电风扇开关塑料模具毕业设计.docx

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电风扇开关塑料模具毕业设计

毕业设计开题报告

题目

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年月日

前言

1.模具工业在国民经济中的地位

模具是工业生产的基础工艺装备。

振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。

在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60～80%的零部件，都要依靠模具成形。

用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。

模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。

模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。

鉴于振兴我国模具工业的重要性，在1989年3月国务院颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，把模具列为机械工业技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二位。

1997年以来，国家又相继把模具及其加工技术和设备列入了《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》和《鼓励外商投资产业目录》。

经国务院批准，从1997年到2002年，对全国部分重点专业模具厂实行增值税返还70%的优惠政策，以扶植模具工业的发展。

1999年7月国家计委和科学技术部发布的《当前国家优先发展的高新技术产业化重点领域指南（目录）》，把电子专用模具、塑料成形新技术与新设备、快速原型制造工艺及成套设备、激光加工技术及成套设备、汽车关键零部件等等，都列进去了。

1999年8月20日党中央和国务院发布的《关于加强技术创新发展高科技实现产业化的决定》指出：

要在电子信息特别是集成电路设计与制造、网络及通讯、计算机及软件、数字化电子产品等方面，在生物技术及新医药、新技术、新能源、航天航空、海洋等有一定基础的高新技术产业领域，加强技术创新，形成一大批拥有自主知识产权、具有竞争优势的高新技术产业。

要加强传统产业的技术升级。

注重电子信息等技术与传统产业的嫁接，大幅度提高国产技术装备的水平。

所有这些，都充分体现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。

从以下四个方面，可以看出模具工业在国民经济中的重要地位与作用。

第一，模具工业是高新技术产业的一个组成部分。

例如：

属于高新技术领域的集成电路的设计与制造，不能没有做引线框架的精密级进冲模和精密的集成电路塑封模；计算机的机壳、接插件和许多元器件的制造，也必须有精密塑料模具和精密冲压模具；数字化电子产品（包括通讯产品）的发展，没有精密模具也不行。

不仅电子产品如此，在航天航空领域也离不开精密模具。

例如：

形状误差小于0.1～0.3µ的空空导弹红外线接收器的非球面反射镜，就必须用高精度的塑料模具成形。

因此可以说，许多高精度模具本身就是高新技术产业的一部分。

有些生产高精度模具的企业，已经被命名为“高新技术企业”。

第二，模具工业又是高新技术产业化的重要领域。

用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平，是推动模具工业技术进步的关键环节。

CAD／CAE／CAM技术在模具工业中的应用，快速原型制造技术的应用，使模具的设计制造技术发生了重大变革。

模具的开发和制造水平的提高，还有赖于采用数控精密高效加工设备。

逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟技术等先进制造技术在模具工业中的应用，也要与电子信息等高新技术嫁接，实现高新技术产业化。

第三，模具工业是装备工业的一个组成部分。

在1998年以前，许多人把机械工业当作一般的加工工业。

1998年11月召开的中央经济工作会议，首次明确提出了加大装备工业的开发力度，推进关键设备的国产化。

将机械工业作为装备工业，把它同一般的加工工业区别开来，是对机械工业在国民经济中的地位与作用的重新定位。

模具作为基础工艺装备，在装备工业中自然有其重要地位。

因为国民经济各产业部门需要的装备，其零部件有很大一部分是用模具做出来的。

第四，模具工业地位之重要，还在于国民经济的五大支柱产业——机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。

机械、电子、汽车工业需要大量的模具，特别是轿车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具和冲压模具，目前在质与量上都远不能满足这些支柱产业发展的需要。

这几年，我国每年要进口近10亿美元的模具。

我国石化工业一年生产500多万吨聚乙烯、聚丙烯和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，才能用于生产和生活的消费。

生产建筑业用的地砖、墙砖和卫生洁具，需要大量的陶瓷模具;生产塑料管件和塑钢门窗，也需要大量的塑料模具成形。

从五大支柱产业对模具的需求当中，也可以看到模具工业地位之重要。

2.我国模具技术的现状与发展前景

现代模具工业有“不衰亡工业”之称。

世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿至650亿美元，同时，我国的模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。

