车载空气净化器外观设计

1前言

模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业生产的重要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。没有模具，就没有高质量的产品。用模具加工的零件，具有生产率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点。因此已经成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向。因此，模具技术，特别是制造精密、复杂、大型模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。

根据国际生产协会报告，在目前阶段，工业品零件粗加工的75％、精加工的50％都是由模具成型完成的。目前，美国、日本、德国等工业发达国家模具工业的产值均已超过机床总产值；我国台湾地区模具工业也以每年35％以上的年增长率迅速发展；我国大陆地区模具工业近几年更是获得了飞速的发展，尤其是塑料模具，在模具设计和制造水平上都有了长足的进步

1.1国内外注塑模具的发展现状

近年来我国通过引进国际的先进技术和加工设备，使塑料模具的制造水平比十年前进了一大步，然而由于基础薄弱、对引进技术的吸收、掌握，尚有一段距离，而且发展也十分不平衡，因而，我国塑料模具总体水平与世界先进技术尚有一定差距。塑料成型模具可分为三大类，即注射成型模具、中空成型模具和挤出成型模具。我国现在的制造水平，以注射成型模具为最高，中空成型具为最低，如化妆品用瓶子的吹塑模具，无论从造型以及质量上远不能适应出口要求。

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、高效多色注射塑料模、纯平彩电塑壳注塑模等精密、复杂、大型模具的设计制造水平也已达到或接近国际水平。使用CAD三维设计、计算机模拟注塑成形、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。34英寸彩电塑壳和48英寸背投电视机壳模具，汽车保险杠和仪表盘的注塑模等大型模具，国内都已可生产。国内最大的塑料模具已达50吨。

虽然在这十多年中注塑模具工业取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低，CAD/CAE ／CAM按术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等。特别在大型、精

密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。

国外注塑模具制造行业的最基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品质量及生产效率。国外发达国家模具标准化程度达到70％-80％，实现部分资源共享，大大缩短设计周期及制造周期，降低生产成本．最大限度地提高模具制造业的应变能力满足用户需求。

模具企业在技术上实现了专业化，在模具企业的生产管理方面，也有越来越多的采用以设计为龙头、按工艺流程安排加工的专业化生产方式，降低了对模具工人技术全面性的要求，强调专业化。

国外注塑成型技术在也向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展。因此，模具向高精度复杂、多功能的方向发展。例如：组合模、即钣金和注塑一体注塑铰链一体注塑、活动周转箱一体注塑；多色注塑等；向高效率、高自动化和节约能源，降低成本的方向发展。例如：叠模的大量制造和应用，水路设计的复杂化、装夹的自动化、取件全部自动化。

我国注塑模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，主要存在五大问题：

1.发展不平衡，产品总体水平较低，虽然有个别企业的部分产品已达到或接近国际水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。

2.工艺装备落后，组织协调能力差，虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已比较先进，但大部分企业工艺装备仍比较落后。企业的组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。

3.多数企业开发能力弱，一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少，观念落后，对开发不够重视。

4.供需矛盾一时还难以解决，2003年国产塑料模具国内市场满足率只有74，7％，其中大型、精度、长寿命模具满足率还要低，估计不足60％。市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。

5.体制和人才问题的解决尚待时日，在模具这样竞争性行业中需依赖于特殊用户，需单件生产的行业，国有和集体所有制原来的体制和经营机制已越来越显得不适应。人才的数量和素质水平也跟不上行业的快速发展。各地都重视这两问题，解决尚待时日。

1.2国内外注塑模具的发展趋向

由于塑料模具工业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必将大于模具工业总体发展速度。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。

展望我国塑料模具的未来，笔者以为应从提高技术水平着手，一方面发展专业模具厂的技术优势，使之进一步提高对某一类模具的设计制造水平；另一方面

要不断采用新技术、新工艺，提高模具产品的技术含量。要提高我国的模具技术水平，必须在以下方面加大努力：

1.开发精密、大型、复杂、长寿命的模具，实现模具国产化；

2..加速模具标准化、专业化、商品化生产；

3.大力发展CAD／CAM／CAE、RPM等先进模具设计和制造技术；

4.加大人才培养的力度，使他们尽快掌握模具设计和制造中的先进技术。

1.3空气净化器概述及市场调查

空气净化器概述空气净化器（又称空气清洁器、空气清新机），是指能够吸附、分解或转化各种空气污染物（一般包括粉尘、花粉、异味、甲醛之类的装修污染、细菌、过敏原等），有效提高空气清洁度的产品，目前以清除室内空气污染的家用和商用空气净化器为主。

空气净化器主要构成有：机箱外壳、风道设计、过滤网、电机、电源、液晶显示屏等。决定寿命的是电机，决定净化效能的是过滤网，决定是否安静的是风道设计、机箱外壳、过滤网、电机。选购的关键指标是空气净化效能CADR值。

