孫貴斌　夏尚飛　李坤淑　陳軍　紀(jì)興華

摘要扁平滴頭體積小、用量大，需要一模多腔模具生產(chǎn)。介紹了一模六十四腔扁平滴頭的模具設(shè)計(jì)及試模，利用CimatronE軟件對(duì)塑料件的體積、質(zhì)量及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，既保證了模具的設(shè)計(jì)效率，又提高了生產(chǎn)精度。對(duì)扁平滴頭的分模、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)等進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，同時(shí)進(jìn)行了試模生產(chǎn)，對(duì)試模產(chǎn)品進(jìn)行了檢測(cè)和分析， 結(jié)果100%合格， 可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果優(yōu)化產(chǎn)品。該研究對(duì)類似產(chǎn)品的一模多腔設(shè)計(jì)有較高的借鑒意義。

關(guān)鍵詞扁平滴頭；一模六十四腔；注塑模設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)S277.9；TQ320.66文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）33-0218-03

Design of Dripper Injection Mold with 64Cavity and Mould Trial

SUN Guibin1，XIA Shangfei2，LI Kunshu1 et al

（1.Laiwu Vocational and Technical College，Laiwu，Shandong 271100；2.Zaozhuang Vocational College， Zaozhuang，Shandong 277800）

AbstractDripper is a production with large production demand and small size ，The product need molds with multicavity.The mould design ofA 64cavity mold flat dripper and test mode，using CimatronE software to the plastic parts of the size，quality and structure are analyzed and designed，which ensure the efficiency of mold design，and improve the accuracy of production.On the flat dripper parting，gating system，cooling system，ejector system to carry out the detailed design and test mode of production，the mold product was measured and analyzed.Results 100% qualified，the detection results can optimize the product.The studies are of high reference significance to the first mock exam of similar products to the design of multi cavity.

Key wordsFlat dripper；A 64cavity mold；Injection mold design

塑料滴頭是我國(guó)節(jié)水灌溉中的重要設(shè)備，應(yīng)用量很大[1-3]。為了降低成本、提高生產(chǎn)效率，小型塑件往往采取一模多腔的注塑形式[4]。但是實(shí)際在注射成型時(shí)會(huì)造成多型腔塑件合格率不佳等問題[5-6]，特別是達(dá)到了幾十腔的時(shí)候（生產(chǎn)現(xiàn)狀）。在此，筆者論述了一模六十四腔扁平滴頭的模具設(shè)計(jì)及試模生產(chǎn)情況。

1產(chǎn)品介紹

直列扁平滴頭鑲在管帶內(nèi)壁上，形成內(nèi)鑲式扁平滴頭滴灌帶，廣泛應(yīng)用于節(jié)水灌溉工程中，其特點(diǎn)有：滴頭有自過濾窗，抗堵塞性能好。采用迷宮式流道，具有一定的壓力補(bǔ)償作用等特點(diǎn)。

圖1 所示為內(nèi)鑲式扁平滴頭的三維視圖。該塑料件材料為L(zhǎng)DPE，塑料內(nèi)表面要求光滑，外觀平整美觀，安裝方便，重量輕；上端外沿不允許有冷口傷痕。目前國(guó)內(nèi)節(jié)水灌溉的面積較大[1]，所以滴頭的用量很大，一模多腔可以在一個(gè)注塑循環(huán)中生產(chǎn)多個(gè)工件，提高效率，而且滴頭零件小，現(xiàn)在的注塑機(jī)較大。因此需要設(shè)計(jì)一模多腔的滴頭模具。

2塑料件的工藝分析

2.1塑料件的尺寸精度分析

按GB/T19812.2—2005的要求，塑件的尺寸MT 精度要求未標(biāo)注公差，按塑件公差等級(jí)（GB/T 14486—1993） 選取一般精度要求MT3[7]。

2.2塑料件的使用性能分析

扁平滴頭的使用性能要求主要包括出水穩(wěn)定而均勻、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗堵塞性好、堅(jiān)固耐用，而且要價(jià)格要低廉，適合我國(guó)的國(guó)情[8]。

2.3塑料件的表面質(zhì)量分析

滴頭塑件內(nèi)表面要求很光滑，防阻塞性好，粗糙度要求達(dá)到Ra為0.4 μm，外表面粗糙度要求Ra為1.6 μm。

2.4塑料件的結(jié)構(gòu)分析

由圖1可知，滴頭的形狀為扁平狀 ，前部有滴頭的壓力調(diào)節(jié)區(qū)，其后為固定式迷宮流道，滴頭的主要作用是：水在流經(jīng)迷宮流道時(shí)產(chǎn)生的壓降遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于沿主管道的壓降，使得通過滴灌系統(tǒng)各級(jí)支管的流量基本一致，實(shí)現(xiàn)均勻灌溉，提高灌溉質(zhì)量和灌溉效率從而實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的穩(wěn)定供水。

