畢業(yè)設(shè)計（論文）-風(fēng)扇葉的注塑工藝及模具設(shè)計

[15]，因為主流道在澆口套的高度很高，按照正常的脫模，會因材料粘力，反而拉扯到定模側(cè)。因此要在主流道的大端底部所預(yù)留出來的冷料穴，在此冷料穴的底部設(shè)計具有推出和勾料兩用的拉料桿，采用具有加工簡易實用的Z型即可。冷料穴和拉料部位設(shè)計如圖3-6所示。圖3-6冷料穴和拉料部位設(shè)計3.3排氣系統(tǒng)的設(shè)計對排氣的方法主要有自然間隙排放，抽真空方式兩種形式。主要用自然間隙排放方式。而具體形式主要是模具成型腔內(nèi)設(shè)計鑲嵌工件，利用間隙排放。本次塑件的流動方向分布主要會把氣體驅(qū)使到分型面。因此大部分可由分析過嗎進行排放。個別位置會從推桿的配合間隙排放。然而對于一些深腔或后續(xù)出現(xiàn)困氣的位置，可單獨設(shè)計針對性的排氣零件進行解決困氣。3.4腔體零部件設(shè)計腔體組合形式主要是整體形式和組合形式，分析兩者的優(yōu)勢和缺點。經(jīng)過分型面選定與排列了腔體布局后，而本次零件外形適中，無特殊復(fù)雜構(gòu)造影響腔體的設(shè)計，因此選擇對冷卻水路與更換優(yōu)質(zhì)鋼料作為成型腔體材質(zhì)的整體鑲嵌式，它既有純整體式的優(yōu)勢，又具備了拆分式加工和節(jié)約成本的好處。3.4.1腔體零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計1.型腔設(shè)計

由于采取的是整體嵌入式的定模型腔?？砂阉芗榉中秃螅⑼瓿闪藢η惑w布局以及澆注系統(tǒng)的設(shè)計，即可把腔體部分整體鑲嵌出來，其外形尺寸可根據(jù)零件的總投影面積，通過投影面積選定恰當強度距離值，再結(jié)合冷卻水路和螺釘位置的預(yù)留，最終把外形尺寸設(shè)計為整數(shù)。如圖所示3-7為型腔零件工程圖紙：圖3-7型腔二維尺寸圖2.動模成型腔體部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計同理把型芯鑲嵌出來，并且可把型芯鑲嵌外形長寬尺寸與型腔設(shè)計一致。如圖3-8所示為模具型芯工程圖紙。圖3-8型芯二維尺寸圖3.4.2模具成型零部件工作尺寸計算影響零件尺寸不穩(wěn)定的因素較多，主要是材料、塑件構(gòu)造、工藝方式、安裝配合、加工精度等都存在因素[10]。因此對零件重點尺寸很有必要去驗算，這里可采用標準公用公式進行計算，對材料公差、制造公差可進行查找模塑信息中獲得。塑件用ABS材料，精度對重點尺寸管控為MT3級別，本次計算將針對重點腔體工作尺寸進行檢。3.4.3型腔工作尺寸計算型腔腔內(nèi)徑向工作尺寸計算公式：LM=[1+ScpL型腔腔內(nèi)臺階深度尺寸驗算公式：HM=[1+ScpH公式中：LM——型腔腔內(nèi)徑向工作尺寸HM——型腔腔內(nèi)深度工作尺寸Ls——塑件精度控制徑向重點尺寸Hs——塑件精度控制深度重點尺寸Scp——成型收縮率，ABS材質(zhì)取0.5%x——修正系數(shù)徑向尺寸取3/4，深度類尺寸取2/3；?——尺寸范圍指定的塑造公差；δZ——制造可控偏差，可取?/3型腔腔內(nèi)徑向工作尺寸計算過程：LLLLL型腔腔內(nèi)深度工作尺寸計算過程：HH3.4.4型芯工作尺寸計算型芯腔內(nèi)徑向工作尺寸計算公式：lm=[1+Scpl型芯腔內(nèi)高度工作尺寸計算公式：hm=[1+Scph公式中：lm——動模型芯平面尺寸hm——動模型芯深度尺寸ls——塑件內(nèi)部平面重點尺寸hs——塑件內(nèi)部深度重點尺寸Scp——成型收縮率，ABS材質(zhì)取0.5%x——修正系數(shù)徑向尺寸取3/4，深度類尺寸取2/3；?——尺寸范圍指定的塑造公差；δZ——制造可控偏差，可取?