電器支架注射模具設(shè)計

摘 要：本文介紹了電器支架的注射模具設(shè)計，包括材料選擇、成型方案確定、注塑機(jī)及模架選擇、澆注系統(tǒng)設(shè)計等。通過詳細(xì)的計算和分析，確定了模具的結(jié)構(gòu)形式、工作尺寸、支撐與連接零件的設(shè)計與選擇。最終試模結(jié)果表明，生產(chǎn)的電器支架無毛刺、飛邊，質(zhì)量符合要求，為同類型模具設(shè)計提供了有益的參考。

關(guān)鍵詞：電器支架 塑料模設(shè)計 注射模

電器支架是一種用于支撐和固定電器設(shè)備的常用零件，根據(jù)具體用途、場合和材質(zhì)的不同，分為金屬電器支架和塑料電器支架。在日常生產(chǎn)生活中，使用范圍最廣，用量最大的是塑料電器支架。

塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)方法很多，最常見的有注射成型、擠出成型、壓縮成型、壓注成型、壓延成型和吹塑成型等方法，其中應(yīng)用最廣泛的是注射成型。注射成型在整個塑料制品生產(chǎn)行業(yè)中占有非常重要的地位，目前除了少數(shù)塑料外，幾乎所有塑料都可以采用注射成型進(jìn)行生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年注塑制品的產(chǎn)量約占整個塑料制品總產(chǎn)量的30%，其中塑料注射模具的數(shù)量又占所有塑料模具總量的50%，注塑成型技術(shù)在塑料行業(yè)中占有非常重要的地位[1]。我國模具總銷售額中塑料模具占比最大，約占45%[2]。

本文針對圖1和圖2所示的電器支架進(jìn)行注塑模具設(shè)計，該電器支架的要求如下：材料為ABS，其具有軸線方向互相垂直的孔。矩形腔內(nèi)有四個掛鉤，其精度要求較高為3級，兩端是固定部分，精度要求為5級，外觀要求平整、無飛邊、無熔接痕。根據(jù)產(chǎn)品零件圖，利用solidworks軟件構(gòu)件該支架的三維模型如圖2所示，為了便于理解支架的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該模型的上端面和右側(cè)面，采用透明顯示方式。

1 確定模具方案

第一種方案，該零件有38mm的型腔，而軸向截面積只是25×15mm2。若該腔采用軸向抽芯，會使模板厚度增加，導(dǎo)致側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)變復(fù)雜難以加工。第二種方案，若15×25×38mm（為了便于敘述，下文中單位為mm的一律省略）型腔用側(cè)型芯成型，兩端為軸向型芯成型。這樣大大簡化了型芯加工難度，但用斜導(dǎo)柱或著彎銷等實現(xiàn)比較困難，利用液壓抽芯可以解決這個困難，但同時也增加了成本。綜合考慮制造、效率和成本，選擇第二種方案，根據(jù)經(jīng)驗選擇ABS工藝參數(shù)如表1所示。

2 注塑設(shè)備的選擇

根據(jù)塑件的形狀估算其體積和重量，根據(jù)技術(shù)手冊[5]可查得ABS密度1.09g/cm3，塑件體積為4374mm3，重量為5.494g。該塑件的外形尺寸不大，精度要求不高，綜合考慮各種因素，包括模腔的合理布置，決定采用一模一件的結(jié)構(gòu)（即預(yù)選n=1）。所需注射量，注射機(jī)的額定注射量為VB，每次的注射量不超過它的80％，計算結(jié)果為39cm3，所需鎖模力，考慮到凝料的面積，塑件在合模方向上的投影面積為1286.07mm2，計算合模力為69.45kN，取70kN，考慮到采用側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)后模具的外形尺寸變大，結(jié)合計算結(jié)果，選用國產(chǎn)SZ100/630型注射機(jī)。

