风扇叶设计说明书

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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。

1.1.1 CAD/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。

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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。

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1 制品成型工艺分析

塑件(小型风扇叶片)分析:

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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,

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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%

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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

1.5.2 pc的注射工艺参数

(1)注射机:螺杆式

5 (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

1.6 pc主要性能指标

表1-1 pc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 CRO CROG4 CSA CEA

拉伸断裂强度 MPa ISO 527 60 100 58 55

断裂伸长率 % ISO 527 85 5 150 160

屈服弯曲强度 MPa ISO 178 85 125 85 70

弯曲模量 MPa ISO 178 **** **** 2300 2000

悬臂梁缺口冲击强度 J/m ISO 180 620 90 580 650

洛氏硬度 R ISO2039/2 R116 R112

热性能

熔点℃ ISO 3416 - - - -

热变形温度

0.45MPa 1.80MPa ℃ ISO 75 137/ -148/- 123/- 118

阻燃性能 - UL94 V0 V1 HB HB

电性能

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续表一

表面电阻 Ohm ISO 167 1017 1017 - 1016

介电强度 KV/mm - - - - -

其它

密度 g/cm3 ISO 118 31.21 1.25 1.14 1.19

饱和吸水 % ISO 62 0.15 0.12 0.1 0.1

玻纤GF/矿物M含量 % - - GF20 - -

收缩率 mm/mm 0.005 0.003 0.0006 0.005 0.006

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]

1.6.1 Pc 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

1.7 Pc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。

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(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

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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

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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 =34 cm3

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 =15523.67 mm3

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20~40 MPa)

=15523.67×30

=465710.1N = 465.71 KN

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3-1 XS-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 900 KN

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

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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=1 Vs=16cm3 Vj=11.2 Vg=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(n As+Aj)

F——注射机的合模力

As Aj ——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20~40 MP

这里取 Pm 为30 MP

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

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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。

风扇叶设计说明书

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图4-1 塑件在pro/e中的分型面

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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:

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(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

风扇塑件模具设置的为一模一腔所以浇注系统的布置采用对称式的布置。即浇道对称,以满足风扇叶片在注射成型过程中,熔料均匀的在型腔中流动。

5.1主流道的设计

主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道,通常和注射机喷嘴在同一轴线上断面为圆形,带有一定的锥度常用塑料主流道的主要设计要点有:

(1)主流道圆锥角a=2~6 对流性差塑料可取3~6 ,内壁粗糙度为Ra0.63微米

(2)主流道大端呈圆角,半径r=1~3mm,以减少流料转向过渡时的阻力。

(3)在模具结构允许下的情况,主流道因该尽可能的短,一般小于60mm,过长则会影响熔体的顺利充型对小型芯模具可将主流到衬套与定位圈设计成整体式的。

主流道衬套一般选用T8 ,T10 钢制造热处理后强度为52~56HRC,主流道入口直径d应大于注射机喷嘴直径1mm左右。这样便于两者同轴对准,也使得主流道凝料能顺利脱出,主流道入口的凹球半径R,应大于注射机喷嘴头半径约2~3毫米。反之两者不能很好的贴合,会让塑料熔体翻喷,出现溢边致使脱模困难。

主流道长度L由模板的厚度决定,但是为了减小充模时的压力降和减少物料损耗,以短为好。小模具控制在50mm内。

5.1.1.主流道尺寸

(1)主流道小端直径d=注射机喷嘴直径+0.5~1

=3+0.5~1 取d =3.5(mm)

(2)主流道球面半径SR=注射机喷嘴球头半径+1~2

取SR=12+1=13(mm)

(3)球面配合高度 h=3~5 取h=3(mm)

(4)主流道长度L,尽量小于60mm,结合模具的结构。

模具设计时在proe中调用 futaba_2p FC-TYPE 类型的标准模架

定模固定板厚度为 25 推料板厚度为20

取L=25+20=45(mm)

由于浇口套内嵌在定模固定板上所以其长度要小于两板的总长之和

浇口套总长 L≈45-h=42mm h 为嵌入的高度

主流道大端直径 D=d+2Ltgα(半锥角α为1°~ 3°,取α=2°)

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D=3.5+2×42tg2 =3.5+2×42×0.349