/3（1）型芯腔體徑向工作尺寸計算過程lll（2）型芯腔體高度工作尺寸計算過程：hhh3.4.3模具腔體零件鋼材選擇對于腔體成型部分的零件，選擇的材質(zhì)定要比其他的材料要求高，而且也要根據(jù)零件需求，對應(yīng)選擇相配合的特性。因此先前做整體鑲嵌式的目的，有一部分因素是因為可對此腔體材料進行更換高硬度、高品質(zhì)的鋼材。通常要選用不輕易生銹與抗腐蝕的優(yōu)良鋼料，普遍使用較多的為3Cr2Mo、T8A718H、S136等[11]。而本次設(shè)計則選用3Cr2Mo材質(zhì)，該材質(zhì)硬度可達36~46HRC，擁有良好的拋光性能和加工性，并且市場價格定位不算昂貴，是很多腔體零件的首選材料。3.5抽芯機構(gòu)類型的選擇零件主要最為簡易的脫模方式是平行推起塑件，然而很多塑件會在側(cè)邊設(shè)計了側(cè)孔或需要側(cè)向脫模的造型。這些部分需要側(cè)向抽芯機芯來完成先行脫模。通?？煞滞鈧?cè)抽芯、內(nèi)側(cè)抽芯和特殊抽芯三種。外側(cè)主要表現(xiàn)為斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯方式，此方式較為穩(wěn)定可靠，并加工簡單，后期維修簡易；內(nèi)抽芯則主要表現(xiàn)為斜推桿，又名斜頂?shù)姆绞?，此方式還具備了推起塑件離開型芯，起到推出塑件的作用，但該方式對配合、對加工稍微困難，并且后期維護大多數(shù)以更換為主。特殊抽芯則主要表現(xiàn)在脫螺紋、爆炸呵等方式。3.5.1抽芯距的計算成型塑件脫模，采用垂直推起的方式，進行把塑件脫離開型芯，也要完整推離塑件完全離開型芯。本次塑件含有側(cè)孔需設(shè)計側(cè)向分型脫模，對此側(cè)抽芯機構(gòu)需要確保側(cè)抽芯要脫離側(cè)孔的脫模范圍?？扇缦鹿接嬎愠樾拘谐蹋篖1=X1+2~5（3-9）因塑件需側(cè)抽芯特征部分脫出腔體外需X1=13.4mm，故滑塊脫模行程計算如下：L所計算得到滑塊脫模行程的范圍數(shù)值不大，可取計算結(jié)果中的范圍值選取整數(shù)值，得L1=16mm。3.5.2側(cè)抽芯力計算由于外側(cè)抽的側(cè)壁面也存在黏膜力，需要計算出側(cè)抽芯時對塑件的抽芯力是否很大，避免斜導(dǎo)柱受力大和塑件因黏膜力大造成變形?？砂凑彰撃Ａ竭M行抽芯力，公式如下：F=AP（u×cosα-sinα）（式中：F——側(cè)向運動脫模抽芯力A——P——抱緊力，常取值u——塑件α——側(cè)向運動脫模斜度，取F=165.88×10×由于側(cè)向抽芯的脫模側(cè)表面積數(shù)值較小，所計算結(jié)果抽芯力也很小，不影響抽芯脫模也造成塑件拉傷變形。3.5.3斜導(dǎo)柱滑塊機構(gòu)斜導(dǎo)柱形式的抽芯機構(gòu)具有穩(wěn)定性強，加工簡單。因此這么多年來，側(cè)抽芯的首選方式。斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯要注意斜導(dǎo)柱的角度一般合適在10~30度，過大過小都影響斜導(dǎo)柱的受力，因此盡可能先用大于15度小于25度的范圍，具體按照滑塊與抽芯行程進行調(diào)整，確保抽芯行程足夠與斜導(dǎo)柱的長度盡量縮短到滑塊抽芯可控范圍，最終調(diào)整后，角度設(shè)20度最合適。根據(jù)斜導(dǎo)柱的安裝，以及與滑塊運作和行程需求選定斜導(dǎo)柱。Lz=d22tana+hcos式中：Lz——斜導(dǎo)柱長度，結(jié)果取范圍d2a——斜導(dǎo)柱安裝角度；h——固定斜導(dǎo)柱厚度；d——斜導(dǎo)柱直徑；S——抽芯行程；進入計算：Lz根據(jù)計算結(jié)果范圍值取整數(shù)，斜導(dǎo)柱的總長度為120mm，滿足側(cè)抽芯運動所需的工作行程。根據(jù)抽芯機構(gòu)的設(shè)計原則，逐漸完善抽芯機構(gòu)整體設(shè)計，本次抽芯機構(gòu)見圖3-9所示： 圖3-9滑塊結(jié)構(gòu)的示意圖3.6頂桿脫模機構(gòu)推出機構(gòu)有很多種方式，本次選用圓形推桿作為推出形式。