曾碧波， 姜海翔， 程　新

（荊楚理工學院， 湖北　荊門　448000）

引言

隨著塑料性能的穩(wěn)定和良好的工藝性，在制造業(yè)領域的應用也越來越廣泛，同時塑件產(chǎn)品的結構也越來越復雜，給產(chǎn)品的模具設計帶來更高要求。傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計方法存在很多不足，失敗幾率高，滿足不了現(xiàn)代產(chǎn)品更新快且周期短的需求。CADCAE技術的應用，能在設計階段提前發(fā)現(xiàn)模具設計的不足，將失誤扼殺在前期，避免了加工的投入，降低費用并縮短了周期，很好的滿足了產(chǎn)品設計要求。本文針對照相機前蓋的模型，采用CADCAE技術進行模具設計及仿真，通過仿真可知，設計結果滿足需求。

1　塑件成型工藝性分析

通過對產(chǎn)品的結構和材料進行分析，確定產(chǎn)品成型零件的結構，最后選取合適的注塑設備。

1.1　塑件結構分析

產(chǎn)品結構如圖1所示，平均壁厚為1.75 mm，尺寸精度無特殊要求，均為自由尺寸，設計公差等級MT5。

產(chǎn)品結構為中等復雜，外觀面精度要求高,其中有多處扣位,要設置抽芯機構使模具能順利開模，如圖2所示。

圖1　照相機前蓋平均壁厚分析圖

圖2　照相機前蓋二維參考圖（單位：mm）

1.2　塑件材料分析

產(chǎn)品選用ABS材料，ABS屬于熱塑性塑料，外觀為粒狀或粉狀,呈微黃色,不透明但成型的塑件具有較好的光澤。ABS性能比較穩(wěn)定，硬度和可加工性好，應用廣泛。ABS在成型過程中對原料的干燥性要求較高，注射時原料含水量應控制在0.1%以下。

1.3　塑件成型結構分析

1.3.1進膠方式選取

1）大水口直接進膠會在產(chǎn)品的表面留下很大膠痕，難以去除同時影響產(chǎn)品表面質量。

2）側進膠的方式會在產(chǎn)品的裝配位留下突出膠料，影響裝配。同時缺口會使雜質進入機器內(nèi)部，影響使用。

3）潛進膠的形式會在產(chǎn)品的側表面留下膠痕，影響外觀。

4）牛角進膠適合于大產(chǎn)品的進膠。小型產(chǎn)品過于浪費料。且牛角的加工過程復雜。

5）細水口點進膠只會在產(chǎn)品的表面留下微小的膠痕，可以使用商標遮蓋。

由于產(chǎn)品為外觀產(chǎn)品，對外觀要求高，所以模具采用細水口點進膠方式。

1.3.2側抽芯機構設計

由于產(chǎn)品內(nèi)部扣位復雜，要設置側抽芯機構進行脫扣。側抽芯機構由一個后?；瑝K和兩個前模隧道滑塊組成，后?；瑝K使用斜導柱進行開合模，而前模滑塊使用撥桿進行開合模[1]。

產(chǎn)品外部的扣位使用滑塊脫離，在內(nèi)部無法使用滑塊的地方使用斜頂脫扣并頂出。

1.4　注塑機的選擇

用UG軟件建模，其體積為17.72 cm3，質量為18.61 g。流道質量按產(chǎn)品質量的0.6倍計算,則總質量為29.77 g。根據(jù)實際注射量為注塑機額定注塑量的20%～80%[2]，結合公司的注塑機設備,初選注塑機的型號為XS-ZY-130。

2　成型方案的設計

2.1　確定型腔的數(shù)目及布置

考慮到產(chǎn)品的產(chǎn)量較大，因此使用一模多腔的布局形式，但產(chǎn)品的形狀較復雜，三面有滑塊，所以產(chǎn)品個數(shù)不能太多，因此采用一模2腔的布局形式。產(chǎn)品之間不通過流道，同時為使模具結構緊湊，兩產(chǎn)品的型腔間距參照經(jīng)驗[3]取25 mm，型腔采用CNC加工，型腔與型腔間距調整取整數(shù)100 mm。如圖3所示。

