风扇叶说明.docx

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风扇叶说明

绪论

塑料模具工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，随着高分子化学技术的发展以及高分子合成技术，材料改性技术的进步，愈来愈多的具有优越异性能的高分子材料不断涌现，从而促使塑料工业的飞跃发展。

1.1塑料模具的发展

塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展

的,在我国,起步较晚,但发展很快,特别是最近几年,无论在质量、技术和制造能力上都有很大发展,取得了很大成绩。

这可以从下列几个方面来看。

1.1.1CAD/CAM/CAE技术的应用现在CAD/CAM/CAE技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍特别是CAD/CAM技术的应用较为普遍,取得了很大成绩。

目前,使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要结构及零的设计、数控机床加工的编程等已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。

一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析（CAE）技术对塑料注塑过程进行流动分析、冷却分析、应力分析等,合理选择浇口位置、尺寸、注塑工艺参数及冷却系统的布置等,使模具设计方案进一步优化,也缩短了模具设计和制造周期。

1.1.2电子信息工程技术的应用

应用电子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制造水平。

国内一些主要的塑料模生产企业已经实现了通过客户提供的产品三维信息盘片和网上产品电子信息来进行预算、报价、设计审定、设计更改等,这不仅缩短了生产前的准备时间,而且还为扩大模具出口创造了良好的条件。

由于直接利用了用户提供的产品电子信息,大大缩短了CAD/CAM的技术准备时间,也相应缩短了模具的设计和制造周期。

1.1.3气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟几年前还是刚刚开始应用的气体辅助注射成型技术近年来发展很快,更趋成熟。

目前,不少企业已能在电视机外壳、洗衣机外壳、汽车饰件以及一些厚壁塑料件的模具上成功地运用气辅技术,一些厂家还使用MOLD气辅软件,取得了良好效果。

1.1.4热流道技术的应用更加广泛

近年来,热流道技术发展很快,热流道模具比例不断提高。

虽然在全国范围来说,热流道模具比例仍旧不高,但也有些模具企业,热流道模具已占其模具生产总量的1/3左右。

现在,一般内热式、外热式组件及

分流板多点热喷嘴的结构应用已比较普遍,具有先进水平的针阀式喷嘴和通断控制式喷嘴国内也能自行设计制造。

与此相应,国产商品化热流道系统组件也已出现。

C

1.1.5目前国内生产的小模数塑料齿轮等精密塑料模具已达到国外同类产品水平。

在齿轮模具设计中采用最新的齿轮设计软件,纠正了由于成型压缩造成的齿形误差,达到了标准渐开线造型要求。

显示管隔离器注塑模、多注射头塑封模、高效多色注射塑料模、纯平彩电塑壳注塑模、洗衣机滚筒注塑模、塑料管路三通接头注塑模、汽车灯及汽车饰件注塑模、冰箱吸塑发泡模等一大批精密、复杂、大型模具的设计制造水平也已达到或接近国际水平。

使塑件尺寸精度达到6～7级的塑料模具国内已可生产,其分型面接触间隙为0.02,模板的弹性变形为0.05型面的表面粗糙度为Ra=0.05～0.025。

使用CAD三维设计、计算机模拟注塑成形、有些模具零件达到互换、抽芯脱模机构设计新颖等

对精密、复杂模具的制造水平提高起到了很大作用。

20吨以上的大型塑料模具的设计制造也已达到相当高的水平。

1.1.6模具寿命不断提高通过采用优质模具钢、对模具工作零件进行相应的热处理、采用高质量模架再镶入淬火工具钢件等结构,近年来模具寿命不断提高,不少模具的寿命已能达到100万次以上。

2我国塑料模具的发展趋势[11]

