基于UG的一種支架注射模具設計方案研究

李立蔚，張信群

（滁州職業技術學院汽車工程系，安徽 滁州 239000）

基于UG的一種支架注射模具設計方案研究

李立蔚，張信群

（滁州職業技術學院汽車工程系，安徽 滁州 239000）

分析利用UG9．0軟件對洗衣機面板支架進行產品前期分析與處理,為模具設計階段做準備,同時解決在設計方案中遇到的問題，重點分析了在整個模具設計過程中對澆注系統、頂出系統、開模距離和順序控制等問題的處理。

塑料;UG;模具;設計

0 引言

目前大部分家用電器、汽車、醫療等塑料產品主要通過模具在注塑機上注射成型。注射模具主要工作原理是將塑料顆粒放入注塑機設備的漏斗中，通過注塑機上的加熱器將塑料顆粒塑化為黏流態，在注射壓力驅動下高速射到模具的模腔中，經過冷卻保壓后，打開模具頂出制品。

圖1 洗衣機面板和電路板支架

圖1 為洗衣機面板和電路板支架總配合圖，5為我們所設計的電路板支架，6為洗衣機面板，成型過程中需要貼膜。電路板支架5靠洗衣機面板6上9個定位柱2進行定位，件5上的1形狀為透視孔，顯示電路板上的洗滌時間、水溫、運行情況等，件5上的4位置為透視孔，顯示電路板上的程序參數，件5上的3為按鈕接觸電路板。

此支架最大輪廓外形尺寸為91.96 mm×351.55 mm×38.18 mm。由于支架與電路板相連接，考慮靜電影響因素，所以采用塑料成型。由于產品尺寸較大、表面質量要求較高，為了滿足其要求，故采用一模一腔的模具結構。但在實際生產中可能會出現以下質量問題：

（1）產品尺寸較大，必須考慮產品成形過程中產生的縮孔、氣泡、熔接線、翹曲等不良問題。

（2）在按鈕3與電路板接觸面和自攻螺絲的boss柱位置上要避免飛邊等缺陷。

針對上述問題，本設計采用三板模具結構，多點進膠，合理控制塑料成型的注射溫度、時間、壓力等工藝參數，保證充型質量。針對有碰穿的位置加工時采用慢絲切割，保證模具質量。

1 前期工藝分析

1.1 材料參數

洗衣機面板支架采用ABS材質，由于此產品在實際中與電路板連接，考慮其安全性能，所以在塑化過程中加入ABS專用環保阻燃劑，一般添加量為所需材料總量的15%～20%，即可達到UL－94V0級。同時，ABS材料具有吸濕性，要求在加工之前進行干燥處理。干燥條件為80～90℃下最少干燥2 h；熔化溫度：210～280℃，建議注射溫度：245℃；模具溫度：25～70℃。注射壓力：（5～10）×107Pa。

1.2 產品拔模

由于塑料制品在注射冷卻過程中會產生一定的抱緊力。為了使產品在開模時與前模有效分離，更好地留在動模一側，同時也能順利地頂出產品，避免產品頂出過程中產生拉傷等問題，故對產品進行拔模處理。通過UG中的斜率分析，分析產品的直壁和需要拔模的部位。為保證產品的質量，原則上拔模后上下端要有0.08 mm的落差即可。圖2為處理后的產品斜率色帶圖。通過圖2可以清楚分析產品所需要的拔模和倒扣位置，便于設計前更好地了解產品的結構。

圖2 產品斜率色帶圖

1.3 產品壁厚分析與進膠點的選擇

準備進行模設計之前,要先進行壁厚分析,檢查壁厚是否均勻。在產品造型、結構設計中經常會出現壁厚不均勻而導致外觀縮水的現象。一般情況下，我們都是使用剖面來檢查厚度是否均勻。其實UG軟件中有壁厚分析功能，可以比較直觀地檢查。產品壁厚色帶如圖3所示。

圖3 產品壁厚色帶圖

根據圖3可知本產品最大壁厚3 mm，產品壁厚較均勻。在設計時合理設置澆口位置和數量、減少流道的長度、控制射合理的膠溫度和壓力，可以較大程度地保證產品的質量要求。此產品的進膠點可以通過Moldflow軟件輔助分析選擇，最終如圖4所示。

圖4 產品進膠點

2 模具主體設計

塑料模具在設計過程中主要涉及產品分型面的選擇、模仁結構處理、模架選擇、澆注系統、冷卻系統、頂出系統、行位設計和固定安裝等設計方面的問題。本套模具在設計過程中采用三板模的設計理念進行設計。

2.1 模仁結構

產品在注射成型過程中，模仁結構是否合理直接影響產品質量和模具壽命。在本套模具設計過程中，母模仁采用2和3兩種鑲嵌式結構。由于成型面是斜面，所以在設計鑲件3時要做防轉結構。母模仁采用6個M10的螺絲固定在A板上，其尺寸選擇為150 mm×400 mm×35 mm以保證強度要求。公模仁采用150 mm×400 mm×50 mm的整體式結構。為了保證公模仁與母模仁能精確定位，在模仁上采用錐定位（虎口）的結構形式，如圖5中的6和圖6中的2所示。考慮模仁大小和模具的整體結構強度，模架采用FCI2550-70-100-90標準模架。其公、母模仁結構如圖5和圖6所示。

