按鍵類零件塑料模具的設計

摘 要：根據塑料按鍵類零件的特點，設計相應的塑料模具。該模具屬于小型模具，因此如何設計冷卻回路是此設計過程的難點，另外分型面的選擇也要重點考慮。本設計中，塑料模具采取潛伏式澆口和側向抽芯結構。

關鍵詞：塑料模具 塑料按鍵 注塑過程 側抽芯 溫度調節

中圖分類號：TQ320.52文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0098-02

當前社會塑料制品的種類日益繁多，所應用的領域愈來愈廣，生活用品、汽車、家電、建筑、電子幾乎所有行業都能見到塑料制品的身影。雖然塑料制品形狀、大小、結構、應用各有不同，但其成型過程基本都要依靠塑料模具。而塑料模具本身的設計如：模腔形狀、分型面、表面粗糙度、脫模方式、進澆方式、定性方法以及流道設計等決定著塑料制品的形狀、尺寸、外觀、性能等。用模具生產制件的精度、復雜程度、一致性、高生產率和低消耗，是其他生產方法所不能比擬的。本文結合筆者在塑料模具方面的經驗，以按鍵類塑料制品為例，簡要說明塑料模具的設計過程和注意事項。

1 總體方案

1.1 材料特性

塑料按鍵類制品材料通常選用ABS（苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物），ABS樹脂無毒、無味，呈微黃色，是目前應用最廣泛的聚合物材料，它將丙烯腈、丁二烯、苯乙烯有機結合，所以具備了上述3種晶體各自的特點-硬質、堅韌和剛性。其適用于塑料成型的特點包括：（1）綜合性能較好，化學穩定性、抗沖擊性、電性能、柔韌性較好。（2） 流動性比PC、PMMA等要好，不如HIPS，漲模尺寸為4 mm左右。（3）表面可噴鍍金屬、電鍍，是成型鍍金屬的常用材料。（4）冷卻速度快，適用于尺寸較小的塑料制品，注塑過程模溫和料溫要求較高，對要求精度較高的塑件，模溫宜取50～60 ℃，要求光澤及耐熱型料宜取60～80 ℃。

1.2 總體方案設計

ABS按鍵注塑模具采用一模4腔的設計方案。塑件中有一個直徑為5 mm，長度為20.5 mm的通孔，因此必須有一個抽芯結構。抽芯選用斜導柱滑塊結構，分型面為曲面。開模時只需采用一次開模即可，采用頂桿脫模。為了避免頂桿與滑塊之間產生干涉，在復位桿上加上彈簧，使復位桿提前復位。直接利用分型面排氣，冷卻系統開設冷卻水道。根據上述要求，選擇的模架為龍記大水口系列，AⅠ型。

1.3 注塑過程

（1）注料-模具閉合狀態，將熔融狀態的塑料注入模腔，冷卻成型，（2）開模-在注塑機的控制下動模開始移動與定模分離，與此同時，側型芯也會由于定模上傾斜導柱的作用于塑料件分離。（3）模件分離-在定模板運動到與定模板距離為120 mm時，動模運動停止。頂桿推板向外推出，帶動頂桿將塑料件頂出與動模模腔分離。（4）合模-頂桿首先在彈簧的作用下自動復位，然后動模板復位，側型芯也在斜導柱的帶動下同時復位。一個周期完成，注塑開始下一個周期，模具的展開圖如圖1所示。

1.4 腔型數量及排列方式

本設計為一模4腔的模具，考慮到模具成型零件和抽芯結構以及出模方式，可以確定型腔側壁厚和底板厚度均為15 mm，其排列方式如圖2所示。

2 分型面的選擇

在注塑模具中，打開模具取出塑料制品的界面稱為分型面，分型面的設計是注塑模具設計的一個重點，它不僅影響到塑料件本身的質量，還影響到模具的結構和操作，因此必須重視。分型面的確定應遵循以下原則：（1）有利于脫模，盡量使塑料件留在動模上。（2）保證產品的品質（如外觀、尺寸等）（3）有利于側向抽芯。（4）有利于腔體排氣，分型面盡量最后填充腔體重合。（5）有利于防止溢料，分型面盡量不設計在塑料件光滑表面處。（6）分型面的設計應該是模具結構盡量簡單。

