某型儀表透明塑料罩多抽芯注塑模具設(shè)計(jì)

楊 炫，趙 源，張 偉，符書(shū)豪，王 超

(貴州航天天馬機(jī)電科技有限公司，貴州 遵義 563000)

0 引言

注塑成型工藝指在一定溫度下將粘合成流體的彈性塑膠塑料在高速及高壓的條件下注入到注塑模具中成型的一種加工工藝[1]，由于其具有成型塑件尺寸小和精度高、可用于成型復(fù)雜不同類型的塑件及成型效率高的三大優(yōu)點(diǎn)[2]，該技術(shù)已成為塑料加工成型的重要加工方法。

注塑模具是注塑成型工藝的重要工具，流體塑料被注射進(jìn)模具中并在其中成型，不合理的模具將會(huì)導(dǎo)致塑件成型后出現(xiàn)各種缺陷，從而致使塑件報(bào)廢，進(jìn)而增加成本[3-7]。儀表透明塑料罩是保護(hù)儀表設(shè)備的重要工具，在儀器生產(chǎn)行業(yè)占有重要的地位，本研究以某型儀表透明塑料罩為研究對(duì)象，對(duì)其注塑模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，可為儀表罩的生產(chǎn)制造提供一定的參考價(jià)值。

1 塑件結(jié)構(gòu)分析

圖1所示為該透明塑料罩的二維圖，該儀表罩的外形尺寸為R125 mm的圓盤(pán)部分，厚度最大為35 mm，側(cè)面有兩個(gè)結(jié)構(gòu)相似的卡扣，材料選用了PC材質(zhì)，利用UG三維軟件對(duì)其進(jìn)行三維模型的建立，建立的三維模型如圖2(a)所示，由圖2(b)塑件的壁厚分析可知，塑件的壁厚較為均勻，圓弧部分及頂面的壁厚為2.5 mm，其余部分的壁厚為1.5 mm。

該塑件屬于小型塑件，側(cè)面存在的卡扣孔洞需要設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的抽芯機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行成型，考慮到整體的生產(chǎn)效率及模具的加工方便，采用一模四腔的型腔布局方案最為合理，型腔的布局結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，四個(gè)塑件在型腔中均勻布置，呈中心對(duì)稱分布。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

注塑模具的澆注系統(tǒng)是流體塑料進(jìn)入到模具型腔的通道，它對(duì)流體塑料的流動(dòng)狀態(tài)及流向起著決定性的作用，澆注系統(tǒng)主要由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，需確定澆口的位置，由于該塑件的整體壁厚較薄，將澆口設(shè)置在塑件的頂平面處最為合理，一方面避免了流體塑料對(duì)型腔的直接沖擊，另一方面則可以保證型腔的均勻填充。該塑件的澆注系統(tǒng)選用了澆口套式的主流道、圓形主分流道及扁平副分流道、扁平側(cè)澆口及Z形冷料穴的組合形式。

圖4為主流道的結(jié)構(gòu)尺寸示意圖，經(jīng)計(jì)算，主流道的L為135 mm，d為5 mm，D為9.7 mm，r為1.5 mm。

主分流道直徑取8 mm，長(zhǎng)為332.6 mm，副分流道寬度取10 mm，長(zhǎng)取40 mm，末端15 mm設(shè)置有15°的擴(kuò)張段，澆口厚度為2 mm，冷料穴位于分流道末端，直徑設(shè)置為8 mm，深度為20 mm，設(shè)置Z形拉料桿，設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)如圖5所示。

2.2 成型零件的設(shè)計(jì)

成型零件即組成模具型腔的基體，成型零件一般包括動(dòng)模型腔、定模型腔及型芯，在設(shè)計(jì)成型零件前，需確定模具的分型面，即動(dòng)模型腔及定模型腔的結(jié)合面，分型面應(yīng)盡量選擇在塑件的最大輪廓、尺寸精度要求低及便于塑件脫膜的位置，本文考慮到抽芯機(jī)構(gòu)的布置，將分型面選在了儀表罩的下底面處，布置的位置如圖6所示，分型面的上側(cè)為定模側(cè)，下側(cè)為動(dòng)模側(cè)，塑件的外表面成型依靠定模側(cè)成型，而內(nèi)表面的成型分配在動(dòng)模側(cè)。

接著對(duì)型腔的尺寸進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如下：

凸模的徑向尺寸設(shè)計(jì)公式：

l=[(1+K)l1+3/4Δ]-δz

(1)

凸模的高度尺寸設(shè)計(jì)公式：

h=[(1+K)hs+2/3Δ]-δz

(2)

(3)

凹模的輪廓尺寸設(shè)計(jì)公式：

L=[L1(1+K)-3/4Δ]+δc

(4)

凹模深度尺寸計(jì)算公式：

H=[(1+K)Hs-2/3Δ]+δ

(5)

其中，l—凸模徑向尺寸；h—凸模的高度尺寸；hs—深度方向的公稱尺寸；l1—徑向公稱尺寸；Δ—尺寸公差；K—平均收縮率；L—凹模的輪廓尺寸；H—凹模的高度尺寸；δ—注塑模具磨損量；δz—注塑模具制造工差；L1—塑件的對(duì)應(yīng)尺寸。

儀表罩的外形尺寸為220 mm×78 mm×35 mm，最大收縮率取0.8%，最小收縮率取0.4%，制件允許公差取0.6 mm，根據(jù)式(3)，可得平均收縮率為0.6%。則儀表罩的徑向外形尺寸為220 mm，模具型腔徑向制造公差取0.05 mm，根據(jù)式(1)得凸模徑向尺寸：

