多抽芯热流道注射模具设计及制造

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多抽芯热流道注射模具设计及制造



作者：江苏春兰机械制造有限公司 张晓陆
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' P" j$ Q9 D0 W2 z合理的模具设计，主要体现在所成型的塑料制品的质量（外观质量及尺寸稳定性），使用时的安全可靠和便于维修，在注射成型时有较短的成型的周期和较长的使用寿命以及具有合理的模具制造工艺等方面。以上所体现的各个方面，都与模具设计有着非常密切的关系。一副设计合理的模具，就有85%成功的希望，其他就得依靠设备和模具制造工人的熟练程度来达到，所以要得到一副优良的模具，就要竭尽全力地提高注射模具的设计水平和质量。本文结合作者多年的注射模具设计与制造经验，以多抽芯热流道注射模具的设计过程为例，来对典型注射模具设计的过程加以详细说明。
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, f$ b6 N$ }8 k7 J3 J  ]产品建模

: Y& t4 _# O; I& g. j/ l: H接受任务书

成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出，其内容如下：

(1) 过审签的正规制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度等；
(2) 塑料制件说明书或技术要求；
(3) 生产产量；
8 C+ h4 C$ ~# ~(4) 塑料制件样品。

1 @  G& t5 k1 k& k% a, h通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出，模具设计人员以成型塑料制件任务书和模具设计任务书为依据来设计模具。
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设计依据分析
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4 v$ C- ~. h2 b9 T该模具设计的依据是塑件图纸和塑料制件样品。对于塑件图纸，要注意图纸的技术要求，许多图纸明确给出尺寸公差等级、未注圆角、产品壁厚等，这些在模具设计时必须加以注意；对于塑料制件样品，重点是在样件上提取有用的模具设计信息，避免在设计上走弯路，这些信息包括分型面的位置、浇口的位置和形式、顶杆的大小与分布、抽芯机构的设计等等。
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: Z# F; E! n: n# ~: @该塑件材料为塑料ABS，制品颜色为乳白色，按统一色板检验，色泽为1008。制品成型后要求外观挺括，无明显缩印、裂纹、流痕、熔接痕、顶白、银丝斑、冷夹、划伤、擦毛等缺陷，浇口、顶杆痕及分型合模线等飞边毛刺应修边完整干净，不得损伤外观。尺寸公差按GB/T14486-93标准MT2级执行，内外表面粗糙度为Ra3.2，壁厚为2.5mm，未注倒圆角为R0.5mm，订货要求采用一模一腔，模具寿命为50万模次。
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消化塑料制件图和工艺资料

( {0 U5 `) Q* G) l2 B( N2 c" f' X设计人员要认真消化图纸，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。成型材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。根据塑料制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。

: v8 M+ F: Y$ D& l; x零件三维建模

" N/ @4 Q. T, t) |; w0 j) Y( d该制品材料为ABS塑料,注塑加工成型。其形状大体为扁长方形,由复杂曲面、加强筋、勾卡等特征组成,采用PRO/E软件中的Protrusion（伸出项）、Cut（切减项）、Rib（加强筋）、Round（倒圆角）、Offset（偏移）、Curve（曲线）、Surface（曲面）、Surface Merge（曲面合并）、Surface Extension（曲面延长）、Transformed Surface（镜像）、Draft（拔模）等实体特征和曲面特征完成塑件的三维数据建模，最后完成的三维数据模型如图1所示。
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, H, N& U6 w' G4 b. L2 |模具设计
3 D, c; ?/ x4 N" M7 x+ o! A
) n' ?" L0 y- z3 C9 Q$ {% h确定模具的结构形式

由图1可知，该塑件属于中型薄壁制件，考虑到模具加工难易程度，排气、脱模及成型操作，塑料制品的表面质量等因素，故分型面如图2所示。制品所有卡子需采用斜顶（斜推）进行侧抽芯。热浇口选在分型面上，即从制品边缘进料的热流道侧浇口（如图2所示），这样既不影响美观，又可以调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。ABS材料具有超强的易加工性、外观特性、低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。ABS收缩率一般在0.4％～0.7％范围内，本例选为0.6％。脱模方式选为油缸顶出复位系统与斜顶（斜推）抽芯机构。

