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養(yǎng)殖場泡沫槍發(fā)泡器外殼注塑模具設(shè)計(jì)

□甘露萍1何中秋1代有兵2王攀然1
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本文對養(yǎng)殖場泡沫槍發(fā)泡器進(jìn)行注塑模具的工藝與方案的分析，在此基礎(chǔ)上對模具進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先對工藝參數(shù)進(jìn)行了校核，并分析了工藝方案；其次設(shè)計(jì)了一套泡沫槍發(fā)泡器外殼注塑模具，最后基于CAD和UG軟件，繪制出模具二維總裝圖和三維零件總裝圖。設(shè)計(jì)成果既為泡沫槍的制造提供了可行性方案，也為其設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了可靠依據(jù)，同時(shí)為泡沫槍后續(xù)研究提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

作為塑料加工中重要的成型方法，注塑成型已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，并成為最有前途的塑料成型方法［1］。在工業(yè)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品開發(fā)過程中，時(shí)間、成本和質(zhì)量起著決定性的作用，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造技術(shù)的發(fā)展，模具的設(shè)計(jì)與制造時(shí)間大大縮短，模具技術(shù)應(yīng)加快調(diào)整步伐，提高模具設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平，以適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展的要求［2-3］。為縮短設(shè)計(jì)周期，一般將塑件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、制造和成型工藝進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)。本文將模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于泡沫槍發(fā)泡器外殼注塑模具設(shè)計(jì)并取得了良好的效果。

圖1　深孔手柄3D零件圖

1　工藝分析

該塑件復(fù)雜程度屬于中等水平，精度要求不高且生產(chǎn)量大，設(shè)計(jì)出的塑件3D零件圖如圖1所示。首先進(jìn)行塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于塑件材料為ABS，所以型腔的脫模斜度為0.35′～1°30′，型芯脫模斜度為30′～1°［1］；該管連接件壁厚均勻，塑件周邊和底部壁厚均為3 mm；設(shè)計(jì)時(shí)孔間距和孔到塑件邊緣的距離大于孔徑，孔的周邊增加壁厚，以保證塑件的強(qiáng)度和剛度。該塑件的ABS材料流動(dòng)性較好，因此尺寸均采用MT3級精度，未標(biāo)的尺寸采用MT5級精度。該塑件粗糙度外部表面為Ra0.2 μ m，內(nèi)部為Ra0.4 μm。用UG軟件進(jìn)行3D測量，可測得塑件質(zhì)量為：

m塑=ρV=1.05×56=58.8 g

式中：ρ-ABS密度，1.05 g/cm3。

2　工藝方案

注射成型工藝方案包括工藝過程分析、澆口種類及型腔數(shù)目確定和注塑機(jī)選擇與校核。

為保證注射模具產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)順利完成成型過程，應(yīng)完成以下3個(gè)步驟，即選用的塑料與設(shè)備的預(yù)處理、清洗料筒、選擇適合的脫模劑［4］。由于ABS材料吸水率極低，因此塑件成型前可以不進(jìn)行一般的干燥過程。在這里將硬脂酸鋅作為脫模劑。后處理采用退火處理1～3 h。本設(shè)計(jì)中深孔手柄塑件外表面質(zhì)量要求較高，故選用側(cè)澆口。此外，塑件尺寸不大，為節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模兩穴進(jìn)行生產(chǎn)加工。采用一模兩穴，至少需要注射量117.6 g（58.8×2），流道水口廢料10 g，總注塑量達(dá)到127.6 g，再根據(jù)工藝參數(shù)（主要為注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機(jī)為海天160X2B。注射方式為螺桿式。下面進(jìn)行注射量的校核與注射機(jī)的選擇。

2.1注射量校核

設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)，注射成型的塑料熔體與注射機(jī)的注射量關(guān)系應(yīng)滿足下列校核公式：

式中：n-型腔數(shù)量；

m1-塑件的體積（cm3）；

m2-澆注系統(tǒng)塑料的體積（cm3）。

本設(shè)計(jì)中：

n=2；m1=58.8 cm3；m2=10.0 cm3

M=2×58.8+10=117.6 g

注塑機(jī)額定注塑量為124 g，注射量符合要求。

2.2投影面積與鎖模力校核

注射成型時(shí)，投影面積與鎖模力關(guān)系必須滿足以下校核公式：

式中：n-型腔數(shù)量；

A1-投影面積1；

A2-投影面積2。

本設(shè)計(jì)中：n=2，A1=4 691mm2，A2=500 mm2時(shí)，nA1+A2=2×4 691+500= 9 882 mm2。

除此之外，注射成型時(shí)，還應(yīng)滿足以下校核公式，即：

F-注射機(jī)產(chǎn)生的額定鎖模力

（N），通常為20～40 MPa，

一般化制品為24～34 MPa，

精密化制品為39～44 MPa。

因此：（nA1+A2）P＜F，P=9 882× 30×1.1×0.001=326 kN＜1 600 kN，鎖模力符合要求。

2.3模具與安裝模具部分尺寸校核

模具厚度，即閉合高度必須滿足以下公式：

式中：Hmin-注射機(jī)許用最大模厚；Hmax-注射機(jī)許用最小模厚。

當(dāng)李小樹重新提起這個(gè)話題的時(shí)候，我躺在床上挑起半邊嘴角不經(jīng)意地輕笑了一聲。我想李小樹也會(huì)和我一樣，過不了兩天就會(huì)把這事忘得一干二凈，就像李小樹說要去尋找許春花一樣，我也只認(rèn)為他只是一時(shí)沖動(dòng)隨口說說而已。后來我又迷迷糊糊地睡著了，天不見亮的時(shí)候，手機(jī)又發(fā)神經(jīng)地響了起來。我瞄了一眼，看到又是李小樹撥過來的電話，這次我沒給他說話的機(jī)會(huì)，接起電話我就對著話筒吼：“李小樹，你到底有完沒完？你還讓不讓人睡覺了？”

