胡濱鎧，林明山

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基于cimatronE異體結(jié)構(gòu)塑件的模具設(shè)計(jì)

胡濱鎧，林明山

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，福建 漳州 363000）

以按鈕殼體零件為例，對(duì)具有特殊功能需要的異體結(jié)構(gòu)塑件進(jìn)行工藝分析，詳細(xì)介紹零件的分型面選擇及澆注和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，針對(duì)該塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)抽芯機(jī)構(gòu)和二次推出機(jī)構(gòu)，最后完成了一套一出二的注塑模具設(shè)計(jì)。經(jīng)生產(chǎn)結(jié)果表明，該模具結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)作順暢，產(chǎn)品質(zhì)量可靠，符合生產(chǎn)要求，對(duì)相關(guān)殼類塑件的模具設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

按鈕殼體；抽芯機(jī)構(gòu)；二次推出

在現(xiàn)代塑料成型過(guò)程中，塑料產(chǎn)品的質(zhì)量主要受原材料、塑件的結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)以及工藝參數(shù)等這幾方面的影響，[1]而塑件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)往往是由客戶根據(jù)用途需要所決定，一些異體結(jié)構(gòu)難于根據(jù)制造者成型工藝需要做改進(jìn)，因而要生產(chǎn)合乎用戶滿意的產(chǎn)品，就需從后兩方面進(jìn)行著手改善。本文以某企業(yè)的按鈕殼體零件為例，通過(guò)分析比較多種抽芯機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完成一套特殊功能需要的異體結(jié)構(gòu)塑件的模具設(shè)計(jì)，具有產(chǎn)品成型質(zhì)量好，產(chǎn)品變形小，便于脫模的顯著特點(diǎn)，為同類產(chǎn)品的生產(chǎn)提供參考。

1 塑件工藝分析

圖1為塑件殼體類零件，材料為ABS熱塑性塑料，該塑件整體尺寸為66*35*26 mm，塑件的平均壁厚為1.5 mm，大部分的壁厚均勻，某些地方稍有不均，但不影響成型。根據(jù)材料工藝性能，ABS材料的收縮率是3‰～8‰，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定其收縮率為1.005，因材料易吸水，成型前需進(jìn)行干燥處理。[2]

圖1所示卡扣位置處理的方法常用斜頂方式，但因結(jié)構(gòu)上斜頂距離不足，不具備采用這種結(jié)構(gòu)；另一種方式是采用強(qiáng)制脫模，因不滿足強(qiáng)制脫模條件，即 (A－B)÷B×100%≦5%；因此需采用一種特殊脫模機(jī)構(gòu)來(lái)零件成型和脫模。

圖1 塑件

2 模具零件的設(shè)計(jì)

2.1 分型面的選擇

分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具制造工藝有密切關(guān)系，并且直接影響著塑料熔體的流動(dòng)充填特性及塑件的脫模。[3]為了便于成型和脫模，一般選擇分型面在塑件的最大輪廓處，且考慮脫模后塑件留在動(dòng)模上。如圖2所示，零件一側(cè)邊U形通孔和另一側(cè)邊凸臺(tái)帶U形通孔和方形槽，這兩處需要采用側(cè)向抽芯。如圖3所示，經(jīng)過(guò)分析及綜合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，塑件分型面最終確定方案。

圖2 分模

圖3 分型面

2.2 模具的布局

為提高生產(chǎn)效率，采用一出二鴛鴦布局，零件一側(cè)邊U形通孔和另一側(cè)邊凸臺(tái)帶U形通孔和方形槽，這兩處要設(shè)計(jì)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，在空間布局時(shí)候要加以考慮。此外，成型過(guò)程中溫度和壓力的變化，產(chǎn)品從模具中取出后會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，產(chǎn)品體積大小收縮的等問(wèn)題對(duì)零件尺寸及精度的影響，通過(guò)設(shè)置合適的收縮率及設(shè)計(jì)合理模具結(jié)構(gòu)來(lái)解決。型腔放置的位置，不僅要對(duì)型腔的強(qiáng)度進(jìn)行考慮，且還得考慮封膠，型腔間距太大則模具結(jié)構(gòu)既大又浪費(fèi)材料，太小則強(qiáng)度不夠且易產(chǎn)生飛邊。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)型腔深度小于30 mm時(shí)，型腔之間的距離通常取15～25 mm，[4]本例型腔深度為26 mm，考慮側(cè)抽芯等因素，兩腔圍繞直徑為66 mm的位置上布置，如圖4所示。