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确定型腔的布置与成型方式
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根据该塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本、锁模力的大小等确定型腔数量为1腔。根据塑件的特点，来确定具体的型腔成型方法，即采用整体式还是镶拼式，该模具采用镶拼式结构（具体形状见图3），在基准角对角采用楔紧块锁紧，另外还要确定型腔、型芯、动定模套板的强度与大致尺寸。由于型腔直接和高温高压的塑料相接触，所以成型零部件一般都应进行热处理。考虑到模具连续工作时间长、模具寿命要求高、塑件外表面光洁度高等因素，动模芯采用P20，定模芯采用2738（抛光性能好）。在考虑型腔成型方式的同时，还要考虑制造工艺的可行性。往往初学者设计出的模具有些地方用现有设备很难或根本无法加工出来，这就需要设计人员和编程人员、生产人员等共同协商，找出一个既易于成型又方便加工的设计方案，该模具在确定其结构形式时就充分考虑到这一点。

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确定浇注系统和排气系统
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考虑到该塑件外表面不能设置浇口，故采用2个热流道侧浇口进料，整个热流道系统的形状如图4所示，其中主热浇道、分热浇道及热浇口的形状、位置、大小等均是通过Moldflow软件进行流动分析所得到的一个最佳布置方案，流道的转接处采用光滑圆弧连接，镶接处保证密合。排气系统考虑到塑件成型面积大和熔融塑料流程长特点，除通过顶杆、斜顶（斜推）等间隙配合和分型面进行排气外，还在模芯四周开设均布的排气槽，以免产生燃烧印等工艺缺陷。

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确定抽芯方式与顶出方式
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由于塑件上有和开模方向不同的侧向凸凹（倒勾），故需确定其勾卡的侧抽方式，如斜导柱、斜滑块、斜顶、斜推、液压油缸等。考虑到该模具抽芯距离不大、加工工艺和制造成本等因素，决定拟采用斜顶（斜推），但由于卡子之间的距离太近，若全部采用斜顶就会发生干涉现象，故可采用9个斜顶、3个斜推（如图2所示）进行侧抽芯,斜顶与斜推倾斜角度根据侧抽芯距离而定。为了保证顶出平稳可靠，决定采用双油缸顶出复位系统，同时配有行程开关进行行程控制，通过顶杆、2个直顶、斜顶和斜推等将塑件从动模芯中顶出，这样，不仅工作效率高，而且有利于提高模具寿命。

" L7 o5 q8 h3 {0 ^1 Y& [% y分模设计
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在产品建模成功和分型面确定好后，接着就要进行分模设计。整个分模设计在proeWildfire4.0模具设计模块中进行，先建立毛坯和设置收缩率0.6%，然后利用曲面相关操作命令将分型面延伸至毛坯边界或以外，紧接着进行毛坯分割，并生成动定模芯与浇注件，最后进行相关干涉、拔模等检查和装配尺寸、卡勾位置等校对。在动定模芯造型完毕后，紧接着就要进行9个斜顶与3个斜推的分模设计，在斜顶（斜推）设计完成后设置不同颜色后就显示出如图2所示效果。
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$ S& r! Y$ w) i! D确定模板厚度尺寸和模架大小

