15风扇叶注塑模具设计

风扇叶注塑模具设计机械设计制造及其自动化200703536 孙桂兰指导老师刘晓琴（讲师）摘要：本文以日用电风扇叶片缩型为例，提出了对风扇叶的注塑模具设计。

根据注塑模具的工艺分析、生产规模等要素，选定了注塑机系列，确定了注塑模具的结构。

全文对模架机构进行了详尽的设计与定义，采用特殊分型面进行分模，实现塑件的顺利顶出。

根据塑件特性，详尽设计了注塑模具的浇注系统、冷却系统和顶出系统。

关键词：风扇叶，注塑模，注塑机，Solidworks，AS塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高质量有很大意义。

1注射模可行性分析及注塑设备的选择1.1注射性能分析1.1.1注射成型工艺的可行性分析风扇叶形状复杂，壁厚不均，尺寸精度要求较高，而且有较高的表面质量和尺寸稳定性要求，因此对模具和设备的要求也较高。

而注射成型方法具有如下优点：几乎没有复杂性限制，容许模具内有不同塑料的成型型腔；塑件可小到不足1克，大到几十千克，没有限制；在一定温度范围内具有适宜流动性的热塑性塑料；可注射高精度的塑件，有较好的表面质量和尺寸稳定性；生产率中等，循环时间主要由塑件壁厚决定，最短可在十几秒内，可增加每模的型腔数来提高生产率。

由以上塑件的特点和注射成型工艺的优点分析可知：该塑件适合于采用注射成型方法。

1.1.2注射成型工艺要求风扇叶外表面要求较高，因此其表面粗糙度取Ra0.4mm，而其内表面由于是风扇基座的内部，为顾客视线所不及，故不影响其外观视觉质量。

从简化加工工艺和节约加工成本的角度考虑，其内表面选用的表面粗糙度为Ra0.8mm。

按SJ1372—1978标准，塑料件尺寸精度分为8级。

本塑件所用材料为AS塑料,由此查资料[5]可知，本塑件宜选用5级精度。

塑件尺寸精度与模具的制造精度密切相关，根据塑件零件图确定模具精度等级为IT8。

AS的成型收缩率较小（0.2-0.6%），而且塑件对型芯的包紧面积也较大，所以应取较大的脱模斜度。

为保证壁厚的均匀一致，因此取塑件的内外表面的脱模斜度一致。

再由零件设计图纸要求可知α＝5°。

为了确保风扇中心嵌件与塑件外径的同轴度，在外侧设计了六个加强筋。

在不增大塑件壁厚的情况下，设置加强筋即可增加塑件的承载能力，避免塑件变形翘曲，又可改善塑料熔体的流动充型状况。

该塑件内外表面的转折处、加强筋的根部等处都设计了圆角。

其采用圆角不仅降低了应力集中系数，提高了抗冲击、抗疲劳能力，而且改善了塑料熔体的流动充模性能，减小了流动阻力，降低了局部的残余应力，防止开裂和翘曲，也使塑料件外形流畅美观。

而且成型模具型腔也有了对应的圆角，提高了成型零件的强度。

1.2塑件材料选择该塑件为风扇叶，其有以下特点：1）它所处的工作环境较好，处于室温下，不承受冲击载荷，也不处于酸、碱、盐性环境中；2）产量大，用于一般的日常生活中，故要求此塑件材料质优而价廉且对人体不产生任何毒副作用。

3）内部结构较复杂，成型较困难。

4）叶片是空间曲面成型和模具制造都很困难。

5）要求要有较美丽的外观，很好的绝缘性。

因此我初步选择采用通用塑料。

其中，AS 塑料是丙烯腈-苯乙烯的聚合物，具有注塑的高透明、抗静电、优良的尺寸稳定性，且有良好的流动性能和耐热耐化学性、耐冲击、高强度。

通过以上分析结合塑料本身的特点以及模塑成型的独特性，如成型热收缩，冷却时的变形、翘曲、实效变形，不具有金属风扇叶那样可冷校正等等，因此，塑料风扇叶的选材既要保证风扇叶的使用性能和便于提高风扇叶形位精度，又要便于模塑成型。

