第1章     注射模可行性分析

1.1注射模设计的特点

塑料注射模塑能一次性地成型形状复杂、尺寸精确或嵌件的塑料制品。在注射模设计时。必须充分注意以下三个特点：

（1）塑料熔体大多属于假塑料液体，能剪切变稀。它的流动性依赖于物料品种、剪切速率、温度和压力。因此须按其流变特性来设计浇注系统，并校验型腔压力及锁模力。

（2）  视注射模为承受很高型腔压力的耐压容器。应在正确估算模具型腔压力的基础上，进行模具的结构设计。为保证模具的闭合、成型、开模、脱模和侧抽芯的可靠进行，模具零件和塑件的刚度与强度等力学问题必须充分考虑。

（3）在整个成型周期中，塑件—模具—环境组成了一个动态的热平衡系统。将塑件和金属模的传热学原理应用于模具的温度调节系统的设计，以确保制品质量和最佳经济指标的实现。

1.2注射模组成

凡是注射模，均可分为动模和定模两大部件。注射充模时动模和定模闭合，构成型腔和浇注系统；开模时定模和动模分离，取出制件。定模安装在注射机的固定板上，动模则安装在注射机的移动模板上。根据模具上各个零件的不同功能，可由一下个系统或机构组成。

（1）成型零件

 指构成型腔，直接与熔体相接触并成型塑料制件的零件。通常有凸模、型芯、成型杆、凹模、成型环、镶件等零件。在动模和动模闭合后，成型零件确定了塑件的内部和外部轮廓尺寸。

（2）浇注系统

将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统，由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。

（3）导向与定位机构

为确保动模与定模闭合时，能准确导向和定位对中，通常分别在动模和定模上设置导柱和导套。深腔注射模还须在主分型面上设置锥面定位，有时为保证脱模机构的准确运动和复位，也设置导向零件。

（4）脱模机构

是指模具开模过程的后期，将塑件从模具中脱出的机构。

（5）侧向分型抽芯机构

带有侧凹或侧孔的塑件，在被脱出模具之间，必须先进行侧向分型或拔出侧向凸模或抽出侧型芯。

（6）温度调节系统

为了满足注射工艺对模具温度的要求，模具设有冷却或加热额的温度调节系统。模具冷却，一般在模板内开设冷却水道，加热则在模具内或周边安装点加热元件，有的注射模须配备模温自动调节装置。

（7）排气系统

为了在注射充模过程中将型腔内原有气体排出，常在分型面处开设排气槽。小型腔的排气量不大，可直接利用分型面排气，也可利用模具的顶杆或型芯与配合孔之间间隙排气。大型注射模须预先设置专用排气槽。

1.3塑料风叶设计与分析

风叶是利用一定空间曲面的叶片，通过主体的高速旋转产生风能。以前，大都是采用金属片材，经过模压制成风叶片。然后与风叶主体固定安装成风叶。由于模压叶片和装配等方面的原因，往往风叶的静、动平衡难以达到设计要求。经过较长时间的，由于涂层刮伤或脱落，以产生锈蚀，而且风叶的颜色单调，色泽不佳，不适合现代化（宾馆，大厦）等的通风排气和生活的需要。塑料风叶的优点在与：可以一次注射成型，不须装配、校正，省能省电；重量轻、惯性小，色彩丰富，色泽好，具有良好的动平衡性（塑料风叶叶片良好的弹性，在高速旋转过程中能适度地自动调节叶片的相对位置，使叶片处于良好的平衡状态）和装潢效果。

 

 

 

 

 

 

 

 

图 1-1 风扇立体图

塑料风叶如图1-1所示与金属材料风叶设计有相似的一面，但差异也很大，这是塑料本身和注射成型特点所决定的，由于风叶叶面是空间曲面，设计时应考虑模具的制造技术和制造能力，严格说，风叶叶片的形状应根据空气动力学原理来设计，但这样设计会使叶片形状复杂，给模具设计与制造带来困难，一般塑料风叶设计在保证一定风量情况下，采用简化设计风叶叶片的方法，如采用空间螺旋面、模拟曲面等。叶片的厚度应内厚外薄，逐渐过渡，以提高叶片的结构强度和刚度保证使用性能。主体部分设计要保证风叶的安装和定位，因此中心轴设计有嵌件，并且轮毂外还设计了一个安装定位的缺口。

1.4注射性能分析

（1）注射成型工艺的可行性分析：

本塑件形状复杂，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的要求，因此对模具和设备的要求也较高。而注射成型方法有如下几个优点：

a:形状：几乎没有复杂性限制，容许模具内有不同塑料的成型型腔；

b:尺寸：塑件可小到不足1克，大到几十千克，没有限制；

c:材料：在一定温度范围内具有适宜流动性的热塑性塑料；

d:精度：可注射高精度的塑件，有较好表面质量和尺寸稳定性；

e: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。

（2）表面粗糙度：

由塑件外观可知，塑件的外表面要求较高，因此其表面粗糙度取Ra0.4mm，而其内表面由于是复读机的内部，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。

