沈言錦，劉海漁

(湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院，湖南株洲 412001)

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基于PRO/E的鼠標(biāo)底殼注塑模設(shè)計(jì)*

沈言錦，劉海漁

(湖南汽車工程職業(yè)學(xué)院，湖南株洲 412001)

摘要：詳細(xì)地闡述了鼠標(biāo)底殼注塑模具的設(shè)計(jì)過(guò)程。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首選運(yùn)用PRO/E進(jìn)行塑料件的三維造型、塑料件分型等工序，然后運(yùn)用Plastic advisor進(jìn)行塑料件流動(dòng)分析，解決澆注系統(tǒng)的布局問(wèn)題，并確定了澆口的最佳位置。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程比常規(guī)設(shè)計(jì)節(jié)約了時(shí)間、提高了效率，也提高了模具結(jié)構(gòu)的合理性及模具質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：鼠標(biāo)底殼；注塑模；澆注系統(tǒng)；Plastic advisor；PRO/E

聯(lián)系人：沈言錦，副教授，主要從事塑料成型與模具設(shè)計(jì)研究

由于鼠標(biāo)使用的頻率非常高，要求鼠標(biāo)底座具有很好的力學(xué)強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、絕緣性、耐水耐油等性能。筆者設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為鼠標(biāo)底殼，該塑料件采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，生產(chǎn)批量為50 000件/a。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，為提高效率，全程采用PRO/E的EMX進(jìn)行設(shè)計(jì)。運(yùn)用Plastic advisor進(jìn)行塑料件流動(dòng)分析，解決澆注系統(tǒng)的布局問(wèn)題，并確定了澆口的最佳位置。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程比常規(guī)設(shè)計(jì)節(jié)約了時(shí)間、提高了效率，也提高了模具結(jié)構(gòu)的合理性及模具質(zhì)量。

鼠標(biāo)底殼二維(2D)、三維(3D)示意圖分別如圖1和圖2所示。

圖1　鼠標(biāo)底殼2D示意圖

圖2　鼠標(biāo)底殼3D示意圖

1　塑料件工藝分析

1.1塑料件結(jié)構(gòu)分析

塑料件為鼠標(biāo)底殼，其最大外形尺寸為111.1 mm×73.1 mm×23.2 mm，塑料件平均厚度為1.25 mm。塑料件外表面要求無(wú)毛刺、飛邊、縮孔。塑料件內(nèi)部帶有凸臺(tái)，四周分布突出的卡扣，該卡扣可利用塑料件的特性，強(qiáng)制脫模，不需要額外設(shè)置側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)[1–3]。

1.2塑料件工藝分析

該塑料件內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，凸臺(tái)較多，小型芯的數(shù)量較多，在注射過(guò)程中，塑料流體冷卻后，會(huì)產(chǎn)生收縮效應(yīng)，緊包在型芯上；或由于塑料件的粘附作用，粘附在塑料件的凹模型芯內(nèi)。為便于后期的脫模，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，在滿足設(shè)計(jì)尺寸要求的前提下，適當(dāng)增大模具的脫模斜度[4–6]。

1.3注射成型工藝參數(shù)確定

該塑料件的注射成型工藝具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　注射成型工藝參數(shù)

2　注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1注塑模具結(jié)構(gòu)分析

該塑料件長(zhǎng)為111.1 mm，寬為73.1 mm。根據(jù)塑料的流動(dòng)特性，塑料件尺寸及成型工藝，結(jié)合注塑機(jī)的最大注射量，本模具采用一模兩腔較合適?？紤]該塑料件對(duì)外觀質(zhì)量要求較高，采用潛伏式澆口較好。該結(jié)構(gòu)在成型過(guò)程中，可以在分型處自動(dòng)進(jìn)行分離，取出塑料件，還可以通過(guò)剪切力，取出冷料穴及流道中的廢料。

