企業(yè)實(shí)踐的注射模具設(shè)計(jì)教學(xué)案例

胡濱鎧

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企業(yè)實(shí)踐的注射模具設(shè)計(jì)教學(xué)案例

胡濱鎧

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械與自動(dòng)化工程系，福建漳州 363000）

以某電器固定蓋模具設(shè)計(jì)為教學(xué)案例，結(jié)合注射模具設(shè)計(jì)理論和方法，對(duì)塑件進(jìn)行工藝分析，及對(duì)設(shè)計(jì)過程中所可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行討論。設(shè)計(jì)結(jié)果表明：用企業(yè)實(shí)踐作為教學(xué)案例，既可為企業(yè)對(duì)同類模具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值，也可為模具設(shè)計(jì)的教學(xué)提供一個(gè)較好的向?qū)?，真正?shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研全面發(fā)展，對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型技能人才具有一定的指導(dǎo)作用。

電器固定蓋；注射模具；工藝分析；產(chǎn)學(xué)研

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，客戶對(duì)零件的材料提出越來(lái)越高的要求［1］，塑料以其具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度好、耐腐蝕、絕緣性好等良好性能而著稱，因此注塑模具應(yīng)用日益廣泛。本文以企業(yè)某電器固定蓋模具設(shè)計(jì)為例，結(jié)合注射模具設(shè)計(jì)的教學(xué)理論和方法，介紹注射模具設(shè)計(jì)的企業(yè)實(shí)踐。

1 塑件的工藝分析

圖1所示是某企業(yè)生產(chǎn)的家用電器產(chǎn)品，材料為ABS，大批量生產(chǎn)。產(chǎn)品工藝要求：(1)外表面是細(xì)火花紋。(2)注塑時(shí)不得有熔接痕存在。

圖1 電器固定蓋

根據(jù)該零件結(jié)構(gòu)及工藝要求作如下工藝分析：

（1） 成形性能分析

（2） 尺寸精度分析

零件的4個(gè)孔固定孔有配合，是喇叭固定座，喇叭固定在座內(nèi)，固定蓋固定在墻上［2］，精度要求不高，為了制造方便，塑件的尺寸精度取MT5級(jí)。

（3） 表面質(zhì)量分析

零件是電器外殼，表面要求美觀，外表面要求細(xì)火花紋，不得有熔接痕、飛邊、凹陷、氣孔、翹曲等外觀缺陷存在，大批量生產(chǎn)。零件通孔較多，孔邊必然存在熔接痕，孔是作為傳聲音，熔接痕不能太大，否則影響外觀。

（4） 結(jié)構(gòu)工藝性分析

零件外形較簡(jiǎn)單，尺寸為116mm×116mm×48mm，見圖1所示，厚度t=3mm，壁厚均勻，滿足成形條件。但中間有通孔較多，必然存在熔接痕，要求改善注塑工藝，減小熔接痕的產(chǎn)生。

2 設(shè)備的選擇及工藝參數(shù)確定

（1） 計(jì)算塑件的體積

（2） 計(jì)算塑件的質(zhì)量

（3） 選用注塑機(jī)

根據(jù)塑件質(zhì)量計(jì)算結(jié)果及塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu)，中心對(duì)稱分布。選取螺桿式注射機(jī)：XS-ZY-250，主要參數(shù)見表1。

表1 XS-ZY-250的主要參數(shù)

3 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1） 確定分型面

分型面選在最大輪廓處，如圖2所示，保證塑件能順利取出，型腔在定模，型芯在動(dòng)模，型腔用電火花成形即可；型芯外形用銑削加工，圓孔用小型芯，方便維修和調(diào)整。

圖2 分型面

（2） 確定澆注系統(tǒng)

由于零件較深，外觀質(zhì)量要求高，而該零件中間通孔多，為了減小熔接痕，采用直澆口進(jìn)料，利用中心孔φ10mm作為進(jìn)料口，用輪輻式進(jìn)料口。特點(diǎn)是澆口去除方便，進(jìn)料口在下方，料頭去除后有痕跡，但不影響外觀。

XS-ZY-250注射機(jī)的噴嘴直徑為φ5mm，澆口套設(shè)計(jì)參數(shù)如表2。為了保證脫料方便，澆道內(nèi)表面拋光。

表2 澆口套參數(shù)設(shè)計(jì)

（3） 確定模具基本結(jié)構(gòu)

該零件采用一模一的模具結(jié)構(gòu)，選用二板式推桿推出機(jī)構(gòu)［3-4］，為了零件取出方便，導(dǎo)柱固定在定模上，采用導(dǎo)柱、導(dǎo)套配合。

（4） 確定脫模方式

根據(jù)該零件的特點(diǎn)是，高度較大，但脫模斜度大(30)，通孔多，壁厚較大，所以采用推桿推出結(jié)構(gòu)，推出距離大于零件高度h＞45mm。由于零件是批量生產(chǎn)，在推板推出機(jī)構(gòu)增加導(dǎo)柱、導(dǎo)套。推出系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 推出機(jī)構(gòu)示意圖

