軸形零件的模具優(yōu)化設(shè)計

摘要：通過對軸形零件的應(yīng)用及材料分析，選擇注塑成型的最佳模具結(jié)構(gòu)，從分型面的選擇、進(jìn)料系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、脫模機(jī)構(gòu)等方面進(jìn)行分析，完成軸形零件的模具優(yōu)化設(shè)計。

關(guān)鍵詞：軸形零件；模具；注塑

軸形零件是現(xiàn)代工業(yè)常見的重要零件，尤其在汽車等高科技行業(yè)，利用高強(qiáng)度塑膠材料，制作出具有高性能、低質(zhì)量的軸系列產(chǎn)品，對產(chǎn)業(yè)推廣、成本降低及性能提升，有著重要的作用。軸形產(chǎn)品最重要的要求，是零件的強(qiáng)度及真圓度，為了防止產(chǎn)品收縮引起變形，圓失真等問題，將模具的進(jìn)膠系統(tǒng)作了優(yōu)化，從兩側(cè)進(jìn)膠，保持產(chǎn)品進(jìn)膠平衡。同時，冷卻系統(tǒng)加裝冷卻棒，超常規(guī)厚度的產(chǎn)品側(cè)壁能充分冷卻，避免后收縮引起的變形。

1.PA6+30%GF材料特點(diǎn)

PA6是熱固型塑料，該材料具有最優(yōu)越的綜合性能，包括機(jī)械強(qiáng)度、剛度、韌度、機(jī)械減震性和耐磨性。這些特性，再加上良好的電絕緣能力和耐化學(xué)性，使 尼龍6 成為一種“通用級”材料，用于機(jī)械結(jié)構(gòu)零件和可維護(hù)零件的制造。該材料吸濕性強(qiáng)，成型溫度變動范圍小，必須嚴(yán)格控制成型時的原料溫度；成型時烘干溫度，一般設(shè)定為預(yù)熱到80～100 度，預(yù)熱時間為 6～8小時；注塑螺桿溫度：230～290℃。

2.模具設(shè)計

2.1分型面選擇及注意事項

分型面是指模具打開，取出成型注塑件和料頭的分界線或接觸表面。通常來說，一個模具一般會有一個或兩個以上的分型面，分型面有垂直于合模方向，也有平行于合模方向的，當(dāng)然，也有的是與合模方向平行或成一定角度的，針對軸形零件的結(jié)構(gòu)特性，我們選擇與合模方向垂直的分型面，保留部分特征在母模，主體軸形部位由后模成型，其他倒扣結(jié)構(gòu)部位的分型面，通過兩塊或多塊滑塊成型。

2.2型腔的數(shù)量及排位

對于軸形高精度產(chǎn)品，由于產(chǎn)品尺寸精度要求較高，各型腔的成型條件難以控制完全一致，故通常推薦型腔數(shù)目不超過4個，綜合模具制造成本、制造難度和生產(chǎn)效率的綜合考慮，型腔數(shù)目初定為 4 腔，排布形式為直線形的平衡布局。

2.3進(jìn)料結(jié)構(gòu)的設(shè)計

2.3.1主流道設(shè)計

主流道是將原料通過注射機(jī)噴嘴，傳送到模具分流道的重要結(jié)構(gòu)，通常和注射機(jī)灌嘴在同一軸線上，截面為圓形，帶有一定的錐度，設(shè)計重點(diǎn)有：

（1）主流道主體錐度，設(shè)定 α=5o～9o，內(nèi)壁粗糙度為 Ra0.4μm。通過EDM鏡面放電，達(dá)到精確控制。

（2）主流道大端一般設(shè)計為圓角，半徑 r=2～4mm，以減小塑膠原料由主流道向各模穴間轉(zhuǎn)移時的阻力。

（3）主流道長度，考慮到制作成本，主流道一般設(shè)計越短越好，一般控制在50mm以內(nèi)，主流道太長，會影響注塑走料的速度，同時會延長冷卻時間和整個成型周期，使生產(chǎn)成長變高。

2.3.2冷料井的設(shè)計

冷料穴一般位于主流道對面的動模板上。其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而形成接縫；此外，在開模時又能將主流道凝料從定模板中 拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直徑，長度約為主流道大端直徑。冷料穴的形式有三種：一種是與推桿匹配的冷料穴；二種是與拉料桿匹配的冷料穴；三 種是無拉料桿的冷料穴。

2.3.3分流道的設(shè)計

分流道就是主流道與澆口之間的通道，一般開設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。多型腔模具必定設(shè)計分流道，單型腔大型腔塑件在使用多個點(diǎn)澆口時也要設(shè)置分流道。

①分流道的截面形狀：通常分流道的斷面形狀有圓形、矩形、梯形、U 形和六角形等。為了減少流道內(nèi)的壓力損失和傳熱損失，提高效率，我們這里就選用圓形分流道，因為圓形截面分流道的效率是分流道中效率最高的。

②分流道的尺寸：因為各種塑料的流動性有差異，所以可以根據(jù)塑料的品種來粗略地估計分流道的直徑。

③分流道的布置：分流道的布置取決于型腔的布局，兩者相互影響。分流道的布置形式分平衡式與非平衡式兩類，這里我們選用的是平衡式的布置方法。

④分流道與澆口的連接：分流道與澆口的連接處應(yīng)加工成斜面，并用圓弧過渡，有利于塑料熔體的流動及充填。

3.導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計

為了保證注射模準(zhǔn)確合模和開模，在注射模中必須設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用是導(dǎo)向、定位以及承受一定的側(cè)向壓力。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的形式主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種，我們這里選取導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。

4.脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計

因產(chǎn)品的幾何形狀及型腔結(jié)構(gòu)等的不同，所用推桿的截面形狀也不盡相同，常用推桿的截面形狀為圓形。推桿可分為普通推桿與成型推桿兩種，我們這里選用普通推桿。

5.冷卻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

傳統(tǒng)模具的冷卻，一般采用直通模仁形式，或者通過模架循環(huán)，第一種方式針對簡單結(jié)構(gòu)較為可行，但對于本產(chǎn)品不適用，產(chǎn)品內(nèi)部較深，無法徹底冷卻，會導(dǎo)致產(chǎn)品收縮變形，無法達(dá)到外觀及工藝要求。后一種方式，要求模具本身較大，且有足夠的水路內(nèi)徑，供水路有效工作，所以針對此類型產(chǎn)品同樣無法適用。所以，經(jīng)過認(rèn)真分析及研究，確定采用冷卻棒的復(fù)合形式，使產(chǎn)品均勻冷卻。

在上述機(jī)加工的精度保證的前提下，產(chǎn)品直徑尺寸及真圓度尺寸，均驗證合格，尺寸變動可以控制在0.02mm范圍以內(nèi)。有效提升了產(chǎn)品的應(yīng)用等級，符合精密設(shè)計及精確組裝的生產(chǎn)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉昌祺.塑料模具設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.10.

[2]孫玲.注塑成型工藝與模具設(shè)計[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[3]翁其金.塑料模具成型技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

作者簡介：

管正躍（1981-），男，籍貫：江蘇鹽城，職稱：工程師；學(xué)歷：本科；主要研究方向：機(jī)械設(shè)計及制造。

李唯霞（1979-），女，籍貫：江蘇蘇州，職稱：工程師；學(xué)歷：本科；主要研究方向：機(jī)械制造及質(zhì)量控制。