張曉陸

（江蘇春蘭機(jī)械制造有限公司，江蘇泰州，225300）

1 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也越來越頻繁。與之相關(guān)的模具成型部分及相關(guān)機(jī)構(gòu)也會(huì)隨之發(fā)生變化，如何降低整套模具的開發(fā)制造周期就顯得特別重要了。為了最大限度降低模具的設(shè)計(jì)開發(fā)周期，現(xiàn)在人們?cè)絹碓街匾暷＞叩臉?biāo)準(zhǔn)化工作，將同種類型不同型號(hào)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)出企業(yè)內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)模架及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)件（包括標(biāo)準(zhǔn)流道設(shè)計(jì)），這樣我們?cè)谀＞咴O(shè)計(jì)開發(fā)過程中只要把產(chǎn)品三維建模與分模完成后，直接將模芯、型芯等零件裝配到對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模架中即可。這樣我們只要細(xì)化斜推、滑塊等機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就可輕松完成整付模具的設(shè)計(jì)開發(fā)工作。由于模具在制造過程中涉及到的機(jī)加工與電加工的范圍比較廣，因此模具設(shè)計(jì)開發(fā)要遵循易加工的原則，最大限度減少模具的加工周期。本文結(jié)合作者多年的注射模具設(shè)計(jì)與制造經(jīng)驗(yàn)，以壁掛空調(diào)器面板注射模具的設(shè)計(jì)為例，對(duì)注射模具設(shè)計(jì)方法與技巧加以闡述。

2 零件三維建模

該模具設(shè)計(jì)的依據(jù)是塑件圖紙和塑料制件樣品。對(duì)于塑件圖紙，要注意圖紙的技術(shù)要求，許多圖紙明確給出尺寸公差等級(jí)、未注圓角、產(chǎn)品壁厚等，這些在模具設(shè)計(jì)時(shí)必須加以注意；對(duì)于塑料制件樣品，重點(diǎn)是在樣件上提取有用的模具設(shè)計(jì)信息，避免在設(shè)計(jì)上走彎路，這些信息包括分型面的位置、澆口的位置和形式、頂桿的大小與分布、抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等等。該塑件材料為ABS，顏色為乳白色，按統(tǒng)一色板檢驗(yàn)。制件成型后要求表面平整光潔，無扭曲變形、裂紋、流痕、熔接痕等外觀缺陷，U面平直度≥1mm。尺寸公差按GB/T14486-MT5級(jí)執(zhí)行，壁厚為2.5mm，未注倒圓角為R0.5mm，外表面不允許設(shè)置澆口。設(shè)計(jì)人員要認(rèn)真消化圖紙，特別是尺寸的標(biāo)注是否準(zhǔn)確、齊全，有沒有未注脫模斜度、公差要求、裝配要求等等，熔接痕、縮孔等成型缺陷的允許程度，若存在這些方面的問題，就得及時(shí)與客戶取得聯(lián)系，把存在的疑問一一消除。該塑件采用proeWildfire軟件進(jìn)行三維建模，形狀如圖1所示,整個(gè)產(chǎn)品建模完成大概需0.5～1天時(shí)間，并且在三維造型過程中要特別注意校驗(yàn)整體與卡勾的裝配尺寸及相互配合產(chǎn)品的脫模斜度，以免在設(shè)計(jì)中產(chǎn)生不必要的失誤。

圖1 面板塑件（含流道與冷卻系統(tǒng)）

3 模具設(shè)計(jì)

3.1 分型面的選擇及排氣槽設(shè)計(jì)

圖2 塑件分模設(shè)計(jì)

考慮到動(dòng)、定模芯的機(jī)加工工藝性與點(diǎn)澆口、澆注系統(tǒng)位置的合理布置，分型面的選擇如圖2所示，這樣既不會(huì)影響塑件的尺寸精度及外觀，避免產(chǎn)生飛邊，同時(shí)又能使塑料完好地成型，有利于脫模，且使塑件完全留在動(dòng)模，便于頂出塑件。排氣槽設(shè)置的位置選在分流道末端及熔融塑料體的熔合線處，排氣槽深度≤0.04mm，寬度為8mm，以防溢流，同時(shí)塑件還可通過分型面與動(dòng)模芯和頂桿、滑塊的配合間隙進(jìn)行排氣。

3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該模具采用1模1腔結(jié)構(gòu)，塑件外表面不允許開設(shè)澆口，以免影響其外觀，又考慮到取料時(shí)在塑件與澆注系統(tǒng)連接處能自動(dòng)剪斷，決定在前后兩個(gè)小長(zhǎng)方形安裝面上采用具有直流道與分流道的點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)。通過運(yùn)用MoldFlow軟件進(jìn)行流動(dòng)分析，得出如圖1所示最佳的點(diǎn)澆口數(shù)量與位置，合理的流道系統(tǒng)形狀和排布位置，并對(duì)型腔尺寸、澆口尺寸、流道尺寸進(jìn)行優(yōu)化。在主流道和分流道末端設(shè)有冷料穴，以防澆口被熔融塑料前鋒面上的冷料堵塞。為了使主流道凝料易于脫出主流道襯套，將主流道設(shè)計(jì)成錐度為3°的錐形，主流道襯套小端直徑為5mm，其球面半徑為SR20mm，內(nèi)表面粗糙度為Ra0.4um。為了易于頂出分流道中的凝料，決定采用改進(jìn)梯形截面（其尺寸為：大端12mm，深7mm，根部圓角R4，斜度為6°）。為了使分流道凝料易于脫出分流道，將分流道設(shè)計(jì)成錐度為4°的錐形，其中分流道小端直徑為1.5mm，以便于開模時(shí)將分流道自動(dòng)拉斷。

