本文以一款四件塑料产品的塑料模具设计为例，较为详尽地讲述了运用CAD软件进行塑料产品模具结构设计的工艺和步骤。对一模多种工件的精密模具设计和制造有一定的借鉴意义。
高级讲师、工程师 叶朝桢
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产品分析
图1所示为一套四件小塑料盒产品的3D图，图2所示为一套两件的小花洒的3D图。材料都为ABS，收缩率为5‰。塑件的曲面过渡圆滑，表面质量要求较高。
图1 小塑料盒产品的3D图
1―小平盖 2―小翻盖 3―底壳 4―面壳 5、10―内扣位 6―外壁 7―圆柱座 8、11―加强筋 9―卡槽 10―内扣位 12―固定柱 13―转动轴 14―异形孔
图2 小花洒的3D图
小塑料盒的四个塑件产品中，小平盖的结构很简单，可在动、定模各成形一部分。盖底部有４个固定柱，在动模成形，并设计在顶杆上；小翻盖的结构相对复杂一些，曲面过渡圆角最小为R0.2mm，小翻盖的中间有一异形孔，须保证上表面的质量，孔四周不能有毛刺，小翻盖两端有转动轴，可在动、定模各成形一半；面壳结构比较复杂，两端设计有卡槽，须设计枕位成形。外壁壁画厚度仅为0.5mm，没有斜度，顶出困难。外壳内部设计有4个固定柱和3条加强筋，是塑料产品的常见结构。面壳内部还有两个内扣位，设计斜顶针装置成形顶出；底壳的结构也很复杂，表面上既有两通孔，也有不通的异形曲面，内壳设计有4个固定柱和多个加强筋，给加工带来很大困难。
小花洒的结构更加复杂，花洒盖上有42个R0.3mm的小通孔。花洒本体的手柄处为中空结构，抽芯距离长，尺寸小，抽芯抽出的轨道角度为9°。花洒本体上还设计有两外形孔，外表面为内凹外形表面，也须设计斜滑块机构抽芯成形，是这套模具设计和制造的难点。如何避免在产品外表面留下明显的模具分模痕，须仔细斟酌。
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模具结构分析
四件小塑料盒产品和小花洒产品的尺寸都不大，从注塑、加工及经济角度综合考虑，一模设计出8件产品（小塑料盒每样1件，小花洒每样2件）。根据产品结构安排成形位置，产品对称分布，塑件的分型和摆放、注射模具结构尺寸和型芯尺寸如图3所示。浇口位置设计在8个塑件的中间处。设计采用侧浇口进料，浇口位置设计在产品外表面的边缘，注塑后自行脱落。模具采用标准模架，零件要求较高，模具型芯材料选用高性能的模具钢。产品排位及流道结构尺寸如图4所示。
图3 模具结构尺寸
图4 产品排位及流道结构尺寸
首先确定塑件的前、后模曲面。为便于模具出模，将光滑的外表面设计成前模。根据各个塑料产品的结构特点，对模具进行分模设计，前、后模和抽芯机构分模如图5所示。
图5 前、后模合抽芯机构分模
1—花洒内控抽芯滑块 2—花洒后模镶件 3—花洒外形左抽芯滑块 4—前模
5—小盒子后模镶件 6—斜顶针 7 —后模 8—花洒外形右抽芯滑块
1）小平盖塑件在前、后模各成形一部分，分型面在平板的下沿。盖底部有4个固定柱，在后模成形，并设计在顶杆上，方便顶出，同时保证塑件开模时留于后模。前、后模的成形结构如图6、图7所示。
图6 小平盖前模
图7 小平盖后模
2）小翻盖的结构相对复杂，分型面为延伸曲面，两端的转动轴可在前、后模各成形一半，曲面过渡圆角最小为R0.2mm。成形中间的异形孔时，为保证上表面的质量，孔四周不能有毛刺，设计了前模碰穿后模的结构，在前模设计了异形孔凸台。前、后模的成形结构如图8、图9所示。
图8 小翻盖前模
图9 小翻盖后模