2.5塑料件的脫模斜度

在分模時(shí)，因?yàn)樗芗谛托旧?，為了使塑件在脫模過程中表面不被擦傷、劃傷，特意設(shè)計(jì)滴頭塑件的內(nèi)外表面沿著脫模方向應(yīng)有30′的脫模斜度。

3塑料件的體積和投影面積計(jì)算

利用CimatronE11軟件將滴頭塑件的三維圖樣繪出，比例為1∶1，然后用工具欄的分析命令將體積、質(zhì)量、投影面積計(jì)算出來，原料密度取值為0.92 kg/dm3，具體情況如圖2 所示，體積為234.469 mm3，質(zhì)量0.216 g，投影面積為147.001 mm2。

4塑料件成型工藝

聚乙烯（PE）為結(jié)晶性原料，吸濕性不超過0.01%，故注塑前不需干燥處理[9]。但低密度聚乙烯（LDPE）收縮率為122%左右，容易變形翹曲，翹曲方向性明顯，其關(guān)鍵為模具的冷卻條件，首先要控制好模具溫度，保持冷卻均勻、穩(wěn)定PE的結(jié)晶能力；其次要控制熔體冷卻速度，速度慢，塑件結(jié)晶度高，強(qiáng)度也就高[10]。扁平滴頭注塑成型工藝條件如下：

注塑溫度中有料筒后溫度160～180 ℃，料筒中溫度180～210 ℃，料筒前溫度200～220 ℃，噴嘴180～190 ℃，模具30～45 ℃；注射時(shí)間0.3～0.5 s；保壓時(shí)間0.2～0.5 s；冷卻時(shí)間0.5～1.0 s；注塑壓力70～90 MPa；保壓60～100 MPa。

5模具總裝圖設(shè)計(jì)

該研究的注塑模分為下面幾大部分：定模系統(tǒng)、動(dòng)模系統(tǒng)、分模部分、澆注系統(tǒng)、頂出機(jī)構(gòu)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等部分[11]，具體如圖3所示。

注：1.定位圈；2.上模座板；3.導(dǎo)套；4.導(dǎo)柱；5.下模固定板；6.墊板；7.下模固定螺釘；8.墊塊；9.螺釘；10.下模座板；11.推桿座板；12.推桿固定板；13.拉料桿；14.頂料桿 ；15.復(fù)位桿；16.冷卻裝置；17.型芯鑲塊 ；18.型腔鑲塊；19.型芯鑲塊；20.澆口套；21.上模固定螺釘

Note：1.locating ring； 2.clamping plate； 3.guide sleeve； 4.guide posts； 5.mold plate； 6.plate； 7.mold screws； 8.pad； 9.screws； 10.clamping plate； 11.push rod seat plate； 12.pushrod plate； 13.pulling rod； 14.the ejector rod 15.； reset rod 16.； cooling device； 17.core inserts； 18.cavity inserts； 19.core inserts； 20.gate sets； 21.screw die

圖3模具構(gòu)成

Fig.3Mould structure

模具的動(dòng)模部分安裝在注塑機(jī)動(dòng)模安裝板上。定模安裝在定模澆口套安裝板上，注塑機(jī)工作時(shí)，通過導(dǎo)柱和導(dǎo)套的定向作用，將模具在分型面處打開，塑件和澆注系統(tǒng)就留在動(dòng)模側(cè)，當(dāng)分型面打開到開模行程時(shí)，在注塑機(jī)推桿的作用下推動(dòng)推板，推板帶動(dòng)推桿，將型芯上的塑料件與澆注系統(tǒng)一并推出，塑件及澆注系統(tǒng)依靠重力的作用自動(dòng)脫落，至此完成開模動(dòng)作，再通過注塑機(jī)動(dòng)模板驅(qū)動(dòng)，在導(dǎo)柱與導(dǎo)套的向?qū)ё饔孟?，打開的分型面再閉合，完成一次注射的全過程[12]。

6典型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

6.1模具型腔布局的選擇

澆注系統(tǒng)布置有4級(jí)分流道，如圖4所示，采用 “H” 型平衡流道，為了改善充填狀況，以H型分流道為基礎(chǔ)，依靠抬高2級(jí)分流道，使熔體從2級(jí)分流道進(jìn)入3級(jí)流道時(shí)方向發(fā)生約90°轉(zhuǎn)向，熔體截面上由剪切力引起的變化重新發(fā)生了分布。當(dāng)流道內(nèi)熔體進(jìn)入4級(jí)分流道時(shí)，分支上的聚合物熔體參數(shù)是相同的，從而保證了各型腔內(nèi)熔體的充填平衡，減小了充填的不平衡程度。

6.2定模部分的設(shè)計(jì)

