一模多件塑料產(chǎn)品的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

■ 東莞市經(jīng)濟(jì)貿(mào)易學(xué)校 （廣東東莞 523000） 葉朝楨

■ 東莞理工學(xué)院城市學(xué)院 （廣東東莞 523000） 吳廣峰

■ 東莞市高技能公共實(shí)訓(xùn)中心 （廣東東莞 523466） 吳光明

高級(jí)講師、工程師 葉朝楨

1. 產(chǎn)品分析

圖1所示為一套四件小塑料盒產(chǎn)品的3D圖，圖2所示為一套兩件的小花灑的3D圖。材料都為ABS，收縮率為5‰。塑件的曲面過(guò)渡圓滑，表面質(zhì)量要求較高。

小塑料盒的四個(gè)塑件產(chǎn)品中，小平蓋的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，可在動(dòng)、定模各成形一部分。蓋底部有4個(gè)固定柱，在動(dòng)模成形，并設(shè)計(jì)在頂桿上；小翻蓋的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜一些，曲面過(guò)渡圓角最小為R0.2mm，小翻蓋的中間有一異形孔，須保證上表面的質(zhì)量，孔四周不能有毛刺，小翻蓋兩端有轉(zhuǎn)動(dòng)軸，可在動(dòng)、定模各成形一半；面殼結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，兩端設(shè)計(jì)有卡槽，須設(shè)計(jì)枕位成形。外壁壁畫(huà)厚度僅為0.5mm，沒(méi)有斜度，頂出困難。外殼內(nèi)部設(shè)計(jì)有4個(gè)固定柱和3條加強(qiáng)筋，是塑料產(chǎn)品的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)。面殼內(nèi)部還有兩個(gè)內(nèi)扣位，設(shè)計(jì)斜頂針裝置成形頂出；底殼的結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，表面上既有兩通孔，也有不通的異形曲面，內(nèi)殼設(shè)計(jì)有4個(gè)固定柱和多個(gè)加強(qiáng)筋，給加工帶來(lái)很大困難。

小花灑的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，花灑蓋上有42個(gè)R0.3mm的小通孔。花灑本體的手柄處為中空結(jié)構(gòu)，抽芯距離長(zhǎng)，尺寸小，抽芯抽出的軌道角度為9°。花灑本體上還設(shè)計(jì)有兩外形孔，外表面為內(nèi)凹外形表面，也須設(shè)計(jì)斜滑塊機(jī)構(gòu)抽芯成形，是這套模具設(shè)計(jì)和制造的難點(diǎn)。如何避免在產(chǎn)品外表面留下明顯的模具分模痕，須仔細(xì)斟酌。

2. 模具結(jié)構(gòu)分析

四件小塑料盒產(chǎn)品和小花灑產(chǎn)品的尺寸都不大，從注塑、加工及經(jīng)濟(jì)角度綜合考慮，一模設(shè)計(jì)出8件產(chǎn)品（小塑料盒每樣1件，小花灑每樣2件）。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)安排成形位置，產(chǎn)品對(duì)稱分布，塑件的分型和擺放、注射模具結(jié)構(gòu)尺寸和型芯尺寸如圖3所示。澆口位置設(shè)計(jì)在8個(gè)塑件的中間處。設(shè)計(jì)采用側(cè)澆口進(jìn)料，澆口位置設(shè)計(jì)在產(chǎn)品外表面的邊緣，注塑后自行脫落。模具采用標(biāo)準(zhǔn)模架，零件要求較高，模具型芯材料選用高性能的模具鋼。產(chǎn)品排位及流道結(jié)構(gòu)尺寸如圖4所示。

首先確定塑件的前、后模曲面。為便于模具出模，將光滑的外表面設(shè)計(jì)成前模。根據(jù)各個(gè)塑料產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)模具進(jìn)行分模設(shè)計(jì)，前、后模和抽芯機(jī)構(gòu)分模如圖5所示。

圖1 小塑料盒產(chǎn)品的3D圖

圖2 小花灑的3D圖

1）小平蓋塑件在前、后模各成形一部分，分型面在平板的下沿。蓋底部有4個(gè)固定柱，在后模成形，并設(shè)計(jì)在頂桿上，方便頂出，同時(shí)保證塑件開(kāi)模時(shí)留于后模。前、后模的成形結(jié)構(gòu)如圖6、圖7所示。

2）小翻蓋的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，分型面為延伸曲面，兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)軸可在前、后模各成形一半，曲面過(guò)渡圓角最小為R0.2mm。成形中間的異形孔時(shí)，為保證上表面的質(zhì)量，孔四周不能有毛刺，設(shè)計(jì)了前模碰穿后模的結(jié)構(gòu)，在前模設(shè)計(jì)了異形孔凸臺(tái)。前、后模的成形結(jié)構(gòu)如圖8、圖9所示。

3）面殼結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，分型面為平面，但因面殼外表面有內(nèi)凹部分，為保證前模型腔的成形質(zhì)量，須將前模分型面向四周延展（見(jiàn)圖10）。成形面殼前端的半方孔，須設(shè)計(jì)枕位（見(jiàn)圖10、圖11）。面殼外壁壁畫(huà)厚度僅為0.5mm、深度4mm，沒(méi)有斜度，頂出困難。設(shè)計(jì)后模鑲件機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖12、圖13），靠后模型腔與后模鑲件成形面殼外壁。

