多孔管件的一體雙抽芯式注塑模設(shè)計

李帥耀

(貴州大學機械工程學院，貴州 貴陽 550025)

0 引言

注塑模滲透在生產(chǎn)生活的方方面面，實踐性和經(jīng)驗性要求很高。像一些重要的機械部件，或者是生活中實用的一些小工具，都可以通過模具成型生產(chǎn)出來[1]。如今，塑料行業(yè)正在迅速地發(fā)展，所涉足和應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣，同時國民經(jīng)濟的發(fā)展也極大推動著塑料工業(yè)的進步。塑料模具生產(chǎn)有著外形美觀、生產(chǎn)高效等優(yōu)點，其他產(chǎn)業(yè)對其需求越來越大，這為注塑模生產(chǎn)帶來了極大的機遇[2-3]。

在實際的設(shè)計制造中，基于UG的注塑模設(shè)計過程，在一定程度上可以縮短設(shè)計周期，是很多注塑模設(shè)計人員的一般選擇[4]。本次設(shè)計考慮到實際生產(chǎn)應(yīng)用，將兩個外抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計為一體，最終完成整個注塑模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

1 注塑模在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀

注塑模在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分廣泛，在整個模具行業(yè)中所占的比重大約為30%。隨著塑膠制品的推廣應(yīng)用，注塑模日漸成為各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備。從航天航空、汽車電子配件，再到茶杯、水管等生活用品，到處都有塑膠產(chǎn)品的身影[5-6]。

在我國，塑料產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用為注塑模的發(fā)展提供了廣闊的市場空間，同時新材料的研發(fā)使用和工藝的創(chuàng)新大大助力了注塑模行業(yè)的發(fā)展進步。在各種應(yīng)用需求的推動下，已經(jīng)形成了一條巨大的產(chǎn)業(yè)鏈條。塑膠產(chǎn)品市場總體趨熱發(fā)展[7]。但是自動化程度不高、制造精度低是制約我國注塑模具行業(yè)發(fā)展的因素。我國的注塑模行業(yè)在未來發(fā)展中應(yīng)該向著多功能、低成本和高精度的方向，進一步擴大自身發(fā)展[8]。

2 塑件成型工藝性分析

2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析

這次任務(wù)主要是針對給出的管狀零件進行注塑模具的設(shè)計。其三維圖如圖1所示，模型表面光滑沒有凹坑。

圖1 管件三維圖

圖2是塑件的零件圖，該塑件最大幾何尺寸是29.8 mm×20 mm×24.8 mm，壁厚1.6～3.1 mm，選用一般生產(chǎn)中使用的工程塑料ABS塑料。ABS材料的熔融流動性相對較好，適合注射成型。選擇材料設(shè)置收縮率，進行注塑模設(shè)計。

圖2 端蓋框零件圖

塑件為端蓋管狀，比較規(guī)則。要求生產(chǎn)出來的塑料產(chǎn)品表面平整光滑，沒有翹曲、皺折和裂紋等缺陷，同時要防止產(chǎn)生熔接痕。采用一般精度4級。塑件的平均壁厚為2 mm左右，脫模斜度為35′～1°30′。為了使注射充型流暢，取其脫模斜度為1°。

2.2 材料性能分析

ABS的質(zhì)地堅硬，韌性和剛性也比較高。同時它的抗沖擊性、耐化學腐蝕性以及電氣性能優(yōu)良，其中吸水性比較差，容易涂裝、著色。對應(yīng)的相關(guān)參數(shù)見表1。

表1 ABS的性能參數(shù)

3 注塑模內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計

3.1 整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

在模架的選擇上，為了符合節(jié)約制造原則和簡化模具結(jié)構(gòu)，使用二板模，和注塑機配合安裝，完成塑件產(chǎn)品的注塑生產(chǎn)。動定模在導柱導套的引導下精確對合，完成相對運動。斜導柱滑塊機構(gòu)5在生產(chǎn)中完成壁孔和側(cè)彎處的抽芯開模，最后由頂出機構(gòu)推出塑件制品。整體結(jié)構(gòu)方案如圖3。