本設(shè)計(jì)中模具的厚度為350 mm；180＜H＜500，符合要求。

設(shè)計(jì)模具時(shí)，必須校核所選用注射機(jī)的開模行程，這樣注射機(jī)的開模行程會(huì)與模具的開模距離相匹配，即：

Smax≥S=H1+H2+（5～10）mm+模厚（5）

式中：H1-推出的距離；

H2-塑件的高度，若為水口料的長度需再延長20～30 mm。

公式中，Smax=920 mm；H1=10 mm；H2=100+30=130 mm，總的開模距離需要H=140 mm以上，經(jīng)計(jì)算符合要求。頂出裝置為海天160X2B型注射機(jī)，為兩側(cè)推出機(jī)構(gòu)，經(jīng)檢查，能滿足將模具脫出的要求。

3　模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過設(shè)計(jì)，模具結(jié)構(gòu)的型腔布局如圖2所示。

3.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選用側(cè)澆口的設(shè)計(jì)。對主流道進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，選用海天160X2B注射機(jī)，其噴嘴直徑為3.5 mm，噴嘴球面半徑為16 mm（如圖3所示）。主流道設(shè)計(jì)的襯套如圖4所示。其中，襯套與定模板的配合選用H7/m6，用2個(gè)M6×20的螺釘將它們直接鎖定。分流道的設(shè)計(jì)，如圖5所示。

圖2　型腔布局方式

圖3　澆注系統(tǒng)與定位環(huán)、澆口套

圖5　主流道和側(cè)澆口的位置

3.2注射模成型零部件的設(shè)計(jì)［5-8］

注射模結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)應(yīng)保證它們具有合適的強(qiáng)度、剛度和良好表面質(zhì)量。

3.2.1成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主要包括型腔和型芯的設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)中，選用的整體式型腔和型芯（分別如圖6、7所示）。塑件采用ABS，型腔和型芯選用型號為718H的預(yù)硬模具鋼。

3.2.2成型零部件工作尺寸的計(jì)算

從熱模具中取出成型的塑料制件時(shí)，因冷卻及其他原因會(huì)導(dǎo)致尺寸減小或體積縮小，采用ABS材料的平均收縮率為0.5%，計(jì)算模具成型零部件工作尺寸的公式為：

圖6　型腔3D圖

圖7　型芯3D圖

式中：A-模具成型時(shí)，零部件在室溫下的尺寸；

B-塑料制件在室溫下的實(shí)際尺寸。

模具的制造公差為IT（7～8）等級，這里選用IT8等級，型芯工作尺寸公差為IT7等級。

3.2.3型芯型腔尺寸的計(jì)算

1）型腔徑向尺寸計(jì)算：

Lm=［（1+s）Ls-XΔ］+制造公差

=［（1+0.005）280-0.75×0.26］

=209.04（+0.26）

式中：Lm-模具型腔基本尺寸；

Ls-塑料制件基本尺寸；

s-塑料收縮率；

X-修正的系數(shù)（0.5～0.75）；

Δ-塑料制件基本尺寸公差。

2）型芯徑向尺寸計(jì)算：

Lm=［（1+s）Ls+XΔ］-模具制造公差

=［（1+0.005）38+0.75×0.26］

=38.19（-0.26）

3）型腔深度：

Hm=［（1+s）Hs-XΔ］+制造公差

=［（1+0.016）37.35-0.75×0.1］

=38.065（+0.1）

式中：Hm-模具型腔深度基本尺寸。

4）高度：

hm=［（1+s）Hs-XΔ］+制造公差

=［（1+0.016）38+0.75×0.1］

=37.766（-0.35）

式中：hm-型芯高度基本尺寸；

Hs-塑件凸起部分高度基本尺寸。

采用聚苯乙烯ABS，注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)利用循環(huán)水進(jìn)行冷卻，如圖8所示。選用模架的型號為：CI-3555-A80-B110-C100。采用液壓油缸側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，如圖9所示。

圖8　模具冷卻水路圖

圖9　液壓油缸側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)

圖10　三維總裝圖

4　總裝圖

通過對發(fā)泡器進(jìn)行塑料成型工藝設(shè)計(jì)，使用CAD和UG軟件繪制出發(fā)泡器外殼注塑模具的二維總裝圖和三維零件、總裝圖，三維總裝圖如圖10所示。

5　結(jié)論

研究了養(yǎng)殖場泡沫槍發(fā)泡器塑料成型工藝，設(shè)計(jì)出一套養(yǎng)殖場泡沫槍發(fā)泡器外殼注塑模具，使用CAD和UG軟件繪制出養(yǎng)殖場泡沫槍發(fā)泡器外殼注塑模具的二維總裝圖和三維零件、總裝圖。有效地降低了泡沫槍的研發(fā)或改進(jìn)成本，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)周期。本設(shè)計(jì)忽略了一些影響較小的因素，這些因素對設(shè)計(jì)的影響有待進(jìn)一步研究。

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