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摘要：分析了展板支架連接件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用UG完成了注塑模具的設(shè)計(jì)，模具采用一模兩腔結(jié)構(gòu)，型腔采用點(diǎn)對(duì)稱方式布置，針對(duì)塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)了分型面和脫模機(jī)構(gòu)。針對(duì)塑件孔槽較多的設(shè)計(jì)難題，每個(gè)型腔分別布置了三個(gè)不同方向的側(cè)抽機(jī)構(gòu)和一個(gè)內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)對(duì)孔槽進(jìn)行成型。冷卻水道選用“C”形布置，利用Moldflow軟件對(duì)塑件進(jìn)行了模擬分析，確定了最佳澆口位置，并對(duì)冷卻效果進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果顯示，塑件的翹曲變形較小且氣穴數(shù)目較少。運(yùn)用CAD／CAE進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的模具各個(gè)側(cè)抽之間無干涉，運(yùn)行穩(wěn)定，并能有效縮短設(shè)計(jì)周期，降低生產(chǎn)成本，該模具的設(shè)計(jì)為其它同類型注塑模具設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：注塑模；模具設(shè)計(jì)；Moldflow；UG

塑料制件與傳統(tǒng)的金屬制件相比具有質(zhì)量輕、成本低、耐腐蝕性強(qiáng)、可塑性好等優(yōu)點(diǎn)，因此塑料制件在生產(chǎn)與生活當(dāng)中的應(yīng)用越來越廣泛[1]。隨著注塑技術(shù)的不斷發(fā)展，注塑模具已經(jīng)占模具總量的50%以上[2–3]，為了進(jìn)一步滿足現(xiàn)代模具行業(yè)的發(fā)展需要、提高生產(chǎn)率，CAD／CAE／CAM輔助模具設(shè)計(jì)越來越受到工程師們的重視[4]。筆者針對(duì)展板支架連接件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，強(qiáng)度要求高的特點(diǎn)，選用了滑塊內(nèi)抽芯和電機(jī)側(cè)抽芯的成型機(jī)構(gòu)來成型塑件，由于側(cè)抽方向不一致，并且側(cè)抽芯的軸線在開模面上，因此選擇數(shù)控銑床代替鉆床對(duì)側(cè)抽導(dǎo)向孔的加工成型。運(yùn)用UG注塑模具模塊設(shè)計(jì)出完整的注塑模具，并通過Moldflow對(duì)連接件成型工藝進(jìn)行分析，為同類型的模具設(shè)計(jì)提供了參考。

1塑件結(jié)構(gòu)分析

圖1為連接件三維模型示意圖。塑件總體尺寸為115mm×106mm×50mm，平均壁厚為2.05mm，體積為57848mm3。塑件材料為30%玻纖增強(qiáng)聚丙烯，其密度為1.12g／cm3，收縮率為0.9%～1.1%，熱變形溫度為165℃[5]。以圖1坐標(biāo)系為參考，對(duì)塑件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，塑件中L1，L2是位于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的兩卡扣，且和z軸方向存在角度，不能直接通過型腔成型，需設(shè)置內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)來進(jìn)行成型。D1，D2，D3為三個(gè)不同方向的深孔，D1，D2孔位于xoy平面上，分別與x軸成不同的角度，需要布置不同方向的斜抽芯機(jī)構(gòu)。D3孔的側(cè)抽芯方向與D1，D2的方向不一致，無法在同一方向進(jìn)行抽芯，需要單獨(dú)布置側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。由于孔數(shù)量較多，且方向不一致，不適合選用導(dǎo)柱滑塊式側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，故側(cè)抽芯系統(tǒng)選定為電機(jī)滑塊機(jī)構(gòu)。

2注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2．1分型面選擇

分型面的選擇對(duì)塑件成型質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，通常分型面選擇在最大輪廓處。根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以上表面為主分型面，孔D1，D2的外圓輪廓為輔助分型面，得到的分型面如圖2所示。

2．2側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析可知，塑件上D1，D2，D3三個(gè)孔需要布置三個(gè)側(cè)抽機(jī)構(gòu)。由于D1，D2，D3孔不在同一平面內(nèi)，導(dǎo)致分型面不是一個(gè)平面，因此抽芯機(jī)構(gòu)的布置十分困難，布置不合理不僅會(huì)影響模板的強(qiáng)度，而且還會(huì)導(dǎo)致在抽芯過程中發(fā)生干涉[5]。因此筆者放棄了傳統(tǒng)的導(dǎo)柱滑塊式側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，選擇了電機(jī)導(dǎo)桿來進(jìn)行成型。模具的側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)如圖3所示，兩型腔采用點(diǎn)對(duì)稱布置的方式，減小了模具的尺寸，側(cè)抽導(dǎo)桿通過固定板固定在滑塊上，并與電機(jī)相連，用來成型D1，D2，D3孔。D1，D2，D3孔較深，斜度也比較大，如果直接在模板上加工出抽芯方向上的導(dǎo)向孔不僅會(huì)破壞模具的結(jié)構(gòu)精度，同時(shí)會(huì)增大加工難度[6]，因此為了保證模具的整體質(zhì)量與精度，提高模具的使用壽命，斜抽芯的導(dǎo)向塊采用鑲拼的方式布置，如圖4所示。圖4a中鑲塊A，B，C分別為D1，D2，D3孔的斜抽芯導(dǎo)向塊，在A，B兩鑲塊上加工出垂直于抽芯方向的平面用于固定電機(jī)。導(dǎo)向孔通過數(shù)控銑削加工得到，導(dǎo)向塊通過螺栓固定在模板上。采用鑲拼方式布置導(dǎo)向孔和導(dǎo)向塊，加工方便，不僅可以提高導(dǎo)向精度，還保證了模板的強(qiáng)度?？跮1，L2位于塑件內(nèi)部且和開模方向存在一定角度，若通過型芯直接成型，模板的加工難度大大提高，無法采用導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行成型，因此將卡扣側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成如圖5a所示的結(jié)構(gòu)，側(cè)抽D，F(xiàn)上端與導(dǎo)向塊為間隙配合，并且可以在燕尾槽內(nèi)移動(dòng)，通過導(dǎo)向塊上端的螺釘固定在模板上。側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)工作原理如圖5b所示，開模時(shí)定模與動(dòng)模首先完成分離，上模繼續(xù)上行的同時(shí)，D，F(xiàn)在導(dǎo)向塊的作用下運(yùn)動(dòng)，由于存在橫向力，D，F(xiàn)會(huì)沿著導(dǎo)向塊向上移動(dòng)，完成內(nèi)抽芯。回程時(shí)，D，F(xiàn)在滑塊的導(dǎo)向下復(fù)位，模具閉合，為下一次工作行程做準(zhǔn)備。

