一模六十四腔滴頭注塑模設計及試模分析
2017-05-30 13:58:26孫貴斌夏尚飛李坤淑陳軍紀興華
安徽農(nóng)業(yè)科學 2017年33期
孫貴斌 夏尚飛 李坤淑 陳軍 紀興華
摘要扁平滴頭體積小、用量大，需要一模多腔模具生產(chǎn)。介紹了一模六十四腔扁平滴頭的模具設計及試模，利用CimatronE軟件對塑料件的體積、質量及結構進行了分析和設計，既保證了模具的設計效率，又提高了生產(chǎn)精度。對扁平滴頭的分模、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)等進行了詳細設計，同時進行了試模生產(chǎn)，對試模產(chǎn)品進行了檢測和分析， 結果100%合格， 可以根據(jù)檢測結果優(yōu)化產(chǎn)品。該研究對類似產(chǎn)品的一模多腔設計有較高的借鑒意義。
關鍵詞扁平滴頭；一模六十四腔；注塑模設計
中圖分類號S277.9；TQ320.66文獻標識碼
A文章編號0517-6611（2017）33-0218-03
Design of Dripper Injection Mold with 64Cavity and Mould Trial
SUN Guibin1，XIA Shangfei2，LI Kunshu1 et al
（1.Laiwu Vocational and Technical College，Laiwu，Shandong 271100；2.Zaozhuang Vocational College， Zaozhuang，Shandong 277800）
AbstractDripper is a production with large production demand and small size ，The product need molds with multicavity.The mould design ofA 64cavity mold flat dripper and test mode，using CimatronE software to the plastic parts of the size，quality and structure are analyzed and designed，which ensure the efficiency of mold design，and improve the accuracy of production.On the flat dripper parting，gating system，cooling system，ejector system to carry out the detailed design and test mode of production，the mold product was measured and analyzed.Results 100% qualified，the detection results can optimize the product.The studies are of high reference significance to the first mock exam of similar products to the design of multi cavity.
Key wordsFlat dripper；A 64cavity mold；Injection mold design
塑料滴頭是我國節(jié)水灌溉中的重要設備，應用量很大[1-3]。為了降低成本、提高生產(chǎn)效率，小型塑件往往采取一模多腔的注塑形式[4]。但是實際在注射成型時會造成多型腔塑件合格率不佳等問題[5-6]，特別是達到了幾十腔的時候（生產(chǎn)現(xiàn)狀）。在此，筆者論述了一模六十四腔扁平滴頭的模具設計及試模生產(chǎn)情況。
1產(chǎn)品介紹
直列扁平滴頭鑲在管帶內壁上，形成內鑲式扁平滴頭滴灌帶，廣泛應用于節(jié)水灌溉工程中，其特點有：滴頭有自過濾窗，抗堵塞性能好。采用迷宮式流道，具有一定的壓力補償作用等特點。
圖1 所示為內鑲式扁平滴頭的三維視圖。該塑料件材料為LDPE，塑料內表面要求光滑，外觀平整美觀，安裝方便，重量輕；上端外沿不允許有冷口傷痕。目前國內節(jié)水灌溉的面積較大[1]，所以滴頭的用量很大，一模多腔可以在一個注塑循環(huán)中生產(chǎn)多個工件，提高效率，而且滴頭零件小，現(xiàn)在的注塑機較大。因此需要設計一模多腔的滴頭模具。