3 分型面選擇和澆注系統(tǒng)設(shè)計

3.1 分型面選擇

打開模具，取出塑件或澆注系統(tǒng)凝料的面稱之為分型面。模具設(shè)計中分型面的選擇很關(guān)鍵，它決定了模具結(jié)構(gòu)，受塑件的形狀、壁厚、外觀、尺寸精度及模具的型腔數(shù)目和澆口位置（及形式）等諸多因素的影響。

該塑件有四個掛鉤，需要用內(nèi)滑塊抽芯機(jī)構(gòu)；又因采用一模一件的形式，所以將內(nèi)滑塊抽芯機(jī)構(gòu)安排在水平分型面上，把塑件在動模板成型，即型腔在動模板上，分型面選擇在制件的一個側(cè)面，塑件的成型位置如圖3所示。

3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計

澆注系統(tǒng)的形狀如下面相關(guān)的圖4所示。分流道采用梯形分流道，容易加工且融體的熱量散發(fā)和流動阻力都不大?？紤]到制件比較薄，大部分壁厚為1mm，同時考慮到脫模和外觀的要求，采用潛伏式澆口，設(shè)計兩個澆口。由于分流道相對較長，模具型腔又比較復(fù)雜，所以設(shè)置分流道冷料穴，分冷料穴為延長分流道1-1.5B（B為分流道的寬度）而得。該塑件不大，可利用分型面的間隙和推桿與孔配合間隙處排氣，不需要另外設(shè)置排氣槽。

4 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計

如圖5所示本塑件采用一模一件結(jié)構(gòu)，每個制件設(shè)置四個頂桿。

4.1 脫模力計算

注射成型后，制品在模具內(nèi)的冷卻會對凸模產(chǎn)生包緊力。因此，頂出脫模時必須克服制品和凸模之間因包緊力而產(chǎn)生的磨擦。該塑件為薄壁塑件，又因塑件橫斷面為矩形環(huán)，由塑件的外形尺寸及ABS的工藝參數(shù)分別確定各參數(shù)值[5]最終計算出模腔的脫模力為10.61kN。

4.2 頂桿的結(jié)構(gòu)與尺寸

頂桿的材料采用T8A鋼，此塑件安排4個頂桿。假定推桿的長度為84mm，則頂桿的直徑為1.4mm，由于計算出來的頂桿直徑很小，同時頂桿的長度比較長，為了便于加工和保證頂桿的強(qiáng)度和剛度，取4mm；頂桿強(qiáng)度滿足要求。

4.3 復(fù)位機(jī)構(gòu)

采用彈簧先行復(fù)位機(jī)構(gòu)，導(dǎo)銷的具體尺寸及安裝形式如圖6所示。本模具采用彈簧復(fù)位。開模后，塑件隨動模移動一段距離到完全脫開（即完成抽芯動作）緊接著，在機(jī)動力的作用下，推桿向前移動，頂出塑件，彈簧收縮。在完全頂出之后，隨著彈簧伸展，滑塊凸模自動復(fù)位，等待下一次的開模。采用這種復(fù)位機(jī)構(gòu)的好處是，它可以避免與其他機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉，但彈簧力必須達(dá)到足夠大才行。

5 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計

由于本塑件大體為矩形管。為了簡化模具結(jié)構(gòu)，矩形管腔利用側(cè)型芯成型。開模時它垂直于脫模方向，阻礙成型后塑件從模具脫開，所以必須帶有側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。根據(jù)動力來源不同，側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)一般分為機(jī)動、液動（或氣動）以及手動等三大類型[5]。其中液壓抽芯機(jī)構(gòu)是指利用液壓油缸傳動，使側(cè)向分型的側(cè)型芯機(jī)構(gòu)抽出。其優(yōu)點是側(cè)向活動型芯的移動不受開模時間和頂出時間的影響，傳動平穩(wěn)，且可得到較大的抽拔力和抽拔距。

5.1 抽拔距與抽拔力的計算

抽拔距是指型芯從成型位置到不妨礙制品頂出脫模位置所移動的距離。為了安全起見，抽拔距通常比側(cè)孔的深度大2～3mm，計算結(jié)果為84～85mm取85mm，抽拔力4131.26N。