圖3 結(jié)構(gòu)原理圖

為了防止注塑生產(chǎn)中產(chǎn)生壓力變形，動模板4下方設(shè)置支撐柱。另外在模板側(cè)面開孔放置鎖模塊，保證在挪動或運輸中不會從分型面處打開甚至掉落，造成損壞和安全事故。

3.2 型腔布局的設(shè)計

型腔數(shù)目的選擇，要先考慮一下這個制件本身的結(jié)構(gòu)；另外塑件產(chǎn)品的需求數(shù)量也是需要考慮進去的因素。塑件產(chǎn)品產(chǎn)量需求較小，使用單腔?？梢越档椭圃斐杀荆虼瞬捎靡荒Ｒ磺坏哪＞呓Y(jié)構(gòu)方案，既滿足了需求量，又降低了生產(chǎn)成本。

3.3 分型面選擇

分型面的選擇合理與否，會關(guān)系到塑件的質(zhì)量等很多問題。經(jīng)過分析塑件的中間平面的截面積是最大的，所以分型面取在這里，對應(yīng)的位置如圖4所示。

圖4 分型面示意圖

3.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計

3.4.1 澆口結(jié)構(gòu)形式的選用

該塑件對外觀的要求比較低，經(jīng)過分析后決定采用下面所展示的錐形側(cè)澆口。熔體在寬度方向可以實現(xiàn)均勻分配，從而降低內(nèi)應(yīng)力。

綜合考慮澆口位置的設(shè)計原則，澆口的結(jié)構(gòu)和位置設(shè)計如圖5所示。

圖5 澆口設(shè)計

3.4.2 主流道和分流道設(shè)計

主流道、分流道的長度應(yīng)該盡可能短，減少彎折。結(jié)合考慮澆口位置，主流道設(shè)計為偏離模具中心，按照要求偏心距不能超出模具外形尺寸的2/3。

主流道長度由模具結(jié)構(gòu)決定，初選L=58 mm；

主流道小端直徑：

d=d0(注射機噴嘴)+(0.5～1)mm=2.6 mm；

主流道大端直徑：

D=d+L主tanα=4 mm。

在注塑模系統(tǒng)中，分流道幾乎相當于一個承上啟下的中間區(qū)域，分流道的截面要根據(jù)塑料特性、加工性和模具結(jié)構(gòu)而定。最終決定選用圓形截面分流道，圓形截面形狀參數(shù)如表2。

該塑件所用材料為ABS，由表2可知，將分流道直徑設(shè)置為4 mm。

表2 圓形分流道參數(shù)

在主流道和分流道的末端設(shè)計冷料穴，儲藏冷料從而使熔體順利地充滿型腔。采用鉤頭式拉料桿，伸進冷料儲積的部位。考慮到主澆道偏離模具中心，因此設(shè)計雙拉料桿，使推桿固定板受到多點推力的作用，相對容易平衡推出，可減輕偏心對模具產(chǎn)生的不良影響。

3.5 側(cè)向抽芯機構(gòu)的設(shè)計

材料ABS的平均收縮率Scp為0.55%。

由GB1804—2000中m級可以查出來10.76公差值為±0.2，轉(zhuǎn)換標注形式10.76±0.2=10.960-0.4。

型腔徑向尺寸：

型腔縱向尺寸：

型芯部分工作尺寸：

側(cè)向型芯部分的工作尺寸計算：

3.5.1 抽芯方案的確定

該塑件的側(cè)面存在和開模方向不一致的孔和凹槽。經(jīng)分析，決定采用斜導柱滑塊形式的外側(cè)抽芯機構(gòu)。兩個抽芯部位在同一側(cè)，可以設(shè)計成一體雙抽芯的形式，簡化模具結(jié)構(gòu)。為避免模具結(jié)構(gòu)過于復雜，因此考慮將滑塊放在動模處。結(jié)構(gòu)如圖6。

