基于UG的一種支架注射模具設(shè)計方案研究

李立蔚，張信群

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，安徽 滁州 239000）

基于UG的一種支架注射模具設(shè)計方案研究

李立蔚，張信群

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車工程系，安徽 滁州 239000）

分析利用UG9．0軟件對洗衣機(jī)面板支架進(jìn)行產(chǎn)品前期分析與處理,為模具設(shè)計階段做準(zhǔn)備,同時解決在設(shè)計方案中遇到的問題，重點分析了在整個模具設(shè)計過程中對澆注系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)、開模距離和順序控制等問題的處理。

塑料;UG;模具;設(shè)計

0 引言

目前大部分家用電器、汽車、醫(yī)療等塑料產(chǎn)品主要通過模具在注塑機(jī)上注射成型。注射模具主要工作原理是將塑料顆粒放入注塑機(jī)設(shè)備的漏斗中，通過注塑機(jī)上的加熱器將塑料顆粒塑化為黏流態(tài)，在注射壓力驅(qū)動下高速射到模具的模腔中，經(jīng)過冷卻保壓后，打開模具頂出制品。

圖1 洗衣機(jī)面板和電路板支架

圖1 為洗衣機(jī)面板和電路板支架總配合圖，5為我們所設(shè)計的電路板支架，6為洗衣機(jī)面板，成型過程中需要貼膜。電路板支架5靠洗衣機(jī)面板6上9個定位柱2進(jìn)行定位，件5上的1形狀為透視孔，顯示電路板上的洗滌時間、水溫、運(yùn)行情況等，件5上的4位置為透視孔，顯示電路板上的程序參數(shù)，件5上的3為按鈕接觸電路板。

此支架最大輪廓外形尺寸為91.96 mm×351.55 mm×38.18 mm。由于支架與電路板相連接，考慮靜電影響因素，所以采用塑料成型。由于產(chǎn)品尺寸較大、表面質(zhì)量要求較高，為了滿足其要求，故采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu)。但在實際生產(chǎn)中可能會出現(xiàn)以下質(zhì)量問題：

（1）產(chǎn)品尺寸較大，必須考慮產(chǎn)品成形過程中產(chǎn)生的縮孔、氣泡、熔接線、翹曲等不良問題。

（2）在按鈕3與電路板接觸面和自攻螺絲的boss柱位置上要避免飛邊等缺陷。

針對上述問題，本設(shè)計采用三板模具結(jié)構(gòu)，多點進(jìn)膠，合理控制塑料成型的注射溫度、時間、壓力等工藝參數(shù)，保證充型質(zhì)量。針對有碰穿的位置加工時采用慢絲切割，保證模具質(zhì)量。

1 前期工藝分析

1.1 材料參數(shù)

洗衣機(jī)面板支架采用ABS材質(zhì)，由于此產(chǎn)品在實際中與電路板連接，考慮其安全性能，所以在塑化過程中加入ABS專用環(huán)保阻燃劑，一般添加量為所需材料總量的15%～20%，即可達(dá)到UL－94V0級。同時，ABS材料具有吸濕性，要求在加工之前進(jìn)行干燥處理。干燥條件為80～90℃下最少干燥2 h；熔化溫度：210～280℃，建議注射溫度：245℃；模具溫度：25～70℃。注射壓力：（5～10）×107Pa。

1.2 產(chǎn)品拔模

由于塑料制品在注射冷卻過程中會產(chǎn)生一定的抱緊力。為了使產(chǎn)品在開模時與前模有效分離，更好地留在動模一側(cè)，同時也能順利地頂出產(chǎn)品，避免產(chǎn)品頂出過程中產(chǎn)生拉傷等問題，故對產(chǎn)品進(jìn)行拔模處理。通過UG中的斜率分析，分析產(chǎn)品的直壁和需要拔模的部位。為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，原則上拔模后上下端要有0.08 mm的落差即可。圖2為處理后的產(chǎn)品斜率色帶圖。通過圖2可以清楚分析產(chǎn)品所需要的拔模和倒扣位置，便于設(shè)計前更好地了解產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。

