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摘 要：根据塑料按键类零件的特点，设计相应的塑料模具。该模具属于小型模具，因此如何设计冷却回路是此设计过程的难点，另外分型面的选择也要重点考虑。本设计中，塑料模具采取潜伏式浇口和侧向抽芯结构。
关键词：塑料模具 塑料按键 注塑过程 侧抽芯 温度调节
中图分类号：TQ320.52 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（b）-0098-02
当前社会塑料制品的种类日益繁多，所应用的领域愈来愈广，生活用品、汽车、家电、建筑、电子几乎所有行业都能见到塑料制品的身影。虽然塑料制品形状、大小、结构、应用各有不同，但其成型过程基本都要依靠塑料模具。而塑料模具本身的设计如：模腔形状、分型面、表面粗糙度、脱模方式、进浇方式、定性方法以及流道设计等决定着塑料制品的形状、尺寸、外观、性能等。用模具生产制件的精度、复杂程度、一致性、高生产率和低消耗，是其他生产方法所不能比拟的。本文结合笔者在塑料模具方面的经验，以按键类塑料制品为例，简要说明塑料模具的设计过程和注意事项。
1 总体方案
1.1 材料特性
塑料按键类制品材料通常选用ABS（苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物），ABS树脂无毒、无味，呈微黄色，是目前应用最广泛的聚合物材料，它将丙烯腈、丁二烯、苯乙烯有机结合，所以具备了上述3种晶体各自的特点-硬质、坚韧和刚性。其适用于塑料成型的特点包括：（1）综合性能较好，化学稳定性、抗冲击性、电性能、柔韧性较好。（2） 流动性比PC、PMMA等要好，不如HIPS，涨模尺寸为4 mm左右。（3）表面可喷镀金属、电镀，是成型镀金属的常用材料。（4）冷却速度快，适用于尺寸较小的塑料制品，注塑过程模温和料温要求较高，对要求精度较高的塑件，模温宜取50～60 ℃，要求光泽及耐热型料宜取60～80 ℃。
1.2 总体方案设计
ABS按键注塑模具采用一模4腔的设计方案。塑件中有一个直径为5 mm，长度为20.5 mm的通孔，因此必须有一个抽芯结构。抽芯选用斜导柱滑块结构，分型面为曲面。开模时只需采用一次开模即可，采用顶杆脱模。为了避免顶杆与滑块之间产生干涉，在复位杆上加上弹簧，使复位杆提前复位。直接利用分型面排气，冷却系统开设冷却水道。根据上述要求，选择的模架为龙记大水口系列，AⅠ型。
1.3 注塑过程
（1）注料-模具闭合状态，将熔融状态的塑料注入模腔，冷却成型，（2）开模-在注塑机的控制下动模开始移动与定模分离，与此同时，侧型芯也会由于定模上倾斜导柱的作用于塑料件分离。（3）模件分离-在定模板运动到与定模板距离为120 mm时，动模运动停止。顶杆推板向外推出，带动顶杆将塑料件顶出与动模模腔分离。（4）合模-顶杆首先在弹簧的作用下自动复位，然后动模板复位，侧型芯也在斜导柱的带动下同时复位。一个周期完成，注塑开始下一个周期，模具的展开图如图1所示。
1.4 腔型数量及排列方式
本设计为一模4腔的模具，考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式，可以确定型腔侧壁厚和底板厚度均为15 mm，其排列方式如图2所示。
2 分型面的选择
