1、25石材2023年11期SHICAI机械装备多取数小型叠层注射模设计尉晓娟（大连工业大学艺术与信息工程学院，辽宁大连116 40 0）摘要：本文着重阐述了小型叠层注射模的设计要点，借助MOLDFLOW软件模拟技术进行辅助分析，实现成型吨位、流道系统、顶出系统、取出系统等模具结构的最优化，使叠层式注射模具与现有普通的注射模塑设备配套，得到双倍于普通单层模的生产效率，节约原料，缩短生产周期，实现叠层式注射成型的全自动化。关键词：叠层模具；齿轮齿条结构；气体顶出；双层机械手；MOLDFLOW分析1引言叠层模具是成倍地增加可使用的模具面，以其生产效率超过普通的单面模具而闻名，对于中小制造企业来说，不可
2、能无限地投资各型号、大吨位的成型注射机来满足市场来的紧急订单，那么采用叠层模具生产无疑是一种优佳选择。叠层模具型腔是分布在2 个或多个层面上的，垂直于机床开模方向重叠排列，相当于是将多副模具型腔叠放组合在一起。叠层模具适合浅腔薄壁并产量大的塑料件，且模具型腔内部少滑动块结构、少斜顶结构的产品。叠层模具生产使用的树脂计量和开模行程均可达到注射机最大理论参数的80%（普通单层模具计量和开模行程一般只有成型机定额的2 0%），这是可以成倍地提高设备利用率和生产效率的理论基础。另外，由于叠层模具的型腔呈重叠式排列，制品注射投影面积较单层模具不变，因此对于注射机来讲，成型叠层模具所需锁模力几乎不会增加，
3、这就保证了模具型腔分型面锁模稳定，避免了制品披锋、凹痕等缺陷，可保证产品高品位要求。图1所示投影仪装饰盖板部品是国际著名投影仪中的一个装饰掩盖部件，非常适合做叠层模结构，但制品有外观装饰要求，外观面不允许有浇口残留或痕迹。因此，模具还需要采用倒装结构，浇口只能设置在顶出一侧，这在叠层模具的设计上一大难点。2制品结构特征产品尺寸为5 0 5 0 7 mm，是外观掩饰遮挡部品，品味要求较高，外观面（凹模）不允许有浇口残留痕迹。凸模有两定位柱子和卡钩，见图1，塑件采用ABS树脂，其耐热性、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，可有效的起到投影仪的装饰掩盖效果。图1投影仪装饰盖板反（左正面
4、，右背面）3模具结构设计3.1模具吨位及取数的选则客户要求制品产量企划10 万台，一模4穴，企业现有5 0 t位成型机空闲，10 0 t及以上t位成型机床不足。根据上述客观情况，利用理论计算（模具锁模力计算公式：F=PA）及MOLDFLOW模拟分析，见图2、图3，共同验证5 0 t机床成产可行性。常规单层一模4穴t位理论计算：单层锁模力F=700110=77t75t；P A BS材料单位面积模腔的内压7 0 0 kgf/cm；A 一成形零件及浇注系统的总投影面积110 cm；常规单层一模4穴MOLDFLOW模拟分析结果为8 0 t，见图2。结论是采用单层一模4穴常规机构，为保证产品品质，需10
5、 0 t位及以上t位生产。门锁模力XY图800.0000F0.0008000010.0015.0020.0025.0030.00F时间图2 常规单层一模4穴MOLDFLOW模拟26STONE2023No.11STONE机械装备石材双层叠模一模4穴t位理论计算：锁模力F=70060=42t50t；P 一ABS材料单位面积模腔的内压7 0 0 Kgf/cm；A 一成形零件及浇注系统的总投影面积60cm；双层叠模一模4穴MOLDFLOW模拟分析结果为48t，见图3。结论是采用双层叠模一模4穴设计，无论是理论计算和MOLDFLOW模拟分析，机床t位均小于50t。因此，根据客户需求及企业机床t位清单，结
6、合耗能成本，采用双层叠模一模4穴设计，5 0 t位机床生产是可行的。3.2浇注系统设计由于该塑件制品是遮挡掩饰件，属于外观部品，客户要求外观面不允许放置浇口。如采用潜伏浇口，潜伏浇口点位置不在制品中心位置，树脂收缩不均，完成品长度尺寸存在大小端的差异，且浇口拉断易引起掉屑、浇口点长等外观课题不利于自动化生产。只能用模具倒装模具结构，热流道针阀进料。热流道系统结构方案如图4所示。图5 是填充状况。图6 是压力场的分布情况，得到了现场调机师傅及客户的认可。58.007领力XY图48.00F30.00FFF20.0010.000.00008.0000008.005.000.625.000.005.8