≈6.5 mm

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图5-1 主流道衬套

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,属易损件,对材料要求较严,因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式(俗称浇口套),以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。浇口套都是标准件,常用浇口套分为有托唧咀和无托唧咀两种下图为前者,有托唧咀用于配装定位圈。唧咀的规格有Φ12,Φ16,Φ20等几种。R主流道入口的凹坑球面半径,应大于注射计的喷嘴。球面半径约为2~3mm 反之两者不能是很好的配合,会让塑料熔体反喷出现溢料使脱模困难,由于注射机的喷嘴半径为20,所以唧咀的为R12。

主流道的比表面积S为

S=4(D+d)/(D2+d2 ) 式5-1

D=6.5 d=3.5

S= 4×(6.5+3.5)×(6.52+3.52)

=2190

5.2 主流道衬套的固定

因为采用的有托唧咀,所以用定位圈配合固定在模具的定座模板面板上。定位圈外径为Φ100mm,内径Φ30mm。具体固定形式如下图所示:

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图5-2 定位圈

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图5-3 主流道衬套固定形式

1 内六角定位螺钉

2 定位圈

3 主流道衬套

4 拉料杆

5 定模固定板

6 推料板

5.3冷料穴的设计

冷料穴一般位于主流道对面的动模板上没,其作用是存放流前峰的冷料,防止冷料进入型腔而形成冷接缝;此外,在开模的时候 又能将主流道凝料从定模板中拉出,冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的尺寸。

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在完成一次注射循环的间隔,考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度,从喷嘴端部到注射机料筒以内约10~25mm的深度有个温度逐渐升高的区域,这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成形性能不佳,如果这里相对较低的冷料进入型腔,便会产生次品。为克服这一现象的影响,用一个井穴将主流道延长以接收冷料,防止冷料进入浇注系统的流道和型腔,把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴(冷料井)。

5.3.1主流道凝料穴,由于风扇浇注流道采用的是一腔多点式的点浇口形式,且主流道较长,所以主流道凝料穴一般不再设计,

5.3.2 分流道凝料穴:当分流道较长时,可将分流道的端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料穴,以储存前锋冷料,其长度为分流道直径的1.5~2倍。分流道直径设计为5mm 所以分流道凝料穴的长度为5~10毫米才算正常,我们取值为7mm。

冷料穴分为三种形式:

(1)与推杆匹配的冷料穴

(2) 与拉杆匹配的冷料穴

(3) 无拉料竿匹配的冷料穴

本次设计风扇叶片浇道,有四个点浇口,所以且顶出塑件方式为,顶杆顶出,所以我们采用第二种形式,即与拉料杆匹配形式的冷料穴,拉料杆安装在定模固定板上,不随推出机构一起运动,拉杆头部设计成倒锥头的形式,以便于拉住凝料,它主要是依靠塑料的收缩包紧力拉出主流道凝料,虽然可靠性能不佳但是设计简单,成本低。在其脱模的过程中,由推板将它从拉杆型头中推出。凝料从动模中拉出。

5.4分流道设计

分流道是主流道与浇口之间的通道一般开设在分型面上,起分流和转向作用。

界面的类型及其选择,通常分流道的界面形状有圆形矩形 U形和六角形,为了减少流道内的压力损失,希望流道的截面积大,表面积小。考虑到风扇叶片模具采用的是点浇口以及加工的困难程度所以我们才有半圆型的截面分流道及U形分流道

5.4.1分流道的尺寸:因为各种塑料的流动性各有差异,所以可以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径,也可以采用经验公式确定分流道的直径。一般取制为3~10mm左右。

4

2654

.0L

m

B (式5-2)

式中B―圆形分流道直径(mm)

m―塑件的重量(g)

L―分流道的长度(mm)

此关系式为塑件壁厚在3mm以下,重量小于200g。风扇叶片的平均壁厚为2mm,所以适用公式。叶片重量为19.2g 分流道要尽可能短,且少弯折,便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗,减少压力损失和热量损失。将分流道设计成直的,总长41mm。

计算的出 B=0.265419.2 × 4

41 = 2.9415 (不在适用要求范围内)

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表5-1 部分塑料常用分流道截面尺寸范围

塑料名称分流道断面直径(mm)塑料名称分流道断面直径(mm)

ABS 4.8~9.5 聚苯乙烯 3.5~10

尼龙类 1.6~9.5 软化聚氯乙烯 3.5~10

聚碳酸酯 1.6~9.5 高分子化花卉 2.4~10 为了减少流道内的压力损失和传热损失,希望流道的截面积大,表面积小。因此可用采用流到截面积与周长比值较小的圆形截面。即分流道的截面形状和效率可采用基本上是半圆形的较高,查表5- 取出 B=5mm