2.2流道澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1)主流道的設(shè)計(jì)。

本模具的主流道設(shè)計(jì)在模具中心塑料熔體的入口處，在工作過(guò)程中，主流道將注塑機(jī)噴嘴注入的塑料熔體導(dǎo)入分流道，然后進(jìn)入型腔。塑料件澆口套與注射機(jī)噴嘴關(guān)系如圖3所示。

圖3　澆口套與注塑機(jī)噴嘴關(guān)系

(2)分流道設(shè)計(jì)。

在設(shè)計(jì)分流道的過(guò)程中，應(yīng)避免熔體溫度的降低，盡量減小流道內(nèi)部的壓力損失。一般用流道的截面積與周長(zhǎng)的比來(lái)表示流道的效率，在通常情況下，比值越大則流道的效率越高[6]。雖然梯形流道的凝料容易頂出，但它的流道效率不高，圓形流道和矩形流道效率最高[7]。所以，筆者采用的是圓形流道，其表面積/體積比最小，冷卻速度最低，熱量及摩擦損失小，有利于保壓，缺點(diǎn)是同時(shí)在兩半模板上加工圓形凹槽，難度大，費(fèi)用高。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，查表可得分流道直徑為5 mm。

(3)塑性流動(dòng)分析。

本塑料件的成型面積較大，厚度較薄，故采用多點(diǎn)澆口進(jìn)料。多點(diǎn)進(jìn)料的點(diǎn)位設(shè)計(jì)難度較大，在此采用Moldflow中的Plastic advisor確定最佳的澆口位置。使用PRO/E打開(kāi)塑料件，利用“應(yīng)用程序”中的塑性顧問(wèn)，進(jìn)入MPA分析對(duì)話框，如圖4所示。

圖4　MPA分析對(duì)話框

首先，按照前面所確定的成型工藝參數(shù)、成型材料，將其輸入成型工藝對(duì)話框，在“adviser”下拉列表框中選擇“Analysis Wizard”項(xiàng)，然后點(diǎn)擊“Gate Location”項(xiàng)，單擊對(duì)話框下方的“Next”，然后，彈出“Select Matertial”對(duì)話框，此時(shí)，點(diǎn)擊“Specific Materia”，選擇成型材料、前面已經(jīng)確定的成型工藝參數(shù)，單擊對(duì)話框下方的“Complete”，軟件就可以進(jìn)行澆口位置的分析，系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，系統(tǒng)屏幕上就會(huì)出現(xiàn)最佳澆口的位置圖，如圖5所示。

圖5　最佳澆口區(qū)域

但是，這只給出澆口的范圍，并沒(méi)有確定澆口數(shù)量以及具體的澆口位置。因此，需繼續(xù)進(jìn)行分析，本模具最后確定的澆注系統(tǒng)及分型面如圖6所示。

圖6　澆注系統(tǒng)及分型面示意圖

2.3注塑模分型面設(shè)計(jì)

分型面的種類有：(1)平面分型面；(2)曲面分型面；(3)階梯分型面；(4)斜面分型面；(5)瓣合分型面；(6)雙分型面[8]。一副模具可以有多個(gè)分型面，常見(jiàn)的單分型面只有一個(gè)與開(kāi)模運(yùn)動(dòng)方向垂直的分型面。在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中為了取出澆注系統(tǒng)凝料，需要增加一個(gè)與開(kāi)模方向垂直的輔助分型面，本模具分型面如圖6b所示。

2.4成型零部件設(shè)計(jì)

(1)型腔設(shè)計(jì)。

型腔是成型塑料件外表面的零部件，該塑料件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，從零件的加工角度及后期的更換角度考慮，不適合采用整體式結(jié)構(gòu)，宜采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，型腔結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7所示。

圖7　型腔結(jié)構(gòu)示意圖

(2)型芯設(shè)計(jì)。

型芯是成型塑料件內(nèi)表面的零部件，根據(jù)上述型腔的設(shè)計(jì)原則，該模具的型芯也采用鑲拼式結(jié)構(gòu)。但在加工過(guò)程中，為使內(nèi)壁接縫緊密，在其底面邊界處進(jìn)行倒角，將四壁加工、熱處理、研磨拋光后壓入模套。模內(nèi)側(cè)四角避空，避空角半徑為6 mm，具體結(jié)構(gòu)如圖8所示。

