一種薄壁高筋導音管注塑模設計

(安徽理工大學機械工程學院　安徽　淮南　232001)

當今人們對塑料制品美觀性要求越來越高，而大多數塑料制品均是由相應塑料模具制造出來的，因此塑料產品的質量好壞與相應的塑料模具結構設計有著極大的關系。如何針對塑膠產品的結構特點及成型工藝的技術要求，設計出既能夠確保產品質量又能滿足生產要求的優良模具是行業技術人員一直關注焦點。

一、塑件工藝性分析

如圖1所示為該薄壁高筋導音管塑件，其為大批量生產的薄壁結構件，成型尺寸精度為MT5級，表面粗糙度要求達到Ra0.4。因該件在應用時需具有較好的力學強度、硬度和耐磨等性能，且還應具有極高的抗沖擊強度，故其材料選用ABS,其收縮率為0.4%～0.9%[3]。由圖可見，該件屬于殼體類零件，零件壁厚較均勻，塑件外表面光滑，內表面較復雜，設有8加強筋，以改善充模性及整體剛度，避免翹曲變形。由塑件內外表面的特征可知必將產生熔接線現象，塑件邊緣可能會產生氣穴等缺陷，它們都將影響產品質量及性能，故應合理確定澆口位置及分型面。依據該件的整體結構和尺寸特征，同時為提高生產率及使模具進料受力平衡，故宜采用一模四腔模具結構特征工藝措施最為合理。

圖1　薄壁高筋導音管

二、模具結構設計

(一)分型面選擇

依據對塑件的形狀、表面質量及脫模等技術要求等因素的分析，塑件分型面應選擇在尺寸最大處；因該塑件生產設備為海天注塑機，其型號為HTF80X/1，該型號的各項技術參數均能滿足該工藝方法的成型技術要求，且模板間距極為合適；同時為滿足塑件精度MT5級精度要求，兼顧產品質量及排氣性，最終選擇的分型面在塑件最大尺寸上表面處。

(二)澆注系統設計

澆注系統設計好壞，對塑件性能、尺寸、內外表面的質量及材料利用率等均有較大影響[1]。因該模具采用一模四腔結構形式，其澆注系統是由主流道、分流道、潛伏式澆口和Z形拉料桿等組成。

(1)主流道設計。主流道形狀設計成圓錐形小端直徑為mm,其主流道圓弧球半徑與注射機噴嘴成球面接觸，尺寸為SR11mm(注射機的噴嘴球SR10mm)

(2)分流道設計。分流道形狀尺寸與塑件的體積、壁厚和注射速率等因素相關。依據分流道的加工工藝要求，其截面形狀采用半徑為6mm圓形。

(3)潛伏式澆口位置的確定。導音管澆口位置選擇十分重要，澆口設計合理性對塑件的表面質量、性能以及強度影響極大，利用moldflow軟件中的Gate location(最佳澆口位置)分析功能，得出最佳的澆注區域如圖2所示，同時結合塑件的結構和形狀，潛伏式澆口位置最終選擇在塑件外表面大圓弧段向直線過渡處最為合適[2]，具體如圖3所示。

圖2　最佳澆口位置

圖3　澆注系統

(三)成型零部件的設計

該產品的成型零部件主要由定模模仁、動模模仁、定模仁型芯和動模仁型芯組成。

該型腔在綜合考慮加工、安裝及更換等方面影響因素的基礎上，采用鑲拼組合式，前模仁嵌入至定模板上，在凹模仁中嵌入四活動鑲件[4]，因該塑件內表面設有加強筋，其對應型腔尺寸小、窄及加工困難，且使用維修極為困難，故其凸模結構，采用鑲拼組合式組合結構[5]。如圖4所示：

