基于Moldflow的塑料拉手注射模具設計

陸洋，李衛民，汪強

（泰州職業技術學院，江蘇 泰州 225300）

0 引言

傳統的模具設計主要利用經驗加試模來制定模具結構及其參數，這種方法雖簡單易用，但主要基于經驗的傳統設計，不可能對影響注塑制品質量的全部因素予以考慮。突出表現為質量穩定性差、廢品率高，而且即使是外觀形狀合格的制品，一般也難以獲得理想的內在質量。因此，為了節約成本，提高注塑制品質量，利用Moldflow 分析軟件進行分析，根據分析結果給出相應的調整方案,對工藝參數作出進一步調整。

圖1 塑料拉手

1 塑件材料及結構分析

圖1 是某種塑料拉手零件圖。該塑件材料為聚氯乙烯。聚氯乙烯中含有較多的增塑劑，它的柔軟性、斷裂伸長率高、耐寒性強，由于電氣絕緣性能優良，所以在電氣、電子工業中廣泛用于制造插座、插頭、開關、電纜等。另外聚氯乙烯還具有阻燃性（阻燃值為40 以上），在一定的溫度、酸性條件下，不易氧化腐蝕分解、機械強度高和電絕緣性能良好的等優點。缺點是脆性、硬度、抗拉強度、耐熱性較差，不能長時間處于較高的溫度下工作。

該塑件尺寸中等，整體結構稍微復雜，具有3 個側抽芯。塑件表面有光澤，光滑且沒有棱角，最重要的是塑件的兩個側孔有一定的尺寸要求，中間兩邊各有凹槽，難度較高。

2 模具結構設計

2.1 分型面和型腔數量的確定

由于塑件的構造比較復雜，具有3 個側抽芯，尺寸較小，故可以使用推桿脫模。模具本身的結構比較復雜，塑件的質量不重，所以最后采用一模一腔注射成型，塑件在型腔中的放置方向如圖2 所示。

2.2 排氣系統設計

圖2 型腔布局

如果型腔內的氣體不被排除干凈，不但將會形成氣泡、銀文、云霧、接縫，使表面輪廓不清，甚至沖模不滿，而且還會因為氣體受壓，體積縮小而產生高溫，導致塑件局部碳化，嚴重時還會燒焦，同時殘存的氣體還會產生反向壓力從而降低充模速度，影響成型周期，形成斷續注射，降低生產效率。因此在設計型腔時需要考慮排氣問題。通過Moldflow 的分析，其氣穴位置如圖3 所示。

由圖3 可以清晰地看到圖中粉紅色小點表示氣穴位置，而仔細可以看出氣穴多形成于塑件表面，故采用推板、活動型芯等活動配合間隙排氣。

圖3 氣穴位置

2.3 澆注系統設計

根據澆口的位置選擇要求，應該盡量縮短流動的距離，避免因為熔體破裂而引起塑件的缺陷，澆口應開設在塑件壁厚處，通過Moldflow 分析得到最佳的澆口位置如圖4 所示，結合實際加工方便與結構分析，將澆口兩處設置在拉手內側靠上方處。

圖4 最佳澆口位置

冷料穴位于主流道出口一端。冷料穴是主流道的自然延伸，作用是開模具時為了將主流道凝料拉向動模一側并頂出模具外。

2.4 成型零件設計

本設計由于是中批量生產，且塑件的模具及精度要求不高，形狀一般，考慮到加工成本等因素，因此采用了整體式凸凹模，材料選擇為P20H。

2.5 導向機構設計

導柱為帶頭導柱，結構簡單,便于加工。導柱導向部分的長度應該比凸模的端面高度高出100～120 mm。模板中設置導套，導向孔磨損后，可方便更換導套。依據所選模具板厚度及其重量，導柱直徑為25 mm，總長為124 mm，材料為20 鋼，經表面滲碳淬火處理，硬度為50～55HRC。導柱固定部分表面粗糙度為Ra0.8，導向部分表面粗糙度為Ra0.8～0.5。依據導柱參照模具標準手冊查找到常用的帶頭導套長度為60 mm。

2.6 脫模機構設計

本模具采用推板推出塑件，因此要求推板具有一定的強度和剛度，所以采用階梯軸結構形式，這樣既保證其起到順利推出制件的作用，又能保證推板的強度和剛度要求。推板孔與推板間隙應小于聚氯乙烯的溢料間隙（0.04 mm），設計4 根彈簧用以推板機構的復位。

澆注系統脫模采用常用的推板結構，材料為T8A。推板脫模機構不需要回程拉桿復位，推板應由模具的導柱導向機構導向定位，以防止推板孔與型芯之間的過度磨損與偏移。

型芯脫模采用常用的拉料桿結構，材料為T8A。

2.7 斜導柱的材料多為T9、T10 等碳素結構鋼，也可以把20 鋼做滲碳處理。因為斜導柱要與滑塊產生摩擦，所以熱處理要求為硬度55HRC 以上，表面粗糙度為Ra0.8 以下。

鎖緊塊是為防止注射時熔體壓力使測型芯滑塊產生位移設置的，為了有效工作，其上的斜面應與側型芯滑塊上的斜度一致，設計時斜面應留有修正余量。

滑塊定位裝置采用彈簧拉桿擋塊式，適用于任何方向的抽芯動作，壓縮彈簧的彈力是滑塊重量的3 倍左右，其壓縮長度須要大于抽芯距S，一般取1.4S。

3 塑料制品的CAE 分析

3.1 熔接痕分析

根據以上設計，先通過Moldflow 進行CAE 分析，分析該設計的制品成型質量：制品的熔接痕如圖5 所示。可以看出，熔接痕的位置并不影響制品的主要工作部分，故在澆口位置布局可以接受。

3.2 變形翹曲分析

先通過Moldflow 進行CAE 分析，分析該設計的制品成型質量，制品的翹曲分析如圖6 和圖7。

圖5 熔接痕圖

圖6 變形翹曲圖

圖7 變形取向翹曲圖

由圖7 可知，最大的變形量0.003 mm 左右，整體質量較好，并且最大變形區域并不影響制品的外觀及工作部位。所以可以進行生產制造。

4 模具裝配草圖及工作原理

裝配圖如圖8 所示。裝配三維效果如圖9 所示。

圖8 裝配圖

圖9 裝配三維效果

模具裝配試模完畢之后，模具進入正式工作狀態，其基本工作過程如下：1）對塑料PVC 進行烘干，并裝入料斗；2）清理模具型芯、型腔，并噴上脫模劑，進行適當的預熱；3）合模、鎖緊模具；4）對塑料進行預塑化，注射裝置準備注射；5）注射過程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結后的冷卻和脫模；6）開模時，開合模系統帶動動模部分后移，隨著繼續開模，3 個側型芯分別開啟，塑件脫離型腔；推出機構工作，推板在注射機頂桿的作用下，帶動推桿固定板移動，帶動推板工作，把塑件從主型芯上推出來，從而完成了塑件與模具的分離；最后將塑件取出完成自動脫模。7）塑件的后處理。

5 結語

通過Moldflow 軟件模擬分析了澆口位置、氣穴位置、熔接痕分布及翹曲變形等，利用模擬分析結果來指導塑料拉手注射模具設計及注射過程工藝參數的設定。將Moldflow 分析結果與實際生產中通過試模所得的結果相對比，兩者大體相同，從而證實了Moldflow 軟件在模具設計與生產中的實用性，并對減少試模次數、縮短生產周期、降低生產成本、提高生產效率等方面有很好的輔助作用。

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