圖2 產(chǎn)品斜率色帶圖

1.3 產(chǎn)品壁厚分析與進(jìn)膠點的選擇

準(zhǔn)備進(jìn)行模設(shè)計之前,要先進(jìn)行壁厚分析,檢查壁厚是否均勻。在產(chǎn)品造型、結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常會出現(xiàn)壁厚不均勻而導(dǎo)致外觀縮水的現(xiàn)象。一般情況下，我們都是使用剖面來檢查厚度是否均勻。其實UG軟件中有壁厚分析功能，可以比較直觀地檢查。產(chǎn)品壁厚色帶如圖3所示。

圖3 產(chǎn)品壁厚色帶圖

根據(jù)圖3可知本產(chǎn)品最大壁厚3 mm，產(chǎn)品壁厚較均勻。在設(shè)計時合理設(shè)置澆口位置和數(shù)量、減少流道的長度、控制射合理的膠溫度和壓力，可以較大程度地保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求。此產(chǎn)品的進(jìn)膠點可以通過Moldflow軟件輔助分析選擇，最終如圖4所示。

圖4 產(chǎn)品進(jìn)膠點

2 模具主體設(shè)計

塑料模具在設(shè)計過程中主要涉及產(chǎn)品分型面的選擇、模仁結(jié)構(gòu)處理、模架選擇、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)、行位設(shè)計和固定安裝等設(shè)計方面的問題。本套模具在設(shè)計過程中采用三板模的設(shè)計理念進(jìn)行設(shè)計。

2.1 模仁結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品在注射成型過程中，模仁結(jié)構(gòu)是否合理直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和模具壽命。在本套模具設(shè)計過程中，母模仁采用2和3兩種鑲嵌式結(jié)構(gòu)。由于成型面是斜面，所以在設(shè)計鑲件3時要做防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。母模仁采用6個M10的螺絲固定在A板上，其尺寸選擇為150 mm×400 mm×35 mm以保證強(qiáng)度要求。公模仁采用150 mm×400 mm×50 mm的整體式結(jié)構(gòu)。為了保證公模仁與母模仁能精確定位，在模仁上采用錐定位（虎口）的結(jié)構(gòu)形式，如圖5中的6和圖6中的2所示?？紤]模仁大小和模具的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，模架采用FCI2550-70-100-90標(biāo)準(zhǔn)模架。其公、母模仁結(jié)構(gòu)如圖5和圖6所示。

圖5 母模仁正反面結(jié)構(gòu)圖

圖6 公模仁正反面結(jié)構(gòu)圖

2.2 頂出、澆注系統(tǒng)

塑料在注射成形中產(chǎn)生的抱緊力，能保證開模后產(chǎn)品停留在動模一側(cè)，注塑機(jī)上的頂棍通過KO孔推動模具中的頂出裝置，將包裹在動模一側(cè)的產(chǎn)品推出。所以頂針應(yīng)設(shè)置在產(chǎn)品脫模困難的地方，產(chǎn)品的骨位、柱位以及對模仁有抱緊力的位置處。設(shè)計頂針的同時應(yīng)考慮不影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，且不與其它零件發(fā)生干涉。此模具設(shè)計中頂針直徑采用6 mm、4 mm、扁頂和司筒頂出。頂出裝置的復(fù)位機(jī)構(gòu)采用外徑40 mm的彈簧復(fù)位，如圖7所示。

圖7 頂出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

設(shè)計中采用點澆口形式進(jìn)膠。為了改善塑料的流動性，有利于塑料成形，在母模上做SR0.3 mm的球窩，如圖6所示。在設(shè)計澆注系統(tǒng)時，為了加工方便，考慮到采用電極加工的方法，故將A板和模仁設(shè)計在同一高度。同時考慮在開模時能保證將凝料拉出，設(shè)計采用直徑6 mm的拉料針，如圖8所示。

圖8 澆注系統(tǒng)設(shè)計

3 模具工作過程

3.1 開模順序控制

本套模具設(shè)計采用三板模具結(jié)構(gòu)，這就要求模具開模過程中要注意控制模具開模順序。三板模相對與兩板模只是多了一塊脫料板5，如圖9所示。后模在注射機(jī)的作用下開始分型，為了保證開模順序，設(shè)計時需從以下2點考慮：

