料件的摩擦、成形过程中可能产生的腐蚀性气体的腐蚀以及由于上述各种原因造成的成形

零件表面粗糙度值的增大而重新打磨抛光等，造成模具尺寸的变化，其结果使

型腔尺寸变大而型芯尺寸变小。当然磨损的大小还与模具的材料及其热处理有

关。

d、模具装配的误差；

很明显装配工艺的好坏直接影响各个部分的尺寸。

下面对各个模具的成形部分的尺寸进行相应的确定

3.3.1 凹模、凸模和型芯的基本尺寸的确定

根据凹模径向尺寸的计算公式：

T

S

s

M

S

L

L

L

?

+

?

?

?

?

?

?

-

+

=

4

3

，计算结果如表

（表3-1）。

表3-1凹模径向尺寸

基本尺寸

塑件

公差值?

材料收

缩率S

计算得基本

尺寸

基本尺

寸取值

?/3

模具

公差取值

?T=?/3

11 0.46 0.0175 10.8475 10.85 0.153333 0.15 28 0.7 0.0175 27.965 27.97 0.233333 0.23 35 0.8 0.0175 35.0125 35.01 0.266667 0.27 39 0.8 0.0175 39.0825 39.08 0.266667 0.27 68 1.28 0.0175 68.23 68.20 0.426667 0.43 86 1.48 0.0175 86.395 86.40 0.493333 0.49 119 1.92 0.0175 119.6425 119.64 0.64 0.64 121 2.2 0.0175 121.4675 121.47 0.733333 0.73

根据凸模径向尺寸的计算公式：

4

3

T

S

s

M

S

l

l

l

?

-

?

?

?

?

?

?

+

+

=

，计算结果如表

（表3-2）。

表3-2凸模径向尺寸表

11

基本尺寸

塑件

公差值?

材料收

缩率S

计算得基本

尺寸

基本尺

寸取值

?/3

模具

公差

?T=?/3

1.5 0.26 0.0175 1.72125 1.72 0.086667 0.09 7 0.38 0.0175 7.4075 7.41 0.126667 0.13 22 0.62 0.0175 2

2.85 22.85 0.206667 0.21 37 0.8 0.0175 38.2475 38.25 0.266667 0.27 66 1.28 0.0175 68.115 68.12 0.426667 0.43 81 1.48 0.0175 8

3.5275 83.53 0.493333 0.49 115 1.72 0.0175 118.3025 118.30 0.573333 0.57

根据凹模深度尺寸的计算公式：

T

S

s

M

S

H

H

H

?

+

?

?

?

?

?

?

-

+

=

3

2

，计算结果

如表（表3-3）。

表3-3凹模深度尺寸表

基本尺寸

塑件公

差值?

材料收

缩率S

计算得基

本尺寸

基本尺

寸取值

?/3

模具

公差

?T=?/3

6 0.389 0.0175 6.105 6.11 0.12966

7 0.13 14 0.54 0.0175 13.73625 13.74 0.1

8 0.18 1

9 0.62 0.0175 19.3325 19.33 0.206667 0.21 113 1.72 0.0175 114.9775 114.98 0.573333 0.57

根据凸模高度尺寸的计算公式：

3

2

T

S

s

M

S

h

h

h

?

-

?

?

?

?

?

?

+

+

=

，计算结果表

（表3-4）。

表3-4凸模高度尺寸表

基本

尺

寸塑

件公差值?

材料

收缩率S

计算得

尺寸

取值?/3

模具

公差

?T=?/3

1 9

0.

62

0.01

75

19.745

83

19.75

0.2066

67

0.21

9 2

1.

48

0.01

75

94.596

67

94.60

0.4933

33

0.49

3.3.2 凹模壁厚确定

刚度要求计算型腔壁厚：

13 式3-1

强度要求计算型腔壁厚：

式3-2

式中 p-----------型腔内塑料熔体的压力Mpa E-----------型腔材料的弹性模量，碳素钢取5101.2?MPa

r-----------型腔半径mm

μ-----------泊松比，碳素钢取0.25

[σ] --------模具材料的许用应力，45钢取160MPa ，一般材料取200MPa

[δ] ---------型腔内半径的允许增大量mm

当p=50MPa ，许用应力[σ]=160MPa,允许的变形量[δ]=0.05mm 条件下,r>86mm,用刚度计算公式,r<86mm 用强度计算公式，显然应采用强度计算公式。由前Moldflow 分析可得p 为20.93MPa ；查得[σ] 为160MPa ；显然r 为50mm （应除去Ф22的孔）。

