基于UG的异形绝缘体斜顶注射模设计

王建峰

沈阳兴华航空电器有限责任公司（辽宁沈阳 110144）

1 引言

绝缘体是航空电连接器的重要组成部分，使用的材料以高分子塑料为主，在电连接器的结构中起到绝缘、分离导电接触体以及支撑内部零件的作用。常规的绝缘体通常以圆柱或者矩形为主要轮廓结构，内部包含一个或若干孔腔。绝缘体按装配结构分类可分为针前绝缘体、针后绝缘体、孔前绝缘体和孔后绝缘体。异形绝缘体是安装在某些特定位置而设计，塑件结构设计发散思维，具有非标准特性，常规的模具难以解决。其特点还包括质量轻，结构强度好、耐腐蚀、电学性能佳同时可靠性高，在医疗设备、工业控制、航电系统、检测和测量设备及通讯等领域有极高的应用价值及发展潜力。本次模具设计对应的塑件是异形针前绝缘体，该绝缘体结构比较复杂，尺寸精度比较高，最主要的设计难点在于内部倒扣问题。内部倒扣是部分塑料制品所具备的一个特征，该特征利用正常的平直分型无法脱模。采用活动块结构，即带着活动块一起出模是一种繁琐的出模方式，生产效率较低。而高端高效率的出模方式是斜顶机构的设计。基于UG三维模拟的建模，直观展现模具的斜顶结构组成，确保整个模具设计的合理性。加工工艺上保证每一个零件的精度，而且增加互换性和可维修性，解决斜孔及斜顶杆的加工困难的问题。同时参与模具在注塑机上的试压，确保模具使用方便，具备较长的使用寿命，研究注射成型参数，压制出合格的塑件。

2 塑件分析

图1所示为针前绝缘体，主要结构分前端和后端两部分。前端有一个孔腔，后端为弧形壳体，且壳体内部包含倒扣。通过对塑件装配的分析，此倒扣用来勾住与之相连的针后绝缘体，结构设计巧妙，本次设计的难点也就在此。

2.1 注射成型材料分析

该绝缘体的使用材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯，又名聚对苯二甲酸四次甲基酯，英文名Polibutylene terephthalate，简称PBT，属于聚酯系列。该材料由丁二醇与对苯二甲酸或者对苯二甲酸酯聚缩合而成，并经由混炼程序制成的乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯树脂。

材料特点：①优良的机械性能，机械强度高，耐疲劳性和尺寸稳定性好；②耐热老化性优异，户外长期老化性很好；③耐溶剂性好，无应力开裂；④易于阻燃，在电子电器工业中广泛应用；⑤优良的电器性能，体积电阻率及介电强度高，耐电弧性能优良，吸湿性极小，在潮湿及高温的环境下，也能保持电性能稳定，是航空电器领域的理性材料；⑥易成型加工和二次加工，结晶速度快，流动性好，模具温度也比其他的工程材料要求低。

材料用途：①电子电器：电连接器、电磁开关、变压器、家电把手、外壳等；②汽车：车门把手、保险杠、导线护壳、挡泥板、分电盘盖等；③工业零件：键盘、灯罩、风扇、卷线器等

2.2 收缩率的确定

经过对PBT的性能及注射成型经验的分析，PBT成型稳定性较好，按照过往对PBT注射成型壳体计算的收视率，最终确定此次设计模具的收缩率为0.35%。

3 异形针前绝缘体模具设计的总体方案

3.1 型腔数量的确定

为了保证注射模生产效率，采用一模多腔的型腔分布，多腔可以保证一次开模便可获得若干塑件。在浇道排布过程中，多腔对称分布，也让注射的进料的流动过程趋于平衡和稳定。于此同时，每增加一个型腔就会增加加工成本。兼顾上述条件，为了保证合理的模具制造成本，同时满足模具进料的平衡性，在使用模具时，提高注射生产的效率，减少浇道凝料的浪费，最终确定该模具为1模2腔。