2塑料件的工藝分析
2.1塑料件的尺寸精度分析
按GB/T19812.2—2005的要求，塑件的尺寸MT 精度要求未標注公差，按塑件公差等級（GB/T 14486—1993） 選取一般精度要求MT3[7]。
2.2塑料件的使用性能分析
扁平滴頭的使用性能要求主要包括出水穩(wěn)定而均勻、結構簡單、抗堵塞性好、堅固耐用，而且要價格要低廉，適合我國的國情[8]。
2.3塑料件的表面質量分析
滴頭塑件內表面要求很光滑，防阻塞性好，粗糙度要求達到Ra為0.4 μm，外表面粗糙度要求Ra為1.6 μm。
2.4塑料件的結構分析
由圖1可知，滴頭的形狀為扁平狀 ，前部有滴頭的壓力調節(jié)區(qū)，其后為固定式迷宮流道，滴頭的主要作用是：水在流經(jīng)迷宮流道時產(chǎn)生的壓降遠遠大于沿主管道的壓降，使得通過滴灌系統(tǒng)各級支管的流量基本一致，實現(xiàn)均勻灌溉，提高灌溉質量和灌溉效率從而實現(xiàn)對農(nóng)作物的穩(wěn)定供水。
2.5塑料件的脫模斜度
在分模時，因為塑件包裹在型芯上，為了使塑件在脫模過程中表面不被擦傷、劃傷，特意設計滴頭塑件的內外表面沿著脫模方向應有30′的脫模斜度。
3塑料件的體積和投影面積計算
利用CimatronE11軟件將滴頭塑件的三維圖樣繪出，比例為1∶1，然后用工具欄的分析命令將體積、質量、投影面積計算出來，原料密度取值為0.92 kg/dm3，具體情況如圖2 所示，體積為234.469 mm3，質量0.216 g，投影面積為147.001 mm2。
4塑料件成型工藝
聚乙烯（PE）為結晶性原料，吸濕性不超過0.01%，故注塑前不需干燥處理[9]。但低密度聚乙烯（LDPE）收縮率為122%左右，容易變形翹曲，翹曲方向性明顯，其關鍵為模具的冷卻條件，首先要控制好模具溫度，保持冷卻均勻、穩(wěn)定PE的結晶能力；其次要控制熔體冷卻速度，速度慢，塑件結晶度高，強度也就高[10]。扁平滴頭注塑成型工藝條件如下：
注塑溫度中有料筒后溫度160～180 ℃，料筒中溫度180～210 ℃，料筒前溫度200～220 ℃，噴嘴180～190 ℃，模具30～45 ℃；注射時間0.3～0.5 s；保壓時間0.2～0.5 s；冷卻時間0.5～1.0 s；注塑壓力70～90 MPa；保壓60～100 MPa。
5模具總裝圖設計
該研究的注塑模分為下面幾大部分：定模系統(tǒng)、動模系統(tǒng)、分模部分、澆注系統(tǒng)、頂出機構、溫度調節(jié)系統(tǒng)等部分[11]，具體如圖3所示。
注：1.定位圈；2.上模座板；3.導套；4.導柱；5.下模固定板；6.墊板；7.下模固定螺釘；8.墊塊；9.螺釘；10.下模座板；11.推桿座板；12.推桿固定板；13.拉料桿；14.頂料桿 ；15.復位桿；16.冷卻裝置；17.型芯鑲塊 ；18.型腔鑲塊；19.型芯鑲塊；20.澆口套；21.上模固定螺釘
Note：1.locating ring； 2.clamping plate； 3.guide sleeve； 4.guide posts； 5.mold plate； 6.plate； 7.mold screws； 8.pad； 9.screws； 10.clamping plate； 11.push rod seat plate； 12.pushrod plate； 13.pulling rod； 14.the ejector rod 15.； reset rod 16.； cooling device； 17.core inserts； 18.cavity inserts； 19.core inserts； 20.gate sets； 21.screw die
圖3模具構成
Fig.3Mould structure
模具的動模部分安裝在注塑機動模安裝板上。定模安裝在定模澆口套安裝板上，注塑機工作時，通過導柱和導套的定向作用，將模具在分型面處打開，塑件和澆注系統(tǒng)就留在動模側，當分型面打開到開模行程時，在注塑機推桿的作用下推動推板，推板帶動推桿，將型芯上的塑料件與澆注系統(tǒng)一并推出，塑件及澆注系統(tǒng)依靠重力的作用自動脫落，至此完成開模動作，再通過注塑機動模板驅動，在導柱與導套的向導作用下，打開的分型面再閉合，完成一次注射的全過程[12]。
6典型機構設計
6.1模具型腔布局的選擇