2．3脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

開模時(shí)，塑件在頂出機(jī)構(gòu)的作用下頂出，其中最常見的頂出機(jī)構(gòu)為頂出桿。模具的脫模機(jī)構(gòu)如圖6所示，13根直徑6mm的頂出桿相對(duì)均勻分布在靠近筋板和拐角的位置，既可以有效克服塑件對(duì)型芯的包緊力完成脫模操作，還能夠盡可能地保證塑件的表面質(zhì)量。

3塑件成型工藝分析

3．1澆口位置選擇

運(yùn)用Moldflow對(duì)塑件進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，共生成377440個(gè)雙面層網(wǎng)格，經(jīng)過網(wǎng)格修復(fù)后，最大縱橫比6，最小縱橫比1.16，平均縱橫比1.99，匹配率為82.5%，可以進(jìn)行后續(xù)的模擬[7，8]。圖7a為利用Moldflow進(jìn)行澆口匹配性和流動(dòng)阻力分析的結(jié)果，結(jié)果顯示在靠近塑件中心位置填充性最好，若選在塑件中心，分澆道的開設(shè)需要穿過模板，不僅影響模板的強(qiáng)度，而且大大提高了加工難度，同時(shí)為了提高生產(chǎn)效率，選用了一模兩腔的布置，故將澆口位置選取在兩側(cè)，澆口位置如圖7b所示，在此位置開設(shè)澆口能夠保證塑料熔體迅速均勻地填充模具型腔，降低了型腔的加工難度。

3．2冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

冷卻系統(tǒng)的布置對(duì)塑件表面質(zhì)量和成型能力有著十分重要的影響[9]。結(jié)合塑件的分布特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套如圖8a所示的“C”型冷卻水路，通過鉆床加工出兩個(gè)直孔，外部通過橡膠管進(jìn)行連接，加工簡單方便。出水口和入水口的溫度差反映了冷卻系統(tǒng)的冷卻能力，通常冷卻水道進(jìn)出口水的溫差不能超過3℃[9–12]?；芈防鋮s溫度分析結(jié)果如圖8b所示，進(jìn)出口冷卻液溫度差為0.98℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于3℃，符合模具設(shè)計(jì)要求。

3．3成型質(zhì)量分析

通過Moldflow軟件模擬得到的塑件翹曲變形和氣穴分布如圖9所示。由圖9a可知，塑件的最大翹曲變形量僅為0.55mm，符合塑件的精度要求。從圖9b可以看出氣穴數(shù)量較少，且主要分布在孔D1，D2，D3周圍的箭頭所示位置，可以通過側(cè)抽間隙等進(jìn)行排氣消除，故不會(huì)對(duì)塑件的質(zhì)量產(chǎn)生影響。

4模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合上述分析結(jié)果，設(shè)計(jì)出一套完整的注塑模具，裝配圖如圖10所示。模具為一模兩腔結(jié)構(gòu)，型腔呈點(diǎn)對(duì)稱布置，設(shè)置了三個(gè)方向的斜抽芯完成斜孔的成型，鑲塊和上模板上的半圓柱通過銑削工藝加工成型。在上模板上布置導(dǎo)向塊內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)完成卡扣的成型。為保證模具結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和導(dǎo)向精度，導(dǎo)柱采用非對(duì)稱式的布置。模具的結(jié)構(gòu)示意圖見圖11，注塑機(jī)完成填充保壓和冷卻后，動(dòng)模板在注塑機(jī)的帶動(dòng)下往開模方向移動(dòng)，同時(shí)電機(jī)啟動(dòng)完成側(cè)抽，隨著動(dòng)模板的運(yùn)動(dòng)，內(nèi)抽芯在導(dǎo)向塊的作用下完成對(duì)卡扣的成型，塑件在頂料桿的作用下被頂出后，模具開始閉合，為下一周期注塑做準(zhǔn)備。

5結(jié)論

運(yùn)用UG設(shè)計(jì)了一套展板支架連接件的注塑模具，模具采用一模兩腔布置，兩個(gè)型腔為點(diǎn)對(duì)稱布置形式，每個(gè)型腔設(shè)置了三個(gè)不同方向的斜抽芯完成深孔的成型，導(dǎo)柱導(dǎo)套采用非對(duì)稱性布置，模板整體采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，既降低了加工難度，又提高了模板的強(qiáng)度。通過Moldflow對(duì)塑件進(jìn)行分析，確定了澆口位置，完成了冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，塑件的翹曲變形量符合設(shè)計(jì)要求，且模具整體布局合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎。

作者：任永勝 孫世臣 田玉晶 韓旭 趙而團(tuán) 單位：山東理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院