外殼內(nèi)部設(shè)計(jì)有4個(gè)固定柱和3條加強(qiáng)筋等結(jié)構(gòu)，是塑料產(chǎn)品的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)，都設(shè)計(jì)在后模鑲件（見(jiàn)圖13）上成形。

面殼內(nèi)部還有兩個(gè)內(nèi)扣位，但抽芯的距離短，為簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)斜頂針裝置成形頂出，如圖14所示。

4）底殼的分型面也為平面，但因面殼外表面也有內(nèi)凹曲面部分（見(jiàn)圖15），為保證前模型腔的成形質(zhì)量，增加前后模的合模強(qiáng)度，將前模分型面向四周延展（見(jiàn)圖16）。成形表面上兩個(gè)大方形通孔時(shí)，為保證上表面的質(zhì)量，孔四周不能有毛刺，設(shè)計(jì)了前模碰穿后模的結(jié)構(gòu)，在前模設(shè)計(jì)了碰穿凸臺(tái)（見(jiàn)圖16）。

底殼的外壁部分也設(shè)計(jì)后模鑲件機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖17、圖18），靠后模型腔與后模鑲件成形底殼外壁。

圖3 模具結(jié)構(gòu)尺寸

底殼內(nèi)部的4個(gè)固定柱和數(shù)條加強(qiáng)筋等結(jié)構(gòu)，是塑料產(chǎn)品的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)，都設(shè)計(jì)在后模鑲件上成形（見(jiàn)圖18）。

5）小花灑面蓋的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，花灑蓋上有42個(gè)R0.3mm的小通孔。分型面為平面。成形中間的小通孔時(shí)，為保證上表面的質(zhì)量，孔四周不能有毛刺，設(shè)計(jì)了前模碰穿后模的結(jié)構(gòu)，在前模設(shè)計(jì)了42個(gè)碰穿小圓凸臺(tái)（見(jiàn)圖19）。

面蓋的外壁壁厚只有0.5mm，深度為3mm，從成形和制造多方面考慮，設(shè)計(jì)后模鑲件機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖20），靠后模型腔與后模鑲件成形面蓋的外壁。開(kāi)模時(shí)，面蓋留在后模，由后模鑲件完成頂出動(dòng)作。

6）小花灑本體結(jié)構(gòu)特殊，綜合考慮各方面因素，一套模具設(shè)計(jì)成形兩個(gè)小花灑本體產(chǎn)品和兩個(gè)面蓋。

前模型腔成形本體手柄的外表面，分型面為曲面（見(jiàn)圖21）。

本體的手柄處為中空結(jié)構(gòu)，抽芯距離長(zhǎng)，尺寸小，抽芯軌道角度也不是常規(guī)水平結(jié)構(gòu)，而是為9°的斜度。花灑本體上還設(shè)計(jì)有兩外形孔，外表面為內(nèi)凹外形表面，也須設(shè)計(jì)斜滑塊機(jī)構(gòu)抽芯成形。設(shè)計(jì)時(shí)，為盡量不影響產(chǎn)品的外觀美觀，滑塊和前模的分型線設(shè)計(jì)在圓角過(guò)渡處，抽芯滑塊成形塑件上的整個(gè)兩側(cè)外形曲面（見(jiàn)圖22）。

模具的兩端和內(nèi)部都設(shè)計(jì)有滑塊機(jī)構(gòu)，再加上手柄抽芯滑塊機(jī)構(gòu)，后模上共有6個(gè)抽芯滑塊機(jī)構(gòu)。和抽芯滑塊相配合，前模型腔兩端設(shè)計(jì)了不規(guī)則的枕位，后模型芯和抽芯滑塊設(shè)計(jì)了滑動(dòng)導(dǎo)軌，保證抽芯機(jī)構(gòu)的可靠穩(wěn)定運(yùn)作（見(jiàn)圖22）。

整套模具的后模合模如圖23所示。

圖4 產(chǎn)品排位及流道結(jié)構(gòu)尺寸

圖5 前、后模和抽芯機(jī)構(gòu)分模

圖6 小平蓋前模

圖7 小平蓋后模

圖8 小翻蓋前模

圖9 小翻蓋后模

圖10 面殼前模

3. 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代化生產(chǎn)中，經(jīng)常會(huì)碰到這類零件眾多、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜且批量不大的小型塑料件生產(chǎn)。由于每個(gè)零件特殊各異，導(dǎo)致模具型腔曲面復(fù)雜，分型面千變?nèi)f化，各類斜頂出機(jī)構(gòu)、斜滑塊機(jī)構(gòu)以及多次頂出機(jī)構(gòu)都集中在一套模具中。基于必須考慮經(jīng)濟(jì)效益的前提，為節(jié)約模具制造成本，必須將多個(gè)塑件合理規(guī)劃在一套模具中。

圖14 面殼斜頂針

圖15 底殼后模

圖16 底殼前模

圖17 底殼后模結(jié)構(gòu)

圖18 底殼后模鑲件

圖19 小花灑面蓋前模

圖20 面蓋后模

該套模具一次成形6種共8個(gè)小型塑件，設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)豐富，匠心獨(dú)具，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分合理。結(jié)合現(xiàn)代化的加工手段，有效地保證了模具制造精度，一次試模成功，為該類模具設(shè)計(jì)和制造的典型案例。

圖21 小花灑本體前模

圖22 小花灑本體后模

圖23 后模合模