關于塑料方凳的注射模設計與研究

彭清和，周著學

（閩南理工學院，福建 石獅 362700）

0 引言

本文敘述的塑料方凳所用材料為ABS，具有優良的綜合性能和良好的成型加工及表面附著顏色的性能。ABS 原料容易獲取，價格較為便宜。在日常生活中，ABS 用于生產食品包裝容器，玩具，文具，體育用品，家具等。

1 塑料件成型工藝分析

1.1 塑料件的結構工藝性

（1）塑料件的結構工藝性分析。如圖1 所示，該注塑件的外形結構基本上為方形體，結構比較簡單，對于尺寸精度的要求也不高，方凳注塑件的厚度為3mm，均勻分布，符合最小的厚度要求，所以采用注射成型的方式。

（2）塑料件的尺寸精度分析。方凳零件的外形比較大，但外形結構并不復雜，也沒有與其他零件相配合的部位，所以對精度的要求并不是很高，本文將方凳的塑件尺寸精度定為MT7。若精度低，可降低模具的成本和成型模具的周期，用注射成型的工藝方法，能夠很好地控制尺寸精度。依據MT7 級公差要求計算詳見表2。

表1 ABS 材料參數Tab.1 ABS material parameters

圖1 方凳零件圖Fig.1 Square stool part drawing

（3）塑料件表面質量分析。方凳外形要求美觀，且與人體接觸,所以不可有毛刺。另外要求塑件的表面沒有飛邊，縮水，溶解痕，水泡等缺陷。方凳壁厚為3mm，比較容易注射成型，ABS 成型性能較好，塑料件的外形尺寸容易得到控制。

表2 方凳注塑件主要尺寸精度Tab.2 Main dimension precision of Square stool injection molding（mm）

1.2 關于注塑機

（1）計算塑料件體積和質量。方凳塑料件體積的計算：通過三維制圖軟件Pro/E 計算體積，得到方凳塑料件的體積為V≈876784mm3。

塑料件的質量計算：查模具設計手冊，取塑料ABS的ρ=1.055g/cm3，由于采用直接澆口，一模一腔形式，流道內沒有塑料體積，僅有澆道，所以塑料件的質量為：W1=Vρ=1.055×10－3×876784≈925.01（g）。

（2）主要技術參數。注射機的選擇首先滿足注射量要大于V≈876784mm3，其次由于方凳的長度比較大，所以還需校核模具的開模距離。由于方凳長度約為320mm，頂出距離約為330mm，加上模具模板的厚度，預估模具長度大小為900mm，開模后大小約為1200mm，因此選用SZ－4000/800 型塑料注射機進行生產，大多數塑料件皆可采用此種塑料注射機成型，依據調查相關數據查得該種注射機的主要技術參數，參考值如表3 所示。

表3 SZ- 4000/800 型塑料注射機的主要參數Tab.3 Main parameters of SZ- 4000/800 type plastic injection machine

（3）確定型腔數目?？紤]到注射件的體積較大，SZ－4000/800 型塑料注射劑的額定注射量為1000cm3，本設計中的塑料件結構簡單，單個的塑料件體積為876cm3。一個塑料件體積剛好小于此注射成型機的額定注射量，所以采用一模一腔的模具結構。

（4）確定注射成型的工藝參數。根據先前選擇熱塑性塑料（ABS）的性能及其成型特點，成型效率及一些工藝要求，查詢相關數據，確定了注射成型工藝相關參數如表4 所示。

表4 塑料件的注射成型工藝參數Tab.4 injection molding process parameters of plastic parts

雖然方凳塑料件厚度只有3mm，但ABS 塑料是一種吸水性能很強的熱塑性塑料，當需要使用ABS 時,必須在倒入注塑機前，提前對材料進行干燥,將水分含量控制在0.5%～0.2%（質量分數）之間，而且在加工過程是還要持續保溫，以防重新吸濕。由于產品較大，冷卻速度慢，需要對冷卻系統進行設計。

2 分型面的選擇以及澆注系統的設計

2.1 分型面的選擇

考慮分型面位置時，依據分型面選擇的原則。為了方便塑料件取出，分型面為最大輪廓處（即塑料方凳的最下端），位置擺放在模具正中，這樣擺放能使澆注的溫度、壓力和塑料件飽和度都保持均勻，不會影響塑件的表面質量。

2.2 澆注系統的設計

（1）主流道設計。根據有關數據，查詢得到SZ－4000/800 型塑料注射機的噴嘴的主要參數為：噴嘴孔直徑d0=7mm；噴嘴圓弧半徑R0=35mm。根據模具澆口和噴嘴的關系，主流道入口端球半徑：R= R0+（1～2）mm=18mm+（1～2）mm，取R=37mm。主流道進口端孔直徑：d=d0+1=7.5+1=8.5mm，取d=8mm。