若采用结晶或半结晶性的塑料，在模塑过程中，则易产生在流动方向上的取向问题，在冷却过程中，由于结晶和取向，使塑料制品各方向上的收缩程度有很大的差异；再则冷却不够均匀和其他因素的影响，必然产生收缩应力，以使制品变形，而且制品后变形亦较大，不能保证所要求的形位尺寸，从而降低了风扇叶的精度和使用性能，故以采用聚苯乙烯、ABS 、AS 等非结晶塑料为佳，其收缩率相对较小。

聚乙烯塑料由于脆性大、耐冲击能力差、使用中易开裂等缺点，一般不采用。

ABS 和AS 性能是合适的，其中ABS 价格较高，因此，目前大部分用AS 塑料。

1.3 注塑设备的选择该产品材料为AS ，查资料[5]得知其密度为1.13~1.14g/ cm3,收缩率为0.5~0.7%，计算其平均密度为1.135g/ cm 3，平均收缩率为0.55%。

因此估算塑件体积为14945.99 mm 3，另预置浇道凝料为2 cm 3，并且由产品的体积可以计算出产品的质量为15.24g 。

根据塑料制品的体积或质量，查资料[5]可选定注塑机型号为SZ-40/25。

根据塑件选定模架为：N2025，其结构见图1。

2 注塑模组成结构设计2.1 成型零部件设计根据风扇结构特点,其没有涉及到成型杆、螺纹型环等结构。

但是风扇叶曲面复杂，外观要求美观，因此设计时要使成型零件便于加工和安装。

轮毂型心设计成整体式结构，如图2所示。

为了便于加工，且考虑到经济性，可选SM45钢作为型芯、型腔材料。

SM45钢是优质的碳素塑料模具钢，比普通优质的45碳素结构钢的硫磷含量低，钢材的纯净度好。

由于其淬透性好，制造较大尺寸的塑料模具时一般用热轧、热锻或正火状态，模具硬度低，耐磨性较差。

制造小型塑料模具时，用调质处理可获得较高的硬度和较好的强韧性。

但是钢中碳含量较高，水淬后容易出现裂纹，所以一般要油淬。

SM45的优点是价格便宜，切削性能好，淬火后具有较高的硬度，调质处理后具有良好的强韧性和一定耐磨性，所以广泛应用于中、低档次的中、小型塑料模具。

2.2 分型面的设计与排气系统的设计由于叶片形状复杂，由两条螺旋线放样而成，中心圆柱内孔周围分布多条筋板，且要保证同轴度，若采用单一形式的分型面，则难以满足要求。

其分型面属于不规则曲面，由叶片上表面或下表面相连构成，因此，分型面确定有一定难度，型芯、型腔的分型设计也不能使用常规的方法。

本设计选择叶片曲面图1 N2025模架立体图 图2 整体型芯图3 风扇叶分型面与叶体上部阶梯端面的组合体为分型面，如图3所示。

2.3浇注系统的设计2.3.1 主流道设计主流道部分在成型过程中，其小端入口与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔体要冷热交替地反复接触，属易损件，对材料的要求较高因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式（俗称浇口套），以便有效地选用钢材单独进行加工和热处理。

