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摘要:利用UG软件对豆浆机过滤器进行模具设计。针对豆浆机过滤器的结构进行了工艺性分析，塑件具有阶梯圆桶形状及表面存在大面积的侧凹，模具采用了典型的哈弗模成型塑件外表面，完成侧向分型抽芯。利用普通冷流道进行充填，一模两腔结构形式，侧浇口进料，浇注系统设在哈费块上，与塑件相连。由于该模具的开模顶出行程较长，采用导柱导向及辅助定位机构，在成型塑件的行程上增加虎口辅助定位。其推出系统是模具设计的难点，由于塑件高度达203mm，如果采用常规模具设计顶出机构，只有开模行程为700mm的2000g注塑机才能满足要求，该模具的顶出机构采用拉板结构，在开模的同时，可使塑件从凸模顶出，缩短了模具的开模行程，只要XS-ZY-500注射机满足要求，避免采用大型注射设备，就能达到节能节材的效果。
关键词:豆浆机过滤器;UG;哈弗模;水井式冷却;拉板结构
1塑件的工艺性分析
注塑机型号为海天生产的XS-ZY-500型。豆浆机过滤器实体造型如图1所示。该塑件材料为丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)，它无毒、无嗅、不透水，但略透水蒸气，具有高耐磨性、力学强度及光泽性，流动性好，易于成型的特点。塑件外形尺寸比较大，最大直径约为98.5mm，高度约为203mm，需和其它部件装配在一起使用，其表面质量要求较高，内、外表面粗糙度为0.4μm。该塑件为1个筒形件，其结构对称，形状比较简单，其侧面周围有4个孔，需要侧向分型抽芯;塑件整体壁厚比较均匀，壁厚为2mm，局部固定金属嵌件处的壁厚较大，为4mm;塑件外观比较光滑，故模具成型件表面需要抛光，可以满足生产要求;塑件尺寸精度没有要求，故按照一般加工精度加工即可;由于塑件生产批量比较大，需要设计一模多腔结构，可以提高生产效率;结合塑件形状及尺寸特点，该模具是一套典型的哈弗模具，即模具型腔由两部分拼合而成，而这两部分均为一半。在开模时由斜导柱带动哈弗块垂直于开模方向移动，完成侧面周围4个孔的侧向分型抽芯。芯模由拉板在开模的同时实现顶出。
2模具结构设计
2.1分型面
分型面对模具的结构及成型具有至关重要的影响，分型面应选在塑件外形最大截面处，保证顺利脱模，分型面的选择首先要确保塑件的尺寸精度和表面质量要求，其次保证加工方便，不宜设在光滑外表面［9］。在注射成型时，为了保证良好的排气，防止充不满的现象。根据分型面的选择原则，同时，为防止产生倒扣，该塑件分型面选在最底部，如图2所示。
2.2浇注系统
塑件外形尺寸较大，成型数量较多，影响塑件的成型质量、模具成本、模具的搬运等问题，由于批量生产，结合注塑生产效率和模具结构复杂程度，采用一模两腔结构形式，侧浇口进料，浇注系统设在哈弗块上，与塑件相连。利用UG软件生成的浇注系统三维模型，如图3所示。为了使流道凝料从主流道衬套中顺利拔出，主流道设计成倒锥形，锥角为2°～4°。分流道截面设计成圆形，比表面积小，热量损失小，效果最佳，但加工难度较大。根据ABS材料特性及经验分流道直径为6mm。为了简化模具结构，降低成本，在满足使用要求的前提下，浇口选择矩形侧浇口。冷料穴开设在主流道末端，储藏冷料，选择倒锥形冷料井。开模时，冷料穴的倒锥具有拉料作用，使主流道凝料脱出浇口套，并滞留在动模一侧，然后通过脱模机构强制推出凝料。
2.3成型零件设计
由于成型塑件的尺寸比较大，如果成型零件作为1个整体，模具的成本和总体尺寸会增加;而且，模具损坏时更换也比较麻烦。因此，成型塑件的型芯和型腔均采用组合式结构，节省了贵重金属，降低了模具成本。利用UG生成的凸、凹模分模如图4所示，由图4可知，定模型腔由两部分组成，2个定模型芯，2个动模型芯及2个塑件。
2.4侧向分型抽芯机构
由于本套模具采用哈弗模结构进行成型，其抽拔距较短，故其侧向分型抽芯机构采用斜导柱抽芯机构，斜滑块为图4中的定模型腔(哈弗块)，滑块的定位机构由限位螺钉完成、滑块锁紧机构由定模板整体构成。
2.5导向机构