為了便于拉料桿從主通道拉出，主流道設計成錐體，以1°單側傾斜，由于設計是直接澆注所以沒有分流道，為了便于注射機噴嘴與澆口套配合D=8mm 的進料端。主流道襯套采取可拆卸的澆口套，便于將來若出現損壞，可以及時更換。

（2）流道的設計。方凳塑料件的整體結構比較大，形狀較為簡單，壁厚大小為3mm，而且塑料方凳原料ABS的流動性較好?？梢圆捎弥苯舆M料方式。

（3）料井設計。選擇較為簡單Z 形拉料桿的冷料井，澆道盡頭鉆小圓孔，當塑料凝結后，Z 形拉料桿將主流道勾住，最后把凝料拔出，拔出之后把主流道的部分去除。

3 模具設計的方案論證

3.1 型腔布局

因為塑料件外形軸向對稱，另外，塑料件的結構需要四面側抽，所以型腔選擇一模一腔，如圖2 所示。

圖2 型腔的排列方式Fig.2 Arrangement of the cavity

3.2 成型零件的結構

由于塑料件結構較大，考慮到材料和加工成本，模具的型腔采用鑲塊式型腔，見圖3（在A 位置體現）。鑲塊式型腔是先加工在毛胚板上的，再將毛胚板與型腔板相結合，價格相對于整體式的要低，型腔板可以反復利用，可降低成本。工人的工作量也可適當減輕，所以可以采用鑲塊式結構。

圖3 鑲塊式型腔Fig.3 Insert type cavity

3.3 推出機構的確定

推桿頂出位置如圖4 所示。推桿頂出位置分別用A、B、C、D 標出，推桿長度=S 墊塊-S 推板+S 支承板+S 動模板=395-43+50+318.5=763.5mm。因為是方凳設計本身具有一定的拔模角度，利于脫模，所以推桿脫模力不大。對推桿無過多要求。

根據塑料件的形狀特點，塑料件成型開模后，塑料件留在動模一側，四面孔由側型芯成型。由于成型該塑料件的塑料ABS 有很好的塑性與強度，所以直接采用頂針頂出。

3.4 合模導向機構的設計

塑件精度不高，塑件的形狀、模仁在模具分布位置對稱，沒有明顯的單邊注射側力，可以使用最常見的導柱導向定位機構，導柱的長度要確保推件板推出塑料件后不脫落。

3.5 冷卻系統的設計

圖4 推桿頂出位置Fig.4 Position of push rod

方凳塑料件生產規模為大批量，需要盡可能的縮短成型需要的時間，從而提高生產效率。塑件成型需要充分的冷卻，并且要均勻。在模具動模及定模扳上開出冷卻水道，采用冷卻水道來冷卻模具整體的溫度；冷卻水道由一邊進入另一邊流出，從而縮短成型的冷卻時間，分布如圖5 所示。

為了讓水始終保持湍流的形態，依據水的體積流量查找模具設計手冊得出：d=10mm。

采用側抽、頂桿、鑲塊與板、板與板之間的間隙進行排氣，并不需要設計排氣系統。

圖5 冷卻水道布置位置已用a～f 標出Fig.5 Cooling water channel layout has been marked with a～f

4 結束語

塑料方凳的注射模設計與研究主要包括塑料件成型工藝分析、分型面的選擇、澆注系統的設計、成型零件的結構設計、推出機構的確定、冷卻系統的設計。本文系統地從這幾個方面進行了論述，其中重點對塑料件成型工藝、澆注系統的設計、推出機構的確定進行了分析。對設計過程中的重點難點都用圖表示并進行了分析。

[1]盛永華.塑料成型工藝及模具設計[M].華中科技大學出版社，2006.

[2]黃義俊，等.注塑模具課程設計指導[M].華中科技大學出版社，2011.

[3]何冰強，高漢華.塑料模具設計指導與數據匯編[M].大連理工大學出版社，2007.

[4][日]葉尾臣一；許鶴峰（譯）.注塑模具設計和應用[M].北京：輕工業出版社，1989.

[5]中國標準出版社第三編輯室.塑料模具標準匯編[M].北京：中國標準出版社，1997.

[6]閻亞林.塑料模具圖冊[M].北京：高等教育出版社，2004.

[7]蔣繼宏.注塑模具典型結構100 例[M].北京：中國輕工業出版社，2001.