一体式游标卡尺盒注塑模设计

杨冬娇 翁灿 杨小录

摘要：以游标卡尺盒为研究对象，细节创新设计一体式结构，确定制品分型面，分析其工艺性，运用软件分析获取最佳浇口位置分布。采用一模一腔三板式模具结构，2个点浇口同时进料，设计过程合理运用CAD/CAE/CAM软件，加快设计进程。

关键词：游标卡尺盒；注塑模；最佳浇口；分型面

注塑成型[1，2]是是机械制造、汽车、家用电器、电子通讯、建筑、医药器材和日用品等行业的塑料制件的主要成型方法。

1. 结构设计及工艺分析

1.1 制品结构设计

该游标卡尺盒根据531系列中测量范围为0～150mm的游标卡尺进行设计，游标卡尺的长度为229mm，游标卡尺盒的设计长度为252mm。采用一体式结构，将盒体与盒盖整体成型，不需要铰链，且能满足制品频繁开合的要求，对盒体进行了创新细节设计。与市面上的开矩形深腔不同，本文设计的游标卡尺盒在盒体底部“挖”了一个外形轮廓和游标卡尺相似、但尺寸要稍大一点的“游标卡尺腔”，并且在“游标卡尺腔”的中间位置挖了一个矩形槽（图1）。此矩形槽的目的是便于游标卡尺的取出，提高制品的实用性。

图1 游标卡尺盒结构示意图

1.2工艺性分析

从生产的成本和制件尺寸考虑，采用的模腔形式为一模一腔。选择龙记简化型细水口FAI模架3035，该模架为三板式。游标卡尺盒的盒盖和盒体通过盒体上边缘的凸台（卡扣）过盈配合实现闭合。

1.3最佳浇口位置分析

在制品结构和尺寸设计完成后，模具加工之前，我们很难直观判断浇口的位置，如果通过加工完模具后再调整浇口的位置分布，那将造成大量的人力、物力和财力的浪费[3]。Moldflow软件为用户提供了产品最佳浇口位置分析模块，通过此模块可以分析并得到熔体在充填型腔过程中的流动阻力的分布图和制品浇口位置匹配性示意图。

2. 模具设计要点

2.1 分型面的确定

采用双分型面[4]结构，分型面Ⅰ用来取出流道凝料，分型面Ⅱ用来取出制品。分型面Ⅱ设在制品截面尺寸最大处，为阶梯面，如图2所示。

图2 分型面Ⅱ位置示意图

2.2锁模力计算

首先运用Pro/E软件的分析功能[5]计算出制品的体积为v1=2.51×105mm3，选取制品的材料为HDPE平均密度ρ=0.95g/cm3，则制品的质量为m1=ρv1=238.45g。根据相关经验和手册，把流道凝料的体积和质量都按照制品的0.6倍来计算，这样我们就得到了流道凝料的体积为v2=0.6v1=1.51×105mm3，流道凝料的质量为m2=0.6m1=143.07g，所以制品和流道凝料所需塑料的总质量为m=381.53g。 然后通过分析计算制品和流道凝料在分型面上的总投影面积S=63.74×103mm2，取塑料熔体在注射过程中对型腔产生的平均压力为P型=25MPa，塑料熔体在模具中产生的脹型力F胀=P型S=1593.5KN。

2.3浇注系统设计

如图4所示，计算主流道小端直径为6mm， 始端球面半径为20mm。采用平衡式的分流道布置，截面形状为梯形，上底长度为11mm，侧面斜角为10°，高度为8mm，表面粗糙度取1.6?m。模具采用了三板式双分型面，为便于凝料容易取出，采用点浇口，并采取两点同时进料的方式，根据图2合理选定2个浇口的位置，点浇口的直径为0.8mm，点浇口的长度为1.4mm。

2.4基于上述设计，注塑模装配图如图3所示

1—导柱；2—主流道衬套；3—内六角螺钉；

4 --内六角螺钉；5—定模座板；6—中间板

7—凹模；8—凸模；9—凸模固定板；

10—长推杆；11—内六角螺钉；

12—内六角螺钉；13—垫块；14—动模座板；15—水嘴； 16—推板；17—推出固定板；

18—短复位杆； 19—动模垫板；20—短导套；21—短推杆；22—长导套；23—直导套；

24—弹簧；25—限位拉杆；

26—十字槽盘头螺钉；27—圆柱形挡块；

28—内六角螺钉；29—弹簧；30—长复位杆

图3 一体式游标卡尺盒注塑模装配图

模具的工作原理：熔体经由主流道注入分流道，并由2个点浇口进入模具型腔，填满型腔后经保压、冷却并固化后，注塑机在开模力作用下，带动模具动模沿着导柱1运动，由于弹簧24的作用，模具从分型面Ⅰ打开，中间板6随动模一起移动，主流道凝料拉出；当动模部分移动一定距离后，受到限位拉杆4的限制，使中间板6停止移动；动模继续运动，模具从分型面Ⅱ打开，浇注系统凝料在点浇口处自行拉断，然后在Ⅰ分型面取出凝料；动模继续运动，注射机的推杆接触推板16，推出机构开始工作，在推杆10、21的作用下将制件从分型面Ⅱ处顶出。合模时，利用弹簧29和复位杆18、30实现模具的复位，准备下一次的成型。

3. 结语

一体式游标卡尺盒的盒体与盒盖采用整体成型设计，注塑模具结构合理、动作可靠，对同类注塑模的设计有一定指导意义。

参考文献：

[1]齐贵亮.注射成型新技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2]江昌勇，沈洪雷.塑料成型模具设计[M].北京：北京大学出版社，2012.

作者简介：翁灿，博士，副教授，主要从事高分子材料注射成型与模拟研究。