圓形推桿方式也是經(jīng)過多年的認可，因為他加工方式比較容易成熟，對于安裝也簡單[13]。而且推桿零件能直接購買，一定程度上節(jié)約了加工量和時間。而推桿設(shè)計的位置，需要注意以下原則：（1）推桿應(yīng)設(shè)計在受力較厚、塑件高度方形較厚的位置。（2）推桿的規(guī)格盡量選擇大于2mm的規(guī)格，并且進來選擇大規(guī)格尺寸。（3）推桿選定的位置不能出現(xiàn)于零件外觀表面。（4）推桿分布的位置盡可要對等分均布，最好能保證共同平穩(wěn)推起塑件。3.6.1脫模力計算塑件在推桿推起塑件時，會因摩擦應(yīng)力行程的黏模力，脫模推起的黏力計算如下：（3-12）F——塑件推出時產(chǎn)生的黏模力；A——塑件在型芯的側(cè)表面積，；P——包緊力，取8~12范圍的中間值10Mpa；u——塑件推出摩擦鋼料系數(shù)，取0.1~0.3范圍的中間值0.15；a——脫模角度，設(shè)1度；移模開啟后，塑件在動模側(cè)的總側(cè)面積為A=13755.6125mm2，則可進行計算：F黏模力計算結(jié)果為：F=18229.625N3.6.2推桿直徑選取計算推桿直徑大小，查得對應(yīng)計算公式如下：d=KL2FnE0.25K——系數(shù)，取1.5；E——推桿剛來彈性強度，2.1×105Mpa；F——塑件在型芯的脫模力；L——推桿高度，測得最高推桿高度156.11mm；n——推桿數(shù)量，1支；進行計算：d=K本次實際設(shè)立1支直徑19mm圓推桿均衡布置塑件底部作為推出塑件機構(gòu)。進行均布在塑件的底部受力位置。圓形推桿的方式簡單，也很平穩(wěn)，在后期的配合、維修都有著很好的優(yōu)勢，其推出的效率比較高，維修甚至進行更換較為簡單直接。因此這里選定直圓柱式推桿還是標準的零件，擁有國標標準規(guī)范，可直接按規(guī)格進行購買[14]。因此他成本不高，但精度高和時效上得到很好的把控。最終推桿的詳細布置如圖3-10所示，對于推桿所結(jié)合組成的推出系統(tǒng)見圖3-11所示：圖3-10推桿位置分布圖3-11推出組成與安裝示意3.7模具冷卻管道系統(tǒng)設(shè)計塑件在成型已然提升了模具溫度，待充填布滿后，需要同步把模具降低溫度，讓塑件加速凝固成型。實現(xiàn)加速縮減成型過程的時間，從而得到了高效率，因此冷卻系統(tǒng)是把握成型周期的關(guān)鍵。冷卻水管設(shè)置要注意以下幾點：（1）冷卻管道要均衡布局在塑件的周圍。（2）對于壁厚大部位冷卻困難，冷卻管道應(yīng)盡量靠近。（3）冷卻管道的路線總長，不宜過長，應(yīng)保證冷卻水的出入端口溫差要底。（4）為保障收縮穩(wěn)定，盡可確保同步冷卻。3.7.1冷卻系統(tǒng)的設(shè)計方案一般而言，冷卻對于材料的問題極為敏感，尤其是高溫材料。本次所用的ABS材質(zhì)，對模具溫控較低。因此，重點是設(shè)計冷卻管道的形式與布控。因為冷卻要求不高，達到均衡布局即可。因此根據(jù)模具寬度的規(guī)格查表選定出6~8mm直徑的管道作為水路，考慮冷卻水路路線，選取了直徑8mm。并采選內(nèi)循環(huán)布局方式均布在零件周圍，實現(xiàn)同步冷卻塑件成型[15]。本次水路樣式布置如圖3-12所示：圖3-12水路樣式布置示意圖3.8模架的選擇根據(jù)國標資料的型號和模具現(xiàn)在需求，本次模具分型點澆口的，屬于雙分型面三板模組成類型，推出方式為推桿，按此模架類型與動作需求尋找國標規(guī)范的對應(yīng)型號為JC型，模架組合形式見下圖3-13：圖3-13三板模類型模架選定模架盡應(yīng)滿足腔體設(shè)計、強度足夠，并且盡可所規(guī)格合適的模架。通?？梢杂谜Ｍ队翱偯娣e去查適合的尺寸范圍，再而設(shè)計腔體和脫模機構(gòu)設(shè)計下，進行適當調(diào)整模架規(guī)格[16]。