圖4　凹模模仁和凸模模仁結構

(四)推出結構設計

為保證該件的外觀質量及脫模時具有較大的脫模力，其脫模方式采用一次脫模，用推桿從塑件的內腔中推出塑件，該方式可有效地減小變形或損壞塑件。

為確保該模具具有較好的冷卻系統及制造工藝性，在其結構上采用每一塑件均由三根成等邊三角形方式布置的推桿，如圖11所示件6推桿材料選用的T10A,頭部淬火50～55HRC，采用截面形式為圓形臺階式，推桿端平面不得軸向竄動。其配合為H7/f7，因為該配合間隙大小將會影響飛邊的大小。

(五)復位機構設計

如圖11所示件26和27組成復位機構，它由四根直徑為的復位桿及尺寸為矩形彈簧等元件組成，該結構可降低復位桿端面每次閉合時與定模板劇烈變形，同時也有利于推板的準確復位。

(六)排氣系統設計

該件在注射成型過程中，若模具排氣不暢，必將引起型腔氣壓急劇升高，無法保證熔體快速充模，同時還會造成因壓縮氣體產生的熱量使塑料燒焦。故應考慮以下因素：

(1)溫度。利用模流分析軟件分析塑件成型流動前沿的溫度如圖5所示；溫度不能高于，設計排氣系統應加以考慮高溫的影響，防止塑料熔體產生分解、燒焦及相關表面缺陷。從圖中可以看出，對于該件選擇最為合適[7]。

(2)表面質量。若模具排氣不暢，模具型腔內會形成氣穴、銀紋、熔接線等缺陷。

圖5　塑件流動前的溫度

由模流軟件分析得到：塑件產生氣穴的位置如圖7所示，塑件最小端面和塑件投影面積最大的處即分型面容易產生氣穴。

圖6　塑件產生氣穴位置

綜上述分析可看出該模具不需專門開設排氣槽，排出氣體可從分型面間隙及組合式凹?；蛐托酒春祥g隙排出。

(七)冷卻系統設計

因該塑件為批量生產，考慮塑件表面盡量光滑，同時也要減少相應熔接痕和氣穴的產生，故該模具需布置合理的冷卻水道，故在動、定模仁上分別布置平面環形排列形式的冷卻水路[6]，有利于塑件成形及冷卻，水路布置如圖7所示：

圖7　定模仁和動模仁水道的布置

三、模具工作原理

由上述設計原理可知：該模具結構如圖8所示。其工作過程為注射、保壓、冷卻及開模。具體如下：

(1)模具開模時，定模固定不動，動模在注塑機移動板帶動下，隨注塑機移動模板移動到一定位置時，推板墊板3推動推板固定板4，推桿固定板推動推桿6，從而推動塑件，并將塑件切斷分離，推桿6運動到一定距離時，塑件與澆注系統凝料在重力作用下自動脫落。

(2)合模時，注塑機頂桿退回，在復位桿26工作彈簧作用下，推出機構回位，完成合模，進入下一個循環。

圖8　模具裝配圖

1.動模座板；2.螺釘Ⅰ；3.推板墊板；4.推板固墊板；5.墊塊；6.推桿；7.導柱；8.定模板；9.導套；10.定模座板；11.定位圈；12.澆口套；13.螺釘Ⅱ；14.螺釘Ⅲ；15.螺釘Ⅳ；16.螺釘Ⅴ；17.上模仁；18.下模仁；19.螺釘Ⅵ；20.拉料桿；21.支承板；22.螺釘Ⅶ；23.推板導柱；24.螺釘Ⅷ；25.推板導套；26.復位桿；27.矩形彈簧；28.下模仁型芯；29.上模仁型芯；30.動模板；31.支承柱；32.限位釘；33.螺釘Ⅸ

四、結論

由上述設計原理可知：針對該壁高筋導音管塑件來講，分型面的選擇最為關鍵，它決定了該模具的結構。借助moldflow軟件的仿真，可有效地的保證該模具設計的質量，就該模具結構而言，最佳的澆口位置為塑件外表面大圓弧段向直線段過渡處，采用分型面間隙排氣最為合理。就保證該件成型和冷卻效果而言，動定模仁采用平面環形的冷卻水路最為合適。經實際生產驗證，結構合理，模具運動平穩可靠，塑件質量可滿足各項技術指標要求。