基于UG的異形絕緣體斜頂注射模設計

王建峰

沈陽興華航空電器有限責任公司（遼寧沈陽 110144）

1 引言

絕緣體是航空電連接器的重要組成部分，使用的材料以高分子塑料為主，在電連接器的結構中起到絕緣、分離導電接觸體以及支撐內(nèi)部零件的作用。常規(guī)的絕緣體通常以圓柱或者矩形為主要輪廓結構，內(nèi)部包含一個或若干孔腔。絕緣體按裝配結構分類可分為針前絕緣體、針后絕緣體、孔前絕緣體和孔后絕緣體。異形絕緣體是安裝在某些特定位置而設計，塑件結構設計發(fā)散思維，具有非標準特性，常規(guī)的模具難以解決。其特點還包括質量輕，結構強度好、耐腐蝕、電學性能佳同時可靠性高，在醫(yī)療設備、工業(yè)控制、航電系統(tǒng)、檢測和測量設備及通訊等領域有極高的應用價值及發(fā)展?jié)摿Α１敬文＞咴O計對應的塑件是異形針前絕緣體，該絕緣體結構比較復雜，尺寸精度比較高，最主要的設計難點在于內(nèi)部倒扣問題。內(nèi)部倒扣是部分塑料制品所具備的一個特征，該特征利用正常的平直分型無法脫模。采用活動塊結構，即帶著活動塊一起出模是一種繁瑣的出模方式，生產(chǎn)效率較低。而高端高效率的出模方式是斜頂機構的設計?；赨G三維模擬的建模，直觀展現(xiàn)模具的斜頂結構組成，確保整個模具設計的合理性。加工工藝上保證每一個零件的精度，而且增加互換性和可維修性，解決斜孔及斜頂桿的加工困難的問題。同時參與模具在注塑機上的試壓，確保模具使用方便，具備較長的使用壽命，研究注射成型參數(shù)，壓制出合格的塑件。

2 塑件分析

圖1所示為針前絕緣體，主要結構分前端和后端兩部分。前端有一個孔腔，后端為弧形殼體，且殼體內(nèi)部包含倒扣。通過對塑件裝配的分析，此倒扣用來勾住與之相連的針后絕緣體，結構設計巧妙，本次設計的難點也就在此。

2.1 注射成型材料分析

該絕緣體的使用材料為聚對苯二甲酸丁二醇酯，又名聚對苯二甲酸四次甲基酯，英文名Polibutylene terephthalate，簡稱PBT，屬于聚酯系列。該材料由丁二醇與對苯二甲酸或者對苯二甲酸酯聚縮合而成，并經(jīng)由混煉程序制成的乳白色半透明到不透明、結晶型熱塑性聚酯樹脂。

材料特點：①優(yōu)良的機械性能，機械強度高，耐疲勞性和尺寸穩(wěn)定性好；②耐熱老化性優(yōu)異，戶外長期老化性很好；③耐溶劑性好，無應力開裂；④易于阻燃，在電子電器工業(yè)中廣泛應用；⑤優(yōu)良的電器性能，體積電阻率及介電強度高，耐電弧性能優(yōu)良，吸濕性極小，在潮濕及高溫的環(huán)境下，也能保持電性能穩(wěn)定，是航空電器領域的理性材料；⑥易成型加工和二次加工，結晶速度快，流動性好，模具溫度也比其他的工程材料要求低。

材料用途：①電子電器：電連接器、電磁開關、變壓器、家電把手、外殼等；②汽車：車門把手、保險杠、導線護殼、擋泥板、分電盤蓋等；③工業(yè)零件：鍵盤、燈罩、風扇、卷線器等

2.2 收縮率的確定

經(jīng)過對PBT的性能及注射成型經(jīng)驗的分析，PBT成型穩(wěn)定性較好，按照過往對PBT注射成型殼體計算的收視率，最終確定此次設計模具的收縮率為0.35%。

3 異形針前絕緣體模具設計的總體方案

3.1 型腔數(shù)量的確定

為了保證注射模生產(chǎn)效率，采用一模多腔的型腔分布，多腔可以保證一次開模便可獲得若干塑件。在澆道排布過程中，多腔對稱分布，也讓注射的進料的流動過程趨于平衡和穩(wěn)定。于此同時，每增加一個型腔就會增加加工成本。兼顧上述條件，為了保證合理的模具制造成本，同時滿足模具進料的平衡性，在使用模具時，提高注射生產(chǎn)的效率，減少澆道凝料的浪費，最終確定該模具為1模2腔。