圖4 型腔布局圖

2.3 成型零件的設(shè)計(jì)

型腔、型芯是成型零件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮材料的收縮率、脫模斜度、制造與維修的工藝性等影響。本塑件外部形狀簡(jiǎn)單，可采用一出二整體式型腔。塑件內(nèi)部形狀較復(fù)雜，為了降低加工難度，采用鑲件式固定在動(dòng)模板上。設(shè)計(jì)完成后的型腔和型芯分別如圖5和6所示。

圖5 型腔零件

圖6 型芯零件

3 模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

當(dāng)塑件側(cè)壁帶有孔、凹槽時(shí)，模具脫模應(yīng)該先抽出，否則無(wú)法脫模，由于該塑件一側(cè)有U形的圓弧型通孔和另一側(cè)有U形凸臺(tái)的U形通孔和方形槽，可以設(shè)計(jì)兩個(gè)滑塊帶兩個(gè)抽芯，為了便于脫模將滑塊放置在動(dòng)模側(cè)。通過(guò)Cimatron軟件調(diào)用滑塊和抽芯的類型，調(diào)用合理的抽芯機(jī)構(gòu)，同時(shí)加載所需的抽芯部件，調(diào)整抽芯機(jī)構(gòu)使之符合裝配要求，包括斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度與側(cè)滑行程要相符，滑塊大小需不干涉復(fù)位銷，調(diào)整抽芯距符合所需要求等。塑件孔深分別是2.5 mm和4 mm，抽芯距應(yīng)是孔深加上2～5 mm安全距離。[4]為了便于滑塊的運(yùn)動(dòng)，在滑塊槽的側(cè)面避空0.2 mm以此來(lái)產(chǎn)生滑塊的間隙，接著修剪滑塊頂部與定模固定板的接觸部分，切出斜導(dǎo)柱安裝的位置孔及滑塊安裝的槽，至此完成單側(cè)滑塊抽芯零件的設(shè)計(jì)及滑塊的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)復(fù)制命令到另一側(cè)即可。

3.2 花瓣抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

圖1中所示卡扣處理的方式，采用花瓣抽芯機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)需注意花瓣頂桿與推出頂桿不能有干涉，通過(guò)本設(shè)計(jì)軟件分析計(jì)算結(jié)果如圖7所示。其運(yùn)動(dòng)過(guò)程是：花瓣底座1固定在推桿固定板上，隨著推板推動(dòng)推桿固定板，花瓣底座1帶動(dòng)花瓣頂桿2進(jìn)行頂出，使得花瓣頂桿往Y軸正負(fù)方向兩側(cè)同時(shí)撐開(kāi)，從而完成塑件卡扣的成型前的合模及成型后的脫模，完成后的整套抽芯機(jī)構(gòu)如圖8所示。

圖7 花瓣機(jī)構(gòu)

圖8 抽芯機(jī)構(gòu)

3.3 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

推出機(jī)構(gòu)要確保在注塑成型的每一循環(huán)中，都能使塑件由模具型腔中推出。塑件成形后，由于體積收縮，對(duì)型芯會(huì)產(chǎn)生包緊力，因此孔、槽周圍要設(shè)置推出零件，該塑件中間部分結(jié)構(gòu)比較特殊，空間小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用內(nèi)抽芯空間不足，難度較大，由于長(zhǎng)度長(zhǎng)，采用如圖7所示組合式花瓣式出機(jī)構(gòu)，基座固定在推桿固定板上面。其余位置采用最簡(jiǎn)單、最常用的推桿頂出方式，單個(gè)模穴可添加3根頂桿，設(shè)計(jì)時(shí)注意頂桿與模板、型芯上的避讓空間，最終頂出位置布置如圖9所示。