由于塑料工业的快速发展及上述各方面差距的存在,因此我国今后塑料模具的发展速度必将大于模具工业总体发展速度。

“十·五”期间,预计每年可望达到12%以上的市场增长率。

塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时,“小而专”、“小而精”仍旧是一个必然的发展趋势。

从技术上来说,为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求

以下的发展趋势也较为明显。

2.1.1在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑,实践证明,CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。

现在,全面普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟。

随着微机软件的发展和进步,技术培训工作也日趋简化。

在普及推广模具CAD/CAM技术的过程中,应抓住机遇,重点扶持国产模具软件的开发和应用;加大技术培训和技术服务的力度;进一步扩大CAE的技术应用范围。

有条件的企业应积极做好模具CAD/CAM技术的深化应用工作,即开展企业信息化工程,可从计算机辅助工艺设计开始逐步向计算机集成制造系统乃至向虚拟制造发展,逐步深化和提高,用于模具设计制造的计算机软件将向智能化、集成化方向发展。

2.1.2电火花铣削加工技术将得到发展电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术,这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术,它是用高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样）,因此不再需要制造复杂的成型电极,国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。

预计这一技术将得到发展。

2.1.3超精加工和复合加工将得到发展航空航天等部门已应用纳米技术,必须要有超高精度的模具制造超高精度的零件。

随着模具向精密化和大型化方向发展,加工精度超过1μm的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展。

兼备两种以上工艺特点的复合加工技术在今后的模具制造中将有广阔的前景。

2.1.4模具研磨抛光将向自动化、智能化方向发展模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解决的难题之一。

模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响,我国目前仍以手工研磨抛光为主,不仅效率低（约占整个模具周期的1/3）,且工人劳动强度大,质量不稳定,制约了我国模具加工向更高层次发展。

因此,研究抛光自动化、智能化是重要的发展趋势。

日本已研制了数控研磨机,可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。

另外,由于模具型腔形状复杂,任何一种研磨抛光方法都有一定局限性。

应注意发展特种研磨与抛光方法,如挤压研磨、电化学抛光、超声抛光以及复合抛光工艺与装备,以提高模具表面质量。

2.1.5模具自动加工系统的研制和发展随着各种新技术的迅速发展,国外已出现了模具自动加工系统。

这也是我国长远发展的目标。

模具自动加工系统应有如下特征:

多台机床合理组合;配有随行定位夹具或定位盘;有完整的机具、刀具数控库;有完整的数控柔性同步系统;有质量监测控制系统。

3.13　虚拟技术将得到发展计算机和网络的发展正使虚拟技术成为可能。

虚拟技术可以形成虚拟空间环境,实现虚拟合作设计、制造,合作研究开发,及至建立虚拟企业。

“九·五”期间模具行业对此已开始探索,“十·五”期间应有所发展。

1制品成型工艺分析

塑件（小型风扇叶片）分析：

塑料成品图：

图1-1

塑料名称：

聚碳酸酯（pc）

色调：

半透明淡蓝色

生产纲领：

中批量生产

塑件成型工艺分析

该塑件是一种塑料风扇

1.1结构分析图1-1制品零件图

小型的六叶风扇叶片，由于在高速下旋转。

所以对结构性能要求比较高，在设计造型的时候必须考虑到其结构对称性。

以及运动时的空气动力对扇叶的影响。

结构的不对称可能造成风扇旋转的时候偏离轴心，这样不但加速对风扇轴心孔的磨损，同时也会因为运动的不稳定而产生噪音。

中间的轴孔由于直接与转轴接触，所以所以在模具设计和制造上要有良好的加工工艺，以保证运转平稳。

风扇六叶均匀以60°等差排列在扇壁周围。

平放于水平地面上投影，扇叶均无干涉现象。

1.2成型工艺

1.2.1精度等级：

采用一般精度等级5级

1.2.2脱模斜度：

为了便于塑件从模具型腔中脱出，在平行于模具脱模方向的塑件表面上，必须设有一定的斜度，在通常情况下如果不给出塑件的脱模斜度或者脱模斜度较小，就会在生产过程中发现，脱模力过大，塑件很容易被顶破，变形和擦伤，质量下降。

