多孔位插头绝缘体注塑模具设计

段贤勇，周元枝，韩忠冠，万育松

(1.安徽机电职业技术学院机械工程系，安徽 芜湖 241000；2.上海波宏特电器部件有限公司，上海 201807)

多孔位插头绝缘体注塑模具设计

段贤勇1，周元枝1，韩忠冠1，万育松2

(1.安徽机电职业技术学院机械工程系，安徽 芜湖 241000；2.上海波宏特电器部件有限公司，上海 201807)

通过Moldflow软件对多孔位插头绝缘体注射成型进行翘曲分析，确定模具最佳浇口的位置和数量；针对塑件孔位多、孔径小及位置精度要求高的特点，模具设计中分别采用定模型芯2次固定，型芯固定板合并加工，动、定模模仁精定位等方法，保证多孔位置精度。结果表明，采用短边单侧潜伏进胶，塑件综合变形及各方向收缩效果最佳；经生产验证，该模具结构设计合理，塑件成型品质高。

插头绝缘体；多孔；位置精度；Moldflow；注塑模具

0 前言

插头是现代工业设备中重要的电连接器元件之一，一般由壳体、绝缘体和接触件组成[1]。应用于航空等重要设备上的插头，其加工品质直接影响了设备的工作寿命。本文以一种应用于航空航天设备的插头绝缘体塑件为研究对象，运用Moldflow软件分析其翘曲变形量，确定最佳浇口的位置和数量，采用合理的模具结构和设计方法，保证多孔位小孔的位置精度。

1 塑件成型工艺性分析

插头绝缘体的三维模型，如图1所示，该塑件为多孔件，整体结构呈“L”形，外观品质要求高，配合尺寸多，外形尺寸为62 mm×11.75 mm×25.55 mm，质量为11 g，壁厚最大尺寸为5.63 mm，最薄处为0.6 mm；外侧面有28个1.0 mm×1.0 mm的方孔；从内部结构剖面来看，上部有140个直径为φ1.45 mm的小孔与下部140个直径为φ0.4 mm的小孔及1.2 mm×1.2 mm的方孔同轴，同轴度要求为φ0.04 mm，位置度公差为0.05 mm，用于安装接触件；上部还设有108个深6 mm，直径为φ0.75 mm的逃料孔。该塑件注射成型时有翘曲变形产生，在模具设计前，用Moldflow软件进行翘曲分析，以提出合理的解决措施。

(a)外观下表面 (b)外观上表面 (c)内部结构剖视图图1 插头绝缘体三维模型Fig.1 Three-dimensional model of the plug insulator

2 基于Moldflow的模流分析

塑件材料为美国杜邦公司的30 %玻璃纤维增强液晶聚合物材料(LCP/30 %GF)，具有高强度、高刚性、耐高温、电绝缘性等优良的特点，主要成型工艺参数包括熔料温度为290～320 ℃，模具温度为30～140 ℃，注射压力为50～100 MPa[2]。

2.1 分析条件

首先，利用UG软件建立插头绝缘体三维实体模型，以IGES格式导入Moldflow软件中，采用表面网格划分有限元网格，创建有限元模型[3]。注塑机选择日本发那科公司的FANUC S-2000i100B，塑件成型的基本工艺参数选择熔料温度为300 ℃，模具温度为80 ℃[4]。

2.2 翘曲分析

影响塑件翘曲变形的因素有很多，如成型机械、成型工艺、模具结构、塑件材料和操作规范等[5]，计算机辅助工程(CAE)主要从分子取向不均、收缩不均、冷却不均3个方面进行分析，而塑件翘曲变形的根本原因是由于收缩不均导致内应力增大而引起的。从模具结构来看，合理的浇口位置和数量，会影响塑料熔体流动、聚合物分子取向和成型品质，也能有效地控制熔体流动阻力、残余内应力和塑件的翘曲变形量。因此，运用Moldflow软件的“填充+保压+翘曲”模块，重点分析几种不同的浇口方案对塑件翘曲变形量的影响，为模具设计与研发提供依据[6]。

根据塑件结构，模具设计为1模2腔，左右对称，冷却系统设计为动、定模及侧型芯各一条冷流道，直径为φ8 mm。在相同工艺条件下，采用单腔对3种浇口方案进行翘曲分析，如图2所示。方案一，短边单侧2点进浇，潜伏式浇口；方案二，长边2点进浇，潜伏式浇口；方案三，短边两侧2点进浇，潜伏式浇口[7]。经翘曲分析后，各方案的翘曲变形量见表1。

(a)方案一 (b)方案二 (c)方案三图2 不同浇口方案Fig.2 Solutious of different gates

2.3 结果讨论

从翘曲分析结果来看，方案二是从长边潜伏进胶，纤维取向较差，导致各方向收缩不均，综合变形量及x、y方向变形量最大；方案三是从短边两端潜伏进胶，纤维两端取向较一致，但中间熔体汇合区域取向度降低，综合变形及各方向收缩结果相对降低；方案一是从短边单侧潜伏进胶，纤维取向较为单一，综合变形及各方向收缩结果较佳。