采用强度计算公式计算可得：h ≥8.5mm

设计过程中其壁厚由于结构的需要，可选择h=26mm

3.3.3 底板厚度确定

刚度要求计算底板厚度：

式3-3

强度要求计算底板厚度：

式3-4

式中 p-----------型腔内塑料熔体的压力Mpa

E-----------型腔材料的弹性模量，碳素钢取5101.2?MPa r-----------型腔半径mm

[σ] -------模具材料的许用应力，45钢取160MPa ，一般材料取200MPa

当p=50MPa ，许用应力[σ]=160MPa,允许的变形量[δ]=0.05mm 条件下,r>67mm,用刚

度计算公式,r<67mm用强度计算公式。p为20.93MPa；查得[σ] 为160MPa；显然r为50mm。

采用强度计算公式计算可得：H≥20mm

在设计时采用H=40mm，

3.3.4 成型零件的位置布置及其三维造型

采用镶嵌的结构，各个部分如下：

凸模组合件01图3-7

14

凸模组合件02图3-8

凸模组合件03图3-9

15

装配后凸模图3-10

16

凹模图3-12

3.4 导向机构的设计

导向机构主要功能是保证其动模部分和定模部分在模具工作时，能够进行正确的导向与定位。有时在顶出机构中设置导向机构，为了使模具的顶出机构平稳的工作。

在该模具的设计时主要采用导柱和导套的结构，导柱布置在模具的四周，并且采用对称不等径布置；导柱和导套采用T8碳素工具钢，淬火处理，配合面的Ra值要求为0.4μm，而固定部分的Ra值要求为0.8μm；导柱滑动部分的配合精度按H7/g6（间隙配合）；导柱固定部分的配合精度按H7/k6（过渡配合）；导套外径的配合精度按H7/k6（过渡配合），并用一个Ф6mm紧定螺钉固定其位置，这样主要是为了增加导套嵌入的牢固性，防止开模时背拉出，因此将导套的侧面极加工出缺口，从模板的侧面用紧定螺钉固定导套。

3.5 推出部分的设计

3.5.1脱模力的计算

由于推出部分的设计计算在很大程度上与塑件的脱模力有关，因此在设计计算之前就

17

18 必选先计算塑件在脱模过程中的脱模力，塑件的属于薄壁件（1δ/d ≤0.05，其中1δ为塑件壁厚，d 为塑件的直径）。

脱模力的计算公式为：

式3-5

其中 K2--------无量纲系数 1δ--------圆环形塑料件的壁厚(mm ）

Scp--------塑件平均成型收缩率

E-----------塑料的弹性模量（MPa ）

L-----------塑料件对型芯的包容长度（mm ）

f-----------塑料件与型芯之间的摩擦因数

φ---------模具型芯的拔模斜度

μ---------塑料的泊松比

A----------不通孔塑料件型芯在垂直于脱模方向上的投影面积（mm^2）,通孔

为0

经查得：K2=1.07；δ1=2mm ；Scp=1.75%；E =1340MPa ；L =3.14*121=380mm ；f= 0.392；φ=10°；μ= 0.25；A=0 mm^2。

计算可得脱模力F=15040N

3.5.2 推件板的厚度计算

为了使制件在推迟时不发生表形，可采用推件板推出的结构形式，推板推出机构是由一块与凸模按一定配合精度相配合的模板，在塑料件的整个周边端面上进行推出，作用面积大，推出力大而且均匀，动作平稳顺畅，在塑料件上无推出痕迹。

推件板的厚度计算：

式3-6

式3-7

式中 C3------------系数，随R/r 而异，按表格选取

R-------------推杆作用在推板上所形成的几何半径（mm ）

r--------------推件板环形内孔（或型腔）的半径（mm ）

[δ]----------- 推件板板中心所允许的最大变动量，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-------------脱模力（N）

K3-----------系数，随R/r而异，按表格选取

[σ]----------- 推件板材料的许用应力

经查得：K3=13.5；[σ]= 160MPa。而脱模力由前计算可得F=15040N。

采用强度计算可得：t≥11mm。

设计过程中取推件板的厚度t=16mm

3.6 侧向分型与抽芯机构的设计

由于在注塑件上部有一个沉孔，因此在模具上成型该沉孔的零件就必须制作成可以侧向移动的，为了使模具在脱模具过程中能够顺利的脱模，因此必须采用侧向分型与抽芯机构。

结构采用斜销机动分型与抽芯，该种结构简单，加工方便，动作可靠，劳动强度小，生产效率高，借助机床开模行程来完成抽芯动作，广泛用于延时抽芯或接近分型面抽芯力不大的型芯。斜导柱的使用材料为T8A。由于导柱经常和滑块摩擦，所以，其热处理硬度要求为55～58HRC，表面粗糙度值低于Ra0.4μm。斜导柱与其固定板之间采用过渡配合形式H7/k6。

a、抽芯行程的计算：侧抽芯的倾斜角α=20°(一般α的选取范围为15°≤α≤22°，

以20或22选用最多。),抽芯距s=13.5mm。

工作长度L=s/sinα=39.5mm，取40mm

开模距 H=s/tanα=37.1mm，取38mm

实际的模具中工作长度L取48mm

b

式3-8

式中 c----------侧抽芯成型部分的截面平均周长（m）

h-----------侧抽芯成型部分的高度（m）

p----------塑料件对侧抽芯的收缩应力（包紧力），一般模内冷却的塑件，

p=（0.8～1.2）×10^7Pa，模外为(2.4～3.9)×10^7Pa μ---------塑料在热状态对钢的摩擦因数，一般0.15～0.2

α---------斜导柱的斜度（°）

经查及计算可得：c=0.022m，h=0.0135m，p=3×10^7Pa，μ=0.18,α=20°

计算得抽芯力Fc=1541N

而弯曲力Fw=Fc/cosα=1640N，由Fw和Hw（Hw为脱模力的作用线到斜导柱中心线交点到斜导柱固定板之间的距离，为6.5mm）及导柱斜角α确定斜导柱的直径，查得直径可取Ф14mm。

19

图3-7斜导柱的工作结构

3.7 冷却部分的设计

图3-8

显然，通过分析可知在沉孔的厚实部分易使模具在冷却过程中温度高于其他的部位，

20

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