空气净化，风光无限的产业。人的一生大概有60%的时间是在室内度过的，如果生活在城市，这个数字更是高达80%到90%，而室内环境污染可能成为影响你的健康的一大杀手。建筑、装修、家具和现代化的家电、办公器材等都是危害以及剥夺你生命的杀手。

世界卫生组织的相关研究报告显示，近年来，室内空气污染越来越严重，已成为继大气污染、水污染后困扰都市人的第三大环境问题。室内空气污染严重威胁着人类健康，其中有68%的疾病与室内空气污染有关。

对室内健康的需求造就了空气净化这一市场的巨大空间。有关专家表示，今年该市场规模将超过100亿元人民币，在未来几年内，国内空气净化产业将进入快速成长期，预计将保持每年35%以上的增长率。

各类室内空气净化器的使用在中国市场刚刚起步，处于市场导入的初级阶段，普及率还不到1%，而美国的空气净化产品人均拥有率为31%，日本为17%。，随着中国经济的快速发展和百姓消费意识的提高，空气治理保护产业市场空间前景无限。

由于室内空气污染治理是一个新兴行业，使得产品净化效果的评价标准尚属空白，

无法认定；加之目前这个行业中低端产品占据主导，这就造成市场上生产企业和商家广告宣传各行其道，使消费者无所适从。

以往的过滤、静电吸附、紫外线照射等方法以其功能单一、被动杀菌效果微弱，不便大面积操作，而将被可以在室内及公共场所任何动态情况下实现杀菌、消毒的技术产品所替代。

多年来，滤网过滤吸附大颗粒尘埃；臭氧和过氧乙酸消毒持久性差，而且对人体器官有刺激性；双氧水虽然是理想的杀菌消毒剂，但在动态环境下不具有可操作性；至于光触媒只能是抗菌剂而不是消毒剂，更不可能用在空气消毒中。

据环境电器专业生产商上海山客环保科技有限公司总经理黄安宏先生介绍，巨大的市场潜力和丰厚的利润使得室内空气净化产品市场开始繁荣，国内从事室内空气净化行业的公司剧增，大量的企业竞相角逐。然而，这些企业仍然处于低端竞争状态，普遍缺乏科研力量，规模及实力参差不齐，所在净化领域的技术创新非常有限，仍然停留在活性碳过滤、静电吸附和臭氧消毒的水平，尤其是中央空调净化领域缺乏成熟的空气治理技术和产品。

随着2008年奥运会政府和群众开始大力倡导健康、环保、安全的生活理念，人们对室内环境保护的认知度已大幅度提高，由1999年的29.5%上升到目前的81.5%。观念的提高必然产生直接的消费行为，这为空气净化产业的发展提供巨大的机遇。

1.4空气净化器原理及种类：

1.4.1原理

空气净化器通常由电路负离子发生器、微风扇、空气过滤器等系统组成，其工作原理为：机器内的微风扇（又称通风机）使室内空气循环流动，污染的空气通过机内的空气过滤器（两次过滤）后将各种污染物清除或吸附，然后经过装在出风口的负离子发生器（工作时负离子发生器中的高压产生直流负高压），将空气不断电离，产生大量负离子，被微风扇送出，形成负离子气流，达到清洁、净化空气的目的，从而为人们提供一个类似大自然中新鲜空气的“微气候环境”。

1.4.2种类

空气净化器一般有台壁式、吊挂式、吸顶式和落地式等类型；按空气净化技术则分为：HEPA空气净化器、活性炭空气净化器、电子空气净化器、紫外线空气净化器、洁净室空气净化器、负离子空气净化器、离子风空气净化器、臭氧空气净化器等。

2 塑件的工艺分析

2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征

该塑件材料选用ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）。

用途：汽车配件（仪表板、工具舱门、车轮盖、反光镜盒等），收音机壳，电话手柄、大强度工具（吸尘器，头发烘干机，搅拌器，割草机等），打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪橇车等。

比重:1.05克/立方厘米

燃烧鉴别方法：连续燃烧、蓝底黄火焰、黑烟、浅金盏草味

溶剂实验：环已酮可软化，芳香溶剂无作用

特点：

1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好.

2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理.

3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。

4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。

5、用途：适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件.

6、同PVC（聚氯乙烯）一样在屈折处会出现白化现象。

成型特性：

1.无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时.

2.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为>270度).对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度.