如滑塊機構(gòu)需要足夠的空間、推出機構(gòu)需要滿足推出塑件的范疇內(nèi)。綜合腔體布局后得總外形，選出推桿板的尺寸，從標準規(guī)格中查找得到290×450mm規(guī)格最為合適，它的模板平面最大外形為450×450mm。模架現(xiàn)在屬于整體標準，可直接采購購買即可。據(jù)調(diào)研現(xiàn)實中均采用龍記模架比較多，從規(guī)格對比，各自的規(guī)格是為一致的，本次按型號JC4545-A60×B100×C120模架標準規(guī)格進行購買，規(guī)格與厚度尺寸如下表3-2：表3-2模架規(guī)格與模板厚度（mm）模架長寬L×H定模板厚度動模板厚度墊塊厚度模架總厚450×45060mm100mm120mm411mm

4模具與注塑機的工藝參數(shù)校核4.1成型工作原理本次成型的原料是ABS，成型前要把材料預(yù)熱并烘干，成型時要把ABS原料投入注塑機料斗進入到注塑機的加熱筒高溫轉(zhuǎn)換為液態(tài)的熔融料，并螺旋擠射方式進行充填到模具。會先進入到模具的澆口套，再分散進入到分流道，再從指定的澆口點充填到成型腔體內(nèi)[18]。過程中，當成型填滿之后，再經(jīng)過一段時間的保壓階段，讓塑件正式飽滿成型達到要凝固。因此會流動冷卻液進入模具內(nèi)，把模具溫度降低到材料成型的溫度，直到零件冷卻成型穩(wěn)定，達到模具打開取出塑件狀態(tài)。4.2注射量的校核模具成型過程使用注塑機的用量一般最大只可用到80%，過多反而影響成型質(zhì)量和不夠穩(wěn)定。因此要校準HTF250X/1-A設(shè)備的80%有限注射量可滿足模具成型需求。校核公式如下：(4-1)上述公式中：——成型零件個數(shù)；——零件體積；——澆注系統(tǒng)總體積；——注塑機注射量，查得442cm3模具采用一模4腔設(shè)計，則n=4；對塑件與澆注凝料測量得：V1=23.49cm3、V2=22.26進入計算與關(guān)系對比：n把最終各自計算結(jié)果置入關(guān)系公式對比：353.6從關(guān)系對比中可顯然看出注塑機滿足模具的注射量需求，校核通過。4.3成型壓力校核成型壓力通常會和流動性有關(guān)，所選用的成型原料ABS的流動性屬于中等水平，通常注射壓力進入到模具腔內(nèi)后是45%，則材料實際生產(chǎn)注射壓力與注塑機的壓力進行比較：P>M×0.45%(4-2)查注塑機與材料信息可知ABS的壓力為60~100Mpa之間，即模具腔內(nèi)壓力為45。而所選的注塑機能提供P=205Mpa壓力。則可進入公式對比。205Mpa>45Mpa注塑機滿足材料在成型時壓力的掌控，校核通過。4.4合模鎖力校核塑件成型的壓力會很大，會根據(jù)面積范圍進行推進，模具需要的合模鎖力要根據(jù)總成型面積與腔內(nèi)產(chǎn)生的壓力進行計算所得。要確保注塑機能滿足，不然鎖力不足導(dǎo)致塑件溢邊、注射難以飽滿等缺陷。因此先計算出整?？偝尚屯队懊娣e，得：B=nB1上述公式中：n——成型零件個數(shù)；B——總成型投影面積；B1——成型零件的投影面積B2以上數(shù)據(jù)可從模型中測量得到：B1=4911.26mB=計算得到總成型投影面積后，則可計算熔融料充填在腔內(nèi)產(chǎn)生的壓力：AnB式中：A—成型腔內(nèi)壓力；N—注塑機所具備的合模力，2500KN；x—壓力系數(shù)，1.1，并N單位轉(zhuǎn)換KN；模具腔體壓為20-40MPa，根據(jù)流動性影響而選擇，所選ABS成型流動性適合取30Mpa。A隨即可進入關(guān)系對比：754.57K經(jīng)計算，注塑機在合模力方面可滿足模具的需求，校核通過。4.5模具在注塑機開模行程校核模具在注塑機打開時，注塑機需滿足模具對打開行程距離需求。而模具打開行程是為了擁有足夠空間取出塑件與凝料。