圖9 頂桿和澆注布局

4 冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的好壞不僅關(guān)系到塑件的質(zhì)量及成形效率，主流道和分流道長(zhǎng)度要盡量短，澆口的位置應(yīng)考慮流程及料流變向，而且在不影響到產(chǎn)品外觀的要求條件下，還要注意排氣、補(bǔ)縮和熔接痕的問(wèn)題，以免發(fā)生積氣和充模受阻，從而會(huì)降低塑件的的強(qiáng)度，因此在側(cè)孔的位置不能允許有熔接痕的存在。結(jié)合分析塑件的模架的選用及型腔布局，塑件可采用潛伏式進(jìn)膠，在零件圓弧的中點(diǎn)設(shè)計(jì)澆口，這種澆注方案不僅成型能力好，澆口也易去除，澆注系統(tǒng)中的凝料少，流道的截面采用梯形，布局成H形，該布局可以對(duì)部分工藝如流動(dòng)阻力的過(guò)大、流道過(guò)長(zhǎng)、注塑壓力和溫度降低過(guò)大等缺陷進(jìn)行改善。通過(guò)分析設(shè)計(jì)，最終完成澆注系統(tǒng)如圖9所示。

4.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了提高冷卻效率以及減少變形，動(dòng)模、定模均采用單回路環(huán)形的水路，在動(dòng)、定模鑲件上直接開(kāi)設(shè)冷卻水路，提高冷卻效果和密封性，[5]設(shè)計(jì)水孔到塑件的距離要保持在15 mm左右，冷卻管道的直徑為8 mm，并添加冷卻水管配件包括水嘴、水堵及密封O型環(huán)等，如圖10所示，同樣的步驟設(shè)計(jì)出定模板的冷卻系統(tǒng)。

5 小結(jié)

通過(guò)Cimatron軟件對(duì)按鈕殼體進(jìn)行模具數(shù)字化設(shè)計(jì)，能夠?qū)δ＞叩慕Y(jié)構(gòu)及工藝性進(jìn)行較好的分析，及時(shí)完成工程變更，可快捷準(zhǔn)確解決異體結(jié)構(gòu)塑件的模具設(shè)計(jì)問(wèn)題，大大縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期；通過(guò)Cimatron數(shù)字化設(shè)計(jì)可以優(yōu)化澆注的形式、位置、數(shù)量和布局，得到較高質(zhì)量的產(chǎn)品。本文所介紹的按鈕殼體的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)后，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行順暢，質(zhì)量可靠，符合企業(yè)的要求。

[1] 王博.基于 CAE 的電池蓋注塑模具設(shè)計(jì)及成型工藝優(yōu)化[J].中國(guó)塑料,2015 (8): 106．

[2] 胡濱鎧.企業(yè)實(shí)踐的注射模具教學(xué)案例[J].漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2014 (2): 79.

[3] 高征兵,秦永法. 注塑模數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)研究[J].現(xiàn)代制造工程,2011(7): 82-86.

[4] 林明山.拉把塑件注塑模具數(shù)字化技術(shù)[J].廈門(mén)理工學(xué)院學(xué)報(bào),2011(20): 38

[5] 林明山.Cimatron E注塑模具設(shè)計(jì)與數(shù)控編程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.

（責(zé)任編輯：黃文麗）

Mold design with different-structured plastic parts based on cimatronE

HU Bin-kai，LIN Ming-shan

(,Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou, Fujian, 363000, China)

Taking the button shell parts as an example, the process analysis is performed on the different structural plastic parts with special functional requirements, the selection of the parting surface of the parts and the design method of the pouring and cooling system are introduced in detail, and the cores are designed according to the structural features of the plastic parts, The institutions and the secondary launch agencies finally completed a set of injection mold designs. The production results show that the mold has compact structure, smooth operation, reliable product quality, and meets production requirements. It has certain reference value for the mold design of related shell plastic parts.

button shell; pulling mechanism; secondary launch

2018－06－20

福建省教育廳科技項(xiàng)目（JAT160871）。

胡濱鎧（1983—），男，福建漳州人，講師，碩士，研究方向：機(jī)械、模具設(shè)計(jì)與制造。

1673-1417（2018）03-0080-04

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2018.03.0017

TQ320

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