4 成型零件工作尺寸計(jì)算

該零件尺寸均未標(biāo)注公差，為了方便模具加工，所有尺寸按MT5，模具制造精度按IT7，平均收縮率為0.6%，圖中的圓角、筋條尺寸，按圖中的公稱尺寸加工，筋條公稱尺寸為大端尺寸，脫模斜度1°。

（1）型芯工作尺寸計(jì)算見表3；（2）型腔工作尺寸計(jì)算見表4。

表3 型芯工作尺寸計(jì)算

表4 型腔工作尺寸計(jì)算

5 選擇標(biāo)準(zhǔn)模架及標(biāo)準(zhǔn)件

（1） 型腔零件尺寸的確定

型腔采用整體結(jié)構(gòu)，由于表面通孔多，為了減小熔接痕，用直澆道和輪輻式進(jìn)料口形式，利用中間φ10mm孔作為澆口套外徑，進(jìn)料口在零件表面的下方，使?jié)部谌コ蟛粫?huì)影響外觀。采用這種進(jìn)料方式優(yōu)點(diǎn)是：熔料行程短，料頭去除容易，澆口去除后不影響外觀，熔料排氣順暢，使塑料成型后產(chǎn)生的熔接痕最小。型腔側(cè)壁厚度按S=0.2L+17=40mm計(jì)算，型腔外形尺寸必須大于200mm×200mm；腔固定在上模板上，底板厚度一般取20mm～35mm，應(yīng)考慮冷卻水管的位置和強(qiáng)度，型腔厚度必須大于70mm～8mm。查表準(zhǔn)模架尺寸，選用定模板尺寸為250mm×250mm×80mm。

（2） 型芯零件尺寸的確定

型芯采用鑲件結(jié)構(gòu)，固定在定模板。零件的所有孔用小型芯，并固定于鑲件上；中間φ10mm孔作為澆口，利用澆口套成形；將冷卻水道設(shè)置在鑲件四周上，只要適當(dāng)加大鑲件尺寸，就能滿足要求，使模具結(jié)構(gòu)緊湊，如圖4所示。

圖4 動(dòng)模板型芯鑲塊結(jié)構(gòu)示意圖

（3） 動(dòng)模板厚度的確定

動(dòng)模板加工凹槽，槽深20mm，長(zhǎng)寬140mm×140mm，查得經(jīng)驗(yàn)值，動(dòng)模板厚度B=35mm～40mm，動(dòng)模板總厚度為55mm～60mm；查表準(zhǔn)模架尺寸，選用動(dòng)模板厚度尺寸為63mm。

（4） 墊塊高度的確定

制品內(nèi)部高度45mm，理論上推桿需要將制品推出45mm以上，才能取出制品。而250mm×250mm的標(biāo)準(zhǔn)模架中，推板厚20mm，推板固定板厚度16mm，墊塊高度應(yīng)大于81mm，查表準(zhǔn)模架尺寸，選用墊塊高度尺寸為80mm。實(shí)際上該零件只要將制品推出30mm左右，就可以將制品取出。

（5） 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的確定

在250mm×25mm標(biāo)準(zhǔn)模架中，動(dòng)、定模上的導(dǎo)柱直徑為“φ20mm”，采用直通式導(dǎo)柱，為了方便取出制品，導(dǎo)柱固定在定模板上，長(zhǎng)度“130mm”，尺寸為“導(dǎo)柱 φ20mm×130mm×80mm”（ GB/T 4169.4-1984）；導(dǎo)套固定在動(dòng)模板上，尺寸為“導(dǎo)套 φ20mm×63mm（Ⅰ）”，（GB/T 4169.3-1984）。

（6） 標(biāo)準(zhǔn)模架的選取

查模架標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典》（電子版），確定模架型號(hào)為：A1-250250-54-F1（ GB/T 12556-1990）。各模板具體尺寸為：定、動(dòng)模座板“315mm×250mm×25mm”；定模板“250mm×250mm×80mm”；動(dòng)模板“250mm×250mm×63mm”；推板為“250mm×148mm×20mm”，推桿固定板為“250mm×148mm×16mm”；墊塊為“250mm×50mm×80mm”；導(dǎo)柱反裝。

（7） 模具導(dǎo)向零件的設(shè)計(jì)

導(dǎo)向零件設(shè)計(jì)按標(biāo)準(zhǔn)模架中的導(dǎo)柱、導(dǎo)套選用，用直通式導(dǎo)柱，固定在定模板；為使推出機(jī)構(gòu)推出平穩(wěn)，在脫料機(jī)構(gòu)中增加導(dǎo)柱、導(dǎo)套，導(dǎo)柱與復(fù)位桿直徑相同即可。

（8） 模具結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度校核

由于型腔采用整體式結(jié)構(gòu)，固定在頂莫半晌，強(qiáng)度已能滿足要求；型芯鑲件固定在動(dòng)模板上，需校核動(dòng)模板的強(qiáng)度，此時(shí)動(dòng)模板由二墊塊支撐，墊塊距離L=150mm，動(dòng)模板厚度為H=63-20=43mm，當(dāng)型腔受到壓力P的作用時(shí)動(dòng)模板中點(diǎn)將產(chǎn)生最大變形量δ，允許變形量取[δ]=0.05mm，δ計(jì)算值為：

