一模六十四腔滴头注塑模设计及试模分析

孙贵斌　夏尚飞　李坤淑　陈军　纪兴华

摘要扁平滴头体积小、用量大，需要一模多腔模具生产。介绍了一模六十四腔扁平滴头的模具设计及试模，利用CimatronE软件对塑料件的体积、质量及结构进行了分析和设计，既保证了模具的设计效率，又提高了生产精度。对扁平滴头的分模、浇注系统、冷却系统、顶出系统等进行了详细设计，同时进行了试模生产，对试模产品进行了检测和分析， 结果100%合格， 可以根据检测结果优化产品。该研究对类似产品的一模多腔设计有较高的借鉴意义。

关键词扁平滴头；一模六十四腔；注塑模设计

中图分类号S277.9；TQ320.66文献标识码

A文章编号0517-6611（2017）33-0218-03

Design of Dripper Injection Mold with 64Cavity and Mould Trial

SUN Guibin1，XIA Shangfei2，LI Kunshu1 et al

（1.Laiwu Vocational and Technical College，Laiwu，Shandong 271100；2.Zaozhuang Vocational College， Zaozhuang，Shandong 277800）

AbstractDripper is a production with large production demand and small size ，The product need molds with multicavity.The mould design ofA 64cavity mold flat dripper and test mode，using CimatronE software to the plastic parts of the size，quality and structure are analyzed and designed，which ensure the efficiency of mold design，and improve the accuracy of production.On the flat dripper parting，gating system，cooling system，ejector system to carry out the detailed design and test mode of production，the mold product was measured and analyzed.Results 100% qualified，the detection results can optimize the product.The studies are of high reference significance to the first mock exam of similar products to the design of multi cavity.

Key wordsFlat dripper；A 64cavity mold；Injection mold design

塑料滴头是我国节水灌溉中的重要设备，应用量很大[1-3]。为了降低成本、提高生产效率，小型塑件往往采取一模多腔的注塑形式[4]。但是实际在注射成型时会造成多型腔塑件合格率不佳等问题[5-6]，特别是达到了几十腔的时候（生产现状）。在此，笔者论述了一模六十四腔扁平滴头的模具设计及试模生产情况。

1产品介绍

直列扁平滴头镶在管带内壁上，形成内镶式扁平滴头滴灌带，广泛应用于节水灌溉工程中，其特点有：滴头有自过滤窗，抗堵塞性能好。采用迷宫式流道，具有一定的压力补偿作用等特点。

图1 所示为内镶式扁平滴头的三维视图。该塑料件材料为LDPE，塑料内表面要求光滑，外观平整美观，安装方便，重量轻；上端外沿不允许有冷口伤痕。目前国内节水灌溉的面积较大[1]，所以滴头的用量很大，一模多腔可以在一个注塑循环中生产多个工件，提高效率，而且滴头零件小，现在的注塑机较大。因此需要设计一模多腔的滴头模具。

2塑料件的工艺分析

2.1塑料件的尺寸精度分析

按GB/T19812.2—2005的要求，塑件的尺寸MT 精度要求未标注公差，按塑件公差等级（GB/T 14486—1993） 选取一般精度要求MT3[7]。

2.2塑料件的使用性能分析

扁平滴头的使用性能要求主要包括出水稳定而均匀、结构简单、抗堵塞性好、坚固耐用，而且要价格要低廉，适合我国的国情[8]。

2.3塑料件的表面质量分析

滴头塑件内表面要求很光滑，防阻塞性好，粗糙度要求达到Ra为0.4 μm，外表面粗糙度要求Ra为1.6 μm。

2.4塑料件的结构分析

由图1可知，滴头的形状为扁平状 ，前部有滴头的压力调节区，其后为固定式迷宫流道，滴头的主要作用是：水在流经迷宫流道时产生的压降远远大于沿主管道的压降，使得通过滴灌系统各级支管的流量基本一致，实现均匀灌溉，提高灌溉质量和灌溉效率从而实现对农作物的稳定供水。

2.5塑料件的脱模斜度

在分模时，因为塑件包裹在型芯上，为了使塑件在脱模过程中表面不被擦伤、劃伤，特意设计滴头塑件的内外表面沿着脱模方向应有30′的脱模斜度。

3塑料件的体积和投影面积计算

利用CimatronE11软件将滴头塑件的三维图样绘出，比例为1∶1，然后用工具栏的分析命令将体积、质量、投影面积计算出来，原料密度取值为0.92 kg/dm3，具体情况如图2 所示，体积为234.469 mm3，质量0.216 g，投影面积为147.001 mm2。

4塑料件成型工艺

聚乙烯（PE）为结晶性原料，吸湿性不超过0.01%，故注塑前不需干燥处理[9]。但低密度聚乙烯（LDPE）收缩率为122%左右，容易变形翘曲，翘曲方向性明显，其关键为模具的冷却条件，首先要控制好模具温度，保持冷却均匀、稳定PE的结晶能力；其次要控制熔体冷却速度，速度慢，塑件结晶度高，强度也就高[10]。扁平滴头注塑成型工艺条件如下：

注塑温度中有料筒后温度160～180 ℃，料筒中温度180～210 ℃，料筒前温度200～220 ℃，喷嘴180～190 ℃，模具30～45 ℃；注射时间0.3～0.5 s；保压时间0.2～0.5 s；冷却时间0.5～1.0 s；注塑压力70～90 MPa；保压60～100 MPa。

