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哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院
畢業(yè)設計（論文）中期報告
題 目：散熱風扇支架注射模設計
系 （部） 材料工程系
專 業(yè) 材料成型及控制工程
學 生 趙佳輝
學 號 1089522120
班 號 0895221
指導教師 朱斌海
中期報告日期 2011年11月23日
哈工大華德學院
說 明
一、中期報告應包括下列主要內容：
1．論文工作是否按開題報告預定的內容及進度安排進行；
2．目前已完成的研究工作及結果；
3．后期擬完成的研究工作及進度安排；
4．存在的困難與問題；
5．如期完成全部論文工作的可能性。
二、中期報告由指導教師填寫意見、簽字后，統(tǒng)一交所在院（系）保存，以備檢查。
指導教師評語：
指導教師簽字： 檢查日期：
畢業(yè)設計（論文）中期報告
一、論文工作是否按開題報告預定的內容及進度安排進行
1.1 目前的論文工作已按照開題報告預定的內容及進度進行了安排
二、目前已完成的研究工作及成果
2.1 塑件模型建立
2.1.1 模型3D圖
模型繪制3D圖采用PTC公司的產(chǎn)品Pro/ENGINEER Wildfire 3.0,最終繪制出來的3D結構圖2-1所示:
圖2-1 塑件模型3D圖
2.1.2 塑件2D圖及其技術條件
模型2D圖繪制采用Autodesk公司的產(chǎn)品AutoCAD2006, 最終繪制出來的2D結構圖2-2所示:
圖2-2 塑件模型2D圖
1.塑件精度等級及尺寸公差
塑件采用的精度等級為5級精度，部分尺寸的公差標注如圖2-2所示。
2.塑件的表面質量
該塑件要求外形美觀，色澤鮮艷，外表面沒有斑點及熔接痕，粗糙度可取。
2.2 塑件參數(shù)設計
2.2.1 材料選擇
通常,選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求，以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù)。對于常溫工作狀態(tài)下的結構件來說,要考慮的主要是材料的力學性能,如屈服應力,彈性模量,彎曲強度,表面硬度等。該塑件為一般的零件,屬于圓盤類,沒有特別的要求,根據(jù)以上的依據(jù),選擇材料ABS為塑料件的材料。
ABS塑料
化學名稱：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
英文名稱:Acrylonitrile Butadiene Styrene
比重:1.05 成型收縮率:0.4～0.7％
成型溫度：200～240 干燥條件：80～90 2
特點：
(1)綜合性能較好,沖擊強度較高,化學穩(wěn)定性,電性能良好。
(2)與372有機玻璃的熔接性良好,制成雙色塑件,且可表面鍍鉻,噴漆處理。
(3)有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別。
(4)流動性比HIPS差一點，比PMMA、PC等好，柔韌性好。
成型特性：
(1)無定形料,流動性中等,吸濕大,必須充分干燥,表面要求光澤的塑件須長時間預熱干燥80～90,3h。
(2)宜取高料溫,高模溫,但料溫過高易分解(分解溫度為>270)。對精度較高的塑件,模溫宜取50～60,對高光澤。耐熱塑件,模溫宜取60～80。
(3)如需解決夾水紋，需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者改變入水位等方法。
