【摘要】 利用MoldFlow軟件對馬桶支架進(jìn)行了成型工藝分析，確定了最佳澆口位置。介紹了馬桶支架注射模的設(shè)計(jì)流程，重點(diǎn)分析了塑件分型面的確定、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和先復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
1 引言
注射模的復(fù)雜程度主要取決于其是否存在抽芯機(jī)構(gòu)和抽芯的數(shù)量。復(fù)雜的塑料模具每增加一個(gè)抽芯機(jī)構(gòu)，其制造周期和成本將增長30%左右。因此塑件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免側(cè)向抽芯結(jié)構(gòu)。圖1塑件為某名牌馬桶支架，該塑件屬于中小型塑件，在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。馬桶支架側(cè)抽部位多且尺寸較小等成型特點(diǎn)，不可避免需要多個(gè)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。本文對馬桶支架塑件進(jìn)行了模具設(shè)計(jì)，在滿足塑件結(jié)構(gòu)和精度的要求下，簡化模具結(jié)構(gòu)，降低模具制造成本。
2 塑件分析
馬桶支架塑件的材料為ABS，收縮率為0.5%，塑件的體積為56.267cm3。塑件屬于長條形塑件，其外形尺寸為210×40mm，塑件的四周有3個(gè)方向需要側(cè)抽機(jī)構(gòu)，因此該塑料模具復(fù)雜的抽芯機(jī)構(gòu)。
3 成型工藝條件的確定
MoldFlow分析是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬注射成型全過程，通過對熔體在模具中的流動(dòng)行為進(jìn)行的模擬分析，可以預(yù)測和顯示熔體流動(dòng)前沿的推進(jìn)方式、填充過程中的壓力和熔接痕的位置等，針對ABS塑件的成型特點(diǎn)，借助MoldFlow軟件，合理設(shè)計(jì)模具系統(tǒng)和澆口位置，對塑件進(jìn)行充填、流動(dòng)、翹曲分析，從而避免一些潛在的問題，得到最優(yōu)工藝參數(shù)組合，提高試模的一次成功率。
塑件為中心對稱結(jié)構(gòu)，澆口一般置于中心位置，考慮到注射實(shí)際情況和塑件的結(jié)構(gòu)，將澆口位置設(shè)在圖2所示的深色區(qū)域，以保證注射過程的熔體流動(dòng)的平衡性。由圖2可以看出，塑件的成型時(shí)間為1.336s，塑件熔接痕的長度較短，數(shù)量也較少，主要集中在塑件的內(nèi)表面及不重要表面，對外觀無影響。因此澆口設(shè)置是符合塑件要求。
圖2 MoldFlow分析
4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)
4.1 分型面的確定
分型面確定需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀、推出方法、模具制造、排氣、操作工藝等多方面因素的影響，因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。選擇分型面時(shí)，為保證塑件能順利地從型腔中脫出且便于模具加工，需考慮分型面的選擇原則。該塑件馬桶支架，帶有孔、凸起，成型時(shí)需采用側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，從塑件的外形最大輪廓來看有3種成型方案。如圖3所示，該塑件有以下3種分型面的設(shè)計(jì)方式。方案A：分型線在下表面不會影響外觀，而且推出方便。方案B、方案C：這樣分型面的分型線會影響塑件的美觀。綜合以上，分型面的確定選方案A。
4.2 型腔數(shù)目及排布方式的確定
對該塑件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知該塑件需要側(cè)抽，若采用1模1腔，則存在著注射壓力不平衡且不經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)象。如果設(shè)計(jì)成1模多腔，不僅由于塑件自身抽芯方向無法實(shí)現(xiàn)，而且1模多腔會使所選的模具尺寸變大。從塑件的復(fù)雜程度、對稱性、注射壓力的平衡和生產(chǎn)效益的角度考慮，該塑件的模具應(yīng)設(shè)計(jì)成1模兩腔，型腔的布局成對稱排位。
4.3 澆注系統(tǒng)
注射模的澆注系統(tǒng)通常是由主流道、分流道、澆口、冷料穴、排氣系統(tǒng)等部分組成。
由于馬桶支架內(nèi)部架構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)壁卡槽支架屬于薄壁件，且加強(qiáng)筋較多，溶體流動(dòng)的阻力較大，塑件表面對尺寸和表面質(zhì)量要求高，表面不能用熔接痕等注射缺陷存在，結(jié)合MoldFlow分析，模具采用側(cè)澆口澆注系統(tǒng)。
4.4 成型零件設(shè)計(jì)
根據(jù)塑件的排位，本模具采用一模兩腔的結(jié)構(gòu)形式，型腔較大，為了保證模具的剛度，并且以便日后的修模，該模具采用整體嵌入式，分為動(dòng)定模兩塊鑲塊。