2.5冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從提高生產(chǎn)效率的角度看，成型周期是非常重要的環(huán)節(jié)，在整個(gè)成型周期中，50%～60%的時(shí)間用于對(duì)制品的冷卻。模具溫度控制系統(tǒng)包括冷卻和加熱兩個(gè)方面。對(duì)于要求較低模溫的材料，比如ABS，只需要設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)即可，即在模具內(nèi)通入冷卻水將熱量帶走，并通過(guò)調(diào)節(jié)水的流量來(lái)調(diào)節(jié)模溫。對(duì)于要求較高模溫的材料，且模具較大時(shí)，需要設(shè)計(jì)加熱系統(tǒng)。動(dòng)模(型芯)冷卻水道布置圖如圖9所示。

圖8　型芯結(jié)構(gòu)示意圖

圖9　動(dòng)模(型芯)冷卻水道布置圖

3　模具結(jié)構(gòu)裝配圖

圖10　模具結(jié)構(gòu)示意圖

本模具的結(jié)構(gòu)示意圖如圖10所示。模具的工作過(guò)程為：模具安裝→注射保壓→冷卻→開(kāi)?！瞥鲋破贰夏＃缓笱h(huán)進(jìn)行生產(chǎn)。其工作原理為：在注射過(guò)程中，模具首先閉合，閉合的精度由模具的導(dǎo)柱6和導(dǎo)套7來(lái)保證；閉合后，根據(jù)上述的工藝參數(shù)進(jìn)行工作，固定在定模板中的型腔14與固定在動(dòng)模板中的型芯15構(gòu)成制品形狀和尺寸。此外，在注射過(guò)程中，注塑機(jī)的鎖模結(jié)構(gòu)要保證動(dòng)定模不被熔體的壓力脹開(kāi)；注射完成后，在完成冷卻過(guò)程后，開(kāi)始開(kāi)模，動(dòng)模與定模兩部分在A—A分型面處分型。當(dāng)動(dòng)模后撤到設(shè)計(jì)的位置時(shí)，脫模機(jī)構(gòu)(18，20，21，22，23，24)將會(huì)在合模系統(tǒng)中的推頂裝置作用下與動(dòng)模其他部分產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而制品在澆口處發(fā)生錯(cuò)位，凝料和制品分開(kāi)。隨著推出結(jié)構(gòu)繼續(xù)前進(jìn)，頂桿將制品頂出，拉料桿將凝料系統(tǒng)從動(dòng)模一側(cè)的分流道中脫落出來(lái)，完成一次注射成型過(guò)程。

4　結(jié)論

在本模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用了PRO/E軟件，塑料顧問(wèn)專家等設(shè)計(jì)輔助軟件，對(duì)塑料件進(jìn)行了多方面的設(shè)計(jì)與模擬，提前解決了許多生產(chǎn)方面的問(wèn)題，提高了模具的一次試模成功率，大大提高了生產(chǎn)效率。

參 考 文 獻(xiàn)

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Mouse Bottom Shell Injection Mold Design Based on PRO/E

Shen Yanjin，Liu Haiyu
(Hunan Automotive Engineering Vocational College，Zhuzhou 412001，China)

Abstract：The whole design process of the injection mold of the mouse bottom shell was described in detail. In the design process， PRO/E was used for 3D modeling of plastic parts，plastic parts genotyping process. Then Plastic advisor was used for plastic flow analysis to solve the problem of layout of gating system，and the best gate location was obtained. Compared with the conventional design，the whole design process saves time，improves the efficiency，and also improves the rationality of the die structure and the quality of the mould.

Keywords：mouse bottom shell；injection mold；pouring system；Plastic advisor；PRO/E

中圖分類號(hào)：TQ320.66

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-3539(2016)04-0082-04

doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2016.04.019

收稿日期：2016-02-03

*湖南省教育廳科學(xué)研究課題一般資助項(xiàng)目(15C0710)