(4)如成形耐熱級或阻燃級材料，生產(chǎn)3～7天后模具表面會殘存塑料分解物，導致模具表面發(fā)亮，需對模具及時進行清理，同時模具表面需增加排氣位置。
ABS樹脂是目前產(chǎn)量最大，應用最廣泛的聚合物，它將PS，SAN，BS的各種性能有機地統(tǒng)一起來，兼具韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。
ABS工程塑料一般是不透明的，外觀呈淺象牙色、無毒、無味，兼有韌、硬、剛的特性，燃燒緩慢，火焰呈黃色，有黑煙，燃燒后塑料軟化、燒焦，發(fā)出特殊的肉桂氣味，但無熔融滴落現(xiàn)象。
ABS工程塑料具有優(yōu)良的綜合性能，有極好的沖擊強度、尺寸穩(wěn)定性好、電性能、耐磨性、抗化學藥品性、染色性，成型加工和機械加工較好。ABS樹脂耐水、無機鹽、堿和酸類，不溶于大部分醇類和烴類溶劑，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烴中。
ABS工程塑料的缺點：熱變形溫度較低，可燃，耐候性較差。
用途: 適于制作一般的機械零件，磨耐磨零件，盤體，車配件，日用品，管材及文具等。
2.2.2 塑件收縮率
根據(jù)以上選用的材料為ABS，查相關資料可知，ABS的收縮率為0.004～0.007，由公式（2-1）求出ABS平均收縮率：
（2-1）
式中 —塑料的平均收縮率；
—塑料的最大收縮率；
—塑件的最小收縮率。
計算如下：
2.2.3 塑件的壁厚
一般說來，塑件的厚度越厚就越能滿足產(chǎn)品的強度和剛度的性能要求，但是從塑件的成型過程看來，塑件的壁厚越厚，冷卻的時間就越長，整個塑件的成型周期就要延長，提高了生產(chǎn)的成本，降低了生產(chǎn)的效率，同時，塑件的壁厚越厚，收縮率就增大，這樣使的得產(chǎn)品的尺寸不穩(wěn)定性增加，降低了產(chǎn)品的質量。因此產(chǎn)品的厚度必須得適中，根據(jù)材料的的特性，查閱相關的資料，查得ABS制品的壁厚通常為1、1.2、1.5、2、2.5、3、6。
本次設計中，塑件的壁厚為6。
2.2.4 塑件的拔模斜度
拔模斜度是為了便于脫模，防止塑件表面在脫模時劃傷，擦毛，在設計塑件表面沿脫模方向應具有合理的脫模斜度。塑件的脫模斜度大小跟塑件的性質、收縮率、摩擦因素、塑件的壁厚和幾何形狀有關。
在設計時，可以參考一些資料來確定塑件的脫模斜度，一般以塑件的材料為選擇依據(jù)，而ABS塑料的脫模斜度為，本設計選擇的脫模斜度為。
2.2.5 分型面的設計
選擇分型面是為了便于塑件的脫模和簡化模具結構，該塑件因為壁薄故應采用點澆口形式進料，采用點澆口時，為了能取出流道凝料，應使用三板式雙分型面模具。
2.2.6 確定型腔數(shù)量以及排列方式
本次模具設計采用的是一模兩腔，型腔的分布如圖2-3所示：
圖2-3 型腔分布圖
3.1 注塑設備選擇
選取注射機型號為，具體參數(shù)如表3-1：
表3-1 注塑機參數(shù)
理論容量
ShotSize (Theoretical)
60
注塑速率
Injection Rate
70
塑化能力
Plasticizing Capacity
35
注塑壓力
Injection Pressure
180
鎖模力
Clamp Tonnage
400
移模行程
Toggle Stroke
250
最大模厚
Max Mold Height
250
最小模厚
Min Mold Height
150
噴嘴球半徑
Spray nozzle
10
噴嘴口孔徑
Aperture nozzle
3