通常，塑件的几何形状复杂且很不规则，其脱模斜度要大些，塑件内表面的脱模斜度要比外表面斜度要大些。

而风扇叶片的脱模，叶片占很大一部份，制品的高度为21vmm，厚度为2mm《塑料模具设计师指南》查表3.2-1与3.2-4得出塑件内表面30°~50°外表面35°~1°。

风扇叶片中心轴孔需要较好的定位精度来满足轴的固定，所以中心孔我们一般就不设置脱模斜度。

以便于转动时最大限度的减少磨损。

1.3塑件的壁厚

塑件的壁厚是最重要的结构因素，是设计塑件时必须考虑的问题。

一般来说热塑件的壁厚都在2~4mm小塑件取小值，中件塑件取偏大，大塑件可适当的加厚，散热风扇叶片为一中小型尺寸零件。

考虑到塑件的流动性，由于聚碳酸酯（pc）的流动性能不是很好，所以其最小壁厚为1mm，壁厚过大将会影响成型周期，且难完全达到均匀的硬化，容易产生气泡，缩孔等缺陷，太薄则会造成模腔通道窄流动阻力大，查表3.2-8得出推荐值1.8mm，我们取2mm以满足塑件的流动性能，强度和刚度要求。

1.4加强筋

风扇在主轴的带动下，高速的旋转，且轴于风扇叶片的接触部位在叶片的中心轴孔，在工作的时候，若无加强肋改善风扇的强度则很容易使塑件变形，或加快磨损。

加强筋不但有克服翘曲变形现象，而且还可以起到辅助浇道作用，改善熔料的流动充模状态，为了便于脱模加强肋的方向与模压方向一致，即与模具成型零件运动方向一致，且与熔料的流动方向一致以利于充模成型。

筋的设计，无论其大小，形状，部位，其设置的基本原则是不变的，应包括：

（1）筋的根部尺寸与成品厚度保持一定的比例。

当筋在根部的尺寸与成品厚度的比例过大的时候，容易使成品生成凹陷或应力集中，而导致成品缺陷，一般所采用的筋根部尺寸为成品厚度的50%-80%

图1-2加强筋

1.5热塑性塑料聚碳酸酯的注射成型过程

1.5.1注塑过程

pc塑料在注射机料筒内经过加热，塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型。

总过程可分为：

塑化-充模-保压-冷却-脱模五个阶段

1.5.2pc的注射工艺参数

（1）注射机：

螺杆式

（2）螺杆转速（r/min）：

28

（3）料筒温度（0C）：

后段160~170

中段165~180

前段170~190

（4）喷嘴温度（0C）：

240~250，（5

模具温度（）：

90~110

（6）注射压力（MPa）：

80~130

（7）成形时间（s）：

注射15~60保压0~5

成形周期40~130冷却15~60

1.5.3塑料制品的后处理

采用红外灯箱，鼓风烘箱在100~110度下处理8~12小时

1.6pc主要性能指标

表1-1pc的主要性能指标

聚碳酸酯的成型性能

机械性能

测试类别单位测试标准CROCROG4CSACEA

拉伸断裂强度MPaISO527601005855

断裂伸长率%ISO527855150160

屈服弯曲强度MPaISO178851258570

弯曲模量MPaISO1782100540023002000

悬臂梁缺口冲击强度J/mISO18062090580650

洛氏硬度RISO2039/2R116R112

热性能

熔点℃ISO3416----

热变形温度

0.45MPa1.80MPa℃ISO75137/-148/-123/-118

阻燃性能-UL94V0V1HBHB

电性能

续表一

表面电阻OhmISO16710171017-1016

介电强度KV/mm-----

其它

密度g/cm3ISO11831.211.251.141.19

饱和吸水%ISO620.150.120.10.1

玻纤GF/矿物M含量%--GF20--

收缩率mm/mm0.0050.0030.00060.0050.006

线性成型

收缩率

特　征

mm/mm

-

0.005-0.007

阻燃通用

0.002-0.004

增强阻燃

0.005-0.007

PC/ABS（7/3）

合金高流动

0.005-0.007

PC/PE合金

耐应力开裂

耐溶剂

注：

数据源自工程塑料手册[3]

