王洪武

（青島科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，山東 青島266061）

0 前言

殼蓋類制件是常見的塑料注射制品，在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用非常廣泛。很多殼蓋類塑件內(nèi)壁都帶有凸臺(tái)或凹槽，注射模中需要設(shè)置抽芯機(jī)構(gòu)［1-2］，從而造成模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化。在多用工作燈后蓋注射模設(shè)計(jì)中，利用成型頂桿成型制件的凸臺(tái)，不用另外設(shè)置抽芯機(jī)構(gòu)，從而簡(jiǎn)化了模具結(jié)構(gòu)，降低了模具成本，提高了模具可靠性，并有利于一模多腔技術(shù)的應(yīng)用。

本文設(shè)計(jì)了多用工作燈后蓋注射模，介紹了模具總體結(jié)構(gòu)、注射機(jī)的選擇及參數(shù)校核、成型零件、澆注系統(tǒng)及脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

1 塑件結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的塑件結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 多用工作燈后蓋塑件

多用工作燈后蓋的材料為ABS。從結(jié)構(gòu)上分析，該制品的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但需考慮塑件應(yīng)有一定的厚度。壁厚太薄，熔料充滿型腔時(shí)的流動(dòng)阻力大，會(huì)出現(xiàn)缺料現(xiàn)象；而壁厚太厚，塑件內(nèi)部又會(huì)產(chǎn)生氣泡、外部會(huì)產(chǎn)生凹陷等現(xiàn)象，同時(shí)還增加了成本。壁厚不勻還造成收縮不均。因此，塑件的壁厚一般為1～4mm為宜。此塑件壁厚為2mm。另外，塑件內(nèi)壁有凸臺(tái)，需要考慮利用專門的成型頂桿成型。

2 模具設(shè)計(jì)

模具結(jié)構(gòu)見圖2。該結(jié)構(gòu)適用于內(nèi)壁單方向有凸臺(tái)（或凹槽）的制件成型模具。制件的凸臺(tái)利用頂桿成型，不必另設(shè)置抽芯機(jī)構(gòu)。成型頂桿與頂出桿同時(shí)將制品頂出主型芯。由于澆口流道的收縮和移模架的運(yùn)動(dòng)沖擊，制品便可自動(dòng)脫落或用手取出。必須注意的是，頂出桿與制品的間距需大于凸臺(tái)（或凹槽）的高度。

2.1 注射機(jī)的選擇及各項(xiàng)參數(shù)的校核

綜合考慮塑件的質(zhì)量、投影面積、幾何形狀、制品精度、生產(chǎn)批量等因素，選用螺桿式注射機(jī)，型號(hào)為SZ-100／630，有關(guān)參數(shù)見表1。

表1 SZ-100／630注射機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)

（1）最大注射量的校核

注射機(jī)的理論注射量為100cm3，而注射模一次成型需要的熔料量約67cm3，在注射機(jī)理論注射量的10%～80%范圍內(nèi)，滿足注射要求。

（2）注射壓力的校核

ABS所需注射壓力為60MPa～100MPa，小于所選注射機(jī)的注射壓力164.5MPa，所選注射機(jī)的注射壓力符合要求。

（3）鎖模力的校核

注射成型時(shí)，模具所需的鎖模力與塑件在豎直分型面上的投影面積有關(guān)。為了可靠地鎖模，不使成型過(guò)程中出現(xiàn)溢漏現(xiàn)象，應(yīng)使塑料熔體對(duì)型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機(jī)額定鎖模力［3］。

式中：A1為每個(gè)塑件在分型面上的投影面積，mm2；A2為澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，mm2；n為型腔數(shù)量；P為型腔壓力，MPa；F為鎖模力，N。

因?yàn)橄迭c(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)投影面積A2≈0。已知注射壓力P0＝164.5MPa，實(shí)際的模具型腔及流道塑料熔體的平均壓力P＝kP0（k為損耗系數(shù)，取值范圍為1／3～1／4），則P＝54.67 MPa。經(jīng)計(jì)算nA1×P＝345.6kN，所選注射機(jī)鎖模力為630kN，符合鎖模力要求。