3.2 注塑機重要參數(shù)校核
3.2.1 注塑容量校核
注塑機標準規(guī)定，以容量計算時，必須使得在一個注塑成型周期內所需的注塑塑料熔體的容量在注塑機額定注塑量的80％內，也就是
（3-1）
式中 —注塑機最大注塑容量（）；
—成型塑件與澆注系統(tǒng)體積的總和（）；
為最大注塑容量的利用系數(shù)。
計算如下：
（3-2）
式中 —成型塑件的體積，乘以2是因為本次的模具是一模兩腔；
—澆注系統(tǒng)中主流道，分流道，澆口，冷料穴的體積和。
所以，
注 （3-3）
而注塑機的注塑容量為60，所以注塑機的注塑容量符合要求。
3.2.2 鎖模力校核
當高壓的塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生一個沿注塑機軸向的很大的推力，其大小等于制件與澆注系統(tǒng)在份型面上的垂直投影之和乘與型腔內塑料熔體的平均壓力。該推力應該小于注塑機額定的鎖模力，否則在注塑成型時會因鎖模不緊而發(fā)生溢邊跑料現(xiàn)象。
型腔內塑料熔體的推力()可按下式計算
（3-4）
式中 —型腔內塑料熔體沿注塑機軸向的推力（）；
—塑料與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（）；
—壓力損耗系數(shù)，取0.4；
—注塑壓力。
計算如下：
=1844.96
=180
也就是型腔內的塑料熔體沿注塑機軸向的推力為133，而注塑機的鎖模力為400，所以注塑機的鎖模力符合要求。
3.2.3 開模行程校核
模具開模后為了能取出塑膠件，要求有足夠的開模距離，本次模具使用的注塑機的開模行程是給定的，不受模具厚度的影響，當模具的厚度變化時，可由其調模裝置調整。只要使得注塑機最大開模行程大于模具所需的開模距離就符合注塑的要求。
即：
（3-5）
式中 —注塑機最大開模距離（）；
—模具所需的開模距離（）。
也就是，所以注塑機的鎖模力符合要求。
3.3 模架選擇
根據(jù)型腔排列的方式以及初步確定的壁厚，選擇模架A4型，系列，其結構以及一些重要尺寸如圖3-1、3-2所示：
圖3-1 模架尺寸1 圖3-2 模架尺寸2
4.1 主流道設計
4.1.1 澆口套設計
為了便于澆注凝料從主流道取出,主流道采用的圓錐孔；澆口套與注塑機噴嘴嘴頭的接觸球面必須吻合。注塑機的噴嘴是球面,其半徑SR是固定的,為了澆口套端面的凹球面與注塑機的端凸球面接觸良好,一般取半徑：
（4-1）
式中 —主流道入口凹坑球面半徑（）；
—噴嘴球半徑（）。
在此次設計中，所以；而澆口套的圓錐孔的小端直徑d應該大于噴嘴內孔直徑：
（4-2）
由注塑機的參數(shù)可以看到，所以，澆口套的端面凹球深度。
澆口套的尺寸如圖4-1所示
圖4-1 澆口套尺寸
4.1.2 澆口套的固定形式
本次設計中，澆口套與注塑機定位孔采用過盈配合。
4.2 分流道設計
4.2.1 分流道的形狀
分流道的截面形狀常用的有圓形，梯形，和矩形, 其中圓形截面的分流道效率最高,也就是分流道流過相同的塑料流量,其分流道的內表面積最小。這樣可以減少注塑過程中散熱面積,即熔料的溫度降低最小，同時使得摩擦力變小，減少壓力損失。其缺點就是制造起來比較麻煩,因為它必須將分流道分設在模板的兩側,在對合時容易產(chǎn)生錯口現(xiàn)象。當分型面為平面時候,常采用圓形截面流到,本次設計中,分型面非平面，采用圓形截面分流道加工困難，故采用效率較高的梯形截面分流道。
4.2.2 分流道的布局
本次模具設計為一模兩腔，分流道的布局對塑料件的成型影響也較大的，由于前面已經(jīng)將型腔的布局確定，設計分流道的布局既要跟型腔的布局協(xié)調，同時還應該注意一些分流道布局的設計要點：
