趙利平

(廣東科技學(xué)院,廣東 東莞,523083)

國內(nèi)外設(shè)計(jì)一模多腔的模具時(shí),多通過創(chuàng)建坯料的方法,分別創(chuàng)建單個(gè)塑件的分型面[1-2],再合并分型面,進(jìn)行體積塊的分割和模具元件的抽取,生成注塑件,快速簡單地設(shè)計(jì)出一模多腔的模具[3]。在一定溫度下材料熔化成液體膠狀,利用活塞機(jī)構(gòu)等將材料由噴嘴和注塑口擠入型腔內(nèi),經(jīng)過保壓和冷卻后形成鑄件[4]。塑料成型生產(chǎn)中,先進(jìn)的模具設(shè)計(jì)、高質(zhì)量的模具制造、優(yōu)質(zhì)的模具材料、合理的加工工藝和現(xiàn)代化的成型設(shè)備是成型優(yōu)質(zhì)塑件的重要條件[5]。

下面針對(duì)操作按鈕的特殊結(jié)構(gòu)及成型過程中存在的問題[6],設(shè)計(jì)了多腔交錯(cuò)排布的注塑模具,包括對(duì)流道系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)等的設(shè)計(jì),為同類型一模多腔的注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1 塑件的外觀分析及結(jié)構(gòu)性能

操作按鈕的三維結(jié)構(gòu)及具體尺寸見圖1。該塑件形狀結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,易于成型,尺寸精度等級(jí)不高,設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于塑件需要側(cè)向分型且分型面為臺(tái)階面。

圖1 操作按鈕結(jié)構(gòu)(單位:mm)

依據(jù)塑件的外形結(jié)構(gòu)及塑件性能要求,注塑操作按鈕的材料選用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂(ABS)。ABS的收縮率為0.4%～0.7%,具有良好的成型加工性、尺寸穩(wěn)定性、耐磨性、較高的表面硬度和沖擊強(qiáng)度。由于ABS材料具有吸濕性,在加工前要進(jìn)行干燥處理,在80～90 ℃干燥2 h?？紤]公稱注塑量、注塑壓力、鎖模力、模具最大尺寸、最大開模距離等因素,初步選定海天110XB注塑機(jī),注塑溫度選擇210～260 ℃,模具溫度選擇50～80 ℃,實(shí)際注塑量取注塑機(jī)最大注塑量的80%。

為了防止脫模時(shí)塑件表面被劃傷,必須設(shè)計(jì)合理的脫模斜度。塑件的結(jié)構(gòu)、收縮率、摩擦因數(shù)、壁厚和幾何外形均影響脫模斜度的大小。同時(shí),塑件的壁厚、成型時(shí)間、冷卻時(shí)間、冷卻速度和成本密切相關(guān)。塑件壁厚通常設(shè)計(jì)為1.00～4.00 mm,該塑件壁厚設(shè)計(jì)為1.00 mm左右。為提高塑件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、降低塑料流動(dòng)阻力和應(yīng)力、方便模具加工和提高模具強(qiáng)度,在塑件的尖銳轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過度。塑件所有的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的周邊轉(zhuǎn)角圓弧都必須盡可能大,該塑件內(nèi)側(cè)和外側(cè)的周邊轉(zhuǎn)角圓弧選擇為25°,適合開模。

2 注塑成型模具設(shè)計(jì)

2.1 型腔的布局

型腔的布局是根據(jù)型腔數(shù)量、塑料品種和塑件大小確定的,其決定了模具的結(jié)構(gòu),直接影響到注塑成型工藝。布局時(shí)必須考慮模具的結(jié)構(gòu),做到壓力和溫度平衡,盡量對(duì)稱或?qū)遣季?。該模具型腔采用?duì)稱式布局。

2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)的作用是使高溫熔體在高壓下高速進(jìn)入模具型腔，完成型腔填充和塑件成型。模具的進(jìn)料方式,澆口的形式和數(shù)量,往往決定了模架的規(guī)格型號(hào),澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理將直接影響成型塑件的外觀、內(nèi)部質(zhì)量、尺寸精度和成型周期。本設(shè)計(jì)采用潛澆口澆注系統(tǒng),主流道及分流道的設(shè)計(jì)見圖2,圖3。

圖2 主流道設(shè)計(jì)

圖3 分流道設(shè)計(jì)

塑料流速及充模周期的長短與主流道直徑的大小密切相關(guān)。依據(jù)海天110XB注塑機(jī)的相關(guān)參數(shù)可知,其噴嘴直徑(d)為3.00 mm,噴嘴球面半徑為15.00 mm。根據(jù)圖2主流道各具體尺寸如下:流道錐度(α)為2°,主流道球面與噴嘴前端配合,球面半徑(R)為(15.00+1.00) mm,球面的配合高度(H)為3.00 mm, 流道長度(L)為80.00 mm,計(jì)算得流道大端直徑(D)為 6.19 mm。