在注塑模具中，打开模具取出塑料制品的界面称为分型面，分型面的设计是注塑模具设计的一个重点，它不仅影响到塑料件本身的质量，还影响到模具的结构和操作，因此必须重视。分型面的确定应遵循以下原则：（1）有利于脱模，尽量使塑料件留在动模上。（2）保证产品的品质（如外观、尺寸等）（3）有利于侧向抽芯。（4）有利于腔体排气，分型面尽量最后填充腔体重合。（5）有利于防止溢料，分型面尽量不设计在塑料件光滑表面处。（6）分型面的设计应该是模具结构尽量简单。
根据上述原则，同一个产品可选择的分型面也不是唯一的，往往会有几种选择，我们可以根据产品自身的要求、模具的结构、生产效率、成本等方面综合考虑，选择出一个最适合的方法。本产品为例，分型面可在以下几种方案中进行选择。
（1）由图3可见，本方案采取B-B分型面，可以看出，定模部分的圆孔可以直接用铣刀铣出，加工比较方便，但是动模部分的圆孔不易加工，而且分型面的数量较多，给加工带来困难。
（2）由图4可以看出，本方案采取C-C分型面，相对于方案一来说，动模和定模上的圆孔加工起来都比较方便，全部可以用铣刀直接铣出。问题在于分型面之间配合不是很好。
（3）由图5可以看出，本方案与以上2种方案最大的不同为采取了斜面配合，这样分型面的配合就比上2种方案要稳定和精确，同时动模和定模上的圆孔也可以直接用铣刀加工。
经过对比分析，笔者认为方案3更适合该产品。
3 模具温度调节系统
注塑过程中模具会产生很大的热量，导致模具自身温度升高，因此需要一套合适温度调节系统，保证模具自身的温度，从而达到保证产品质量和成产效率的目的。因此冷却系统的设计是模具设计的又一重点。冷却系统的设计属于模具设计中较为复杂的部分，一般遵循以下原则：（1）根据成型的需要，首先确定冷却管道的位置，并根据实际情况合理设计模具中脱模机构和镶块的布局，设计首先保证模仁的冷却；（2）保证冷却系统中冷却水的状态，包括流量、流速和水压。设计中要求管道总长小于15 m，管道转弯小于15处，出水温度比进水温度高5 ℃左右，个别要求更为精密的模具要求温差在2 ℃以内。（3）冷却系统的水路布置应该均匀，按设计需要局部调整，管道之间的距离适中，距离过大导致模具温度不均，而距离过小可能造成管壁太薄，导致管壁变形。管道厚度根据实际情况计算得出，太细会冷却效果不好而且不易清理和加工。（4）主流道的末端等处要加强冷却，可用较冷的进水。在塑件厚壁及转角等处，需减小冷却水管道间距，以强化冷却。另外，冷却水道应远离熔合缝的交汇处。
冷却回路设计有以下几种：
（1）外接直通式。使用橡胶管和快速接头井模具内部的管道连接起来形成单循或者多循环，这种设计便于加工，缺点是外部容易损坏。如图6所示。
（2）平面回路式。此种回路模式适用于比较浅的型腔，特别是圆形的型腔更为合适。这种设计为在模板内部设置冷却管道，再用孔塞或者挡板来实现回路的闭合。如图7所示。
（3）凹模嵌入式。在型芯块内设置管道回路，出水口和入水口通过定模板或动模板引出。需要注意型芯块与定（动）模板之间的连接，要在它们之间加O形圈密封，防止冷却水泄漏。本模具采用矩形嵌入凹模的冷却回路，冷却水孔的排列形式为直通孔形式，一端进冷却水，冷却水的温度为20 ℃；一端排水，排出的冷却水的温度为25 ℃。如图8所示。
4 结语
通过本文可以看出，塑料按键模具的设计重点有两个，分别为分型面的选择和冷却管道的设计。本模具选择了D-D式曲面设计，因此难度也比较大。再有本模具属于小型模具，因此在设计冷却管道时空间受限，管道布置会受到模具其他结构的限制，需要全面考虑，仔细分析才能设计出一套好的模具。
参考文献
[1] 高汉华.塑料成型工艺与模具设计[M].大连：大连理工大学出版社，2007.
[2] 赵世友.塑料斜齿轮注塑模具设计与分析[J].塑料科技，2010，38（5）：77-79.