分流道和型腔的分布原則是排列緊湊，間距合理，應該采用軸對稱或者中心對稱，使其平衡，盡量縮小成型區(qū)域的總面積。
最好使型腔和分流道在分型面上的總投影面積的幾何中心和鎖緊力的中心重合；在可能的情況下,分流道的長度盡可能的縮短,以減少壓力損失,避免模體壓力過大的影響成本。
在多型腔模具中,各型腔的分流道長度應該盡量相等,以達到注塑時壓力傳遞的平衡。
分流道的布局如圖4-2,分流道長度短,對稱分布。
圖4-2 分流道布局
4.2.3 分流道的長度
根據(jù)分流道的布局,大概的可以測量出分流道的長度總長；
4.3 澆口設計
本次設計采用的澆口為點澆口,其優(yōu)點是澆口位置能靈活地確定，澆口附近變形小，多型腔時采用點澆口容易平衡澆注系統(tǒng)，對于投影面積大的塑件或易變形的塑件，采用多個點澆口能夠取得理想的效果，適用一模多腔的模具。
4.3.1 點澆口的尺寸
根據(jù)經(jīng)驗的數(shù)據(jù),一般的點澆口直徑常為0.5～1.8,這里選1；澆口的長度常為0.5～2，這里選2。
4.3.2 澆口位置的選擇
本次設計澆口位置的選擇如圖4-3所示：
圖4-3 澆口位置示意圖
4.4 冷料穴和鉤料脫模裝置
采用拉桿式鉤料裝置：由冷料穴和拉料桿組成，在冷料穴的底部設有一拉料桿，拉料桿固定在型腔板上，一次分型依靠拉料桿抽出主流道凝料。
其基本形狀如圖4-4所示，采用帶球形頭的冷料穴，其中冷料穴的直徑要比主流道的稍大，主流道末端的半徑大約為5，所以冷料穴的直徑設為6，此處的拉料桿直徑為4。
圖4-4 拉料桿形狀示意圖
5.1 型腔的設計
采用整體式型腔，也就是由整塊材料加工而成的型腔。
整體式型腔的優(yōu)點是，強度和剛度相對較高，且不易變形，對塑件的上表面不會產(chǎn)生拼?？p的痕跡，缺點為切削量大，模具成本高，同時給熱處理和表面處理帶來一定的困難。
型腔的外形尺寸為：。
5.2 型芯的設計
本次設計塑件中共有三個孔，兩個的直孔和一個階梯孔，故需要兩個直型芯和一個階梯型芯成型。型芯的徑向和高度尺寸計算如下：
5.2.1 型芯的徑向尺寸
型芯徑向尺寸計算公式：
（5-1）
式中 —型芯徑向基本尺寸（）；
—塑件內形尺寸（）；
—塑料的平均收縮率；
—修正系數(shù)，取3/4；
—塑件的公差（）；
—型芯制造公差，取/3（）。
大型芯徑向尺寸計算如下：
小型芯徑向尺寸計算如下：
5.2.2 型芯的高度尺寸
型芯高度尺寸計算公式：
（5-2）
式中 —型芯高度基本尺寸（）；
—塑件高度基本尺寸（）；
—塑料的平均收縮率；
—修正系數(shù)，取2/3；
—塑件的公差（）；
—型芯制造公差，取/3（）。
階梯型芯高度尺寸計算如下：
型芯尺寸如圖5-1、5-2所示：
圖5-1 階梯型芯尺寸 圖5-2 直型芯尺寸
5.3 鑲件的設計
鑲件位置放在定模板上，其尺寸形狀如圖5-3所示：
圖5-3 鑲件形狀及尺寸
5.4 加工工藝方案制訂
塑料模具的加工方法大體上可以分為切削機床加工、鉗加工和特殊加工三大類。切削機床加工是指采用不同的切削機床，如車床、銑床、磨床等進行粗加工或精加工等。鉗加工是指采用銼、鏟、研等手工措施去除切削機床所預留的加工余量，將模具半成品加工成符合藍圖的要求尺寸，形狀以及表面粗糙度的合格零件，并通過組裝總裝成符合要求的模具。當模具零件使用普通機床或人工的傳統(tǒng)的方法很難加工或者耗時很大時，則往往采用特殊加工的方法，如電火花，線切割以及等。
5.4.1 型腔加工工藝方案
表5-1 型腔的加工工藝方案
工序
內容
設備
1
銑削
端銑坯料的六個端面
銑床
2
鉆削
鉆鑲件孔
