空调面板注射模设计

送基王　２００７．Ｎｏ．１／２总７０／７１期　空调面板注射模设计　李国兵　湖南工业大学，　湖南株洲．４１２００８　摘要：本文主要介绍了空调面板注塑模具设计。提出注射模具设计的一般步骤。主要包括三维　建模、塑件分析、分型面设计、抽芯机构、锁模机构、浇注系统及冷却系统设计。在浇注系统设计　中，简略介绍了ＭＰＡ的使用过程。侧重介绍利用ＭＰＡ进行浇口位置和数量的模拟，通过流动　结果的比较选取最优化的浇注系统设计方案。利用模座设计专家系统（ＥＭＸ）设计整个模架。　简略介绍使用ＥＭＸ设计的整个过程，提高了设计效率。　关键词：注射模；Ｐｒｏ／Ｅ：ＥＭＸ；ＭＰＡ　１引育　积约为２１５３３１０３ｍｍ３。成形面积为２６５．９３１０３ｍｍ２。塑件　Ｐｒｏ／Ｅ　Ｗｉｌｄｆｉｒｅ（野火版）是美国ＰＴＣ公司的ＣＡＤ产　材料为白色ＡＢＳ，收缩率为Ｏ．５％。选用注射机型号为　ＳＺ－４０００１８００，技术参数：螺杆直径ｆｌ　１０ｍｍ，锁模力为　８０００ＫＮ。　品。它完全建立在实用的基础上，功能强大，囊括了零　件设计，产品组立，模具开发，ＮＣ加工，造型设计等多　种功能，参数化的设计及全关联性数据库大大缩短了　设计时间，极大提高了工作效率。　在塑料模具设计领域，注塑成型ＣＡＥ软件发展十　分迅速。它全面提升模具设计水准的显著效果正逐步　被模具界所认识。本设计正是采用了Ｍｏｌｄｆｌｏｗ公司的基　于实体模型的三维真实感流动模拟软件ＭＰＡ分析浇注　系统，确定了浇口的最佳位置，减少了二次试模加工。　模座设计专家系统ＥＭＸ（Ｅｘｐｅｒｔ　Ｍｏｌｄｂａｓｅ　Ｅｘｔｅｎ－　ｓｉｏｎ）是ＰＲＯ／Ｅ系统中的另一个外挂模块，专门用来建　立各种标准模架及模具标准件和滑块、斜销等附件，能　够建立冷却水管，能够自动产生模具工程图和明细表，　还可以模拟模具开模过程进行动态仿真和干涉检查，　并可将仿真结果输出成视频文件，是功能非常强大且　使用非常方便的模具设计工具。本模具的结构设计都　在这个模块里完成。　２塑件分析　运用ＰＲＯ／Ｅ　ｗｉｌｄｆｉｒｅ对空调面板进行三维建模，见　图１空调面板三维图　３横具结构　根据塑件的尺寸、形状，模具结构采用定距分型自　动脱落浇口的三板式注射模结构。塑件内侧有七处结　构需要内抽芯，还有宽度方向两侧各有一处侧抽芯。设　计时考虑使用凸、凹模之间的间隙，动模活动拼块之间　间隙以及顶杆运动间隙排气，同时为了减小加工难度，　图１。该塑料件外表面要求光亮，不得有冷疤、云纹等缺　陷。塑件长度、宽度和高度都较大，长宽高尺寸达　９３２ｍｍｘ３６９ｍｍｘ１５９ｍｍ，形状复杂，宽度方向两侧分别　型芯采用多个镶块结构拼合而成，模具结构见图２。　４横具工作过程　有一处侧孔，塑件内侧还有７处需要设置抽芯机构。体　熔料经浇注系统注入型腔，塑件成型保压后，模具　维普资讯 http://www.cqvip.com

３　４　５　Ｉ　Ｉ　７　８　９　１０　ｌ　１２　ｌ　３　ｌ４　ｌ５　ｌ６　ｌ７　１８　ｌ９　２０　２１　２２　ｊ　ｆ／／／　／¨．／／／ｆ／／／／／　、～ｒｐ，　］Ｍｒ　ｎ，、，、、１一、ＶＶ、，Ｖ、　、Ｖ／Ａ／／　、五、、　｜川　ｆ！　／　／ｌ７　＼　　＼，｛；　＼　５　＼ｊ　６９　＾、ｌ　／　ｌＩ｝　ｌＩ　：　，，Ｖ　Ｙ　ｘ、、＼　＼’＼　＿　、‘　Ｉ　＼　＿￣，４／，／／　、　【、　　Ｉ．／　／　／ｌ．　Ｉ、　、　ｆ　、｜‘●　、　４　／　－　＿　订Ｉ、、　、、｜　Ｌ、　、　＿　／　，　：　ｉ．，　＿Ｉ、　／　　＿　，　Ｉ　瞳．　１　／．，／ｌ　／　　！Ｌ　Ｉｌ！　Ｉ【　Ｉ＼　ｌ　１、、　ｌ　　Ｊ　ｉ，／　Ｅ＝ｊ　／　Ｉ　／　／　＿　＿　１　ｊ　Ｉ　、　＿　删一　璺　Ｉ　；－４　＼　；　８　　－　：　、ｌ’、＼＼　Ｊ　＼＼　＼’　＿　＿　Ｉ　＼　ｌ、　、　，　’　ｙ；　＼｝　＼＼＼　＼＼＼　ｃ　｝　ｉ　日Ｉ一…　＼／｜｜５　图２模具装配图　１．