3）面壳结构比较复杂，分型面为平面，但因面壳外表面有内凹部分，为保证前模型腔的成形质量，须将前模分型面向四周延展（见图10）。成形面壳前端的半方孔，须设计枕位（见图10、图11）。面壳外壁壁画厚度仅为0.5mm、深度4mm，没有斜度，顶出困难。设计后模镶件机构（见图12、图13），靠后模型腔与后模镶件成形面壳外壁。
图10 面壳前模
图11 面壳后模
外壳内部设计有4个固定柱和3条加强筋等结构，是塑料产品的常见结构，都设计在后模镶件（见图13）上成形。
图12 面壳后模结构
图13 面壳后模镶件
面壳内部还有两个内扣位，但抽芯的距离短，为简化模具结构，设计斜顶针装置成形顶出，如图14所示。
图14 面壳斜顶针
4）底壳的分型面也为平面，但因面壳外表面也有内凹曲面部分（见图15），为保证前模型腔的成形质量，增加前后模的合模强度，将前模分型面向四周延展（见图16）。成形表面上两个大方形通孔时，为保证上表面的质量，孔四周不能有毛刺，设计了前模碰穿后模的结构，在前模设计了碰穿凸台（见图16）。
图15 底壳后模
图16 底壳前模
底壳的外壁部分也设计后模镶件机构（见图17、图18），靠后模型腔与后模镶件成形底壳外壁。
图17 底壳后模结构
底壳内部的４个固定柱和数条加强筋等结构，是塑料产品的常见结构，都设计在后模镶件上成形（见图18）。
图18 底壳后模镶件
5）小花洒面盖的结构比较简单，花洒盖上有42个R0.3mm的小通孔。分型面为平面。成形中间的小通孔时，为保证上表面的质量，孔四周不能有毛刺，设计了前模碰穿后模的结构，在前模设计了42个碰穿小圆凸台（见图19）。
图19 小花洒面盖前模
面盖的外壁壁厚只有0.5mm，深度为3mm，从成形和制造多方面考虑，设计后模镶件机构（见图20），靠后模型腔与后模镶件成形面盖的外壁。开模时，面盖留在后模，由后模镶件完成顶出动作。
图20 面盖后模
6）小花洒本体结构特殊，综合考虑各方面因素，一套模具设计成形两个小花洒本体产品和两个面盖。
前模型腔成形本体手柄的外表面，分型面为曲面（见图21）。
图21 小花洒本体前模
本体的手柄处为中空结构，抽芯距离长，尺寸小，抽芯轨道角度也不是常规水平结构，而是为9°的斜度。花洒本体上还设计有两外形孔，外表面为内凹外形表面，也须设计斜滑块机构抽芯成形。设计时，为尽量不影响产品的外观美观，滑块和前模的分型线设计在圆角过渡处，抽芯滑块成形塑件上的整个两侧外形曲面（见图22）。
图22 小花洒本体后模
1—左滑块 2—主型芯镶件 3—右滑块 4—小镶件 5—手柄抽芯滑块
模具的两端和内部都设计有滑块机构，再加上手柄抽芯滑块机构，后模上共有6个抽芯滑块机构。和抽芯滑块相配合，前模型腔两端设计了不规则的枕位，后模型芯和抽芯滑块设计了滑动导轨，保证抽芯机构的可靠稳定运作（见图22）。
整套模具的后模合模如图23所示。
图23 后模合模
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结语
现代化生产中，经常会碰到这类零件众多、模具结构复杂且批量不大的小型塑料件生产。由于每个零件特殊各异，导致模具型腔曲面复杂，分型面千变万化，各类斜顶出机构、斜滑块机构以及多次顶出机构都集中在一套模具中。基于必须考虑经济效益的前提，为节约模具制造成本，必须将多个塑件合理规划在一套模具中。
该套模具一次成形6种共8个小型塑件，设计者经验丰富，匠心独具，结构设计十分合理。结合现代化的加工手段，有效地保证了模具制造精度，一次试模成功，为该类模具设计和制造的典型案例。
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