[3] 许健南.塑料材料[M].北京：中国轻工业出版社，1999.
[4] 郭广思.注塑成型技术[M].北京：机械工业出版社，2002.
关键词：塑料模具 塑料按键 注塑过程 侧抽芯 温度调节
中图分类号：TQ320.52 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（b）-0098-02
当前社会塑料制品的种类日益繁多，所应用的领域愈来愈广，生活用品、汽车、家电、建筑、电子几乎所有行业都能见到塑料制品的身影。虽然塑料制品形状、大小、结构、应用各有不同，但其成型过程基本都要依靠塑料模具。而塑料模具本身的设计如：模腔形状、分型面、表面粗糙度、脱模方式、进浇方式、定性方法以及流道设计等决定着塑料制品的形状、尺寸、外观、性能等。用模具生产制件的精度、复杂程度、一致性、高生产率和低消耗，是其他生产方法所不能比拟的。本文结合笔者在塑料模具方面的经验，以按键类塑料制品为例，简要说明塑料模具的设计过程和注意事项。
1 总体方案
1.1 材料特性
塑料按键类制品材料通常选用ABS（苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物），ABS树脂无毒、无味，呈微黄色，是目前应用最广泛的聚合物材料，它将丙烯腈、丁二烯、苯乙烯有机结合，所以具备了上述3种晶体各自的特点-硬质、坚韧和刚性。其适用于塑料成型的特点包括：（1）综合性能较好，化学稳定性、抗冲击性、电性能、柔韧性较好。（2） 流动性比PC、PMMA等要好，不如HIPS，涨模尺寸为4 mm左右。（3）表面可喷镀金属、电镀，是成型镀金属的常用材料。（4）冷却速度快，适用于尺寸较小的塑料制品，注塑过程模温和料温要求较高，对要求精度较高的塑件，模温宜取50～60 ℃，要求光泽及耐热型料宜取60～80 ℃。
1.2 总体方案设计
ABS按键注塑模具采用一模4腔的设计方案。塑件中有一个直径为5 mm，长度为20.5 mm的通孔，因此必须有一个抽芯结构。抽芯选用斜导柱滑块结构，分型面为曲面。开模时只需采用一次开模即可，采用顶杆脱模。为了避免顶杆与滑块之间产生干涉，在复位杆上加上弹簧，使复位杆提前复位。直接利用分型面排气，冷却系统开设冷却水道。根据上述要求，选择的模架为龙记大水口系列，AⅠ型。
1.3 注塑过程
（1）注料-模具闭合状态，将熔融状态的塑料注入模腔，冷却成型，（2）开模-在注塑机的控制下动模开始移动与定模分离，与此同时，侧型芯也会由于定模上倾斜导柱的作用于塑料件分离。（3）模件分离-在定模板运动到与定模板距离为120 mm时，动模运动停止。顶杆推板向外推出，带动顶杆将塑料件顶出与动模模腔分离。（4）合模-顶杆首先在弹簧的作用下自动复位，然后动模板复位，侧型芯也在斜导柱的带动下同时复位。一个周期完成，注塑开始下一个周期，模具的展开图如图1所示。
1.4 腔型数量及排列方式
本设计为一模4腔的模具，考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式，可以确定型腔侧壁厚和底板厚度均为15 mm，其排列方式如图2所示。
2 分型面的选择
在注塑模具中，打开模具取出塑料制品的界面称为分型面，分型面的设计是注塑模具设计的一个重点，它不仅影响到塑料件本身的质量，还影响到模具的结构和操作，因此必须重视。分型面的确定应遵循以下原则：（1）有利于脱模，尽量使塑料件留在动模上。（2）保证产品的品质（如外观、尺寸等）（3）有利于侧向抽芯。（4）有利于腔体排气，分型面尽量最后填充腔体重合。（5）有利于防止溢料，分型面尽量不设计在塑料件光滑表面处。（6）分型面的设计应该是模具结构尽量简单。
