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    馬桶支架注射模設計

    【摘要】 利用MoldFlow軟件對馬桶支架進行了成型工藝分析,確定了最佳澆口位置。介紹了馬桶支架注射模的設計流程,重點分析了塑件分型面的確定、側抽芯機構的設計、澆注系統的設計和先復位機構的設計。


     

    引言

    注射模的復雜程度主要取決于其是否存在抽芯機構和抽芯的數量。復雜的塑料模具每增加一個抽芯機構,其制造周期和成本將增長30%左右。因此塑件設計時,應盡量避免側向抽芯結構。圖1塑件為某名牌馬桶支架,該塑件屬于中小型塑件,在日常生活中有著廣泛的應用。馬桶支架側抽部位多且尺寸較小等成型特點,不可避免需要多個側抽芯機構。本文對馬桶支架塑件進行了模具設計,在滿足塑件結構和精度的要求下,簡化模具結構,降低模具制造成本。

     


     

    塑件分析

    馬桶支架塑件的材料為ABS,收縮率為0.5%,塑件的體積為56.267cm3。塑件屬于長條形塑件,其外形尺寸為210×40mm,塑件的四周有3個方向需要側抽機構,因此該塑料模具復雜的抽芯機構。

     

    成型工藝條件的確定

    MoldFlow分析是一種利用計算機技術模擬注射成型全過程,通過對熔體在模具中的流動行為進行的模擬分析,可以預測和顯示熔體流動前沿的推進方式、填充過程中的壓力和熔接痕的位置等,針對ABS塑件的成型特點,借助MoldFlow軟件,合理設計模具系統和澆口位置,對塑件進行充填、流動、翹曲分析,從而避免一些潛在的問題,得到最優工藝參數組合,提高試模的一次成功率。

    塑件為中心對稱結構,澆口一般置于中心位置,考慮到注射實際情況和塑件的結構,將澆口位置設在圖2所示的深色區域,以保證注射過程的熔體流動的平衡性。由圖2可以看出,塑件的成型時間為1.336s,塑件熔接痕的長度較短,數量也較少,主要集中在塑件的內表面及不重要表面,對外觀無影響。因此澆口設置是符合塑件要求。

     圖2 MoldFlow分析


     

    模具結構設計要點

    4.1  分型面的確定

    分型面確定需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置形狀、推出方法、模具制造、排氣、操作工藝等多方面因素的影響,因此在選擇分型面時應綜合分析比較,從幾種方案中優選出較為合理的方案。選擇分型面時,為保證塑件能順利地從型腔中脫出且便于模具加工,需考慮分型面的選擇原則。該塑件馬桶支架,帶有孔、凸起,成型時需采用側抽芯機構,從塑件的外形最大輪廓來看有3種成型方案。如圖3所示,該塑件有以下3種分型面的設計方式。方案A:分型線在下表面不會影響外觀,而且推出方便。方案B、方案C:這樣分型面的分型線會影響塑件的美觀。綜合以上,分型面的確定選方案A。 

     
    4.2  型腔數目及排布方式的確定

    對該塑件的結構進行分析可知該塑件需要側抽,若采用1模1腔,則存在著注射壓力不平衡且不經濟的現象。如果設計成1模多腔,不僅由于塑件自身抽芯方向無法實現,而且1模多腔會使所選的模具尺寸變大。從塑件的復雜程度、對稱性、注射壓力的平衡和生產效益的角度考慮,該塑件的模具應設計成1模兩腔,型腔的布局成對稱排位。

    4.3  澆注系統

    注射模的澆注系統通常是由主流道、分流道、澆口、冷料穴、排氣系統等部分組成。

    由于馬桶支架內部架構復雜,內壁卡槽支架屬于薄壁件,且加強筋較多,溶體流動的阻力較大,塑件表面對尺寸和表面質量要求高,表面不能用熔接痕等注射缺陷存在,結合MoldFlow分析,模具采用側澆口澆注系統。