其截面形状及尺寸如下图所示:

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图5-4 分流道

5.4.2 分流道的粗糙度:

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想,因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低,分流道的表面粗糙度,常取Ra>0.63~1.6 之间。以增大外流动阻力,避免熔流表面滑移,使中心层具有较高的剪切速率。

5.4.3 分流道的布置分流道的布置取决于型腔的布置,两者相互影响。分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关,有多种不同的布置形式,但应遵循两方面原则:一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸;另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。

流道的布置分为平衡式与非平衡式两种。

非平衡式可能产生凝料不均匀充型。扇叶模具浇道设计为四个点浇口,所以采用平衡式的分流道,这样可以使塑料均匀的注射到型腔里面,且可以减少因局部塑料流速不均匀而产生的填充盲孔。

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图5-5 分流道的布置

5.4.4 分流道与浇口的连接:

分流道与浇口的连接处因该加工成斜面,并用圆弧过度,有利于塑料熔体的流动及填充。

5.5浇口的设计

浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道。它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺寸对制品的质量影响很大。浇口的理想尺寸很难用理论公式来计算出,通常根据经验确定,取其下限,然后在试模的过程中逐渐加以修正,一般的浇口的截面积为分流道截面积的3%~9% 表面粗糙度不低于0.4μm。通常浇可分为大浇口和小浇口两类。前者也称非限制浇口,系指直接浇口;后者也成为限制性浇口,或内浇口,常用的有侧浇口和点浇口等。

浇口的主要作用有如下几点:

(1)熔体充模后,首先在浇口处凝结,当注射机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流;

(2)熔体在流经狭窄的浇口时会产生摩擦热,使熔体升温,有助于充模;

(3)易于切除浇口尾料;

(4)对于多型腔模具,浇口能用来平衡进料。对于多浇口的单型腔模具,浇口还能用以

控制熔接痕的位置。

5.5.1 浇口的类型选用:

对于该模具是中小型制品的单型腔塑料模具,由于风扇叶片中间为轴套类的形状,所以我们选用点浇口比较合适,且为一腔多点浇口的形式。

点浇口全称为针点式浇口,是典型的限制型的浇口。具体有如下优点:

(1)可大大提高塑料熔体剪切速率,表现粘度明显降低。致使冲模容易,这对pc 材料对剪切速率较敏感,即牛顿指数愈小的熔体更加有效。

(2)熔体经过点浇口时因浇口较小以及高速而摩擦生热,熔体温度升高,粘度再次下降,致使流动性再次提高。

(3)能正确控制补料时间,无倒流之虑;有利于降低塑件,特别是浇口附近的残余应力,提高了制品的质量。

(4)能缩短成型周期,提高生产效率。

(5)有利于浇口与制品的自动分离,便于实现塑件生产过程的自动化。

(6)浇口痕迹小,容易修正。

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(7)在多型腔模中,容易实现各型腔均衡进料。改善了塑件的质量。

(8)能较自由地选择浇口位置。

5.5.2 浇口结构尺寸的经验计算

点浇口按使用位置关系可分为两种,一种是与主流道直接相通的,形成了菱形浇口或橄榄形浇口。另一种是经分流道的的多点进料的点浇口,且大部分都是这种点浇口。

点浇口的圆柱孔长L= 0.5~0.75mm。其直径d常见的为0.5~1.8mm之间。它可由下面的经验公式来估算,并使熔体流经剪切速率控制在γ=32Q/πd3 >=105s-1为好。

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图 5-6点浇口形式

d=nc 4

A 式 5-3

式中 d ——点浇口直径(mm)

A ——型腔的表面积,即塑件外表面积(mm)

c ——塑件壁厚的函数制。

n ——塑件材料系数

表5-2 塑料壁厚函数值

塑件壁厚t/mm 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5

c 0.178 0.2 0.230 0.242 0.272 0.294 0.309 0.326

表5-3 塑料材料系数n

塑料材料PE .PS POM.PC.PP PA.PMMA.PVAC PVC n值0.6 0.7 0.8 0.9

由pro/e软件分析得出风扇叶片的单面外表面积为A= 11499.01mm2

查上表由塑件壁厚为2mm得知塑件壁厚函数值为c=0.294

塑件壁厚的函数制n= 0.7

d = 0.7×0.2944

11499.01

=1.491mm

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