5.2 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計

如圖3凡是能夠獲得側(cè)向抽芯或側(cè)向分型以及復(fù)位動作的機(jī)構(gòu)泛稱為側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)，它是實現(xiàn)塑件脫模的裝置。本模具脫出塑件的運動情況如下：開模前首先完側(cè)向分型，然后開模頂出制件。閉模時，由彈性復(fù)位桿實現(xiàn)頂桿先復(fù)位后，液壓缸再推動側(cè)型芯復(fù)位。根據(jù)抽拔力的大小及安裝方式，查閱手冊[5]，該結(jié)構(gòu)選GYC63×500—f 經(jīng)計算工作壓力35000kN。

5.3 導(dǎo)柱的選擇

為了使側(cè)型芯在開合模時準(zhǔn)確，平穩(wěn)的進(jìn)入離開模具，需采用導(dǎo)柱導(dǎo)向。本案采用φ12的帶頭導(dǎo)柱。導(dǎo)柱直接和導(dǎo)柱孔配合（H7/f6的間隙配合）。

6 注射機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核

6.1 注射量的校核

本塑件采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，由上面的計算結(jié)果可得：V=VB=39.39cm3，則每次注射需要的塑料量為6.2cm3，因為注射機(jī)的最大注射量大于6.2cm3所以能滿足要求。

6.2 鎖模力與注射壓力的校核

鎖模力的校核，鎖模力F由F≥Pm×（nAs+Aj）公式校核[5]，計算結(jié)果為140MPa，其中As—塑件在分型面上的投影面積（cm2）；Aj—澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積；F—注射機(jī)額定的鎖模力（kN）。經(jīng)計算投影面積00mm2，鎖模力為112.11kNlt;250kN，則能滿足要求。注射機(jī)開模行程應(yīng)大于模具開模時取出塑件（包括澆注系統(tǒng)）所需的開模距[5]，即要滿足下式：Sk≥H1+H2+（5～10），其中：Sk注射機(jī)的行程（XS-Z-30注射機(jī)的Sk=160mm）；H1脫模距離（頂出距離），H1=31mm；H2塑件高度+澆注系統(tǒng)高度，H2=30+30=66mm；則H1+H2+10=101mm﹤160mm 能滿足要求。

7 成型零部件設(shè)計

7.1 成型零部件結(jié)構(gòu)形式

由于該塑件的外形尺寸不大，所以采用整體式凹模結(jié)構(gòu)，整體式凹模具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固可靠、不容易變形以及成形出來的制品表面不會帶有鑲拼接縫的溢料痕跡的優(yōu)點。使用整體式凹模有助于減少注射模中成型零部件的數(shù)量，并縮小整個模具的外形結(jié)構(gòu)尺寸。由于該塑件所需要的型芯尺寸不大，便于加工，為了使結(jié)構(gòu)可靠、提高型芯的強(qiáng)度，采用組合式型芯。

7.2 整體式矩形型腔

按強(qiáng)度校核[5]，當(dāng)a/Llt;0.41時，則有S=4.98mm。按剛度校核[5]S=1.72mm底板厚度按強(qiáng)度校核h=5.35mm；按剛度校核h=3.75mm經(jīng)比較凹模的尺寸能滿足以上要求。型芯強(qiáng)度和剛度校核，按強(qiáng)度校核r=22.75mm；按剛度校核r=16.02mm經(jīng)比較型芯的尺寸能滿足以上要求。

7.3 成型零部件的工作尺寸的計算

任何制品都有一定的尺寸要求，制品成型后的實際尺寸與基本尺寸之間的誤差叫做制品的尺寸偏差。引起制品產(chǎn)生尺寸偏差的原因很多，據(jù)目前的生產(chǎn)經(jīng)驗來說，主要的原因是來自塑件的收縮率、成型零部件的制造偏差及其在使用過程中的磨損等三方面。