一般情况下，模具粗糙度低于塑件1～2个等级，故取型腔表面粗糙度为Ra0.2um，而型芯表面粗糙度为Ra0.4um。

（3）尺寸精度：

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,由此查塑料模具设计手册可知，本塑件宜选用5级精度。零件具体尺寸及其公差值可详见零件图。

塑件尺寸精度于模具的制造精度密切相关，尤以小型精密塑件为甚。从模具制造精度对塑件精度的影响可知，模具制造允许误差和塑件尺寸公差之间具有对应的关系，由塑件零件图可得，模具精度等级为IT8。

（4） 脱模斜度：

该塑件采用的塑料是AS，而AS的成型收缩率较小（0.2-0.6%），而且塑件较复杂，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，因此取塑料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。

（5） 壁厚：

由图纸可知，该塑件有许多中不同的壁厚，轮毂壁较厚，风叶壁厚较薄，

因此要注意风叶可能会翘曲，不能在风叶处设计推杆。

（6）加强筋：

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三个加强筋，以防变形。

（7）圆角：

从塑件可知，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，减少了流动阻力。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。

1.5 材料选择

1.5.1塑料介绍

塑料（Plastics)是以有机高分子化合物为基础，加入若干其他材料（添加剂）制成的固体材料。

塑料的优点：塑料的强度较小，有较高的比强度。塑料还具有较高的电绝缘和热绝缘性，良好的耐磨性和耐腐蚀性，以及优异的成型工艺性。

塑料的缺点：强度，硬度较底，易老化等。

1.5.2 分析塑料材料

该塑件为风扇叶片，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。

通用塑料分为聚乙烯（PE）、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、ABS塑料等品种，多用于一般工农业生产和日常生活之中，具有价格低等特点。

（ａ）聚乙烯PE：是由乙烯单体聚合而成的。

特点：采用不同的聚合条件可得到不同性质的聚合物：有高压PE、中压PE、低压PE三种。

高压PE：由于有较低的密度、相对分子质量、结晶度，故质地柔软，由于含有较高的相对分子质量、密度、结晶度，故质地坚硬，耐寒性能良好，在－70℃时还保持柔软，化学稳定性很高，能耐酸、碱及有机溶剂，吸水性极小有跟突出的电气性能和良好的耐辐射性等。

缺点：是力学强度不高，热变形温度很低，故不能承受较高的载荷和不能在较高的温度下正常工作。

（b）聚苯乙烯PS：聚苯乙烯略早于聚丙烯问世，其原料十分丰富，是目前最广泛应用的材料之一。

聚苯乙烯的密度为1.04~1.16g/cm³ ,比聚氯乙烯小而大于聚丙烯和聚乙烯。聚苯乙烯遇火会自燃。

聚苯乙烯的代号为（PS），其分子结构式为：

 

 

 

 

聚苯乙烯的主链上有结构庞大的苯环，故柔顺性差，质地脆硬，抗冲击性能差，敲打时发出类似金属的响声。

机械强度低于硬质聚氯乙烯，尤其是相对分子量较小的品种强度更差，聚苯乙烯属于非结晶型聚合物。

聚苯乙烯具有良好的可塑流动性和较小的成型收缩率，是成型工艺最好的塑料品种之一，容易制造形状复杂的制品。

聚苯乙烯无色透明，透光性仅次于有机玻璃，容易着色，常用于制造要求透明或颜色鲜艳的制品。

聚苯乙烯具有很小的吸水率，在潮湿的环境中尺寸变化很小，适用于制造要求尺寸稳定的制品，如仪表仪器壳体等。

聚苯乙烯具有优良的电绝缘性能，尤其是在高频条件下的介电损耗仍然很小，是优良的高频绝缘材料。聚苯乙烯的主要缺点是脆性大，形状复杂的制品成型后存在较大的内应力时，常会在使用中自行开裂。为改善聚苯乙烯的脆性，加入少量的聚丁烯可明显降低脆性，提高冲击韧性。这种塑料称为高冲击聚苯乙烯。

（c）ABS 它是苯乙烯-丁二烯-丙烯腈的共聚物，综合性能较好,冲击韧度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能好。易于成形和机械加工，与372有机玻璃的熔接性能好，可作双色成形塑件，且表面可镀铬。

（d）AS塑料是丙烯腈——苯乙烯的聚合物。注塑的高透明、抗静电、优良的尺寸稳定性，具有良好的流动性能，耐热耐化学性、耐冲击、高强度。用于汽车零件，如灯罩反光片代表面板；工业部件，如计算器面板，琴键等；家用电器部件，如电视机保护镜，风扇叶片，电器外壳等和一般家庭器皿、文教用品、日用品。

1.6材料的确定

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