图1 针前绝缘体

3.2 分型面的确定

分型面位置选择的总体原则，是能保证塑件的质量、便于塑件脱模及简化模具的结构，分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响。注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向。根据该塑件的结构，分型面选在塑件的最大端面处即可。

3.3 浇注系统的论证

根据塑件的结构分析及充填过程，以保证塑件的内在质量和尺寸稳定，设计浇注系统尤为重要。浇注系统包括主浇道分流道及浇口，如图2所示。为保证两腔进料的平衡性及流畅性，分流道使用半圆截面浇道即可。半圆截面分流道压力损失及温度损失较小，有利于压力的传递和保压，且使用加工中心的球刀铣削加工即可，便于加工。塑件自身轴对称，两型腔也采用对称分布。在设计浇口时，非常注意浇口对塑件外观的影响。通过针对塑件装配结构的研究，该绝缘体除了配有安装接触体的孔腔以外，后端连接的结构是壳体，整个塑件在塑件组件中处于最外面的部分，外观要求很高。故采用对塑件外观影响最小的潜伏浇口进料，如图3所示，潜伏浇口可以出模后自动脱落浇口凝料，而且留下的浇口痕迹也很小，对提高注射成型生产效率和较低成本极为有利。

图3潜伏浇口的设计参数

图2浇注系统

3.4 顶出机构的设计

通过对塑件结构的分析，孔腔内部有薄壁结构，较难脱模，故在啊异形绝缘体的孔腔内部，放置圆顶杆。后端的壳体部分由倒扣结构，正常垂直顶出无法完成脱模，故在倒扣位置做斜顶装置。

4 基于UG的三维分模

4.1 导入塑件并确定分模坐标系

为了分模过程的坐标系统一，同时方便使用UG的创建步骤，将坐标系的Z轴作为模具主分型面开模的方向，也是模具的顶出方向。将坐标系的X-Y面作为模具的分型面。利用UG的【移动对象】的功能，调整塑件的位置，使塑件的位置同坐标轴保持关联的位置，如图4所示。

4.2 收缩率及成型尺寸的确定

绝缘体材料PBT的收缩率为0.35%。鉴于PBT的成型尺寸稳定性及过往的设计经验，设置塑件的收缩方向为均匀。利用UG的【缩放体】的功能，输入收缩率数值并设置收缩方向，如图5所示。

图4 模具坐标轴的调整

图5 收缩率的设置

结合塑件图的尺寸公差，对塑件的尺寸进行微调，利用【偏置面】和【移动面】的功能进一步调整，最终获取最准确的成型尺寸。

4.3 选择模架并确定模具零件尺寸

模具型腔与型芯是模具结构中最核心的部件，通过塑件的尺寸来模拟确定镶块大小，确保型腔与型芯的强度。根据经验值确定镶块的长宽170×80mm,定模和动模厚度为均为25mm，并确定使用的模具钢为CrWMn，采用淬火工艺加工。根据工件尺寸确定采用标准大水口系统模架1525-AI-A25-B25。

4.4 创建分型面并分模做出型腔与型芯

（1）创建三维模具零件，如图6所示，利用UG【拉伸】【求差】的功能，创建零件的实体和对应的模具型腔。

（2）创建分型面。利用UG【拉伸】【抽取体】【有界平面】【扩大曲面】等功能，沿着分型线，做出分型面，如图7所示。

图6 模具零件的创建

图7 分型面的创建

（3）创建模具型腔和型芯。利用UG的【拆分体】功能，基于分型面，将型芯从工件中分离，得出型芯的三维模型；按照主分型面将定模与动模分开，即为型腔的三维模型，如图8所示。

图8 型腔与型芯的三维装配图

（4）核心部件斜顶机构的三维创建。本次设计斜顶带有成型部分，斜顶既完成了倒扣的成型，有实现了倒扣的顶出。通过二维图顶出行程的计算，确定斜顶的倾斜角度为4°。先利用UG的【抽取体】【拉伸】【基准平面】【拆分体】等功能创建出倒扣沿着4°倾角的成型三维部分，按照计算正确的顶出距离用【偏置】功能将斜顶成型部分延长至推杆固定板。将斜顶杆的底座设计成“T”型槽，配合斜顶杆做出滑动机构，形成间隙配合，如图9所示。