根據上述原則，同一個產品可選擇的分型面也不是唯一的，往往會有幾種選擇，我們可以根據產品自身的要求、模具的結構、生產效率、成本等方面綜合考慮，選擇出一個最適合的方法。本產品為例，分型面可在以下幾種方案中進行選擇。

（1）由圖3可見，本方案采取B-B分型面，可以看出，定模部分的圓孔可以直接用銑刀銑出，加工比較方便，但是動模部分的圓孔不易加工，而且分型面的數量較多，給加工帶來困難。

（2）由圖4可以看出，本方案采取C-C分型面，相對于方案一來說，動模和定模上的圓孔加工起來都比較方便，全部可以用銑刀直接銑出。問題在于分型面之間配合不是很好。

（3）由圖5可以看出，本方案與以上2種方案最大的不同為采取了斜面配合，這樣分型面的配合就比上2種方案要穩定和精確，同時動模和定模上的圓孔也可以直接用銑刀加工。

經過對比分析，筆者認為方案3更適合該產品。

3 模具溫度調節系統

注塑過程中模具會產生很大的熱量，導致模具自身溫度升高，因此需要一套合適溫度調節系統，保證模具自身的溫度，從而達到保證產品質量和成產效率的目的。因此冷卻系統的設計是模具設計的又一重點。冷卻系統的設計屬于模具設計中較為復雜的部分，一般遵循以下原則：（1）根據成型的需要，首先確定冷卻管道的位置，并根據實際情況合理設計模具中脫模機構和鑲塊的布局，設計首先保證模仁的冷卻；（2）保證冷卻系統中冷卻水的狀態，包括流量、流速和水壓。設計中要求管道總長小于15 m，管道轉彎小于15處，出水溫度比進水溫度高5 ℃左右，個別要求更為精密的模具要求溫差在2 ℃以內。（3）冷卻系統的水路布置應該均勻，按設計需要局部調整，管道之間的距離適中，距離過大導致模具溫度不均，而距離過小可能造成管壁太薄，導致管壁變形。管道厚度根據實際情況計算得出，太細會冷卻效果不好而且不易清理和加工。（4）主流道的末端等處要加強冷卻，可用較冷的進水。在塑件厚壁及轉角等處，需減小冷卻水管道間距，以強化冷卻。另外，冷卻水道應遠離熔合縫的交匯處。

冷卻回路設計有以下幾種：

（1）外接直通式。使用橡膠管和快速接頭井模具內部的管道連接起來形成單循或者多循環，這種設計便于加工，缺點是外部容易損壞。如圖6所示。

（2）平面回路式。此種回路模式適用于比較淺的型腔，特別是圓形的型腔更為合適。這種設計為在模板內部設置冷卻管道，再用孔塞或者擋板來實現回路的閉合。如圖7所示。

（3）凹模嵌入式。在型芯塊內設置管道回路，出水口和入水口通過定模板或動模板引出。需要注意型芯塊與定（動）模板之間的連接，要在它們之間加O形圈密封，防止冷卻水泄漏。本模具采用矩形嵌入凹模的冷卻回路，冷卻水孔的排列形式為直通孔形式，一端進冷卻水，冷卻水的溫度為20 ℃；一端排水，排出的冷卻水的溫度為25 ℃。如圖8所示。

4 結語

通過本文可以看出，塑料按鍵模具的設計重點有兩個，分別為分型面的選擇和冷卻管道的設計。本模具選擇了D-D式曲面設計，因此難度也比較大。再有本模具屬于小型模具，因此在設計冷卻管道時空間受限，管道布置會受到模具其他結構的限制，需要全面考慮，仔細分析才能設計出一套好的模具。

參考文獻

[1]高漢華.塑料成型工藝與模具設計[M].大連：大連理工大學出版社，2007.

[2]趙世友.塑料斜齒輪注塑模具設計與分析[J].塑料科技，2010，38（5）：77-79.

[3]許健南.塑料材料[M].北京：中國輕工業出版社，1999.

[4]郭廣思.注塑成型技術[M].北京：機械工業出版社，2002.