澆注系統(tǒng)布置有4級分流道，如圖4所示，采用 “H” 型平衡流道，為了改善充填狀況，以H型分流道為基礎，依靠抬高2級分流道，使熔體從2級分流道進入3級流道時方向發(fā)生約90°轉向，熔體截面上由剪切力引起的變化重新發(fā)生了分布。當流道內熔體進入4級分流道時，分支上的聚合物熔體參數(shù)是相同的，從而保證了各型腔內熔體的充填平衡，減小了充填的不平衡程度。
6.2定模部分的設計
圖5為滴頭模具整體式型腔的三維構成圖，六十四腔的型腔采用整體結構，型腔固定板采用開?？?，用螺釘和銷釘將型腔塊固定[12]，因為流道較長，故采用整體式凹模時，為了滿足成型時的排氣要求，應在分型面處開設一些不會妨礙制品成型質量的排氣槽，氣槽深度不超過0.04 mm，以保證注塑模有可靠的排氣功能[13]。結合公司現(xiàn)有注塑機實際情況，最終制定了六十四腔滴頭模具，如圖6所示。
6.3動模部分的設計
圖7為滴頭模具整體式型芯的三維構成圖，如同型腔一樣采用整體結構，?？蚣勇葆敽弯N釘固定，因為動模部分有頂出系統(tǒng)，所以注意頂出桿與冷卻水路的干涉情況[14]，生產(chǎn)模具如圖8所示。
6.4冷卻系統(tǒng)的設計
塑料注射模冷卻時所需要的冷卻水量可按下式計算[15]：
QV=nmΔh60ρcp（t1-t2） （1）
式中，QV為所需冷卻水的體積流量（m3/min）；
m為包括澆注系統(tǒng)在內的每次注入模具的塑料質量（kg）；n為每小時注入的次數(shù)；
ρ為冷卻水在使用狀態(tài)下的密度（kg/m3）；
Cp為冷卻水的比定壓熱容[J/（kg·℃）]；
t1為冷卻水出口溫度（℃）；t2為冷卻水入口溫度（℃）；△h為從熔融狀態(tài)的塑料進入型腔時的溫度到塑料冷卻脫模的溫度為止，單位質量的塑料所放出的熱量（J/kg）。
在該試驗中，各個參數(shù)的取值分別如下：△h 取值490 000 J/kg [16]，t1-t2取值為5，ρ為1 000 kg/m3，n取值為600次，Cp取值4 200 J/（kg·℃），其中每次澆注的熔體體積可由軟件計算而得，就是澆注系統(tǒng)和所有的塑件質量，可以通過體積和密度之積來求得，結果為15.38 g。QV結果為3534 66×10-3 m3/min。求出所需要的冷卻水體積流量后，可以根據(jù)處于紊流狀態(tài)的流速、流量與管道直徑的關系，確定模具上的冷卻水道孔直徑，經(jīng)查設計手冊，確定水流的速度為1.66 m/s，冷卻水直徑取值為8 mm，冷卻水道分別冷卻型芯鑲塊和型腔鑲塊，水道距離型芯和型腔表面12 mm，型芯和型腔各設計4條水路，如圖9所示。
7模具試模結果分析
為了檢驗產(chǎn)品是否能達到產(chǎn)出合格品的要求，根據(jù)企業(yè)實際，利用公司生產(chǎn)車間的設備，對設計后制造的模具進行了試模生產(chǎn)[17]，注塑機采用山東勝岳精密機械有限公司的DS160-B注塑機，設備參數(shù)：實際注射量 321 g，注射壓力185 MPa，鎖模力1 600 kN，總功率24.4 kW，拉桿間距 460 mm×460 mm，開模行程410 mm，按照規(guī)定的參數(shù)進行試模，穩(wěn)定后，抽檢了7個批次的產(chǎn)品，結果如表1所示。
由表1可知，生產(chǎn)的滴頭產(chǎn)品都合格，可以根據(jù)測量結果分析，滴頭的進水口厚度、出水口厚度及中間厚度值都是偏大，所以在設計滴頭產(chǎn)品時，可以根據(jù)塑件的特性，將塑件的滴頭的進水口厚度、出水口厚度及中間厚度值都調小0.03 mm，則產(chǎn)品的精度將更高。由此可知，設計的滴頭模具達到了產(chǎn)品產(chǎn)出合格的要求。
安徽農(nóng)業(yè)科學2017年
8結語
在一模六十四腔的扁平滴頭塑料件模具的設計過程中，運用了CimatronE 軟件，對塑料件的工藝、結構及典型模具
構的設計做了一定的分析，提高了產(chǎn)品模具設計的速度。對
該模具進行了冷卻系統(tǒng)的計算與分析，解決了生產(chǎn)中冷卻水道尺寸單純依靠經(jīng)驗的不足，提高了模具的試模成功率；并且根據(jù)試模的結果，優(yōu)化了產(chǎn)品的設計參數(shù)，提高了產(chǎn)品的精度。一模多腔的模具設計，也大大提高了生產(chǎn)效率，提高了產(chǎn)品的競爭力。
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