刘 波，黄 伟

（湖南国防工业职业技术学院 武器装备制造学院，湖南 湘潭 411207）

1 塑件分析

深筒形接收器护盖如图1所示，尺寸为MT3级要求，大批量生产。原材料为ABS，ABS是一种热塑性工程塑料，具有良好的成型性和加工性，成型的塑件表面粗糙度好，ABS的平均密度为1.05 g/cm³，平均收缩率为0.4%～0.7%，常用收缩率为0.5%[1]。塑件高度为151 mm，底部直径为φ107 mm，顶部直径为φ73 mm，属于深筒形结构。由于塑件用途的特殊性，塑件最大壁厚为5 mm，最小壁厚为3 mm，平均壁厚约为4 mm，没有特别厚或特别薄的位置，壁厚基本均匀，满足塑料成型工艺性要求。经UG NX软件测量体积为182.5 cm3，质量约为191.6 g，属于中小型塑件。

图1 护盖结构

2 分型面设计与脱模分析

分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，其与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，因此分型面的选择是注射模设计中的关键步骤[2,3]。

成型塑件的主分型面比较平整，如图2所示，塑件底部外侧有一处“¬”形悬空特征，为方便模具零件加工及考虑分型面整体平整性，在该处设计了一个枕位成型，使主分型面成为一个大平面。塑件内部有6处倒扣，需用图1所示3个方向上的内滑块完成抽芯。塑件整体分型面较好处理，分型面具体位置在图1中已用符号表示，模具设计难点在于如何处理3个抽芯机构、动模冷却通道和塑件推出方式三者的结构关系，后续设计过程中，需根据模具结构实际情况进行调整与优化。

图2 主分型面

3 成型零件设计

成型零件主要包括型腔板、型芯、镶件等，由于型腔板直接与高温高压的塑料熔体接触，成型零件的质量直接关系塑件的成型质量，要求其具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性，以承受塑料熔体的挤压力与流动时的摩擦力。成型零件应具有足够的精度和适当的表面粗糙度，以保证成型塑件表面光亮、容易脱模[4]。一般成型零件都应进行热处理或预硬化处理，使其具有30 HRC以上的硬度。

3.1 型腔板镶件结构设计

塑件属于深腔类，注射时熔体与型腔壁摩擦较大，为延长模具使用寿命及便于模具零件加工，将型腔板结构设计成整体嵌入式[5]。塑件底部直径为φ107 mm，塑件整体形状属于类锥形，外侧形状不复杂，无特殊结构，型腔板尺寸在塑件尺寸基础上单边扩大约27 mm。尺寸取整后，型腔板镶件设计如图3所示，外形尺寸为160 mm×160 mm×175 mm，嵌入定模板后，用螺钉固定。

图3 型腔板镶件结构

3.2 型芯镶件结构设计

为节省材料、减少模具零件加工量，型芯设计成图4所示的整体嵌入式结构。底部在分型面位置向下延伸20 mm，用于型芯与推板镶件配合。型芯镶件固定部分设计为145 mm×145 mm×20 mm方形结构，方便型芯定位和螺钉紧固。

图4 型芯镶件结构

4 模具设计

4.1 浇注系统设计

模具为1模1腔结构，浇口设置在待成型塑件顶部凹面中心位置处。根据塑件要求，不允许在外表面留有明显的浇口痕迹，该模具选用点浇口进浇。点浇口的优点是浇口痕迹小，开模时浇注系统凝料自动与塑件分离，后期不必去除浇注系统凝料。浇口直径一般为φ0.8～1.5 mm，长度为0.8～1.2 mm。为便于浇口与塑件较好地分离，浇口应设计成15°～20°锥角。

浇注系统具体结构及尺寸如图5所示，为确保开模时浇注系统凝料与成型塑件自动分离，设计了长130 mm的一级分流道，用于放置2根拉料杆，以便开模时拉料杆拉住浇注系统凝料让其与成型塑件自动断开。二级分流道穿过定模板和型腔板镶件，为避免加工和装配误差导致错位，而造成流道凝料无法脱模，二级分流道设计了图5所示的单边0.2 mm段差。

图5 浇注系统

4.2 内抽芯结构设计

塑件内部周向均布6处倒扣，经测量内侧凸出倒扣最大距离为5 mm。一般情况对于塑件内侧面存在凹槽或凸起结构，优先考虑使用斜推结构抽芯，但该塑件顶部空间较小会导致斜推结构推出时相互碰撞干涉；另外，塑件顶部为凹形曲面会导致斜推杆结构侧移时损坏成型的塑件，需将斜推杆座底部设计一定斜度。经分析，该塑件不宜用斜推杆结构的方式内抽芯。

根据塑件特点，设计为整体式内滑块抽芯机构，斜导柱倾角初步设计为15°，考虑滑块斜面的锁紧角度β（楔紧块角度）应比斜导柱倾斜角α大2°～3°，将楔紧块角度设计为 18°[6]。一般抽芯距离=塑件侧向凹凸深度+安全距离=5 mm+（2～5）mm=（7～10）mm，测量滑块主体斜导柱孔位置高度为40 mm。在UG软件中绘制草图，测量斜导柱可提供抽芯距离为7.8 mm＞7 mm，由此可知斜导柱角度和滑块斜导柱孔垂直高度满足抽芯距离要求。