定模板２．流道板３．堵头４．定模型板６．活动拼块７．顶管８．长型芯９．型腔１Ｏ．动模拼块１　１．动模活动拼块１２．动模　拼块１３．顶杆１４．定位圈１５．浇口套１７．动模活动拼块ｌ８．顶杆１９．动模拼块２０．顶杆２２．钩料钉２３．动模拼块２４．导　套２５．导套２６．限位拉杆２７．导柱２８．顶杆２９．限位钉３Ｏ．动模拼块３１．型腔拼块３２动模拼块３３．型芯３５．顶板　３６．滑　杆型芯３８．压块３９．斜导柱加．导柱４１．导套４２．型腔滑块４４．楔紧块４７．挡板４９．动模座板５Ｏ．顶板５１．复位杆５２．顶　杆固定板５３．挡销５４．顶板导柱５５．导套５６．垫块５７挡块６１．Ｏ型圈６４．动模型板６５．支撑柱６８．顶杆７Ｏ．加强凹块　７１．加强凸块７４．复位块７８．顶杆７９．复位块８Ｏ．动模活动拼块８３冰嘴８４．锁模机构组件　动模部分随注塑机移动。在开模过程中，锁模机构８４　带动型腔型板４随型芯固定板和垫板一起运动，流道　的作用下复位，各抽芯机构和锁模机构复位。至此模具　完成一次注射循环过程。　５横具设计量点　拉料杆２２将点浇口拉断。型腔固定板４运动到流道冷　凝料取出位置时与挡块５７、限位拉杆２６、限位钉２９一　起带动流道卸料板，使流道从浇ｉ＝Ｉ套中脱出。流道拉料　杆２２也从分流道中脱出。型芯固定板继续运动，锁模　模具设计整个过程都是在ＥＭＸ组件中完成。　首先根据塑件工程图用ＰＲＯ／Ｅ建立完整的　件三　维实体，加载工件后，首先确定分型面，然后根据　结构脱开，动、定模分离的同时侧抽芯机构从塑件中抽　出。动模部分移动到塑件取出位置时，注塑机顶出机构　启动，推板推动各顶杆，顶管，将塑件顶到取出位置。取　出塑件及流道凝料，然后合模，各顶出件在复位杆５１　确定的分型面建立模具型芯和型腔以及内抽芯、　侧抽芯和镶块结构，最后加载合适的模架和各个　零件。　维普资讯 http://www.cqvip.com

熊　王　２００７．Ｎｏ．１／２总７０／７１期　５．１选择分型面　选取分型面时，应考虑塑料件脱模顺利，简化模具　结构，使得设计出来的结构零件便于加工，并且能保证　塑件表面精度。分型面如图２所示。塑料件外表面由模　具型腔包容，塑料件顶部的栅条处是成型的难点，分型　面在此处沿着其凹凸走向设计，利用此处的动模活动　拼块和分型面间隙来排气。　５．２型芯、型腔设计　由于模具体积较大，若将型芯型腔设计为整体，必　然造成材料浪费，精度降低，加工变形大等一系列问　题，且不利于型腔内气体的排除，所以将型芯设计为镶　拼结构。　５．３抽芯机构　按照分型面的设计，将模具的两个侧抽芯作为动　模部分，滑块的端面作为型腔的一部分。侧抽芯所需要　的侧向抽拔力和抽芯距都不大。开模时，塑件紧贴在型　芯８上和动模部分一起运动，侧抽芯滑块５连着滑块３　随着型芯７、８一起运动的同时也相对往两侧运动。在　运动过程中完成侧抽芯运动。侧抽芯机构如图３所示：　七处内抽芯机构的设置见模架设计部分。　Ｓ　ｌ０　图３抽芯结构　１．动模活动拼块２．斜导柱３．型腔型板４．楔紧块　５．挡板７．滑块８．型芯型板９．型芯１Ｏ．塑件　５．４锁模机构　前面提到，模具需要有三次分型，为保证按设计顺　序正确分型，需要有定距分型机构。　模具定模定距分型由锁模机构（图４）带动。模具　合模时，挂钩５插入挂座３，钢球６在弹簧２的作用下　压紧挂钩５锁住动定模。开模时，型芯固定板通过挂座　图４锁模机构　１．动模活动拼块２．斜导柱３．型腔型板４．楔紧块５．挡　板７．滑块８．型芯型板９．型芯１Ｏ．塑件　３、弹簧２、钢球６带动型腔固定板作分型运动。分型拉　力可通过螺栓１进行调节。　５．５浇注系统　浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到　进入模具型腔以前所流经的一段路程的总称。