（1）安裝彈簧，利于I-I處分型

在小拉桿處安裝彈簧2，模具合模時，彈簧壓縮儲存能量，當(dāng)鎖模力拆除后，在彈簧的作用下，模具在I-I處打開。同時鉤料針4將凝料1拽出，模具繼續(xù)向后移動，脫料板5將鉤針4上的凝料1打下，I-I分型部分結(jié)束，完成第一次分型。

（2）安裝開閉器，滯后II-II處分型

在模具上安裝開閉器11，增大摩擦力，滯后模具在II-II處分型。當(dāng)I-I分型面打開后，后模部分繼續(xù)向后運(yùn)動，開模力大于開閉器11的滯后力，II-II分型面打開，其距離由4個小拉桿進(jìn)行控制。本套模具設(shè)計中，在II-II左右兩側(cè)各設(shè)計2個直徑為16 mm的開閉器來增大摩擦力，保證開模順序。

圖9 開模順序和開模距離結(jié)構(gòu)圖

3.2 開模距離參數(shù)控制

塑料模具經(jīng)過注射、冷卻、保壓后，在注射機(jī)的作用下將模具打開，如圖9所示。在注射機(jī)頂棍9的作用下，將頂出力通過模具上的KO孔傳遞給在頂針固定板上的頂針7，頂針7頂出產(chǎn)品6，同時在頂出過程中回針3上的彈簧8在頂出中處于壓縮狀態(tài)，當(dāng)注射機(jī)上的頂棍9撤出后，在彈簧的作用下，將頂出系統(tǒng)全部復(fù)位。為了保證能將流道中的凝料1順利從模具中取出，要嚴(yán)格控制開模距離。設(shè)計中測量出凝料的長度為118.47 mm，所以開模距離一定要大于118.47 mm。在設(shè)計過程中，為了有效保障凝料的順利取出，設(shè)計控制距離為125 mm，并通過4支小拉桿的作用保障取出凝料。在注射機(jī)頂棍的作用下，頂出行程距離應(yīng)該大于產(chǎn)品最大脫模尺寸38.18 mm，為了安全起見，本次設(shè)計頂出行程采用53 mm，以確保產(chǎn)品安全取出。

4 結(jié)語

模具設(shè)計中模仁的處理是設(shè)計中的關(guān)鍵部分，其結(jié)構(gòu)直接關(guān)乎著成型的正確與否，同時還直接影響模具壽命、注射成型的周期、加工成本等。三板模具較二板模具加工和制造成本高，其核心在如何保證模具開模順序和開模距離、如何在產(chǎn)品上確定澆口的位置和數(shù)量、如何確保產(chǎn)品能夠順利脫模。這些問題在設(shè)計過程中都需要權(quán)衡把握。本套設(shè)計方案都做出了相關(guān)闡述，其進(jìn)膠點位置設(shè)計合理，產(chǎn)品在注塑過程無縮水、翹曲、氣泡等缺陷，模具結(jié)構(gòu)運(yùn)動過程合理順暢，結(jié)構(gòu)可靠。

[1]張信群．基于SolidWorks的落料拉深復(fù)合模CAD設(shè)計[D]．合肥：合肥工業(yè)大學(xué),2009．

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[6] 田學(xué)軍．注塑過程分析及工藝參數(shù)設(shè)定[J]．機(jī)械工程師,2005,8(58):2-10．

Research on the Design of a Support Injection Mold Based on UG

LI Li-wei，ZHANG Xin-qun
（Department ofAutomotive Engineering,Chuzhou Vocational&Technical College,Chuzhou,Anhui 239000, China）

This paper introduces the use of UG9.0 software on the washing machine panel support,analyzes the product design and processing,and provides solutions.And mainly focus on the top gating system,the mold from the system,and sequence control problem in the mold design process.

plastic;UG;mould;design

TQ320.5；TP391.7

A

1673-1891（2016）04-0029-03

10.16104/j.issn.1673-1891.2016.04.008

2016-09-28

國家資源庫《塑料成型工藝與模具設(shè)計》課程實驗項目（syzy2015006）。

李立蔚（1984—）,男,安徽廬江人，碩士，研究方向：塑料模具CAD設(shè)計、溶體材料成型分析。