1.6.1Pc使用性能：

PC是一种无定型、无臭、无毒、高度透明的无色或微黄色热塑性工程塑料，具有优良的物理机械性能，尤其是耐冲击性优异，拉伸强度、弯曲强度、压缩强度高；蠕变性小，尺寸稳定；具有良好的耐热性和耐低温性，在较宽的温度范围内具有稳定的力学性能，尺寸稳定性，电性能和阻燃性，可在-60~120℃下长期使用；无明显熔点，在220-230℃呈熔融状态；由于分子链刚性大，树脂熔体粘度大；吸水率小，收缩率小，尺寸精度高，尺寸稳定性好，薄膜透气性小；属自熄性材料；对光稳定，但不耐紫外光，耐候性好；耐油、耐酸、不耐强碱、氧化性酸及胺、酮类，溶于氯化烃类和芳香族溶剂，长期在水中易引起水解和开裂，缺点是因抗疲劳强度差，容易产生应力开裂，抗溶剂性差，耐磨性欠佳

1.6.2成型性能：

成型之前必须预干燥，水分含量应低于0.02%，微量水份在高温下加工会使制品产生白浊色泽，银丝和气泡，PC在室温下具有相当大的强迫高弹形变能力。

高冲击韧性，因此可进行冷压，冷拉，冷辊压等冷成型加工。

挤出用PC分子量应大于3万，要采用渐变压缩型螺杆，长径比1：

18~24，压缩比1：

2.5

1.7Pc塑料成型散热风扇可能存在的问题

1.7.1气泡

由于pc的流动性能不太好所以成品很容易产生注射气泡或冷却时产生缩孔气泡。

壁厚处的内部所产生的空隙,不透明的产品不能从外面看到,必须将其刨开后才能见到.

风扇叶片壁厚处的中心是冷却最慢的地方,因此迅速冷却,快速收缩的表面会将原料拉引起来产生空隙,形成气泡.

（1）射出压力尽可能高，减少原料收缩。

（2）成型品上肉厚变化急剧时，各部分冷却速度不同，容易产生气泡。

（3）由于停滞空气的原因而产生气泡。

（4）主流到过小，成品肉厚变化快。

（5）在主流到固化前，必须保持充分的压力

1.7.2翘曲：

在成型过注射程中。

模具内树脂受到高压而产生内部应力，脱模后，成品两旁出现变形弯曲，薄壳成型的产品容易产生变形。

（1）成型品还没有充分冷却时，进行顶出，通过顶针对表面施加压力，所以会造成翘曲或变形。

（2）成型品各部冷却速度不均匀时，冷却慢收缩量加大，薄壁部分的原料冷却迅速，粘度提高，引起翘曲。

（3）模具冷却水路位置分配不均匀，须变更温度或使用多部模温机调节。

（4）模具水路配置较多的模具，最好用模温机分段控制，已达到理想温度。

2模具的结构形式

2.1确定型腔数量及排列方式

塑料散热风扇叶片为一小型零件。

考虑到风扇工作的平稳性，要求塑件有较好的精度。

多型腔模与单型腔模相比，具有以下优点：

（1）塑料制件的形状与尺寸精度始终一致；

（2）工艺参数易于控制；

（3）模具结构简单、紧凑，设计制造、维修大为简化。

一般来说，精度要求高的小型制品和中大型制品优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型制品（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。