斜顶机构的设计要点：

a.斜顶机构的工作原理是按照上述机构，在推板顶出的作用下，斜顶杆沿着斜孔向顶出方向移动，移动的过程中斜顶杆会沿着垂直于开模方向产生位移，此距离使斜顶杆成型的倒扣部分与塑件分离，合模时斜顶杆沿着斜孔退回到起始位置复位。

图9 斜顶机构的三维示意图

b.斜顶杆机构中倾斜的角度、斜顶杆座的运动行程及顶出的运动位移必须经过严格计算，并通过UG的【移动对象】功能实现干涉模拟。

c.斜孔的结构满足慢走丝的加工条件，确保穿丝孔可以垂直穿丝。

d.斜顶机构在顶出时应顺畅、无卡滞、无异响，涂抹润滑油等技术要求。

（5）三维图成型装配。

三维分模装配图如图10所示。

图10 成型部件的三维分模装配图

（6）二维装配图。

二维装配图如图11所示。

5 关键模具零件动模镶块斜顶孔的加工方案

动模镶块的关键制造难点在于斜顶运动的空间，即斜顶孔。此斜孔的倾斜角度为4°，且斜面的截面为矩形，采用慢走丝切割斜顶孔的加工工艺。

（1）将动模镶块装夹在慢走丝机床操作平台上，使用杠杆指示表对镶块6个面进行拉直找正，使镶块相互平行的六面与慢走丝的坐标轴基准保持完全一致。

图11 异性绝缘体的斜顶注射模装配图

表1 该合格塑件的注射成型参数汇总

（2）使用杠杆指示表，用慢走丝机床确认主程序面（TP）和从程序面（TN）的高度值。

（3）根据斜顶倾角4°，演算TP截面与TN截面的公共截面部分，确保存在垂直穿丝的通透空间。

（4）按照设计图纸，在设备软件中分别在TP面和TN面绘制出待切割的截面轮廓图形。

（5）在设备的操作面板中选择【上下异形】功能，输入主程序高度和从程序高度。

（6）操作设备，在【上下异形】中按照图纸尺寸输入轮廓数据参数，生成设备识别的加工图形。

（7）加工执行前，调整慢走丝的M、A、O、SV、WT参数，生成数控加工程序。

（8）执行慢走丝加工，随时观察切屑运动，注意斜孔料屑的掉落，微调设备运动，勿让料屑的掉落将斜孔刮伤。

（9）利用铜丝的放电进行第二遍和第三遍的切割，控制水流、水压及丝的张紧力，最终保证斜孔的光度要求。

（10）切割结束后取下动模镶块，使用草酸对镶块进行清理，做好表面的防锈及防护工作。

6 注射模注射成型参数的调试

注射模注射成型参数的调试如表1所示。

在注射成型过程中，通过不同的注射成型参数的调整，压制的针绝缘体经检验，尺寸数值、表面光度、强度要求均符合图纸。模具在使用中，潜伏浇口及分流道的凝料在顶出时可以自然掉落。在斜顶杆的作用下，顶出后塑件从斜顶杆的表面分离，塑件亦可以自然掉落。如此便达到了模具在注塑机上的自动生产，省去了从模具上取件的时间和去浇口时间，提高了注射成型塑件的生产效率。

7 结语

（1）通过UG三维软件对模具进行三维分模，直观拆分出每个模具零件，确保分模的合理性，优化了模具成型结构，保证图纸的正确性，从设计源头上就降低了错误的发生率，打下了高精度模具的基础。

（2）充分利用了慢走丝高精度切割斜孔的功能，验证了慢走丝加工斜孔的可行性，对精密斜孔加工具有一定指导意义。

（3）模具镶块均采用淬火工艺加工，材料硬度不低于50HRC，且成型表面均采取防腐蚀措施。

（4）模具的斜顶机构在运动中无卡滞现象，也无异常声响，顶出可靠。