圖3　產(chǎn)品布局圖（單位：mm）

2.2　產(chǎn)品分型面的確定

根據(jù)分型面選擇原則，考慮到產(chǎn)品最大外形較為簡單，分型面選為產(chǎn)品底部，如圖4所示。

圖4　分型面

2.3　凸凹模的設計

成型零件的結構有整體式和組合式。整體式一般適用于高低落差不大的產(chǎn)品，使用一整塊鋼料進行加工即可。優(yōu)點是塑件表面無鑲拼線痕跡；缺點是局部易損壞。而鑲拼式需要將產(chǎn)品局部高度落差大的地方單獨做一塊材料鑲嵌拼合起來。優(yōu)點是不好加工的地方變得好加工，利于排氣。缺點是有鑲拼線痕跡，外觀不完美[4]。

凸模有較小的柱位和凸臺，局部強度太弱，做成鑲件的形式利于更換。凹模有較深的骨位，加工時刀具無法進入，做成鑲件利于加工，也利于后期的表面拋光。本產(chǎn)品采用鑲拼式凸凹模。具體凸凹模結構如圖5所示。

圖5　凸、凹模結構

3　模具系統(tǒng)的設計

對模具的澆注系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進行設計，并選取模架，完成模具的裝配圖設計[5]。

3.1　澆注系統(tǒng)設計

3.1.1流道布置形式

流道需要均衡的填充每一個產(chǎn)品，保證產(chǎn)品在相同的時間內(nèi)充填完整，同時也比較好加工，設計布局如圖6所示。

圖6　流道布局

3.1.2主流道設計

主流道一般位于模具的中心軸線上，與注塑機噴嘴的軸線重合，主流道如果直接設計在模胚上，在模板與模板接觸處可能出現(xiàn)溢料的情況[6]，為了在保護模具的同時使熔融的塑料流動平穩(wěn)不溢料，這就需要設置澆口套。澆口套的尺寸決定了主流道的尺寸，如圖7所示。

圖7　澆口套（單位：mm）

3.1.3分流道設計

分流道采用兩級設計：第一級分流道采用U型流道，截面尺寸如圖，L1=110 mm；第二級分流道采用細水口流道，L2=60 mm。

分流道的表面粗糙度不能太低，為保證與分流道接觸的外層熔融塑料流動平穩(wěn)，粗糙度Ra取1.6μm，如圖8所示。

圖8　分流道界面尺寸（未標單位：mm）

3.1.4澆口設計

①關于黃河口地域概念的界定因歷史上黃河“善淤、善決、善徙”而導致其河口的變遷極為復雜，在研究中一般認為黃河口就是黃河三角洲的代稱，但是黃河三角洲按其形成年代分為古代、近代和現(xiàn)代黃河三角洲，出于具體研究的需要，同時因近代黃河三角洲90%以上地域在東營市行政轄區(qū)之內(nèi)，本文在研究中主要以東營市行政區(qū)劃范圍來界定黃河口。

澆口確定在產(chǎn)品上表面膠位比較厚的地方，這樣容易充填完整。表面形成的膠口痕跡使用商標遮蓋即可[7]。澆口如圖9所示，△A=0.8 mm，β=15°。

圖9　澆口尺寸

3.2　頂出系統(tǒng)設計

頂出機構選用圓柱臺階推桿，結構簡單，價格便宜。直徑為5 mm，T8A碳素工具鋼，熱處理50HRC，推桿工作端配合部分粗糙度0.8 μm。推桿在后模的位置如圖10所示。

圖10　推桿布置

3.3　側抽芯系統(tǒng)設計

產(chǎn)品有內(nèi)凸結構，由于垂直于脫模方向,不能正常的從模具中脫出，因此，內(nèi)凸結構成型零件要做成活動的型芯，模具必須設置抽芯機構。通常采用兩種抽芯機構，第一種采用滑塊導滑的分型抽芯機構，第二種采用斜桿導滑的分型抽芯機構[8]。兩種抽芯機構如圖11所示。