他的作　用是使了来自喷嘴的熔体平稳而顺利的冲模、压实和　保压。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为　重要。　（１）浇口位置确定　在ＰＲＯ／Ｅ的ＭＰＡ（ｍｏｕｌｄ　ｐａｒｔ　ａｄｖｉｓｅｒ）模块中打开　塑件实体。使用ＭＰＡ之前先确定成型材料和注射工艺　参数。塑件材料我们采用Ｋｕｏ—Ｃｈｅｗ公司的Ｄ１２０　ＡＢＳ　材料。注塑成型过程中的温度主要有熔体温度和模具　温度。熔体温度影响塑化和注塑充模，模具温度影响充　模和冷却定型。我们设定：模具温度５０８￣Ｃ，熔体温度　２３０８￣Ｃ，最大注射压力和当前注射压力均选择１２０Ｍｐａ，　采用自动注射。系统经过一段时间的计算，得到的浇口　最佳区域如图５中较深的区域所示。　图５浇口最佳区域　塑件结构比较特殊：左侧区域相连通，右侧区域为　维普资讯 http://www.cqvip.com

细进风栅条，纵向只有四条小加强筋连接横向的进风　栅。所以将点浇口布置在加强筋与进风栅条的交点上，　开”对话框中选择空调面板作为模具的参照零件。　在“创建参照模型”对话框中自己定义一个参照模　型名称。单击“确定”退出。定义参照模型制造模型　利于熔体流动。主浇道中心与塑件中心重合。这样的浇　注系统既不影响塑件的外观，也不影响后道工序的装　配，同时有效的防止塑件的翘曲变形。　利用ＭＰＡ对多种浇口方案模拟，得到最佳浇口位　置，如图６所示。　为两坐标重合。　接下来就是利用各种工具建立该空调面板的型芯　和型腔结构。过程比较复杂，这里就不赘述。　建立型芯和型腔结构后，在ＥＭＸ４．０选择下拉菜单　照　里选择：“项目——准备”，在随后弹出的对话框中确定　型芯型腔等成型零件的归属，按“确定”退出对话　坦　框。　执行“ＥＭＸ４．０一模具基体一组件定义”菜单命　令，在“模具组件定义”对话框中，单击“载入／保存　组件”按钮，系统弹出“组件”对话框。在组件对话　图６浇口最佳位置　框中选择“Ｆｕｔａｂａ＿３Ｐ”（３Ｐ意为三板模，Ｆｕｔａｂａ是模　（２）浇注系统结构布置　架的提供商），并在模架型号区域中选择所需要的模　架类型。本模具选：ＤＣ—Ｔｙｐｅ。选择完成后即可在屏　幕中显示出该模架的示意图，可以看出这是一款带　根据塑件体积，注塑规格以及注塑成型模拟状态，塑　件各向异性最小，经计算得到浇注系统结构布置如图７：　２６　一导柱导套且带定距分型的三板模模架，正符合本套　模具。　单击“载入”，再单击“确定”　２９ｌ一广　Ｂ　。广’Ａ．１０３—　　返回“模具组件定义”对话框。单击　“尺寸”按钮，弹出“基体尺寸”对话　框，设置模架的长框尺寸，按“确定”　退出。各个零件均可以在“模具组件　一】６５一　量　Ｉ　ｌ’　ｌ　１　Ｉ　Ｌ．．Ｂ　１　Ｉ　５０：ｌ　定义”对话框中双击进行修改。模架　加载成功后，在“模具组件定义”中点　击各种功能选项按钮加载所需零件。　由于塑件两侧各有一个ｆ４的　孔（前面已经设计出成型侧孔用的　侧型芯）．，所以还需要添加抽芯机　构。在加载侧抽芯之前，必须要建立　一个确定的坐标系使之定位。坐标系　（１）Ｚ轴必须指向模具开模方向；　图７浇注系统布置图　需按以下规则建立：　（２）ｘ轴必须指向滑块移动方向。　５．６模架设计　确定了浇注系统的布置和模具将采用的结构。下面　介绍如何利用ＥＭＸ进行模具设计。　在侧型芯外端面设立一坐标系，单击定义滑块按　先打开ＰＲＯ／Ｅ，点击“ＥＭＸ４．０”建立一个新的　ＥＭＸ项目，注意选择制造模式。在进入ＥＭＸ环境　时，系统自动生成一个特殊的制造模型。单击菜单管　理器中的“模具——模具模型——定位参照零件”，　钮，选取刚建立的坐标系作为滑块的定位坐标，并选相　关两个平面作为放置平面，立即弹出“滑块定义”图框。　选择各种参数后，单击“确定”，经过一段时间的计算，　便可在模架上完成滑块及其通过孔的建立了。　塑件结构上还有７处内抽芯。要建立提升装置来完　成内抽芯动作。建立提升装置也需要建立坐标系来定　系统弹出“布局”对话框和“打开”对话框，在“打　维普资讯 http://www.cqvip.com

