阅读说明：本技术 金属扇轮及其制备模具和方法 (Metal fan wheel and preparation mold and method thereof ) 是由 沈瀚啸 于 2019-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种金属扇轮及其制备模具和方法,金属扇轮的扇轮叶片厚度为0.08mm～0.1mm。本发明实现了扇轮超薄叶片的制备,本发明的制备模具将固定的公模仁的叶片成型定模和活动的叶片镶件组装后形成叶片型腔,该叶片型腔是扇轮毛坯件的叶片型腔,叶片型腔的形状和尺寸就是毛坯件叶片的形状和尺寸,叶片型腔的形状和尺寸根据设计需要调整叶片成型定模和叶片镶件即可。采用本发明的模具和方法,可制备叶片厚度低至0.08mm的一体金属扇轮,超薄叶片的一体化顺利成型,也使得金属扇轮可以进一步微型化设计和应用。(The invention discloses a metal impeller and a preparation mold and a preparation method thereof, wherein the thickness of impeller blades of the metal impeller is 0.08-0.1 mm. The invention realizes the preparation of the ultrathin blade of the fan wheel, the preparation mould of the invention assembles the blade forming fixed mould of the fixed male mould core and the movable blade insert to form a blade cavity, the blade cavity is the blade cavity of the fan wheel blank, the shape and the size of the blade cavity are the shape and the size of the blade of the blank, and the shape and the size of the blade cavity can be adjusted according to the design requirement. By adopting the die and the method, the integrated metal impeller with the thickness of the blade as low as 0.08mm can be prepared, the integration of the ultrathin blade is smoothly formed, and the metal impeller can be further designed and applied in a miniaturized way.)

金属扇轮及其制备模具和方法

技术领域

本发明涉及一种扇轮，具体涉及一种金属扇轮及其制备模具和方法。

背景技术

扇轮是散热风扇的重要组成部分，扇轮通常包括轮毂和环设于轮毂的数个叶片。对于扇轮来说，单位空间内，在一定的叶片数量范围内，设置的叶片数量越多，在相同转速下风量越大、风压越大，且风扇噪音越小；在确定的叶片数量和转速条件下，单一叶片越薄，风量越大、风压越大。

根据材质划分，扇轮有全塑料扇轮、塑料+金属扇轮和全金属扇轮。

随着扇轮微型化的要求，全塑料扇轮由于传统塑胶射出时塑胶流动及塑胶本身的热变形特性，叶片微型化存在难度；即便成型微型塑料扇轮，扇轮的结构强度也存在问题，使用寿命短。

塑料+金属扇轮参考中国专利文献CN 104033419 A（申请号 201310069134.4），该文献公开的扇轮制作方法包括以下步骤：冲压一个金属板件，以成形具有一个叶片本体及至少一个连接件的一个金属扇叶胚体；弯折该连接件，以使该连接件相对该叶片本体弯折，而形成一个金属扇叶；将数个金属扇叶环绕，使得所述数个金属扇叶各自借助其连接件共同围设呈连续环状的连接环，以构制出一个扇轮本体，且于该扇轮本体中央形成一个预制区；及以塑料射出包覆所述数个金属扇叶的各叶片本体一端，使得塑料与该叶片本体端部相 嵌合，而于该扇轮本体的预制区形成一个轮毂，其包含注入塑料于该预制区，使得塑料流入该叶片本体一端所形成的一个嵌合部内，且待塑料冷却固形后，即与该叶片本体的端部相嵌合。该法所公开的制备方法比较繁琐，需要分别制备叶片和轮毂，且叶片需要分别冲压成型和组装。

中国专利文献CN 104117677 B（申请号 201310142793.6）公开了一种金属扇轮的制造方法，包括以下步骤：a) 将金属粉末与高分子粘结剂混合得到具有流动性的射出材料，金属粉末与高分子粘结剂的混合比例为金属粉末70-95%，高分子粘结剂5-30%，且该金属粉末的粒径小于25μ m；b) 将该射出材料以射出成型方式制成扇轮生胚，该扇轮生胚的轮毂与叶片一体成型且壁厚不同；c) 将该扇轮生胚中的高分子粘结剂脱除以形成扇轮半成品；及d) 对该扇轮半成品进行烧结，使金属成分熔融再冷却成型以获得金属扇轮成品，且该 金属扇轮成品的各叶片的壁厚为0.3mm以下。

