張明軍 ， 范希營(yíng) ， 周倩倩

（1.江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院，江蘇 徐州 221132；2.江蘇師范大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

隨著中國(guó)制造業(yè)的迅猛發(fā)展，注塑模具設(shè)計(jì)水平的提高對(duì)于我國(guó)未來塑料制品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有積極的影響[1]。在生產(chǎn)實(shí)踐中，模具的設(shè)計(jì)主要是模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)，即充分利用CAD、CAE等數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，結(jié)合傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法，提高模具的質(zhì)量、縮短模具的設(shè)計(jì)周期[2-3]，如運(yùn)用Moldflow軟件進(jìn)行了管件的冷卻、流動(dòng)和翹曲分析以及注塑成型數(shù)值模擬；采用ANSYS軟件定量地顯示模具變形結(jié)果及其變化趨勢(shì)等[4-6]。而材料特性[7]和模具結(jié)構(gòu)合理性[8]也是影響塑件質(zhì)量的關(guān)鍵因素。但在薄壁及形狀復(fù)雜的彎翹結(jié)構(gòu)方面的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化還略顯不足。

本文針對(duì)油泵聯(lián)接支架底部加強(qiáng)筋壁薄且較密，聯(lián)接支架中彎翹部分形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)進(jìn)行了創(chuàng)新性的模具設(shè)計(jì)。先使用Pro/E軟件進(jìn)行三維建模，得到油泵聯(lián)接支架塑件模型，通過模型獲得了塑件的體積和包裹材料的面積，選擇合適的注塑機(jī)類型，根據(jù)塑件生產(chǎn)要求選擇注塑分型面和型腔布局，設(shè)計(jì)型芯型腔結(jié)構(gòu)及推出機(jī)構(gòu)，并繪制出油泵聯(lián)接支架塑件注塑模具裝配圖。

1 塑件結(jié)構(gòu)及工藝性分析

油泵聯(lián)接支架三維實(shí)體造型如圖1所示。油泵聯(lián)接支架屬于加強(qiáng)筋壁薄且較密的小型零件，要求產(chǎn)品外表面光潔， 無翹曲、收縮、澆不足等明顯缺陷。塑件材料為PA66，它無毒無味，可承受較大的沖擊，具有良好的潤(rùn)滑和耐磨性，粘性較低，流動(dòng)性較好，易于成型。油泵聯(lián)接支架體積小，形狀立體且PA66材料選擇精度等級(jí)為MT3、MT4、MT5。因內(nèi)、外表面精度要求不同，為了節(jié)約加工的成本，高精度用于外表面以及需要配合處，內(nèi)表面要求低精度，其余選擇中等精度等級(jí)。油泵聯(lián)接支架屬于小型件，依據(jù)技術(shù)要求，同時(shí)考慮降低設(shè)計(jì)成本和設(shè)計(jì)周期，選擇一模四腔，平衡式布局的單分型面注塑模具，推出機(jī)構(gòu)采用階梯推桿一次推出。注塑機(jī)型號(hào)為海天生產(chǎn)的XS-ZY-125型，且為了選擇最佳注射成型的工藝參數(shù)，經(jīng)查閱大量資料得PA66預(yù)熱和干燥溫度為90℃～100℃，料筒前中后三段的溫度為255℃～265℃、260℃～280℃、240℃～250℃，噴嘴溫度為250℃～260℃，模具溫度為60℃～120℃，注射壓力為80MPa～130MPa，高壓時(shí)間0～5s，保壓時(shí)間為20s～50s，冷卻時(shí)間20s～40s，成型時(shí)間20s～50s。螺桿轉(zhuǎn)速20r/min～50r/min。后處理時(shí)間90h ～100h，溫度4℃～10℃，并且料筒干燥。

圖1 塑件三維實(shí)體造型

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 型腔排列方式

本模具采用一模四腔的平衡式布局，形狀為矩形，目的是減少塑料熔體在充模過程中熱量及壓力的損失，使材料能夠均勻、穩(wěn)定地進(jìn)入到型腔內(nèi)并充滿整個(gè)型腔，保證成型的每一個(gè)塑件都能滿足工藝要求，如圖2（d）所示。

2.2 分型面選擇

分型面是開合模的接觸面，為確保制品質(zhì)量，分型面應(yīng)選擇在塑件最外面且最大的邊緣處和排出熱氣和廢氣的地方，應(yīng)方便脫模[9-10]，分型面的選擇不僅要保證塑件制造出來誤差最小并且穩(wěn)定，還應(yīng)方便技術(shù)人員對(duì)塑件進(jìn)行制作。

依據(jù)塑件的實(shí)際情況，塑件選擇在頂端圓柱體的中心軸線并水平延伸，目的是減少型芯型腔的加工難度和設(shè)計(jì)難度。當(dāng)塑件在型腔中完成注塑冷卻時(shí)，由頂桿頂出。頂出部位在內(nèi)表面，此方式不傷害塑件的外表面也不影響塑件本身的使用性能。如圖2（a）中A-A所示。

2.3 成型零件設(shè)計(jì)

