郭辰光，尚澤民，李源，李威力（遼寧工程技術(shù)大學機械工程學院，遼寧阜新 123000）

?

果汁機濾杯注塑模具設(shè)計*

郭辰光，尚澤民，李源，李威力
（遼寧工程技術(shù)大學機械工程學院，遼寧阜新 123000）

摘要：介紹了一款側(cè)壁鏤空結(jié)構(gòu)的小型果汁機濾杯注塑模具設(shè)計，應(yīng)用UG NX軟件構(gòu)建濾杯實體模型，對其結(jié)構(gòu)、注塑工藝進行了介紹，完成了濾杯澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、脫模機構(gòu)的設(shè)計與驗算，利用抽芯及側(cè)向拔模完成了果汁機濾杯的分型，所設(shè)計模具工作穩(wěn)定，滿足要求。

關(guān)鍵詞：濾杯；分型面；注塑工藝；模具設(shè)計

隨著生活質(zhì)量的提高，果汁機已經(jīng)越來越多地走入人們的生活，表面精度較高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的濾杯是果汁機中的關(guān)鍵組成塑件。筆者介紹了一款整體壁厚較薄的側(cè)壁多孔鏤空濾杯注塑模具設(shè)計過程，完成了該模具分型組塊的設(shè)計，詳細介紹了模具分模、合模過程。應(yīng)用三維建模軟件對塑件結(jié)構(gòu)進行建模分析，完成模具澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、脫模機構(gòu)的設(shè)計與校核，所設(shè)計模具能夠滿足批量自動化生產(chǎn)需求，濾杯塑件滿足質(zhì)量要求。

1 濾杯塑件結(jié)構(gòu)與工藝性分析

果汁機濾杯結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，如圖1所示。濾杯整體為套筒結(jié)構(gòu)，其壁厚為2.5 mm。濾杯上部套筒直徑為50 mm，高度為31 mm，外側(cè)有7 mm寬的環(huán)形外延臺肩。套筒沿35°錐面向下擴展，錐面大端直徑為90.5 mm，高度為17 mm。濾杯中部為鏤空柱面，沿壁面包含8個對稱方孔洞，柱面高度為101 mm，方孔洞縱向垂直距離為40 mm，柱面中部均勻分布4個板狀外延凸緣，外伸量達23 mm，厚度達3 mm。底部為圓弧過渡的濾杯杯口，其直徑為136 mm。果汁機濾杯過渡結(jié)構(gòu)均做圓角處理，要求塑件精度高，達到MT2級，表面光滑，粗糙度不超過3.2 μm，無毛刺、飛邊、凹陷、花紋、熔接痕、氣泡等不良缺陷。

圖1 濾杯塑件結(jié)構(gòu)圖

鑒于此，選擇中石油吉化集團生產(chǎn)的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）為注塑材料，其密度為1.05 g/cm3。應(yīng)用UG NX軟件對果汁機濾杯進行三維實體建模，濾杯體積為87.84 cm3，其總體質(zhì)量為92.2 g。采用一模一腔模具形式完成注塑，澆注系統(tǒng)所需注塑熔體體積為塑件體積的30%。故總注射體積為114.192 cm3，注塑材料總質(zhì)量為120 g。通常，注塑模具的一次注射量應(yīng)不大于注塑機額定注射量的80%，即注塑機的額定注射量應(yīng)大于142.74 cm3，選用朗格LOG-110S8注塑機完成注塑，其相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 注塑機參數(shù)

2 注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 分型面選擇

分型面的選取決定了注塑模具的整體結(jié)構(gòu)形式，在模具設(shè)計過程中至關(guān)重要，通常將分型面放置于注塑件截面尺寸最大部位可實現(xiàn)模具順利脫模。然而，濾杯塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于側(cè)壁柱面方形孔洞的存在，將中部截面尺寸最大部位作為分型面一次脫模無法實現(xiàn)。因此，設(shè)計、加工可左右分離的左、右分型塊完成分型，如圖2所示為側(cè)壁分型面及型芯。注塑過程中，由于分型面的面積大，依靠分型面進行模具排氣。

圖2 分型面與型芯

2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計

（1）主流道設(shè)計。

主流道尺寸參數(shù)直接影響模具注塑時ABS熔體的流速及充模時間，選用工具鋼經(jīng)熱處理使其硬度達到HRC55。圖3為澆口套結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，主流道錐度為3°，主流道球頭半徑為20 mm，流道長度為60 mm，澆口套圓錐孔直徑為6.8 mm。

