型芯速换多功能样条模具设计研究范文

摘要:为了解决现有塑料样条实验模具采用固定型芯且模座和型芯不能重复利用的缺陷，设计了一种型芯快速可换的多功能一体化样条实验模具，以生产不同式样的塑料实验样条。结果表明，通过不同型芯上的顶杆通孔位置不变来适应不同样条的顶出需求，只需替换型芯而不拆卸模具即可成型各种样条，例如拉伸、冲击、弯曲、阻燃、色板、导热片、平板等。运用Moldflow软件模拟样条成型过程来验证注塑成型的可行性，并通过实验验证了该多功能一体化样条注塑模具的可行性。

关键词:注塑模具;样条;替换型芯;顶出系统;模流分析

注塑模具的设计不单要求制件的精度，还要求生产效率和操作简单性，塑料样条测试用于研究塑料的特性［1－3］。塑料材料性能包括拉伸性能、弯曲性能、冲击性能、阻燃性能、导热性能等。先在型芯上制造样条型腔，再将型芯固定在模具基座上是目前大多数样条注塑模具的结构，如后期添加其他测试样条，则需重做一组模具座板和型芯，成本将会增加［4－6］。也有学者设计了一种可更换型芯的样条注塑模具，将型芯可拆卸地安装在座板上，对于不同的测试样条，只需要更换对应的型芯即可，但在样条脱模时，需要让脱模顶杆处于样条成型腔内，保证顶杆能够在脱模时顺利顶出样条，而对于不同形状的样条，其成型腔的形状和大小也各不相同，除了更换型芯外，还需针对新的型芯调整脱模顶杆的位置，仍会增加修模成本［7－9］。针对以上存在的问题，本文设计了一种型芯快速可换的实验注塑模具，可以实现拉伸、弯曲、冲击、阻燃、导热等性能测试的实验样条制备。

1模具结构图

1为设计的样条注塑模具，包括位于下方的动模和位于上方的定模，动模包括整体呈矩形的动模座板，动模座板的上表面具有沿长度方向固定安装的垫块，垫块沿动模座板宽度方向对称设置有两个;还包括由下向上依次设置在两个垫块之间的顶杆垫板，两个垫块上还具有水平设置的动模板，动模板包括整体均呈矩形板状的型芯镶块和型芯，型芯上具有用于成型样条的样条型腔;型芯镶块的上表面具有与型芯形状一致的型芯镶槽，型芯通过螺栓可拆卸地安装在型芯镶块的型芯镶槽内;型芯镶槽的底部和型芯上具有同轴贯通设置的顶杆孔，顶杆孔沿型芯的长度方向和宽度方向呈矩形阵列布置;顶杆垫板上安装有与顶杆孔一一对应设置的脱模顶杆，脱模顶杆的直径小于顶杆孔的直径。型芯长度方向的两侧各具有一个向外延伸形成的压边，压边低于型芯，且底部与型芯的底部齐平;型芯镶块的上表面具有两个分别与型芯镶槽长度方向的两侧连通设置的压块槽;压块槽的底部具有多个沿型芯镶块的宽度方向布置的螺纹孔;还包括通过螺栓可拆卸地安装在压块槽内的压块，压块压在型芯的压边上，使型芯固定在型芯镶块上。型芯上方还具有安装在定模上的型芯盖板，型芯盖板一侧上安装有导向块。顶杆垫板的四角处各具有一个竖向设置的导杆和套装在导杆上的弹簧;动模镶块的四角处具有与导杆对应设置的导杆孔，供导杆穿过。垫块上表面具有多个沿长度方向布置的定位柱，型芯镶块上具有与定位柱对应的定位孔，定位柱的直径和定位孔的直径一致;垫块上的定位柱穿入型芯镶块上的定位孔，使型芯镶块平放在垫块上。型芯的上表面还具有与样条型腔连通的浇口，浇口位于型芯宽度方向的中部位置，且靠近型芯长度方向上的一侧。型芯的上表面还具有与样条型腔相连通的排气槽，排气槽位于样条型腔远离浇口的一侧，且延伸至型芯的边缘外;排气槽的宽度为0.03～0.05mm。