δ＜[δ]

動(dòng)模板是可靠的。

7 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

模具冷卻主要是對(duì)型腔型芯的冷卻，型腔、型芯設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的位置尺寸，用水冷卻，孔徑為φ6mm，模具溫度通過控制水流速來(lái)控制。

8 模具推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

零件的推出采用推桿推出，推桿用 “φ6mm×185mm，φ4mm×185mm” 各8根，選擇規(guī)格為：“推桿φ6mm×200mm (GB/T4169.1 1984)，推桿φ4mm×200mm (GB/T4169.1 1984)”；用4根“φ12mm×140mm”復(fù)位桿，與標(biāo)準(zhǔn)模架配套。為了使推出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在推出機(jī)構(gòu)中設(shè)置2根“φ12mm”導(dǎo)柱、導(dǎo)套，選擇規(guī)格為：“導(dǎo)柱 φ12mm×105mm”，導(dǎo)向段長(zhǎng)度為90mm，固定段直徑、長(zhǎng)度為φ8mm×15mm，固定在動(dòng)模座板上；導(dǎo)套固定在推板及推桿固定板上，選擇規(guī)格為“導(dǎo)套 φ12mm×20mm（Ⅱ）（GB/T 4169.3-1984）”。

9 注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核

（1） 注射量的校核

（2） 模具閉合高度的校核

注射機(jī)的最大閉合高度為350mm，最小閉合高度為200mm，模具閉合高度為273mm，模具閉合高度滿足要求。

（3） 模具安裝部分的校核

注射機(jī)的拉桿空間為448mm×370mm，模板尺寸為250mm×315mm，滿足要求。

（4） 注射機(jī)的開模行程的校核

注射機(jī)的最大開模行程為500mm，塑件高度是48mm，澆注系統(tǒng)長(zhǎng)度57mm，總高度為105mm，開模行程滿足要求。

（5） 頂出部分的校核

XS-ZY-250注射機(jī)頂出是二側(cè)頂出，頂干中心距為280mm，推板必須加長(zhǎng)才能將制品頂出，頂出中心距為280mm，推板長(zhǎng)度為320mm×148mm。

10 模具總裝配圖

模具總裝配圖見圖5所示。

圖5 模具總裝配圖

11 結(jié)束語(yǔ)

本文用企業(yè)實(shí)踐進(jìn)行教學(xué)案例，根據(jù)塑件的特點(diǎn)以及企業(yè)的要求，詳細(xì)的闡述了某電器固定蓋模具設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，解決了該塑件存在的缺陷如熔接痕多和脫模難等問題，達(dá)到不僅保證產(chǎn)品的質(zhì)量，也可為同類注塑件的模具設(shè)計(jì)提供一種較為簡(jiǎn)便、快捷的方法，以及對(duì)其他同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)同樣提供了一定的參考價(jià)值。

通過企業(yè)實(shí)踐的產(chǎn)品，結(jié)合模具設(shè)計(jì)理論及方法，對(duì)整套電器固定蓋的進(jìn)行設(shè)計(jì)，既能較好實(shí)現(xiàn)模具產(chǎn)品的開發(fā)，又能使高校便于實(shí)施教學(xué)，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型人才有一定的指導(dǎo)作用。

[1] 俞子驍.客戶對(duì)注射模具報(bào)價(jià)要求概述[J].模具工業(yè)，2000(4):44．

[2] 王健，賀瓊義.基于cimatron軟件的喇叭支架塑料模具設(shè)計(jì)[J].天津工程師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2007,17(4):29.

[3] 歐陽(yáng)德詳.塑料成型工藝與模具結(jié)構(gòu)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008:102-106.

[4] 陳志剛.塑料模具設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011:157-159．

(責(zé)任編輯：季平)

Business practice’s Injectionmold designofteaching cases

HU Bin-kai

(Department of Mechanical Engineering and Automation, Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou, Fujian, 363000, China)

Basing on an electric cover mold design as an example in this article, and combining with the design theory and method of injection mould, and to introduce the electric fixed cover set of mould design process. At the same time to analysis the electric fixing cover plastic parts of the process, and to discuss the possible problems in the design process. Results show that: a clear set of electrical cover mold design, which not only can provide the beneficial reference for the enterprise to design similar die product and finish specifications, but also can provide a good guide for mould design teaching, realizing the comprehensive development of production-teaching-researchproduction-teaching-researchproduction-teaching-research, and ultimately promoting the development of mold industry.

the electric fixed cover mold；injection mould parts；the process；production-teaching-research

2014－03－12

胡濱鎧（1983－），男，福建漳州人，助教，碩士，研究方向：機(jī)械、模具設(shè)計(jì)與制造。

1673-1417（2014）02-0078-08

10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2014.02.0017

G718.5

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