具有复杂抽芯机构的注塑模具设计
２００７３６１２机电工程技术!""#年第$%卷第&!期具有复杂抽芯机构的注塑模具设计
李志英，肖曙红，陈玉莲
（广东工业大学机电工程学院，广东广州５１０００６）
收稿日期：２００７－１１－１９摘要：模具广泛应用于制造行业，是工业生产的重要工艺装备，具有生产效率高、质量好、切削少、节约能源和原材料、成本低等一系列优点，成为多种成型工艺中最具潜力的发展方向。本文是针对一个电器开关盒的模具设计。该模具设计的难点是四个侧面都需要通过抽芯成型多个侧孔。
关键词：模具设计；塑料成型；注塑模具；抽芯结构
中图分类号：ＴＧ７６文献标识码：Ａ文章编号：１００９－９４９２（２００７）１２－０１１５－０４
１前言
塑料模具广泛应用于电子电器制造行业，是工业生产
的重要工艺装备，它被用来成型具有一定形状和尺寸的各
类塑料。采用模具生产制件具有生产效率高、质量好、切
削少、节约能源和原材料、成本低等一系列优点，模具成
型已经成为当代工业生产的重要手段，是多种成型工艺中
最具潜力的发展方向。本文针对结构较为复杂的电器开关
盒进行注塑模具设计。该电器开关盒用于电器开关的外
壳，起到保护、绝缘的作用，同时还便于整个电器的散
热。塑件的外形尺寸和表面精度要求很高，四个侧面上的
小孔都需要通过注塑模具的抽芯结构来成型。２电器开关盒注塑件的结构分析
电器开关盒为黑色注塑件，材料选用聚苯乙烯（ＰＳ）。
外部形状见图１。塑件的四个侧面均布置有多个小孔，侧
孔有方形、圆形两种形式，孔的精度要求较高，需要利用侧型芯来成型，塑件总体结构较为复杂，难以实现一模多腔，为了提高产品的生产率和保证产品的质量，本设计采用单型腔双分型面的形式，可实现产品的自动化生产，提高生产率。３注塑模具的设计典型的注塑模具由浇注系统、成型零部件、合模导向机构、脱模推出机构、侧向抽芯机构以及冷却系统等组成。根据成型塑件的特点，本模具设计主要包括以下几个方面。（１）浇注系统的设计浇注系统的设计主要包括主流道、分流道、浇口和冷
料井的设计。①主流道设计为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈设计成分体式。衬套如图２所示，材料采用Ｔ１０Ａ钢，热处理
淬火后表面硬度为５３ＨＲＣ～５７ＨＲＣ。
②分流道设计
由于该设计采用单型腔模具的形式，且塑件在分型面
上的投影面积是连续的，故采用中心进料的浇注方式，即
不设置分流道，凝料从主流道流经浇口直接进入型腔，如
图３所示。
③浇口设计
根据塑件的外部特征，外观表面质量要求比较高，应
看不到明显的浇口痕迹，因此采用点浇口，在开模时浇口
自行剪断，几乎看不到浇口的痕迹。外加双分型面的结构
形式可实现自动化生产。
④冷料井的设计本模具中凝料从主流道流经浇口直接进入型腔，省略图１
电器开关盒经验交流
２００７３６１２机电工程技术!""#年第$%卷第&!期
图４电器开关盒的基本尺寸了冷料井的设计，虽对塑件的质量有影响，但影响很小，
可忽略不计。
（２）成型零件的
设计
根据材料的选择、
注塑件形状、注塑件
材料和塑件公差的选
用，最终计算出塑件
的基本尺寸及凹凸模
的尺寸，如图４所示。
（３）模架的确定
和标准件的选用
由前面型腔的布
局以及相互的位置尺
寸，再根据成型零件
尺寸结合标准模架，选用结构形式为Ｐ３、模架尺寸为１６０ｍｍ×１６０ｍｍ的标准模架，可符合要求。
（４）合模导向机构的设计
该模具的合模导向机构采
用导柱、导套方式。
根据标准模架的系列可知
导柱的直径为Ф１６ｍｍ，而导
