楊 炫，趙 源，張 偉，符書豪，王 超

(貴州航天天馬機電科技有限公司，貴州 遵義 563000)

0 引言

注塑成型工藝指在一定溫度下將粘合成流體的彈性塑膠塑料在高速及高壓的條件下注入到注塑模具中成型的一種加工工藝[1]，由于其具有成型塑件尺寸小和精度高、可用于成型復雜不同類型的塑件及成型效率高的三大優點[2]，該技術已成為塑料加工成型的重要加工方法。

注塑模具是注塑成型工藝的重要工具，流體塑料被注射進模具中并在其中成型，不合理的模具將會導致塑件成型后出現各種缺陷，從而致使塑件報廢，進而增加成本[3-7]。儀表透明塑料罩是保護儀表設備的重要工具，在儀器生產行業占有重要的地位，本研究以某型儀表透明塑料罩為研究對象，對其注塑模具進行設計，可為儀表罩的生產制造提供一定的參考價值。

1 塑件結構分析

圖1所示為該透明塑料罩的二維圖，該儀表罩的外形尺寸為R125 mm的圓盤部分，厚度最大為35 mm，側面有兩個結構相似的卡扣，材料選用了PC材質，利用UG三維軟件對其進行三維模型的建立，建立的三維模型如圖2(a)所示，由圖2(b)塑件的壁厚分析可知，塑件的壁厚較為均勻，圓弧部分及頂面的壁厚為2.5 mm，其余部分的壁厚為1.5 mm。

該塑件屬于小型塑件，側面存在的卡扣孔洞需要設計對應的抽芯機構對其進行成型，考慮到整體的生產效率及模具的加工方便，采用一模四腔的型腔布局方案最為合理，型腔的布局結構示意圖如圖3所示，四個塑件在型腔中均勻布置，呈中心對稱分布。

2 模具結構設計

2.1 澆注系統的設計

注塑模具的澆注系統是流體塑料進入到模具型腔的通道，它對流體塑料的流動狀態及流向起著決定性的作用，澆注系統主要由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。在澆注系統設計前，需確定澆口的位置，由于該塑件的整體壁厚較薄，將澆口設置在塑件的頂平面處最為合理，一方面避免了流體塑料對型腔的直接沖擊，另一方面則可以保證型腔的均勻填充。該塑件的澆注系統選用了澆口套式的主流道、圓形主分流道及扁平副分流道、扁平側澆口及Z形冷料穴的組合形式。

圖4為主流道的結構尺寸示意圖，經計算，主流道的L為135 mm，d為5 mm，D為9.7 mm，r為1.5 mm。

主分流道直徑取8 mm，長為332.6 mm，副分流道寬度取10 mm，長取40 mm，末端15 mm設置有15°的擴張段，澆口厚度為2 mm，冷料穴位于分流道末端，直徑設置為8 mm，深度為20 mm，設置Z形拉料桿，設計的澆注系統如圖5所示。

2.2 成型零件的設計

成型零件即組成模具型腔的基體，成型零件一般包括動模型腔、定模型腔及型芯，在設計成型零件前，需確定模具的分型面，即動模型腔及定模型腔的結合面，分型面應盡量選擇在塑件的最大輪廓、尺寸精度要求低及便于塑件脫膜的位置，本文考慮到抽芯機構的布置，將分型面選在了儀表罩的下底面處，布置的位置如圖6所示，分型面的上側為定模側，下側為動模側，塑件的外表面成型依靠定模側成型，而內表面的成型分配在動模側。

接著對型腔的尺寸進行計算，計算公式如下：

凸模的徑向尺寸設計公式：

l=[(1+K)l1+3/4Δ]-δz

(1)

凸模的高度尺寸設計公式：

h=[(1+K)hs+2/3Δ]-δz

(2)

(3)

凹模的輪廓尺寸設計公式：

L=[L1(1+K)-3/4Δ]+δc

(4)

凹模深度尺寸計算公式：

H=[(1+K)Hs-2/3Δ]+δ

(5)

其中，l—凸模徑向尺寸；h—凸模的高度尺寸；hs—深度方向的公稱尺寸；l1—徑向公稱尺寸；Δ—尺寸公差；K—平均收縮率；L—凹模的輪廓尺寸；H—凹模的高度尺寸；δ—注塑模具磨損量；δz—注塑模具制造工差；L1—塑件的對應尺寸。

儀表罩的外形尺寸為220 mm×78 mm×35 mm，最大收縮率取0.8%，最小收縮率取0.4%，制件允許公差取0.6 mm，根據式(3)，可得平均收縮率為0.6%。則儀表罩的徑向外形尺寸為220 mm，模具型腔徑向制造公差取0.05 mm，根據式(1)得凸模徑向尺寸：