（4）模具閉合高度的校核

各種規(guī)格的注射機(jī)可安裝模具的最大厚度和最小厚度一般都有限制，所設(shè)計(jì)的模具閉合高度必須在最大厚度和最小厚度之間［4］。本設(shè)計(jì)中模具閉合高度為160mm，所選注射機(jī)允許的模具最大厚度為300mm，最小厚度為150mm，符合要求。

2.2 成型零件的設(shè)計(jì)

成型尺寸包括凹模（型腔）與凸模（型芯）徑向尺寸、型腔深度或型芯高度等。工作尺寸確定除了根據(jù)塑件的尺寸及精度要求外，還必須考慮下列影響塑件尺寸精度的因素［5］：

（1）成型零件的制造公差δZ

一般取塑件公差Δ的1／3～1／6，對(duì)中小型塑件，取δZ＝Δ／3；對(duì)大型塑件，取δZ＜Δ／3。

（2）成型零件的磨損量δC

成型零件的最大磨損量對(duì)中小型塑件模具，取δC＝Δ／6；對(duì)大型塑件模具，取δC＜Δ／6。

（3）成型收縮率S

成型收縮率隨塑件結(jié)構(gòu)與形狀，如塑件壁厚、有無(wú)嵌件等的影響而變化。一般計(jì)算收縮率取其平均值，即SCP＝（Smax＋Smin）／2。本設(shè)計(jì)中塑件材料為ABS。查得ABS的收縮率為0.3%～0.8%，所以平均收縮率SCP＝0.55%。

圖2 模具結(jié)構(gòu)

考慮到模具制造條件和塑件的實(shí)際要求，成型零件的公差等級(jí)取MT 6級(jí)。

成型零件的工作尺寸可按公式（2）～（5）計(jì)算：

（1）型腔徑向尺寸

式中：LM為型腔徑向尺寸，mm；LS為塑件外形尺寸，mm；SCP為塑件平均收縮率；x為修正系數(shù)，一般為1／2～3／4，對(duì)中小型塑件，取3／4；Δ為塑件公差，mm；δZ為成型零件制造公差，mm。

（2）型腔深度

式中：HM為型腔深度，mm；HS為塑件高度基本尺寸，mm；SCP為塑件平均收縮率；x′為修正系數(shù)，一般為1／2～2／3，對(duì)中小型塑件，取2／3；Δ為塑件公差，mm；δZ為成型零件制造公差，mm。

（3）型芯徑向尺寸

式中：lm為型芯徑向尺寸，mm；ls為塑件內(nèi)形基本尺寸，mm；SCP為塑件平均收縮率；Δ為塑件公差，mm；δZ為成型零件制造公差，mm。

（4）型芯高度

式中：hm為型芯高度，mm；hs為塑件孔深基本尺寸，mm；SCP為塑件平均收縮率；Δ為塑件公差，mm；δZ為成型零件制造公差，mm。

2.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)是指熔體從注射機(jī)噴嘴射出后到達(dá)型腔之前在模具內(nèi)流經(jīng)的通道。該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)。普通流道澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。

（1）主流道的設(shè)計(jì)

主流道是指從噴嘴口起到分流道入口處的一段，是連接注射機(jī)噴嘴與分流道或型腔的流動(dòng)通道，與注射機(jī)噴嘴一般在同一軸線上，料流方向不改變。斷面形狀為圓形。經(jīng)查手冊(cè)［6］，主流道的設(shè)計(jì)，如圖3所示。

圖3 主流道

在本設(shè)計(jì)中對(duì)主流道的設(shè)計(jì)如下：錐角 5°；主流道進(jìn)料口處的球面半徑 18mm；凹入深度3mm；進(jìn)口處直徑 4mm；主流道長(zhǎng)度 68mm。

（2）分流道的設(shè)計(jì)

分流道的布置取決于型腔的布局，兩者相互影響。該模具為一模兩腔，采用平衡式布置。平衡式布置要求從主流道至各個(gè)型腔的分流道，其長(zhǎng)度、形狀、斷面尺寸等都必須對(duì)應(yīng)相等，達(dá)到各個(gè)型腔的熱平衡和塑料容量平衡。因此，各個(gè)型腔的澆口尺寸也可以相同，達(dá)到各個(gè)型腔均衡地進(jìn)料。