模具共設置三個位置的滑塊分型抽芯機構，分別如圖12、13所示。

內(nèi)部有一個需要脫離的扣位，這種地方無法使用滑塊，只能使用斜桿導滑的分型抽芯結構如圖14所示。

圖11　抽芯機構

圖12　后?；瑝K分型抽芯機構

圖13　前?；瑝K分型抽芯機構

圖14　斜桿導滑的分型抽芯機構

3.4　排氣系統(tǒng)設計

3.4.1產(chǎn)品周邊的排氣

產(chǎn)品使用細水口進膠的方式，從產(chǎn)品的頂部直接注射,熔融的塑料從產(chǎn)品的頂部往下充滿周邊，產(chǎn)品的體積并不是很大，因此型腔不會困氣，氣體會沿著上下模的間隙排出，從而保證注塑飽滿。

3.4.2產(chǎn)品骨位的排氣

產(chǎn)品有多處深骨位，這些地方在注塑時會困氣，使氣體無法排出，導致產(chǎn)品有缺陷，因此需要在此處設置排氣。設置排氣的方式是單獨將此處做一個鑲件，然后在鑲件上面加工出排氣槽，由前面所知，ABS的溢膠值為0.03 mm。所以在鑲件上面的槽深需要小于0.03 mm，取0.02 mm即可，寬度取刀具的直徑Φ4 mm。排氣槽如下頁圖15所示。

3.5　冷卻系統(tǒng)設計

為了保證冷卻效率，要求冷卻凸凹模的水流均勻，一般根據(jù)產(chǎn)品的大小由經(jīng)驗[2]確定水道的大小,選取冷卻水道的直徑為Φ8 mm。為防止漏水，水道的端部用堵頭堵住，凸凹模與動定模板連接處的水路使用Φ16的膠圈密封。

3.5.2冷卻水道的形式

考慮到加工方便和成本低的要求，模具使用環(huán)形水道，這種水道可以滿足冷卻的要求。凸凹模結構相似，采用相同的水道形式。水道如圖16所示。

圖15　排氣槽

圖16　環(huán)形水道

3.6　模架的選擇

此產(chǎn)品選擇細水口模架，查文獻[1]中表1.2，根據(jù)模仁的長寬230 mm×180 mm，確定動定模板的尺寸為：動模板的尺寸為350 mm×450 mm×80 mm；定模板的尺寸為350 mm×450 mm×90 mm；模腳的高度為120 mm[9]。

3.7　模具的裝配圖（如圖17所示）

圖17　模具裝配圖

4　開模過程

細水口模具，需要開三次模。第一次水口板與前模板分開,水口料與產(chǎn)品的連接點被拉斷。第二次水口板與面板分開,水口料與水口鉤針分離。水口料掉落。第三次前模板與后模板分開，產(chǎn)品脫模，頂針頂出[10]（如圖18所示）。

圖18　模具開模過程

5　結論

本次設計采用UG三維軟件對照相機外殼進行模具設計，并進行仿真。本次設計包含有以下部分：

1）產(chǎn)品的工藝性分析。根據(jù)照相機外殼的尺寸，分析產(chǎn)品的工藝性特征是否能夠滿足注塑工藝的要求和結構設計的需求。

2）模具的方案設計。選取模具的分型面，設計模具的腔體數(shù)量及分布形式，合理的選擇進膠方式及澆口位置。

3）注塑機的選擇。根據(jù)模胚的大小，結合工廠生產(chǎn)設備狀況，選取合適的設備用于注塑生產(chǎn)。

4）模具結構設計。對模具的澆注系統(tǒng)、成型零部件、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)進行設計計算，然后選取模胚。

5）模具開模仿真。對模具的開模過程進行仿真，仿真結果表明，此設計結構合理，動作流暢無干涉。

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