淺述精密注塑件的設(shè)計

江育波，吳華

(1.蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院精密工程系，江蘇 蘇州 215021;2.德萊賽機械(蘇州)有限公司，江蘇 蘇州 215021)

要做好塑料模具設(shè)計，前期的產(chǎn)品設(shè)計非常重要。因為客戶在做產(chǎn)品設(shè)計時側(cè)重點是在造型和使用功能上，設(shè)計出來的產(chǎn)品在模具成形方面不一定很完善，不利于成形，因此為了做好模具設(shè)計前期塑料件的設(shè)計一般從以下幾個方面加以考慮。

1)塑料零件的壁厚;

2)脫模角度;

3)產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求;

4)塑料件的分型面;

5)模具結(jié)構(gòu)的可行性;

6)塑料流動性能和澆口位置選擇。

1 塑料零件的壁厚要求[1]

塑料零件壁厚的大小直接影響到注射成形時的填充效果和冷卻時間，對產(chǎn)品的尺寸和表面質(zhì)量也有很大的影響。成品壁厚以各處均一為原則，決定壁厚的大小及形狀時，必須考慮成品構(gòu)造強度，脫模強度以及成形后可能造成的縮痕、幻影線等因素。

1)塑料件壁厚應(yīng)盡可能做到均勻，如圖1所示。如果壁厚不均勻，則產(chǎn)品在注射成形的冷卻階段，厚壁處在后期冷卻得不到必要的補料，成形后會在表面留下縮水的痕跡，因此，在不影響產(chǎn)品使用的前提下，將其結(jié)構(gòu)略作改動，做到壁厚均勻。

圖1 塑件壁厚Fig.1 Wall thickness of plastic parts

2)由于對有些塑料件有結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能上的要求，使壁厚不能做到均勻，塑件也要避免出現(xiàn)斷差(如圖2所示)，因此應(yīng)盡可能使產(chǎn)品壁厚的變化平緩過渡，防止成形后表面留下痕跡。

圖2 避免斷差Fig.2 Avoiding breaking

3)塑料零件的加強筋如果設(shè)計得太薄，起不到加強結(jié)構(gòu)的作用，設(shè)計得太厚，則會在加強筋的反面留下縮水的痕跡，所以，一般要求加強筋根部處的壁厚取零件壁厚的50% ～70%，而且常設(shè)計拔模斜度，如圖3所示。

圖3 加強筋壁厚Fig.3 The wall thickness of rib

2 拔模角度[1]

如果注塑產(chǎn)品附有垂直外壁并且與開模方向相同，模具在塑料成形后需要很大的開模力才能打開，而且，在模具開啟后，產(chǎn)品脫離模具的過程亦十分困難。為了能夠使產(chǎn)品輕易脫模和頂出，需要在塑料零件邊緣的內(nèi)側(cè)和外側(cè)各設(shè)計一個傾斜的角度，這就是脫模角度，也叫拔模角度。如圖4所示。

圖4 脫模角Fig.4 Draft angle

拔模角大小的設(shè)計沒有一定的準(zhǔn)則，多數(shù)是憑經(jīng)驗和依照產(chǎn)品的深度決定，一般需要考慮塑件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品的表面要求等。為了保證塑件在開模后留在動模，一般要求定摸拔模角度大于動模。

1)材質(zhì)。塑料的材質(zhì)不同，其收縮率和對模具的粘附力不一樣，塑件表面硬度也不一樣，有的塑料容易劃傷，因此，不同的材質(zhì)可以選擇不同的脫模角度。如ABS的塑料零件一般應(yīng)有0.5°至1°的拔模角度，而某些材料，如PP，PE的塑料零件有時因為拋光紋路與出模方向相同，拔模角可接近至0。

2)結(jié)構(gòu)。從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)考慮，一般推薦1°～3°的拔模角度。盡管隨著拔模角度的加大，頂出會變得更為容易，但是可能使某些部分變化太大，應(yīng)盡量維持分型面或平面的產(chǎn)品特征。當(dāng)存在階梯式分型面時，常常需要有5°～7°的拔模角度封膠。

3)表面質(zhì)量。成品外表面的拔模角度應(yīng)取較大值，以便于成形時脫模不拉傷成品。成品外觀如有咬花皮紋，則要參考相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)確定拔模角，在不影響成品性能的情況下，應(yīng)采取較大拔模角。

