朱紅萍，秦 龍

(沙洲職業(yè)工學(xué)院，江蘇 張家港 215600)

0 引言

在模具設(shè)計(jì)全過程中，為了縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，適應(yīng)產(chǎn)品個(gè)性化需求，CAD/CAE/CAM技術(shù)在產(chǎn)品的模具開發(fā)中的應(yīng)用越來越廣泛。本課題來源于2020年江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目“基于逆向工程的自行車手柄創(chuàng)新設(shè)計(jì)及注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”。結(jié)合項(xiàng)目要求，通過逆向設(shè)計(jì)最終確定出一款某型號自行車手柄結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行了注塑模模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1 自行車手柄結(jié)構(gòu)分析

經(jīng)過逆向設(shè)計(jì)最終確定的自行車手柄的三維數(shù)模，如圖1所示。該產(chǎn)品主體為圓柱形結(jié)構(gòu)，兩端部分結(jié)構(gòu)靈活多變，因此，在其模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化，靈活更換鑲件。該手柄采用ABS材料，綜合性能較好。其整體尺寸為47.90 mm×40.69 mm×12.70 mm，中空，需要設(shè)置內(nèi)型芯。為了增加手與手柄間的摩擦，該產(chǎn)品表面附著有凹凸的花紋。

圖1 自行車手柄三維數(shù)模圖

2 自行車手柄注塑模整體結(jié)構(gòu)確定

2.1 分型面及模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對自行車手柄三維數(shù)模的結(jié)構(gòu)分析，借助UG軟件的塑模部件驗(yàn)證分析，根據(jù)分型面的設(shè)計(jì)原則，初步確定產(chǎn)品分型面的位置在AA′處，如圖2所示。結(jié)合產(chǎn)品的整體尺寸，從模具設(shè)計(jì)制造的成本考慮，確定整體模具結(jié)構(gòu)為一模四腔的布置方式。

圖2 分型面位置及布置方式(單位： mm)

2.2 模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

利用UG軟件，確定該模具的型芯、型腔的整體尺寸及側(cè)抽滑塊機(jī)構(gòu)，加載模架。模架采用標(biāo)準(zhǔn)大水口CI型，整體規(guī)格尺寸為3 030，其中A板高度60 mm，B板高度80 mm，C板高度90 mm。AB板間距1 mm，垃圾釘高度為5 mm，KO孔直徑為35 mm。初步確定的自行車手柄注塑模整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.3 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

成型零件部分結(jié)構(gòu)如圖4所示。由于產(chǎn)品兩端部分的結(jié)構(gòu)及型號靈活多變，因此，特別設(shè)置了不同結(jié)構(gòu)的鑲件，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)變化，隨時(shí)更換對應(yīng)鑲件。由于產(chǎn)品是中空結(jié)構(gòu)，因此，內(nèi)部設(shè)置有側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。

(a) 整體結(jié)構(gòu)主視圖

(b) 成型零件組件、澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)

2.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)凝料熔體從注射機(jī)噴嘴到模具型腔的進(jìn)料通道。其主要包括主流道、分流道、澆口以及冷料穴的設(shè)計(jì)。根據(jù)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，主流道小端直徑取3.5 mm，大端直徑取5.8 mm。球面半徑取16 mm，球面配合高度為3 mm，主流道長度取69.5 mm。

此處采用一模四腔布置形式，分流道設(shè)計(jì)應(yīng)考慮流道均衡問題。分流道截面采用圓形，直徑取4.5 mm。具體布置方式如圖5所示。澆口是連接分流道與型腔的熔體通道，此處采用潛伏式澆口，如圖5(b)所示。

(a) 成型零件組合體

(b) 型腔

(c) 型芯

(a) 一模四腔

(b) 潛伏式澆口

2.5 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了提高生產(chǎn)率，保證塑料制品質(zhì)量，模具結(jié)構(gòu)中冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)保證塑件均勻冷卻。根據(jù)塑件的平均壁厚來確定冷卻水孔的直徑，該塑件的平均壁厚為4 mm，為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，取水孔直徑d為8 mm。依據(jù)模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及結(jié)構(gòu)形式，本模具結(jié)構(gòu)需要在動、定模板及側(cè)抽芯內(nèi)部設(shè)置冷卻水路，如圖6所示。其中的水路排布、水堵、密封圈和管接頭的選擇選用標(biāo)準(zhǔn)配置。

3 模流分析

借助華塑CAE分析軟件，對塑件進(jìn)行充填、冷卻和應(yīng)力翹曲分析，驗(yàn)證自行車手柄注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。圖7～8分別是充填、冷卻和應(yīng)力翹曲分析結(jié)果圖。通過對塑件充填、冷卻分析，從圖7(a)中可知，該產(chǎn)品的流前溫度最高約為230℃(圖中圈處)，最低溫度約為227.87℃(圖中矩形框處)，溫差約為2.13℃。圖7(b)和圖7(c)圈出部位分別為氣穴和熔接痕的位置，不影響自行車手柄外觀表面。

(a) 動、定模板冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(b) 側(cè)抽芯內(nèi)部冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(a) 流前溫度場分布圖

(b) 氣穴

(c) 熔接痕

通過翹曲分析，可知該產(chǎn)品無明顯翹曲現(xiàn)象，最大翹曲變形發(fā)生在圖8所示圈出部位。

圖8 翹曲分析

4 結(jié)束語

通過對自行車手柄注塑模整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模流分析可知，本設(shè)計(jì)的模具整體結(jié)構(gòu)合理。通過產(chǎn)品試制，最終獲取了合格的制件，驗(yàn)證了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，總結(jié)歸納如下。

1) 自行車手柄要求具有較好的外觀質(zhì)量以及舒適的手感，垂直孔澆注過程中內(nèi)置側(cè)抽機(jī)構(gòu)，其兩端結(jié)構(gòu)可根據(jù)產(chǎn)品型號變化，滿足可更換模具內(nèi)部鑲件。

2) 采用推桿推出機(jī)構(gòu)，推桿的截面形式為圓形，每個(gè)塑件設(shè)置兩個(gè)推桿，澆注系統(tǒng)凝料采用拉料桿方式拉出。

3) 澆注系統(tǒng)采用潛伏式澆口來減少氣穴、熔接痕等缺陷對制品質(zhì)量的影響。

4) 在模具內(nèi)部設(shè)置合理的冷卻管道，以保證均勻、有效的冷卻。