型腔的高度制造公差取0.04 mm，則凸模的高度尺寸根據(jù)式(2)得：

型腔的高度制造公差取0.04 mm，則凸模的高度尺寸根據(jù)式(5)得：

根據(jù)儀表透明罩的投影面積、高度及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定了動(dòng)模鑲塊的外形尺寸為600 mm×310 mm×50 mm，定模鑲塊的結(jié)構(gòu)尺寸為600 mm×310 mm×44.5 mm。設(shè)計(jì)的成型零件如圖7所示。

2.3 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

抽芯機(jī)構(gòu)用于抽離與開(kāi)模方向不一致的型芯，按照抽芯動(dòng)力源的不同，抽芯機(jī)構(gòu)可分為斜銷抽芯機(jī)構(gòu)、液壓抽芯機(jī)構(gòu)及手動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)，本塑件抽芯部分抽芯距離較短且所需抽芯力較小，選擇經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單的斜銷抽芯機(jī)構(gòu)，該抽芯機(jī)構(gòu)主要由成型元件型芯、運(yùn)動(dòng)元件滑塊、傳動(dòng)元件斜銷、鎖緊元件鎖緊塊及限位元件限位釘。

抽芯力計(jì)算公式如(6)式所示，計(jì)算得抽芯力為870 N。抽芯距離測(cè)量為2.5 mm，取4.5 mm的安全距離，設(shè)計(jì)抽芯距離為7 mm。

F=F阻cosα-F包sinα=Alcp(μcosα-sinα)

(6)

式中：F—抽芯力，N；F阻—抽芯阻力，N；F包—包緊力，N；A—型芯成型部分的截周長(zhǎng)，m；lc—型芯成型部分的長(zhǎng)度，m；p—單位面積上的包緊力，Pa；μ—塑料與型芯之間的摩擦因數(shù)，一般取0.2～0.25；α—型芯成型部分的拔模斜度(°)。

斜銷最小工作直徑的計(jì)算公式如下：

(7)

式中，d—斜銷工作直徑，cm；F—抽芯力，N；Hk—有效開(kāi)模行程，m；[σ]W—抗彎強(qiáng)度，MPa，一般取300 MPa；α—斜銷斜角(°)。

計(jì)算可得斜銷最小直徑為20 mm，取24 mm，可得斜銷斜角為18°。抽芯機(jī)構(gòu)采用分體結(jié)構(gòu)式，型芯鎖在滑塊上，滑塊通過(guò)L形導(dǎo)滑槽滑動(dòng)，設(shè)計(jì)的抽芯機(jī)構(gòu)如圖8所示。

2.4 推出機(jī)構(gòu)及冷卻水道的設(shè)計(jì)

本研究選用機(jī)動(dòng)推桿推出機(jī)構(gòu)作為設(shè)計(jì)方案。首先需計(jì)算出推出距離，即在推出元件作用下，塑件與相應(yīng)成型表面直線位移或角位移，本儀表透明罩不存在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，只需采用直線推出，測(cè)量得推出距離為30 mm，每個(gè)塑件內(nèi)底面均勻設(shè)置4支推桿，推桿直徑設(shè)置為5 mm，推桿長(zhǎng)度215.5 mm，推桿的布置位置如圖9所示。

根據(jù)流量選擇直徑為10 mm的冷卻水道。分別在定模型腔、動(dòng)模型腔內(nèi)部設(shè)計(jì)了冷卻水道。定模型腔內(nèi)的冷卻水道布置形式如圖10(a)所示，動(dòng)模型腔內(nèi)的冷卻水道需要避開(kāi)推桿布置，并且需要保證一定的安全壁厚，設(shè)計(jì)的冷卻水道如圖10(b)所示。

3 模具整體裝配及工作原理

3.1 模具的整體裝配

模具的整體裝配即將所有設(shè)計(jì)的各部分結(jié)構(gòu)系統(tǒng)裝入到模架中，模架選用了大水口的二板模，采用UG三維軟件進(jìn)行模具的整體裝配，設(shè)計(jì)完成的模具裝配圖如圖11所示，圖11(a)為動(dòng)模部分的裝配圖，圖11(b)為定模部分的裝配圖。二維圖如圖12所示。

3.2 模具的工作原理

注塑模具可分為兩大部分，即定模部分及動(dòng)模部分，定模部分主要由定模座板、定模板、定模型腔、斜導(dǎo)柱、導(dǎo)套、定位圈及澆口套組成，剩余部分則為動(dòng)模部分，定模部分固定在注塑機(jī)的噴嘴位置，不能移動(dòng)，而動(dòng)模部分固定在注塑機(jī)的移動(dòng)座上，可隨移動(dòng)座進(jìn)行移動(dòng)，首先移動(dòng)座帶動(dòng)動(dòng)模部分逐漸與定模部分合攏，其中推出機(jī)構(gòu)逐漸復(fù)位，待模具完全合攏后，注塑機(jī)噴嘴將流體塑料噴入到模具中，待塑件在型腔中完全凝固后，注塑機(jī)移動(dòng)板又帶動(dòng)動(dòng)模部分開(kāi)模，塑件由于張緊力會(huì)留在動(dòng)模型腔內(nèi)，接著推桿將塑件頂出，最后對(duì)模具進(jìn)行清洗噴漆處理，進(jìn)行下一循環(huán)。

4 結(jié)論

本研究以儀表透明塑料罩為研究對(duì)象，首先在充分分析其結(jié)構(gòu)尺寸的基礎(chǔ)上，確定了注塑模具采用一模四腔的型腔布局結(jié)構(gòu)，然后對(duì)模具的澆注系統(tǒng)、成型零件、抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)及冷卻水道進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，最后完成了模具的整體裝配及工作原理的闡述。