调料盒注射模具的主要结构设计

姜国聚，陈广娟 （烟台职业学院机械工程系，山东 烟台264670）

调料盒是人们在厨房中常用的物品之一，塑料调料盒因其重量轻、花色品种繁多等特点在生活中应用十分广泛。但由于塑料调料盒大多结构复杂，外观质量要求较高。因此，要想得到合格的塑料产品必须从塑件的结构工艺性、注射成型的可行性、制造的工艺性等角度进行分析并综合考虑，设计出模具结构，才能得到合格的产品，进一步提高模具设计的合理性。下面，笔者针对一常用的塑料调料盒注塑模具主要结构设计过程，进行了综合分析论述。

1 产品注射成型分析

图1所示塑料制品为一调料盒，材料为ABS，表面质量Ra0.8μm，不允许有疤痕和凹陷，大批量生产。

图1 塑料制品图

1.1 ABS塑料的性质及成形特点分析

ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的共聚物，无毒无味，为呈微黄色或白色不透明粒料，成形的塑件有较好的光泽，价格比较便宜，是目前应用最广、产量最大的工程塑料之一，也是现代厨房用的各类比较美观的调料盒的首选材料。其缺点是耐热性不高，热变形温度约为93℃左右，不透明，耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。但适宜在厨房里使用。

ABS塑料的密度为1.02～1.05g／cm3。因为易吸水，常常使成形塑件表面出现云纹、斑痕等缺陷。为此，该塑料成形加工前必须进行干燥处理。如果塑件精度要求高时，模具温度可控制在50～60℃，要求塑件比较光泽和耐热时，模具温度应控制在60～80℃。ABS成型熔化温度在210～280℃，建议在245℃左右。注射压力约在50～70MPa。注射速度为中高速度。ABS比热容低，塑化效率较高，凝固速率也较快，故成形周期应尽量缩短；ABS的表观黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中一般采用点浇口形式。

1.2 塑件壁厚的检测

塑件的尺寸受到塑料材料流动性的制约，流动性好的塑料可以成形较大尺寸的塑件，反之能成形的塑件尺寸就较小；还受到塑料成型设备的限制，如注射成型的塑件尺寸要受到注射机的注射量、锁模力和模板尺寸的限制。因此在满足使用要求的前提下，应尽量将塑件设计得紧凑、尺寸小巧一些。塑料成型的首要条件是能否充满型腔，充满型腔又与塑料材料的流动性有着密切的关系，而流动性又与塑料熔料的流道长度及塑件的壁厚有关。所谓流道的流动比，就是指塑件上一段流道的长度与该段的塑件壁厚之比，各流道的流动比之和称为这个制品的流动比。如果流动比在使用塑料所确定的数值之内，那么可以初步判断塑料大致上能够成型［1］。

根据常用塑料壁厚的选择范围知，ABS工程材料的壁厚选择范围为1.2～1.6mm，根据最长流动距离和壁厚的关系，得到图1调料盒塑件壁厚的最小值为：（200÷100＋0.8）×0.7＝1.96mm＞1.5mm。通过对调料盒壁厚和ABS材料实际最小注射壁厚尺寸比较可知，该塑件可以进行注射成型。

1.3 表面质量要求分析和分型面位置确定

塑件的表面质量影响因素很多，因此在满足使用的前提下，设计时尽量不要选择过高的表面质量［2］。为了避免质量上的缺陷，在进行模具总体结构设计前，先使用CAE流动分析软件进行分析，可以提前预知缺陷易出现的部位及产生的可能性，然后总体设计时再进行优化和避免。图2所示为利用CAE软件分析的调料盒注塑件有可能出现凹痕和气泡的部位。