采用上述制造方法得到的金属扇轮，包含一个轮毂及数个叶片，该数个叶片环设于该轮毂的外周面，并与该轮毂一体相连。 其中，该轮毂的壁厚可以大于各该叶片的壁厚，使该轮毂具有足够的结构强度以供转轴及磁性件（未示）等构件组装结合；各该叶片的壁厚降至0.3mm以下，较佳达 0.2mm。

中国专利文献CN 103317139 B（申请号 201310196600.5）公开了一种金属粉末一次注射成型风扇及其制备方法，金属粉末一次注射成型风扇的制备方法包括以下步骤：（a）混料：将金属粉末放入混料设备中混合并预热，然后放入粘结剂均匀混炼2~3小时， 得混合物料；（b）模具制造：对金属风扇的模具进行设计制造，形成具有金属风扇形状的模具型腔；（c）注射成型：将混合物料注入注塑成型机的料筒中，然后通过注射成型机的喷嘴注入到金属风扇的模具型腔中得到毛坯件；（d）脱脂：将毛坯件在容器中升温至60～150℃，并恒温保持1～3小时，脱除粘结剂，获得了金属风扇的粗品件；（e）烧结成型：将脱脂后的粗品件放置在高温烧结炉中，逐步升温至1200～1400℃，并保温1～6小时，然后冷却至室温，得到了一体成型的金属风扇，所述步骤（c）中，料筒的温度控制在150～200℃，喷嘴的温度控制在150～200℃，模具型腔中温度控制在80～130℃，所述喷嘴的注塑速度为50～100g/s，所述注塑过程的压力控制在70～120MPa。

采用上述制备方法制成的金属风扇包括：轮毂、呈放射状环设在轮毂上的多个风扇叶片以及用于连接风扇叶片的轮盘。所述风扇叶片从轮毂的边缘部分延伸至轮盘的圆周面上，所述轮毂包括圆形底板以及从圆形底板周缘垂直向上延伸的圆环壁，所述风扇叶片从轮毂的圆环壁部分成型至轮盘上。所述的多个风扇叶片呈整体式连接并与轮毂和轮盘成型为一体，整个制造过程无需焊接和铆钉铆合，可以实现大批量快速生产，整个生产成本与其它方式相比降低了80%。具体地，通过金属粉末一次注射成型的风扇叶片在轮毂圆周上分散的叶片数量为15片～40片，整体式连接的风扇叶片质量为1g～5g，单个风扇叶片的厚度大于等于0.1mm～0.2mm，所述风扇叶片的外径大小为20mm～50mm。

该文献公开了单个风扇叶片的厚度大于等于0.1mm～0.2mm的扇轮，但是并没有公开制备工艺和模具。

另外，一些应用场合对扇轮设计尺寸提出变小的要求，若要在更小的空间内容纳相同数量的叶片或者尽可能多的叶片，必然要求叶片变薄。然而受现有制造技术的限制，目前市场上的一体金属扇轮的叶片厚度通常为0.15mm～0.25mm，做不到叶片厚度0.1mm及以下的一体金属扇轮，限制了一体金属扇轮进一步的微型化设计和应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超薄叶片的一体金属扇轮，以及制备该超薄叶片扇轮的模具和方法，采用本发明模具和方法可制备叶片厚度低至0.8mm的金属扇轮一体件。

实现本发明第一目的的技术方案是一种金属扇轮，包括轮毂和叶片，叶片沿着轮毂的周向等间距环设，叶片厚度大于等于0.08mm小于0.1mm。

作为可选的，叶片的数量为15～100片。

进一步可选的，叶片的数量为41～100片。

作为可选的，叶片厚度为0.08mm。

实现本发明第二目的的技术方案是一种金属扇轮的制备模具，包括公模仁、母模仁和流道板，还包叶片镶件和轮毂镶件；公模仁设置在母模仁下方，公模仁的中央设置排成一圈的叶片成型定模，相邻的两个叶片成型定模之间为上下贯穿公模仁的叶片镶件槽；叶片镶件的数量与公模仁的叶片镶件槽的数量相同，每一个叶片镶件槽内自下向上***一根叶片镶件，叶片镶件与相邻的叶片成型定模之间形成叶片型腔。

