照相機前蓋模具設計★

曾碧波， 姜海翔， 程　新

（荊楚理工學院， 湖北　荊門　448000）

引言

隨著塑料性能的穩定和良好的工藝性，在制造業領域的應用也越來越廣泛，同時塑件產品的結構也越來越復雜，給產品的模具設計帶來更高要求。傳統的經驗設計方法存在很多不足，失敗幾率高，滿足不了現代產品更新快且周期短的需求。CADCAE技術的應用，能在設計階段提前發現模具設計的不足，將失誤扼殺在前期，避免了加工的投入，降低費用并縮短了周期，很好的滿足了產品設計要求。本文針對照相機前蓋的模型，采用CADCAE技術進行模具設計及仿真，通過仿真可知，設計結果滿足需求。

1　塑件成型工藝性分析

通過對產品的結構和材料進行分析，確定產品成型零件的結構，最后選取合適的注塑設備。

1.1　塑件結構分析

產品結構如圖1所示，平均壁厚為1.75 mm，尺寸精度無特殊要求，均為自由尺寸，設計公差等級MT5。

產品結構為中等復雜，外觀面精度要求高,其中有多處扣位,要設置抽芯機構使模具能順利開模，如圖2所示。

圖1　照相機前蓋平均壁厚分析圖

圖2　照相機前蓋二維參考圖（單位：mm）

1.2　塑件材料分析

產品選用ABS材料，ABS屬于熱塑性塑料，外觀為粒狀或粉狀,呈微黃色,不透明但成型的塑件具有較好的光澤。ABS性能比較穩定，硬度和可加工性好，應用廣泛。ABS在成型過程中對原料的干燥性要求較高，注射時原料含水量應控制在0.1%以下。

1.3　塑件成型結構分析

1.3.1進膠方式選取

1）大水口直接進膠會在產品的表面留下很大膠痕，難以去除同時影響產品表面質量。

2）側進膠的方式會在產品的裝配位留下突出膠料，影響裝配。同時缺口會使雜質進入機器內部，影響使用。

3）潛進膠的形式會在產品的側表面留下膠痕，影響外觀。

4）牛角進膠適合于大產品的進膠。小型產品過于浪費料。且牛角的加工過程復雜。

5）細水口點進膠只會在產品的表面留下微小的膠痕，可以使用商標遮蓋。

由于產品為外觀產品，對外觀要求高，所以模具采用細水口點進膠方式。

1.3.2側抽芯機構設計

由于產品內部扣位復雜，要設置側抽芯機構進行脫扣。側抽芯機構由一個后?；瑝K和兩個前模隧道滑塊組成，后?；瑝K使用斜導柱進行開合模，而前模滑塊使用撥桿進行開合模[1]。

產品外部的扣位使用滑塊脫離，在內部無法使用滑塊的地方使用斜頂脫扣并頂出。

1.4　注塑機的選擇

用UG軟件建模，其體積為17.72 cm3，質量為18.61 g。流道質量按產品質量的0.6倍計算,則總質量為29.77 g。根據實際注射量為注塑機額定注塑量的20%～80%[2]，結合公司的注塑機設備,初選注塑機的型號為XS-ZY-130。

2　成型方案的設計

2.1　確定型腔的數目及布置

考慮到產品的產量較大，因此使用一模多腔的布局形式，但產品的形狀較復雜，三面有滑塊，所以產品個數不能太多，因此采用一模2腔的布局形式。產品之間不通過流道，同時為使模具結構緊湊，兩產品的型腔間距參照經驗[3]取25 mm，型腔采用CNC加工，型腔與型腔間距調整取整數100 mm。如圖3所示。

圖3　產品布局圖（單位：mm）

2.2　產品分型面的確定

根據分型面選擇原則，考慮到產品最大外形較為簡單，分型面選為產品底部，如圖4所示。

圖4　分型面

2.3　凸凹模的設計

成型零件的結構有整體式和組合式。整體式一般適用于高低落差不大的產品，使用一整塊鋼料進行加工即可。優點是塑件表面無鑲拼線痕跡；缺點是局部易損壞。而鑲拼式需要將產品局部高度落差大的地方單獨做一塊材料鑲嵌拼合起來。優點是不好加工的地方變得好加工，利于排氣。缺點是有鑲拼線痕跡，外觀不完美[4]。

凸模有較小的柱位和凸臺，局部強度太弱，做成鑲件的形式利于更換。凹模有較深的骨位，加工時刀具無法進入，做成鑲件利于加工，也利于后期的表面拋光。本產品采用鑲拼式凸凹模。具體凸凹模結構如圖5所示。

圖5　凸、凹模結構

3　模具系統的設計

對模具的澆注系統、頂出系統、排氣系統和冷卻系統進行設計，并選取模架，完成模具的裝配圖設計[5]。

3.1　澆注系統設計

3.1.1流道布置形式

流道需要均衡的填充每一個產品，保證產品在相同的時間內充填完整，同時也比較好加工，設計布局如圖6所示。

圖6　流道布局

3.1.2主流道設計

主流道一般位于模具的中心軸線上，與注塑機噴嘴的軸線重合，主流道如果直接設計在模胚上，在模板與模板接觸處可能出現溢料的情況[6]，為了在保護模具的同時使熔融的塑料流動平穩不溢料，這就需要設置澆口套。澆口套的尺寸決定了主流道的尺寸，如圖7所示。