圖5為滴頭模具整體式型腔的三維構(gòu)成圖，六十四腔的型腔采用整體結(jié)構(gòu)，型腔固定板采用開?？?，用螺釘和銷釘將型腔塊固定[12]，因?yàn)榱鞯垒^長(zhǎng)，故采用整體式凹模時(shí)，為了滿足成型時(shí)的排氣要求，應(yīng)在分型面處開設(shè)一些不會(huì)妨礙制品成型質(zhì)量的排氣槽，氣槽深度不超過0.04 mm，以保證注塑模有可靠的排氣功能[13]。結(jié)合公司現(xiàn)有注塑機(jī)實(shí)際情況，最終制定了六十四腔滴頭模具，如圖6所示。

6.3動(dòng)模部分的設(shè)計(jì)

圖7為滴頭模具整體式型芯的三維構(gòu)成圖，如同型腔一樣采用整體結(jié)構(gòu)，?？蚣勇葆敽弯N釘固定，因?yàn)閯?dòng)模部分有頂出系統(tǒng)，所以注意頂出桿與冷卻水路的干涉情況[14]，生產(chǎn)模具如圖8所示。

6.4冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

塑料注射模冷卻時(shí)所需要的冷卻水量可按下式計(jì)算[15]：

QV=nmΔh60ρcp（t1-t2） （1）

式中，QV為所需冷卻水的體積流量（m3/min）；

m為包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的每次注入模具的塑料質(zhì)量（kg）；n為每小時(shí)注入的次數(shù)；

ρ為冷卻水在使用狀態(tài)下的密度（kg/m3）；

Cp為冷卻水的比定壓熱容[J/（kg·℃）]；

t1為冷卻水出口溫度（℃）；t2為冷卻水入口溫度（℃）；△h為從熔融狀態(tài)的塑料進(jìn)入型腔時(shí)的溫度到塑料冷卻脫模的溫度為止，單位質(zhì)量的塑料所放出的熱量（J/kg）。

在該試驗(yàn)中，各個(gè)參數(shù)的取值分別如下：△h 取值490 000 J/kg [16]，t1-t2取值為5，ρ為1 000 kg/m3，n取值為600次，Cp取值4 200 J/（kg·℃），其中每次澆注的熔體體積可由軟件計(jì)算而得，就是澆注系統(tǒng)和所有的塑件質(zhì)量，可以通過體積和密度之積來求得，結(jié)果為15.38 g。QV結(jié)果為3534 66×10-3 m3/min。求出所需要的冷卻水體積流量后，可以根據(jù)處于紊流狀態(tài)的流速、流量與管道直徑的關(guān)系，確定模具上的冷卻水道孔直徑，經(jīng)查設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定水流的速度為1.66 m/s，冷卻水直徑取值為8 mm，冷卻水道分別冷卻型芯鑲塊和型腔鑲塊，水道距離型芯和型腔表面12 mm，型芯和型腔各設(shè)計(jì)4條水路，如圖9所示。

7模具試模結(jié)果分析

為了檢驗(yàn)產(chǎn)品是否能達(dá)到產(chǎn)出合格品的要求，根據(jù)企業(yè)實(shí)際，利用公司生產(chǎn)車間的設(shè)備，對(duì)設(shè)計(jì)后制造的模具進(jìn)行了試模生產(chǎn)[17]，注塑機(jī)采用山東勝岳精密機(jī)械有限公司的DS160-B注塑機(jī)，設(shè)備參數(shù)：實(shí)際注射量 321 g，注射壓力185 MPa，鎖模力1 600 kN，總功率24.4 kW，拉桿間距 460 mm×460 mm，開模行程410 mm，按照規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行試模，穩(wěn)定后，抽檢了7個(gè)批次的產(chǎn)品，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，生產(chǎn)的滴頭產(chǎn)品都合格，可以根據(jù)測(cè)量結(jié)果分析，滴頭的進(jìn)水口厚度、出水口厚度及中間厚度值都是偏大，所以在設(shè)計(jì)滴頭產(chǎn)品時(shí)，可以根據(jù)塑件的特性，將塑件的滴頭的進(jìn)水口厚度、出水口厚度及中間厚度值都調(diào)小0.03 mm，則產(chǎn)品的精度將更高。由此可知，設(shè)計(jì)的滴頭模具達(dá)到了產(chǎn)品產(chǎn)出合格的要求。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年

8結(jié)語

在一模六十四腔的扁平滴頭塑料件模具的設(shè)計(jì)過程中，運(yùn)用了CimatronE 軟件，對(duì)塑料件的工藝、結(jié)構(gòu)及典型模具

構(gòu)的設(shè)計(jì)做了一定的分析，提高了產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)的速度。對(duì)

該模具進(jìn)行了冷卻系統(tǒng)的計(jì)算與分析，解決了生產(chǎn)中冷卻水道尺寸單純依靠經(jīng)驗(yàn)的不足，提高了模具的試模成功率；并且根據(jù)試模的結(jié)果，優(yōu)化了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)，提高了產(chǎn)品的精度。一模多腔的模具設(shè)計(jì)，也大大提高了生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

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