模具設計與制造技術水平是反映一個國家制造業水平的重要標志。模具設計的成功與否也直接影響著模具制造與產品生產。模具設計在應用CAD/CAE技術的同時,更要重視創新設計的重要性,解決生產中面臨的各種技術性難題。筆者針對一種籠式箱座塑料件進行了注塑模具設計。

塑料件結構見圖1。該塑料件材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS),其牌號為HF380。塑料件總體上為四周柵欄式結構,頂部呈孔柵式結構,具有深孔特征,有卡扣結構和側孔,制品尺寸精度等級MT3。該塑料件結構細繁,特別是頂部結構給模具設計與制造及產品成型帶來困難。

由于制品具有深腔結構特征,需要對制品進行充分冷卻,特別是型芯部位。因此,本設計在型腔的上、下、四周及深腔內均設置了冷卻管道。應用Moldfiow MPI進行流動、冷卻、翹曲分析,冷卻系統設計方案及分析結果如圖2所示,翹曲分析結果如圖3所示。由圖2可知,冷卻水出入口處溫差為0.3℃,滿足成型工藝基本要求。由圖3可知,制品全局變形量為0.64mm,其中由收縮導致的變形量為0.638mm,由冷卻不均導致的變形量為0.09mm,由取向導致的變形量為0.1mm。變形量主要由收縮導致,可采用對模具尺寸加放收縮率的辦法來消除,以滿足制品尺寸精度要求。

由于制品的側向成型面積很大,模腔需要承受非常大的側向壓力,因此該模具定模板采用整體挖腔的形式,并保證了足夠的側面壁厚。支撐板下增加了支撐柱,以提高動模部分各模板的剛性。各模板及成型零件都采用了合適的結構尺寸,保證整體及局部剛性。動模板導向裝置B還承擔著推出時支撐動模板推板等組件質量的作用,以保證開模運動中動模部分的剛性。

觀察塑料件,整個型芯頂部都是布滿孔洞的成型面,其頂部背面的結構非常復雜,如圖6所示。如果采用整體型芯,會對成型零件的加工拋光帶來非常大的困難。既要布局推桿以推出制件,又要方便成型零件加工,如何解決該問題?筆者參照中國古代“無梁殿”式建筑的結構,創新設計出一種縱橫鎖扣式鑲拼結構,很好地解決了該難題。

如圖7所示。從型芯座底部看,型芯座底部非常簡潔,結構位置充裕,如圖8所不。

完成縱向型芯鑲件裝配后,再將橫向型芯鑲件扣入,如圖12所示,橫向型芯鑲件結構如圖13所示。橫向型芯鑲件,由于鑲件側面與型芯座溝槽壁的對齊限位,本身在縱向上位置已限定,同時將縱向鑲件的縱向自由度也限定住;橫向型芯鑲件扣入后其下部卡扣溝槽與縱向鑲件的卡扣凸臺形成扣搭配合,該扣搭配合的限位作用實現了橫向型芯鑲件裝配橫向自由度的限定。

在型芯座底部用螺釘將橫向型芯鑲件吊緊,這樣就完成了型芯鑲件的裝配,如圖14所示。用螺釘吊緊橫向鑲件將縱、橫向型芯鑲件的垂直自由度在型芯座內同時限定。至此,型芯座內組件裝配自由度全部限定。

進行了成型工藝分析,針對澆注系統、冷卻系統設計等提出了優化的工藝方案;進行注塑模具的詳細設計,合理地采用了順序分型、側向分型抽芯、二次推出等結構方案組合,實現了復雜制品的成型;創新設計了模具型芯部件的結構,通過采用縱橫鎖扣式鑲拼結構,巧妙解決了復雜型芯頭部結構設計問題,可供在具有類似結構塑料件的注塑模具設計中采用。