过滤网注塑模具设计
过滤网注塑模具设计
摘要：产品为过滤网，属于工程塑料产品，主要是用于过滤杂质，其外观要求较高，介绍单分型面、侧浇口和顶出机构的注塑模具设计方法。并根据客户要求，用AutoCAD专业模具软件将整套模具结构设计出来。实践证明此模具工艺性好，模具结构新颖，生产效率高，对同类产品模具设计有一定的参考价值。
关键词： 过滤网 单分型面 侧浇口 AutoCAD
1 引言
随着模具工业和计算机工业的不断发展，模具CAD/CAE/CAM 发展越来越快，企业对会使用AutoCAD、PRO/E、UG等专业三维设计软件、有一定工作经验的复合型人才需求渐旺。本作者通过利用PRO/E和AutoCAD软件进行过滤网的三维数据模型设计、浇注系统设计、分模设计及装配设计和冷却系统设计等，不仅缩短了模具的设计及制造周期，提高了模具的质量和使用寿命，而且还增加了模具的潜在价值和市场竞争力， 为新产品迅速占领市场打下了坚实的技术基础。
2过滤网设计要求
如图1、2所示在接受设计任务时，客户提供了过滤网的二维工程图和产品的三维立体图，并提出一些设计要求。
图1 过滤网二维工程图
图2 过滤网三维立体图
表1-1 客户要求
模具设计的主要依据是客户胶件资料，资料包括图纸、样板和电子文件。在输入胶件资料时，需要进行相应的转换和处理，以达到模具设计所需的要求。
3 设计思路分析
在对模具进行设计之前，应该先根据客户提供的资料和要求进行合理分析，充分了解产品的用途、特性、设计参数和客户要求等，然后再合理地进行模具结构设计。
3.1 用途分析
产品为过滤网，属于工程塑料产品，主要是用于过滤杂质，其外观要求较高。
3.2 材料分析
过滤网采用的材料是（PA1010）塑料。
技术指标
PA是结晶型塑料，半透明、比重小、弹性和柔性较大，吸水性比PA66低，尺寸稳定性可靠。模温在50-90℃较好，加工温度在220-240℃为宜。具有韧性、耐磨性和自润滑性，其优点主要有机械强度高、韧性好、耐疲劳、表面光滑、摩擦系数小、耐磨、耐热（100℃内可长期使用）、耐腐蚀、制件重量轻、易染色、易成型。流动性好，容易充模成型，也易走披锋。PA熔点高，凝固点也高，熔料在模具内随时会因温度降到熔点以下而凝固，妨碍充模成型的完成，所以，必须采用高速注射（薄壁或长流程制件尤其这样）。尼龙模具要有较充分的排气措施。PA制品有时需根据品质要求进行“退火处理”或“调湿处理”。
3.3 结构分析
模具结构
根据过滤网产品的结构特点及客户要求，最佳设计方案是采用单分型面注塑模具结构，如图3所示。
图3 单分型面注塑模具结构
胶件排位及型腔数
胶件排位是根据客户要求，将所需的一种或多种胶件按合理注塑工艺、模具结构进行排列。胶件排位与模具结构、塑胶工艺性相辅相成，并直接影响着后期的注塑工艺，排位时必需考虑相应的模具结构，在满足模具结构的条件下调整排位。根据排位原则、胶件的结构特点、产量和客户要求，将过滤网定为一模两腔，其排位方式如图4所示。
图4 胶件排位及型腔数
分型面
根据设计原则和胶件的结构特点，将过滤网分型面设计在胶件的底部，如图5所示。分型面选择在胶件的底部能够保证制品的外观质量和便于加工，如果选择在上面，则会影响外观质量，也会给加工带来麻烦。
图5 分型面
浇口类型
由于产品的外观和结构所限制，所以不宜采用直接浇口、点浇口和潜伏式浇口进料。根据过滤网的结构最好采用侧浇口进料，既不影响产品的外观，而且去除残料方便，如图6所示。
图6 浇口类型
顶出机构
由于过滤网前模有多个碰穿孔，顶针如正对碰穿孔会出现毛边和产品难脱模等缺陷，所以顶针的设置一定要避开碰穿孔，如图7所示。
图7 顶出机构
冷却系统
根据制品的形状、尺寸和模具结构，冷却孔径取6毫米。由于型芯的结构影响，动模采用水坑式冷却系统比较合理。而定模则用冷却效果较好的循环式冷却系统，如图8所示。
图8 冷却系统
4 模具装配图设计过程
4.1 调入标准模架
