谭晓波，艾勇，初光勇，刘福强



旋钮注塑模具设计与加工动态模拟

谭晓波1，艾勇2，初光勇1，刘福强1

（1.铜仁职业技术学院，贵州 铜仁 5 54300；2.四川南骏汽车集团有限公司，四川 资阳 641300）

分析了旋钮工艺性能，确定其分型面；对注塑机进行合理选型；根据聚乙烯材料的注塑特性，确定了注塑工艺过程中的温度、压力和时间等参数；结合注塑模具设计基本理论，完成了注塑模具的结构设计；通过三维建模软件Pro/E完成了注塑模具的参数化建模；基于3ds Max对模具注塑过程进行三维加工动态模拟。通过理论设计与计算机辅助设计相结合的方法，提高了模具的设计制造效率及准确性。

旋钮；注塑模具；机械设计；参数化建模；动态模拟

图1为某型号塑料旋钮，采用PE（聚乙烯）材料，要求有足够的强度和刚度、外形表面光滑、造型美观，且生产批量大。通过分析塑件的工艺和结构要求，对模具分型面、浇注系统、结构零部件、成型零部件、导向零部件和定位机构进行设计。通过计算机辅助设计软件对注塑模进行建模和加工动态模拟，提高了注塑模具设计制造的效率和准确性，降低了设计成本。

1 塑件的工艺分析

塑件的零件图如图2所示，该塑件有内螺纹（M8×0.75）和外螺纹（M27×1.5）各一处，塑件外部均匀分布有8个小半圆柱凸台。外螺纹和凸台采用拼合的螺纹型环成型的模具结构，内螺纹设计一螺纹型芯，利用机床的旋转运动或安装专门的原动元件进行脱模。由于该塑件结构复杂，所以采用一模一腔的设计。

图1 旋钮模型

图2 旋钮零件图

2 确定注塑成型工艺条件

零件采用PE塑料，属于结晶高聚物，其热变形温度为1.82 MPa下48 ℃、0.45 MPa下60～82 ℃，融化温度为110 ℃。该零件的注塑温度如表1所示。料筒温度应介于可塑态的流动温度和分解温度之间，即让塑料处于可塑状态下。喷嘴温度通常比料筒温度略低，以防止熔体在直通式喷嘴上可能发生的“流涎”，初步确定适当温度，通过对熔体的“对空注射”进行检查，再对喷嘴温度进行调整。模具温度一般通过冷却系统来控制，因此模具温度必须低于塑料的热变形温度。

表1 注塑温度

注塑压力是克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。注射压力的大小取决于塑料品种、注射机类型、模具结构、塑料壁厚和流程。PE塑料的注塑压力为100～120 MPa。

成型周期包括注射时间、保压时间、冷却时间，在整个成型周期中，注射时间和冷却时间最重要，对塑件的质量决定性作用。PE材料的成型时间如表2所示。

表2 成型时间

3 注塑模结构设计

熔融的塑料在模具型腔冷却凝固形成塑件，必须将模具型腔打开才能取出塑件，也就是必须将模具分成定模和动模两部分。在模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构[6]。分析此塑件，决定采用拼合的外螺纹型环成型该制件，把分型面放在平分制件的平面上（图3），利用侧向抽芯脱模机构脱模，把注塑成型后塑件留在内螺纹型芯上。

图3 旋钮分型面

注塑模具采用一模两腔，结构如图4所示。

1.定模板 2.弹簧 3.限位拉杆 4.楔形块 5.脱料板 6.斜导柱7拉料杆 8、25、26.螺钉 9.浇口套 10.垫圈 11.外螺纹型芯1 12.定模板 13.型芯 14.内螺纹型芯 15.推板导套 16.带头导柱 17.带头导套 18.动模板 19..动模支撑板 20.型芯固定板 21.推杆 22.推杆固定板 23.推板 24.动模座板 27.垫块 28.螺母 29.垫片 30.外螺纹型芯2

4 三维建模与动态加工模拟

基于三维建模软件Pro/E对注塑模各零部件进行建模并装配，装配模型如图5所示，开模装配图如图6所示。

图5 注塑模三维模型

图6 开模装配图

基于3ds max建立注塑模具的动态加工模型，并对其成型过程进行模拟，开模过程动态模拟效果如图7所示，模拟结果与理论相吻合。

图7 开模过程动态模拟

5 结论

设计出一套适用于旋钮注塑成型加工的注塑模具，模具结构简单、紧凑，满足使用要求。

通过计算机辅助设计软件完成了注塑模具的虚拟装配与加工过程的动态模拟，模拟工作过程与实际注塑成型过程吻合。通过计算机辅助设计的方法可以提高模具设计效率与准确度，缩短了模具设计与制造周期。

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[6]王正伦，王智祥. 基于Pro/E的筐壳类塑件注塑模具设计与制造[J]. 机械，2011，38（9）：34-38.

Design and Dynamic Simulation of Manufacturing Process of Injection Mold for Knob

TAN Xiaobo1，AI Yong2，CHU Guangyong1，LIU Fuqiang1

( 1.Tongren Polytechnic College, Tongren 554300, China;2.Sichuan Nanjun Automobile Group Co., Ltd., Ziyang 641300, China )

Analyzed the technological properties of the knob, and determined its parting surface; Selectedthe modelof injection molding machineappropriately; The parameters of temperature, pressure and time in the process of injection molding are determined basied on the injection properties of polyethylene.Completed the structural design of the injection moldon the basis oftheory of injection mold design. The 3D model of injection mold is established through the 3D modeling software Pro/E；At last,dynamic simulation of mold injection process based on 3DS Max. In this paper, the method of combining theoretical design with computer aided design is adopted. Improved the efficiency and accuracy of the design and manufacture of injection molding.

knob；injection mould；mechanical layout；parameterized modeling；dynamic simulation

TQ320.66

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.11.012

1006－0316 (2018) 11－0050－03

2018－02－22

铜仁市山地特色果蔬农业智能监测云平台研究（铜市科研[2016]17号-8）；基于labview的智能农业监测与灌溉系统研究（铜仁职院院级课题TRZY[2016]107号）；基于原始点按摩疗法的智能按摩设备研发（铜市科研[2017]61号）

谭晓波（1992－），男，四川简阳人，讲师，主要研究方向为机械设计与仿真。