果汁机滤杯注塑模具设计*

郭辰光，尚泽民，李源，李威力（辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新 123000）



果汁机滤杯注塑模具设计*

郭辰光，尚泽民，李源，李威力
（辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新 123000）

摘要：介绍了一款侧壁镂空结构的小型果汁机滤杯注塑模具设计，应用UG NX软件构建滤杯实体模型，对其结构、注塑工艺进行了介绍，完成了滤杯浇注系统、冷却系统、脱模机构的设计与验算，利用抽芯及侧向拔模完成了果汁机滤杯的分型，所设计模具工作稳定，满足要求。

关键词：滤杯；分型面；注塑工艺；模具设计

随着生活质量的提高，果汁机已经越来越多地走入人们的生活，表面精度较高且结构复杂的滤杯是果汁机中的关键组成塑件。笔者介绍了一款整体壁厚较薄的侧壁多孔镂空滤杯注塑模具设计过程，完成了该模具分型组块的设计，详细介绍了模具分模、合模过程。应用三维建模软件对塑件结构进行建模分析，完成模具浇注系统、冷却系统、脱模机构的设计与校核，所设计模具能够满足批量自动化生产需求，滤杯塑件满足质量要求。

1 滤杯塑件结构与工艺性分析

果汁机滤杯结构较复杂，如图1所示。滤杯整体为套筒结构，其壁厚为2.5 mm。滤杯上部套筒直径为50 mm，高度为31 mm，外侧有7 mm宽的环形外延台肩。套筒沿35°锥面向下扩展，锥面大端直径为90.5 mm，高度为17 mm。滤杯中部为镂空柱面，沿壁面包含8个对称方孔洞，柱面高度为101 mm，方孔洞纵向垂直距离为40 mm，柱面中部均匀分布4个板状外延凸缘，外伸量达23 mm，厚度达3 mm。底部为圆弧过渡的滤杯杯口，其直径为136 mm。果汁机滤杯过渡结构均做圆角处理，要求塑件精度高，达到MT2级，表面光滑，粗糙度不超过3.2 µm，无毛刺、飞边、凹陷、花纹、熔接痕、气泡等不良缺陷。

图1 滤杯塑件结构图

鉴于此，选择中石油吉化集团生产的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS）为注塑材料，其密度为1.05 g/cm3。应用UG NX软件对果汁机滤杯进行三维实体建模，滤杯体积为87.84 cm3，其总体质量为92.2 g。采用一模一腔模具形式完成注塑，浇注系统所需注塑熔体体积为塑件体积的30%。故总注射体积为114.192 cm3，注塑材料总质量为120 g。通常，注塑模具的一次注射量应不大于注塑机额定注射量的80%，即注塑机的额定注射量应大于142.74 cm3，选用朗格LOG-110S8注塑机完成注塑，其相关参数如表1所示。

表1 注塑机参数

2 注塑模具结构设计

2.1 分型面选择

分型面的选取决定了注塑模具的整体结构形式，在模具设计过程中至关重要，通常将分型面放置于注塑件截面尺寸最大部位可实现模具顺利脱模。然而，滤杯塑件结构复杂，由于侧壁柱面方形孔洞的存在，将中部截面尺寸最大部位作为分型面一次脱模无法实现。因此，设计、加工可左右分离的左、右分型块完成分型，如图2所示为侧壁分型面及型芯。注塑过程中，由于分型面的面积大，依靠分型面进行模具排气。

图2 分型面与型芯

2.2 浇注系统设计

（1）主流道设计。

主流道尺寸参数直接影响模具注塑时ABS熔体的流速及充模时间，选用工具钢经热处理使其硬度达到HRC55。图3为浇口套结构参数设计，主流道锥度为3°，主流道球头半径为20 mm，流道长度为60 mm，浇口套圆锥孔直径为6.8 mm。

（2）分流道设计。

为了减少分流道中的压力损失和热量损失，设计分流道的截面形状为圆形截面。其截面直径与流经分流道的熔体质量及分流道长度有关，本设计中分流道截面直径为4.2 mm。为使经分流道注入型腔的熔体压力均衡，设计4条分流道且相邻分流道间夹角为90°。冷料穴用于容纳初入模具温度降比较大的液态塑料，避免低温料影响注射速度和塑件质量，冷料穴直径与主流道大径相同，长度为分流道的1～1.5倍，由于分流道短，且分流道终点开冷料穴容易带入空气泡，采用在带Z形钩头的拉料杆处设计冷料穴。