型腔是用于塑件外表面成型的零件，也稱凹模，反之塑件內(nèi)表面成型的零件稱為型芯，也稱凸?！，F(xiàn)階段，型芯主要分兩大類：整體式和組合式。本文中，型芯結(jié)構(gòu)大方向上屬于整體式，但在油泵聯(lián)接支架前部分圓柱體處選擇了組合式。整體式利用一整塊金屬材料來完成制作，不僅浪費(fèi)材料、不易更換，同時(shí)在加工過程中不可出現(xiàn)任何偏差，不然整塊材料都會(huì)作廢，油泵聯(lián)接支架是小型件，且不需要貴重的金屬材料來做模架，所以整體式是符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的。

因?yàn)橛捅寐?lián)接支架屬于小型件，且精度要求不高，所以在考慮設(shè)計(jì)難度和加工難度時(shí)，選擇整體式型芯。整個(gè)型芯、型腔部分都可以由機(jī)床來完成，無需特種加工參與，這樣減少了加工制造的難度。在組裝零件的過程中，除了圓柱體部分的型芯采用了嵌件，其余部分采用整體式型芯，所以整體選擇H7/m6的配合方式。為了保證一定的強(qiáng)度和剛度，并避免不必要損失和浪費(fèi)，型芯、型腔的加工材料選擇碳鋼，熱處理的方式為淬火加退火，處理后的硬度達(dá)到50HRC以上即可。型腔和型芯的構(gòu)造分別如圖2（c）、2（d）所示。

2.4 推出、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.4.1 推桿的設(shè)計(jì)

油泵聯(lián)接支架是小型件，推桿頂端與塑件接觸的部分較小，為了避免對(duì)塑件的內(nèi)表面造成過多的破壞，推桿采用階梯式推桿的形式。階梯式推桿屬于“前大后小”的類型，既可保證工藝要求，也可以保證強(qiáng)度和剛度。

2.4.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

油泵聯(lián)接支架是小型件，導(dǎo)柱無需承擔(dān)塑件帶來的較大壓力和重力，所以選擇推板導(dǎo)柱和導(dǎo)套配合使用，目的是實(shí)現(xiàn)開合模的平穩(wěn)過渡，且導(dǎo)柱導(dǎo)套的加工和安裝難度不大，配合精度要求不高，所以對(duì)于易磨損件來說這樣的設(shè)計(jì)很經(jīng)濟(jì)，減少了不必要的浪費(fèi)。

3 模具工作原理

如圖2所示。油泵聯(lián)接支架的注塑模具的工作原理實(shí)際上就是模具動(dòng)定模的開合模過程。具體工作過程：在注塑機(jī)開模機(jī)構(gòu)作用下，動(dòng)模沿分型面A-A 向下移動(dòng)，塑件跟著動(dòng)模部分向下移動(dòng)，塑件從定模上脫出；動(dòng)模部分繼續(xù)向下移動(dòng)，在注塑機(jī)推桿作用下，推板推動(dòng)推桿向上移動(dòng)將塑件從動(dòng)模板中推出，完成脫模。合模時(shí)，動(dòng)模部分沿復(fù)位桿向上移動(dòng)，在導(dǎo)柱和導(dǎo)套的作用下動(dòng)模板沿復(fù)位桿向上移動(dòng)，注塑機(jī)施加鎖模力完成合模過程。

4 結(jié)論

1）原材料選擇PA66，其具有良好的物理性能和化學(xué)性能，抗沖擊性好，強(qiáng)度、硬度高且流動(dòng)性、耐磨性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它一些材料；根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)的要求，計(jì)算得出需一模四腔、平衡式布局、單分型面結(jié)構(gòu)，且分型面選擇在壁厚最大處，有利于脫模、散熱、排氣并最大程度上控制誤差；注塑機(jī)類型選擇XS-ZY-125型，可滿足塑件成型的最大注射量要求；為了防止?jié)沧⑾到y(tǒng)的溫度過高，設(shè)計(jì)了4根直徑為6mm的冷卻水道。

2）針對(duì)油泵聯(lián)接支架中彎翹部分形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況，型芯、型腔采用整體式與鑲嵌式的結(jié)合，材料均為45鋼，熱處理硬度達(dá)到50HRC即可；在計(jì)算中，材料（PA66）的收縮率不可忽視（1.6%）；在對(duì)注塑機(jī)推出行程做校核時(shí)，推出距離小于注射機(jī)的最大行程，滿足條件要求；最后為保證塑件的順利脫模設(shè)計(jì)了14根直徑為3mm的推桿，推出部分在內(nèi)表面不影響外觀質(zhì)量。

3）具有鑲嵌式型芯結(jié)構(gòu)的油泵聯(lián)接支架注塑模具結(jié)構(gòu)合理、動(dòng)作可靠；塑件成型質(zhì)量好，表面無熔接痕、氣穴等缺陷，達(dá)到了塑件的生產(chǎn)要求；一體化的型芯結(jié)構(gòu)組合形式，極大地提高了聯(lián)接支架的強(qiáng)度，有效改善了模具的使用壽命。