一種薄壁高筋導(dǎo)音管注塑模設(shè)計

(安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院　安徽　淮南　232001)

當(dāng)今人們對塑料制品美觀性要求越來越高，而大多數(shù)塑料制品均是由相應(yīng)塑料模具制造出來的，因此塑料產(chǎn)品的質(zhì)量好壞與相應(yīng)的塑料模具結(jié)構(gòu)設(shè)計有著極大的關(guān)系。如何針對塑膠產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點及成型工藝的技術(shù)要求，設(shè)計出既能夠確保產(chǎn)品質(zhì)量又能滿足生產(chǎn)要求的優(yōu)良模具是行業(yè)技術(shù)人員一直關(guān)注焦點。

一、塑件工藝性分析

如圖1所示為該薄壁高筋導(dǎo)音管塑件，其為大批量生產(chǎn)的薄壁結(jié)構(gòu)件，成型尺寸精度為MT5級，表面粗糙度要求達(dá)到Ra0.4。因該件在應(yīng)用時需具有較好的力學(xué)強(qiáng)度、硬度和耐磨等性能，且還應(yīng)具有極高的抗沖擊強(qiáng)度，故其材料選用ABS,其收縮率為0.4%～0.9%[3]。由圖可見，該件屬于殼體類零件，零件壁厚較均勻，塑件外表面光滑，內(nèi)表面較復(fù)雜，設(shè)有8加強(qiáng)筋，以改善充模性及整體剛度，避免翹曲變形。由塑件內(nèi)外表面的特征可知必將產(chǎn)生熔接線現(xiàn)象，塑件邊緣可能會產(chǎn)生氣穴等缺陷，它們都將影響產(chǎn)品質(zhì)量及性能，故應(yīng)合理確定澆口位置及分型面。依據(jù)該件的整體結(jié)構(gòu)和尺寸特征，同時為提高生產(chǎn)率及使模具進(jìn)料受力平衡，故宜采用一模四腔模具結(jié)構(gòu)特征工藝措施最為合理。

圖1　薄壁高筋導(dǎo)音管

二、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

(一)分型面選擇

依據(jù)對塑件的形狀、表面質(zhì)量及脫模等技術(shù)要求等因素的分析，塑件分型面應(yīng)選擇在尺寸最大處；因該塑件生產(chǎn)設(shè)備為海天注塑機(jī)，其型號為HTF80X/1，該型號的各項技術(shù)參數(shù)均能滿足該工藝方法的成型技術(shù)要求，且模板間距極為合適；同時為滿足塑件精度MT5級精度要求，兼顧產(chǎn)品質(zhì)量及排氣性，最終選擇的分型面在塑件最大尺寸上表面處。

(二)澆注系統(tǒng)設(shè)計

澆注系統(tǒng)設(shè)計好壞，對塑件性能、尺寸、內(nèi)外表面的質(zhì)量及材料利用率等均有較大影響[1]。因該模具采用一模四腔結(jié)構(gòu)形式，其澆注系統(tǒng)是由主流道、分流道、潛伏式澆口和Z形拉料桿等組成。

(1)主流道設(shè)計。主流道形狀設(shè)計成圓錐形小端直徑為mm,其主流道圓弧球半徑與注射機(jī)噴嘴成球面接觸，尺寸為SR11mm(注射機(jī)的噴嘴球SR10mm)

(2)分流道設(shè)計。分流道形狀尺寸與塑件的體積、壁厚和注射速率等因素相關(guān)。依據(jù)分流道的加工工藝要求，其截面形狀采用半徑為6mm圓形。

(3)潛伏式澆口位置的確定。導(dǎo)音管澆口位置選擇十分重要，澆口設(shè)計合理性對塑件的表面質(zhì)量、性能以及強(qiáng)度影響極大，利用moldflow軟件中的Gate location(最佳澆口位置)分析功能，得出最佳的澆注區(qū)域如圖2所示，同時結(jié)合塑件的結(jié)構(gòu)和形狀，潛伏式澆口位置最終選擇在塑件外表面大圓弧段向直線過渡處最為合適[2]，具體如圖3所示。

圖2　最佳澆口位置

圖3　澆注系統(tǒng)

(三)成型零部件的設(shè)計

該產(chǎn)品的成型零部件主要由定模模仁、動模模仁、定模仁型芯和動模仁型芯組成。

該型腔在綜合考慮加工、安裝及更換等方面影響因素的基礎(chǔ)上，采用鑲拼組合式，前模仁嵌入至定模板上，在凹模仁中嵌入四活動鑲件[4]，因該塑件內(nèi)表面設(shè)有加強(qiáng)筋，其對應(yīng)型腔尺寸小、窄及加工困難，且使用維修極為困難，故其凸模結(jié)構(gòu)，采用鑲拼組合式組合結(jié)構(gòu)[5]。如圖4所示：

圖4　凹模模仁和凸模模仁結(jié)構(gòu)