型腔的高度制造公差取0.04 mm，則凸模的高度尺寸根據式(2)得：

型腔的高度制造公差取0.04 mm，則凸模的高度尺寸根據式(5)得：

根據儀表透明罩的投影面積、高度及結構特點，確定了動模鑲塊的外形尺寸為600 mm×310 mm×50 mm，定模鑲塊的結構尺寸為600 mm×310 mm×44.5 mm。設計的成型零件如圖7所示。

2.3 抽芯機構的設計

抽芯機構用于抽離與開模方向不一致的型芯，按照抽芯動力源的不同，抽芯機構可分為斜銷抽芯機構、液壓抽芯機構及手動抽芯機構，本塑件抽芯部分抽芯距離較短且所需抽芯力較小，選擇經濟簡單的斜銷抽芯機構，該抽芯機構主要由成型元件型芯、運動元件滑塊、傳動元件斜銷、鎖緊元件鎖緊塊及限位元件限位釘。

抽芯力計算公式如(6)式所示，計算得抽芯力為870 N。抽芯距離測量為2.5 mm，取4.5 mm的安全距離，設計抽芯距離為7 mm。

F=F阻cosα-F包sinα=Alcp(μcosα-sinα)

(6)

式中：F—抽芯力，N；F阻—抽芯阻力，N；F包—包緊力，N；A—型芯成型部分的截周長，m；lc—型芯成型部分的長度，m；p—單位面積上的包緊力，Pa；μ—塑料與型芯之間的摩擦因數，一般取0.2～0.25；α—型芯成型部分的拔模斜度(°)。

斜銷最小工作直徑的計算公式如下：

(7)

式中，d—斜銷工作直徑，cm；F—抽芯力，N；Hk—有效開模行程，m；[σ]W—抗彎強度，MPa，一般取300 MPa；α—斜銷斜角(°)。

計算可得斜銷最小直徑為20 mm，取24 mm，可得斜銷斜角為18°。抽芯機構采用分體結構式，型芯鎖在滑塊上，滑塊通過L形導滑槽滑動，設計的抽芯機構如圖8所示。

2.4 推出機構及冷卻水道的設計

本研究選用機動推桿推出機構作為設計方案。首先需計算出推出距離，即在推出元件作用下，塑件與相應成型表面直線位移或角位移，本儀表透明罩不存在旋轉結構，只需采用直線推出，測量得推出距離為30 mm，每個塑件內底面均勻設置4支推桿，推桿直徑設置為5 mm，推桿長度215.5 mm，推桿的布置位置如圖9所示。

根據流量選擇直徑為10 mm的冷卻水道。分別在定模型腔、動模型腔內部設計了冷卻水道。定模型腔內的冷卻水道布置形式如圖10(a)所示，動模型腔內的冷卻水道需要避開推桿布置，并且需要保證一定的安全壁厚，設計的冷卻水道如圖10(b)所示。

3 模具整體裝配及工作原理

3.1 模具的整體裝配

模具的整體裝配即將所有設計的各部分結構系統裝入到模架中，模架選用了大水口的二板模，采用UG三維軟件進行模具的整體裝配，設計完成的模具裝配圖如圖11所示，圖11(a)為動模部分的裝配圖，圖11(b)為定模部分的裝配圖。二維圖如圖12所示。

3.2 模具的工作原理

注塑模具可分為兩大部分，即定模部分及動模部分，定模部分主要由定模座板、定模板、定模型腔、斜導柱、導套、定位圈及澆口套組成，剩余部分則為動模部分，定模部分固定在注塑機的噴嘴位置，不能移動，而動模部分固定在注塑機的移動座上，可隨移動座進行移動，首先移動座帶動動模部分逐漸與定模部分合攏，其中推出機構逐漸復位，待模具完全合攏后，注塑機噴嘴將流體塑料噴入到模具中，待塑件在型腔中完全凝固后，注塑機移動板又帶動動模部分開模，塑件由于張緊力會留在動模型腔內，接著推桿將塑件頂出，最后對模具進行清洗噴漆處理，進行下一循環。

4 結論

本研究以儀表透明塑料罩為研究對象，首先在充分分析其結構尺寸的基礎上，確定了注塑模具采用一模四腔的型腔布局結構，然后對模具的澆注系統、成型零件、抽芯機構、推出機構及冷卻水道進行了設計計算，最后完成了模具的整體裝配及工作原理的闡述。