轴形零件的模具优化设计

摘要：通过对轴形零件的应用及材料分析，选择注塑成型的最佳模具结构，从分型面的选择、进料系统、冷却系统、脱模机构等方面进行分析，完成轴形零件的模具优化设计。

关键词：轴形零件；模具；注塑

轴形零件是现代工业常见的重要零件，尤其在汽车等高科技行业，利用高强度塑胶材料，制作出具有高性能、低质量的轴系列产品，对产业推广、成本降低及性能提升，有着重要的作用。轴形产品最重要的要求，是零件的强度及真圆度，为了防止产品收缩引起变形，圆失真等问题，将模具的进胶系统作了优化，从两侧进胶，保持产品进胶平衡。同时，冷却系统加装冷却棒，超常规厚度的产品侧壁能充分冷却，避免后收缩引起的变形。

1.PA6+30%GF材料特点

PA6是热固型塑料，该材料具有最优越的综合性能，包括机械强度、刚度、韧度、机械减震性和耐磨性。这些特性，再加上良好的电绝缘能力和耐化学性，使 尼龙6 成为一种“通用级”材料，用于机械结构零件和可维护零件的制造。该材料吸湿性强，成型温度变动范围小，必须严格控制成型时的原料温度；成型时烘干温度，一般设定为预热到80～100 度，预热时间为 6～8小时；注塑螺杆温度：230～290℃。

2.模具设计

2.1分型面选择及注意事项

分型面是指模具打开，取出成型注塑件和料头的分界线或接触表面。通常来说，一个模具一般会有一个或两个以上的分型面，分型面有垂直于合模方向，也有平行于合模方向的，当然，也有的是与合模方向平行或成一定角度的，针对轴形零件的结构特性，我们选择与合模方向垂直的分型面，保留部分特征在母模，主体轴形部位由后模成型，其他倒扣结构部位的分型面，通过两块或多块滑块成型。

2.2型腔的数量及排位

对于轴形高精度产品，由于产品尺寸精度要求较高，各型腔的成型条件难以控制完全一致，故通常推荐型腔数目不超过4个，综合模具制造成本、制造难度和生产效率的综合考虑，型腔数目初定为 4 腔，排布形式为直线形的平衡布局。

2.3进料结构的设计

2.3.1主流道设计

主流道是将原料通过注射机喷嘴，传送到模具分流道的重要结构，通常和注射机灌嘴在同一轴线上，截面为圆形，带有一定的锥度，设计重点有：

（1）主流道主体锥度，设定 α=5o～9o，内壁粗糙度为 Ra0.4μm。通过EDM镜面放电，达到精确控制。

（2）主流道大端一般设计为圆角，半径 r=2～4mm，以减小塑胶原料由主流道向各模穴间转移时的阻力。

（3）主流道长度，考虑到制作成本，主流道一般设计越短越好，一般控制在50mm以内，主流道太长，会影响注塑走料的速度，同时会延长冷却时间和整个成型周期，使生产成长变高。

2.3.2冷料井的设计

冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中 拉出。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。冷料穴的形式有三种：一种是与推杆匹配的冷料穴；二种是与拉料杆匹配的冷料穴；三 种是无拉料杆的冷料穴。

2.3.3分流道的设计

分流道就是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。

①分流道的截面形状：通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U 形和六角形等。为了减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，我们这里就选用圆形分流道，因为圆形截面分流道的效率是分流道中效率最高的。

②分流道的尺寸：因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径。

③分流道的布置：分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置形式分平衡式与非平衡式两类，这里我们选用的是平衡式的布置方法。

④分流道与浇口的连接：分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及充填。

3.导向机构的设计

为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。导向机构的形式主要有导柱导向和锥面定位两种，我们这里选取导柱导向机构。

4.脱模机构的设计

因产品的几何形状及型腔结构等的不同，所用推杆的截面形状也不尽相同，常用推杆的截面形状为圆形。推杆可分为普通推杆与成型推杆两种，我们这里选用普通推杆。

5.冷却结构的优化

传统模具的冷却，一般采用直通模仁形式，或者通过模架循环，第一种方式针对简单结构较为可行，但对于本产品不适用，产品内部较深，无法彻底冷却，会导致产品收缩变形，无法达到外观及工艺要求。后一种方式，要求模具本身较大，且有足够的水路内径，供水路有效工作，所以针对此类型产品同样无法适用。所以，经过认真分析及研究，确定采用冷却棒的复合形式，使产品均匀冷却。

在上述机加工的精度保证的前提下，产品直径尺寸及真圆度尺寸，均验证合格，尺寸变动可以控制在0.02mm范围以内。有效提升了产品的应用等级，符合精密设计及精确组装的生产要求。

参考文献：

[1]刘昌祺.塑料模具设计[M].北京：机械工业出版社，1998.10.

[2]孙玲.注塑成型工艺与模具设计[M].北京：清华大学出版社，2008.

[3]翁其金.塑料模具成型技术[M].北京：机械工业出版社，2001.

作者简介：

管正跃（1981-），男，籍贯：江苏盐城，职称：工程师；学历：本科；主要研究方向：机械设计及制造。

李唯霞（1979-），女，籍贯：江苏苏州，职称：工程师；学历：本科；主要研究方向：机械制造及质量控制。