图3 浇口套结构参数设计

2.3 冷却系统设计

果汁机滤杯注塑模具每小时注射次数为60次，每次注射量0.12 kg，单位质量的ABS塑料在型腔内散发的热量为246.6 kJ，单位时间内塑料传给模具的热量为1 775.6 kJ/h。若冷却水换热效率为95%，则单位时间内冷却水带走热量Qw=1 686.8 kJ /h。单位时间内所需冷却水的体积qv由式（1）计算。其中冷却水的比热容c=4.2×103kJ/（kg·K），冷却水的密度ρ=1 000 kg/m3，冷却水的进出口温度差ΔT=1.5℃。计算得qv=4.462×10-3m3/ min，则冷却系统的水管直径为10 mm，最低流速为1.32 m/s，冷却管道环绕着塑件，且其进水口和出水口在凹模的一侧，总长为740 mm。冷却系统设计如图4所示。

图4 冷却系统

2.4 脱模机构设计

塑件对型芯的抱紧力Qc由式（2）计算。其中ABS的拉伸弹性模量E为1 950 MPa，平均收缩率为0.5%，塑件壁厚t为2.5 mm，果汁机滤杯脱模高度h为172 mm，脱模斜度修正系数Kf为0.44，塑件泊松比μ为0.3。计算得Qc=16 654.3 N。另外，型芯的横截面面积Ab为5 741.5 mm2，使封闭壳体脱模需克服的真空吸力Qb由式（3）计算为574.2 N。则脱模力Qe=Qc+Qb=17 228.5 N。

为了使成型零件留在动模一侧，故将推杆与拉料杆设计为一体结构，在节省材料的同时，减少零件上孔的加工制造成本，再者可使工件的强度有所增加。设计推杆圆形截面直径为18 mm，等截面长度为300 mm。推杆材料为淬火后的60Si2Mn钢，经校核推杆最大应力为65.447 MPa，远小于材料极限屈服强度，满足许用应力。

3 注塑模具工作原理

图5 模具结构图

注塑模具结构如图5所示。注塑机的移动板带动动模底座21向定模移动，定模上的凹模导向体对左、右分型块3，14产生向内合力，小分型组块8安装在定模板上，在运动过程中插入到两个分型块3，14中间，实现合模。注塑ABS熔料在注塑机螺杆的旋转剪切作用下，经定位圈10定位，将注塑熔体经浇口套11注射入模具型腔。ABS进入型腔后，仍处于熔融状态，在冷却的过程中会出现收缩，为了得到外形完整、质地致密的塑件，要给型腔一定压力从而保证熔融状态的塑料不断向收缩的位置补充熔料，最终型腔内的塑料熔体冷却固化定型。分型块导向体5带动分型块3，14向两侧打开，分型块3，14在导向块23的作用下沿直线向两侧运动，露出塑件，实现开模，拉料杆15将塑件留在动模一侧。动模继续向远离定模方向移动，注塑机的液压顶杆将推板定位，推杆和动模产生相对运动，推出成型塑件。再次复位、合模，模具锁紧，进行新的注塑操作。

4 结论

对果汁机滤杯注塑件进行结构及工艺性分析。选择左右分型块侧壁作为滤杯注塑模具分型面。完成浇注系统设计，设计主流道锥度为3°，主流道球头半径为20 mm，流道长度为60 mm；设计分流道截面为圆形，直径为4.2 mm；设计带Z形钩头的拉料杆完成冷料穴凝料的拉断与推出。设计冷却系统水管直径为10 mm，总长为740 mm。将推杆与拉料杆设计为一体结构，且脱模力为17 228.5 N。结合模具结构图，详细介绍了果汁机滤杯注塑件注塑模具工作过程，所设计的注塑模具工作稳定，注塑滤杯塑件表面光滑、无瑕疵，满足生产需求。

参 考 文 献

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联系人：郭辰光，讲师，从事先进制造技术研究

Design of Injection Mold for Fruit Juice Machine′ s Filter Cup

Guo Chenguang， Shang Zemin， Li Yuan， Li Weili
（College of Mechanical Engineering， Liaoning Technology University， Fuxin 123000， China）

Abstract：UG NX software was applied to complete the injection mold design of fruit juice machine′ s filter cup with lattice structure.Injection process and structure of plastic parts and the design calculation of gating system，cooling system and demolding mechanism were mainly introduced.Core-pulling and lateral draft were used to complete injection mold parting of filter cup.Results show that the mold can work stably satisfy the requirements.

Keywords：filter cup；parting surface；injection process；mold design

中图分类号：TQ320.662

文献标识码：A

文章编号：1001-3539（2016）01-0088-04

doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2016.01.020

收稿日期：2015-11-12

*辽宁省科技计划项目（20131043）