多孔管件的一体双抽芯式注塑模设计

李帅耀

(贵州大学机械工程学院，贵州 贵阳 550025)

0 引言

注塑模渗透在生产生活的方方面面，实践性和经验性要求很高。像一些重要的机械部件，或者是生活中实用的一些小工具，都可以通过模具成型生产出来[1]。如今，塑料行业正在迅速地发展，所涉足和应用的领域越来越广，同时国民经济的发展也极大推动着塑料工业的进步。塑料模具生产有着外形美观、生产高效等优点，其他产业对其需求越来越大，这为注塑模生产带来了极大的机遇[2-3]。

在实际的设计制造中，基于UG的注塑模设计过程，在一定程度上可以缩短设计周期，是很多注塑模设计人员的一般选择[4]。本次设计考虑到实际生产应用，将两个外抽芯结构设计为一体，最终完成整个注塑模具结构的设计。

1 注塑模在国内外的发展现状

注塑模在现代工业生产中的应用十分广泛，在整个模具行业中所占的比重大约为30%。随着塑胶制品的推广应用，注塑模日渐成为各种工业产品的重要工艺装备。从航天航空、汽车电子配件，再到茶杯、水管等生活用品，到处都有塑胶产品的身影[5-6]。

在我国，塑料产品的广泛应用为注塑模的发展提供了广阔的市场空间，同时新材料的研发使用和工艺的创新大大助力了注塑模行业的发展进步。在各种应用需求的推动下，已经形成了一条巨大的产业链条。塑胶产品市场总体趋热发展[7]。但是自动化程度不高、制造精度低是制约我国注塑模具行业发展的因素。我国的注塑模行业在未来发展中应该向着多功能、低成本和高精度的方向，进一步扩大自身发展[8]。

2 塑件成型工艺性分析

2.1 塑件结构分析

这次任务主要是针对给出的管状零件进行注塑模具的设计。其三维图如图1所示，模型表面光滑没有凹坑。

图1 管件三维图

图2是塑件的零件图，该塑件最大几何尺寸是29.8 mm×20 mm×24.8 mm，壁厚1.6～3.1 mm，选用一般生产中使用的工程塑料ABS塑料。ABS材料的熔融流动性相对较好，适合注射成型。选择材料设置收缩率，进行注塑模设计。

图2 端盖框零件图

塑件为端盖管状，比较规则。要求生产出来的塑料产品表面平整光滑，没有翘曲、皱折和裂纹等缺陷，同时要防止产生熔接痕。采用一般精度4级。塑件的平均壁厚为2 mm左右，脱模斜度为35′～1°30′。为了使注射充型流畅，取其脱模斜度为1°。

2.2 材料性能分析

ABS的质地坚硬，韧性和刚性也比较高。同时它的抗冲击性、耐化学腐蚀性以及电气性能优良，其中吸水性比较差，容易涂装、着色。对应的相关参数见表1。

表1 ABS的性能参数

3 注塑模内部结构的设计

3.1 整体结构方案设计

在模架的选择上，为了符合节约制造原则和简化模具结构，使用二板模，和注塑机配合安装，完成塑件产品的注塑生产。动定模在导柱导套的引导下精确对合，完成相对运动。斜导柱滑块机构5在生产中完成壁孔和侧弯处的抽芯开模，最后由顶出机构推出塑件制品。整体结构方案如图3。

图3 结构原理图

为了防止注塑生产中产生压力变形，动模板4下方设置支撑柱。另外在模板侧面开孔放置锁模块，保证在挪动或运输中不会从分型面处打开甚至掉落，造成损坏和安全事故。

3.2 型腔布局的设计

型腔数目的选择，要先考虑一下这个制件本身的结构；另外塑件产品的需求数量也是需要考虑进去的因素。塑件产品产量需求较小，使用单腔模可以降低制造成本，因此采用一模一腔的模具结构方案，既满足了需求量，又降低了生产成本。

