葉其武

（廈門瑞爾特衛(wèi)浴科技股份有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

近年來，人們對衛(wèi)浴設(shè)施的要求越來越高，正在從傳統(tǒng)型向智能型方向發(fā)展。馬桶作為衛(wèi)浴設(shè)施建設(shè)不可缺少的一部分，美觀、高光、功能豐富等一系列要求被提出以后，智能馬桶應(yīng)運(yùn)而生[1]。其中，能夠突顯智能操控的結(jié)構(gòu)為馬桶座蓋，該產(chǎn)品的加工制造質(zhì)量主要取決于注塑模具。為了滿足智能馬桶座蓋的生產(chǎn)要求，必須有一個(gè)好的馬桶座蓋注塑模具[2]。該文將以此作為論文研究的切入點(diǎn)，提出馬桶座蓋注塑模具設(shè)計(jì)研究。

1 塑件結(jié)構(gòu)與工藝

為了滿足用戶對馬桶座蓋的舒適度要求，該文以543 mm×302 mm×90 mm尺寸的馬桶座蓋為例，對馬桶座蓋注塑模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。其中，馬桶座蓋壁厚度范圍3.5 mm～6.0 mm，壁厚平均值為4 mm，體積為1 107 cm3。依據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)加工需求，打造注塑模具外表面，消除毛刺、欠料、變形等情況。該次模具設(shè)計(jì)選取的材料為聚丙烯，該材料密度大小為0.98 g/cm3，模具成型收縮率參數(shù)為1.2%。

由于注塑模具對外觀形狀的設(shè)計(jì)要求較高，所以在設(shè)計(jì)方案時(shí)，必須控制好翹曲變形量參數(shù)，巧妙設(shè)計(jì)凸凹形變，在多處增加強(qiáng)筋，已達(dá)到控制外形目的。

2 注塑模具設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)有3個(gè)。1）產(chǎn)品外觀達(dá)標(biāo)。2）材料選取合理。3）綜合分析影響因素及產(chǎn)品需求設(shè)置參數(shù)[3]。

2.2 基于參數(shù)分析的注塑模具快速設(shè)計(jì)思路

為了加快馬桶座蓋注塑模具的設(shè)計(jì)速度，該文將注塑模具設(shè)計(jì)涉及的指標(biāo)集中到一起，通過對這些指標(biāo)參數(shù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行綜合分析，擬定一套完整的參數(shù)范圍界定方案，從而形成完整的注塑模具設(shè)計(jì)方案。

該文注塑模具的設(shè)計(jì)分為3個(gè)步驟。1）需要確定澆注系統(tǒng)，依據(jù)CAE分析結(jié)果，通過搭建熱流道系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)熱流板受熱偏移管控，緩解縮痕問題。2）分別對注塑模具零件及抽芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。前者需要綜合考慮脫模方式、澆口以及塑料件的外形結(jié)構(gòu)及參數(shù)控制范圍，以滿足馬桶座蓋上方與下方的無痕設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過一系列推理分析，確定模具排氣槽、推管等設(shè)備的設(shè)計(jì)思路。后者需要根據(jù)產(chǎn)品側(cè)孔布設(shè)情況，結(jié)合馬桶座蓋作業(yè)需求，調(diào)節(jié)各個(gè)滑塊的布設(shè)角度。3）對注塑模具進(jìn)行冷卻處理，得到成型的馬桶座蓋。該項(xiàng)指標(biāo)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于水路直徑大小及冷卻管道部署，根據(jù)馬桶座蓋結(jié)構(gòu)合理布設(shè)，通過沖水帶走模具中產(chǎn)品的熱量。

按照上述設(shè)計(jì)思路，利用CAE軟件對注塑模具進(jìn)行模擬仿真。得到如圖1所示的有限元模型。

圖1 注塑模具有限元模型

2.3 注塑模具具體設(shè)計(jì)

2.3.1 澆注系統(tǒng)的確定

依據(jù)圖1模擬的有限元模型，考慮到馬桶座蓋體積較大，導(dǎo)致澆注口與注塑機(jī)之間的距離較遠(yuǎn)，加大了噴嘴的噴射難度。為了保證智能噴水功能的設(shè)計(jì)要求，該文通過構(gòu)建熱流道系統(tǒng)，對二級(jí)熱流道和熱流道板進(jìn)行連接管控，借助4塊隔熱板將定模板與熱流道板隔離開來，從而避免熱量大量損失?？紤]到塑料熔體流動(dòng)容易對壓力因素造成影響，所以該設(shè)計(jì)方案減小了熱流道直徑尺寸，控制管道下表面、上表面以及高直徑分別為10.4 mm、3.7 mm、28 mm。另外，該次設(shè)計(jì)還考慮到了熱流道系統(tǒng)的作業(yè)穩(wěn)定問題，選取扇形澆口作為布設(shè)工具，從而避免后期產(chǎn)品產(chǎn)生過大誤差，增加修剪工作量。

2.3.2 零件設(shè)計(jì)