位。坐标系建立的规则与侧抽芯类似。　５＿７冷却系统　在ＥＭＸ系统中可以方便建立冷却系统。首先按照　设计画出冷却水道的走向，选择ＥＭＸ４．０下拉菜单中的　“冷却液仓”命令，点击刚才建立的水道走向曲线，生　成冷却水道。在ＥＭＸ４．０中选择“冷却孔”命令，选择水　道走向曲线，再选择水嘴建立的平面，在弹出的对话框　中选择所需要的水嘴类型，按“确定”，生成水嘴。同样　方法建立其他水嘴。建立堵头的方法与此相同。　由于注射时模具中心产生较高的温度，设计冷却　系统时应考虑使模具中的温度分布尽可能均匀　并确　保模具成型的经济循环次数。冷却系统的设计如图３　所示。定模部分的冷却：型腔固定板中设有与塑件形状　相似的冷却回路。入水口靠近模具中心，冷却水循环路　线如图８所示，流动方向：ｌ一２—３—４—５—６一？－８，在２和　３，４和５，６和７之间用软管连接。　图８型腔冷却系统示意图　型芯的冷却水管道布置基本与型腔类似，但是为　了避开推杆，在长度方向水道间距略有变化，具体布置　如图９。　锁　图９型芯冷却系统示意图　懵　基工＿　２００７．Ｎｏ．１／２总７０／７１期　５．８推出机构、加强凸凹块　由于塑件壁与塑件大小相比相对较小，且塑件两　侧与模具型腔壁接触面积大，因此，仅仅依靠推杆推动　塑件顶部脱模有可能将塑件顶坏，所以侧壁处设计了　一活动拼块８０，在活动拼块底部开出一个Ｔ形槽，用　螺母固定顶杆７８，在推出机构顶出塑件的同时，活动　拼块８０也同时向上推出塑件，从而保证了塑件质量。　由于塑件两侧成型面积大，在注射成型时，将在　两侧方向上产生很大的胀形力，有可能导致上下模位　置产生偏移，也有可能导致型腔体积的增大，引起塑　件变形。所以在模具的分型面上设计了四对加强凹块　和加强凸块（见图２　Ｂ—Ｂ视图），有效防止上述问题　的产生。　型芯型板６４和动模板４９之间除了设计两个垫块　５６外，还留了较大的空间以推顶塑件。为避免型芯型板　因注射压力作用产生弯曲变形量超过许用变形量，增　设了４个直径为￣３０ｍｍ的支撑柱６５，以保证模具精　度。除此之外，为使顶杆的平稳顶出，还设计了４个顶　板导柱５４，有效保证了顶出刚度和精度。　６结论　该模具利用流动分析和模座设计专家系统进行设　计，不但提高了设计的灵活性，极大的提高了设计效　率，而且也减轻了工作强度。设计完成的模具各工作系　统运作良好，动作协调，抽芯、推出机构坚固可靠且灵　活平稳，能满足该塑件的成型要求。生产出的塑件表面　质量良好，完全符合图纸要求。　参考文献　［１１］　陈吉平．风扇外壳注射模设计［Ｊ］．模具工业，１９９５，１２．　【２】　黄虹．塑料成型加工与模具［Ｍ］．北京：化学工业出版社，　２ｏｏ３．　【３】　单岩，王蓓．ｍｏｌｄｆｌｏｗ模具分析技术基础［Ｍ］．北京：清华　大学出版社，２００４．　【４Ｊ　许发樾．模具鲒构设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３．　【５ｌ　陆宁编著。实用注射模具设计［Ｍ］．北京：中国轻工业出版　社．１９９７．　【６】　塑料模具技术手册编委会．塑料模具技术．ｆ－￣－［Ｍ］．北京：　机械工业出版社，２００４．　ｃ７】　李军编．精通Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ中文野火版［Ｍ］．北京：中国青　年出版社。２００４　ＷＷＷ．ｍｏｕｌｄ—ｃｎ．ｎｅｔ　６３