某型熨斗隔熱殼注塑模具設計

符書豪，楊 炫

(貴州航天天馬機電科技有限公司，貴州 遵義 563000)

1 緒論

注塑成型工藝指在一定溫度下將粘合成流體的彈性塑膠塑料在高速及高壓的條件下注入到注塑模具中成型的一種加工工藝[1]，由于其具有成型塑件尺寸小和精度高、可用于成型復雜不同類型的塑件及成型效率高等優點[2]，該技術已成為塑料加工成型的重要加工方法。

注塑模具是注塑成型工藝的重要工具，流體塑料被注射進模具中并在其中成型，不合理的模具將會導致塑件成型后出現各種缺陷，從而致使塑件報廢，進而增加成本[3-7]。熨斗隔熱殼是熨斗上的重要部件，在熨斗行業占有重要的地位，本研究以某型熨斗隔熱殼為研究對象，對其注塑模具進行設計，旨在解決成型合格率問題，為熨斗隔熱殼的生產制造提供一定的參考價值。

2 產品結構分析

圖1為熨斗隔熱殼產品的三維模型，該產品結構復雜，輪廓尺寸為190 mm×150 mm×55 mm，整體呈現凸起結構，正面及背面存在多處孔洞及卡扣，尾側存在凹陷結構，成型具有較大的難度。

圖1 產品三維模型

圖2為產品的壁厚分析圖，最大壁厚為4 mm，處于正面凸起與上平面連接處、尾部平面，平均壁厚為2 mm，產品材料為PP材質，要求生產出來的塑料產品表面平整光滑，沒有翹曲、皺折和裂紋等缺陷，同時要防止產生熔接痕。

圖2 產品壁厚分析

注塑模具的分型面一般設置在塑件的最大輪廓處，該產品的最大輪廓處于下底面，為簡化模具結構，將分型面設置在產品的最大輪廓上端，如圖3(a)所示，分型面上方為定模部分，下側為動模部分?？紤]到模具的整體尺寸以及生產效率，模具采用一模兩腔的結構形式，考慮到模具的溫度及熔料的壓力平衡，塑件呈中心對稱，布置結構如圖3(b)所示。

圖3 模具結構示意圖

3 模具結構設計

3.1 澆注系統的設計

注塑模澆注系統是指注射機噴嘴到型腔之間的進料通道，其中包括主流道、分流道、澆口和冷料穴。根據產品的結構，主流道選用澆口套式主流道，分流道選用圓形流道，澆口選用潛伏式澆口。

主流道長度L由模具結構決定，初選為156 mm，小端直徑d1一般比注射機噴嘴大1 mm左右，取3.5 mm，主流道拔模斜度為2°，則大端直徑d2為9 mm，尾端設置冷料穴，分流道直徑設置為8 mm。澆口選用推切式潛伏澆口，其中澆口直徑為1.5 mm，進澆角度為45°。

3.2 成型零件的設計

在注塑模中，凸模、凹模一般是分別裝在模具的定模、動模上。凸模是形成塑料件的內表面，凹模主要對塑料件的外輪廓成型，合模后，由凹、凸模一起形成模具型腔。凸模的徑向尺寸設計公式：

l=[(1+K)l1+3/4Δ]-δz

(1)

凸模的高度尺寸設計公式：

h=[(1+K)hs+2/3Δ]-δz

(2)

(3)

凹模的輪廓尺寸設計公式：

L=[L1(1+K)-3/4Δ]+δc

(4)

凹模深度尺寸計算公式：

H=[(1+K)Hs-2/3Δ]+δ

(5)

其中，hs—深度方向的公稱尺寸；l1—徑向公稱尺寸；Δ—尺寸公差；K—平均收縮率；δ—注塑模具磨損量；δz—注塑模具制造工差；L1—塑件的對應尺寸。

圖4 成型零件裝配示意圖

3.3 抽芯機構的設計

由于產品后側存在與開模方向不一致的凹槽及孔洞，故需設置抽芯機構成型此部位，抽芯機構采用斜銷抽芯機構。

首先需確定抽芯距離，抽芯距離一般要大于塑件側孔距離2～3 mm，本產品最大孔距為39 mm，抽芯距離S設計為42 mm。接著對抽芯力進行計算，抽芯力的計算公式為：