一般采用碳素工具钢T8A、T10A等，热处理要求淬火53~57HRC。

本设计的模具为中小型，故采用将浇口套和定位圈设计成两个零件，然后配合在模板上的结构形式。

且由于风扇基座底部有一个较小的凹坑,因此将浇口套设计成带台阶的结构,即浇口套也充当了型芯。

浇口套的固定采用四个M6×30的内六角螺钉与模板相连接，尺寸φ18处与模板之间采用H7/k6的过渡配合。

2.3.2浇口的设计因塑料风扇叶形状复杂，故采用单型腔模。

由于叶片壁厚较薄，外观精度要求较高，设计的浇道、浇口必须具有快速充模、流动均匀的特点。

据此，设计了点浇口。

这样既能使浇口到各叶片外侧的流程相等，又能保证快速充模，而且便于充模时排气、切除浇道、不产生熔接痕，保证了外观质量。

因点浇口在脱模时会伤塑件的内表面，而在这里是可以的，考虑到点浇口有利于浇注系统的废料和塑件的脱离，所以选取用点浇口。

2.3.3冷料穴及分流道的设计基于本次设计的模具，可采用底部带有拉料杆的冷料穴，这类冷料穴的底部由一个拉料杆构成。

拉料杆装于型芯固定板上，因此它不能随脱模机构运动。

利用球头形的拉料杆配合冷料穴。

本模具采用的是一模一腔结构，不存在分流道布局问题。

2.4 合模导向机构的设计导向机构的主要作用：定位、导向、承受一定侧压等作用。

根据模具的形状和大小，在模具的空闲位置开设导柱孔和导套孔，常见的导柱有2至4根不等，其布置原则必须保证定模只能按一个方向合模，此设计采用四根相同的导柱布置在动模固定板的四角。

2.5 塑件脱模机构的设计由于制品分型面的确定，顶出机构对制品的顶出位置往往起到不同程度的限制。

对于塑料风扇叶模具，若顶出位置选择在三片叶子上，则在顶出过程中，叶片必然受力变形，甚至会使叶片根部开裂，不能保证叶片的形状精度和尺寸精度，而且叶片上留下顶痕，影响外观。

模具开启后风叶留在动模方，是风叶叶身紧紧抱住型芯的结果，即包紧力主要集中在型芯外表面。

但是，考虑到风扇叶基座壁厚只有2mm，若将顶出位置选在基座上，将影响其圆柱度，且很难保证其壁厚。

因此综合上述分析，设计三个顶杆均布在叶片靠近基座下端面，且在中心设置了一根中心推杆，这实际上是借助了嵌件推出。

这样有利于风叶在顶出时的受力，防止叶片变形，且顶出痕迹对风叶外观影响较小。

为保证顶出机构的运动平稳，顶杆受力均匀和准确复位，在顶出机构设置了导向、复位机构。

2.6 温度调节系统的设计在注射成型过程中，模具的温度直接影响塑件的成型质量和市场效率，根据塑料的要求，注射到模具内的塑料温度为200℃左右，而从模具中取出塑件的温度约为60℃，温度降低是由于模具通入冷却水，将温度带走了，普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度。

因风扇叶使用的塑料的是AS，其要求的熔融温度为200℃，而且流动性能为中性，同时在注射时模具温度要求为50~70℃，所以该模具必须加热。

模具加热方法包括：热水、热空气、热油及电加热等。

由于电加热清洁、结构简单、可调节范围大，所以在该模具中应用电加热。

3 模具的装配在模具装配过程中，对模具的装配精度应控制在合理的范围内，模具的装配精度包括相关零件的位置精度，相关的运动精度，配合精度及接触。

只有当各精度要求得到保证，才能使模具的整体要求得到保证。

利用solidworks软件可完成风扇叶片注塑装配，如图4所示。

图4模具总装图4 总结该注塑模具具有结构简单，整体式凹、凸模的特征。

在冷却技术上，采用的是直流式冷却系统，能够快速冷却，实现大批量生产的同时又能够达到要求的精度，同时模架设有脱模机构、导向机构等，保证了注塑模的开合精度。

参考文献[1]甄瑞麟.模具制造工艺学[M].北京:清华大学出版社,2005.72-94.[2]郭铁良.模具制造工艺学[M].北京:高等教育出版社,2009.33-49.[3]党根茂.模具设计与制造[M].西安:西安电子科技大学出版社,1997.113-157.[4]阎其凤.模具设计与制造[M].北京:机械工业出版社,1995.89-115.[5]邓明.实用模具设计简明手册[M].北京.机械工业出版社,2009.46-121.The Design of Injection Mould for the Fan Leaves Mechanical design, manufacturing and automation 200703536 Sun GuilanInstructor Liu Xiaoqin(Lecturer)Abstract：The paper takes the shrink type of daily electric fan blades as an example and brings up the injection molding designing of it. According to the process analysis of injestion molding, industrial scale and other factors, we choose the injection mold machine, and decide the structure of the injection molding. The full text gives a particular detailed design and definition to the mold, and we use special parting surface parting when it make the plastic successful ejected. Based on the property of plastic, a detail design to the runner system, cooling system, eject series is given.Key words: fan leaves，injection molding，injection machine，Solidworks，AS。