内滑块定位设计，开模过程中，内滑块在斜导柱的带动下运动一段距离，当斜导柱离开滑块后，滑块必须保持原位，以保证合模时斜导柱能进入滑块的斜孔中，使其准确回位。该滑块较小、抽芯距离较长，采用玻珠螺钉对内滑块进行定位。根据以上分析与计算，设计了图6所示的内滑块抽芯机构。

图6 内滑块抽芯机构

4.3 推出结构设计

由于成型塑件中间有3个内滑块，还有喷管式冷却水道，占据了较大空间，没有布置推杆的位置。塑件属于深筒形，包紧力较大，为保证塑件推出不变形、脱模平稳，且有足够大的推出力，模具设计为图7所示的推板镶件推出。为减少推出过程中推板与型芯的磨损，推板与型芯的配合面设计为锥面，锥面斜度α取3°，锥面还可以起到辅助导向作用。将推板镶件内孔设计成比型芯成型部分单边大0.3 mm，防止推板镶件与型芯之间出现擦伤、磨花和卡死等现象。

图7 推板镶件结构

4.4 定距分型机构设计

保证模具的开模顺序和开模距离的结构叫定距分型机构。定距分型机构有多种，主要分为内置式定距分型机构和外置式定距分型机构2种。经测量分析，模具内部空间结构较大，模具设计为图8所示的内置式小拉杆定距分型机构。小拉杆1限制定距分型机构中脱料板和定模板之间开模距离，脱料板和定模板打开的距离=流道凝料总高度+30 mm=50 mm+30 mm=80 mm；脱料板3和定模座板5打开的距离一般为6～10 mm。其主要工作原理：在弹簧4、拉模扣和拉料杆的作用下，模具首先在脱料板3和定模板2打开，使流道凝料与成型塑件分离；其次是脱料板和定模座板打开，拉料杆被脱料板从流道凝料中强行脱出，流道凝料在重力和振动的作用下自动脱落；注塑机滑块带动动模板继续后移，拉模扣从定模板2中拉出，模具在定模板和动模板之间打开，最后推出装置将成型塑件推出。

图8 内置式小拉杆定距分型机构

4.5 冷却系统设计

冷却系统设计应能使模具快速、均匀冷却及便于加工，并尽量保证模具热平衡，使塑件收缩均匀。模具属于深腔类结构，型芯镶件较高，型芯内部设计了3个内滑块，用于设计冷却通道的空间不大，不能进行常规的冷却通道设计。为使模具充分冷却，经分析考虑，将动模冷却系统设计为图9所示的3条内径为φ6 mm的喷管式冷却水道。喷管式冷却设计时应注意水管顶部不能离型腔壁太近，一般大于12 mm，以免影响模具强度。

图9 动模冷却系统

为保证型腔板能充分冷却，定模沿型腔深度方向布置3层平面回路式冷却水道，冷却方式设计如图10所示。冷却水道直径设计为φ8 mm，由于入水口和出水口均在型腔板镶件侧壁，不便安装防水圈，选用加长型内接水接头。

图10 定模冷却系统

4.6 排气系统设计

塑件属于深筒形，最容易困气的位置在熔体流动的末端，即成型塑件底部，在推板镶件上设计了8处排气槽，如图11所示。在靠近型腔部分设计深度为0.03 mm，长度为7 mm的一级排气槽，在一级排气槽后设计了二级排气槽，将排气槽加深至0.5 mm，保证气体排出通畅。

图11 排气槽结构

4.7 模具结构与工作过程

模具结构如图12所示，模具合模时，由凸、凹形边锁21、22保证模具的合模精度。注塑机喷嘴通过浇口套18向模具型腔内注射熔体，经保压、成型后，模具开模，由于拉模扣33锁住定模板11和动模板7，在弹簧41的作用下，模具首先在PL1分型面打开，定模板11和动模部分向后移动，浇口凝料被拉断。在拉料杆17的作用下，分流道凝料留在脱料板14侧，当定模板11和动模部分移动一定距离后，固定在定模座板上的限位拉杆42与定模板11沉孔接触，PL1分型结束。限位拉杆42继续带动脱料板14，在PL2分型面打开，脱料板14推出分流道和主流道凝料，此时定模板和动模部分分离，脱离拉模扣33，在PL3分型面打开。斜导柱27带动整体式内滑块26向模具内侧滑动，PL3分型面打开约40 mm后，3个内滑块完成抽芯动作并到达安全距离位置，由玻珠螺钉25对整体式内滑块26进行限位。动模继续后移，当注塑机顶杆接触推板后，推出机构开始工作，塑件被推板镶件10推出。取出塑件和浇注系统凝料，完成一次注射成型过程。

图12 模具结构

5 结束语

结合塑件成型难点问题，设计了内滑块抽芯+喷管冷却+推板镶件推出的三板式模具结构。通过生产实践证明，模具结构运行可靠，冷却均匀，未出现成型塑件变形缩痕等现象，推出平稳，批量生产的塑件成型质量良好，对同类塑件的模具设计具有参考作用。