注射模具分型面的选择受到塑件的形状、壁厚、后处理工序、成型方法、塑件的外观、塑件的尺寸精度、模具类型、型腔数目、塑件脱模方法、模具排气、嵌件、浇口位置与形式以及成型机械的结构类型等的影响。从图2中可以清楚看到，中间2个进浇点之间的部位是表面易出现表面凹陷的区域，边缘的小圆圈是气泡最易产生的部位。可见凹陷易出现在收缩的位置，但由于中间进浇点之间区域的凹陷不是太明显，因此塑件结构能满足塑件表面质量要求。由于气泡点主要集中在边缘，如果将模具分型面设计在这里就可以将气体顺利排出去，因此可以考虑在这里设计模具的分型面，从而实现顺利排气［3］，避免制品内部产生气泡，保证制件的质量，满足使用要求。

图2 熔接痕和气泡出现的位置分析

2 模具制造工艺分析

2.1 模具精度及表面质量设计

从图1中可知，塑件的尺寸精度不高，尺寸都是自由尺寸，因此成型时只要将模具的制造精度比制件的精度高1～2级即可[4]，就能满足精度要求。

该调料盒塑件表面要求Ra0.8μm的表面质量，塑料制件的表面状态的改善除了表面冷疤、云纹之外，模具型腔的质量及模具型腔的表面粗糙度起着决定性的作用。通常模具表面质量可比塑件高1～2级，所以该模具型腔设计为Ra0.2μm的表面质量足够，而这一精度可通过精细磨削加工或研磨加工来达到质量要求的。

2.2 模具结构设计分析

模具工作零件结构除了极少部分采用整体式结构外，大多采用镶拼组合式结构。主要有如下原因：简化凹模型腔加工，将复杂的凹模内表面加工转换成镶件的外表面加工，这可以使整个凹模的加工难度降低；镶件可用较好的模具材料如高碳钢或高碳合金钢淬火，淬火后变形较小，有一些局部镶嵌的凹模型腔有较高的精度，经久的耐磨性并可方便更换；可节约优质塑料模具钢，尤其对大型模具的型腔和型芯更是如此；有利于排气系统和冷却系统的通道的设计和加工。

但镶拼式结构在设计中应注意以下几点：采用组合式，凹模的强度、刚度有所减弱，故模框板应有足够的强度和刚度；镶件必须准确的定位，并且要有可靠的紧固措施，镶件之间、镶件与模框之间尽量采用扣锁结构，以减小整体凹模在塑料高压下镶件的位移和变形；镶拼件的接缝必须配合紧密，以免成型过程中产生漏料现象；转角和曲面处不能设置拼缝，避免影响塑件的精度；拼缝线方向应与脱模方向一致，有利于塑件脱模；各镶拼件的结构应有利于加工、装配和更换；镶拼件的形状和尺寸精度应有利于凹模总体精度，并确保动模和定模的对中性，还应有避免累积误差的措施。

从图1产品图中可以看出，调料盒塑件从整体上看壁厚比较均匀，符合塑件壁厚要求均匀一致的原则性要求，但产品侧面的孔较小。结合上述分析，模具型芯如果设计成整体式的结构，加工会非常困难，需要采用数控加工和线切割等加工手段，加工费用昂贵；较小槽又极容易磨损，如果一旦磨损量很大，则需要更换整个模具型腔［5］，必将浪费了大量的财力；从模具加工难易程度和经济角度来考虑，如果设计成组合的型芯结构，则有利于模具加工尤其是表面磨削加工，磨损后更换又方便，可以大大节省模具的成本。所以该模具采用组合的型芯结构。

因此，笔者得到的结论是：调料盒塑料件能满足最小注射壁厚，采用合理的分型面位置设计，不会出现明显的表面凹痕和内部气泡现象；合理的分型面间隙又可以排出型腔气体；采用组合式型芯结构可以使模具加工容易，结构合理。

3 模具主要结构设计

3.1 型腔数目的确定

模具型腔数目的确定主要考虑以下几个方面：注射机的规格、塑件的质量、塑件的成本及产品的交货期等。注射机的规格要从注射量、锁模力、模板尺寸和生产效率等角度考虑［6］。一般来说，从经济的角度出发，订货量较大时，可选用大型注塑机、多型腔的模具结构。再从大批量生产的角度看，多腔模具可以大大提高生产效率，还可以使每个产品分摊的模具费用大大降低。但由于随着模具型腔数目的增加，塑件的尺寸精度和重复性精度反而会降低［7］，而且如果模具结构复杂，模具的制造成本就会很高，注射件的成型质量就会差。因此综合比较考虑，调料盒模具设计采用两腔结构。根据计算得到的塑件体积，结合企业现有的注射机类型，初步选定额定注射量为350cm3的注射机来成型塑件。