圖1 針前絕緣體

3.2 分型面的確定

分型面位置選擇的總體原則，是能保證塑件的質量、便于塑件脫模及簡化模具的結構，分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設計、塑件的結構工藝性及精度以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響。注射模有一個分型面或多個分型面，分型面的位置，一般垂直于開模方向。根據(jù)該塑件的結構，分型面選在塑件的最大端面處即可。

3.3 澆注系統(tǒng)的論證

根據(jù)塑件的結構分析及充填過程，以保證塑件的內(nèi)在質量和尺寸穩(wěn)定，設計澆注系統(tǒng)尤為重要。澆注系統(tǒng)包括主澆道分流道及澆口，如圖2所示。為保證兩腔進料的平衡性及流暢性，分流道使用半圓截面澆道即可。半圓截面分流道壓力損失及溫度損失較小，有利于壓力的傳遞和保壓，且使用加工中心的球刀銑削加工即可，便于加工。塑件自身軸對稱，兩型腔也采用對稱分布。在設計澆口時，非常注意澆口對塑件外觀的影響。通過針對塑件裝配結構的研究，該絕緣體除了配有安裝接觸體的孔腔以外，后端連接的結構是殼體，整個塑件在塑件組件中處于最外面的部分，外觀要求很高。故采用對塑件外觀影響最小的潛伏澆口進料，如圖3所示，潛伏澆口可以出模后自動脫落澆口凝料，而且留下的澆口痕跡也很小，對提高注射成型生產(chǎn)效率和較低成本極為有利。

圖3潛伏澆口的設計參數(shù)

圖2澆注系統(tǒng)

3.4 頂出機構的設計

通過對塑件結構的分析，孔腔內(nèi)部有薄壁結構，較難脫模，故在啊異形絕緣體的孔腔內(nèi)部，放置圓頂桿。后端的殼體部分由倒扣結構，正常垂直頂出無法完成脫模，故在倒扣位置做斜頂裝置。

4 基于UG的三維分模

4.1 導入塑件并確定分模坐標系

為了分模過程的坐標系統(tǒng)一，同時方便使用UG的創(chuàng)建步驟，將坐標系的Z軸作為模具主分型面開模的方向，也是模具的頂出方向。將坐標系的X-Y面作為模具的分型面。利用UG的【移動對象】的功能，調(diào)整塑件的位置，使塑件的位置同坐標軸保持關聯(lián)的位置，如圖4所示。

4.2 收縮率及成型尺寸的確定

絕緣體材料PBT的收縮率為0.35%。鑒于PBT的成型尺寸穩(wěn)定性及過往的設計經(jīng)驗，設置塑件的收縮方向為均勻。利用UG的【縮放體】的功能，輸入收縮率數(shù)值并設置收縮方向，如圖5所示。

圖4 模具坐標軸的調(diào)整

圖5 收縮率的設置

結合塑件圖的尺寸公差，對塑件的尺寸進行微調(diào)，利用【偏置面】和【移動面】的功能進一步調(diào)整，最終獲取最準確的成型尺寸。

4.3 選擇模架并確定模具零件尺寸

模具型腔與型芯是模具結構中最核心的部件，通過塑件的尺寸來模擬確定鑲塊大小，確保型腔與型芯的強度。根據(jù)經(jīng)驗值確定鑲塊的長寬170×80mm,定模和動模厚度為均為25mm，并確定使用的模具鋼為CrWMn，采用淬火工藝加工。根據(jù)工件尺寸確定采用標準大水口系統(tǒng)模架1525-AI-A25-B25。

4.4 創(chuàng)建分型面并分模做出型腔與型芯

（1）創(chuàng)建三維模具零件，如圖6所示，利用UG【拉伸】【求差】的功能，創(chuàng)建零件的實體和對應的模具型腔。

（2）創(chuàng)建分型面。利用UG【拉伸】【抽取體】【有界平面】【擴大曲面】等功能，沿著分型線，做出分型面，如圖7所示。

圖6 模具零件的創(chuàng)建

圖7 分型面的創(chuàng)建

（3）創(chuàng)建模具型腔和型芯。利用UG的【拆分體】功能，基于分型面，將型芯從工件中分離，得出型芯的三維模型；按照主分型面將定模與動模分開，即為型腔的三維模型，如圖8所示。

圖8 型腔與型芯的三維裝配圖

（4）核心部件斜頂機構的三維創(chuàng)建。本次設計斜頂帶有成型部分，斜頂既完成了倒扣的成型，有實現(xiàn)了倒扣的頂出。通過二維圖頂出行程的計算，確定斜頂?shù)膬A斜角度為4°。先利用UG的【抽取體】【拉伸】【基準平面】【拆分體】等功能創(chuàng)建出倒扣沿著4°傾角的成型三維部分，按照計算正確的頂出距離用【偏置】功能將斜頂成型部分延長至推桿固定板。將斜頂桿的底座設計成“T”型槽，配合斜頂桿做出滑動機構，形成間隙配合，如圖9所示。