鉆床
3
CNC粗加工
粗加工成型面
CNC
4
熱處理
調質
5
磨削
磨上、下端面
磨床
6
CNC精加工
精加工成型面
CNC
7
鉗工
拋光成型面、倒角，攻絲
6.1 機動側向分型與抽芯機構
機動側向分型與抽芯是利用注射機的開模力，通過傳動機構改變運動方向，將側向的活動型芯抽出。機動抽芯機構的結構比較復雜，但抽芯不需要人工操作，抽拔力較大，具有靈活，方便，生產(chǎn)效率高，容易實現(xiàn)全自動操作，無需另外添置設備等優(yōu)點，在生產(chǎn)中被廣泛采用。
機動抽芯按結構形式可分為斜銷，彈簧，彎銷，斜導槽，斜滑塊，楔塊，齒輪條等多種抽芯形式。
本設計采用的是斜銷側向分型抽芯機構。
6.2 斜銷側向分型抽芯機構主要參數(shù)
6.2.1 抽芯距
型芯從成型位置抽到不妨礙塑件脫模的位置所移動的距離叫抽芯距，用表示。一般抽芯距等于側向孔或側凹深度加上23余量，即：
（6-1）
式中 —抽芯距（）；
—側向孔或側凹深度（）。
而所以
6.2.2 斜銷的傾角
斜銷的傾角是決定斜銷抽芯機構工作效果的一個重要參數(shù)，它不僅決定了開模行程和斜銷長度，而且對斜銷的受力狀況有著重要的影響。決定傾斜角的大小時，應從抽芯距，開模行程和斜銷受力幾個方面綜合考慮。實際生產(chǎn)中，一般取～，不宜超過。選。
6.2.3 抽芯力的計算
抽芯力的計算跟脫模力的計算是一樣的，計算的公式為
（6-2）
式中 —抽芯力（）；
—單位面積塑件對型芯的正壓力（），一般取p＝（4.84～11.76）；
—塑件包緊型芯的側面積（）；
—塑件與模體鋼材的摩擦系數(shù)，一般取0.1～0.3；
—脫模斜度。
計算得：
6.2.4 圓形斜導柱直徑的確定
圖6-1 導柱直徑計算
計算公式（字母對應的尺寸如圖6-1所示）
（6-3）
式中 —斜導柱直徑（）；
—抽拔力（）；
—受力點到斜導柱固定板平面的距離（）；
—抽拔角；
—斜導柱鋼材許用彎曲應力（）碳素鋼；
（6-4）
計算如下：
取。
6.2.5 斜導柱的總長度計算
圖6-2 導柱長度計算
導柱長度計算公式為（字母對應的尺寸如圖6-2所示）
（6-5）
式中 —斜導柱的總長度（）；
—斜導柱臺肩直徑（）；
—斜導柱抽拔角；
—斜導柱固定板厚度（）；
—斜導柱與側滑塊斜孔的配合間隙（）；
—抽芯距（），實際距離加24。
計算如下：
取的長度為40。
7.1 推桿脫模機構
采用圓柱型推桿
優(yōu)點：由于圓柱形狀的推桿和推桿孔最容易加工，而且很容易保證其配合精度，易于保證其互換性，并且易于更換，而且它還具有滑動阻力小，不易于卡滯等。
推桿結構形式如圖7-1（a）所示；推桿的固定形式如圖7-1（b）。
（a） (b)
圖7-1 推桿結構形式
7.2 推桿尺寸計算及校核
7.2.1 推桿直徑計算
推桿直徑計算公式為：
（7-1）
式中 —圓形推桿直徑（）；
—推桿長度系數(shù)， 0.7；
—推桿長度（）；
—推桿數(shù)量；
—鋼材抗拉彈性模量（）；
—脫模力（）。
計算如下：
取標準值推桿直徑。
7.2.2 推桿應力校核
推桿應力校核公式為：
（7-2）
式中 —推桿應力（）；
—脫模力（）；
—推桿數(shù)量；
—圓形推桿直徑（）；
—推桿鋼材的屈服極限強度（）。
一般中碳鋼；合金中碳鋼
計算如下：
7.3 推桿脫模機構布局
推桿的布局如圖7-2所示
圖7-2 推桿的布局
8.1冷卻系統(tǒng)設計
模具的冷卻是將注塑成型過程中產(chǎn)生的、并傳導給模具的熱量盡可能迅速、并最大程度地導出，以使塑件以較快的速度冷卻固化。因此，冷卻的效果直接決定著塑件的質量和注塑效果。
調節(jié)模具溫度的主要目的是：縮短成型周期；提高塑件質量。