套的外径为Ф２４ｍｍ，内径为
Ф１６ｍｍ。导柱和导套的长度
按模具具体结构确定。导柱尺
寸如图５所示。
（５）脱模推出机构设计
①推出方式的确定
塑件推出是注塑成型过程
中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不
可忽视的。本套模具的推出机构形式较为简单，而轮廓
封闭且周长较长，故采用推板推出的方式，有助于提高
推出质量。
②脱模力的计算
脱模力是模具脱模机构设计的重要依据。而脱模力
计算与测量十分复杂。对于工程实践中任意形状的壳类
塑件的脱模力，只能将其简化为圆筒形或矩形进行近似
计算。
计算脱模力时，对于不同的型芯截面又有不同的公式。薄壁件的脱模力Ｆ（厚壁与型芯直径之比＜１／２０）ａ、型芯为圆形截面Ｆ＝２πｔＥＳＬｃｏｓα（μ－ｔｇα）（１－ｍ）ｋ（１）ｂ、型芯为矩形截面Ｆ＝８ｔＥＳＬｃｏｓα（μ
－ｔｇα）（１－ｍ）ｋ（２）厚壁件的脱模力（厚壁与型芯直径之比＞１／２０）图３浇注方式图５带头导柱
图２主流道衬套
经验交流
２００７３６１２
机电工程技术!""#年第$%卷第&!期
ａ、当型芯为圆形截面
Ｆ＝２πＲＥＳＬｃｏｓα（μ－ｔｇα）
（１＋ｍ＋ｋ１）ｋ
（３）
ｂ、型芯为矩形截面
Ｆ＝２（ａ＋ｂ）ＥＳＬ（μ－ｔｇα）
（１＋ｍ＋ｋ１）ｋ
（４）
其中：ｔ为塑件的平均厚度；Ｌ为塑件包裹型芯之长；
Ｅ为塑料的弹性模量；Ｓ为塑件成型收缩率；α为型芯的
脱模斜度；ｍ为塑料的泊松比。
该套模具的脱模力可通过计算多个矩形或圆形型芯的
脱模力来近似计算。
４侧向抽芯机构的设计
①抽芯力的计算
一般情况下，侧孔的抽芯可视为厚壁件的脱模。因此
抽芯力可根据脱模力的计算公式进行计算。在本项目设计
的模具，计算得到相邻两侧的抽芯力分别为８０．４Ｎ和
９２．６Ｎ。
②侧向抽芯机构的确定
由于抽芯距离很小，只有１～２ｍｍ，且为了使得模具的
结构比较紧凑，因此选用弹簧拉杆抽芯机构，如图６所示。
５注塑模具的冷却系统
电器开关盒的模具设计采用水道直径为１０ｍｍ。水道分布在型腔成型表面周围，距表面１０～３０ｍｍ。采用两进两出，共两条回路水道。凹模采用“二”形布置，凸模采用斜孔交叉贯通的方式，如图７所示。
６注塑模具的整体结构及运动过程
至此电器开关盒的模具设计基本完成，整体结构及各零部件如图８所示。
其中，件７滑块的作用是成型塑件的侧孔，模具的四个侧面有四个滑块，两两相同，滑块的运动动力是由弹簧受压产生的弹力带动拉杆提供的。拉杆与滑块之间采用螺纹连接，而滑块的导槽采用燕尾槽，避免滑块左右摆动造成定位不精确。同时，件８挡块除了固定弹簧之外最大的作用就是定位，使得滑块的滑动距离固定，才能保证滑块与楔紧块的配合。
模具的运动过程如下：开模时，第一分型面分开，四个滑块受力而向外运动，完成侧向抽芯；接着第二分型面分开，即动定模分型，塑件在动模一侧，凝料自动剪断；
最后，推件板将塑件推出。合模的运动过程正好与开模的运动过程相反。
图７冷却水道布置
１．凸模２．凹模３．定位圈４．浇口套５．定模座板６．楔紧块７．滑块８．挡块９．拉杆１０．弹簧１１．动模座板１２．推板１３．推杆固定板１４．挡顶１５．垫块１６．复位杆１７．推件板１８．导套１９．导柱
图８模具的整体结构图
图６侧向抽芯机构示意图
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２００７３６１２机电工程技术!""#年第$%卷第&!期表４
２×４１０ｔ／ｈＣＦＢ锅炉煤前仓改造前后堵煤情况对比改造前
