电风扇上盖注塑成型模具设计

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本 科 毕 业 设 计

( 2009届)

题 目： 电风扇上盖注塑成型模具设计

学 院: 机电工程学院 专 业: 机械工程及自动化 班 级: 姓 名: 学 号: 指导老师: 完成日期: 2009年5月

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

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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.

Keyword：Injection mould;Analyzing of MOLDFLOW;Manufacturing

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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

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

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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 收缩率特性值S(%) 高精度 >0～1 >1～2 >2～3 >3 MT2 MT3 MT4 MT5 公差等级 标准公差尺寸 一般精度 MT3 MT4 MT5 MT6 未标准公差尺寸 MT5 MT6 MT7 MT7 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

设计的塑件如下图1-1和图1-2：

图1-1 4

图1-2

壁厚，d为塑件的直径）。

脱模力的计算公式为：

F?2??1EScpLcos?(f?tan?)?1???K2?0.1A式3-5

其中 K2--------无量纲系数

?1--------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：

通过刚度要求计算推件板的厚度公式为： 1

?C3FR2?3式3-6 t?? ?E?????

通过强度要求计算推件板的厚度公式为： 1

?F?3式3-7 t??K??3??

??

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）

???? 10

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、抽芯力的计算： 式3-8

c

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。

F?chp??cos??sin?? 11

图3-7斜导柱的工作结构

3.7 冷却部分的设计

对该塑件注塑的冷却性能进行Moldflow的分析，其结果如图3-8：

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，因此在设置冷却管道时应特别注意该处冷却的效果，在设置管道时，可将该处的冷却管道更靠近制件，并且尽量设置进水口靠近这个位置。

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由于并不需要考虑管道内部的质量要求，则加工这些冷却管道主要采用的是在成型零件加工完毕后，在需要设置冷却管道的部位进行加工，先直接加工处通孔，在用一些堵头堵住那些不需要通的位置。当然这样会一定程度上影响制件内表面的加工精度，但对制件本身的内表面无特殊的要求，而采用此种方式可大大降低加工的难度，并且在设置冷却管道时更加灵活。

3.8 标准模架的选用

根据塑件结构和尺寸的要求，而且在模具设计中是采用推件板推出，查塑料注塑模具的标准模架手册，可选择A4型标准模架，315×315。

模板厚度A=25mm,B=40mm,以及垫板厚度C=80mm,因此得到模架的整体高度H=115+A+B+C=115+25+40+80=260mm。

而模架的具体的结构见装配图。

3.9 注塑机的校核

整个注塑过程及模具结构尺寸都确定，注塑机需要校核的主要内容为注射量的校核，注塑压力的校核，锁模力的校核，模具在注塑机上安装部位的相关尺寸的校核，开模行程的校核。

a、注射量的校核：所选注塑机的138mm cm^3，而塑件与浇注系统的整个体积为110 cm^3,而根据实际经验m1+m2≤0.8m（m1+m2为塑件与浇注系统的整个体积，m为注塑机公称注射量），因此该注塑机的注射量符合要求。

b、注塑压力的校核：由前面的分析可知，实际的注塑压力为20.93MPa，而所选注塑机注塑压力为140MPa，完全符合使用需要。

c、锁模力的校核：注塑机锁模力为800KN=80T,而在整个注塑过程中，最大的锁模力小于15T, 完全符合要求。

d、模具在注塑机上安装部位的相关尺寸的校核：模具的高度在装配图中可知为364mm，低于注塑机的最大安装尺寸。

e、开模行程的校核：由于是二次分型，开模行程为斜导柱的开模距（38mm）和推件板的行程（120mm）之和，而注塑机的最大开模行程为570mm。

综合上述校核结果可知该注塑机完全符合该模具的注塑要求。

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4 标准零件的加工图和非标准零件的加工工艺规划

a、非标准零件的加工工艺规划

在非标准件的加工主要是四个成型零件，具体加工工艺规划在表4-1到表4-4

型芯件组合件01的加工工艺卡表4-1 机电工程学院 名称 40Cr 产品型号 型芯 型号及规格 毛坯种类 圆钢 机 械 加 工 工 艺 过 程 毛坯尺寸 φ132×168 毛重/kg 净重/kg 设备 材料 序工序名称 号 1 2 3 4 5 6 7 8 粗车 半精车 钻 铣 热处理 磨削 精车 钳 工 序 内 容 粗车外腔和内部的φ70×125，留1mm的加工余量 半精车外腔和内部的φ70×125，留0.3mm的加工余量 钻侧边的φ8孔 铣出上部25×19的槽 表面渗碳淬火 磨削外腔 精车内部的φ70×125 去毛刺 产品型号 型芯 型号及规格 毛坯种类 圆钢 工艺装备名称与编号 夹具 量具 游标卡尺 游标卡尺 游标卡尺 游标卡尺 刃具 车刀 车刀 钻头 铣刀 车刀 辅具 cjk6132 三抓卡盘 cjk6132 专用夹具 cjk6132 专用夹具 型芯件组合件02的加工工艺卡表4-2 机电工程学院 名称 45 机 械 加 工 工 艺 过 程 毛坯尺寸 φ72×126 毛重/kg 净重/kg 设备 材料 序工序名称 号 1

工 序 内 容 粗车外径至φ71 14

工艺装备名称与编号 夹具 量具 刃具 外圆辅具 粗车 cjk6132 三抓卡盘 游标

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