3.3 確定模架

通過上述的設(shè)計(jì)步驟，塑件成型所需的水平面的投影大小基本得以確定，再考慮到動(dòng)定模芯、拉桿、復(fù)位桿、導(dǎo)柱、導(dǎo)套等位置是否相互干涉，從而可估算出模具的水平面的投影尺寸。確定動(dòng)模套板和定模套板的厚度。模板的厚度主要取決于塑件的高度、模板的面積、以及冷卻水道排布等。強(qiáng)度和剛度計(jì)算是一種方法，但耗時(shí)較長(zhǎng)，我們主要依靠經(jīng)驗(yàn)確定。確定時(shí)要考慮模芯的固定深度和方、相互之間的配比等。在本模具中，動(dòng)、定模套板的厚度分別為250mm、150mm。另外，模腳的高度需根據(jù)實(shí)際塑件的特點(diǎn)而定。若型腔較深，需加高墊塊以保證足夠的頂出距離，在此模腳高度為180mm，頂出距離為90mm。整個(gè)模架在proeWildfire2.0裝配模塊中進(jìn)行三維造型和裝配。將模架造好之后，再完善各個(gè)模板的尺寸與導(dǎo)柱、導(dǎo)套、復(fù)位桿、大小拉桿等在模架中的位置尺寸，最后確定該模具的最大外形尺寸為1420×710×692。模架采用三板式細(xì)水口結(jié)構(gòu)（如圖3所示，今后凡是該類型的面板模具均可用該模架），按下料單定作，擬選用UBE-1300型注塑機(jī)。

圖3 注射模模架圖

3.4 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于塑件上有和開模方向不同的側(cè)向凸凹，故需確定其勾卡的側(cè)抽方式，如斜導(dǎo)柱、斜滑塊、斜頂、斜推、液壓油缸等。考慮到該面板模具抽芯距離不大、加工工藝和制造成本等因素，決定擬采用斜頂，但由于卡子之間的距離太近，若全部采用斜頂就會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象，故可采用7個(gè)斜頂、1個(gè)斜推進(jìn)行側(cè)抽芯,斜頂與斜推傾斜角度根據(jù)側(cè)抽芯距離而定。為了保證頂出平穩(wěn)可靠，決定采用雙油缸頂出復(fù)位系統(tǒng)，同時(shí)配有行程開關(guān)進(jìn)行行程控制，通過頂桿、斜頂和斜推等將塑件從動(dòng)模芯中頂出。這樣，不僅工作效率高，而且有利于提高模具壽命。流道系統(tǒng)依靠拉模器和大小拉桿的限位作用進(jìn)行卸料。

3.5 其它模具零件的三維造型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在分模設(shè)計(jì)與模架設(shè)計(jì)完畢后，緊接著要進(jìn)行其它模具零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同樣在proeWildfire2.0裝配模塊中進(jìn)行剩余零部件的三維造型和裝配，由于零部件較多，在此不再詳述，但造型完畢后要注意進(jìn)行全局干涉檢查，若存在零部件間的干涉還得進(jìn)行修改。最后，進(jìn)行流道系統(tǒng)和頂桿孔的三維造型設(shè)計(jì)，流道按Moldflow軟件分析結(jié)果進(jìn)行三維設(shè)計(jì)即可，而頂桿孔的設(shè)計(jì)既要顧及易蓄模的地方，又要考慮到冷卻水道的布置問題，其位置排布如圖4所示。

3.6 確定冷卻水道的分布形式

塑料充滿型腔后，應(yīng)通過冷卻使之定型，從而得到制品。冷卻水道的分布應(yīng)遵循一定的原則，總的來說，應(yīng)保證塑件充分冷卻且收縮平衡，而又不與其它零部件、孔系發(fā)生連通現(xiàn)象，以免漏水。本例中水道縱向排布，直徑為12mm，具體布置形式見圖1。冷卻系統(tǒng)設(shè)有翻水孔，以增加冷卻效果，同時(shí)采用O型密封圈密封，以免出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，而且快速管接頭不要露在模具外面，以免吊裝和放置模具時(shí)將其壓壞。

圖4 注射模裝配圖

3.7 下料與繪制模具圖紙

在進(jìn)行注射模具設(shè)計(jì)時(shí)，選材非常重要，如果模具材料選擇的不恰當(dāng)，很可能會(huì)影響模具的使用壽命和工作效率，因此，必須嚴(yán)格按照制造工藝合理選擇模具材料。模具設(shè)計(jì)構(gòu)思的過程，也就是模具圖紙的繪制過程。隨著CAD/CAM技術(shù)的迅速發(fā)展，無圖紙加工雖已日見普遍，但是在一般的實(shí)際加工過程中模具圖紙仍然是必不可少的，因?yàn)樗芙o操作工和鉗工等提供一些重要位置尺寸、裝配尺寸、技術(shù)要求、形位公差、粗糙度等。現(xiàn)僅將該模具的裝配圖（如圖4所示）展示給大家，僅供參考。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合自己多年的注射模設(shè)計(jì)與制造經(jīng)驗(yàn),以明確而簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)思路詳細(xì)介紹了從零件三維建模、分模設(shè)計(jì)、模架三維裝配設(shè)計(jì)、模具零部件三維造型到模具裝配二維圖一整套注射模設(shè)計(jì)方法與技巧。通過掌握上面的設(shè)計(jì)方法與技巧,有利于提高模具設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平和工作效率,縮短新產(chǎn)品的模具開發(fā)周期,從而為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.