斜頂機構的設計要點：

a.斜頂機構的工作原理是按照上述機構，在推板頂出的作用下，斜頂桿沿著斜孔向頂出方向移動，移動的過程中斜頂桿會沿著垂直于開模方向產(chǎn)生位移，此距離使斜頂桿成型的倒扣部分與塑件分離，合模時斜頂桿沿著斜孔退回到起始位置復位。

圖9 斜頂機構的三維示意圖

b.斜頂桿機構中傾斜的角度、斜頂桿座的運動行程及頂出的運動位移必須經(jīng)過嚴格計算，并通過UG的【移動對象】功能實現(xiàn)干涉模擬。

c.斜孔的結構滿足慢走絲的加工條件，確保穿絲孔可以垂直穿絲。

d.斜頂機構在頂出時應順暢、無卡滯、無異響，涂抹潤滑油等技術要求。

（5）三維圖成型裝配。

三維分模裝配圖如圖10所示。

圖10 成型部件的三維分模裝配圖

（6）二維裝配圖。

二維裝配圖如圖11所示。

5 關鍵模具零件動模鑲塊斜頂孔的加工方案

動模鑲塊的關鍵制造難點在于斜頂運動的空間，即斜頂孔。此斜孔的傾斜角度為4°，且斜面的截面為矩形，采用慢走絲切割斜頂孔的加工工藝。

（1）將動模鑲塊裝夾在慢走絲機床操作平臺上，使用杠桿指示表對鑲塊6個面進行拉直找正，使鑲塊相互平行的六面與慢走絲的坐標軸基準保持完全一致。

圖11 異性絕緣體的斜頂注射模裝配圖

表1 該合格塑件的注射成型參數(shù)匯總

（2）使用杠桿指示表，用慢走絲機床確認主程序面（TP）和從程序面（TN）的高度值。

（3）根據(jù)斜頂傾角4°，演算TP截面與TN截面的公共截面部分，確保存在垂直穿絲的通透空間。

（4）按照設計圖紙，在設備軟件中分別在TP面和TN面繪制出待切割的截面輪廓圖形。

（5）在設備的操作面板中選擇【上下異形】功能，輸入主程序高度和從程序高度。

（6）操作設備，在【上下異形】中按照圖紙尺寸輸入輪廓數(shù)據(jù)參數(shù)，生成設備識別的加工圖形。

（7）加工執(zhí)行前，調(diào)整慢走絲的M、A、O、SV、WT參數(shù)，生成數(shù)控加工程序。

（8）執(zhí)行慢走絲加工，隨時觀察切屑運動，注意斜孔料屑的掉落，微調(diào)設備運動，勿讓料屑的掉落將斜孔刮傷。

（9）利用銅絲的放電進行第二遍和第三遍的切割，控制水流、水壓及絲的張緊力，最終保證斜孔的光度要求。

（10）切割結束后取下動模鑲塊，使用草酸對鑲塊進行清理，做好表面的防銹及防護工作。

6 注射模注射成型參數(shù)的調(diào)試

注射模注射成型參數(shù)的調(diào)試如表1所示。

在注射成型過程中，通過不同的注射成型參數(shù)的調(diào)整，壓制的針絕緣體經(jīng)檢驗，尺寸數(shù)值、表面光度、強度要求均符合圖紙。模具在使用中，潛伏澆口及分流道的凝料在頂出時可以自然掉落。在斜頂桿的作用下，頂出后塑件從斜頂桿的表面分離，塑件亦可以自然掉落。如此便達到了模具在注塑機上的自動生產(chǎn)，省去了從模具上取件的時間和去澆口時間，提高了注射成型塑件的生產(chǎn)效率。

7 結語

（1）通過UG三維軟件對模具進行三維分模，直觀拆分出每個模具零件，確保分模的合理性，優(yōu)化了模具成型結構，保證圖紙的正確性，從設計源頭上就降低了錯誤的發(fā)生率，打下了高精度模具的基礎。

（2）充分利用了慢走絲高精度切割斜孔的功能，驗證了慢走絲加工斜孔的可行性，對精密斜孔加工具有一定指導意義。

（3）模具鑲塊均采用淬火工藝加工，材料硬度不低于50HRC，且成型表面均采取防腐蝕措施。

（4）模具的斜頂機構在運動中無卡滯現(xiàn)象，也無異常聲響，頂出可靠。