近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率（据不完全统计，2004年国内模具进口总值达到600多亿，同时，有近200个亿的出口），到2005年模具产值预计为600亿元，模具及模具标准件出口将从现在的每年9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右。

单就汽车产业而言，一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元，而当汽车更换车型时约有80%的模具需要更换。

2003年我国汽车产销量均突破400万辆，预计2004年产销量各突破500万辆，轿车产量将达到260万辆。

另外，电子和通讯产品对模具的需求也非常大，在发达国家往往占到模具市场总量的20%之多。

2.1中国模具行业发展现状

目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。

1999年中国模具工业总产值已达245亿元人民币。

工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

鉴于模具作为包括机床工具、汽车制造、食品包装等在内的机械行业中机械基础件产业，以及电工电器、电子及信息行业的支持产业，在发展先进生产力当中，处于非常关键并服务全行业的地位，其发展对产业配套能力的提升和促进产业聚集优势的形成将起到重要作用。

改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化。

除了国有专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，都得到了快速发展，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。

目前，国内已能生产精度达2微米的精密多工位级进模，工位数最多已达160个，寿命1～2亿次。

在大型塑料模具方面，现在已能生产48英寸电视的塑壳模具、6.5Kｇ大容量洗衣机的塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。

在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。

在大型精密复杂压铸模方面，国内已能生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。

在汽车模具方面，现已能制造新轿车的部分覆盖件模具。

其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。

在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。

许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。

此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。

目前，从事模具技术研究的机构和院校已达30余家，从事模具技术教育的培训的院校已超过50余家。

其中，获得国家重点资助建设的有华中理工大学模具技术国家重点实验室，上海交通大学CAD国家工程研究中心、北京机电研究所精冲技术国家工程研究中心和郑州工业大学橡塑模具国家工程研究中心等。

经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。

虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。

例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CAD/CAE/CAM技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等等。

特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。

2.2中国模具行业发展前景

1999年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为330亿元，今后几年仍将以每年10%以上的速度增长。

对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求的增长将远超过每年10%的增幅。

汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场的一半左右。

1999年，国内汽车年产量为183万辆，。

保有量为1500万辆，预计到2005年汽车年产量将达300万辆。

汽车、摩托车行业的发展将会大大推动模具工业的高速增长，特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。

例如，到2005年汽车行业将需要各种塑料件36万吨，而目前的生产能力仅为20多万吨，因此发展空间十分广阔。

家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的市场很大。

目前，我国的彩电的年产量已超过3200万台，电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过了1000万台。

家用电器行业的发展对模具的需求量也将会很大。

其他发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。

第1章塑料的材料分析

1、塑件的分析

此塑件为电风扇的旋钮开关，分析其结构特性和成型工艺，我选择的材料是ABS。

图1塑件的三维造型图

（1）、外形尺寸该塑件壁厚最大处不超过2㎜，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不大，塑件为热塑性塑料，适合注塑成型。

塑件只要求外表粗糙度值较好，无翘曲、裂纹等。

（2）、精度等级塑件的每个公差不一样，全部取公差为MT5。

（3）、脱模斜度ABS的成型收缩率为1.0055，脱模斜度均取1º。

2、成型工艺的分析和选择

（1）、工艺过程

混料－干燥－螺杆塑化－充模－保压－冷却－脱模－塑件后处理

（2）、ABS塑料的干燥

ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前必须进行干燥和预热，ABS原料需要控制水分在0.3%以下。