（3）澆口的設(shè)計(jì)

澆口是連接分流道與型腔之間的一段細(xì)流道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。澆口的形狀、數(shù)量、尺寸和位置等對(duì)塑件質(zhì)量影響很大。澆口的主要作用：型腔充滿后，熔體在澆口處首先凝結(jié)，防止其倒流；易于切除澆口凝料；對(duì)于多型腔的模具，用以平衡進(jìn)料。本模具設(shè)計(jì)采用一模兩腔的形式，根據(jù)其特點(diǎn)設(shè)有分流道，采用點(diǎn)澆口。

（4）冷料井和拉料桿的設(shè)計(jì)

冷料井是為了除去料流中的前鋒冷料而設(shè)置的。冷料井中常設(shè)有拉料結(jié)構(gòu)，以便開模時(shí)將主流道凝料拉出。本設(shè)計(jì)采用帶Z形頭拉料桿的冷料井，這種冷料井適合于彈性較好的塑料。本設(shè)計(jì)中，由于為一模兩腔點(diǎn)澆口式結(jié)構(gòu)，拉料桿的主要作用是開模時(shí)拉住凝料，使點(diǎn)澆口斷開，凝料與制件分離，所以設(shè)計(jì)為流道拉料桿，固定在前頂板上。

2.4 脫模機(jī)構(gòu)

在注射成型的每一循環(huán)中，塑件必須由模具型腔中脫出，脫出塑件的機(jī)構(gòu)稱為脫模機(jī)構(gòu)或頂出機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用頂桿脫模機(jī)構(gòu)，一般用于脫模力較小的腔類塑件。成型頂桿與頂出桿同時(shí)將制品頂出主型芯，由于澆口流道的收縮和移模架的運(yùn)動(dòng)沖擊，制品便可自動(dòng)脫落或用手取出。

在脫模力計(jì)算中，λ＝l／t＞10的為薄壁制件。式中：l為制品尺寸，mm；t為制品壁厚，mm。

對(duì)于本設(shè)計(jì)的制品，按薄壁件由于收縮給型芯的單位正壓力P計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算：

P＝ （E×ε×t×cos a）／［（1-μ）rcp］ （6）式中：E為塑料拉伸彈性模量，MPa；ε為塑料收縮率；μ為塑料泊松比；a為型芯的角度；r cp為塑件平均尺寸，mm；t為塑件壁厚，mm。

在本設(shè)計(jì)中查資料得到：E＝1 910MPa～1 980MPa，取1 980MPa；ε＝0.004～0.007，取0.007；μ＝0.3；a＝0°；rcp＝80mm；t＝2mm。將以上數(shù)據(jù)代入公式（6）中得到：P＝0.495MPa。

因?yàn)橹萍膬?nèi)表面積S為6084mm2，所以脫模力

F＝P×S＝3kN。本設(shè)計(jì)所選的注射機(jī)提供的開模力F′為46kN，F(xiàn)′＞F，符合要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了多用工作燈后蓋注射模。其特點(diǎn)是利用成型頂桿成型制件的凸臺(tái)，不必另外設(shè)置抽芯機(jī)構(gòu)，從而簡(jiǎn)化了模具結(jié)構(gòu)。該模具結(jié)構(gòu)合理﹑操作簡(jiǎn)單，能保證塑件的外觀和內(nèi)在質(zhì)量。在生產(chǎn)中，合理設(shè)計(jì)和調(diào)整注射成型工藝，可以得到符合要求的合格制品。

［1］ 徐勇軍，吳東明.數(shù)碼相機(jī)后蓋注射模設(shè)計(jì)［J］.工程塑料應(yīng)用，2009，37（6）：61-63.

［2］ 劉碩.塑料后蓋注射模設(shè)計(jì)［J］.模具制造，2008（11）：58-60.

［3］ 申開智.塑料模具設(shè)計(jì)與制造［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：13-14.

［4］ 北京化工大學(xué)，華南理工大學(xué).塑料機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.2版.北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，1998：310-312.

［5］ 張容清.模具設(shè)計(jì)與制造［M］.北京：高等教育出版社，2003：55-59.

［6］ 許發(fā)樾.實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001：192-199.