圖6 抽芯機構(gòu)

依靠注塑機產(chǎn)生的開模力，傳遞到零件從而實現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)的分型和抽芯。斜導柱和滑塊會產(chǎn)生一個相對運動，而滑塊將在斜導柱的作用下，一方面沿開模的方向運動，另一方面會沿著橫向運動。橫向運動會使用于模具側(cè)向成型的機構(gòu)脫離出塑件內(nèi)部的凹凸部分。

3.5.2 抽芯距和抽芯力的計算

凹槽的抽芯深度為3.52 mm，側(cè)孔的抽芯深度為2.41 mm。相比之下，凹槽所需的抽芯深度較大，所以以凹槽的抽芯深度為準計算抽芯距。

s=s′+k=3.52+5.48=9 mm

一般情況下，抽芯力包括有抽芯時的阻力和塑件在冷卻及收縮之后產(chǎn)生的包緊力。

F=Ap(μcosα-sinα)

=(A1+A2)p(μcosα-sinα)

=(30.51+28.12)×25×(0.3×cos1°-sin1°)

=414 N

3.5.3 單斜導柱滑塊機構(gòu)的設(shè)計

斜導柱的直徑計算公式：

在實際的設(shè)計過程中，考慮的因素和計算相當復雜，查表并結(jié)合實際情況，取斜導柱的直徑d=8 mm。

斜導柱的長度：斜導柱一般分為三部分，而斜導柱的傾斜角α的確定要綜合考慮很多因素，通常的取值范圍是12°～30°。計算斜導柱的長度：

設(shè)計過程中，取β=15°，d2=10 mm，h=1.6 mm，d=8 mm，前面得到s=9 mm。代入計算得到L≈40 mm。在滑塊部分兩側(cè)配置滑塊壓條，每件滑塊壓條用螺釘固定。采用常規(guī)結(jié)構(gòu)，滑塊上方使用滑塊擋塊鎖緊。

圖7 頂出機構(gòu)

3.6 推出機構(gòu)的設(shè)計

在產(chǎn)品注塑成型后，要用推料桿將塑件頂出，推料桿固定在推料板固定桿上。整個推出機構(gòu)隨著動模一起運動，從而完成塑件脫模的過程?？紤]到塑件的形狀因素，設(shè)置4條推料桿，拉料桿由于偏心因素設(shè)計成2條，推出機構(gòu)在推出脫模的過程中，可以保證每一條頂桿都能受力均勻。

3.7 注塑模冷卻系統(tǒng)

為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點，在上下模中采用環(huán)形冷卻水道，具體設(shè)置在上下模的塑件外圍，管路直徑選擇6 mm。冷卻水道的設(shè)置不會對產(chǎn)品的注塑生產(chǎn)造成影響，在實際生產(chǎn)中能夠快速降低熱流道注塑的溫度，加快生產(chǎn)速度，對實際生產(chǎn)有很大幫助。

4 結(jié)語

在注塑模具設(shè)計制造中，選擇合理的分型面和靈活的抽芯成型機構(gòu)是改良生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。對于結(jié)構(gòu)復雜的模具，設(shè)計時要考慮結(jié)構(gòu)包括材料等各種特性，將可能發(fā)生的缺陷在設(shè)計階段就給予回避。

此次設(shè)計的注塑模具整體結(jié)構(gòu)合理，針對塑件外壁上的圓孔和側(cè)彎部位，將兩個抽芯塊設(shè)計為一體，有效簡化了模具本身的結(jié)構(gòu)，同時提高了應(yīng)用性，產(chǎn)品成型質(zhì)量得到提升。本次設(shè)計對抽芯式注塑模的設(shè)計研究是非常有借鑒意義和參考價值的，而且本設(shè)計具有較高的實用性和現(xiàn)實意義。