（2）分流道設(shè)計。

為了減少分流道中的壓力損失和熱量損失，設(shè)計分流道的截面形狀為圓形截面。其截面直徑與流經(jīng)分流道的熔體質(zhì)量及分流道長度有關(guān)，本設(shè)計中分流道截面直徑為4.2 mm。為使經(jīng)分流道注入型腔的熔體壓力均衡，設(shè)計4條分流道且相鄰分流道間夾角為90°。冷料穴用于容納初入模具溫度降比較大的液態(tài)塑料，避免低溫料影響注射速度和塑件質(zhì)量，冷料穴直徑與主流道大徑相同，長度為分流道的1～1.5倍，由于分流道短，且分流道終點開冷料穴容易帶入空氣泡，采用在帶Z形鉤頭的拉料桿處設(shè)計冷料穴。

圖3 澆口套結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計

2.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計

果汁機濾杯注塑模具每小時注射次數(shù)為60次，每次注射量0.12 kg，單位質(zhì)量的ABS塑料在型腔內(nèi)散發(fā)的熱量為246.6 kJ，單位時間內(nèi)塑料傳給模具的熱量為1 775.6 kJ/h。若冷卻水換熱效率為95%，則單位時間內(nèi)冷卻水帶走熱量Qw=1 686.8 kJ /h。單位時間內(nèi)所需冷卻水的體積qv由式（1）計算。其中冷卻水的比熱容c=4.2×103kJ/（kg·K），冷卻水的密度ρ=1 000 kg/m3，冷卻水的進出口溫度差ΔT=1.5℃。計算得qv=4.462×10-3m3/ min，則冷卻系統(tǒng)的水管直徑為10 mm，最低流速為1.32 m/s，冷卻管道環(huán)繞著塑件，且其進水口和出水口在凹模的一側(cè)，總長為740 mm。冷卻系統(tǒng)設(shè)計如圖4所示。

圖4 冷卻系統(tǒng)

2.4 脫模機構(gòu)設(shè)計

塑件對型芯的抱緊力Qc由式（2）計算。其中ABS的拉伸彈性模量E為1 950 MPa，平均收縮率為0.5%，塑件壁厚t為2.5 mm，果汁機濾杯脫模高度h為172 mm，脫模斜度修正系數(shù)Kf為0.44，塑件泊松比μ為0.3。計算得Qc=16 654.3 N。另外，型芯的橫截面面積Ab為5 741.5 mm2，使封閉殼體脫模需克服的真空吸力Qb由式（3）計算為574.2 N。則脫模力Qe=Qc+Qb=17 228.5 N。

為了使成型零件留在動模一側(cè)，故將推桿與拉料桿設(shè)計為一體結(jié)構(gòu)，在節(jié)省材料的同時，減少零件上孔的加工制造成本，再者可使工件的強度有所增加。設(shè)計推桿圓形截面直徑為18 mm，等截面長度為300 mm。推桿材料為淬火后的60Si2Mn鋼，經(jīng)校核推桿最大應(yīng)力為65.447 MPa，遠小于材料極限屈服強度，滿足許用應(yīng)力。

3 注塑模具工作原理

圖5 模具結(jié)構(gòu)圖

注塑模具結(jié)構(gòu)如圖5所示。注塑機的移動板帶動動模底座21向定模移動，定模上的凹模導(dǎo)向體對左、右分型塊3，14產(chǎn)生向內(nèi)合力，小分型組塊8安裝在定模板上，在運動過程中插入到兩個分型塊3，14中間，實現(xiàn)合模。注塑ABS熔料在注塑機螺桿的旋轉(zhuǎn)剪切作用下，經(jīng)定位圈10定位，將注塑熔體經(jīng)澆口套11注射入模具型腔。ABS進入型腔后，仍處于熔融狀態(tài)，在冷卻的過程中會出現(xiàn)收縮，為了得到外形完整、質(zhì)地致密的塑件，要給型腔一定壓力從而保證熔融狀態(tài)的塑料不斷向收縮的位置補充熔料，最終型腔內(nèi)的塑料熔體冷卻固化定型。分型塊導(dǎo)向體5帶動分型塊3，14向兩側(cè)打開，分型塊3，14在導(dǎo)向塊23的作用下沿直線向兩側(cè)運動，露出塑件，實現(xiàn)開模，拉料桿15將塑件留在動模一側(cè)。動模繼續(xù)向遠離定模方向移動，注塑機的液壓頂桿將推板定位，推桿和動模產(chǎn)生相對運動，推出成型塑件。再次復(fù)位、合模，模具鎖緊，進行新的注塑操作。