母模仁与公模仁相对的一侧由内向外设置了轮毂成型部、叶片成型部和辅助环成型部，轮毂成型部与公模仁上固定的轮毂镶件之间形成扇轮轮毂型腔，叶片镶件和叶片成型定模位于叶片成型部内，辅助环成型部位于叶片成型部外部，辅助环成型部与叶片镶件和叶片成型定模形成的叶片型腔相通。

进一步的，还包括叶片镶件板，叶片镶件板位于公模仁下方。

叶片镶件板上设置了一圈镶件插槽，镶件插槽的大小、形状与叶片镶件的大小、形状相匹配，叶片镶件自下向上穿过叶片镶件板的镶件插槽、由叶片镶件板定位排列后穿入公模仁的叶片镶件槽中。

进一步的，还包括顶针板和顶针，顶针板位于叶片镶件板下方；顶针板上设置一圈顶针通道，顶针通道的直径与顶针的外径相同，顶针呈环形排列，穿过顶针板并由顶针板定位后，继续向上穿过叶片镶件板的顶针通道后进入公模仁的顶针孔中。

进一步的，还包括轮毂镶件，轮毂镶件设置在公模仁的轮毂镶件孔中，轮毂镶件的中央设有镶针孔。

进一步的，还包括镶针，镶针用于扇轮的轴孔的成型，自上向下穿过母模仁的中央孔后***轮毂镶件的镶针孔中。

实现本发明第三目的的技术方案是一种使用如上所述的金属扇轮的制备模具制备扇轮的方法，包括以下步骤：

①将金属粉末与高分子粘结剂在设备中混炼得到混合物料。

②将混合物料加入注射成型机器的料筒中，然后通过注射成型机器的喷嘴注入模具的扇轮型腔中的得到毛胚件。

③将毛胚件脱脂。

④将步骤③脱脂后的毛坯件烧结，冷却至室温，得到扇轮中间体；所述扇轮中间体在叶片的外周设有辅助圈。

⑤将扇轮中间体的辅助圈切割去除得到扇轮成品。

上述步骤③中，将毛胚件在90℃至150℃下保温去除粘结剂，保温时间根据毛胚件最大厚度确定，控制在1-2mm/h。

上述步骤④中，脱脂后的毛坯件在950℃～1300℃下保温1～6小时，冷却至室温。

本发明具有积极的效果：

（1）本发明的金属扇轮是金属一体件，采用金属粉末一次注射成型工艺制备，叶片厚度低至0.08mm，同时保持机械强度。

（2）采用本发明的模具和方法，可制备叶片厚度低至0.08mm的一体金属扇轮，从而金属扇轮在相同空间内叶片数量可以设置更多，在一定的叶片数量范围内，设置的叶片数量越多，在相同转速下风量越大、风压越大，且风扇噪音越小；在确定的叶片数量和转速条件下，单一叶片越薄，风量越大、风压越大。

超薄叶片的一体化顺利成型，也使得金属扇轮可以往更小的尺寸设计和应用，即进一步微型化。

（3）本发明的模具实现了扇轮超薄叶片的制备，本发明将固定的公模仁的叶片成型定模和活动的叶片镶件组装后形成叶片型腔，该叶片型腔是扇轮毛坯件的叶片型腔，叶片型腔的形状和尺寸就是扇轮毛坯件的叶片的形状和尺寸，例如叶片型腔的宽度就是毛坯件的叶片的宽度，叶片型腔的形状和宽度根据设计需要调整叶片成型定模和叶片镶件即可。

