淺談展板支架注塑模具設計優化范文

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摘要：分析了展板支架連接件的結構特點，運用UG完成了注塑模具的設計，模具采用一模兩腔結構，型腔采用點對稱方式布置，針對塑件結構復雜的特點，合理設計了分型面和脫模機構。針對塑件孔槽較多的設計難題，每個型腔分別布置了三個不同方向的側抽機構和一個內抽芯機構對孔槽進行成型。冷卻水道選用“C”形布置，利用Moldflow軟件對塑件進行了模擬分析，確定了最佳澆口位置，并對冷卻效果進行了模擬，模擬結果顯示，塑件的翹曲變形較小且氣穴數目較少。運用CAD／CAE進行模具設計，設計的模具各個側抽之間無干涉，運行穩定，并能有效縮短設計周期，降低生產成本，該模具的設計為其它同類型注塑模具設計提供了參考。

關鍵詞：注塑模；模具設計；Moldflow；UG

塑料制件與傳統的金屬制件相比具有質量輕、成本低、耐腐蝕性強、可塑性好等優點，因此塑料制件在生產與生活當中的應用越來越廣泛[1]。隨著注塑技術的不斷發展，注塑模具已經占模具總量的50%以上[2–3]，為了進一步滿足現代模具行業的發展需要、提高生產率，CAD／CAE／CAM輔助模具設計越來越受到工程師們的重視[4]。筆者針對展板支架連接件結構復雜，強度要求高的特點，選用了滑塊內抽芯和電機側抽芯的成型機構來成型塑件，由于側抽方向不一致，并且側抽芯的軸線在開模面上，因此選擇數控銑床代替鉆床對側抽導向孔的加工成型。運用UG注塑模具模塊設計出完整的注塑模具，并通過Moldflow對連接件成型工藝進行分析，為同類型的模具設計提供了參考。

1塑件結構分析

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坐標系為參考，對塑件結構進行分析，塑件中L1，L2是位于結構內部的兩卡扣，且和z軸方向存在角度，不能直接通過型腔成型，需設置內抽芯機構來進行成型。D1，D2，D3為三個不同方向的深孔，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構。D3孔的側抽芯方向與D1，D2的方向不一致，無法在同一方向進行抽芯，需要單獨布置側抽芯機構。由于孔數量較多，且方向不一致，不適合選用導柱滑塊式側抽芯機構，故側抽芯系統選定為電機滑塊機構。

2注塑模結構設計

2．1分型面選擇

分型面的選擇對塑件成型質量有著至關重要的影響，通常分型面選擇在最大輪廓處。根據塑件結構特點，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側向抽芯機構設計

通過對塑件的結構分析可知，塑件上D1，D2，D3三個孔需要布置三個側抽機構。由于D1，D2，D3孔不在同一平面內，導致分型面不是一個平面，因此抽芯機構的布置十分困難，布置不合理不僅會影響模板的強度，而且還會導致在抽芯過程中發生干涉[5]。因此筆者放棄了傳統的導柱滑塊式側抽芯機構，選擇了電機導桿來進行成型。模具的側抽芯機構如圖3所示，兩型腔采用點對稱布置的方式，減小了模具的尺寸，側抽導桿通過固定板固定在滑塊上，并與電機相連，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向孔不僅會破壞模具的結構精度，同時會增大加工難度[6]，因此為了保證模具的整體質量與精度，提高模具的使用壽命，斜抽芯的導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。導向孔通過數控銑削加工得到，導向塊通過螺栓固定在模板上。采用鑲拼方式布置導向孔和導向塊，加工方便，不僅可以提高導向精度，還保證了模板的強度。卡扣L1，L2位于塑件內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，無法采用導柱滑塊機構進行成型，因此將卡扣側向抽芯機構設計成如圖5a所示的結構，側抽D，F上端與導向塊為間隙配合，并且可以在燕尾槽內移動，通過導向塊上端的螺釘固定在模板上。側向抽芯機構工作原理如圖5b所示，開模時定模與動模首先完成分離，上模繼續上行的同時，D，F在導向塊的作用下運動，由于存在橫向力，D，F會沿著導向塊向上移動，完成內抽芯。回程時，D，F在滑塊的導向下復位，模具閉合，為下一次工作行程做準備。

2．3脫模機構設計

開模時，塑件在頂出機構的作用下頂出，其中最常見的頂出機構為頂出桿。模具的脫模機構如圖6所示，13根直徑6mm的頂出桿相對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量。

3塑件成型工藝分析

3．1澆口位置選擇

運用Moldflow對塑件進行了網格劃分，共生成377440個雙面層網格，經過網格修復后，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%，可以進行后續的模擬[7，8]。圖7a為利用Moldflow進行澆口匹配性和流動阻力分析的結果，結果顯示在靠近塑件中心位置填充性最好，若選在塑件中心，分澆道的開設需要穿過模板，不僅影響模板的強度，而且大大提高了加工難度，同時為了提高生產效率，選用了一模兩腔的布置，故將澆口位置選取在兩側，澆口位置如圖7b所示，在此位置開設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冷卻系統的設計

冷卻系統的布置對塑件表面質量和成型能力有著十分重要的影響[9]。結合塑件的分布特點，設計了一套如圖8a所示的“C”型冷卻水路，通過鉆床加工出兩個直孔，外部通過橡膠管進行連接，加工簡單方便。出水口和入水口的溫度差反映了冷卻系統的冷卻能力，通常冷卻水道進出口水的溫差不能超過3℃[9–12]。回路冷卻溫度分析結果如圖8b所示，進出口冷卻液溫度差為0.98℃，遠遠小于3℃，符合模具設計要求。

3．3成型質量分析

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，可以通過側抽間隙等進行排氣消除，故不會對塑件的質量產生影響。

4模具結構設計

結合上述分析結果，設計出一套完整的注塑模具，裝配圖如圖10所示。模具為一模兩腔結構，型腔呈點對稱布置，設置了三個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。在上模板上布置導向塊內抽芯機構完成卡扣的成型。為保證模具結構的穩定性和導向精度，導柱采用非對稱式的布置。模具的結構示意圖見圖11，注塑機完成填充保壓和冷卻后，動模板在注塑機的帶動下往開模方向移動，同時電機啟動完成側抽，隨著動模板的運動，內抽芯在導向塊的作用下完成對卡扣的成型，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備。

5結論

運用UG設計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，兩個型腔為點對稱布置形式，每個型腔設置了三個不同方向的斜抽芯完成深孔的成型，導柱導套采用非對稱性布置，模板整體采用鑲拼式結構，既降低了加工難度，又提高了模板的強度。通過Moldflow對塑件進行分析，確定了澆口位置，完成了冷卻系統的設計，塑件的翹曲變形量符合設計要求，且模具整體布局合理，結構設計新穎。

作者：任永勝 孫世臣 田玉晶 韓旭 趙而團 單位：山東理工大學機械工程學院