根据以上所涉及的要求，作为模具设计师首先必须确定模具的进胶方式，和前后模仁的大小，以此来选择合适的模胚类型和模具型号。经分析此产品，从模具强度和寿命的角度来考虑采用大水口（两板式）搭底进胶。模胚选择什么厂家应根据客户要求或者公司标准来定,本套模具是以龙记模胚为例，其余参数应根据产品需求来确定。标准模架如图9所示。
图9 标准模架
4.2 浇注系统设计
浇口位置非常重要。浇口孔径不要小于0.5×t（这里t为塑件厚度）。使用热流道，浇口尺寸应比使用常规流道小一些，因为热流道能够帮助阻止材料过早凝固。用潜入式浇口，浇口的最小直径应当是0.75mm。根据分流道的长短及制品结构形状，确定冷料穴的位置和尺寸。浇注系统如图10所示。
图10 浇注系统的设计
4.3 顶出系统设计
胶件脱模是注射成型过程中最后一个环节，脱模质量好坏将最后决定胶件的质量；当模具打开时，胶件须留在具有脱模机构的半模（常在动模）上，利用脱模机构脱出胶件。目的是便于产品均匀顺利的顶出。顶出系统包括：推杆、推管、推块等推出零件；复位杆、复位弹簧及先复位机构等顶出零件的复位机构；高压气体顶出的气阀等配件；内螺纹顶出系统中的齿轮、齿条、马达、油缸等配件。不得与螺丝、运水、中托司、撑头等相干涉。推杆布局如图11所示。
图11 推杆布局
4.4 冷却系统的设计
目的：提高生产效率，提高产品的品质性能。此套模具采用循环式方式和水桶（水坑）方式，如图12所示。
图12 运水排布方式
4.5 定位系统的设计
虎口常设计于呵芯的的四个角落，用整体式，定位效果要好。此种结构属于精密模具，分型面为复杂曲面或斜面的模具，以及制品严重不对称，在生产中产生较大侧向力的模具，虎口的尺寸可根据镶件的长度来取：当L<250mm时，W取15~20mm，H取6~8mm，当L>250mm时，W取20~25mm，H取8~10mm。
4.6 其它结构设计
4.6.1 弹簧
弹簧内径的选取：根据回针直径的选取，内径只要比回针的直径大就可以了。根据内径查标准件可以找到弹簧的型号。自由长度计算：弹簧自由长度应根据压缩比及所需压缩量而定。L自由=（E+P）+（E+P）×10%，顶出行程（A）=30mm，弹簧的计算方法：E的行程应该是30+(5~10)mm；（注：E的行程是30+(5~10)mm，但定方铁应定标准的，尽量不定非标准的）（E）的顶出行程定到40mm，我们可以套用公式暂时先取和推杆板顶出行程（E）一样，则弹簧的自由长度为（40+40）+（40+40）×10%=88，弹簧可以定到90，此时我们按50%的压缩量来验证量否正确；90的弹簧压缩后还有45mm，45 mm的弹簧放到40的弹簧孔中还有5mm露在外面，顶出时顶针板往上走，因有5mm露在外面，最大极限只能走40mm-5mm=35mm，因顶出行程只有30mm，所以能将产品顺利的顶出，如图13所示。
图13 弹簧
4.6.2 定位圈（法兰）
将模具安装在注射机上，它起初定位的作用，保证注射机料筒喷嘴与模具胶口套同轴。同时法兰还有压住胶口套的作用，法兰可以装在模具面板表面，也可沉入面板5mm，如图：连接螺钉：M6×20.0mm，数量：2~4个，定位圈装配图如图14所示。
图14 定位圈装配图
4.6.3 胶口套
胶口套的形式有多种，可视不同的模具结构来选择。侧浇口胶口套指使用于两板模的胶口套，点胶口套指使用三板模的胶口套。二板模胶口套是标准件，通常根据模具所需塑料重量的多少，所需胶口套的长度来选用，胶口套的直径根据模架的大小来选取，模架4040以下，选用D=12mm，的类型，模架4040以上，选取D=16mm或D=20mm，长度根据模架的大小确定。二板模胶口套装配图如图15所示。
图15 胶口套装配图
4.6.4 撑头
针对此产品根据这些原则可布置成如图16所示。（因进胶点附近下对顶棍孔和顶针，所以撑头只能设置在呵芯的两头）
图16 撑头的布置
4.6.5 总装配图及尺寸的标注