3.2 模具类型的确定

点浇口和潜伏式浇口属于尺寸最小的浇口形式，虽然浇口小、压力损失大，需要较高的注射压力，但由于开模时点浇口自动脱落，不会在制件上留下浇口痕迹，因此应用十分广泛。由于该塑料件外表面要求光滑美观，尽量不允许留下浇口痕迹，所以模具可以设计成点浇口三板式注射模或潜伏式浇口两板式注射模。但为了降低加工难度和成本，综合比较后采用点浇口三板式双分型面注射模具。从塑件侧孔抽芯距等角度考虑，抽芯力不是很大，侧抽芯面积中等，所以采用斜滑块侧向抽芯机构［8］。

3.3 型腔的布局设计

模具型腔的布局如果合理，能简化模具结构，提高产品质量。好的布局会大大减小模具尺寸，如果再使模具型腔的压力中心与注射机的几何中心重合，模具设计就非常合理 。浇注系统的布局设计一般有2种形式：平衡式和非平衡式。平衡式的浇注系统是指从分流道到浇口及型腔，其形状、长度尺寸、圆角等都完全相同，因此塑料熔体能以相同的成型压力和温度同时充满所有的型腔，从而可以获得尺寸相同、物理性能良好的制品，但型腔数多时易使模具结构庞大。非平衡式浇注系统则是指各个型腔的尺寸和形状相同，但各型腔距主流道的距离不同，想得到精度很高的塑件不是很容易，但可以使模具整体结构布局十分紧凑，还可以缩短塑料熔体总的流动长度。

综合平衡式和非平衡式2种布置形式的优缺点，笔者采用图3的型腔布局形式：采用纵向排列，浇口设计在底部，使模具结构十分紧凑，并且简单合理对称。

图3 2模具型腔的布局设计

3.4 点浇口位置的选择

浇口位置的选择主要应考虑以下几个方面：尽量缩短流动的总长度；浇口应开设在制品壁最厚的地方，有利于补缩；尽量减少或避免熔接痕，提高产品质量；浇口位置应有利于型腔排气；应避免在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口；浇口应开设在不影响型芯稳定性的位置；浇口应开设在不影响制品外观质量的部位；浇口的设置应尽量避免熔体断裂现象的产生。

浇口位置对塑件质量的影响较大，因此在确定浇口位置时应根据塑件的几何要求和技术要求，结合上述原则进行全面考虑。由于调料盒模腔体积较大，塑件壁厚较小，通过软件分析可知，注射模具流道的最佳位置应该是如图4所示2个塑料件的中间相对着的小位置：盒体中心位置表示浇口位置的最佳选择区域，盒体边缘位置表示浇口最差的区域。因此根据分析报告最终确定，在盒体中心位置和塑件的底部选择进浇点，这样的浇口位置的选择较有利于成型［10］。

图4 浇口位置的选择分析

4 结语

在对塑料制件进行成型分析、模具的制造工艺分析的基础上，综合考虑模具的结构设计，提高了模具设计的合理性，节约了模具的设计与制造成本，并能够实现产品的批量生产，创造了很高的经济效益。

［1］ 屈华昌 .塑料成型工艺与模具设计 ［M］.第2版 .北京：高等教育出版社，2006.

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［7］ 黎秋萍，赵志龙，赵明娟 .汽车锁扣盖注塑模具设计 ［J］.工程塑料与应用，2008，36（6）：64－66.

［8］ 模具设计与制造技术教育委员会版系列 .常用的模具机构设计 ［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［9］ 黄晓燕 .注塑模浇口位置的优化设计 ［D］.成都：西南交通大学，2004.

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