电风扇上盖注塑成型模具设计说明书.doc
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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
DesignOfInjectionMouldForCoverOfFan
Abstract：
Theplasticinjectionmoldingisknowntobethemosteffectiveprocessforproducingdiscreteplasticpartsofcomplexshapetothehighestprecisionatalowcost.AninjectiondiewithamoldcavitywasdesignedthoughusingtheinjectionmoldCAEsoftwareMOLDFLOWtosimulateplasticflowandchoosingthemoldingparametersofpolypropylene.Themoldingsizewasdesignedaccordingtotheaverageshrinkageratioofpolypropylene.Analyzingonthestructuralcharacterofcoveroffan,thestructureofinjectionmoldandthemoldworkingprocessareintroduced.Thedesignspecialitiesofmoldingparts，thedoubledeckstructureofconcretionaryplasticforthegatingsystemandtheejectionmechanismwerepresentedaswell.Meanwhile,manufacturingofthemoldingsizewereintroduced.
Keyword：
Injectionmould;AnalyzingofMOLDFLOW;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
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
收缩率特性值S（%）
公差等级
标准公差尺寸
未标准公差尺寸
高精度
一般精度
>0～1
MT2
MT3
MT5
>1～2
MT3
MT4
MT6
>2～3
MT4
MT5
MT7
>3
MT5
MT6
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
图1-2
电风扇上盖的三维造型可看到：
该制件主要是以圆柱形为主，在上部的位置处还有四处加强筋，在设计模具是要特别注意该处，甚至要将结构做进一步的改进；还有就是为了注出上部的沉孔，就要采用侧向抽芯机构，设计时侧向抽芯也是重点考虑的部分；虽然该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：
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。
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110cm^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
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138cm^3，螺杆直径为40mm，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80mm，模具最大厚度400mm，最大开距570mm，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
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
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口，那么其填充的均匀性不是很好，综合考虑之下，可设置成轮辐式浇口，如图3-4
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0.5～1mm,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。
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
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：
，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：
，计算结果如表（表3-2）。
表3-2凸模径向尺寸表
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
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
22.85
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
83.5275
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：
，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
0.129667
0.13
14
0.54
0.0175
13.73625
13.74
0.18
0.18
19
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：
，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
19
0.62
0.0175
19.74583
19.75
0.206667
0.21
92
1.48
0.0175
94.59667
94.60
0.493333
0.49
3.3.2凹模壁厚确定
刚度要求计算型腔壁厚：
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
凸模组合件02图3-8
凸模组合件03图3-9
装配后凸模图3-10
凹模图3-11
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。
表3-5导柱和导套的推荐值
导柱直径/mm
导套直径/mm
d
d1
d2
d3
D
D1
8
14
20
8
14
20
12
18
24
12
18
24
15
21
27
15
21
27
20
28
36
20
28
36
25
34
43
25
34
43
30
39
47
30
39
47
35
45
55
35
45
55
45
57
67
45
57
67
设计时选择的两组导柱与导套的尺寸为表中字体加粗的两组。
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（/d≤0.05，其中为塑件壁厚，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
--------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=0mm^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：
式3-6
通过强度要求计算推件板的厚度公式为：
式3-7
式中
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