多孔管件的一體雙抽芯式注塑模設計

李帥耀

(貴州大學機械工程學院，貴州 貴陽 550025)

0 引言

注塑模滲透在生產生活的方方面面，實踐性和經驗性要求很高。像一些重要的機械部件，或者是生活中實用的一些小工具，都可以通過模具成型生產出來[1]。如今，塑料行業正在迅速地發展，所涉足和應用的領域越來越廣，同時國民經濟的發展也極大推動著塑料工業的進步。塑料模具生產有著外形美觀、生產高效等優點，其他產業對其需求越來越大，這為注塑模生產帶來了極大的機遇[2-3]。

在實際的設計制造中，基于UG的注塑模設計過程，在一定程度上可以縮短設計周期，是很多注塑模設計人員的一般選擇[4]。本次設計考慮到實際生產應用，將兩個外抽芯結構設計為一體，最終完成整個注塑模具結構的設計。

1 注塑模在國內外的發展現狀

注塑模在現代工業生產中的應用十分廣泛，在整個模具行業中所占的比重大約為30%。隨著塑膠制品的推廣應用，注塑模日漸成為各種工業產品的重要工藝裝備。從航天航空、汽車電子配件，再到茶杯、水管等生活用品，到處都有塑膠產品的身影[5-6]。

在我國，塑料產品的廣泛應用為注塑模的發展提供了廣闊的市場空間，同時新材料的研發使用和工藝的創新大大助力了注塑模行業的發展進步。在各種應用需求的推動下，已經形成了一條巨大的產業鏈條。塑膠產品市場總體趨熱發展[7]。但是自動化程度不高、制造精度低是制約我國注塑模具行業發展的因素。我國的注塑模行業在未來發展中應該向著多功能、低成本和高精度的方向，進一步擴大自身發展[8]。

2 塑件成型工藝性分析

2.1 塑件結構分析

這次任務主要是針對給出的管狀零件進行注塑模具的設計。其三維圖如圖1所示，模型表面光滑沒有凹坑。

圖1 管件三維圖

圖2是塑件的零件圖，該塑件最大幾何尺寸是29.8 mm×20 mm×24.8 mm，壁厚1.6～3.1 mm，選用一般生產中使用的工程塑料ABS塑料。ABS材料的熔融流動性相對較好，適合注射成型。選擇材料設置收縮率，進行注塑模設計。

圖2 端蓋框零件圖

塑件為端蓋管狀，比較規則。要求生產出來的塑料產品表面平整光滑，沒有翹曲、皺折和裂紋等缺陷，同時要防止產生熔接痕。采用一般精度4級。塑件的平均壁厚為2 mm左右，脫模斜度為35′～1°30′。為了使注射充型流暢，取其脫模斜度為1°。

2.2 材料性能分析

ABS的質地堅硬，韌性和剛性也比較高。同時它的抗沖擊性、耐化學腐蝕性以及電氣性能優良，其中吸水性比較差，容易涂裝、著色。對應的相關參數見表1。

表1 ABS的性能參數

3 注塑模內部結構的設計

3.1 整體結構方案設計

在模架的選擇上，為了符合節約制造原則和簡化模具結構，使用二板模，和注塑機配合安裝，完成塑件產品的注塑生產。動定模在導柱導套的引導下精確對合，完成相對運動。斜導柱滑塊機構5在生產中完成壁孔和側彎處的抽芯開模，最后由頂出機構推出塑件制品。整體結構方案如圖3。

圖3 結構原理圖

為了防止注塑生產中產生壓力變形，動模板4下方設置支撐柱。另外在模板側面開孔放置鎖模塊，保證在挪動或運輸中不會從分型面處打開甚至掉落，造成損壞和安全事故。

3.2 型腔布局的設計

型腔數目的選擇，要先考慮一下這個制件本身的結構；另外塑件產品的需求數量也是需要考慮進去的因素。塑件產品產量需求較小，使用單腔模可以降低制造成本，因此采用一模一腔的模具結構方案，既滿足了需求量，又降低了生產成本。

