溫控器上蓋注射模設計＊

單 志，鄭佳鵬，戴護民，胡曉岳，張 寧

（廣東機電職業技術學院，廣東廣州 510515）

1 引言

近幾年技能大賽興起，省賽和國賽舉辦的熱火朝天，其中作為模具專業的頂級賽項-模具數字化設計與制造工藝，深受各高職院校歡迎。高職模具國賽題要求選手設計溫控器上蓋的注射模涉及到斜頂抽芯、滑塊抽芯、司筒頂出等機構，全面地考察選手的模具設計能力，各省省賽紛紛效仿。

華塑CAE融合了計算機技術、塑料流變學、彈性力學、傳熱學的基本理論[1]，建立塑料熔體在模具型腔中流動、傳熱的物理、數學模型，可以在試模之前，優化設計。李桂芹等人，應用了華塑CAE軟件輔助了模具設計[2～3]。文章分析了廣東省2021～2022年度高職模具賽項的溫控器上蓋注射模的設計要點，并結合華塑CAE軟件進行優化，最后成型出合格的塑件，驗證了模具設計的合理性，為廣大模具專業師生提供設計參考。

2 塑件結構工藝分析

圖1所示為溫控器上蓋三維模型，塑件總體大約65×62×19mm，平均壁厚1.5mm，A1和A4處有側孔需要設計滑塊側向分型與抽芯機構，A2處還有一處內凹，需要設計斜頂側向分型與抽芯機構，A3處為固定柱需要設計推管頂出，另外，模具的設計方案需考慮加工便捷性、經濟性。該塑件材料為PS料，收縮率0.6%，材料脆性比較大，成型時脫模不慎易開裂[4]。

圖1 塑件結構

3 模具結構設計

3.1 成型零件設計

成型零件包括型芯和型腔，是決定塑件內外表面的關鍵零部件[1]。成型零件結構有整體嵌入式、局部鑲拼式以及大面積拼合式，根據塑件結構特點和給定的是標準模架等條件，成型零件結構形式選擇整體嵌入式，如圖2所示。

圖2 成型零件結構形式

由于塑件通孔較多，模具碰穿面的成型零件結構需考慮加工經濟性，如圖3所示，型芯設計方案一在A4處有寬約1mm深約1.3mm的環形槽，需要電火花加工，型芯設計方案二避免了該處環形槽，因此采用設計方案二。

圖3 型芯設計方案對比

3.2 澆注系統設計及其優化

根據給定的一模一腔條件，澆注系統設計了主流道、分流道、側澆口以及冷料穴，具體尺寸如下：主流道小端直徑?3.5mm，α=2°，分流道直徑?6mm，澆口采用側澆口長1mm，寬4mm，深1mm。

初始方案的總體結構如圖4所示。

圖4 澆注系統初始方案

經模流分析，其填充壓力結果如圖5所示，填充末端的壓力66.6MPa，偏低，該處可能存在填充不滿的風險。

圖5 初始方案壓力場

改進措施：一增加注射壓力，二是改善澆注系統。考慮到增加注射壓力會增加推出困難，塑件脆性較大，脫模時易開裂，因此改善澆注系統結構，如圖6所示增加兩個進膠口。

圖6 澆注系統改進方案

再次模流分析后，填充壓力結果如圖7所示，填充末端壓力為88.48MPa，得到明顯改善。

圖7 改進方案壓力場

3.3 頂出系統設計

塑件有4根固定柱（A3處），此處脫模力相對較大，而頂出機構設計應在脫模力較大的地方設置，故此處采用司筒成型，推管推出，推管外徑?4mm，內徑?2mm，且均勻布置，如圖8所示。由于塑件側面幾乎豎直，沒有拔模角度，冷卻成型后，塑件會包緊在型芯上，因此增加兩根直徑?5mm的頂桿，幫助塑件脫模，如圖8所示，頂桿、推管與型芯配合長度10mm，與各模板間隙配合，單邊間隙0.5mm。

圖8 頂出系統設計

3.4 側向分型與抽芯機構設計

（1）斜頂側向分型與抽芯機構。

圖1中A2處有一內凹，由于塑件內部空間不大，滑塊側向分型與抽芯機構沒有空間放置，因此采用斜頂側向分型與抽芯機構。結構如圖9所示，其中，斜頂導向槽開在動模，圓柱銷被限制在推件固定板的導滑槽做直線運用，斜頂桿采用10×10mm方形桿，傾斜角度設計為8°。

圖9 斜頂抽芯機構裝配圖

該機構的工作過程是：注塑機開模時，推件板在頂出的過程中，使圓柱銷、斜頂桿沿著斜頂導向槽移動，這樣就將沿模具開模方向豎直直線運動轉化成型芯沿模具開模垂直方向的水平運動，完成了脫模運動。

（2）滑塊側向分型與抽芯機構。

圖1中的A1和A4處有側孔，兩處側孔都是通孔總體大小和深度一樣，故采用一樣的滑塊抽芯機構如圖10所示。鎖緊塊1和斜導柱5固定在定模板里面，斜導柱直徑?9mm，傾斜角13°，鎖緊塊傾斜角15°。壓板3將滑塊4限制在動模板導滑槽里做直線運動，限位螺釘限制滑塊抽芯行程為3.75mm。

圖10 滑塊側向分型與抽芯機構

滑塊與側型芯一體成形，總體尺寸35×40×54mm，斜導柱孔直徑?11mm，彈簧孔直徑?11mm，深12mm，具體設計如圖11所示。

圖11 滑塊結構設計

模具工作過程：利用注塑機的開模動作，帶動動模后退，迫使使斜導柱與滑塊產生相對運動，將豎直的開模力轉換成水平的抽芯力，同時水平安裝的彈簧4輔助滑塊的抽芯運動，使滑塊沿著壓板和動模組成的T型槽做直線抽芯運動，使之完成脫模。

3.5 導向定位機構

模具由導柱和導套進行合模導向。定位有三重定位：第一重定位：導柱導套定位（間隙配合，難以避免磨損，精度較低）；第二重定位：邊鎖精準定位（配合精度0.01mm，有效補償導柱導套的定位誤差）；第三重定位：型芯型腔鑲塊上的“虎口定位”（精確定位型芯型腔），如圖12所示。

圖12 導向定位設計

3.6 冷卻系統

結合模具結構，采用循環式冷卻水路，如圖13所示，塑件的上、下方均有循環水路，水路直徑?8mm，經CAE分析，冷卻水出入口溫差不大，滿足冷卻要求。

圖13 冷卻系統設計及其CAE分析

3.7 模具整體結構

模具總裝圖如圖14所示，該幅模具抽芯機構較多，包含了兩個滑塊抽芯和一個斜頂抽芯，設計時要注意干涉，必要時用運動仿真來檢驗設計是否合理。頂出機構為司筒頂出，尺寸小至?2mm，為避免頂桿損壞，應加強對成型零件拋光。

圖14 模具總裝圖

3.8 試模驗證

根據設計，加工制造出成型零件，并進行了試模，試模樣件如圖15所示，結果表明設計的模架開合模、抽芯等動作可靠，滿足實際要求。

圖15 試模塑件

4 結語

該模具的頂出機構比較復雜，采用了頂桿、推管、斜頂等組合頂出機構。外側通孔的總體尺寸和深度差不多相等，因此，外側抽芯采用滑塊分型與抽芯機構，且兩側對稱布置，開模時作用在模具上的側向力可以相互抵消[5]。澆注系統和冷卻系統經CAE分析，并得到優化。最后試模證明，模具抽芯與頂出動作可靠，整體結構設計合理，滿足實際生產要求。