    4.4  成型零件設計

    根據塑件的排位,本模具采用一模兩腔的結構形式,型腔較大,為了保證模具的剛度,并且以便日后的修模,該模具采用整體嵌入式,分為動定模兩塊鑲塊。

    4.5  抽芯機構設計

    根據馬桶支架的結構和型腔的布局狀況上看,該塑件需要3個方向的抽芯,上表面兩側兩個方向的兩個較大圓孔及4個盲孔的型芯抽芯,另一個方向是下表面的6個位置的抽芯。側抽部位分別如圖4所示。圓形通孔由于抽芯方向和分模方向不同,故進行需考慮采用特殊抽芯結構。


     

    對于塑件上表面的兩圓孔及4個盲孔抽芯距為31mm,可以用斜導柱進行抽芯。為考慮側型芯的加工方便,故將圓孔和盲孔都設計成單獨部分。如圖5所示,用緊固件將其固定于側滑塊上。兩個圓孔側抽和盲孔都是裝配機構的,是單獨加工的,圓孔用M3mm內六角螺釘固定在側滑塊上,再打上止轉銷釘保證位置的準確性。而兩個盲孔,考慮其尺寸較小的緣故,故采用臺階固定在滑塊上,再用M8mm開槽錐端緊定螺釘鎖緊。斜導柱的側向分型機構工作時,側滑塊在一定精度要求的導滑槽內側一定的方向做往復運動。該模具由于位置限制,導滑槽將設計成T型,T型導滑槽安裝在鑲塊和動模板上。


     

    由塑件可以看出,下表面六處側抽型芯的尺寸都極小。為保證其型芯的強度和剛度,故在設計中,將側抽部分的型芯做成整體,并依次把靠近的兩處抽芯歸為一整體,這樣設計即簡化了滑塊的結構,也簡化了模具的結構。

    4.6  推出機構設計

    該塑件的模具設計中,采用推桿推出。推桿的布局如圖6所示,其中根據頂出位置確定圖中黑色圈標識的為扁形推桿,灰色圈標識的為圓形推桿,皆設計成臺階形的有托頂針。


     

    從推桿的布局上看出,在俯視圖上,塑件上表面圓孔的型芯位置與推桿的投影有重合部分,也就是可能出現干涉現象。為使推桿和型芯在復位時不產生干涉現象,應設先復位機構。本次設計中采用的先復位機構如圖7所示,在模具開模時,滾珠離開凹槽,帶動中心桿平順滑動,完成開模;在合模時,滾珠帶動中心桿逐漸合模,直至滾珠滑進凹槽內,與此同時,中心桿套筒推動推板完成推桿先完成復位的動作,避免型芯復位過程中與推桿的碰撞,即干涉現象。先復位機構的有效長度要通過模具自身設計改變長度,即有效長度L要>側型芯滑塊滑動的距離。

    模具結構及工作過程

    圖8為馬桶支架的模具總裝圖。本副模具在的工作過程敘述如下:該模具為單分型面注射模結構,由定模和動模兩大部分組成,定模安裝在注塑機固定模板上,動模安裝在注塑機移動模板上。注射時,動模、定模閉合構成型腔和澆注系統,注塑機料筒中的塑料經過加熱熔融塑化成為粘流態熔體,在注塑機螺桿的高壓推動下,以很大的流速通過噴嘴注入模具型腔,經過保壓、冷卻定型后形成模具型腔所賦予的形狀;開模時,動定模分離的同時,斜導柱24、33、47帶動滑塊滑動離開塑件,完成側抽芯。動定模分離到位后,頂桿51、52、53、54、55頂出塑件,完成塑件的脫模。 合模時,由先復位機構9帶動頂桿完成先復位,避免側型芯和頂桿發生干涉,當頂桿復位完成后,斜導柱47才帶動側型芯復位完成動定模合模。此時注塑機再次進行注射,而模具也是再次開、合模進行工作,即模具是不斷進行開合模循環過程。



     

    總結

    對于馬桶支架注射模的設計,其主要難度在于塑件屬于長條形,充模過程容易造成翹曲變形、填充不足、熔接痕等缺陷。作者利用了MoldFlow分析,結合ABS材料的成型特點,根據塑件的形狀分析出塑件最佳成型方案。本文著重說明一般塑料模具的設計流程,其中一些機構的設計既是重點也是難點,包括分型面的確定、側抽芯機構的設計、澆注系統的設計、先復位機構的設計等。

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