模具的冷卻主要采用的是循環(huán)水冷卻方式，而此次設計中采用的冷卻方式就是采用的循環(huán)水冷卻方式。
8.2 冷卻管道的直徑計算
已知條件：
塑件材料為ABS；
塑件的成型周期根據(jù)經(jīng)驗方法得壁厚6的制件成型周期為45；
成型周期內塑件的質量為=14.51；
水的密度為。
8.2.1 求塑件在固化時每小時釋放的熱量
塑件的產(chǎn)量計算公式為：
（8-1）
式中 —塑件的產(chǎn)量（）；
—成型周期內塑件的質量（）；
—每小時成型次數(shù)（）。
計算如下：
查表8－1得ABS的單位熱流量
表8-1 常用塑料熔體的單位熱流量
塑料品種
塑料品種
ABS
低密度聚乙烯
聚甲醛
高密度聚乙烯
丙烯酸
聚丙烯
醋酸纖維素
聚碳酸酯
聚酰胺
聚氯乙烯
所以總熱流量為：
（8-2）
式中 —總熱流量（）；
—塑件的產(chǎn)量（）；
—單位熱流量（）。
計算如下：
8.2.2 求冷卻水的體積流量
冷卻水的體積流量公式為：
（8-3）
式中 —冷卻水的體積流量（）；
—總熱流量（）；
—水的密度（）；
—冷卻介質的比熱容()；
—模溫與冷卻介質溫度之間的平均溫差()。
計算如下：
8.2.3 求冷卻水的管道直徑
查表8-2，為了使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取d=8mm。
表8-2 冷卻水的穩(wěn)定湍流速度與流量
冷卻水道直徑
最低流速
流量
8
1.66
10
1.32
12
1.10
15
0.87
8.3 冷卻管道的孔數(shù)計算
8.3.1 求冷卻水在管道內的流速
冷卻水在管道內的流速公式為：
（8-4）
式中 —冷卻水在管道內的流速（）；
—冷卻水的體積流量（）；
—冷卻水道直徑（）。
計算如下：
8.3.2 求冷卻管道孔壁與冷卻介質之間的傳熱系數(shù)
查表8-3，取=6.48（水溫為時）
表8-3 不同水溫下的值
平均水溫
0
5
10
15
20
25
4.91
5.30
5.68
6.07
6.45
6.48
由公式：
（8-5）
式中 —冷卻管道孔壁與冷卻介質之間的傳熱系數(shù)；
—冷卻介質的比熱容()；
—水的密度()；
—冷卻水在管道內的流速()；
—冷卻水道直徑（）。
計算如下：
8.3.3 求冷卻管道中的傳熱面積
由公式：
（8-6）
式中 —冷卻管道中的傳熱面積（）；
—塑件的產(chǎn)量（）；
—單位熱流量（）；
—冷卻管道孔壁與冷卻介質之間的傳熱系數(shù)；
—模溫與冷卻介質溫度之間的平均溫差()。
計算如下：
8.3.4 求模具上應開設的冷卻管道的孔數(shù)
由公式：
（8-7）
式中 —冷卻管道中的傳熱面積()；
—圓周率；
—冷卻水道直徑（）；
—冷卻管道長度（）。
計算如下：
所以模具上開設的管道孔數(shù)為4。
3、 后期擬完成的研究工作及進度安排
1、注射模具的溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計
2、塑料模具部裝圖的繪制
3、零件圖的繪制
①凹模嵌板的繪制；
②凸模嵌板的繪制；
4、撰寫畢業(yè)設計論文。
4、 存在的困難與問題
無
5、 日程安排
11月27日————12月11日 模具部件裝配圖的繪制；
12月12日————12月20日 模具零件圖的繪制；
12月21日———— 1月01日 撰寫畢業(yè)設計論文與準備答辯；
1月01日———— 1月08日 畢業(yè)答辯；
6、 如期完成全部論文工作的可能性
根據(jù)日程和時間的安排，可以按時完成畢業(yè)設計。