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：

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。

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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

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（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/cm3ISO 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/m

m

-

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，在较宽的温度围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。模具树脂受到高压而产生部应力，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