由于风扇叶片型芯为复杂曲面考虑到加工成本，复杂程度以及与生产纲领，综合因素。

我们初步选择为一模一腔的形式。

2.2分型面的位置确定

分型面的选择不仅关系到塑件的正常成型和脱模，而且涉及模具模具结构与制造成本。

一般来说在成品设计的时候就要靠虑好分型面的形状和位置，然后才选者模具的结构，因此在选择分型面的时候应遵循以下原则：

（1）分型面应该在塑件的最大截面处。

否这会加大脱模和加工型腔的难度，或不能加工。

（2）尽可能地将塑件留在动模一侧。

因为在动模具一侧设置和制造脱模机构简便易行。

（3）有利于保证塑件的尺寸精度。

（4）有利于保证塑件外观的质量。

（5）考虑满足塑件的使用要求。

（6）长型芯应置于开模方向。

（7）有利于排气

（8）有利于简化模具结构。

（９）尽量减少分型面在合模方向上的投影面积

散热风扇叶片在设计分型面的时候考虑上诉原则时，由于塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般，且装配精度要求高，因为叶片的中心轴孔与传动轴要有较高的配合精度，以保证叶片转动平稳，因此我们设计的模具采用单型腔多单型面。

根据本塑件风扇叶片的结构形式，模具将会采用一个分模面，两个分型面，其中分型面为两个水平水平面，一个分离风扇叶片一个为了便于加工分离中间圆筒型芯。

3注塑机型号的确定

3.1注射机的型号确定

由pro/e分析知风扇塑件的总体积为16cm3查表一可知pc塑料的密度为ρ=1.2kg/dm3

塑件的质量m

M=ρv=16×10-3×1.2×103

=19.2g

3.1.1注射量的计算确定

由上面计算可知塑件的总体积为16cm凝料流到的参数尚未定下，一般估算时采用塑件的0.6—0.8倍的关系计算，我们选用0.7从以上分析确定一型腔的注射量为

V实=1.6×1.7=27.2

V公>=V实/0.8=27.2/0.8=34cm3

3.1.2塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及需要的锁模力计算

流道凝料在分型面上的投影面积A在模具设计前尚未知道其具体数值，由此我们根据型腔模具设计分析，塑件在分型面上的投影面积是A1的0.2—0.5倍我们采用0.35来估算。