生產(chǎn)中一般根據(jù)制品尺寸允許的公差（Δ）來確定成型零部件的制造偏差（z）及其磨損量（c），它們的關(guān)系是z＝Δ；

c＝Δ。利用平均收縮率來計算，平均收

縮率（Scp）是塑件的最大收縮率（Scpmax）與最小收縮率（Scpmin）的和的一半，即：Scp=（Scpmax＋Scpmin）/2。

凹模徑向尺寸：Lm1=15.790+0.273；Lm2=

77.590+0.173；Lm3=10.2030+0.666；Lm4=5.810+0.153；Lm5=1.740+0.14；Lm6=2.167-0.140；Lm7=4.270+0.153；Lm8=3.550+0.06。

凹模深度Hm=14.830+0.273側(cè)向型芯。如圖8側(cè)型芯長度hm1=38.10-0.06，滑塊工作高度Hm2=30.80-0.02，錐套型芯錐套頂端圓的尺寸Lm4=3.70-0.09，錐套頂端圓的高度：Hm3=1.20-0.09。

8 支承與連接零件的設(shè)計與選擇

注射模中的各種固定板、支承板、支承塊以及模座等均稱為支承零部件。將它們與合模機(jī)構(gòu)組裝，便可構(gòu)成注射模架。注射模架的作用就是用來安裝和固定注射模具中的各種功能結(jié)構(gòu)，因此在設(shè)計注射模時，必須保證各種支承零部件具有足夠的強(qiáng)度和剛度。

8.1 固定板

固定板在模具中起安裝和固定成型零部件、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)以及頂出脫模機(jī)構(gòu)等各種功能結(jié)構(gòu)的作用。固定板必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以避免在載荷作用下發(fā)生變形而導(dǎo)致與其有關(guān)的各種模具功能結(jié)構(gòu)的失效。各種固定板的強(qiáng)度和剛度主要由其厚度和材料來保證。型芯固定板和頂桿固頂板的具體結(jié)構(gòu)及尺寸結(jié)合模具的結(jié)構(gòu)從GB4169.6-84中選用標(biāo)準(zhǔn)件。

8.2 墊板板和墊塊

墊板用來墊在模具中的固定板后，對固定板上的各種模具零部件起支承作用；墊塊則墊靠在墊板與模座之間，從而可以形成頂出脫模機(jī)構(gòu)的運動空間。改變墊板或墊塊的厚度，可以調(diào)整模具的閉合高度，以保證閉合高度和開模行程與注射機(jī)的規(guī)格相匹配。該設(shè)計中，為了保證有足夠的空間來脫模，選用高度為63mm的墊塊，墊塊的其他尺寸則按GB4169.6-84中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)選用。

支承板用來支承固定板或其它與其有關(guān)的模具零部件時，需要與固定板進(jìn)行聯(lián)接。聯(lián)接時經(jīng)常采用圓銷柱面定位或螺栓緊固的方法，有時也可采用圓銷柱面定位、端部進(jìn)行鉚接的方法進(jìn)行緊固。該設(shè)計中，由于動模座板和型芯固定板之間的距離不是很長，為了加工方便，支承板的緊固采用4個Φ12的圓柱銷、4個M12的螺釘固定的方法。

在本次模具設(shè)計中，先分析了材料后，確定了成型方案，然后選擇了注塑機(jī)及模架，隨后設(shè)計澆注系統(tǒng)、合模導(dǎo)向系統(tǒng)、頂出脫模系統(tǒng)等成型零部件，計算型腔尺寸和選擇模具材料。通過試模發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)的電器支架無毛刺、飛邊質(zhì)量復(fù)合要求，本文為同類型模具設(shè)計提供有益的參考。

基金項目：本文得到江蘇省高職院校教師專業(yè)帶頭人高端研修項目資助，編號：2023GRFX066。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔喆.塑料注射模澆口數(shù)量優(yōu)化模型研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2009.

[2]我國模具行業(yè)現(xiàn)狀分析[J].現(xiàn)代制造，2020（01）：56.

[3]塑料模具手冊編委會編.塑料模具技術(shù)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

[4]唐志玉編.塑料擠塑模與塑料優(yōu)化設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[5]王愛陽.注塑模具設(shè)計[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2020.