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養(yǎng)殖場泡沫槍發(fā)泡器外殼注塑模具設計

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本文對養(yǎng)殖場泡沫槍發(fā)泡器進行注塑模具的工藝與方案的分析，在此基礎上對模具進行了結構設計。首先對工藝參數進行了校核，并分析了工藝方案；其次設計了一套泡沫槍發(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。設計成果既為泡沫槍的制造提供了可行性方案，也為其設計和改進提供了可靠依據，同時為泡沫槍后續(xù)研究提供了技術基礎。

作為塑料加工中重要的成型方法，注塑成型已廣泛應用于各個領域，并成為最有前途的塑料成型方法［1］。在工業(yè)設計與產品開發(fā)過程中，時間、成本和質量起著決定性的作用，隨著計算機輔助設計與輔助制造技術的發(fā)展，模具的設計與制造時間大大縮短，模具技術應加快調整步伐，提高模具設計和制造技術水平，以適應現代發(fā)展的要求［2-3］。為縮短設計周期，一般將塑件設計、模具設計、制造和成型工藝進行一體化設計。本文將模具計算機輔助設計技術應用于泡沫槍發(fā)泡器外殼注塑模具設計并取得了良好的效果。

圖1　深孔手柄3D零件圖

1　工藝分析

該塑件復雜程度屬于中等水平，精度要求不高且生產量大，設計出的塑件3D零件圖如圖1所示。首先進行塑件結構設計，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；設計時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，以保證塑件的強度和剛度。該塑件的ABS材料流動性較好，因此尺寸均采用MT3級精度，未標的尺寸采用MT5級精度。該塑件粗糙度外部表面為Ra0.2 μ m，內部為Ra0.4 μm。用UG軟件進行3D測量，可測得塑件質量為：

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、澆口種類及型腔數目確定和注塑機選擇與校核。

為保證注射模具產品的質量，同時順利完成成型過程，應完成以下3個步驟，即選用的塑料與設備的預處理、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。本設計中深孔手柄塑件外表面質量要求較高，故選用側澆口。此外，塑件尺寸不大，為節(jié)省生產成本和提高生產效率，采用一模兩穴進行生產加工。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，總注塑量達到127.6 g，再根據工藝參數（主要為注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機為海天160X2B。注射方式為螺桿式。下面進行注射量的校核與注射機的選擇。

2.1注射量校核

設計模具結構時，注射成型的塑料熔體與注射機的注射量關系應滿足下列校核公式：

式中：n-型腔數量；

m1-塑件的體積（cm3）；

m2-澆注系統(tǒng)塑料的體積（cm3）。

本設計中：

n=2；m1=58.8 cm3；m2=10.0 cm3

M=2×58.8+10=117.6 g

注塑機額定注塑量為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，投影面積與鎖模力關系必須滿足以下校核公式：

式中：n-型腔數量；

A1-投影面積1；

A2-投影面積2。

本設計中：n=2，A1=4 691mm2，A2=500 mm2時，nA1+A2=2×4 691+500= 9 882 mm2。

除此之外，注射成型時，還應滿足以下校核公式，即：

F-注射機產生的額定鎖模力

（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-注射機許用最大模厚；Hmax-注射機許用最小模厚。

當李小樹重新提起這個話題的時候，我躺在床上挑起半邊嘴角不經意地輕笑了一聲。我想李小樹也會和我一樣，過不了兩天就會把這事忘得一干二凈，就像李小樹說要去尋找許春花一樣，我也只認為他只是一時沖動隨口說說而已。后來我又迷迷糊糊地睡著了，天不見亮的時候，手機又發(fā)神經地響了起來。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會，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？”

本設計中模具的厚度為350 mm；180＜H＜500，符合要求。

設計模具時，必須校核所選用注射機的開模行程，這樣注射機的開模行程會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，經計算符合要求。頂出裝置為海天160X2B型注射機，為兩側推出機構，經檢查，能滿足將模具脫出的要求。

3　模具結構設計

經過設計，模具結構的型腔布局如圖2所示。

3.1澆注系統(tǒng)的設計

澆注系統(tǒng)的設計選用側澆口的設計。對主流道進行設計時，選用海天160X2B注射機，其噴嘴直徑為3.5 mm，噴嘴球面半徑為16 mm（如圖3所示）。主流道設計的襯套如圖4所示。其中，襯套與定模板的配合選用H7/m6，用2個M6×20的螺釘將它們直接鎖定。分流道的設計，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　主流道和側澆口的位置

3.2注射模成型零部件的設計［5-8］

注射模結構形式設計應保證它們具有合適的強度、剛度和良好表面質量。

3.2.1成型零部件結構設計

主要包括型腔和型芯的設計，本設計中，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的預硬模具鋼。

3.2.2成型零部件工作尺寸的計算

從熱模具中取出成型的塑料制件時，因冷卻及其他原因會導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，零部件在室溫下的尺寸；

B-塑料制件在室溫下的實際尺寸。

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型芯型腔尺寸的計算

1）型腔徑向尺寸計算：

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（0.5～0.75）；

Δ-塑料制件基本尺寸公差。

2）型芯徑向尺寸計算：

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，注射模溫度調節(jié)系統(tǒng)利用循環(huán)水進行冷卻，如圖8所示。選用模架的型號為：CI-3555-A80-B110-C100。采用液壓油缸側向抽芯機構，如圖9所示。

圖8　模具冷卻水路圖

圖9　液壓油缸側向抽芯機構

圖10　三維總裝圖

4　總裝圖

通過對發(fā)泡器進行塑料成型工藝設計，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　結論

研究了養(yǎng)殖場泡沫槍發(fā)泡器塑料成型工藝，設計出一套養(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)或改進成本，縮短產品的設計研發(fā)周期。本設計忽略了一些影響較小的因素，這些因素對設計的影響有待進一步研究。

［1］周平，王瑞.淺談我國的模具發(fā)展［J］.魅力中國，2010（12）：5-7.

［2］沈建民.精密注塑模具的設計加工及發(fā)展前景探析［J］.科技創(chuàng)新導報.2013（3）：4-6.

［3］杜鵑.CAD/CAM/CAE技術在模具生產中的應用［J］.模具技術.2002（05）：33-35.

［4］黃銳.塑料成型工藝學第二版［M］.中國輕工業(yè)出版社，1997年.

［5］王文廣，田寶善，田雁晨.塑料注射模具設計技巧與實例［M］.化學工業(yè)出版社，2004年.

［6］賈潤禮編.實用注塑模具設計手冊［M］.中國輕工業(yè)出版社.1998年.

［7］黃虹編.塑料成型加工與模具［M］.化工工業(yè)出版社.2003年.

［8］伍先明，王群等編.塑料模具設計指導［M］.國防工業(yè)出版社.2006年.