(安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院　安徽　淮南　232001)

當(dāng)今人們對(duì)塑料制品美觀(guān)性要求越來(lái)越高，而大多數(shù)塑料制品均是由相應(yīng)塑料模具制造出來(lái)的，因此塑料產(chǎn)品的質(zhì)量好壞與相應(yīng)的塑料模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有著極大的關(guān)系。如何針對(duì)塑膠產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及成型工藝的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)出既能夠確保產(chǎn)品質(zhì)量又能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求的優(yōu)良模具是行業(yè)技術(shù)人員一直關(guān)注焦點(diǎn)。

一、塑件工藝性分析

如圖1所示為該薄壁高筋導(dǎo)音管塑件，其為大批量生產(chǎn)的薄壁結(jié)構(gòu)件，成型尺寸精度為MT5級(jí)，表面粗糙度要求達(dá)到Ra0.4。因該件在應(yīng)用時(shí)需具有較好的力學(xué)強(qiáng)度、硬度和耐磨等性能，且還應(yīng)具有極高的抗沖擊強(qiáng)度，故其材料選用ABS,其收縮率為0.4%～0.9%[3]。由圖可見(jiàn)，該件屬于殼體類(lèi)零件，零件壁厚較均勻，塑件外表面光滑，內(nèi)表面較復(fù)雜，設(shè)有8加強(qiáng)筋，以改善充模性及整體剛度，避免翹曲變形。由塑件內(nèi)外表面的特征可知必將產(chǎn)生熔接線(xiàn)現(xiàn)象，塑件邊緣可能會(huì)產(chǎn)生氣穴等缺陷，它們都將影響產(chǎn)品質(zhì)量及性能，故應(yīng)合理確定澆口位置及分型面。依據(jù)該件的整體結(jié)構(gòu)和尺寸特征，同時(shí)為提高生產(chǎn)率及使模具進(jìn)料受力平衡，故宜采用一模四腔模具結(jié)構(gòu)特征工藝措施最為合理。

圖1　薄壁高筋導(dǎo)音管

二、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

(一)分型面選擇

依據(jù)對(duì)塑件的形狀、表面質(zhì)量及脫模等技術(shù)要求等因素的分析，塑件分型面應(yīng)選擇在尺寸最大處；因該塑件生產(chǎn)設(shè)備為海天注塑機(jī)，其型號(hào)為HTF80X/1，該型號(hào)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)均能滿(mǎn)足該工藝方法的成型技術(shù)要求，且模板間距極為合適；同時(shí)為滿(mǎn)足塑件精度MT5級(jí)精度要求，兼顧產(chǎn)品質(zhì)量及排氣性，最終選擇的分型面在塑件最大尺寸上表面處。

(二)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)好壞，對(duì)塑件性能、尺寸、內(nèi)外表面的質(zhì)量及材料利用率等均有較大影響[1]。因該模具采用一模四腔結(jié)構(gòu)形式，其澆注系統(tǒng)是由主流道、分流道、潛伏式澆口和Z形拉料桿等組成。

(1)主流道設(shè)計(jì)。主流道形狀設(shè)計(jì)成圓錐形小端直徑為mm,其主流道圓弧球半徑與注射機(jī)噴嘴成球面接觸，尺寸為SR11mm(注射機(jī)的噴嘴球SR10mm)

(2)分流道設(shè)計(jì)。分流道形狀尺寸與塑件的體積、壁厚和注射速率等因素相關(guān)。依據(jù)分流道的加工工藝要求，其截面形狀采用半徑為6mm圓形。

(3)潛伏式澆口位置的確定。導(dǎo)音管澆口位置選擇十分重要，澆口設(shè)計(jì)合理性對(duì)塑件的表面質(zhì)量、性能以及強(qiáng)度影響極大，利用moldflow軟件中的Gate location(最佳澆口位置)分析功能，得出最佳的澆注區(qū)域如圖2所示，同時(shí)結(jié)合塑件的結(jié)構(gòu)和形狀，潛伏式澆口位置最終選擇在塑件外表面大圓弧段向直線(xiàn)過(guò)渡處最為合適[2]，具體如圖3所示。

圖2　最佳澆口位置

圖3　澆注系統(tǒng)

(三)成型零部件的設(shè)計(jì)

該產(chǎn)品的成型零部件主要由定模模仁、動(dòng)模模仁、定模仁型芯和動(dòng)模仁型芯組成。

該型腔在綜合考慮加工、安裝及更換等方面影響因素的基礎(chǔ)上，采用鑲拼組合式，前模仁嵌入至定模板上，在凹模仁中嵌入四活動(dòng)鑲件[4]，因該塑件內(nèi)表面設(shè)有加強(qiáng)筋，其對(duì)應(yīng)型腔尺寸小、窄及加工困難，且使用維修極為困難，故其凸模結(jié)構(gòu)，采用鑲拼組合式組合結(jié)構(gòu)[5]。如圖4所示：

圖4　凹模模仁和凸模模仁結(jié)構(gòu)

(四)推出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證該件的外觀(guān)質(zhì)量及脫模時(shí)具有較大的脫模力，其脫模方式采用一次脫模，用推桿從塑件的內(nèi)腔中推出塑件，該方式可有效地減小變形或損壞塑件。