根据上述原则，同一个产品可选择的分型面也不是唯一的，往往会有几种选择，我们可以根据产品自身的要求、模具的结构、生产效率、成本等方面综合考虑，选择出一个最适合的方法。本产品为例，分型面可在以下几种方案中进行选择。
（1）由图3可见，本方案采取B-B分型面，可以看出，定模部分的圆孔可以直接用铣刀铣出，加工比较方便，但是动模部分的圆孔不易加工，而且分型面的数量较多，给加工带来困难。
（2）由图4可以看出，本方案采取C-C分型面，相对于方案一来说，动模和定模上的圆孔加工起来都比较方便，全部可以用铣刀直接铣出。问题在于分型面之间配合不是很好。
（3）由图5可以看出，本方案与以上2种方案最大的不同为采取了斜面配合，这样分型面的配合就比上2种方案要稳定和精确，同时动模和定模上的圆孔也可以直接用铣刀加工。
经过对比分析，笔者认为方案3更适合该产品。
3 模具温度调节系统
注塑过程中模具会产生很大的热量，导致模具自身温度升高，因此需要一套合适温度调节系统，保证模具自身的温度，从而达到保证产品质量和成产效率的目的。因此冷却系统的设计是模具设计的又一重点。冷却系统的设计属于模具设计中较为复杂的部分，一般遵循以下原则：（1）根据成型的需要，首先确定冷却管道的位置，并根据实际情况合理设计模具中脱模机构和镶块的布局，设计首先保证模仁的冷却；（2）保证冷却系统中冷却水的状态，包括流量、流速和水压。设计中要求管道总长小于15 m，管道转弯小于15处，出水温度比进水温度高5 ℃左右，个别要求更为精密的模具要求温差在2 ℃以内。（3）冷却系统的水路布置应该均匀，按设计需要局部调整，管道之间的距离适中，距离过大导致模具温度不均，而距离过小可能造成管壁太薄，导致管壁变形。管道厚度根据实际情况计算得出，太细会冷却效果不好而且不易清理和加工。（4）主流道的末端等处要加强冷却，可用较冷的进水。在塑件厚壁及转角等处，需减小冷却水管道间距，以强化冷却。另外，冷却水道应远离熔合缝的交汇处。
冷却回路设计有以下几种：
（1）外接直通式。使用橡胶管和快速接头井模具内部的管道连接起来形成单循或者多循环，这种设计便于加工，缺点是外部容易损坏。如图6所示。
（2）平面回路式。此种回路模式适用于比较浅的型腔，特别是圆形的型腔更为合适。这种设计为在模板内部设置冷却管道，再用孔塞或者挡板来实现回路的闭合。如图7所示。
（3）凹模嵌入式。在型芯块内设置管道回路，出水口和入水口通过定模板或动模板引出。需要注意型芯块与定（动）模板之间的连接，要在它们之间加O形圈密封，防止冷却水泄漏。本模具采用矩形嵌入凹模的冷却回路，冷却水孔的排列形式为直通孔形式，一端进冷却水，冷却水的温度为20 ℃；一端排水，排出的冷却水的温度为25 ℃。如图8所示。
4 结语
通过本文可以看出，塑料按键模具的设计重点有两个，分别为分型面的选择和冷却管道的设计。本模具选择了D-D式曲面设计，因此难度也比较大。再有本模具属于小型模具，因此在设计冷却管道时空间受限，管道布置会受到模具其他结构的限制，需要全面考虑，仔细分析才能设计出一套好的模具。
参考文献
[1] 高汉华.塑料成型工艺与模具设计[M].大连：大连理工大学出版社，2007.
[2] 赵世友.塑料斜齿轮注塑模具设计与分析[J].塑料科技，2010，38（5）：77-79.
[3] 许健南.塑料材料[M].北京：中国轻工业出版社，1999.
[4] 郭广思.注塑成型技术[M].北京：机械工业出版社，2002.