水壺手柄注塑件的模具設(shè)計與加工

譚永佳

（廣州市番禺區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，廣東廣州 511495）

0 引言

本文介紹的水壺手柄注塑件是某系列上線產(chǎn)品的一個部件，涉及到企業(yè)的商業(yè)利益問題，在此對產(chǎn)品的詳細設(shè)計過程和加工參數(shù)不便細說，只能從設(shè)計的理念和加工的工藝上做講述，從原理上分析這類注塑件的一些設(shè)計和生產(chǎn)的技巧。

1 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與難點分析

圖1 產(chǎn)品三維剖視圖

如圖1所示是產(chǎn)品模型的剖視圖[1]，從中可以看出，產(chǎn)品的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，大部分是曲面組合，包括壺口、手柄等位置。通過放大圖可以更加清晰的了解其內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu)。

（1）頂部有對稱的半圓形水平突出的卡口特征，如圖2所示，它的下面是半圓形的缺口，半徑要略大于上方的卡口，俯視可見，兩者重疊后有一定的間隙，這是要注意的地方，如果內(nèi)外模的配合精度不夠，會很容易影響到卡口的質(zhì)量。

圖2 半圓形對稱卡口特征

（2）壺口內(nèi)面是曲面的組合，與主體內(nèi)部以曲線過渡，此特征容易被忽視，模具的配合或者出模不當容易損壞過渡位置。

（3）手柄轉(zhuǎn)彎位置，內(nèi)側(cè)的兩個弧位的長度是不對稱的，是在安裝蓋組件時為保證安裝方向和位置正確而特別設(shè)計的。

（4）如圖3所示，內(nèi)壁有突出的臺階特征，與第二層內(nèi)壁形成內(nèi)溝槽的特征，是安裝防漏墊圈的位置。在設(shè)計模具時要考慮圖中的缺口。

圖3 防漏墊圈止口特征

（5）產(chǎn)品中最大的難點是如圖4所示的凸起的位置，在主體內(nèi)壁上有三個，一個圓周上平均分布。作用是手柄組件與水壺的壺身連接和緊固。而且它們不是螺旋排列的，這樣給出模增加了難度。

圖4 內(nèi)側(cè)凸塊（3個）

2 模具設(shè)計與加工

模具的主要結(jié)構(gòu)如圖5所示，左右兩側(cè)的是外模，上面的是模頂，下面是模芯。下面就設(shè)計的理論和各主要部件的加工注意事項做詳細的解析[2-3]。

（1） 外 模 的結(jié)構(gòu)如圖6所示，因為兩側(cè)基本對稱，所以這里就拿其中一側(cè)的來說明。

腔內(nèi)的模型形狀也是比較復(fù)雜，下面就其結(jié)構(gòu)的功能和加工工藝做說明。

1）圖7是外模頂部的半圓柱體凸出特征，起到導(dǎo)柱的作用，左右兩面兩個半圓柱體能保證從頂部插入的組件保持直線運動。加工時注意過度邊界不能有太大的圓角。

圖5 模具爆炸

圖6 外模左側(cè)

圖7 半圓柱凸出特征

2）如圖8的是前部嵌入位的斜面結(jié)構(gòu)，與另一側(cè)合起來成為V形斜面，起到定位和限位的作用，同樣要注意過度邊界不能有圓角。

圖8 斜面及特征V形斜面組合特征

3）由于外形設(shè)計的需要，在產(chǎn)品上有四組凸出來的圓面特征，為了完成這些特征，模具上對應(yīng)的設(shè)計如圖9所示的凹圓面特征，加工這一部分的時候比較困難，進行后期處理的時候要進行電火花加工。

4）同時，要特別注意電火花加工的位置還有如圖10所示的兩個位置，這些位置是曲面的結(jié)合處，在完成曲面的精加工后，要進行精細的電火花加工，把結(jié)合處和曲面形狀做出來。

圖9 凹圓面特征

圖10 內(nèi)腔曲面特征

（2）上模插入件的特征和加工

插入件的結(jié)構(gòu)如圖11所示，它主要是完成產(chǎn)品的壺口和手柄的中空位置特征，加工該部件時要注意以下幾個地方。

1） 兩 側(cè) 的半圓柱形特征是與左右兩邊的外模中的半圓柱形凸出特征相配合，作為插入件滑動的導(dǎo)柱，使其保持直線運動。為了減少運動時的摩擦，兩個位置的表面粗糙度要求比較高。

2）前后分別有兩組V形平面，與外模的是對應(yīng)的，同樣起到導(dǎo)向和定位的作用。

3）上部的凸出特征是壺口的內(nèi)腔部位，由于其厚度比較小，加工到這個位置要特別注意控制進給量，一旦受力過大會造成變形或者折斷。

（3）模芯組件的設(shè)計與加工

模芯組件如圖12所示，主要由模芯圓柱形構(gòu)件和三支方形頂針組成。其中圓柱形構(gòu)件除了保證注塑件的基本特征，如頂部的凸出特征除了包含與圖2對應(yīng)和與圖3對應(yīng)的特征外，還有內(nèi)部的三個傾斜的方形導(dǎo)孔。這些導(dǎo)孔是安裝圖中的頂針用的。

圖11 上模插入件

圖12 模芯組

方形頂針上的凹口特征（圖13）是與圖4的特征對應(yīng)的，也是這個產(chǎn)品中最難完成的位置。為了平衡產(chǎn)品的特征與注塑后出模的難度，設(shè)計出這種方法，通過嵌入式的頂針，同時頂針具有內(nèi)模的功能。當注塑完畢后，內(nèi)模因為圖4中的特征被卡住，為了解決這個問題，設(shè)計了一組向內(nèi)傾斜的一組頂針，其工作原理是：如圖14，當模芯圓柱形構(gòu)件在出模的時候相對頂針往后退時，由于導(dǎo)孔也是向內(nèi)形成一定角度，這樣會對頂針形成向內(nèi)的壓力，使得頂針上部向內(nèi)變形彎曲，當然前提是頂針的材料要求具有很好的彈性和恢復(fù)能力。當頂針彎曲到能脫離注塑件的凸出位置（圖4）時，整個模芯就可以順利拉出注塑件。同時，頂針也能把注塑件頂出，實現(xiàn)了兩種功能。

圖13 頂針上的凹口

圖14 模芯出模原理圖

3 結(jié)束語

此模具的基本設(shè)計概念、主要構(gòu)件的功能與基本加工要點已敘述完畢，受篇幅所限未將詳細的加工過程清楚描述。加工設(shè)備主要是使用數(shù)控銑床和加工中心，同時有電火花機和線切割機輔助。在設(shè)計過程中，運用了大量的計算機輔助設(shè)計，大大地提高了效率。

［1］SolidWorks公司.SolidWorks高級教程：模具設(shè)計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.

［2］宋滿倉.注塑模具設(shè)計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

［3］洪慎章.實用模具設(shè)計與制造［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2010.