2.5.1导柱导向及辅助定位
在生产塑料产品时，常常采用大批量生产，由于磨损，导致导向机构的寿命较短，同时注塑出来的产品尺寸也会出现不稳定现象［12］。由于塑件高达203mm，采用导柱、导套导向机构已不能满足要求，需增设辅助定位机构。一般模胚的定位中，只靠导柱、导套定位会使其寿命缩短，对于精密模具而言，增加辅助定位就显得非常必要。增加辅助定位的方式很多，其中，最常用的方式就是在模仁的4个角加工1个凸台，即虎口或者管位，其加工简单方便而且使用很广泛。还有1种方式就是在模框的外面增加定位块，增加开合模过程中的精确定位，定位块的类型较多，其中，最常见的类型有3种:竖型零度定位块、竖型斜度定位块和圆形斜度定位块，其中，竖型零度定位块最常用，使用最广泛。由于塑件的尺寸精度要求一般，所以本套模具外定位不增加定位块，只在成型塑件的行程上增加虎口辅助定位。
2.5.2撬模槽
由于豆浆机过滤器模具尺寸较大，仅靠人体的力量有时无法完成某些工作，对于汽车内饰件上的大模具更是如此。在修模时，为方便打开前后模，通常会在模胚上加工撬模槽，一般模胚宽度在400mm以上的模具均会加工撬模槽。
2.5.3锁模块
生产完成后，将加工完的新模具进行吊装和搬运，进行试模，一般均会在模胚的2个对角上各增加1个锁模块，防止在吊装过程中模具分离而发生不必要的事故。
2.6顶出脱模机构
该模具的最大特点是开模与顶出同步进行。由于塑件高度为203mm，若采用常规的注塑机顶出机构，需要700mm开模行程，只有2000g注射机才能满足要求。若模具顶出机构采用拉板结构，如图6所示。在开模的同时，为了实现塑件从凸模中脱出，缩短模具的开模行程，选择XS－ZY－500注射机，避免采用大型注射设备，达到节能节材的效果。拉板结构如图6所示，定模拉板固定在定模板上，动模拉板、压块和弹簧固定在动模板上，当模具开模时，定模拉板嵌入定模板凹槽内，沿凹槽滑动，动模板拉板上形成压块凹槽，压块可以在压块凹槽中移动。如图6所示，弹簧一端顶在动模板上，另一端顶在动模拉板上。当定模拉板勾住压块，带动动模板移动，如图7、8所示，使动模板与动模座板分离，直至分开距离为142mm(限位螺钉限位距离为145mm);然后，动模拉板与压块2个斜面开始接触，动模拉板沿斜面将压块压入动模板内(压块底面开有弹簧孔，压块与弹簧整体嵌入动模板内，在弹簧作用下可以上下移动);最后，在注塑机开模机构的继续运动过程中，定模拉板继续运动，使动模拉板、定模拉板完全分开，此时，动、定模板也完全分离，动模板兼具推板的作用。此时，动、定模板完全分开，结合限位机构、尼龙开闭器等，其运动结构实现了模具的顺利开模。依据冷却水路设计原则，由于产品高度尺寸大，故成型产品的型芯细而长，采用传统的冷却方式效果差，且加工不便。而采用水井式冷却方式，则较容易地解决了由于产品“瘦长”采用常规冷却方式，而导致冷却不均的问题［13－15］。成型塑件内壁的动、定模型芯采用水井式结构进行冷却，为达到良好的冷却效果，使塑件冷却更均匀，动、定模镶件材料采用热传导率高的铍铜合金。由于滑块尺寸较大，成型面积也较大，故需要对滑块单独进行设置冷却水路。
3模具动作原理
如图10所示。开模时，模板、动模板先打开，动模板和底板间由于尼龙棒的作用暂时关闭。此时，模板和底板开始打开，浇注系统凝料从浇口套中脱出，离开定模，定模拉板勾住动模压块。此时，固定在定模板上的小拉板勾住动模板上的压块，使动模板和底板分离，动模板兼具推板的作用，将产品从动模型芯上顶出。动模压板压动模块于动模板内。最后由固定在底板上的大拉板将压块压入动模板内，定模板和动模板继续分离，最终将产品(浇注系统凝料)顶出。其完全开模过程如图11所示。
4结论
(1)模具需要2个分型面将塑件脱模，利用拉板结构和尼龙开闭器共同控制，实现了顺序开模、安全脱模。(2)模具不设顶出空间，利用拉板脱模机构，实现开模与顶出同时进行，大大地缩短了模具的开模行程，因此，较小型的注射机具有节能节材的作用。(3)在动模型芯上，加工1个宽度几十微米的台阶，可以安装金属嵌件，简单方便。
作者:王建玲 刘伟 王永瑛 单位:唐山学院 江苏大学