温控器上盖注射模设计＊

单 志，郑佳鹏，戴护民，胡晓岳，张 宁

（广东机电职业技术学院，广东广州 510515）

1 引言

近几年技能大赛兴起，省赛和国赛举办的热火朝天，其中作为模具专业的顶级赛项-模具数字化设计与制造工艺，深受各高职院校欢迎。高职模具国赛题要求选手设计温控器上盖的注射模涉及到斜顶抽芯、滑块抽芯、司筒顶出等机构，全面地考察选手的模具设计能力，各省省赛纷纷效仿。

华塑CAE融合了计算机技术、塑料流变学、弹性力学、传热学的基本理论[1]，建立塑料熔体在模具型腔中流动、传热的物理、数学模型，可以在试模之前，优化设计。李桂芹等人，应用了华塑CAE软件辅助了模具设计[2～3]。文章分析了广东省2021～2022年度高职模具赛项的温控器上盖注射模的设计要点，并结合华塑CAE软件进行优化，最后成型出合格的塑件，验证了模具设计的合理性，为广大模具专业师生提供设计参考。

2 塑件结构工艺分析

图1所示为温控器上盖三维模型，塑件总体大约65×62×19mm，平均壁厚1.5mm，A1和A4处有侧孔需要设计滑块侧向分型与抽芯机构，A2处还有一处内凹，需要设计斜顶侧向分型与抽芯机构，A3处为固定柱需要设计推管顶出，另外，模具的设计方案需考虑加工便捷性、经济性。该塑件材料为PS料，收缩率0.6%，材料脆性比较大，成型时脱模不慎易开裂[4]。

图1 塑件结构

3 模具结构设计

3.1 成型零件设计

成型零件包括型芯和型腔，是决定塑件内外表面的关键零部件[1]。成型零件结构有整体嵌入式、局部镶拼式以及大面积拼合式，根据塑件结构特点和给定的是标准模架等条件，成型零件结构形式选择整体嵌入式，如图2所示。

图2 成型零件结构形式

由于塑件通孔较多，模具碰穿面的成型零件结构需考虑加工经济性，如图3所示，型芯设计方案一在A4处有宽约1mm深约1.3mm的环形槽，需要电火花加工，型芯设计方案二避免了该处环形槽，因此采用设计方案二。

图3 型芯设计方案对比

3.2 浇注系统设计及其优化

根据给定的一模一腔条件，浇注系统设计了主流道、分流道、侧浇口以及冷料穴，具体尺寸如下：主流道小端直径ϕ3.5mm，α=2°，分流道直径ϕ6mm，浇口采用侧浇口长1mm，宽4mm，深1mm。

初始方案的总体结构如图4所示。

图4 浇注系统初始方案

经模流分析，其填充压力结果如图5所示，填充末端的压力66.6MPa，偏低，该处可能存在填充不满的风险。

图5 初始方案压力场

改进措施：一增加注射压力，二是改善浇注系统。考虑到增加注射压力会增加推出困难，塑件脆性较大，脱模时易开裂，因此改善浇注系统结构，如图6所示增加两个进胶口。

图6 浇注系统改进方案

再次模流分析后，填充压力结果如图7所示，填充末端压力为88.48MPa，得到明显改善。

图7 改进方案压力场

3.3 顶出系统设计

塑件有4根固定柱（A3处），此处脱模力相对较大，而顶出机构设计应在脱模力较大的地方设置，故此处采用司筒成型，推管推出，推管外径ϕ4mm，内径ϕ2mm，且均匀布置，如图8所示。由于塑件侧面几乎竖直，没有拔模角度，冷却成型后，塑件会包紧在型芯上，因此增加两根直径ϕ5mm的顶杆，帮助塑件脱模，如图8所示，顶杆、推管与型芯配合长度10mm，与各模板间隙配合，单边间隙0.5mm。

图8 顶出系统设计

3.4 侧向分型与抽芯机构设计

（1）斜顶侧向分型与抽芯机构。

图1中A2处有一内凹，由于塑件内部空间不大，滑块侧向分型与抽芯机构没有空间放置，因此采用斜顶侧向分型与抽芯机构。结构如图9所示，其中，斜顶导向槽开在动模，圆柱销被限制在推件固定板的导滑槽做直线运用，斜顶杆采用10×10mm方形杆，倾斜角度设计为8°。

图9 斜顶抽芯机构装配图

该机构的工作过程是：注塑机开模时，推件板在顶出的过程中，使圆柱销、斜顶杆沿着斜顶导向槽移动，这样就将沿模具开模方向竖直直线运动转化成型芯沿模具开模垂直方向的水平运动，完成了脱模运动。

（2）滑块侧向分型与抽芯机构。

图1中的A1和A4处有侧孔，两处侧孔都是通孔总体大小和深度一样，故采用一样的滑块抽芯机构如图10所示。锁紧块1和斜导柱5固定在定模板里面，斜导柱直径ϕ9mm，倾斜角13°，锁紧块倾斜角15°。压板3将滑块4限制在动模板导滑槽里做直线运动，限位螺钉限制滑块抽芯行程为3.75mm。

图10 滑块侧向分型与抽芯机构

滑块与侧型芯一体成形，总体尺寸35×40×54mm，斜导柱孔直径ϕ11mm，弹簧孔直径ϕ11mm，深12mm，具体设计如图11所示。

图11 滑块结构设计

模具工作过程：利用注塑机的开模动作，带动动模后退，迫使使斜导柱与滑块产生相对运动，将竖直的开模力转换成水平的抽芯力，同时水平安装的弹簧4辅助滑块的抽芯运动，使滑块沿着压板和动模组成的T型槽做直线抽芯运动，使之完成脱模。

3.5 导向定位机构

模具由导柱和导套进行合模导向。定位有三重定位：第一重定位：导柱导套定位（间隙配合，难以避免磨损，精度较低）；第二重定位：边锁精准定位（配合精度0.01mm，有效补偿导柱导套的定位误差）；第三重定位：型芯型腔镶块上的“虎口定位”（精确定位型芯型腔），如图12所示。

图12 导向定位设计

3.6 冷却系统

结合模具结构，采用循环式冷却水路，如图13所示，塑件的上、下方均有循环水路，水路直径ϕ8mm，经CAE分析，冷却水出入口温差不大，满足冷却要求。

图13 冷却系统设计及其CAE分析

3.7 模具整体结构

模具总装图如图14所示，该幅模具抽芯机构较多，包含了两个滑块抽芯和一个斜顶抽芯，设计时要注意干涉，必要时用运动仿真来检验设计是否合理。顶出机构为司筒顶出，尺寸小至ϕ2mm，为避免顶杆损坏，应加强对成型零件抛光。

图14 模具总装图

3.8 试模验证

根据设计，加工制造出成型零件，并进行了试模，试模样件如图15所示，结果表明设计的模架开合模、抽芯等动作可靠，满足实际要求。

图15 试模塑件

4 结语

该模具的顶出机构比较复杂，采用了顶杆、推管、斜顶等组合顶出机构。外侧通孔的总体尺寸和深度差不多相等，因此，外侧抽芯采用滑块分型与抽芯机构，且两侧对称布置，开模时作用在模具上的侧向力可以相互抵消[5]。浇注系统和冷却系统经CAE分析，并得到优化。最后试模证明，模具抽芯与顶出动作可靠，整体结构设计合理，满足实际生产要求。