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        溫控器上蓋注射模設(shè)計*

        2022-05-27 02:23:12鄭佳鵬戴護民胡曉岳
        模具制造 2022年4期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計

        單 志,鄭佳鵬,戴護民,胡曉岳,張 寧

        (廣東機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東廣州 510515)

        1 引言

        近幾年技能大賽興起,省賽和國賽舉辦的熱火朝天,其中作為模具專業(yè)的頂級賽項-模具數(shù)字化設(shè)計與制造工藝,深受各高職院校歡迎。高職模具國賽題要求選手設(shè)計溫控器上蓋的注射模涉及到斜頂抽芯、滑塊抽芯、司筒頂出等機構(gòu),全面地考察選手的模具設(shè)計能力,各省省賽紛紛效仿。

        華塑CAE融合了計算機技術(shù)、塑料流變學(xué)、彈性力學(xué)、傳熱學(xué)的基本理論[1],建立塑料熔體在模具型腔中流動、傳熱的物理、數(shù)學(xué)模型,可以在試模之前,優(yōu)化設(shè)計。李桂芹等人,應(yīng)用了華塑CAE軟件輔助了模具設(shè)計[2~3]。文章分析了廣東省2021~2022年度高職模具賽項的溫控器上蓋注射模的設(shè)計要點,并結(jié)合華塑CAE軟件進行優(yōu)化,最后成型出合格的塑件,驗證了模具設(shè)計的合理性,為廣大模具專業(yè)師生提供設(shè)計參考。

        2 塑件結(jié)構(gòu)工藝分析

        圖1所示為溫控器上蓋三維模型,塑件總體大約65×62×19mm,平均壁厚1.5mm,A1和A4處有側(cè)孔需要設(shè)計滑塊側(cè)向分型與抽芯機構(gòu),A2處還有一處內(nèi)凹,需要設(shè)計斜頂側(cè)向分型與抽芯機構(gòu),A3處為固定柱需要設(shè)計推管頂出,另外,模具的設(shè)計方案需考慮加工便捷性、經(jīng)濟性。該塑件材料為PS料,收縮率0.6%,材料脆性比較大,成型時脫模不慎易開裂[4]。

        圖1 塑件結(jié)構(gòu)

        3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

        3.1 成型零件設(shè)計

        成型零件包括型芯和型腔,是決定塑件內(nèi)外表面的關(guān)鍵零部件[1]。成型零件結(jié)構(gòu)有整體嵌入式、局部鑲拼式以及大面積拼合式,根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)特點和給定的是標(biāo)準(zhǔn)模架等條件,成型零件結(jié)構(gòu)形式選擇整體嵌入式,如圖2所示。

        圖2 成型零件結(jié)構(gòu)形式

        由于塑件通孔較多,模具碰穿面的成型零件結(jié)構(gòu)需考慮加工經(jīng)濟性,如圖3所示,型芯設(shè)計方案一在A4處有寬約1mm深約1.3mm的環(huán)形槽,需要電火花加工,型芯設(shè)計方案二避免了該處環(huán)形槽,因此采用設(shè)計方案二。

        圖3 型芯設(shè)計方案對比

        3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計及其優(yōu)化

        根據(jù)給定的一模一腔條件,澆注系統(tǒng)設(shè)計了主流道、分流道、側(cè)澆口以及冷料穴,具體尺寸如下:主流道小端直徑?3.5mm,α=2°,分流道直徑?6mm,澆口采用側(cè)澆口長1mm,寬4mm,深1mm。

        初始方案的總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

        圖4 澆注系統(tǒng)初始方案

        經(jīng)模流分析,其填充壓力結(jié)果如圖5所示,填充末端的壓力66.6MPa,偏低,該處可能存在填充不滿的風(fēng)險。

        圖5 初始方案壓力場

        改進措施:一增加注射壓力,二是改善澆注系統(tǒng)??紤]到增加注射壓力會增加推出困難,塑件脆性較大,脫模時易開裂,因此改善澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu),如圖6所示增加兩個進膠口。

        圖6 澆注系統(tǒng)改進方案

        再次模流分析后,填充壓力結(jié)果如圖7所示,填充末端壓力為88.48MPa,得到明顯改善。

        圖7 改進方案壓力場

        3.3 頂出系統(tǒng)設(shè)計

        塑件有4根固定柱(A3處),此處脫模力相對較大,而頂出機構(gòu)設(shè)計應(yīng)在脫模力較大的地方設(shè)置,故此處采用司筒成型,推管推出,推管外徑?4mm,內(nèi)徑?2mm,且均勻布置,如圖8所示。由于塑件側(cè)面幾乎豎直,沒有拔模角度,冷卻成型后,塑件會包緊在型芯上,因此增加兩根直徑?5mm的頂桿,幫助塑件脫模,如圖8所示,頂桿、推管與型芯配合長度10mm,與各模板間隙配合,單邊間隙0.5mm。