F=APμ1

(6)

式中，F為抽芯力(N)，A為包絡型芯的面積(mm3)，P為塑件收縮對型芯單位面積的正壓力(MPa)，μ1為摩擦系數。

測量A為4535.293 mm3，取μ1為0.2，P取10 MPa，則F為9071 N。斜銷的工作直徑的大小取決于斜銷所受彎曲力的大小。為方便計算，把斜銷所受最大彎曲力集中在抽芯力的幾何中心處，斜銷最小工作直徑的計算公式如下：

(7)

式中，d—斜銷工作直徑，mm；F—抽芯力，N；H—有效開模行程，m；[σ]w—抗彎強度，MPa，一般取300 MPa；α—斜銷斜角，°。

斜角取18°，計算得斜銷最小直徑為32.1 mm，取35 mm的斜銷，斜銷長度240 mm，采用滑塊抽芯，滑塊連接著型芯，并在斜銷的驅動下實現側分型動作。在設計滑塊時應考慮它的結構形式、導槽形式、楔緊及定位裝置等。設計的斜銷抽芯機構結構示意圖如圖5所示。

圖5 斜銷抽芯機構示意圖

3.4 推出復位機構的設計

本產品不存在旋轉結構，只需采用直線推出，推出距離取40 mm。推出元件采用推桿，由于推出面為斜面，所以在推桿的杯頭切去一部分圓弧，從而使得推桿固定在推桿固定板上不得旋轉，在塑件內底面均勻設置10支推桿，推桿直徑設置為8 mm，推桿長度按需取值。

復位機構多采用復位桿復位方式，它結構簡單、便于加工、動作可靠穩定，它與推出元件同時安裝在推桿固定板上，合模過程中，在定模板與分型面的作用下帶動推出機構進行復位。復位桿需均勻布置，本研究將復位桿均勻布置在推桿固定板四角，共計4支，截面直徑為30 mm，長度為207 mm。

3.5 冷卻系統的設計

冷卻系統能夠保證模具有一個比較合理的溫度場和加快塑件冷卻提高效率等優點，在中大型注塑模具中是不可欠缺的結構。本文采用水冷方式的冷卻系統，該方式具有冷卻效果好、成本低等優點，水道直徑通常設置為6～14 mm，本文選用6 mm，分別在定模鑲塊、動模鑲塊內部設計了冷卻水道。

4 模具整體結構及工作過程

4.1 模具整體結構

模具的整體裝配即將所有設計的各部分結構系統裝入到模架中，模架選用了大水口的二板模，采用UG三維軟件進行模具的整體裝配，設計完成的模具裝配圖如圖6所示，圖6(a)為動模部分的裝配圖，圖6(b)為定模部分的裝配圖。二維圖如圖7所示。

圖6 模具裝配圖

圖7 模具二維圖

4.2 工作過程

注塑模具可分為兩大部分，即定模部分及動模部分，定模部分主要由定模座板、定模板、定模鑲塊、斜導柱、導套、定位圈及澆口套組成，剩余部分則為動模部分，定模部分固定在注塑機的噴嘴位置，不能移動，而動模部分固定在注塑機的移動座上，可隨移動座進行移動，首先移動座帶動動模部分逐漸與定模部分合攏，其中推出機構逐漸復位，待模具完全合攏后，注塑機噴嘴將流體塑料噴入到模具中，帶塑件在型腔中完全凝固后，注塑機移動板又帶動動模部分開模，塑件由于張緊力會留在動模型腔內，接著推桿將塑件頂出，最后對模具進行清洗噴漆處理，進行下一循環。

5 結論

本研究以熨斗隔熱殼為研究對象，首先在充分分析其結構尺寸的基礎上，確定了注塑模具采用一模兩腔的型腔布局結構，然后對模具的澆注系統、成型零件、抽芯機構、推出機構及冷卻水道進行了設計計算，最后完成了模具的整體裝配及工作原理的闡述。本文設計的模具能夠有效地解決產品合格率的問題，對熨斗隔熱殼的生產制造具有一定的參考價值。