一种具有复杂型芯头部结构的注塑模具设计

模具设计与制造技术水平是反映一个国家制造业水平的重要标志。模具设计的成功与否也直接影响着模具制造与产品生产。模具设计在应用CAD/CAE技术的同时,更要重视创新设计的重要性,解决生产中面临的各种技术性难题。笔者针对一种笼式箱座塑料件进行了注塑模具设计。

塑料件结构见图1。该塑料件材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS),其牌号为HF380。塑料件总体上为四周栅栏式结构,顶部呈孔栅式结构,具有深孔特征,有卡扣结构和侧孔,制品尺寸精度等级MT3。该塑料件结构细繁,特别是顶部结构给模具设计与制造及产品成型带来困难。

由于制品具有深腔结构特征,需要对制品进行充分冷却,特别是型芯部位。因此,本设计在型腔的上、下、四周及深腔内均设置了冷却管道。应用Moldfiow MPI进行流动、冷却、翘曲分析,冷却系统设计方案及分析结果如图2所示,翘曲分析结果如图3所示。由图2可知,冷却水出入口处温差为0.3℃,满足成型工艺基本要求。由图3可知,制品全局变形量为0.64mm,其中由收缩导致的变形量为0.638mm,由冷却不均导致的变形量为0.09mm,由取向导致的变形量为0.1mm。变形量主要由收缩导致,可采用对模具尺寸加放收缩率的办法来消除,以满足制品尺寸精度要求。

由于制品的侧向成型面积很大,模腔需要承受非常大的侧向压力,因此该模具定模板采用整体挖腔的形式,并保证了足够的侧面壁厚。支撑板下增加了支撑柱,以提高动模部分各模板的刚性。各模板及成型零件都采用了合适的结构尺寸,保证整体及局部刚性。动模板导向装置B还承担着推出时支撑动模板推板等组件质量的作用,以保证开模运动中动模部分的刚性。

观察塑料件,整个型芯顶部都是布满孔洞的成型面,其顶部背面的结构非常复杂,如图6所示。如果采用整体型芯,会对成型零件的加工抛光带来非常大的困难。既要布局推杆以推出制件,又要方便成型零件加工,如何解决该问题?笔者参照中国古代“无梁殿”式建筑的结构,创新设计出一种纵横锁扣式镶拼结构,很好地解决了该难题。

如图7所示。从型芯座底部看,型芯座底部非常简洁,结构位置充裕,如图8所不。

完成纵向型芯镶件装配后,再将横向型芯镶件扣入,如图12所示,横向型芯镶件结构如图13所示。横向型芯镶件,由于镶件侧面与型芯座沟槽壁的对齐限位,本身在纵向上位置已限定,同时将纵向镶件的纵向自由度也限定住;横向型芯镶件扣入后其下部卡扣沟槽与纵向镶件的卡扣凸台形成扣搭配合,该扣搭配合的限位作用实现了横向型芯镶件装配横向自由度的限定。

在型芯座底部用螺钉将横向型芯镶件吊紧,这样就完成了型芯镶件的装配,如图14所示。用螺钉吊紧横向镶件将纵、横向型芯镶件的垂直自由度在型芯座内同时限定。至此,型芯座内组件装配自由度全部限定。

进行了成型工艺分析,针对浇注系统、冷却系统设计等提出了优化的工艺方案;进行注塑模具的详细设计,合理地采用了顺序分型、侧向分型抽芯、二次推出等结构方案组合,实现了复杂制品的成型;创新设计了模具型芯部件的结构,通过采用纵横锁扣式镶拼结构,巧妙解决了复杂型芯头部结构设计问题,可供在具有类似结构塑料件的注塑模具设计中采用。