柳亞輸，李衛(wèi)民，張 遜

(泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電技術(shù)學(xué)院，江蘇泰州 225300)

0 引言

該按鈕用于家用電器上屬于透明盒蓋類產(chǎn)品。這類產(chǎn)品對(duì)表面質(zhì)量要求較高，尤其不能出現(xiàn)常見(jiàn)的蛇紋、氣泡、色差、縮印、刮花、黑點(diǎn)等缺陷。此外必須具有高透明度，還要有一定的強(qiáng)度和耐磨性，能抗沖擊，耐熱性和耐化學(xué)藥品性要好;吸水率要小，而該類塑料多為熔點(diǎn)高、流動(dòng)性差的塑料，因此成型工藝條件需嚴(yán)格甚至特殊控制，在生產(chǎn)過(guò)程中難免出現(xiàn)產(chǎn)品缺陷［1-2］。因此如何采取措施避免缺陷產(chǎn)生就顯得尤為重要。目前，CAD/CAE/CAM技術(shù)用于模具設(shè)計(jì)及制造，已成為一門綜合性的學(xué)科，并且發(fā)揮著重要作用［3］。

1 塑件結(jié)構(gòu)和要求分析

圖1是按鈕產(chǎn)品圖，尺寸為 Φ 13.3×3mm，總體看屬于小型件，質(zhì)量要求較高。在小型塑件模具設(shè)計(jì)中，澆注和分型問(wèn)題一直是影響產(chǎn)品質(zhì)量最重要的因素。采取措施優(yōu)化分型面和澆注系統(tǒng)是設(shè)計(jì)和制造按鈕模具的關(guān)鍵，也是生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的關(guān)鍵。

該按鈕，材料選用透明ABS，要求塑件封閉端面和側(cè)面表面光滑、無(wú)飛邊、蛇紋、縮印、黑點(diǎn)等缺陷，使用HT-5880注塑機(jī)生產(chǎn);裝配要求(按鈕與面板的裝配公差為±0.2mm)。塑件體積較小，尺寸精度要求不高，形狀比較規(guī)則，表面質(zhì)量要求較高。

按鈕整體是圓柱形、中空、一端封閉結(jié)構(gòu)，端面和側(cè)面是模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和關(guān)鍵;因?yàn)檫@些面要求表面光滑、不允許出現(xiàn)飛邊。

圖1 按鈕零件圖

2 塑件成型工藝分析

從成型工藝考慮，脫模機(jī)構(gòu)一般設(shè)計(jì)在動(dòng)模上，動(dòng)模一般用來(lái)成型塑件的內(nèi)表面，定模用來(lái)成型塑件外表面。動(dòng)模側(cè)的推桿、推板、頂針等推出機(jī)構(gòu)和型芯端面會(huì)在塑件表面留下痕跡，從而影響塑件表面質(zhì)量。此外分型面處往往會(huì)出現(xiàn)飛邊、縮印等缺陷。按鈕是透明件對(duì)表面質(zhì)量要求要遠(yuǎn)高于一般塑件，所以綜合考慮分型面只能選在按鈕的中空端面處。

澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要考慮使熔融態(tài)塑料具有較好的流動(dòng)性、充填性，防止出現(xiàn)澆不滿和熔接痕等缺陷?？紤]到塑件尺寸小，分型面處質(zhì)量要求不高，初步采用點(diǎn)澆口直接進(jìn)澆的方式。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 型腔數(shù)目確定

由于該產(chǎn)品尺寸較小，屬于中批量生產(chǎn)，且尺寸精度要求在成型許可范圍內(nèi)，初步考慮采用一模四腔的排位，平衡式布局如圖2所示，保證塑件成型質(zhì)量、提高生產(chǎn)率降低成本。

3.2 分型面確定

分型面是決定模具結(jié)構(gòu)和最終產(chǎn)品質(zhì)量的最重要因素之一。分型面的選擇好壞，直接決定了模具設(shè)計(jì)和制造的優(yōu)劣;因此分型面選擇至關(guān)重要。分型面主要受排位、塑件形狀和精度、澆口位置、測(cè)抽芯、加工設(shè)備、頂出位置等多種因素的影響。它的選擇直接決定著塑件的最終質(zhì)量［4-5］。本產(chǎn)品端面和側(cè)面要求表面光滑、不允許出現(xiàn)飛邊;結(jié)合上文成型工藝分析，所以分型面選在中空端面處。

3.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要考慮使熔融態(tài)塑料具有較好的流動(dòng)性、充填性和一模四腔的排位;防止出現(xiàn)澆不滿和熔接痕等缺陷。澆口截面形狀通常有三種:點(diǎn)交口、扇形澆口和矩形澆口?？紤]到塑件尺寸小，分型面處質(zhì)量要求不高，初步采用點(diǎn)澆口直接進(jìn)澆的方式;這樣有利于減少模具設(shè)計(jì)和制造的難度，降低成本、提高生產(chǎn)效率。