塑件对长边侧面的平整度要求较高，应主要关注纤维取向效应对x方向变形的影响，这与浇口位置的选择有很大关系，从表1的分析结果来看，方案一中x方向的变形量最小，在0.1 mm范围内，且后续成型中还有调整的空间。因此，在模具设计中，最佳浇口位置和数量选择方案一。

3 模具结构设计

采用非标准模架，外形尺寸为300 mm×250 mm×301 mm。

3.1 分型面选择

模具分型面选择在塑件最大轮廓处，模具为假三板模，3次分型。首次分型是保证浇注系统凝料留在定模部分，同时完成定模一次抽芯，第二次分型是完成定模二次抽芯，最后分型是动、定模部分离，取出塑件[8]。

3.2 浇注系统

单件浇注系统设计，如图3所示，从短边单侧2点进胶，浇口直径为φ1.0 mm，潜伏式浇口与定模呈45 °，沉入塑件表面且控制在0.03～0.5 mm之间，并增加浇口逃料槽，以防止浇口残留物突出产品表面。分流道设计为1模2腔对称布置，直径由φ4.5 mm过渡到φ4.0 mm，利于塑料熔体平衡充型。

图3 浇注系统Fig.3 Filling system

3.3 成型件设计

模具在动模和定模分别设立型芯，如图4所示，需要保证140个直径为φ1.45 mm的小孔与φ0.4 mm小孔的同轴度，另外塑件上部还有108个直径为φ0.75 mm的逃料孔，孔位多，型芯固定困难。在模具结构中，将图5(a)中φ1.45 mm的型芯固定板安装在定模座板2上，φ0.75mm的逃料孔型芯固定板安装在中间板4上，制造时，2个定模型芯固定板与动模型芯固定板22合并，用慢走丝线切割加工固定孔，保证孔的同轴度。

1—定模型芯 2—定模镶块 3—塑件 4—动模型芯图4 型芯局部剖视图Fig 4 Sectional view of the core

模架上在动、定模分型处采用精定位器，动、定模模仁分别采用了0 °虎口、定位销与定位套进行精定位，保证型腔上下部分定位精度，孔的位置精度，如图5(b)所示。模仁和型芯材料分别选用日本产的热作模具钢(SKD61)和高速钢(SKH51)。

(a)型芯固定图 (b)定模模仁图5 型芯与定模模仁Fig.5 The insert and core

3.4 侧抽芯机构

塑件下部外侧面有28个1 mm×1 mm的方孔，采用侧抽芯机构成型，由斜导柱、侧型芯、滑块、楔紧块和定位块组成，侧型芯上设有一条φ8 mm的水道，如图6所示，斜导柱1安装在定模板上，用楔紧块2锁紧，开模时，由斜导柱推动滑块5及侧型芯4，实现侧向抽芯，用定位板定位。

1—斜导柱 2—楔紧块 3—螺钉 4—侧型芯 5—滑块(a)剖视图 (b)俯视图图6 外侧抽芯机构Fig.6 Outside core-pulling mechanism

3.5 顶件机构

如图7所示，顶件机构主要由推杆17、推杆固定板15、推板16、复位杆14组成，动、定模分型后，顶件机构以导柱37、导套38为导向，平稳推出塑件。因顶件空间小，推杆截面设计为0.7 mm×0.7 mm、0.7 mm×1.0 mm、0.8 mm×1.2 mm的方形和φ1.2 mm的圆形4种形式。

3.6 模具工作过程

塑料熔体经过塑化后，从浇注系统充填型腔，再经保压、冷却，并固化后达到足够的刚性，动模部分后退，进行开模，具体过程如图7所示，首先弹簧32推动中间板4，进行Ⅰ-Ⅰ分型，定模型芯5完成抽芯，浇注系统凝料与注塑机喷嘴分离，留在定模部分；在定距拉杆34的作用下，定模板6与中间板4分离，固定板29中的型芯完成逃料孔抽芯，实现Ⅱ-Ⅱ分型；动模部分继续后退，实现Ⅲ-Ⅲ分型，动、定模板分离，斜导柱完成侧抽芯动作，拉料杆21拉出浇注系统凝料，同时由顶件机构推出塑件；塑件脱模后，动模部分前移，其他机构复位，完成合模、锁模，为下一组注塑做好准备。实验模具如图8(a)所示。该塑件已在上海某电器部件有限公司批量生产，如图8(b)所示，经实践证明，模具设计可靠，塑件尺寸精度高，成型塑件品质良好。

1，19—隔热板 2—定模座板 3，22，29—型芯固定板 4—中间板 5—定模型芯 6—定模板 7—动模型芯 8—导柱9—动模板 10—垫板 11—动模板 12—导套 13、32—弹簧 14—复位杆 15—推杆固定板 16—推板 17—推杆18—动模座板 20—支撑板 21—拉料杆 23—滑块 24—侧型芯 25—斜导柱 26—楔紧块 27—模仁 28—护套30—螺钉 31—定位圈 33—浇口套 34—定距拉杆 35—定位销 36—定位套 37—导柱 38—导套(a)主视图 (b)左视图图7 模具结构图Fig.7 Strutural drawing of injection mould

