吉林化工学院 机电工程学院 吉林 132022
摘要 塑料模具在机械、电子产品、航天航空、及日用品生产中受到广泛应用，其发展对国家工业水平提高有着重大意义。本文详细阐述了塑料模具行业发展现状，利用三维UG软件对塑料挂钩注射模具进行辅助设计，论述了总体结构及零部件具体设计过程，并进行了准确计算和校核，以及对模具结构进行合理性分析，进而完善和优化设计模具。
关键词 注塑模具；CAD/CAM；UG
中图分类号 TH128
1 引言
现代生产中合理加工工艺、高效设备、先进模具是必不可少的三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件使用要求和造型设计起着重要作用。随着国家工业化建设不断发展，模具行业也在不断更新，其中塑料模具为国家经济建设做出了巨大贡献。在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM 技术应用面已大为扩展，UG（Unigraphics NX）是Siemens PLM Software公司出品的三维设计软件，已经成为模具行业三的一个主流应用。因此将UG等计算机辅助设计软件应用于模具设计对提高产品质量和效率有着重要意义[1-4]。
2 总体结构设计
2.1 塑件整体分析
在模具设计之前需要对塑件形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量等工艺性进行仔细研究和分析，恰当确定塑件制品所需模具结构和模具精度。挂钩结构较为简单，生产量大，要求低模具成本，成型容易和精度高。塑料挂钩材料选择ABS，其无毒，无气味，呈微黄色，成型塑料有较好光泽，不透明，密度为1.05g/cm3。其价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一，是一种良好热塑性塑料。在三维软件UG中，使用塑模部件验证功能，测得塑件体积6.406cm3，计算出塑件制品质量约为6.8g。
2.2 成型结构设计
根据塑件结构选择平面分型面设计，并选择在塑件最大平面处，开模后塑件留在动模一侧。为提高塑件成功概率，节省生产成本和提高生产效率，设计采用一模两腔。浇口采用侧浇设计，位置比较隐蔽，加工完成后可人工处理掉痕迹。设计采用整体式型腔，其特点是结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型制品表面不会有镶拼接缝溢料痕迹，还有助于减少注射模中成型零部件数量，并缩小整个模具外形结构尺寸。由于零件结构较为简单，深度不大，因此采用嵌入式型芯设计。
2.3 脱模机构和抽芯机构
脱模采用台肩形式圆形截面推杆和扁顶杆机构，设计时推杆和扁顶杆与回针锁定，回针运动时带动推杆和扁顶杆运动，回针端平面不应有轴向窜动。定模板与推杆和扁顶杆孔配合为H8/f8，其配合间隙不大于所用溢料间隙，以免产生飞边，ABS塑料溢料间隙为0.04~0.06mm。设计模具抽芯距是25mm，斜导柱倾斜角取18°。斜导柱直径计算公式为[5]：
图1框架结构
3 注塑机选择及计算
3.1 注塑机选择
设计采用一模两腔，需要至少注射量为13.6g，流道水口废料2.3g，总注塑量15.9g，再根据工艺参数综合考虑各种因素，选定注射机为HTF 80XA，注射方式为螺杆式[6]。
3.2 最大注塑量校核
模具设计时，必须使得在一个注射成型塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。校核公式如下[7]：
3.3 锁模力校核
校核锁膜力最重要部分就是分型面上投影面积。零件最大面面积若是小于此投影，那么在制作过程中会将多余材料流出从而发生形变。计算过程如下[8]：
计算得120.51864KN﹤1600KN，故该力已经达到了标准力要求。
3.4 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核
注塑机拉杆间距为365mm×365mm，模具长宽为300mm×250mm，注塑机大小适合。注塑机模厚是H =271mm，符合150<H<360设计要求[9]。
4 结 论
本文介绍了一种采用UG计算机辅助设计软件进行塑料挂钩注塑模具设计方法，首先对产品整体进行全面分析，掌握设计参数，然后根据产品尺寸结构确定型腔数目，再选择注塑机型号。在模具设计阶段先由浅到深确定整体框架，再进行后续繁琐步骤设计，最后进行校核和优选。经过本次设计，得到如下结论：
（1）利用UG等计算机辅助设计软件进行模具设计十分方便快捷，大大提高了设计效率和精准性，而且便于修正，柔性强。
（2）采用一模两腔设计可降低生产成本和提高生产效率，浇口采用侧浇设计，位置比较隐蔽，便于后期处理掉痕迹。设计过程工艺复杂，计算严格，需反复修改和完善各种参数以满足设计需求。
（3）脱模采用台肩形式的圆形截面推杆和扁顶杆机构设计更利于塑件与模具分离。抽芯机构采用斜导柱设计，侧向抽芯和分型更利于产品拖出。
参考文献
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[9] Ching-Piao Chen, Chih-Hung Tsai, Yun-Hsiang Hsiao etc. Simulation and experimental study in determining injection molding process parameters for thin-shell plastic parts via design of experiments analysis[J]. Expert Systems with Applications, 2018, 51(36): 101~108
作者简介：
刘广泽，男，（1998-），吉林榆树人，吉林化工学院机电工程学院本科生，学位（学士），主要从事机械设计制造及其自动化方面的研究。
* 通信作者：孔繁星，男，（1975-），黑龙江密山人，吉林化工学院机电工程学院讲师，学位（博士），主要从事精密超精密加工及检测技术、机电一体化技术，E-mail: 497307955@qq.com