由于毛坯件在烧结后会收缩变小，使用不同的注射料收缩率s是不同的，将毛坯件叶片厚度与成品扇轮叶片厚度之比定义为收缩率s（s大于1），因此模具的叶片型腔尺寸根据产品扇轮的设计要求放大s倍。

（4）本发明在扇轮模具中设置了辅助环成型部，使得注射料能快速、顺利得进入叶片型腔，从而帮助实现超薄叶片的成型。对于辅助环成型部注射成型得到的辅助环，烧结后切割去除即可。

附图说明

图1为金属扇轮制备模具的***示意图。

图2为图1翻转180°的示意图。

图3为图1中的公模仁与叶片镶件、轮毂镶件组装的示意图。

图4为图3中A部放大示意图。

图5为图1中的叶片镶件的示意图。

图6为图1中的公模仁放大图。

图7为图6中B部放大示意图。

图8为图6中B部上视放大示意图。

图9为图6中的公模仁的下视图。

图10为图9中C部的放大示意图。

图11为图1中的母模仁的上视放大图。

图12为母模仁的立体示意图。

图13为扇轮中间体的结构示意图。

图14为扇轮的结构示意图。

图15为图14扇轮翻转180°的示意图。

上述附图中的标记如下：

公模仁1，叶片成型定模1-1，叶片镶件槽1-2，叶片型腔1-3，轮毂镶件孔1-4，连接环1-5，环形槽 1-6，顶针孔1-7；母模仁2，轮毂成型部2-1，叶片成型部2-2，环形槽2-2-1，辅助环成型部2-3，灌注口2-4；流道板3，流道3-1；叶片镶件板4，镶件插槽4-1，顶针板5，叶片镶件6，挡条6-1，轮毂镶件7，镶针孔7-1；顶针8，镶针9，扇轮10，轮毂10-1，轴孔10-1-1，轮辐面10-1-2，叶片10-2，连接环10-3，辅助圈10-4。

具体实施方式

本发明的方位的描述按照图1所示的方位进行，也即图1所示的上下左右方向即为描述的上下左右方向，图1中以靠近各块板、模仁中心的一侧称为内侧，以远离中心的一侧称为外侧。

（实施例1、金属扇轮）

见图14和图15，本实施例的金属扇轮10为金属一体件，包括轮毂10-1、叶片10-2和连接环10-3。

轮毂10-1包括一个轮辐面10-1-2和轮辐面10-1-2一侧的容置腔，轮辐面10-1-2的中央设有轴孔10-1-1。

叶片10-2等间距环设在轮毂10-1的周向，叶片10-2的根部与轮毂侧壁连接，叶片10-2从其与轮毂10-1连接的根部向外延伸。

连接环10-3为片状圆环，连接环10-3连接所有叶片10-2的端部，与轮毂10-1同轴线，连接环10-3和轮毂10-1的轮辐面10-1-2位于叶片10-2的同一侧。

本实施例中，扇轮10的外径为38mm，轮毂10-1的直径为22.4mm，叶片10-2的厚度为0.08mm，相邻叶片根部的距离为0.5mm，叶片10-2的数量84片。

（实施例2、金属扇轮）

本实施例的金属扇轮其余与实施例1相同，不同之处在于：扇轮10的外径为38mm，轮毂10-1的直径为22.4mm，叶片10-2的厚度为0.10mm，相邻叶片根部的距离为0.8mm，叶片10-2的数量66片。

（实施例3、金属扇轮）

本实施例的金属扇轮其余与实施例1相同，不同之处在于：扇轮10的外径为48mm，轮毂10-1的直径为22.4mm，叶片10-2的厚度为0.13mm，相邻叶片根部的距离为0.8mm，叶片10-2的数量60片。

（实施例4、金属扇轮）

本实施例的金属扇轮其余与实施例1相同，不同之处在于：扇轮10的外径为48mm，轮毂10-1的直径为27.1mm，叶片10-2的厚度为0.16mm，相邻叶片根部的距离为0.8mm，叶片10-2的数量72片。

（实施例5、金属扇轮）

本实施例的金属扇轮其余与实施例1相同，不同之处在于：扇轮10的外径为54mm，轮毂10-1的直径为27mm，叶片10-2的厚度为0.20mm，相邻叶片根部的距离为1.7mm，叶片10-2的数量48片。