总装配图尺寸标注如图17所示。
图17 总装配图尺寸标注
4.6.6 模具零部件明细表设计
在材料清单中要定的材料有模胚、前模呵、后模呵、法兰、唧嘴、撑头、弹簧、顶针和水口扣针等，如图18所示。
图18 模具零部件明细表
4.6.7 设计总结
1、调入模架的外挂有很多种，工厂比较常用的有两种，一种是：“燕秀工具箱”，一种是“LKM”龙记模架，对于选择哪种外挂，依据公司的标准及个人的习惯而定。
2、对于成型零件，如镶件、镶针，注意封胶问题，胶位出镶件便于加工，对于行位镶件，尤其要注意封胶问题及外观问题，斜顶柱决定顶出行程。
3、顶出，对于透明产品应根据整个装配图来综合考察外观问题。
4、冷却，能走运水的地方尽量多走，冷却是提高生产效率的最先考虑，冷却一定要注意避免与顶针、螺丝相干涉。
5、排气。一般要求不高的模具都是先试完模后再调整，由车间工人师傅来确定，对于较难排气的塑料或较难排气的零件，做设计时一定要注意考虑排气问题，如处理不好，会出现走胶不齐等原因。对于较难解决排气的问题，可通过其它方式可其它途径来解决。
6、尺寸标注的详细与否，根据公司工种的分配而定。
7、明细表，对于一般的呵芯及异形零件，定料时要预留，对于要进口的钢材一定要在备注中注明“进口”，钢材的选择根据公司的习惯而定。
5 模具成型零件图设计过程
5.1 前后模成型零件
前模呵芯3D图如图19所示，后模呵芯3D图如图20所示。
图19 前模呵芯3D图
图20 后模呵芯3D图
5.2 拆画模具成型零件图的顺序
拆画模具成型零件图的顺序是：拆画模胚加工图、拆画前模加工图、拆画后模加工图、拆画方铁底板加工图、拆画后模呵芯加工图、拆画前模呵芯加工图，并标注尺寸。将两个或多个在同一条直线上螺丝用双点画线起来，用坐标标注一个尺寸，双点画线是假想的，给人一个参考，如图21所示。在标注后面加（2X），说明在同一直线上相同的部件有两个。
图21 标注方法
5.3 编写技术要求
零件图上的技术要求，零件图除了图形和尺寸外，还标注了一些不同形式的代号及文说明，这是为了保证制品性能的需要而提出一些技术指标，如表面粗糙、公差与配合、表面形状及位置公差、热处理要求等。表面粗糙度标注，模具零件图中的型腔面及配合要求的面必须标注粗糙度。要标明零件图尺寸公差；形状的位置公差的标注；精密模具的零件图标注形状公差；热处理与表面处理的注写。
装配图上的技术要求，对有热处理、表面处理要求的零件要注明，例如：淬火48~50HRC；氮化700HV；蚀纹面；抛光面等。技术要求应写明模架规格，开框尺寸，内模镶件的材料，定、动模的脱模斜度，备料尺寸以及其他特别说明等。如果浇口套要偏离模具中心，方铁要加高，导柱要加粗，推板材料有特别要求，需要加先复位机构等等，都要在技术要求中详细写明。
6 结束语
由于塑料制件的结构越来越复杂，带来模具的结构也越来越复杂，这就要求我们模具设计人员不断地想出更多合理可靠的模具结构来成型不同要求的制件。在实际的设计工作中， 我们应充分利用我们所掌握的有关数学、力学以及材料学等相关方面的知识， 通过运用国内外先进的CAD/CAE/CAM集成技术软件来进行模具结构设计与开发工作， 这样我们就会不断提高自身的业务技能和专业水平，从而增加新产品的潜在价值和市场竞争力，为企业带来了良好的经济效益。
参考文献及资料：
冯炳尧等，《模具设计与制造简明手册》，上海，上海科学技术出版社，1985
《模具设计师》国家职业标准
塑料模设计手册编写组.塑料模设计手册[M].北京，机械工业出版社，1994
吴柳机等，《模具设计技能培训——AutoCAD中文版》，北京，人民邮电出版社，2009
作者简介：黄丽梅，女，汉（1980--）广东紫金人，高级技师、一级实习指导教师，现任单位：广东省岭南工商第一技师学院，研究方向：机械设计方向。
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