3 產(chǎn)品表面質(zhì)量的要求

手機等產(chǎn)品的外觀要求很高，設(shè)計塑料成形件時必須注意到模具上不同部位的外觀要求，客戶一般都會有指定，如皮紋面(咬花面)或拋光面等。如果是皮紋面，在設(shè)計時一定要注意檢查外觀面的拔模角度是否符合要求，否則會在開模時拉傷產(chǎn)品。如果是拋光面，客戶一般會指定拋光到什么等級，參考什么標(biāo)準(zhǔn)。有時客戶對外觀有特殊要求，如要保證產(chǎn)品外觀棱角或曲面的平整度等，在設(shè)計和加工時要特別注意，甚至考慮用非常規(guī)結(jié)構(gòu)或加工方法;如有些塑料件的外觀不能有斜度，要保證側(cè)壁垂直，則需要在垂直面處設(shè)計滑塊或斜頂。

4 塑件的分型面

選擇注射模分型面總的要求是順利脫模，保證塑件技術(shù)要求，模具結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。一般考慮以下幾個方面:保證塑料制品能夠脫模;使型腔深度最淺;使塑件外形美觀，容易清理;盡量避免側(cè)向抽芯;使分型面容易加工;使側(cè)向抽芯盡量短;保證塑件制品精度;有利于排氣;使塑件留在動模內(nèi);使型腔內(nèi)總壓力較大的方向與分型面垂直。

當(dāng)選定一個分型面方案后，可能會存在某些缺點，再針對存在的問題采取其他措施彌補，以使其接近理想的分型面。

1)平面分型面(如圖5所示)是最好的，方便磨削和配模，如果在平面分型面上局部有凸凹不平的曲面，可以采用鑲件。

圖5 平面分型面Fig.5 Plane type parting plane

2)如果產(chǎn)品的邊線所構(gòu)成的面是二維曲面，最好保留這個二維曲面作為分型面，如圖6所示。

圖6 二維曲面分型面Fig.6 Parting plane of two dimensional curved surface

5 模具結(jié)構(gòu)的可行性

由于塑料件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具不得不在結(jié)構(gòu)上復(fù)雜化，甚至無法實現(xiàn)，塑料件在設(shè)計時應(yīng)該充分考慮這一點，在保證外觀和功能的前提下，力爭使模具結(jié)構(gòu)簡化，節(jié)約時間和成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1)塑料件上有很多的側(cè)凹槽和側(cè)孔等結(jié)構(gòu)阻礙產(chǎn)品沿頂出方向出模，一般采取抽芯、斜頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)[2]。在實現(xiàn)功能和保證外觀的前提下，可將凹槽和側(cè)孔優(yōu)化設(shè)計成與頂出方向一致或碰穿結(jié)構(gòu)，大大簡化模具結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

圖7 塑件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化Fig.7 Optimization of the structure of plastic parts

2)成品上有些地方存在較難成形的特征，這時應(yīng)檢查這些特征是否有用，如果有用，就要想方設(shè)法使之成形，如果沒有用，便要通知客戶建議修改?？蛻粢坏┬薷臎]用的特征，模具結(jié)構(gòu)會簡單很多或模具加工要求降低。如圖8所示，如果該處圓角沒用，對側(cè)抽芯的要求就降低了。

圖8 簡化塑件結(jié)構(gòu)Fig.8 Structure simplification of plastic parts

3)有時產(chǎn)品的內(nèi)表面不是平面，尤其是沿斜頂運動方向上有斜面或曲面，可能造成斜頂開模形成鏟料現(xiàn)象。如果斜度或曲率較小，在不影響產(chǎn)品使用功能的前提下，可將有干涉的地方做一些偷料處理，將斜面或曲面改成平面(如圖9所示)，簡化模具結(jié)構(gòu)。

圖9 塑件結(jié)構(gòu)優(yōu)化Fig.9 Optimization of the structure of plastic parts

4)成品上的尖角及薄片直接影響到模仁的強度，從而影響整個模具的使用壽命。如果發(fā)現(xiàn)成品上有尖角或薄片時，一定要及時通知客戶，以便尋求解決方法。如圖10所示。

圖10 薄片處理Fig.10 Sheet processing

6 塑料流動性能和澆口位置選擇

當(dāng)設(shè)計好注塑件后，需要結(jié)合模具設(shè)計，進行模流分析(如圖11所示)，考慮如何選擇澆口類型，確定澆口位置，并用Moldflow分析其充填可行性。一般會優(yōu)先選用避免成形后需二次加工切除的澆口類型，如VG(熱流道)、點澆口、潛伏式澆口等。

圖11 模流分析Fig.11 The mold flow analysis

7 結(jié)語

綜上所述，在模具開始設(shè)計加工前，必須與客戶進行充分的溝通，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和客戶要求，設(shè)計出合理的模具方案。注塑零件的合理設(shè)計，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低模具結(jié)構(gòu)和加工難度、降低模具成本，顯得尤為重要。

[1]屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計[M].第1版.北京:高等教育出版社，2001.

[2]宋滿倉.注塑模具設(shè)計與制造實戰(zhàn)[M].北京:機械工業(yè)出版社.2007.