（实施例6、金属扇轮的制造模具）

本实施例的制造模具制备的是扇轮毛坯件，将毛坯件去脂、烧结、加工后得到的才是成品扇轮。因此本实施例的制造模具实际是毛坯件的制造模具。

见图1至图12，本实施例的金属扇轮的制造模具包括公模仁1、母模仁2、流道板3、叶片镶件板4、顶针板5、叶片镶件6、轮毂镶件7、顶针8和镶针9。

见图1，流道板3设置在母模仁2上方，流道板3上方设有流道3-1，在流道3-1的四角开有销孔，母模仁2的对应位置也开有销孔，流道板3与母模仁2通过销固定。

公模仁1设置在母模仁2下方，公模仁1的四角设有固定孔，母模仁2的四角也设有固定孔，公模仁1与母模仁2通过螺栓固定。

见图6至图10，所述公模仁1的中央设置排成一圈的叶片成型定模1-1，叶片成型定模1-1伸出公模仁1的上表面。叶片成型定模1-1的两侧轮廓根据待成型叶片的形状设计。

相邻的两个叶片成型定模1-1之间为上下贯穿公模仁1的叶片镶件槽1-2。叶片镶件槽1-2的宽度小于相邻两个叶片成型定模1-1之间的宽度。叶片镶件槽1-2的形状、尺寸与叶片镶件6相匹配。

叶片成型定模1-1的内端头与连接环1-5连接，连接环1-5的中央为轮毂镶件孔1-4。公模仁1上还设置一圈上下贯穿的顶针孔1-7，顶针孔1-7的中心排成的圆与连接环1-5同轴线，顶针孔1-7设置在叶片成型定模1-1的外侧，位于母模仁2的辅助环成型部2-3下方。

叶片镶件板4位于公模仁1下方，顶针板5位于叶片镶件板4下方。

叶片镶件板4上设置了一圈镶件插槽4-1，镶件插槽4-1的大小、形状与叶片镶件6的大小、形状相匹配，用于叶片镶件6的定位排列。

见图5，每一根叶片镶件6的下部设置挡条6-1，用于叶片镶件6在上下方向的定位。

见图3至图5，叶片镶件6的数量与公模仁1的叶片镶件槽1-2的数量相同，每一个叶片镶件槽1-2内自下向上***一根叶片镶件6，具体的，叶片镶件6自下向上穿过叶片镶件板4的镶件插槽4-1、由叶片镶件板4定位排列后穿入公模仁1的叶片镶件槽1-2中，叶片镶件6的挡条6-1的上端面与叶片镶件板4的下表面接触，实现叶片镶件6上下方向的定位。叶片镶件6的上部伸出公模仁1的上表面，本实施例中叶片镶件6的上端面低于叶片成型定模1-1的上端面。叶片镶件6与相邻的叶片成型定模1-1之间形成叶片型腔1-3。

由于毛坯件在烧结后会收缩变小，使用不同的注射料收缩率s是不同的，将毛坯件叶片厚度与成品扇轮叶片厚度之比定义为收缩率s（s大于1），因此模具的叶片型腔尺寸根据产品扇轮的设计要求放大s倍。

叶片型腔1-3的宽度除以收缩率s就是扇轮叶片的宽度，例如使用收缩率为1.16的注射料，叶片型腔1-3的宽度为0.0928mm，成品叶片宽度为0.08mm。

顶针板5上设置一圈顶针通道，顶针通道的直径与顶针8的外径相同，用于顶针8的定位排列。顶针板5由注射成型机内的支撑座支撑。顶针8呈环形排列，穿过顶针板5并由顶针板5定位后，继续向上穿过叶片镶件板4的顶针通道后进入公模仁1的顶针孔1-7中，顶针8用于将注射成型的扇轮毛坯件顶出模具，随着顶针8向上移动，顶针8能够贯穿公模仁1并且上端面超出公模仁1的上表面。顶针8用于帮助毛坯件脱模。