3.4 模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

透明按鈕塑料模具采用三板模結(jié)構(gòu)，分型面選擇按鈕中空端面的底部，澆注系統(tǒng)為一模四腔的點(diǎn)澆口直接進(jìn)澆方式，采用直接抽芯的成型方式;在UG軟件中調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模架進(jìn)行模具的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖2 模具排位

4 模流分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)

用UG軟件按照透明按鈕的尺寸進(jìn)行三維造型，將造型好的三維模型導(dǎo)入CAE軟件Moldflow中，對(duì)影響產(chǎn)品質(zhì)量最重要的因素塑料充填情況和流道平衡情況進(jìn)行分析。

在充填分析時(shí)，具體分析序列選擇充填，工藝設(shè)置中，模具表面溫度設(shè)為60℃，熔體溫度設(shè)為240℃。充填控制選擇流動(dòng)速率，由未帶流動(dòng)系統(tǒng)的充填分析日志可以看出，制品總體積為0.259mm3，注射時(shí)間為0.35s，所以流動(dòng)速率 0.74cm3/s。速度/壓力切換選擇充填體積，設(shè)為100%，保壓控制選擇充填壓力與時(shí)間，保壓控制曲線設(shè)置為10s的100%充填壓力。工藝參數(shù)設(shè)置完成后，將豎直流道的流道平衡約束設(shè)置為固定，使流道平衡分析時(shí)更改的只是水平分流道的尺寸，這樣，也方便加工，不至于因?yàn)榱鞯榔胶馐沽鞯莱叽绺牡暮茈x譜，且改動(dòng)量也小，工作量也小。完成以上設(shè)置后，雙擊開(kāi)始分析。

圖4 澆注系統(tǒng)

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)默認(rèn)的流道模式和前面創(chuàng)建的一模四腔的流道模式進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)采用一模八腔的流道系統(tǒng)塑料的充填性和生產(chǎn)效率最好。最終根據(jù)軟件分析結(jié)果，對(duì)澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和尺寸進(jìn)行優(yōu)化，采用如圖4所示澆注系統(tǒng)。

5 模具投產(chǎn)

在前面進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)和模擬分析基礎(chǔ)上，按照優(yōu)化后的尺寸進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和制造。制造過(guò)程中要特別注意模具型芯和型腔的配合，尤其在零件加工完成后進(jìn)行裝配時(shí)，要特別注意型芯和模具型腔、頂針和模腔、拉料桿和流道間配合公差必須控制在±0.03mm以內(nèi);否則產(chǎn)品投產(chǎn)時(shí)很容易出現(xiàn)飛邊、縮印等缺陷。最終制造出模具如圖5所示。

圖5 模具實(shí)物圖

模具試模過(guò)程非常順利，僅用1 h試模產(chǎn)品質(zhì)量就達(dá)到了合格，能夠滿足廠家使用要求(因工廠技術(shù)保密需要，試模產(chǎn)品圖暫無(wú)法提供)。整個(gè)設(shè)計(jì)到試模流程只花費(fèi)了7天，與傳統(tǒng)模式20天的周期相比大大節(jié)省時(shí)間和試模成本，極大提高了生產(chǎn)效率。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)某種家電按鈕進(jìn)行結(jié)構(gòu)和成型工藝性分析，再利用UG軟件對(duì)該塑件注射模具進(jìn)行設(shè)計(jì)(包括確定分型面、型腔數(shù)量、澆注系統(tǒng));然后利用MOLDFLOW軟件對(duì)塑料充模和流道平衡情況進(jìn)行分析，優(yōu)化模具澆注系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上完成模具的制造。實(shí)踐證明采用這種方法進(jìn)行模具設(shè)計(jì)與制造，可以大幅度縮短模具設(shè)計(jì)、制造的周期，明顯的降低成本，提高了企業(yè)的利潤(rùn)和生產(chǎn)率。

［1］ 鄒繼強(qiáng).塑料制品及其成型模具設(shè)計(jì)［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2005.

［2］ 李學(xué)鋒.塑料模設(shè)計(jì)及制造［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［3］ 劉 玲.模具CAD/CAE/CAM的發(fā)展和展望［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2004，7(3):5-6.

［4］ 柳亞輸，李曙生，楊金娥，等.電連接器防塵蓋注射模具設(shè)計(jì)［J］.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，13(3):57.

［5］ 鐘燕輝，劉軍輝，邱志文.基于UG的內(nèi)螺改瓶蓋注塑模設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械，2011(11):57-59.