澆口應(yīng)盡量短小,與塑件容易分離,不留下明顯痕跡。其設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下:拉料桿將凝料拉出主流道,確保將流道、塑件留在動(dòng)摸一側(cè);冷料穴是為了防止料流前鋒產(chǎn)生的冷料進(jìn)入型腔,一般在主流道和分流道末端。本次設(shè)計(jì)中選用的是ABS材料,采用Z形頭冷料穴,開模時(shí)靠Z形頭起拉料作用。

2.3 成型零件設(shè)計(jì)

裝在定模A板開框里的凹模,用以成型塑件的外表面,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)隨塑件的結(jié)構(gòu)和模具的制造方法而改變。裝在定模B板開框里的凸模,用以成型塑件的內(nèi)部結(jié)構(gòu),凹模、凸模均有整體式和組合式兩種。本設(shè)計(jì)采用組合式凹模和組合式凸模,排氣性能良好,模具制造和維修方便。型芯與模板的配合為過渡配合，公差為H7/m6。

成型零件的工作尺寸及精度等級(jí)取決于塑件的尺寸、精度及塑料的收縮率。成型零件尺寸的計(jì)算有平均值法和極限值法,本設(shè)計(jì)采取平均值法。排氣是注塑模設(shè)計(jì)中必須重視的一個(gè)問題,由于凸模、凹模采用組合式設(shè)計(jì),推桿與鑲件的配合是間隙配合,所以不設(shè)排氣槽,采用間隙排氣的方式。

2.4 溫度控制系統(tǒng)設(shè)置

模具的溫度影響塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。熔體的溫度為200～300 ℃，塑件從模具中取出溫度一般為60～80 ℃。注塑模具冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有冷卻水管、冷卻水井和傳熱棒,此設(shè)計(jì)采用冷卻水管,由水將熱量帶走。冷卻水路的設(shè)計(jì)見圖4。

圖4 冷卻水路

冷卻水管直徑應(yīng)適當(dāng),模具設(shè)計(jì)實(shí)踐中通常根據(jù)模具大小或塑件壁厚來確定冷卻水管的直徑,冷卻水管直徑設(shè)置為6 mm。冷卻水管的布置要根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀而定,冷卻水必須流經(jīng)內(nèi)膜鑲件,盡量靠近型腔,冷卻水管盡量布置在四周或各腔之間,避免與模具其余機(jī)構(gòu)產(chǎn)生干涉,避開塑件容易發(fā)生熔接痕的部位。

2.5 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的基本原理是將模具開、合的垂直運(yùn)動(dòng),轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)向運(yùn)動(dòng),將塑件的側(cè)向凹凸結(jié)構(gòu)成型零件,在塑件被推出之前脫離,使塑件得以順利脫模,結(jié)構(gòu)見圖5。其中斜導(dǎo)柱傾斜角15°,抽芯距離10.00 mm,斜導(dǎo)柱長度為90.00 mm,斜導(dǎo)柱固定在面板上,與固定板的配合公差為H7/m6,滑塊采用彈簧+滾珠定位。

圖5 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)

3 模具裝配圖的設(shè)計(jì)

根據(jù)用戶需求及塑件的結(jié)構(gòu)特性,設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理的多腔交錯(cuò)排布的操作按鈕注塑模具。設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和UG軟件繪制裝配圖和零件圖,圖6為注塑模具的具體結(jié)構(gòu)裝配。從圖6可以看出,模具的工作過程為先從分型面打開,然后導(dǎo)柱引導(dǎo)滑塊運(yùn)動(dòng),最終使模具開模,脫出塑件,模具整個(gè)工作過程穩(wěn)定有序,在工程實(shí)踐過程中進(jìn)行了大批量生產(chǎn),生產(chǎn)穩(wěn)定。

圖6 模具結(jié)構(gòu)裝配

4 結(jié)論

1) 采用一模多腔的模具模型,通過創(chuàng)建坯料的方法,分別創(chuàng)建單個(gè)塑件的分型面,且合并分型面,進(jìn)行體積塊的分割和模具元件的抽取,快速生成注塑件,簡單地設(shè)計(jì)出一模多腔的模具。

2) 為提高塑件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、降低塑料流動(dòng)阻力和應(yīng)力、方便模具加工,在塑件的尖銳轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處均采用25°圓角過度,提高了塑件的質(zhì)量。

3) 模具采用對(duì)稱式型腔布局,潛澆口澆注系統(tǒng),Z形頭冷料穴,冷卻水管式冷卻水路及側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),投產(chǎn)后,工作穩(wěn)定,生產(chǎn)有序。