(a)模具图 (b)成型的插头绝缘体图8 模具和制品实例图Fig.8 Pictures of test mold and plug insulator

4 结论

(1)运用Moldflow软件的“填充+保压+翘曲”模块，对多孔位插头绝缘体进行翘曲分析，获得从短边单侧2点进浇的最佳方案；

(2)通过在定模部分2次固定140个直径为φ1.45 mm的小孔和108个直径为φ0.75 mm的逃料孔的型芯，解决多孔位型芯固定问题；采用精定位器、0 °虎口、定位销进行精定位，动、定模模仁及型芯固定板合并加工等方法，保证多孔位的同轴度，满足孔的位置精度。

[1] 张 慧.基于ANSYS的圆形电连接器壳体的静态特性分析[J].农业技术与装备，2015,(1):77-79. Zhang Hui.Static Characteristic Analysis on The Circular Electric Connector Shell Based on The ANSYS[J].Agricultural Technology & Equipment，2015,(1):77-79.

[2] 段贤勇,何顺荣.基于Moldflow/MPI的UPS电源壳体注塑成型分析[J].塑料科技，2011，39(3):67-70. Duan Xianyong，He Shunrong.Injection Molding Process Analysis of UPS Box Based on Moldflow/MPI[J].Plastics Science and Technology，2011，39(3):67-70.

[3] 张学良.基于Moldflow的24腔PET瓶坯注射成型工艺研究[J].塑料工业，2015,43(11):65-68. Zhang Xueliang.Study on the Injection Molding Process of PET Preform with 24 Cavities Based on Moldflow[J]. China Plastics Industry,2015，43(11):65-68.

[4] 赵龙志，赵明娟，江新焱. 基于Moldflow汽车内饰锁本体注射成型研究[J].中国塑料，2013，27(9):89-93. Zhao Longzhi,Zhao Mingjuan,Jiang Xinyan.Study on Injection Molding for Automobile Interior Decoration Lock Body Based on Moldflow[J].China Plastics,2013，27(9):89-93.

[5] 李海梅,刘永志,申长雨，等. 注塑件翘曲变形的CAE 研究[J].中国塑料，2003，17(3):53-58. Li Haimei,Liu Yongzhi,Shen Changyu,et al. Study on the Warpage of Injection Molded Parts by CAE[J].China Plastics,2003，17(3):53-58.

[6] 刘成娟,吴秋平,何海琴，等. 注塑浇口对带金属嵌件打印机板翘曲变形的影响[J].塑料工业,2014，42(4):35-38,47. Liu Chengjuan,Wu Qiuping,He Haiqin,et al.The Effect of Injection Gate on Warping of Printer Board with Metal Insert[J].China Plastics Industry,2014，42(4):35-38,47.

[7] 冯权和,査五生,彭必友,等. 基于Moldflow的摩托车边盖浇口优化设计[J].西华大学学报：自然科学版，2010，29(5):102-106. Feng Quanhe,Zha Wusheng,Peng Biyou,et al. The Application of Software Moldflow in Gate Optimization Design for Motorcycle Side Cover[J].Journal of Xihua University: Natural Science Edition,2010，29(5):102-106.

[8] 李 英,焦洪宇,牛曙光.高频电连接器安装板注塑模具设计[J].中国塑料，2015，29(10):94-97. Li Ying,Jiao Hongyu,Niu Shuguang. Injection Mould Design for Mounting Plates of High Frequency Electric Couplers[J]. China Plastics, 2015，29(10):94-97.

盛禧奥成功通过ISO 13485∶2016认证，全力支持医疗行业的质量和安全发展

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Design of Injection Molds for Multi-pin Plug Insulators

DUAN Xianyong1, ZHOU Yuanzhi1, HAN Zhongguan1, WAN Yusong2

(1.Department of Machanical Engineering, Anhui Technical College of Machanical and Electrical Engineering,Wuhu 241000, China; 2.Shanghai Bohong Electric PARTS Co, Ltd, Shanghai 201807, China)

The analysis of warpage occurring in the injection molding process for a multi-pin plug insulator was performed by using a Moldflow software to determine maximum number and location of mold gate. On the basis of the characteristics of multi-hole structure, small hole size and high precision of hole position in plastic insulator parts, the injection mold was designed by adopting a series of new techniques including a twice fixing core for mold, a combination process for core-retainer plate and precise positioning for the fixed and movable mold cores to ensure a position accuracy for the holes. The results indicated that the total shrinkage deformation and shrinkage from each direction were optimized when using a side and sub gate with a short edge. It was confirmed by practical production that the designed mould had a reasonable structure and could be used to produce plastic parts with a high quality.

plug insulator; multi-hole structure; position precision; Moldflow software; injection mold

2016-11-03

TQ320.66+2

B

1001-9278(2017)05-0098-05

10.19491/j.issn.1001-9278.2017.05.018

2017年度安徽省高等学校自然科学研究重点项目(KJ2017A751)

联系人，ahjddxy@126.com