A1=（127—6）2/2×π=11499.01mm3

A=1.35×11499.01=15523.67mm3

F锁>=F胀=P型×A1（P型为塑料熔体在模腔内的平均压力一般取值为20~40MPa）

=15523.67×30

=465710.1N=465.71KN

3.2注射机的选择

根据每一生产周期注射量和锁模力的计算值，查书《实用模具设计与制造手册》初步定下注射机的型号为XS-ZY-125

表3-1XS-ZY-125型号注射机的有关参数

其基本参数：

额定流量：

104cm螺杆（注塞直径）30mm

注射压力：

150mpa注射行程160mm

注射时间：

2.9s螺杆转速10~140

注射方式：

螺杆合模力900KN

最大成型面积：

360cm最大开合模具行程300mm

模具最大厚度：

300mm模具最小厚度200mm

动定模板固定板尺寸：

/拉杆空间260×360

合模方式：

液压机械定位圈尺寸Φ100

顶出件形式：

两侧推出机器外形尺寸3.34×0.75×1.55

设备产地上海塑机

注射机与模具是注射模具配套使用的，因此应了解注射的规格与性能，并对选用的注射机的基本参数进行校核。

3.3注射机的校核

必须使用一个成型周期内所需要注塑的塑料熔体的量在注射机额定的注射量的80%以内，按以下关系

nVs+Vj<=0.8Vg

n———模具型腔数量

Vs———单个塑件的容积或质量（mm或g）

Vj———浇注系统和飞边所需的塑料的容积或质量

Vg———注射机额定注射量

由上计算和查表知n=1Vs=16cm3Vj=11.2Vg=104

16+11.2=27.2<=0.8×104=83.2满足使用要求。

3.3.1锁模力的校核

注射机的合模力应大于模具从分型面胀开所需的力，即要满足F>=Pm（nAs+Aj）

F——注射机的合模力

AsAj——分别为塑件和浇注系统在分型面上的投影面积。

Pm——塑件熔体在模具型腔内的平均压力（MP）通常模具压力为20~40MP

这里取Pm为30MP

Aj=11499.01mm3

Pm（nAs+Aj）=30×11499.01×1.35

=465.71KN

F=900KN则F〉Pm（nAs+Aj）

3.3.2压力的校核

注射压力机的最大注射压力应大于塑件成型所需要的压力。

即Pz>=Pch

Pz——注射机最大注射压力

Pch——塑件成型所需要的注塑压力

选定注塑模具的最大注射压力为150MP大于塑件的成型所需要的注射压力

4模具分型面的确定

为了让注射成型制品更容易从模具中拔出，除了应具有适当的拔模斜度外，还需要将模具分为固定模与可动模，两者之间的界面即为“分型面”

4.1制品的分型面确定

据塑件的结构形式，选择有利于模具加工，排气，脱模保证塑件的表面质量要求。

本设计塑件为一复杂的曲面构件，所以分型面的确定有些麻烦，单一平面不能满足要求。

考虑到型腔加工及其塑件结构，我们将分型面确定在沿叶片展开的曲面上，分型面的形状由外形决定。

为了便于加工我们在主分型面下同时建立圆柱型芯。

以简化分型后型腔的加工。

在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。

分型面设计是否合理，对制品质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都有很大影响。

因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键因素。

分型面的选择应遵守如下原则：

（1）有利于保证制品的外观质量；

（2）分型面应选择在制品的最大截面处；

（3）尽可能使制品留在动模一侧；

（4）有利于保证制品的尺寸精度；

（5）尽可能满足制品的使用要求；

（6）尽量减少制品在合模方向上的投影面积；

（7）长型芯应置于开模方向；

（8）有利于排气；

（9）有利于简化模具结构；

（10）在选择非平面分型面时，应有利于型腔加工和制品的脱模方便。

图4-1塑件在pro/e中的分型面

图4-2分型面在cad中表示

1型芯2动模模仁3定模模仁4分型面5塑件

构件过程为：

基本上是利用了“复制”和“裙边”以及“混合”几个命令构建。

首先对制品进行分析，观察它的分面的设计与浇口设计的相互关系。

利用样条曲线中的cos曲线在零件上的外围面构件与扇叶外围曲面相连部位且曲率相同，然后利用混合功能，连接样条曲线，构建成型曲面，并复制塑件上原有的上表面。

合并曲面，在造型的曲面和曲面间，曲面和曲线间或曲线与曲线间的接边，要求切线（tangent）方式处理，而平面间则要以法向（Normal）方式处理。

即为所要求的分型面。

5浇注系统形式和浇口的设计

浇注系统的作用是将塑件熔体顺利地充满到模具型腔深处，以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料制件。

因此要求充模过程快而有序，压力损失小热量散失少。

排气条件好，浇注系统凝料易于与制品分离或切除。

浇注系统的组成：

主流道分流道浇口冷料穴

浇注系统设计的原则有：

（1）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降，流量和温度分布的均匀布置。

（2）尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短充模时间

（3）浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，及喷射和蛇形流动，并有利于排气

（4）避免高压熔体对型芯和嵌件产生冲击防止变形和位移

（5）溶合缝隙位置必须安排合理，必要时配置冷料井

（6）尽量减少浇注系统得用料量

（7）浇注系统凝料脱出方便可靠，易与塑件分离或切除整修容易，且无外观损伤

（8）浇注系统应达到所需要精度和粗糙度，其中浇口须有IT8以上的精度

（9）尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小。

浇注系统布置

风扇塑