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摘要：
以支架精密注塑件為載體，分析了塑件的平面度公差要求與塑件結構的特征。根據塑件脫模時的受力分析，采用動定模雙向推出機構，使支架塑件不受雙向拉力；同時應用模擬分析軟件進行輔助設計，合理設置了澆口位置與澆注系統形式，保證了支架塑件高平面度公差精度的要求，實現了精密注塑件高精度、高效率的批量生產，取得了良好的應用效果。
關鍵詞：
支架；精密注塑件；平面度；模具
精密注塑件對塑件的尺寸與表面精度具有較高的要求，通常ABS塑料材質的精密注塑件一般基本尺寸為25~50mm時，其尺寸公差范圍為0.03~0.08mm；基本尺寸為50~75mm時，尺寸公差范圍為0.04~0.10mm；表面精度一般≤0.8μm[1]。支架零件除了具較高的尺寸與表面精度之外，由于其使用功能的高要求，對支架零件上的兩個小基準平面要求較高精度的平面度誤差，針對支架塑件復雜的結構與高精度的要求，通過對其結構特征與受力分析，并以模擬分析軟件輔助模具設計，保證了支架精密注塑件的精度。
1支架零件結構介紹
某型號塑料制品的支架零件模型如圖1所示，該塑件是精密注塑件，正面與背面都具有不同尺寸的型腔成型結構，在長度方向的一側有凹凸的筋板結構。其主要結構尺寸與精度要求如圖2所示.支架塑件屬于中小型的精密注塑件，塑件的最大外形尺寸53mm×32.8mm×14.3mm，平均壁厚1.25mm，未注尺寸公差按照GB/T14486—2008-MT2-A±設置[2]，即(53±0.15)mm、(32.8±0.12)mm、(14.3±0.09)mm等。支架零件上有兩個小平面1、2，都有0.05mm平面度的精度要求，同時面1與面2的距離高度差為0.95mm。表面精度要求≤0.8μm，無明顯毛刺與缺陷。根據精密注塑成型工藝與當前制造技術的水平，支架注塑件的尺寸精度容易確保，但是其較高的平面度誤差有較大實現難度，同時塑件較復雜的結構與技術要求也為澆注系統等模具結構設計提高了難度。
2塑件平面度誤差分析
支架零件上的面1和面2平面度誤差值為0.05mm，這個精度公差值相對于其尺寸精度的等級來說要求較高，面1、面2的平面度誤差是單一要素的形狀公差，即面1和面2允許的誤差變動量是相對于距離為公差值0.05mm的兩個平行平面之間的區域內[3-4]，同時面1與面2間要求0.95mm的距離差值，即兩個面的平面度誤差又具有關聯性。由于注塑成型工藝過程中塑料的收縮摩擦阻力等多種因素的作用，通常塑件的行位公差精度要求不高，所以支架零件的平面度誤差是該零件成型的難點，也是模具結構設計的難點。
2.1塑件受力分析
由于支架塑件在其最大投影面的兩側都有成型型腔的結構（正面兩個型腔，背面一個型腔），故塑件在脫模時，將受到相反方向的拉力（脫模阻力）。根據脫模阻力簡化計算公式：[5]，式中：A為塑件與型芯包絡接觸的面積；p為塑件對型芯單位面積上的包緊力（支架塑件采用模內冷卻，取1.0×107Pa）；α為拔模斜度（取0.5°）；μ為塑料對鋼的摩擦系數（取0.2）[6]。分別計算三個型腔的脫模阻力（即模具型芯對塑件脫模時的摩擦阻力）為：F正1=Ap（µcosa-sina）=477.036×10-6×1×107×（0.2×cos0.5-sin0.5）≈912.407（N）F正2=Ap（µcosa-sina）=732.220×10-6×1×107×（0.2×cos0.5-sin0.5）≈1400.487（N）F背=Ap（µcosa-sina）=395.021×10-6×1×107×（0.2×cos0.5-sin0.5）≈755.540（N）支架塑件脫模時的受力情況如圖3所示（塑件以剖視的結構簡圖表示），圖中的F正1、F正2、F背分別表示支架塑件正面兩個型腔和背面一個型腔所受的脫模摩擦阻力，A-A表示塑件分型面的位置。支架塑件在脫模時受相反方向的摩擦阻力作用下，面1、面2高精度的平面度誤差值（0.05mm）是不能保證的，所以需要解決塑件脫模時的受力問題才能保證塑件的精度。
2.2塑件受力平衡機構設計
根據支架塑件脫模時的受力分析，只要塑件受力平衡，不受不同方向拉力的作用，則可保證支架塑件上平面度誤差精度。由于在規定范圍內拔模斜度的設計，通常塑件脫模阻力只考慮初始脫模時的摩擦阻力，同時由于拔模斜度、分型面、推桿間隙等模具自然間隙的條件，故脫模時的大氣壓力忽略不計[7-9]。根據注塑模具結構的特點，塑件背面型腔尺寸為15.1mm×7.7mm（如圖2所示），在如此小的區域內布局平衡推出機構是很困難的，加之塑件注塑結束脫模時無法立即冷卻到室溫狀態（塑件有余溫，易變形）[10]，不易保證面1、面2的平面度公差精度。故將支架塑件F正1、F正2的脫模阻力設置于定模一側，在塑件的背面一側（定模）施加一個＞F正1+F正2的推力，圖4中塑件A-A分型面的下方一側全部設置于動模型腔內，使得塑件只受單向力作用下脫模時整體留于動模型腔內，保證0.05mm的平面度誤差。塑件開模時的受力情況如圖4所示。在模具的定模部分設計一個推力機構，對塑件提供F推1、F推2的開模推力，使得塑件只受單向力留于動模型腔內，其結構簡圖如圖5所示。定模推力機構由矩形彈簧2提供推力，通過多個熱流道噴嘴柱導向運動，復位桿5的端面與模具A-A分型面接觸實現機構復位。
2.3塑件脫模受力分析
塑件通過模內冷卻及開模的運動行程（總時間為25s），此過程中塑件會得到有效降溫，便于塑件的固化定型。之后在動模推出塑件脫模時，塑件受單向力F'作用（如圖6所示），F背背面型腔的脫模阻力755.540N比較小，通過在背面型腔周邊布置推桿可平衡F背力，由于拔模斜度的設計塑件兩個型腔的外壁與模具型腔接觸力較小，通過推出力的均布使得塑件脫模時整體受單向力的作用，則易于保證塑件平面度的誤差精度。
3模具結構設計
根據上述塑件受力分析與注塑成型工藝，支架塑件注塑模具結構以模擬分析軟件進行了輔助設計，塑件的最佳澆口位置分析如圖7所示。如圖中所示最佳澆口位置在支架外形輪廓的凹形彎曲處，由于凹形彎曲處塑件殘留澆口毛刺去除困難，故在模擬分析的基礎上，將澆口位置設置于如圖7所示的位置（澆口模擬分析次佳位置）。支架塑件注塑模具結構如圖8所示，為提高生產效率采用兩點式熱流道系統，一模四腔的模具結構，采用潛伏式澆口。
4結論
通過支架塑件平面度誤差的分析，根據塑件注塑工藝中的受力情況與平面度精度的關系，將包緊力大的一側設置于模具定模，由定模推出塑件留于動模中，延長了塑件冷卻時間，進一步保證了動模推出塑件的平面度精度[11-12]。針對精密注塑件與多向注塑受力分析，改變了注塑模具的慣性結構設計思路，保證了塑件高精度的行為公差，對類似注塑工藝生產具有一定的借鑒作用。
作者:袁小江