3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。

4、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。

ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。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，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。

ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、

耐磨性、抗化学药品性、染色性，散热性（现在ABS工程塑料的工艺已经很成熟了，笔记本电脑只要内部结构设计合理，同样可以有出色的散热效果。)

成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。

ABS工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。

ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，有良好的加工性和染色性能。

ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为1.02~1.05g/cm3。ABS有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响。ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS的缺点是耐热性不高，连续工作温度为70oC左右，热变形温度为93oC左右，且耐气候性差，在紫外线作用下易发脆。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS 易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。

ABS主要技术指标：

表1-1 热物理性能

表1-2 力学性能

表1-3 电气性能

2.2 分析塑件的结构工艺性

该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征。除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选一般精度等级： 5级。

2.3 工艺性分析

为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口横向开设在模具的型腔处，从塑料件侧面进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

塑件的工艺参数：

干燥条件：80-90℃2小时

成型收缩率:0.4-0.7%

模具温度：25-70℃（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）

融化温度：210-280℃（建议温度：245℃）

成型温度：200-240℃

注射速度：中高速度

注射压力：500-1000bar

2.4 注射成型的原理

将塑料颗粒定量注入，加入到注塑机的料筒内，通过料筒的传热，以及螺杆转动时产生的剪切摩擦作用使塑料逐渐融化成流动状态，然后在柱塞或螺杆的推挤下熔融塑料以高压和较快的速度通过喷嘴注入到温度较低的闭合模具的型腔中，由于模具的冷却作用，使膜腔内的熔融塑料逐渐凝固并定型，最后开模取出塑件。

2.5 热塑性注射成型工艺过程

图2.5 注射成形工艺示意图

2.6 注射模具的基本组成

2.6.1 基本组成

a、浇注系统；

b、成型零件。包括凹模(型腔)、凸模和型芯等；

c、脱模系统。包括推出和抽芯机构等；

d、导向系统；

e、冷却系统；

f、固定和安装部分等；

3 初步确定型腔数目

3.1初步确定型腔数目

根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。这里拟采用第一种方式，1模2腔的结构。

4 注射机的选择

4.1 塑件体积的计算

塑件：

零件塑件的体积V1=122cm3

零件塑件的体积V2=61.3cm3

浇注系统的体积：V3=3.4cm3

塑件与浇注系统的总体积为V1+V2+V3=122+61.3+3.4=186.7cm3

4.2计算塑件的质量：

查手册取密度ρ=1.05g/cm 3

塑件体积：V=122+61.3=183.3m 3

塑件质量：根据有关手册查得：ρ=1.05g/cm 3

所以，塑件的重量为：

M=V ×ρ=183.3cm 3×1.05=192.5

4.3按注射机的最大注射量确定型腔数目

根据 1

p km m n k -≤

（4-1） 得 1

p nm m m k +≥ (4-2)

k -注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8;

p m -注射机最大注射量，cm з或g;

1m -浇注系统凝料量，cm з或g ；

m -单个塑件体积或质量，cm з或g ；

根据塑件的结构及尺寸精度要求,该塑件在注射时采用1模2腔

所以计算浇注系统的体积，其初步设定方案如下

图4.1 浇注系统示意图

根据三维模型，利用三维软件直接可查询到浇注系统的体积V2=3.4cm3

4.4注塑机选择

1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一.

注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有: （1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机；

（2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。

此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。

常用的注射速率如表3-4所示。

查国产注射机主要技术参数表取CJ150NC,主要技术参数如下。

5 浇注系统的设计

浇注系统的设计原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出。

5.1 主流道的设计

主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止 塑料熔体 流动通道

根据选用型号注射机的相关尺寸得

喷嘴前端孔径：d0=4.0mm ；

喷嘴前端球面半径：R0=10mm ；

根据模具主流道与喷嘴的关系

()()00120.51R R m m

d d m m =+=+

取主流道球面半径：R=11mm ；取主流道小端直径：d=4.5mm

为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为2~6°，此处选用2°，经换算得主流道大端直径为10.32MM 。

图5.1 主流道示意图

5.2 分流道的设计

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，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。

表4-1流道断面尺寸推荐值

分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U 形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为8mm 。

分流道选用圆形截面：直径D=8mm

流道表面粗糙度 1.6a R m μ=

图5.2 分流道示意图

5.3 分型面的选择设计原则

分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。

一. 分型面的形式

该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。

二．分型面的设计原则

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。

选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：

①分型面应选在塑件外形最大轮廓处

②确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模

③保证塑件的精度

④满足塑件的外观质量要求

⑤便于模具制造加工

⑥注意对在型面积的影响

⑦对排气效果

⑧对侧抽芯的影响

在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。

其分型面如图5.3.1

图5 .3 .1 分型面示意图

5.4 浇口的设计

根据浇口的位置选择要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。采用扇形浇口可以保持产品外观精度。本设计采用潜伏浇口。

浇口设计如图5.3

图5.3 浇口示意图

5.5 冷料穴的设计

冷料穴是浇注系统的结构组成之一。冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入型腔。这些冷料既影响熔体充填的速度，有影响成型塑件的质量，另外还便于在该处设置主流道拉料杆的功能。注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。

如下图所示：

图5.5 冷料穴示意图