4.5 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)馬桶支架的結(jié)構(gòu)和型腔的布局狀況上看，該塑件需要3個(gè)方向的抽芯，上表面兩側(cè)兩個(gè)方向的兩個(gè)較大圓孔及4個(gè)盲孔的型芯抽芯，另一個(gè)方向是下表面的6個(gè)位置的抽芯。側(cè)抽部位分別如圖4所示。圓形通孔由于抽芯方向和分模方向不同，故進(jìn)行需考慮采用特殊抽芯結(jié)構(gòu)。
對于塑件上表面的兩圓孔及4個(gè)盲孔抽芯距為31mm，可以用斜導(dǎo)柱進(jìn)行抽芯。為考慮側(cè)型芯的加工方便，故將圓孔和盲孔都設(shè)計(jì)成單獨(dú)部分。如圖5所示，用緊固件將其固定于側(cè)滑塊上。兩個(gè)圓孔側(cè)抽和盲孔都是裝配機(jī)構(gòu)的，是單獨(dú)加工的，圓孔用M3mm內(nèi)六角螺釘固定在側(cè)滑塊上，再打上止轉(zhuǎn)銷釘保證位置的準(zhǔn)確性。而兩個(gè)盲孔，考慮其尺寸較小的緣故，故采用臺階固定在滑塊上，再用M8mm開槽錐端緊定螺釘鎖緊。斜導(dǎo)柱的側(cè)向分型機(jī)構(gòu)工作時(shí)，側(cè)滑塊在一定精度要求的導(dǎo)滑槽內(nèi)側(cè)一定的方向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。該模具由于位置限制，導(dǎo)滑槽將設(shè)計(jì)成T型，T型導(dǎo)滑槽安裝在鑲塊和動(dòng)模板上。
由塑件可以看出，下表面六處側(cè)抽型芯的尺寸都極小。為保證其型芯的強(qiáng)度和剛度，故在設(shè)計(jì)中，將側(cè)抽部分的型芯做成整體，并依次把靠近的兩處抽芯歸為一整體，這樣設(shè)計(jì)即簡化了滑塊的結(jié)構(gòu)，也簡化了模具的結(jié)構(gòu)。
4.6 推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
該塑件的模具設(shè)計(jì)中，采用推桿推出。推桿的布局如圖6所示，其中根據(jù)頂出位置確定圖中黑色圈標(biāo)識的為扁形推桿，灰色圈標(biāo)識的為圓形推桿，皆設(shè)計(jì)成臺階形的有托頂針。
從推桿的布局上看出，在俯視圖上，塑件上表面圓孔的型芯位置與推桿的投影有重合部分，也就是可能出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。為使推桿和型芯在復(fù)位時(shí)不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，應(yīng)設(shè)先復(fù)位機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)中采用的先復(fù)位機(jī)構(gòu)如圖7所示，在模具開模時(shí)，滾珠離開凹槽，帶動(dòng)中心桿平順滑動(dòng)，完成開模；在合模時(shí)，滾珠帶動(dòng)中心桿逐漸合模，直至滾珠滑進(jìn)凹槽內(nèi)，與此同時(shí)，中心桿套筒推動(dòng)推板完成推桿先完成復(fù)位的動(dòng)作，避免型芯復(fù)位過程中與推桿的碰撞，即干涉現(xiàn)象。先復(fù)位機(jī)構(gòu)的有效長度要通過模具自身設(shè)計(jì)改變長度，即有效長度L要>側(cè)型芯滑塊滑動(dòng)的距離。
5 模具結(jié)構(gòu)及工作過程
圖8為馬桶支架的模具總裝圖。本副模具在的工作過程敘述如下：該模具為單分型面注射模結(jié)構(gòu)，由定模和動(dòng)模兩大部分組成，定模安裝在注塑機(jī)固定模板上，動(dòng)模安裝在注塑機(jī)移動(dòng)模板上。注射時(shí)，動(dòng)模、定模閉合構(gòu)成型腔和澆注系統(tǒng)，注塑機(jī)料筒中的塑料經(jīng)過加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體，在注塑機(jī)螺桿的高壓推動(dòng)下，以很大的流速通過噴嘴注入模具型腔，經(jīng)過保壓、冷卻定型后形成模具型腔所賦予的形狀；開模時(shí)，動(dòng)定模分離的同時(shí)，斜導(dǎo)柱24、33、47帶動(dòng)滑塊滑動(dòng)離開塑件，完成側(cè)抽芯。動(dòng)定模分離到位后，頂桿51、52、53、54、55頂出塑件，完成塑件的脫模。 合模時(shí)，由先復(fù)位機(jī)構(gòu)9帶動(dòng)頂桿完成先復(fù)位，避免側(cè)型芯和頂桿發(fā)生干涉，當(dāng)頂桿復(fù)位完成后，斜導(dǎo)柱47才帶動(dòng)側(cè)型芯復(fù)位完成動(dòng)定模合模。此時(shí)注塑機(jī)再次進(jìn)行注射，而模具也是再次開、合模進(jìn)行工作，即模具是不斷進(jìn)行開合模循環(huán)過程。
6 總結(jié)
對于馬桶支架注射模的設(shè)計(jì)，其主要難度在于塑件屬于長條形，充模過程容易造成翹曲變形、填充不足、熔接痕等缺陷。作者利用了MoldFlow分析，結(jié)合ABS材料的成型特點(diǎn)，根據(jù)塑件的形狀分析出塑件最佳成型方案。本文著重說明一般塑料模具的設(shè)計(jì)流程，其中一些機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)，包括分型面的確定、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、先復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等。
