一體式游標卡尺盒注塑模設計

楊冬嬌 翁燦 楊小錄

摘要：以游標卡尺盒為研究對象，細節創新設計一體式結構，確定制品分型面，分析其工藝性，運用軟件分析獲取最佳澆口位置分布。采用一模一腔三板式模具結構，2個點澆口同時進料，設計過程合理運用CAD/CAE/CAM軟件，加快設計進程。

關鍵詞：游標卡尺盒；注塑模；最佳澆口；分型面

注塑成型[1，2]是是機械制造、汽車、家用電器、電子通訊、建筑、醫藥器材和日用品等行業的塑料制件的主要成型方法。

1. 結構設計及工藝分析

1.1 制品結構設計

該游標卡尺盒根據531系列中測量范圍為0～150mm的游標卡尺進行設計，游標卡尺的長度為229mm，游標卡尺盒的設計長度為252mm。采用一體式結構，將盒體與盒蓋整體成型，不需要鉸鏈，且能滿足制品頻繁開合的要求，對盒體進行了創新細節設計。與市面上的開矩形深腔不同，本文設計的游標卡尺盒在盒體底部“挖”了一個外形輪廓和游標卡尺相似、但尺寸要稍大一點的“游標卡尺腔”，并且在“游標卡尺腔”的中間位置挖了一個矩形槽（圖1）。此矩形槽的目的是便于游標卡尺的取出，提高制品的實用性。

圖1 游標卡尺盒結構示意圖

1.2工藝性分析

從生產的成本和制件尺寸考慮，采用的模腔形式為一模一腔。選擇龍記簡化型細水口FAI模架3035，該模架為三板式。游標卡尺盒的盒蓋和盒體通過盒體上邊緣的凸臺（卡扣）過盈配合實現閉合。

1.3最佳澆口位置分析

在制品結構和尺寸設計完成后，模具加工之前，我們很難直觀判斷澆口的位置，如果通過加工完模具后再調整澆口的位置分布，那將造成大量的人力、物力和財力的浪費[3]。Moldflow軟件為用戶提供了產品最佳澆口位置分析模塊，通過此模塊可以分析并得到熔體在充填型腔過程中的流動阻力的分布圖和制品澆口位置匹配性示意圖。

2. 模具設計要點

2.1 分型面的確定

采用雙分型面[4]結構，分型面Ⅰ用來取出流道凝料，分型面Ⅱ用來取出制品。分型面Ⅱ設在制品截面尺寸最大處，為階梯面，如圖2所示。

圖2 分型面Ⅱ位置示意圖

2.2鎖模力計算

首先運用Pro/E軟件的分析功能[5]計算出制品的體積為v1=2.51×105mm3，選取制品的材料為HDPE平均密度ρ=0.95g/cm3，則制品的質量為m1=ρv1=238.45g。根據相關經驗和手冊，把流道凝料的體積和質量都按照制品的0.6倍來計算，這樣我們就得到了流道凝料的體積為v2=0.6v1=1.51×105mm3，流道凝料的質量為m2=0.6m1=143.07g，所以制品和流道凝料所需塑料的總質量為m=381.53g。 然后通過分析計算制品和流道凝料在分型面上的總投影面積S=63.74×103mm2，取塑料熔體在注射過程中對型腔產生的平均壓力為P型=25MPa，塑料熔體在模具中產生的脹型力F脹=P型S=1593.5KN。

2.3澆注系統設計

如圖4所示，計算主流道小端直徑為6mm， 始端球面半徑為20mm。采用平衡式的分流道布置，截面形狀為梯形，上底長度為11mm，側面斜角為10°，高度為8mm，表面粗糙度取1.6?m。模具采用了三板式雙分型面，為便于凝料容易取出，采用點澆口，并采取兩點同時進料的方式，根據圖2合理選定2個澆口的位置，點澆口的直徑為0.8mm，點澆口的長度為1.4mm。

2.4基于上述設計，注塑模裝配圖如圖3所示

1—導柱；2—主流道襯套；3—內六角螺釘；

4 --內六角螺釘；5—定模座板；6—中間板

7—凹模；8—凸模；9—凸模固定板；

10—長推桿；11—內六角螺釘；

12—內六角螺釘；13—墊塊；14—動模座板；15—水嘴； 16—推板；17—推出固定板；

18—短復位桿； 19—動模墊板；20—短導套；21—短推桿；22—長導套；23—直導套；

24—彈簧；25—限位拉桿；

26—十字槽盤頭螺釘；27—圓柱形擋塊；

28—內六角螺釘；29—彈簧；30—長復位桿

圖3 一體式游標卡尺盒注塑模裝配圖

模具的工作原理：熔體經由主流道注入分流道，并由2個點澆口進入模具型腔，填滿型腔后經保壓、冷卻并固化后，注塑機在開模力作用下，帶動模具動模沿著導柱1運動，由于彈簧24的作用，模具從分型面Ⅰ打開，中間板6隨動模一起移動，主流道凝料拉出；當動模部分移動一定距離后，受到限位拉桿4的限制，使中間板6停止移動；動模繼續運動，模具從分型面Ⅱ打開，澆注系統凝料在點澆口處自行拉斷，然后在Ⅰ分型面取出凝料；動模繼續運動，注射機的推桿接觸推板16，推出機構開始工作，在推桿10、21的作用下將制件從分型面Ⅱ處頂出。合模時，利用彈簧29和復位桿18、30實現模具的復位，準備下一次的成型。

3. 結語

一體式游標卡尺盒的盒體與盒蓋采用整體成型設計，注塑模具結構合理、動作可靠，對同類注塑模的設計有一定指導意義。

參考文獻：

[1]齊貴亮.注射成型新技術[M].北京：機械工業出版社，2011.

[2]江昌勇，沈洪雷.塑料成型模具設計[M].北京：北京大學出版社，2012.

作者簡介：翁燦，博士，副教授，主要從事高分子材料注射成型與模擬研究。