摘要：針對(duì)掃地機(jī)器人底座的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套一模一腔注塑模具，主要包括分型面設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、型芯型腔設(shè)計(jì)、斜頂與推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。使用Moldflow軟件對(duì)澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：掃地機(jī)器人;底座;注塑模具;UG;Moldflow

中圖分類號(hào)：TQ320.5? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）04-0048-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.04.014

0? ? 引言

在家務(wù)服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，掃地機(jī)器人具有生產(chǎn)技術(shù)相對(duì)成熟、需求量大的特點(diǎn)[1-2]。掃地機(jī)器人底座是掃地機(jī)器人的重要組成零件，本研究以某型號(hào)掃地機(jī)器人底座為例，分析其產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行注塑模具設(shè)計(jì)和仿真分析，為類似復(fù)雜底座注塑模具設(shè)計(jì)提供參考。

1? ? 產(chǎn)品分析

產(chǎn)品對(duì)象是一款掃地機(jī)器人底座，結(jié)合實(shí)際，使用UG軟件建立三維模型，如圖1所示。掃地機(jī)器人底座外形尺寸為270 mm×260 mm×60 mm，材料為ABS，底座要有一定的強(qiáng)度，起到支撐的作用，承重約5 kg。底座要與頂蓋、車輪、萬(wàn)向輪、邊刷等零件配合，要有較高的精度，尺寸精度為4級(jí)。運(yùn)用UG軟件注塑模具向?qū)?yīng)用模塊，進(jìn)行零件壁厚的檢查分析，得到零件的平均壁厚約2.3 mm。使用UG軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)量，得到塑件的體積約為25 300.3 mm3，質(zhì)量約為265.6 g。

2? ? 注塑模具設(shè)計(jì)

根據(jù)產(chǎn)品的尺寸和特點(diǎn)，型腔布局為一模一腔，選擇LKM-SG模架，模架號(hào)為CI-5050-A110-B120-C140。

2.1? ? 分型面設(shè)計(jì)

根據(jù)分型面的選擇設(shè)計(jì)原則，在選擇掃地機(jī)器人底座分型面時(shí)主要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題[3-4]：

（1）掃地機(jī)器人底座的分型面應(yīng)該選擇在底座的最大圓環(huán)處。

（2）底座的分型面應(yīng)該便于推桿將成型后的底座件頂出。

（3）所選擇的底座的分型面盡量不能影響掃地機(jī)器人底座的外觀。

（4）底座分型面的選擇不能影響到后期的澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

根據(jù)以上的選擇原則以及掃地機(jī)器人的形狀和結(jié)構(gòu)，分型面設(shè)計(jì)在底座最大外輪廓處。

2.2? ? 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

普通的澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道和澆口組成[5]，主流道一端與噴嘴相連，一端與模具內(nèi)腔相互連接。在模具設(shè)計(jì)中，主流道在與注塑機(jī)噴嘴接觸以及一定的溫度、壓力這種復(fù)雜環(huán)境下工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)磨損。所以，對(duì)于流道的設(shè)計(jì)經(jīng)常會(huì)使用主流道襯套，材料為T(mén)8，襯套底部直徑為3 mm，高度為45 mm。

掃地機(jī)器人底座零件高度不高，但是底座面積較大，根據(jù)其一模一腔的布局，本次設(shè)計(jì)采用直接澆口。直接澆口的位置對(duì)制品的成型質(zhì)量有較大的影響，在澆口切除后可能會(huì)產(chǎn)生比較大的痕跡，掃地機(jī)器人底座為圓形，材料為ABS（流動(dòng)性好），在工作過(guò)程中底座面會(huì)與地面接觸，不是重要外觀表面。根據(jù)分析選擇澆口的位置為底面圓環(huán)中心處，如圖2所示。

2.3? ? 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

冷卻水管大小以及冷卻水路布局是冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮兩個(gè)方面：一方面要考慮如何布局冷卻回路，使得模具在制品注塑過(guò)程中保持均勻的溫度;另一方面還應(yīng)考慮模具的制造成本。參考文獻(xiàn)[6]，通過(guò)對(duì)冷卻水流量進(jìn)行初步計(jì)算，在型腔和型芯分別設(shè)計(jì)冷卻水路，型腔中的水路距分型面26 mm，型芯中的水路到分型面的距離為30 mm，冷卻管道直徑為8 mm。

2.4? ? 型芯型腔設(shè)計(jì)