3.3 分型面選擇

分型面的選擇合理與否，會關系到塑件的質量等很多問題。經過分析塑件的中間平面的截面積是最大的，所以分型面取在這里，對應的位置如圖4所示。

圖4 分型面示意圖

3.4 澆注系統設計

3.4.1 澆口結構形式的選用

該塑件對外觀的要求比較低，經過分析后決定采用下面所展示的錐形側澆口。熔體在寬度方向可以實現均勻分配，從而降低內應力。

綜合考慮澆口位置的設計原則，澆口的結構和位置設計如圖5所示。

圖5 澆口設計

3.4.2 主流道和分流道設計

主流道、分流道的長度應該盡可能短，減少彎折。結合考慮澆口位置，主流道設計為偏離模具中心，按照要求偏心距不能超出模具外形尺寸的2/3。

主流道長度由模具結構決定，初選L=58 mm；

主流道小端直徑：

d=d0(注射機噴嘴)+(0.5～1)mm=2.6 mm；

主流道大端直徑：

D=d+L主tanα=4 mm。

在注塑模系統中，分流道幾乎相當于一個承上啟下的中間區域，分流道的截面要根據塑料特性、加工性和模具結構而定。最終決定選用圓形截面分流道，圓形截面形狀參數如表2。

該塑件所用材料為ABS，由表2可知，將分流道直徑設置為4 mm。

表2 圓形分流道參數

在主流道和分流道的末端設計冷料穴，儲藏冷料從而使熔體順利地充滿型腔。采用鉤頭式拉料桿，伸進冷料儲積的部位。考慮到主澆道偏離模具中心，因此設計雙拉料桿，使推桿固定板受到多點推力的作用，相對容易平衡推出，可減輕偏心對模具產生的不良影響。

3.5 側向抽芯機構的設計

材料ABS的平均收縮率Scp為0.55%。

由GB1804—2000中m級可以查出來10.76公差值為±0.2，轉換標注形式10.76±0.2=10.960-0.4。

型腔徑向尺寸：

型腔縱向尺寸：

型芯部分工作尺寸：

側向型芯部分的工作尺寸計算：

3.5.1 抽芯方案的確定

該塑件的側面存在和開模方向不一致的孔和凹槽。經分析，決定采用斜導柱滑塊形式的外側抽芯機構。兩個抽芯部位在同一側，可以設計成一體雙抽芯的形式，簡化模具結構。為避免模具結構過于復雜，因此考慮將滑塊放在動模處。結構如圖6。

圖6 抽芯機構

依靠注塑機產生的開模力，傳遞到零件從而實現模具結構的分型和抽芯。斜導柱和滑塊會產生一個相對運動，而滑塊將在斜導柱的作用下，一方面沿開模的方向運動，另一方面會沿著橫向運動。橫向運動會使用于模具側向成型的機構脫離出塑件內部的凹凸部分。

3.5.2 抽芯距和抽芯力的計算

凹槽的抽芯深度為3.52 mm，側孔的抽芯深度為2.41 mm。相比之下，凹槽所需的抽芯深度較大，所以以凹槽的抽芯深度為準計算抽芯距。

s=s′+k=3.52+5.48=9 mm

一般情況下，抽芯力包括有抽芯時的阻力和塑件在冷卻及收縮之后產生的包緊力。

F=Ap(μcosα-sinα)

=(A1+A2)p(μcosα-sinα)

=(30.51+28.12)×25×(0.3×cos1°-sin1°)

=414 N

3.5.3 單斜導柱滑塊機構的設計

斜導柱的直徑計算公式：

在實際的設計過程中，考慮的因素和計算相當復雜，查表并結合實際情況，取斜導柱的直徑d=8 mm。

斜導柱的長度：斜導柱一般分為三部分，而斜導柱的傾斜角α的確定要綜合考慮很多因素，通常的取值范圍是12°～30°。計算斜導柱的長度：

設計過程中，取β=15°，d2=10 mm，h=1.6 mm，d=8 mm，前面得到s=9 mm。代入計算得到L≈40 mm。在滑塊部分兩側配置滑塊壓條，每件滑塊壓條用螺釘固定。采用常規結構，滑塊上方使用滑塊擋塊鎖緊。

圖7 頂出機構

3.6 推出機構的設計

在產品注塑成型后，要用推料桿將塑件頂出，推料桿固定在推料板固定桿上。整個推出機構隨著動模一起運動，從而完成塑件脫模的過程。考慮到塑件的形狀因素，設置4條推料桿，拉料桿由于偏心因素設計成2條，推出機構在推出脫模的過程中，可以保證每一條頂桿都能受力均勻。

3.7 注塑模冷卻系統

為了提高產品質量和生產效率，根據塑件的結構特點，在上下模中采用環形冷卻水道，具體設置在上下模的塑件外圍，管路直徑選擇6 mm。冷卻水道的設置不會對產品的注塑生產造成影響，在實際生產中能夠快速降低熱流道注塑的溫度，加快生產速度，對實際生產有很大幫助。

4 結語

在注塑模具設計制造中，選擇合理的分型面和靈活的抽芯成型機構是改良生產的關鍵所在。對于結構復雜的模具，設計時要考慮結構包括材料等各種特性，將可能發生的缺陷在設計階段就給予回避。

此次設計的注塑模具整體結構合理，針對塑件外壁上的圓孔和側彎部位，將兩個抽芯塊設計為一體，有效簡化了模具本身的結構，同時提高了應用性，產品成型質量得到提升。本次設計對抽芯式注塑模的設計研究是非常有借鑒意義和參考價值的，而且本設計具有較高的實用性和現實意義。