7、0图3 双层叠模一模4穴MOLDFLOW模拟塑件主热嘴分流板分热嘴图4叠模热流道系统Fll ime=1.002s51.0020.75120.50080.25040.0000图5 填充状况PressureatViPswitchover*48.87MPaMPa48.877.565MPa14.71(MPa18.81mPa36.6515.73KPa13.31(KPa24.4419.03MPa19.59MPa12.59MPa12.220.0000图6 压力分布3.3同步开模机构设计对于双层多穴模具来说，两层分型面同时开模至关重要，同步开模可以保证制品停留在型腔和周围环境中时间相同，这样对于多取数的产品收
8、缩一致，进而最大可能保证塑件尺寸、外观色差一致。同时可缩短成型节拍，便于自动化生产及提高生产效率。本案例采用齿轮齿条结构，可实现两层分型面同步开模，并可精密控制开模距离。限位导向柱动模齿条齿轮一定模齿条限位导向柱图7 齿轮齿条同步机构（合模状态）开模距离开模距离图8 齿轮齿条同步机构（开模状态）如图7 所示。齿条固定在动模和定模上，齿轮固定在中间板上，当成型机动模板运动时，动模齿条带动中间齿轮，同时有带动了定模侧的齿条，致使两个分型面同步打开，该过程是联动的，并且两层的开模距离是相等的，如图8。3.4J顶出机构设计该塑料件尺寸较小，结构特征简单，模具型腔浅。同时模具由于是到装结构，不能利用成型
9、机的顶SHICAI机械装备出动力，常规模具顶出设计无法实现。本案例采用气缸顶出设计，如图9所示，采用两点气顶块，对角排布放置，合理设计气顶块大小，保证顶出面积。图10所示，是气顶块顶出状态，在模具钳工现场衍配，气顶安装座后连接气缸，调试气压，顶出受力均匀。图9气顶块未顶出3.5承重结构设计由于叠模模具充分利用了成型机的开模行程，使其在中间多加了一层型腔，致使中间板在开模后，处于悬浮状态，尽管有4根定模导柱支持，但中间板距离导柱固定端距离较远，处于悬臂量状态，长时间开合模，可导致导柱磨损变形，影响产品质量。因此，本案例把支撑中间板的力量转移到成型机的轨道（格林柱）上，加4个耐模承重块，如图11，
10、这种设计结构简单，方便拆卸，效果好。耐模承重块选用韧性和刚性及润滑性都较好的P20材料，承重块支撑面圆弧直径大于成型机格林柱0.0 2 mm,用螺栓固定于模具中间板顶端，调机人员可适当调整螺栓，调整支撑间隙。承重块格林柱中间板图11支撑块设计示意图3.6取出机械手的设计该塑件是外观部品，产量大，客户要求品质高。因此，产品成型后为避免磕碰，不能自由掉落，必须使用机械手取件。在设计取出机械手时候，机械手吸盘除了考虑整体动作距离外，对于在运动轨迹上的模具型腔凸模、各接线插座、压缩空气管路、冷却水管的位置，要有充分考虑，避免干涉，机械手要做避空图10 气顶块顶出状态设计，双层机械手，一个机械臂控制，如
11、图12。同时，由于是倒装模具，两层型腔是对着放置，吸嘴吸取制品后，两层吸盘也要反方向旋转平放于收纳盒中，4个塑料外观面朝上，避免制品划伤。4结束语该塑料件的模具设计，还涉及到冷却系统及一些其他辅助设计等，可参照一般模具的常规设计。受制造企业机床吨位限制及客户需求要望，模具采用了叠模倒装模具的结构形式设计，借助MOULDFLOWM模流分析辅助设计，最终量产成功，见图13。气管一层机械手吸盘二层机械手吸盘吸嘴图12 机械手设计方案实物图13 叠模模具生产状态实物参考文献1米利波，张晓波.基于CAE模拟的注塑成型浇口设计优化与应用D).合成树脂及塑料，2 0 2 0，3 7（1）：7 3-7 6.2
12、 YU Y,ZHAGNJ H,WANG J.Flame propagation behavior ofpropane-air premixed combustion in a confined space with twoperforated plates at different initial pressures DJ.Energy Science&Engineering,2022,10(8):2940-2953.3 ZHAO R,FAN X Y.Parameter design for injection moldingprocess of terminal box based on taguchi method and MoldflowC Proceedings of 2019 4th International Workshop onMaterials Engineering and Computer Sciences,IWMECS,20194张维合.注塑模具设计实用教程 M,北京；化学工业出版社，2 0 0 8:2 7 0-2 7 7.5邓成林.汽车注塑模具设计实用手册 M,北京；化学工业出版社，2 0 19：11-17 3.石材2 0 2 3 年11期27