干燥的条件：

干冬季节在75℃～80℃以下，干燥2～3h，夏季雨水在80℃～90℃以下，干燥4～8h，干燥达8～16h可避免微量水汽的存在导致制件表面雾斑。

（3）、ABS塑料的主要技术指标

密度ρ/（㎏/dm³）

1.02～1.16

拉伸弹性模量

1.8×10³

比体积ν/（dm³/㎏）

0.86～0.98

抗弯强度

80

吸水率（24h）

0.2～0.4

冲击韧度

11

热变形温度t/℃

90～108

硬度HB

9.7R121

熔点t/℃

130～160

体积电阻系数·㎝

6.9×

抗拉屈服强度

50

收缩率s/%

0.4～0.7

（4）、ABS的注射成型参数如下表：

注射机

类型

预热温度℃

喷嘴温度℃

料筒温度℃

模具温度℃

前段

后段

螺杆式

70～93

180～190

200～210

180～200

50～70

（5）、ABS热处理条件

塑料

热处理介质

处理温度℃

制件厚度㎜

处理时间min

ABS

空气和水

60～70

≤6

30～60

70～77

≥7

120～360

第2章注塑机的选择和校核

1、分型面位置的确定

通过对塑件的结构形式的分析，分型面应选择在端盖截面面积最大且利于开模取出制件的底平面上，故此制件选择在Φ32的圆端面上。

2、型腔排列形式的确定

（1）、型腔数目的确定由于该塑件尺寸较小，且为大批量生产，可采取一模多腔的形式。

结合各类因素，本次设计采取一模四腔的结构形式。

（2）、型腔的排列方式如图所示

（3）、模具结构形式的初步确定有以上分析，本模具设计为一模四腔，对称H型直线排列，推出机构初选推杆顶出的方式。

浇注系统的设计中，流道采用对称平衡式，浇口选择侧交口的形式，且开设在分型面上。

动模部分需要添加支承板。

采用大水口的单分型面注射模。

3、注射机型号的确定

（1）、注射量的计算

通过Pro/E建模分析得塑件的质量属性如图所示。

塑件的体积：

=3.511

塑件的质量：

=ρ=3.511×1.05=3.686ｇ

式中，ρ为塑件的密度，取1.05ｇ/

（2）、浇注系统凝料体积的初步估算

浇注系统的凝料体积根据经验按照塑件体积的0.2～1倍来估算，此时浇注系统的凝料体积按塑件体积的0.3倍来算，所以一次注入模具型腔内熔料的体积（总体积=浇注系统的凝料+4个塑件的体积）为

=1.3×n=1.3×4×3.511=18.257

由参考文献=/0.8=22.257

综合各类因素考虑，初选注射机型号为XS-ZY-125，主要技术参数如下：

XS-ZY-125塑料注塑成型机

理论注射容积

125cm³

螺杆直径

45mm；

注射压力

150MPa

注射行程

160mm

注射时间

1.8s

塑化能力

16.8g/s

注射方式

螺杆式

合模力

9×N

最大成型面积

360cm²

移模行程

300mm

最大模具厚度

300mm

最小模具厚度

200mm

最大模具尺寸

300mm

拉杆空间

260×360mm

合摸方式

液压—机械

推出形式

两侧推出

喷嘴球半径

12mm

喷嘴口直径

4mm

定位孔直径

100mm

4、注射机相关参数的校核

（1）、注射压力的校核

ABS所需的注射压力=80～110MPa，这里取100MPa，该注射机的公称注射压力为150MPa，注射压力安全系数=1.25～1.4，此处取1.3，则：

=100×1.25=125MPa＜130MPa，所以，注射机的注射压力合格。

（2）、锁模力的校核：

①塑件的分型面的投影面积

==×32²=803.84

②浇注系统在分型面上的投影面积，即浇注系统流道（包括浇口）在分型面上的投影面积。

是每个塑件在分型面上的投影面积的0.2倍～0.5倍，此次设计中暂取=0.3。

则：

=0.3×803.84=241.15

③塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积：

=4×（=4179.968

④模具型腔内的胀型力:

=4179.968×40=167.20KN

是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%～40%，大致范围为25MPa～40MPa，粘度越大，精度越高取值越大）