圖5 母模仁正反面結構圖

圖6 公模仁正反面結構圖

2.2 頂出、澆注系統

塑料在注射成形中產生的抱緊力，能保證開模后產品停留在動模一側，注塑機上的頂棍通過KO孔推動模具中的頂出裝置，將包裹在動模一側的產品推出。所以頂針應設置在產品脫模困難的地方，產品的骨位、柱位以及對模仁有抱緊力的位置處。設計頂針的同時應考慮不影響產品的外觀質量，且不與其它零件發生干涉。此模具設計中頂針直徑采用6 mm、4 mm、扁頂和司筒頂出。頂出裝置的復位機構采用外徑40 mm的彈簧復位，如圖7所示。

圖7 頂出系統結構圖

設計中采用點澆口形式進膠。為了改善塑料的流動性，有利于塑料成形，在母模上做SR0.3 mm的球窩，如圖6所示。在設計澆注系統時，為了加工方便，考慮到采用電極加工的方法，故將A板和模仁設計在同一高度。同時考慮在開模時能保證將凝料拉出，設計采用直徑6 mm的拉料針，如圖8所示。

圖8 澆注系統設計

3 模具工作過程

3.1 開模順序控制

本套模具設計采用三板模具結構，這就要求模具開模過程中要注意控制模具開模順序。三板模相對與兩板模只是多了一塊脫料板5，如圖9所示。后模在注射機的作用下開始分型，為了保證開模順序，設計時需從以下2點考慮：

（1）安裝彈簧，利于I-I處分型

在小拉桿處安裝彈簧2，模具合模時，彈簧壓縮儲存能量，當鎖模力拆除后，在彈簧的作用下，模具在I-I處打開。同時鉤料針4將凝料1拽出，模具繼續向后移動，脫料板5將鉤針4上的凝料1打下，I-I分型部分結束，完成第一次分型。

（2）安裝開閉器，滯后II-II處分型

在模具上安裝開閉器11，增大摩擦力，滯后模具在II-II處分型。當I-I分型面打開后，后模部分繼續向后運動，開模力大于開閉器11的滯后力，II-II分型面打開，其距離由4個小拉桿進行控制。本套模具設計中，在II-II左右兩側各設計2個直徑為16 mm的開閉器來增大摩擦力，保證開模順序。

圖9 開模順序和開模距離結構圖

3.2 開模距離參數控制

塑料模具經過注射、冷卻、保壓后，在注射機的作用下將模具打開，如圖9所示。在注射機頂棍9的作用下，將頂出力通過模具上的KO孔傳遞給在頂針固定板上的頂針7，頂針7頂出產品6，同時在頂出過程中回針3上的彈簧8在頂出中處于壓縮狀態，當注射機上的頂棍9撤出后，在彈簧的作用下，將頂出系統全部復位。為了保證能將流道中的凝料1順利從模具中取出，要嚴格控制開模距離。設計中測量出凝料的長度為118.47 mm，所以開模距離一定要大于118.47 mm。在設計過程中，為了有效保障凝料的順利取出，設計控制距離為125 mm，并通過4支小拉桿的作用保障取出凝料。在注射機頂棍的作用下，頂出行程距離應該大于產品最大脫模尺寸38.18 mm，為了安全起見，本次設計頂出行程采用53 mm，以確保產品安全取出。

4 結語

模具設計中模仁的處理是設計中的關鍵部分，其結構直接關乎著成型的正確與否，同時還直接影響模具壽命、注射成型的周期、加工成本等。三板模具較二板模具加工和制造成本高，其核心在如何保證模具開模順序和開模距離、如何在產品上確定澆口的位置和數量、如何確保產品能夠順利脫模。這些問題在設計過程中都需要權衡把握。本套設計方案都做出了相關闡述，其進膠點位置設計合理，產品在注塑過程無縮水、翹曲、氣泡等缺陷，模具結構運動過程合理順暢，結構可靠。

[1]張信群．基于SolidWorks的落料拉深復合模CAD設計[D]．合肥：合肥工業大學,2009．

[2]賈潤禮,程志遠．實用注射模設計手冊[M]．北京:中國輕工業出版社,2000．

[3]CHIN,KWAI-SANG,WONG．T．N．Knowledge-based Evaluation for the Conceptual[J]．Computer-Aided Design,2003, 6(7):12-22．

[4]羅宇玲,曹輝,劉好．大型注塑模具使用壽命影響因素分析及改進方法[J]．茂名學院學報,2006,16(4):25-30．

[5] 任天娟．中小型注塑模標準模架的選用[J]．廣西輕工業,2009,8(30):5-7．

[6] 田學軍．注塑過程分析及工藝參數設定[J]．機械工程師,2005,8(58):2-10．

Research on the Design of a Support Injection Mold Based on UG

LI Li-wei，ZHANG Xin-qun
（Department ofAutomotive Engineering,Chuzhou Vocational&Technical College,Chuzhou,Anhui 239000, China）

This paper introduces the use of UG9.0 software on the washing machine panel support,analyzes the product design and processing,and provides solutions.And mainly focus on the top gating system,the mold from the system,and sequence control problem in the mold design process.

plastic;UG;mould;design

TQ320.5；TP391.7

A

1673-1891（2016）04-0029-03

10.16104/j.issn.1673-1891.2016.04.008

2016-09-28

國家資源庫《塑料成型工藝與模具設計》課程實驗項目（syzy2015006）。

李立蔚（1984—）,男,安徽廬江人，碩士，研究方向：塑料模具CAD設計、溶體材料成型分析。