圖7　澆口套（單位：mm）

3.1.3分流道設計

分流道采用兩級設計：第一級分流道采用U型流道，截面尺寸如圖，L1=110 mm；第二級分流道采用細水口流道，L2=60 mm。

分流道的表面粗糙度不能太低，為保證與分流道接觸的外層熔融塑料流動平穩，粗糙度Ra取1.6μm，如圖8所示。

圖8　分流道界面尺寸（未標單位：mm）

3.1.4澆口設計

①關于黃河口地域概念的界定因歷史上黃河“善淤、善決、善徙”而導致其河口的變遷極為復雜，在研究中一般認為黃河口就是黃河三角洲的代稱，但是黃河三角洲按其形成年代分為古代、近代和現代黃河三角洲，出于具體研究的需要，同時因近代黃河三角洲90%以上地域在東營市行政轄區之內，本文在研究中主要以東營市行政區劃范圍來界定黃河口。

澆口確定在產品上表面膠位比較厚的地方，這樣容易充填完整。表面形成的膠口痕跡使用商標遮蓋即可[7]。澆口如圖9所示，△A=0.8 mm，β=15°。

圖9　澆口尺寸

3.2　頂出系統設計

頂出機構選用圓柱臺階推桿，結構簡單，價格便宜。直徑為5 mm，T8A碳素工具鋼，熱處理50HRC，推桿工作端配合部分粗糙度0.8 μm。推桿在后模的位置如圖10所示。

圖10　推桿布置

3.3　側抽芯系統設計

產品有內凸結構，由于垂直于脫模方向,不能正常的從模具中脫出，因此，內凸結構成型零件要做成活動的型芯，模具必須設置抽芯機構。通常采用兩種抽芯機構，第一種采用滑塊導滑的分型抽芯機構，第二種采用斜桿導滑的分型抽芯機構[8]。兩種抽芯機構如圖11所示。

模具共設置三個位置的滑塊分型抽芯機構，分別如圖12、13所示。

內部有一個需要脫離的扣位，這種地方無法使用滑塊，只能使用斜桿導滑的分型抽芯結構如圖14所示。

圖11　抽芯機構

圖12　后?；瑝K分型抽芯機構

圖13　前?；瑝K分型抽芯機構

圖14　斜桿導滑的分型抽芯機構

3.4　排氣系統設計

3.4.1產品周邊的排氣

產品使用細水口進膠的方式，從產品的頂部直接注射,熔融的塑料從產品的頂部往下充滿周邊，產品的體積并不是很大，因此型腔不會困氣，氣體會沿著上下模的間隙排出，從而保證注塑飽滿。

3.4.2產品骨位的排氣

產品有多處深骨位，這些地方在注塑時會困氣，使氣體無法排出，導致產品有缺陷，因此需要在此處設置排氣。設置排氣的方式是單獨將此處做一個鑲件，然后在鑲件上面加工出排氣槽，由前面所知，ABS的溢膠值為0.03 mm。所以在鑲件上面的槽深需要小于0.03 mm，取0.02 mm即可，寬度取刀具的直徑Φ4 mm。排氣槽如下頁圖15所示。

3.5　冷卻系統設計

為了保證冷卻效率，要求冷卻凸凹模的水流均勻，一般根據產品的大小由經驗[2]確定水道的大小,選取冷卻水道的直徑為Φ8 mm。為防止漏水，水道的端部用堵頭堵住，凸凹模與動定模板連接處的水路使用Φ16的膠圈密封。

3.5.2冷卻水道的形式

考慮到加工方便和成本低的要求，模具使用環形水道，這種水道可以滿足冷卻的要求。凸凹模結構相似，采用相同的水道形式。水道如圖16所示。

圖15　排氣槽

圖16　環形水道

3.6　模架的選擇

此產品選擇細水口模架，查文獻[1]中表1.2，根據模仁的長寬230 mm×180 mm，確定動定模板的尺寸為：動模板的尺寸為350 mm×450 mm×80 mm；定模板的尺寸為350 mm×450 mm×90 mm；模腳的高度為120 mm[9]。

3.7　模具的裝配圖（如圖17所示）

圖17　模具裝配圖

4　開模過程

細水口模具，需要開三次模。第一次水口板與前模板分開,水口料與產品的連接點被拉斷。第二次水口板與面板分開,水口料與水口鉤針分離。水口料掉落。第三次前模板與后模板分開，產品脫模，頂針頂出[10]（如圖18所示）。

圖18　模具開模過程

5　結論

本次設計采用UG三維軟件對照相機外殼進行模具設計，并進行仿真。本次設計包含有以下部分：

1）產品的工藝性分析。根據照相機外殼的尺寸，分析產品的工藝性特征是否能夠滿足注塑工藝的要求和結構設計的需求。

2）模具的方案設計。選取模具的分型面，設計模具的腔體數量及分布形式，合理的選擇進膠方式及澆口位置。

3）注塑機的選擇。根據模胚的大小，結合工廠生產設備狀況，選取合適的設備用于注塑生產。

4）模具結構設計。對模具的澆注系統、成型零部件、頂出系統、冷卻系統和排氣系統進行設計計算，然后選取模胚。

5）模具開模仿真。對模具的開模過程進行仿真，仿真結果表明，此設計結構合理，動作流暢無干涉。

[1]覃鵬翱.塑料模具設計技巧[M].北京：電子工業出版社，2010.

[2]田光輝，林紅旗.模具設計與制造：第2版[M].北京：北京大學出版社，2009.

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[9]楊凌平，魏曉偉，楊軍.表面處理技術在模具中的應用和發展[J].模具技術，2007（9）：87-88.

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