需滿足以下公式關(guān)系：(4-5)上述公式：S——注塑機可打開的行程，查注塑機信息得540mm；H1——塑件推起行程，取40mm；H2——澆注部分與塑件合為一體的總高度，在圖紙上測量得181.98mm；H3——安全空間，一般5~10，取10mm；則模具需打開取出塑件的空間為：H那么：540mm>231.98mm，得出注塑機滿足模具打開行程需求，校核通過。4.6模具安裝校核對模具安裝到注塑機里面，需要注塑機的安裝空間能滿足模具外形尺寸。通過模具安裝操作方法，主要是對模具平面寬度和模具總厚作出標準校核。4.6.1模具平面最大寬度校對模具呈工字型，最大的外側(cè)寬度是模架頂部與地部的座板，根據(jù)安裝規(guī)范需要模具從注塑機的頂部進入到注塑機內(nèi)部工作臺，則實際安裝關(guān)系要滿意如下關(guān)系：W<Z(4-6)模具其最寬敞部位的平面寬度是550mm。查得所選HTF250X/1-A注塑機的導(dǎo)桿為570mm，置入對比關(guān)系式。550mm<570mm關(guān)系式成立，注塑機的導(dǎo)桿空間能滿足模具寬度順暢穿過進入工作臺面板，校核通過。4.6.1模具總厚安裝校對模具總厚要符合注塑機的要求范圍。厚度過小或過小都影響注塑機鎖力輸出穩(wěn)定。因此此次校核模具厚度尺寸為注塑機的要求范圍即可，即:(4-7)關(guān)系式中：Hmin——注塑機指定模具最小可允厚度；M——實際設(shè)計的模具總高度；Hmax——注塑機限定模具最大的高度；測量閉合后的模具總厚度，得M=411mm；查注塑機技術(shù)信息可知容納模具厚度范圍為220~570mm，置入對比關(guān)系式得。220<411<570公式校核滿足，模具厚度安裝校核通過。4.7推出機構(gòu)推起高度校核模具的推出系統(tǒng)是依靠注塑機的動模工作臺底部所設(shè)立的液壓缸為動力源，從而進行推起模具推出機構(gòu)[18]。查注塑機可知液壓缸可輸送130mm的推起行程空間。模具自身的推出機構(gòu)需推起塑件40mm才能脫離取下。明顯注塑機130>40，故校注塑機推棍的推起高度滿足模具推出工作需求，校核通過。

總結(jié)通過本次課題學(xué)習(xí)了更多塑料成型工藝與模具設(shè)計的專業(yè)技術(shù)知識。在刻苦獨立完成任務(wù)中，主要分析確定好零件的分型、充填澆注構(gòu)建、零件快速冷卻成型、零件推起取出機構(gòu)設(shè)計，并通過多重公式校核驗算。在結(jié)合三維軟件分析零件成型工藝與完成模具建模，并不斷進行優(yōu)化模具中的不足之處，最后并繪建CAD裝配圖與非標工程零件圖紙。本次設(shè)計主要包括塑件在模具中的分型位置選擇、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、脫模機構(gòu)的設(shè)計、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計以及注塑機的校核等，通過理論和數(shù)據(jù)的結(jié)合，分析和論證了該模具在注塑成型生產(chǎn)過程中的可行性。由于我的能力有限和其它原因，定有不足之處，通過指導(dǎo)老師的指導(dǎo)后，論文中的許多問題和不足都得到了修正和很好的完善，同時也讓我更加全面的了解到了模具設(shè)計有關(guān)方面的知識。

致謝設(shè)計前期，自我能力極度不足、缺乏軟件熟練、專業(yè)知識運用，在一番刻苦勤能補拙的實踐練習(xí)和不恥下問中慢慢成長。在老師的幫助下，我在繪圖和設(shè)計思路逐漸清晰，最終如愿完成模具整體構(gòu)思設(shè)計和裝配圖紙繪建。在整個設(shè)計任務(wù)中，多得老師的熱心幫助，不分晝夜地對我提出疑問進行解答，使我通過自我努力而還不能解決的問題都已得到明確思路，讓我突破困難障礙。同時也非常感激一起共同進步的同學(xué)們，我們通過問題的討論，各自互補長短，同時也使我們同學(xué)友誼更深入一步，猶如大家成為了戰(zhàn)友般團結(jié)努力。最后在此再