4 結(jié)論

對果汁機濾杯注塑件進行結(jié)構(gòu)及工藝性分析。選擇左右分型塊側(cè)壁作為濾杯注塑模具分型面。完成澆注系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計主流道錐度為3°，主流道球頭半徑為20 mm，流道長度為60 mm；設(shè)計分流道截面為圓形，直徑為4.2 mm；設(shè)計帶Z形鉤頭的拉料桿完成冷料穴凝料的拉斷與推出。設(shè)計冷卻系統(tǒng)水管直徑為10 mm，總長為740 mm。將推桿與拉料桿設(shè)計為一體結(jié)構(gòu)，且脫模力為17 228.5 N。結(jié)合模具結(jié)構(gòu)圖，詳細介紹了果汁機濾杯注塑件注塑模具工作過程，所設(shè)計的注塑模具工作穩(wěn)定，注塑濾杯塑件表面光滑、無瑕疵，滿足生產(chǎn)需求。

參 考 文 獻

［1］ 張維合.塑料成型工藝與模具設(shè)計［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2014.Zhang Weihe.Plastic molding process and mold design［M］.Beijing:Chemical Industry Press，2014.

［2］ 俞芙芳.塑料成型工藝與模具設(shè)計［M］.北京:清華大學出版社，2011.Yu Fufang.Plastic molding process and mold design［M］.Beijing:Tsinghua University Press，2011.

［3］ 郭辰光，李威力，李源.打印機小型三層齒輪注塑模具設(shè)計［J］.塑料工業(yè)，2015，43（4）:61-68.Guo Chenguang，Li Weili，Li Yuan.Injection mold design for the small three-layers printer gear［J］.China Plastics Industry，2015，43（4）:61-68.

［4］ 楊安，肖國華，韓立艷，等.汽車油封蓋內(nèi)螺紋脫模機構(gòu)及注塑模具設(shè)計［J］.工程塑料應(yīng)用，2015，43（4）:68-72.Yang An，Xiao Guohua，Han Liyan，et al.Design of car oil seal cover internal thread demolding mechanism and injection mold［J］.Engineering Plastics Application，2015，43（4）:68-72.

［5］ 張維合.汽車副儀表板大型注塑模設(shè)計［J］.工程塑料應(yīng)用，2015，43（5）:74-77.Zhang Weihe.Design of large injection mould for automobile auxiliary console［J］.Engineering Plastics Application，2015，43（5）:74-77.

［6］ 王巍，劉春，張洪瑞，等.彎式尾部接頭注塑模具設(shè)計［J］.中國塑料，2015，29（4）:107-110.Wang Wei，Liu Chun，Zhang Hongrui，et al.Design of injection molds for curved tail joints［J］.China Plastics，2015，29（4）:107-110.

［7］ 黃詩君，方耀華.鉸鏈式塑料瓶蓋自動卸螺紋注塑模設(shè)計［J］.工程塑料應(yīng)用，2005，33（4）:50-52.Huang Shijun，F(xiàn)ang Yaohua.Design of injection mold with automatic device removing screw for plastic cap joined with a hinge［J］.Engineering Plastics Application，2005，33（4）:50-52.

［8］ 王波，楊亮.外螺紋接頭注塑模具設(shè)計［J］.塑料工業(yè)，2010，38（10）:32-34.Wang Bo，Yang Liang.Design of injection mould for male screw adaptor［J］.China Plastics Industry，2010，38（10）:32-34.

［9］ 王巍，劉春.一對百葉封頭注塑模具設(shè)計［J］.中國塑料，2014，28（5）:111-114.Wang Wei，Liu Chun.Design of injection moulds for a pair of louver heads［J］.China Plastics，2014，28（5）:111-114.

聯(lián)系人：郭辰光，講師，從事先進制造技術(shù)研究

Design of Injection Mold for Fruit Juice Machine′ s Filter Cup

Guo Chenguang， Shang Zemin， Li Yuan， Li Weili
（College of Mechanical Engineering， Liaoning Technology University， Fuxin 123000， China）

Abstract：UG NX software was applied to complete the injection mold design of fruit juice machine′?s filter cup with lattice structure.Injection process and structure of plastic parts and the design calculation of gating system，cooling system and demolding mechanism were mainly introduced.Core-pulling and lateral draft were used to complete injection mold parting of filter cup.Results show that the mold can work stably satisfy the requirements.

Keywords：filter cup；parting surface；injection process；mold design

中圖分類號：TQ320.662

文獻標識碼：A

文章編號：1001-3539（2016）01-0088-04

doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2016.01.020

收稿日期：2015-11-12

*遼寧省科技計劃項目（20131043）