因?yàn)閽叩貦C(jī)器人底座上要承載輪子、電池等零件，同時(shí)為了滿足型芯和型腔的結(jié)構(gòu)合理性和制造的經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)整體嵌入式型芯與型腔，如圖3所示，材料為3Cr2Mo鋼材。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠，因?yàn)樾托局苯予偳对趧?dòng)模板上，所以產(chǎn)品表面不會(huì)在接縫處產(chǎn)生溢料痕跡。

2.5? ? 斜頂與推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

掃地機(jī)器人底座存在兩個(gè)卡扣，會(huì)影響到正常脫模，故設(shè)計(jì)了斜頂側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)解決此問(wèn)題。此機(jī)構(gòu)由頂桿和斜頂座組成，斜頂座為T(mén)型滑塊，斜角為3°[7]。

推出機(jī)構(gòu)的作用就是將成型好的產(chǎn)品從動(dòng)模板上推出來(lái)，設(shè)計(jì)采用常用的推桿推出機(jī)構(gòu)，保證產(chǎn)品順利脫模。

推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則如下：

（1）推出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)在動(dòng)模側(cè)。

（2）推出機(jī)構(gòu)力的作用點(diǎn)應(yīng)該盡量作用在塑料件強(qiáng)度和剛度最大的地方，以保證制品在推出過(guò)程中不會(huì)變形。

（3）推出零件的位置設(shè)置應(yīng)該保證制品能夠平穩(wěn)地推出。

（4）推出機(jī)構(gòu)在工作時(shí)，不能影響到側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。

（5）推出機(jī)構(gòu)應(yīng)該盡量設(shè)計(jì)在模具內(nèi)部，不能影響制品的外觀。

因?yàn)閽叩貦C(jī)器人底座連接桿比較多，此處布局18根頂桿，利用頂桿固定板將其固定。斜頂和推出機(jī)構(gòu)如圖4所示。

3? ? 注塑模具有限元分析

使用Moldflow軟件對(duì)設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行分析，從而驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性[8]。將設(shè)計(jì)的掃地機(jī)器人底座模型導(dǎo)入到Autodesk Simulation軟件中，劃分網(wǎng)格類型為雙層面網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)目為34 740個(gè)。設(shè)置熔體溫度為250 ℃，開(kāi)模時(shí)間為5 s，注塑、保壓、冷卻時(shí)間為30 s。模流分析如圖5所示，回路冷卻溫度和水路布局如圖6所示。

根據(jù)澆口匹配性分析結(jié)果，可得設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)是比較合理的。充填時(shí)間為2.091 s，回路冷卻溫度差為4.29 ℃。綜上分析，設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)是合理可行的。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)某型號(hào)掃地機(jī)器人底座設(shè)計(jì)了一模一腔兩板模注塑模具，設(shè)計(jì)了直接澆口的澆注系統(tǒng)和回流冷卻系統(tǒng)、整體嵌入式型芯與型腔、斜頂側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)和18根頂桿;使用Moldflow軟件對(duì)設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行仿真，結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)符合要求。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 趙航，劉玉梅，卜春光，等.掃地機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].信息與電腦，2016（12）：167-168.

[2] 傅一元.掃地機(jī)器人：它們正在發(fā)展，它們正在壯大[J].電器，2017（10）：32-34.

[3] 李耀輝，江泱.筆記本電腦轉(zhuǎn)軸注塑模具設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2020（5）：89-90.

[4] 陳森林，徐濱.基于UG的頭帽塑料模具設(shè)計(jì)及CAM加工[J].機(jī)電工程技術(shù)，2020，49（11）：195-197.

[5] 傅瑩龍，褚建忠，邵明朝.高光后蓋熱流道注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].工程塑料應(yīng)用，2020，48（3）：104-108.

[6] 張世陽(yáng)，陳榮創(chuàng)，高廣宇，等.商用車外視鏡鏡框注塑模具設(shè)計(jì)[J].工程塑料應(yīng)用，2021，49（10）：93-97.

[7] 胡清根，鄒彩平，陳弛文.復(fù)讀機(jī)面殼注塑模具設(shè)計(jì)[J].工程塑料應(yīng)用，2020，48（7）：91-94.

[8] 楊鴻.基于Moldflow的無(wú)人機(jī)上蓋模流優(yōu)化分析與模具設(shè)計(jì)[J].中國(guó)塑料，2020，34（6）：92-99.

收稿日期：2021-11-03

作者簡(jiǎn)介：吳小飛（1996—），男，陜西渭南人，碩士研究生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化。

3591500338204