5模具总装图设计

该研究的注塑模分为下面几大部分：定模系统、动模系统、分模部分、浇注系统、顶出机构、温度调节系统等部分[11]，具体如图3所示。

注：1.定位圈；2.上模座板；3.导套；4.导柱；5.下模固定板；6.垫板；7.下模固定螺钉；8.垫块；9.螺钉；10.下模座板；11.推杆座板；12.推杆固定板；13.拉料杆；14.顶料杆 ；15.复位杆；16.冷却装置；17.型芯镶块 ；18.型腔镶块；19.型芯镶块；20.浇口套；21.上模固定螺钉

Note：1.locating ring； 2.clamping plate； 3.guide sleeve； 4.guide posts； 5.mold plate； 6.plate； 7.mold screws； 8.pad； 9.screws； 10.clamping plate； 11.push rod seat plate； 12.pushrod plate； 13.pulling rod； 14.the ejector rod 15.； reset rod 16.； cooling device； 17.core inserts； 18.cavity inserts； 19.core inserts； 20.gate sets； 21.screw die

圖3模具构成

Fig.3Mould structure

模具的动模部分安装在注塑机动模安装板上。定模安装在定模浇口套安装板上，注塑机工作时，通过导柱和导套的定向作用，将模具在分型面处打开，塑件和浇注系统就留在动模侧，当分型面打开到开模行程时，在注塑机推杆的作用下推动推板，推板带动推杆，将型芯上的塑料件与浇注系统一并推出，塑件及浇注系统依靠重力的作用自动脱落，至此完成开模动作，再通过注塑机动模板驱动，在导柱与导套的向导作用下，打开的分型面再闭合，完成一次注射的全过程[12]。

6典型机构设计

6.1模具型腔布局的选择

浇注系统布置有4级分流道，如图4所示，采用 “H” 型平衡流道，为了改善充填状况，以H型分流道为基础，依靠抬高2级分流道，使熔体从2级分流道进入3级流道时方向发生约90°转向，熔体截面上由剪切力引起的变化重新发生了分布。当流道内熔体进入4级分流道时，分支上的聚合物熔体参数是相同的，从而保证了各型腔内熔体的充填平衡，减小了充填的不平衡程度。

6.2定模部分的设计

图5为滴头模具整体式型腔的三维构成图，六十四腔的型腔采用整体结构，型腔固定板采用开模框，用螺钉和销钉将型腔块固定[12]，因为流道较长，故采用整体式凹模时，为了满足成型时的排气要求，应在分型面处开设一些不会妨碍制品成型质量的排气槽，气槽深度不超过0.04 mm，以保证注塑模有可靠的排气功能[13]。结合公司现有注塑机实际情况，最终制定了六十四腔滴头模具，如图6所示。

6.3动模部分的设计

图7为滴头模具整体式型芯的三维构成图，如同型腔一样采用整体结构，模框加螺钉和销钉固定，因为动模部分有顶出系统，所以注意顶出杆与冷却水路的干涉情况[14]，生产模具如图8所示。

6.4冷却系统的设计

塑料注射模冷却时所需要的冷却水量可按下式计算[15]：

QV=nmΔh60ρcp（t1-t2） （1）

式中，QV为所需冷却水的体积流量（m3/min）；

m为包括浇注系统在内的每次注入模具的塑料质量（kg）；n为每小时注入的次数；

ρ为冷却水在使用状态下的密度（kg/m3）；

Cp为冷却水的比定压热容[J/（kg·℃）]；

t1为冷却水出口温度（℃）；t2为冷却水入口温度（℃）；△h为从熔融状态的塑料进入型腔时的温度到塑料冷却脱模的温度为止，单位质量的塑料所放出的热量（J/kg）。

在该试验中，各个参数的取值分别如下：△h 取值490 000 J/kg [16]，t1-t2取值为5，ρ为1 000 kg/m3，n取值为600次，Cp取值4 200 J/（kg·℃），其中每次浇注的熔体体积可由软件计算而得，就是浇注系统和所有的塑件质量，可以通过体积和密度之积来求得，结果为15.38 g。QV结果为3534 66×10-3 m3/min。求出所需要的冷却水体积流量后，可以根据处于紊流状态的流速、流量与管道直径的关系，确定模具上的冷却水道孔直径，经查设计手册，确定水流的速度为1.66 m/s，冷却水直径取值为8 mm，冷却水道分别冷却型芯镶块和型腔镶块，水道距离型芯和型腔表面12 mm，型芯和型腔各设计4条水路，如图9所示。

7模具试模结果分析

为了检验产品是否能达到产出合格品的要求，根据企业实际，利用公司生产车间的设备，对设计后制造的模具进行了试模生产[17]，注塑机采用山东胜岳精密机械有限公司的DS160-B注塑机，设备参数：实际注射量 321 g，注射压力185 MPa，锁模力1 600 kN，总功率24.4 kW，拉杆间距 460 mm×460 mm，开模行程410 mm，按照规定的参数进行试模，稳定后，抽检了7个批次的产品，结果如表1所示。

由表1可知，生产的滴头产品都合格，可以根据测量结果分析，滴头的进水口厚度、出水口厚度及中间厚度值都是偏大，所以在设计滴头产品时，可以根据塑件的特性，将塑件的滴头的进水口厚度、出水口厚度及中间厚度值都调小0.03 mm，则产品的精度将更高。由此可知，设计的滴头模具达到了产品产出合格的要求。

安徽农业科学2017年

8结语

在一模六十四腔的扁平滴头塑料件模具的设计过程中，运用了CimatronE 软件，对塑料件的工艺、结构及典型模具

构的设计做了一定的分析，提高了产品模具设计的速度。对

该模具进行了冷却系统的计算与分析，解决了生产中冷却水道尺寸单纯依靠经验的不足，提高了模具的试模成功率；并且根据试模的结果，优化了产品的设计参数，提高了产品的精度。一模多腔的模具设计，也大大提高了生产效率，提高了产品的竞争力。

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