查XS-ZY-125的公称锁模力为=900KN，锁模安全系数=1.1～1.2，这里取=1.2，则：

=1.2×167.199=200.639KN<

所以注射机锁模力符合要求。

第3章浇注系统的设计

1、主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。

主流道的尺寸直接影响到流动速度和充模时间。

由于主流道与高温塑料的熔体及注射机喷嘴反复接触，在设计中设计成可拆卸更换的浇口套。

1）主流道的尺寸

（1）、主流道的尺寸一般≤60暂取50mm。

（2）、主流道小端直径d=4（注射机喷嘴尺寸）+（0.5mm=4.5mm

（3）、主流道大端直径D=d+tan（α）（α取）所以，

D=4.5+50tan=7.996≈8mm

（4）、球面配合高度h=4㎜

（5）、主流道球面半径SR=+（1～2）mm=13mm

2）主流道凝料体积

=++

=50×（++4×2.25）×3.14/3=1573.3

3）主流道当量半径==3.125mm

2、分流道的设计

1）分流道的布置形式

2）分流道的长度

根据四个型腔的结构设计，分流道长度适中，如上图所示。

3）分流道的当量直径

流过一级分流道塑料的质量

m=ρ=1.05×3.511×2=7.353ｇ＜200ｇ

该塑件壁厚不超过2㎜，经过查图2-3可知，分流道直径经修正后D=5㎜.

4）分流道的截面形状

本设计采用梯形截面，因为梯形截面便于加工和凝料顺利的脱出，塑料熔体的热量散失和流动阻力都不大。

另外表面粗糙度取。

5）分流道的界面尺寸

设梯形的上底宽为B=6㎜（为了便于选择刀具），底面圆角的半径R=1mm，梯形高度取H=2B/3=4mm，设下底宽度为b，梯形的面积应满足如下关系式。

H=

代入值计算得b=3.813mm，考虑到梯形底部圆弧对面积的减小及脱模斜度等因素，取b=4.5mm。

通过计算梯形斜度α=10.6º，基本符合要求。

如下图所示：

6）凝料的体积

（1）分流道的长度为=（35+7.5+30.6）×2=146.2mm

（2）分流道的截面积=×4=21

（3）凝料体积：

==146.2×21=3070.2=3.07

考虑到圆弧的影响=4.2

7）校核剪切速率

（1）确定注塑时间，查参考文献可取t=1.6s。

（2）计算单边分流道的体积流量：

5.701

（3）由公式可得剪切速率为

=8.29×

其中，=

该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率在5×10²～5×10³之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。

3、浇口的设计

1）侧浇口尺寸的确定

（1）计算浇口的深度h=nt=0.7×2=1.4

式中，t为塑件壁厚，这里t取2mm;n为塑料的成型系数，这里取0.7.