為確保該模具具有較好的冷卻系統(tǒng)及制造工藝性，在其結(jié)構(gòu)上采用每一塑件均由三根成等邊三角形方式布置的推桿，如圖11所示件6推桿材料選用的T10A,頭部淬火50～55HRC，采用截面形式為圓形臺(tái)階式，推桿端平面不得軸向竄動(dòng)。其配合為H7/f7，因?yàn)樵撆浜祥g隙大小將會(huì)影響飛邊的大小。

(五)復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖11所示件26和27組成復(fù)位機(jī)構(gòu)，它由四根直徑為的復(fù)位桿及尺寸為矩形彈簧等元件組成，該結(jié)構(gòu)可降低復(fù)位桿端面每次閉合時(shí)與定模板劇烈變形，同時(shí)也有利于推板的準(zhǔn)確復(fù)位。

(六)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該件在注射成型過(guò)程中，若模具排氣不暢，必將引起型腔氣壓急劇升高，無(wú)法保證熔體快速充模，同時(shí)還會(huì)造成因壓縮氣體產(chǎn)生的熱量使塑料燒焦。故應(yīng)考慮以下因素：

(1)溫度。利用模流分析軟件分析塑件成型流動(dòng)前沿的溫度如圖5所示；溫度不能高于，設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)應(yīng)加以考慮高溫的影響，防止塑料熔體產(chǎn)生分解、燒焦及相關(guān)表面缺陷。從圖中可以看出，對(duì)于該件選擇最為合適[7]。

(2)表面質(zhì)量。若模具排氣不暢，模具型腔內(nèi)會(huì)形成氣穴、銀紋、熔接線(xiàn)等缺陷。

圖5　塑件流動(dòng)前的溫度

由模流軟件分析得到：塑件產(chǎn)生氣穴的位置如圖7所示，塑件最小端面和塑件投影面積最大的處即分型面容易產(chǎn)生氣穴。

圖6　塑件產(chǎn)生氣穴位置

綜上述分析可看出該模具不需專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)排氣槽，排出氣體可從分型面間隙及組合式凹?；蛐托酒春祥g隙排出。

(七)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

因該塑件為批量生產(chǎn)，考慮塑件表面盡量光滑，同時(shí)也要減少相應(yīng)熔接痕和氣穴的產(chǎn)生，故該模具需布置合理的冷卻水道，故在動(dòng)、定模仁上分別布置平面環(huán)形排列形式的冷卻水路[6]，有利于塑件成形及冷卻，水路布置如圖7所示：

圖7　定模仁和動(dòng)模仁水道的布置

三、模具工作原理

由上述設(shè)計(jì)原理可知：該模具結(jié)構(gòu)如圖8所示。其工作過(guò)程為注射、保壓、冷卻及開(kāi)模。具體如下：

(1)模具開(kāi)模時(shí)，定模固定不動(dòng)，動(dòng)模在注塑機(jī)移動(dòng)板帶動(dòng)下，隨注塑機(jī)移動(dòng)模板移動(dòng)到一定位置時(shí)，推板墊板3推動(dòng)推板固定板4，推桿固定板推動(dòng)推桿6，從而推動(dòng)塑件，并將塑件切斷分離，推桿6運(yùn)動(dòng)到一定距離時(shí)，塑件與澆注系統(tǒng)凝料在重力作用下自動(dòng)脫落。

(2)合模時(shí)，注塑機(jī)頂桿退回，在復(fù)位桿26工作彈簧作用下，推出機(jī)構(gòu)回位，完成合模，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

圖8　模具裝配圖

1.動(dòng)模座板；2.螺釘Ⅰ；3.推板墊板；4.推板固墊板；5.墊塊；6.推桿；7.導(dǎo)柱；8.定模板；9.導(dǎo)套；10.定模座板；11.定位圈；12.澆口套；13.螺釘Ⅱ；14.螺釘Ⅲ；15.螺釘Ⅳ；16.螺釘Ⅴ；17.上模仁；18.下模仁；19.螺釘Ⅵ；20.拉料桿；21.支承板；22.螺釘Ⅶ；23.推板導(dǎo)柱；24.螺釘Ⅷ；25.推板導(dǎo)套；26.復(fù)位桿；27.矩形彈簧；28.下模仁型芯；29.上模仁型芯；30.動(dòng)模板；31.支承柱；32.限位釘；33.螺釘Ⅸ

四、結(jié)論

由上述設(shè)計(jì)原理可知：針對(duì)該壁高筋導(dǎo)音管塑件來(lái)講，分型面的選擇最為關(guān)鍵，它決定了該模具的結(jié)構(gòu)。借助moldflow軟件的仿真，可有效地的保證該模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量，就該模具結(jié)構(gòu)而言，最佳的澆口位置為塑件外表面大圓弧段向直線(xiàn)段過(guò)渡處，采用分型面間隙排氣最為合理。就保證該件成型和冷卻效果而言，動(dòng)定模仁采用平面環(huán)形的冷卻水路最為合適。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，結(jié)構(gòu)合理，模具運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，塑件質(zhì)量可滿(mǎn)足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求。