2 \' f, u; P5 G* ]: n通过上述的设计步骤，塑件成型所需的水平面的投影大小基本得以确定，再考虑到动定模芯、复位杆、导柱、导套等位置是否相互干涉，从而可估算出模具的水平面的投影尺寸。确定如图4所示动模套板6和定模套板11的厚度。模板的厚度主要取决于塑件的高度、模板的面积、以及冷却水道排布等。强度和刚度计算是一种方法，但耗时较长，我们主要依靠经验确定。确定时要考虑模芯的固定深度和方向、相互之间的配比等。在本模具中，动、定模套板的厚度分别为170mm、140mm。另外，模脚的高度需根据实际塑件的特点而定。若型腔较深，需加高垫块以保证足够的顶出距离，在此模脚24高度为250mm，顶出距离为90mm。整个模架在proeWildfire4.0装配模块中进行三维造型和装配，将模架造好之后，再完善各个模板的尺寸与导柱、导套、复位杆、大小拉杆等在模架中的位置尺寸，最后确定该模具的最大外形尺寸为1000×580×780，模架采用两板式热流道结构，按下料单定作，拟选用HTF-750型注塑机。

( l6 v& l* [7 d$ d0 `其它模具零件的三维造型与结构设计
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2 ]& U4 w  w8 W+ B8 k! s, r在分模设计与模架设计完毕后，紧接着要进行其它模具零部件的结构设计。同样在proeWildfire4.0装配模块中进行剩余零部件的三维造型和装配，由于零部件较多，在此不再详述，但造型完毕后要注意进行全局干涉检查，若存在零部件间的干涉还得进行修改。最后，进行流道系统和顶杆孔的三维造型设计，流道按Moldflow软件分析结果进行三维设计即可，而顶杆孔的设计既要顾及易蓄模的地方，又要考虑到冷却水道的布置问题，其位置排布如图4所示。
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& I4 v6 O6 [( V9 q- R确定冷却水道的分布形式
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* D7 ~' D  w: @" d塑料充满型腔后，应通过冷却使之定型，从而得到制品。冷却水道的分布应遵循一定的原则，总的来说，应保证塑件充分冷却且收缩平衡，而又不与其它零部件、孔系发生连通现象，以免漏水。本例中水道纵向排布，直径为φ10mm，具体布置形式见图4。冷却系统设有翻水孔，以增加冷却效果，同时采用O型密封圈密封，以免出现泄漏现象，而且快速管接头不要露在模具外面，以免吊装和放置模具时将其压坏。最终生成的三维模具装配图如图3所示。

绘制模具图纸
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模具设计构思的过程，也就是模具图纸的绘制过程。随着CAD/CAE/CAM技术的进一步发展，无图纸加工虽已日见普遍，但是在一般的实际加工过程中模具图纸仍然是必不可少的，因为它能给操作工和钳工等提供一些重要位置尺寸、装配尺寸、技术要求、形位公差、粗糙度等。在综合考虑充分显现出浇口套、流道、水道、顶杆、复位杆、导柱、导套、螺钉、斜顶（斜推）、型芯和型腔镶块等结构元件前提下，先在proeWildfire4.0中创建工程图，然后另存为*.dwg文件格式,最后在intecad2000中进行编辑与修改。绘图时先将确定的结构元件一一绘出或细化，对于剖切不到的重要零件可另加局部剖视图或以虚线表示。在完善装配图时，可能需要根据零件图绘制过程中发现的一些问题对装配图的某些结构进行修改或补充，从而得到一张较完整的模具装配图（如图4所示）。最后标注零件序号、零件明细表、标题栏、模具最大外形尺寸、顶出行程、基准角和技术要求等。在绘制装配图后接着绘制全部零件图，模具零件图的出图顺序应为：先内后外，先复杂后简单，先成型零件，后结构零件。所有零部件均先在proeWildfire4.0中创建工程图，然后另存为*.dwg文件格式,最后在intecad2000中完成尺寸、公差、粗糙度等标注及技术要求、标题栏的填写即可。
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" F- j/ c0 Z5 @" C" v8 X结束语

! z7 p% h, Y6 G$ q  z2 y  i本文结合自己多年的注射模具设计与制造经验,以明确而简洁的设计思路详细介绍了热流道注射模的设计方法以及典型的斜顶与斜推相结合的多抽芯结构设计技巧，通过掌握热流道注射模具的设计方法与步骤,有利于提高模具设计人员的设计水平和工作效率,缩短新产品的模具开发周期,从而为企业带来良好的经济效益。(end)