据表2-7的推荐值h=1.2mm

（2）浇口的宽度B===0.9846≈1mm，在这里取1.5

式中，n为塑料的成型系数，对于ABS,这里取0.7，A为凹模的内表面积。

（3）浇口的长度根据参考文献表2-6，可取浇口长度=0.75mm。

2）侧浇口剪切速率的校核

（1）确定注塑时间。

这里取t=1.6s；

（2）浇口的体积流量===2.194

（3）浇口的剪切速率γ===984＜5×

其中为矩形浇口的当量半径。

即：

=0.484mm=0.0484cm

式中，A为浇口的截面积，L为浇口的宽高之和。

4、校核主流道的剪切速率

（1）计算主流道的剪切速率

===12.07=0.01207

（2）计算主流道的剪切速率

===0.416×

主流道的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5×～5×之间，所以，合格。

5、冷料穴的设计及计算

本设计中主流道的冷料穴开在动模板上，采用Z字形的拉料形式；分流道的冷料穴在一级分流道的两端，长度为7.5mm。

其主要作用是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔内从而影响制品的表面质量。

第4章成型零件工作尺寸的计算

1、成型零件的结构设计

（1）凹模的结构设计。

凹模是成型制品的外表面的成型零件，此次设计采用组合式的镶拼结构，如图所示：

（2）凸模的结构设计。

凸模是成型塑件内表面的成型零件，此次设计也采用组合式的镶拼结构。

（3）在凸模模仁中，还设计了一个型芯镶件，目的是为了解决加工困难的问题。

如图所示：

2、成型零件尺寸的计算

（1）凹模径向尺寸的计算

=32±0.28=Δ=0.56x=0.75

=44+0.32=Δ=0.64x=0.75

=2±0.10=Δ=0.-20x=0.75

则：

=【（1+）-0.75Δ==0.25=【（1+0.0055）×32.28-0.75×0.56=

式中，─塑件的平均收缩率；

X─系数；

Δ─相应的尺寸公差；

─塑件上的相应尺寸制造公差（下同）

=[1.0055×44.32-0.75×0.64=

=【1.0055×2.1-0.75×0.2=

（2）凹模深度尺寸的计算

=13.5±0.16=Δ=0.32x=0.75

=5.5±0.12=Δ=0.24x=0.75

=[（）-XΔ=

=（1.0055×13.66﹣0.75×0.32=

=（1.0055×5.62-0.75×0.24=

（3）

=44±0.32=Δ=0.64X=0.5

=1.25±0.10=Δ=0.20X=0.5

=30±0.25=Δ=0.50X=0.5

=13.5±0.16=Δ=0.32X=0.5

=6±0.12=Δ=0.24X=0.5

=13±0.16=Δ=0.32X=0.5

=2±0.10=Δ=0.20X=0.5

=12.5±0.16=Δ=0.32X=0.5

=（1.0055×43.68+0.5×0.64=

==

=（1.0055×1.15+0.5×0.5=

=（1.0055×29.75+0.5×0.5=

=（1.0055×13.34+0.5×0.32=

=（1.0055×5.88+0.5×0.24=

=（1.0055×12.84+0.5×0.32=

=（1.0055×1.9+0.5×0.2=

=（1.0055×12.34+0.5×0.32=

（4）凸模深度尺寸

=12.5±0.16=Δ=0.32x=0.5

=8±0.14=Δ=0.28x=0.5

=11±0.16=Δ=0.32x=0.5

=23±0.22=Δ=0.44x=0.5

=0.1±0.10=Δ=0.2x=0.5

=【（1++xΔ=（1.0055×12.66+0.5×0.32=

=（1.0055×8.14+0.5×0.28=

=（1.0055×11.16+0.5×0.32=

=（1.0055×23.22+0.5×0.44=

=（1.0055×0.2+0.5×0.2=

3、成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算

（1）凹模侧壁厚度的计算。

凹模侧壁厚度与型腔内的压强及凹模的深度有关，根据参考文献，

按刚度公式计算：

S==3.971mm

式中，

p─型腔内熔体的压力（MPa）；

s─矩形型腔侧壁厚度（mm）

─承受熔体压力的侧壁高度（mm）

l─型腔侧壁长边长（mm）

E─钢的弹性模量，取2.06×Mpa

H─型腔侧壁总高度（mm）

[δ]─允许变形量（mm）下同，

按强度条件计算：

S===5.185mm

2、动模垫板厚度的计算。

根据型腔布局及型芯对动模板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度。

按刚度条件：

h===7.59mm＜35mm，则合格

h─矩形底板（支承板）的厚度（mm）

B─底板总厚度（mm）

按强度条件：

h===19.12mm＜35mm，则合格

L─双支角间距（mm）

第5章脱模推出机构的设计

1、脱模力的计算。

在计算脱模力的时候，脱模斜度均取1º。

参考公式：

AP（μcosα-sinα）

μ─塑料对钢的摩擦因数，约为0.1～0.3，此设计中选0.3。

A─塑件包容型芯的面积（㎝²）

P─塑件对型芯的单位面积上的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件P约为2.4～3.9×Pa，模内冷却的塑件P约为0.8～1.2×Pa，此次设计中取1.2×Pa。

（1）对于φ30及相连处的型芯：

12.906×12×0.2825=43.753N

（2）对于φ6及相连接的型芯

7.878×12×0.2825=26.707N

所以总的脱模力43.573+26.707N=72.46N

2、脱模方式的的确定

（1）推出面积设置φ4的圆推杆4根，则推出面积为

π/