改造后备注堵（断）煤次数（次／天）４７．８００．１９４１：２２：１时间
指标
１、改造前统计时间：２００６年７月４日～７月１０日；２、改造后统计时间：２００６年８月８日～１２月３１日；
３、２００７年１０月１日开始，２台ＣＦＢ锅炉实现了烧全煤。燃料成分比（煤焦比）表５
２００６年８月－１２月锅炉启动放空量时间
放空量（吨）８月３４０３９月３３１０１０月９５１１１月８２３１２月５７０平均放空量：２．４７吨／小时
②经济效益
煤仓改造后，锅炉启动放空量由原来的１８．５吨／小时下降为２．４７吨／小时，节约蒸汽１６．０３吨／小时，按锅炉一
年运行８０００小时计，每吨蒸汽成本１００元计算，一年可
节约蒸汽成本近１３００万元。
③社会效益
２台４１０ｔ／ｈ循环流化床锅炉煤仓的成功改造，大大地
提高了ＣＦＢ锅炉运行可靠性，为茂名石化分公司动力厂
２００６年全年实现节油２０万吨，直接创造效益２．０８亿元做
出了积极贡献。也为２００７年炼油项目ＣＦＢ锅炉的设计选
型提供了有益参考。
６结束语
茂名石化分公司动力厂２台４１０ｔ／ｈ循环流化床锅炉长
周期运行，表明原煤仓的改造是成功的，可以得出以下结
论。
①煤仓线型应尽量采用等截面变化率的双曲线或近似
双曲线煤斗。
②给煤机入料口的尺寸应尽量放大。③在给煤机上部设置敞开的缓冲煤斗，直接通煤效果更好。④在缓冲煤斗上各安装２台疏松机或振打器，提高通煤效果。⑤建议大型循环流化床锅炉的煤仓内衬设计时采用耐磨金属板，厚度不小于５ｍｍ，煤仓与内衬板采用塞焊，焊
点处应磨平修正，以减少内衬板变形、脱落等缺陷，增加
煤的流动速度。⑥建议大型循环流化床锅炉设计时增设给煤机出口气
力密封装置，压住炉烟反窜，消除或减小给煤机内部密封
压力，以增加煤斗燃煤的下滑速度。⑦建议原煤仓设计时，适当缩小有效容积，上煤总量最好按锅炉满负荷运行所需５～６小时考虑，也就是“
勤上煤，少上煤”的原则。
作者简介：黄敦烈，男，１９７１年生，广东潮阳人，大专，助理工程师。研究领域：机械及动力设备安全。（编辑：王智圣）
图２
改进后的煤仓示意图７结论可采用双分型面模具实现自动化生产，提高生产率。
同时，针对薄壁件的侧孔可采用弹簧拉杆抽芯机构，既满
足抽芯要求，又使得模具的结构紧凑。
对于外观要求较高的塑件，在模具设计过程中应注意
采用浇口的形式及位置，以免在外表面留下痕迹。
参考文献：
［１］伍先明，王群，庞佑霞，等．塑料模具设计指导［Ｍ］．北
京：国防工业出版社，２００６．［２］李志刚．中国模具工程大典，第１卷，现代模具设计方法
［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００７．
［３］Ｓ．Ｈ．Ｔａｎｇ，Ｙ．Ｍ．Ｋｏｎｇ，Ｓ．Ｍ．Ｓａｐｕａｎ，Ｒ．Ｓａｍｉｎ，Ｓ．Ｓｕｌａｉｍａｎ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｌａｓｔｉｃｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｕｌｄ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，（１７１）：２５９－２６７．第一作者简介：李志英，女，１９５９年生，广东南海人，专科，实验师。研究领域：机械装备设计技术。已发表论文３篇。
（编辑：王智圣）
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