該方案中注塑模具零件的設(shè)計(jì)，依據(jù)智能馬桶座蓋使用功能需求，結(jié)合產(chǎn)品幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等一系列指標(biāo)要求，采用鑲拼方式布設(shè)結(jié)構(gòu)。模具零件加工采用的材料為NAK80鋼材，該材料具有較好的抗腐蝕性、拋光性、耐用性，滿足模具外觀拋光設(shè)計(jì)需求。圖2為模具零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

圖2中，模具定模模仁外觀長度為650 mm，寬度為550 mm，高度為215 mm。利用型號(hào)為M20的螺絲將模具各個(gè)邊框固定。為了保證模具內(nèi)部的空氣正常流通，該設(shè)計(jì)在模仁上方布設(shè)了排氣槽，各個(gè)排氣槽之間的間隔為54 mm，深度參數(shù)為0.48 mm，長度和寬度依次為20 mm、10 mm。

圖2 模具零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

以上為定模仁零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，動(dòng)模仁零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與之相似，零件外觀長度為650 mm，寬度為550 mm，高度為225 mm。同樣采用型號(hào)為M20螺絲將其固定。由于動(dòng)模仁與定模仁在模具中起到的作用不同，所以需要設(shè)定推出機(jī)構(gòu)，起到動(dòng)態(tài)控制的作用。綜合分析模具注塑操作需求，設(shè)置推管直徑參數(shù)為6 mm。另外，還需要添加避空，其直徑大小為8 mm。其中，有效導(dǎo)向高度參數(shù)值大小為24.5 mm。

2.3.3 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能馬桶座蓋需要液壓撥塊和直斜頂組合2種抽芯機(jī)構(gòu)，根據(jù)產(chǎn)品服務(wù)功能需求利用CAE軟件對抽芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。該文以直斜頂組合抽芯機(jī)構(gòu)為例，用于動(dòng)模注塑馬桶座蓋外形控制。圖3為動(dòng)模抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

圖3 動(dòng)模抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

圖3中的設(shè)計(jì)方案具有防止注塑材料頂出的作用。當(dāng)注塑材料注入模具中，馬桶座蓋內(nèi)部形狀能夠得到有效控制，避免形變產(chǎn)生。其中，產(chǎn)品內(nèi)部抽芯結(jié)構(gòu)間距為38 mm，直徑大小為18 mm，配備的斜頂桿角度設(shè)置為18°。關(guān)于斜頂塊與頂桿之間的連接，利用過盈連接方式建立連接。為了避免中間轉(zhuǎn)動(dòng)，利用彈簧墊和螺絲加以固定。

2.3.4 模具冷卻處理

模具冷卻處理是產(chǎn)品生產(chǎn)加工的關(guān)鍵步驟，利用水管沖洗，帶走部分熱量，達(dá)到冷卻的目的。該方案設(shè)計(jì)的冷水管直徑為12 mm，考慮到模具冷卻系統(tǒng)作業(yè)容易受到頂塊干擾，在冷水管處打盲孔，直徑為16 mm，與冷水管建立連接，從而實(shí)現(xiàn)多水路同時(shí)冷卻的目的。通常情況下，冷卻系統(tǒng)工作1 min左右，可以完成一次產(chǎn)品冷卻處理。

3 模具外觀及作業(yè)情況測試分析

為了避免注塑模具的設(shè)計(jì)方案存在問題，導(dǎo)致馬桶座蓋產(chǎn)品質(zhì)量不合理問題的產(chǎn)生，該文對模具性能進(jìn)行測試，通過觀察測試結(jié)果，檢驗(yàn)該設(shè)計(jì)方案是否可靠。

該次檢測以模具生產(chǎn)出的馬桶座蓋外觀、作業(yè)情況為研究指標(biāo)，分別對這2項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測試，得到結(jié)果分別見表1和表2。

表1 馬桶座蓋外觀檢測結(jié)果

表2 馬桶座蓋作業(yè)情況測試結(jié)果

通過觀察表2中的檢驗(yàn)結(jié)果可知，該文研發(fā)的注塑模具生產(chǎn)加工出的馬桶座蓋支持智能設(shè)備添加，滿足智能馬桶座蓋的生產(chǎn)要求。另外，在實(shí)際應(yīng)用中，馬桶座蓋上下吻合程度較好，滑塊角度設(shè)計(jì)較好，為馬桶座蓋上下折疊、靈活調(diào)節(jié)提供了保證。從整體感受情況來看，利用CAE工具構(gòu)建的智能馬桶座蓋注塑模具方案可靠性較高，應(yīng)用舒適度評(píng)價(jià)較高，可以考慮大量生產(chǎn)，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

該文依據(jù)智能馬桶座蓋的生產(chǎn)加工需求，以注塑模具為重點(diǎn)研究對象，選取CAE軟件作為研究工具，通過構(gòu)建仿真模型，為注塑模具的方案設(shè)計(jì)研究奠定基礎(chǔ)。該方案將注塑模具劃分為澆注系統(tǒng)、零件、抽芯機(jī)構(gòu)、模具冷卻處理4個(gè)模塊，根據(jù)智能馬桶座蓋的功能需求，擬定注塑模具設(shè)計(jì)方案。測試結(jié)果表明，該注塑模具設(shè)計(jì)方案符合馬桶座蓋外觀生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，并且作業(yè)情況較好，滿足批量生產(chǎn)要求。