轮毂镶件7设置在公模仁1的轮毂镶件孔1-4中。将叶片镶件板4固定在公模仁1下方后，轮毂镶件7的下部由叶片镶件板4支撑。轮毂镶件7的中央设有镶针孔7-1。轮毂镶件7与叶片镶件6的内端头之间形成环形槽 1-6，环形槽 1-6的槽底是连接环1-5的上表面。

镶针9用于扇轮10的轴孔10-1-1的成型，自上向下穿过母模仁1的中央孔后***轮毂镶件7的镶针孔7-1中。

当需要改变扇轮叶片的形状时，相应的改变叶片成型定模1-1和叶片镶件6的形状即可，当需要改变扇轮叶片厚度时，考虑注射料的收缩率，调整叶片成型定模1-1和叶片镶件6的大小，从而调整叶片型腔1-3的大小。

理论上叶片成型定模1-1和叶片镶件6组成的叶片型腔1-3的宽度可以无限小（大于0mm），本发明考虑扇轮叶片的实用性，将叶片型腔1-3的宽度设置在s*0.08mm及s*0.08mm以上（s为不同注射料的收缩率，根据毛坯料和扇轮成品尺寸测算得到）。

见图11和图12，所述母模仁2与公模仁1相对的一侧由内向外设置了轮毂成型部2-1、叶片成型部2-2和辅助环成型部2-3，轮毂成型部2-1、叶片成型部2-2和辅助环成型部2-3均具有顶面，且对应的顶面均设置了上下贯穿的灌注口2-4。

轮毂成型部2-1包括一圆柱形腔，将母模仁2与公模仁1固定后，轮毂成型部2-1与公模仁1上固定的轮毂镶件7之间形成扇轮轮毂型腔。

将母模仁2与公模仁1固定后，叶片镶件6和叶片成型定模1-1位于叶片成型部2-2内。

辅助环成型部2-3位于叶片成型部2-2外部，为一个圆环形腔，辅助环成型部2-3与叶片镶件6和叶片成型定模1-1形成的叶片型腔1-3相通。

母模仁2与公模仁1相对的一侧表面还设置了辅助流道。

采用金属粉末注射成型时，物料自上向下从流道板3的流道3-1进入母模仁2的灌注口2-4，进入并填充扇轮轮毂型腔、叶片型腔1-3和辅助环成型部2-3，成型得到扇轮毛胚件。脱模时，移开母模仁后，顶针8向上将毛坯件顶出模具。

进入辅助环成型部2-3的物料也向叶片型腔1-3内流动填充，帮助叶片部分的成型。

脱模后，本发明的扇轮毛胚件中相比传统注射得到的生胚，多了一圈辅助圈10-4，这部分在烧结后切割去除。

本实施例的模具，叶片型腔1-3的宽度设置在大于等于s*0.08，调节叶片型腔1-3，可以制备叶片厚度0.08mm及以上任意厚度的金属扇轮。因此，本实施例的模具，可以制备实施例1的叶片10-2的厚度为0.08mm的金属扇轮，也能制备实施例5的叶片10-2的厚度为0.20mm的金属扇轮，也能制备叶片10-2的厚度为0.20mm以上的金属扇轮。

（实施例7、金属扇轮的制造方法）

本实施例的金属扇轮的制造方法采用实施例6所述的模具，制备过程包括以下步骤：

①将金属粉末与高分子粘结剂在设备中混炼得到混合物料。

②将混合物料加入注射成型机器的料筒中，然后通过注射成型机器的喷嘴注入实施例6所述的模具的扇轮型腔中的得到毛胚件。模具的各部分尺寸根据扇轮成品要求进行适应性设定。

③将毛胚件在90℃至150℃下保温去除粘结剂，保温时间根据毛胚件最大厚度确定，控制在1～2mm/h。

④将步骤③脱脂后的毛坯件在950℃～1300℃下保温1～6小时，冷却至室温，得到扇轮中间体（如图13所示）。

⑤将扇轮中间体的辅助圈10-4切割去除得到扇轮成品。

以上各实施例及应用例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。