(四)推出結(jié)構(gòu)設(shè)計

為保證該件的外觀質(zhì)量及脫模時具有較大的脫模力，其脫模方式采用一次脫模，用推桿從塑件的內(nèi)腔中推出塑件，該方式可有效地減小變形或損壞塑件。

為確保該模具具有較好的冷卻系統(tǒng)及制造工藝性，在其結(jié)構(gòu)上采用每一塑件均由三根成等邊三角形方式布置的推桿，如圖11所示件6推桿材料選用的T10A,頭部淬火50～55HRC，采用截面形式為圓形臺階式，推桿端平面不得軸向竄動。其配合為H7/f7，因為該配合間隙大小將會影響飛邊的大小。

(五)復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計

如圖11所示件26和27組成復(fù)位機(jī)構(gòu)，它由四根直徑為的復(fù)位桿及尺寸為矩形彈簧等元件組成，該結(jié)構(gòu)可降低復(fù)位桿端面每次閉合時與定模板劇烈變形，同時也有利于推板的準(zhǔn)確復(fù)位。

(六)排氣系統(tǒng)設(shè)計

該件在注射成型過程中，若模具排氣不暢，必將引起型腔氣壓急劇升高，無法保證熔體快速充模，同時還會造成因壓縮氣體產(chǎn)生的熱量使塑料燒焦。故應(yīng)考慮以下因素：

(1)溫度。利用模流分析軟件分析塑件成型流動前沿的溫度如圖5所示；溫度不能高于，設(shè)計排氣系統(tǒng)應(yīng)加以考慮高溫的影響，防止塑料熔體產(chǎn)生分解、燒焦及相關(guān)表面缺陷。從圖中可以看出，對于該件選擇最為合適[7]。

(2)表面質(zhì)量。若模具排氣不暢，模具型腔內(nèi)會形成氣穴、銀紋、熔接線等缺陷。

圖5　塑件流動前的溫度

由模流軟件分析得到：塑件產(chǎn)生氣穴的位置如圖7所示，塑件最小端面和塑件投影面積最大的處即分型面容易產(chǎn)生氣穴。

圖6　塑件產(chǎn)生氣穴位置

綜上述分析可看出該模具不需專門開設(shè)排氣槽，排出氣體可從分型面間隙及組合式凹?；蛐托酒春祥g隙排出。

(七)冷卻系統(tǒng)設(shè)計

因該塑件為批量生產(chǎn)，考慮塑件表面盡量光滑，同時也要減少相應(yīng)熔接痕和氣穴的產(chǎn)生，故該模具需布置合理的冷卻水道，故在動、定模仁上分別布置平面環(huán)形排列形式的冷卻水路[6]，有利于塑件成形及冷卻，水路布置如圖7所示：

圖7　定模仁和動模仁水道的布置

三、模具工作原理

由上述設(shè)計原理可知：該模具結(jié)構(gòu)如圖8所示。其工作過程為注射、保壓、冷卻及開模。具體如下：

(1)模具開模時，定模固定不動，動模在注塑機(jī)移動板帶動下，隨注塑機(jī)移動模板移動到一定位置時，推板墊板3推動推板固定板4，推桿固定板推動推桿6，從而推動塑件，并將塑件切斷分離，推桿6運(yùn)動到一定距離時，塑件與澆注系統(tǒng)凝料在重力作用下自動脫落。

(2)合模時，注塑機(jī)頂桿退回，在復(fù)位桿26工作彈簧作用下，推出機(jī)構(gòu)回位，完成合模，進(jìn)入下一個循環(huán)。

圖8　模具裝配圖

1.動模座板；2.螺釘Ⅰ；3.推板墊板；4.推板固墊板；5.墊塊；6.推桿；7.導(dǎo)柱；8.定模板；9.導(dǎo)套；10.定模座板；11.定位圈；12.澆口套；13.螺釘Ⅱ；14.螺釘Ⅲ；15.螺釘Ⅳ；16.螺釘Ⅴ；17.上模仁；18.下模仁；19.螺釘Ⅵ；20.拉料桿；21.支承板；22.螺釘Ⅶ；23.推板導(dǎo)柱；24.螺釘Ⅷ；25.推板導(dǎo)套；26.復(fù)位桿；27.矩形彈簧；28.下模仁型芯；29.上模仁型芯；30.動模板；31.支承柱；32.限位釘；33.螺釘Ⅸ

四、結(jié)論

由上述設(shè)計原理可知：針對該壁高筋導(dǎo)音管塑件來講，分型面的選擇最為關(guān)鍵，它決定了該模具的結(jié)構(gòu)。借助moldflow軟件的仿真，可有效地的保證該模具設(shè)計的質(zhì)量，就該模具結(jié)構(gòu)而言，最佳的澆口位置為塑件外表面大圓弧段向直線段過渡處，采用分型面間隙排氣最為合理。就保證該件成型和冷卻效果而言，動定模仁采用平面環(huán)形的冷卻水路最為合適。經(jīng)實際生產(chǎn)驗證，結(jié)構(gòu)合理，模具運(yùn)動平穩(wěn)可靠，塑件質(zhì)量可滿足各項技術(shù)指標(biāo)要求。