3.3 分型面选择

分型面的选择合理与否，会关系到塑件的质量等很多问题。经过分析塑件的中间平面的截面积是最大的，所以分型面取在这里，对应的位置如图4所示。

图4 分型面示意图

3.4 浇注系统设计

3.4.1 浇口结构形式的选用

该塑件对外观的要求比较低，经过分析后决定采用下面所展示的锥形侧浇口。熔体在宽度方向可以实现均匀分配，从而降低内应力。

综合考虑浇口位置的设计原则，浇口的结构和位置设计如图5所示。

图5 浇口设计

3.4.2 主流道和分流道设计

主流道、分流道的长度应该尽可能短，减少弯折。结合考虑浇口位置，主流道设计为偏离模具中心，按照要求偏心距不能超出模具外形尺寸的2/3。

主流道长度由模具结构决定，初选L=58 mm；

主流道小端直径：

d=d0(注射机喷嘴)+(0.5～1)mm=2.6 mm；

主流道大端直径：

D=d+L主tanα=4 mm。

在注塑模系统中，分流道几乎相当于一个承上启下的中间区域，分流道的截面要根据塑料特性、加工性和模具结构而定。最终决定选用圆形截面分流道，圆形截面形状参数如表2。

该塑件所用材料为ABS，由表2可知，将分流道直径设置为4 mm。

表2 圆形分流道参数

在主流道和分流道的末端设计冷料穴，储藏冷料从而使熔体顺利地充满型腔。采用钩头式拉料杆，伸进冷料储积的部位。考虑到主浇道偏离模具中心，因此设计双拉料杆，使推杆固定板受到多点推力的作用，相对容易平衡推出，可减轻偏心对模具产生的不良影响。

3.5 侧向抽芯机构的设计

材料ABS的平均收缩率Scp为0.55%。

由GB1804—2000中m级可以查出来10.76公差值为±0.2，转换标注形式10.76±0.2=10.960-0.4。

型腔径向尺寸：

型腔纵向尺寸：

型芯部分工作尺寸：

侧向型芯部分的工作尺寸计算：

3.5.1 抽芯方案的确定

该塑件的侧面存在和开模方向不一致的孔和凹槽。经分析，决定采用斜导柱滑块形式的外侧抽芯机构。两个抽芯部位在同一侧，可以设计成一体双抽芯的形式，简化模具结构。为避免模具结构过于复杂，因此考虑将滑块放在动模处。结构如图6。

图6 抽芯机构

依靠注塑机产生的开模力，传递到零件从而实现模具结构的分型和抽芯。斜导柱和滑块会产生一个相对运动，而滑块将在斜导柱的作用下，一方面沿开模的方向运动，另一方面会沿着横向运动。横向运动会使用于模具侧向成型的机构脱离出塑件内部的凹凸部分。

3.5.2 抽芯距和抽芯力的计算

凹槽的抽芯深度为3.52 mm，侧孔的抽芯深度为2.41 mm。相比之下，凹槽所需的抽芯深度较大，所以以凹槽的抽芯深度为准计算抽芯距。

s=s′+k=3.52+5.48=9 mm

一般情况下，抽芯力包括有抽芯时的阻力和塑件在冷却及收缩之后产生的包紧力。

F=Ap(μcosα-sinα)

=(A1+A2)p(μcosα-sinα)

=(30.51+28.12)×25×(0.3×cos1°-sin1°)

=414 N

3.5.3 单斜导柱滑块机构的设计

斜导柱的直径计算公式：

在实际的设计过程中，考虑的因素和计算相当复杂，查表并结合实际情况，取斜导柱的直径d=8 mm。

斜导柱的长度：斜导柱一般分为三部分，而斜导柱的倾斜角α的确定要综合考虑很多因素，通常的取值范围是12°～30°。计算斜导柱的长度：

设计过程中，取β=15°，d2=10 mm，h=1.6 mm，d=8 mm，前面得到s=9 mm。代入计算得到L≈40 mm。在滑块部分两侧配置滑块压条，每件滑块压条用螺钉固定。采用常规结构，滑块上方使用滑块挡块锁紧。

图7 顶出机构

3.6 推出机构的设计

在产品注塑成型后，要用推料杆将塑件顶出，推料杆固定在推料板固定杆上。整个推出机构随着动模一起运动，从而完成塑件脱模的过程。考虑到塑件的形状因素，设置4条推料杆，拉料杆由于偏心因素设计成2条，推出机构在推出脱模的过程中，可以保证每一条顶杆都能受力均匀。

3.7 注塑模冷却系统

为了提高产品质量和生产效率，根据塑件的结构特点，在上下模中采用环形冷却水道，具体设置在上下模的塑件外围，管路直径选择6 mm。冷却水道的设置不会对产品的注塑生产造成影响，在实际生产中能够快速降低热流道注塑的温度，加快生产速度，对实际生产有很大帮助。

4 结语

在注塑模具设计制造中，选择合理的分型面和灵活的抽芯成型机构是改良生产的关键所在。对于结构复杂的模具，设计时要考虑结构包括材料等各种特性，将可能发生的缺陷在设计阶段就给予回避。

此次设计的注塑模具整体结构合理，针对塑件外壁上的圆孔和侧弯部位，将两个抽芯块设计为一体，有效简化了模具本身的结构，同时提高了应用性，产品成型质量得到提升。本次设计对抽芯式注塑模的设计研究是非常有借鉴意义和参考价值的，而且本设计具有较高的实用性和现实意义。