        圖8 頂出系統(tǒng)設(shè)計

        3.4 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)設(shè)計

        (1)斜頂側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)。

        圖1中A2處有一內(nèi)凹,由于塑件內(nèi)部空間不大,滑塊側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)沒有空間放置,因此采用斜頂側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖9所示,其中,斜頂導(dǎo)向槽開在動模,圓柱銷被限制在推件固定板的導(dǎo)滑槽做直線運用,斜頂桿采用10×10mm方形桿,傾斜角度設(shè)計為8°。

        圖9 斜頂抽芯機構(gòu)裝配圖

        該機構(gòu)的工作過程是:注塑機開模時,推件板在頂出的過程中,使圓柱銷、斜頂桿沿著斜頂導(dǎo)向槽移動,這樣就將沿模具開模方向豎直直線運動轉(zhuǎn)化成型芯沿模具開模垂直方向的水平運動,完成了脫模運動。

        (2)滑塊側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)。

        圖1中的A1和A4處有側(cè)孔,兩處側(cè)孔都是通孔總體大小和深度一樣,故采用一樣的滑塊抽芯機構(gòu)如圖10所示。鎖緊塊1和斜導(dǎo)柱5固定在定模板里面,斜導(dǎo)柱直徑?9mm,傾斜角13°,鎖緊塊傾斜角15°。壓板3將滑塊4限制在動模板導(dǎo)滑槽里做直線運動,限位螺釘限制滑塊抽芯行程為3.75mm。

        圖10 滑塊側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)

        滑塊與側(cè)型芯一體成形,總體尺寸35×40×54mm,斜導(dǎo)柱孔直徑?11mm,彈簧孔直徑?11mm,深12mm,具體設(shè)計如圖11所示。

        圖11 滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

        模具工作過程:利用注塑機的開模動作,帶動動模后退,迫使使斜導(dǎo)柱與滑塊產(chǎn)生相對運動,將豎直的開模力轉(zhuǎn)換成水平的抽芯力,同時水平安裝的彈簧4輔助滑塊的抽芯運動,使滑塊沿著壓板和動模組成的T型槽做直線抽芯運動,使之完成脫模。

        3.5 導(dǎo)向定位機構(gòu)

        模具由導(dǎo)柱和導(dǎo)套進行合模導(dǎo)向。定位有三重定位:第一重定位:導(dǎo)柱導(dǎo)套定位(間隙配合,難以避免磨損,精度較低);第二重定位:邊鎖精準(zhǔn)定位(配合精度0.01mm,有效補償導(dǎo)柱導(dǎo)套的定位誤差);第三重定位:型芯型腔鑲塊上的“虎口定位”(精確定位型芯型腔),如圖12所示。

        圖12 導(dǎo)向定位設(shè)計

        3.6 冷卻系統(tǒng)

        結(jié)合模具結(jié)構(gòu),采用循環(huán)式冷卻水路,如圖13所示,塑件的上、下方均有循環(huán)水路,水路直徑?8mm,經(jīng)CAE分析,冷卻水出入口溫差不大,滿足冷卻要求。

        圖13 冷卻系統(tǒng)設(shè)計及其CAE分析

        3.7 模具整體結(jié)構(gòu)

        模具總裝圖如圖14所示,該幅模具抽芯機構(gòu)較多,包含了兩個滑塊抽芯和一個斜頂抽芯,設(shè)計時要注意干涉,必要時用運動仿真來檢驗設(shè)計是否合理。頂出機構(gòu)為司筒頂出,尺寸小至?2mm,為避免頂桿損壞,應(yīng)加強對成型零件拋光。

        圖14 模具總裝圖

        3.8 試模驗證

        根據(jù)設(shè)計,加工制造出成型零件,并進行了試模,試模樣件如圖15所示,結(jié)果表明設(shè)計的模架開合模、抽芯等動作可靠,滿足實際要求。

        圖15 試模塑件

        4 結(jié)語

        該模具的頂出機構(gòu)比較復(fù)雜,采用了頂桿、推管、斜頂?shù)冉M合頂出機構(gòu)。外側(cè)通孔的總體尺寸和深度差不多相等,因此,外側(cè)抽芯采用滑塊分型與抽芯機構(gòu),且兩側(cè)對稱布置,開模時作用在模具上的側(cè)向力可以相互抵消[5]。澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)經(jīng)CAE分析,并得到優(yōu)化。最后試模證明,模具抽芯與頂出動作可靠,整體結(jié)構(gòu)設(shè)計合理,滿足實際生產(chǎn)要求。

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