2模具特点

2.1可换式型芯

该注塑模具的最大特点是能够快速简单地替换型芯来注塑成型不同式样的样条。如图2所示，分别为平板、阻燃样条、拉伸、弯曲与冲击组合样条、色板、圆板、导热片等型芯。替换型芯方法如下:替换型芯时，先把喷头向后移，然后打开模具，顶杆从型芯中移出，模具固定在注塑机上，利用提升装置来抽取出型芯镶块并替换型芯，该过程十分便捷。在后期阶段，如需增加测试样条只需增加型芯，其他组件不需要更换。

2.2顶出机构设计

通过在型芯镶块的底部和型芯上设置呈矩形阵列布置的顶杆孔，对于更换型芯后不同形状的样条型腔，都可以保证样条型腔所在区域内都有顶杆孔，便于脱模顶杆能够将成型后的样条顶出脱模。脱模顶杆将样条顶出的同时会压缩弹簧，脱模完成后，利用弹簧的弹力可以使顶杆垫板快速与动模本体分离，便于进行下一次注塑。

3Moldflow模拟分析

通过使用Moldflow软件对样条成型过程进行分析，得到充填时间、速度/压力切换时的压力、锁模力等工艺参数［10－15］。在开始分析之前要先在软件中建立模型，将样条以.iges格式导入Moldflow软件，然后在软件中对样条网格划分进行，网格类型选择双层面网格，单元总数达5614个、选择材料通用聚丙烯、注射位置和设置工艺参数等，通过Moldflow软件所得的模拟参数如下:熔体温度240℃，模具温度40℃，最大注射压力26MPa，保压压力20MPa，保压时间10s、充填时间为0.6688s。平板模拟结果如图3a和3b所示，可以看出平板开始从进浇口逐步向前填充，最后均匀充满整个型腔。充填过程中流动速率如图3c所示，随射出体积的增大而变化，在射出体积为30%时流动速率最大。锁模力如图3d所示，在0.65s时达到最大值12.09t;然后开始进行速度/压力切换，由之前以速度为主导的充填阶段变为以压力为主导的保压阶段。通过模拟结果看出，整个模具结构和流道系统设计较为合理、整个填充过程较均匀、无滞留、熔融塑料流动性好。如图4a和4b所示，平板实际生产过程与图3所模拟结果一致，模拟与实际生产吻合较好。平板、拉伸、弯曲与冲击组合样条、圆板、色板、阻燃样条、导热片等实验样条产品实物如图4所示，所生产的产品均已达到要求。

4结论

1)通过型芯和型芯镶块可以快速替换型芯，在替换过程中模具和冷却系统皆无需变动，节省了时间和成本。2)更换不同型芯时无需对模具上的顶杆进行调整，即可适用。3)运用Moldflow软件模拟样条的成型过程，得到相关参数来提高试模成功率。目前该多功能一体化样条注塑模具在实际生产中已达到要求。

参考文献

［1］冯刚，张朝阁，江平．我国注塑模具关键技术的研究与应用进展［J］．塑料工业，2014，42(4):16－19．

［2］王鑫，杜林芳．工艺参数对微注塑制品轴向拉伸变形量的影响［J］．塑料，2015，44(4):94－96．

［3］夏建生，窦沙沙．CAD/CAE/CAM技术在塑料产品注射模中的应用［J］．模具制造，2008，8(11):17－20．

［4］孙斌．注射参数对注塑拉伸试样成型的影响［J］．理化检验(物理分册)，2010(4):215－222．

［5］余鹏，吴建伟，郝源增，等．样条测试时间对工程塑料力学性能的影响［J］．精细石油化工进展，2012，10(6):42－46．

作者：姜文尧 周志明 梁珊 周健刚 钟景军 刘永学 姚远 涂坚 胡瀚杰 孙青云 单位：重庆理工大学材料科学与工程学院