基于四面侧向抽芯机构和内侧抽芯机构的对讲机外壳注塑模具设计

Model Design of Injection Mold for Walkie Talkie Shell Based on Four Side Lateral Core Pulling Mechanism and Inner Core Pulling Mechanism

摘要

文章以对讲机外壳注塑模设计为研究对象，分析对讲机外壳注塑模具的产品，研究了抽芯模块的结构。采用一模一腔设计，设计四面侧向抽芯机构和内侧抽芯机构。抽芯机构包含一个滑块和1~2个斜导柱，滑块内部设计依据产品外侧特征的斜顶结构，以满足日常生产需求。该模具适用于对讲机外壳的生产，通过对抽芯机构的创新设计，提高了模具的功能性和生产效率。

关键词

模具设计 / 四面侧向抽芯机构 / 内侧抽芯机构

Key words

Mold design / Four sided lateral core pulling mechanism / Inner core pulling mechanism

对讲机是一种广泛使用的集群通信设备，随着用户对外观、质量和使用体验的要求日益提高，模具质量也逐渐提升^[1-3]。传统的模具设计依赖于技术人员的经验，这种方法存在错误率高、效率低、成本高等问题^[4-5]。利用计算机技术进行模具设计和分析，可提高设计的准确性和效率^[6-8]。简发萍等^[9]对注塑成型过程进行计算机模拟，预测成型零件翘曲的潜在区域。熊毅等^[10]设计了一种多滑块复合抽芯注射模，通过实践验证了其设计的有效性。强调了计算机辅助设计(CAD)技术在机械设计与模具设计中的应用价值。采用人工方式设计模具时，技术人员需要对产品上存在的凹槽、凸起以及通孔等结构进行反复测量与校验，对于外壳结构较复杂的产品，还需设计抽芯机构来提高开模效率^[11-13]。本实验为了优化对讲机外壳注塑模具设计，对抽芯机构的工作原理进行分析，并针对塑件的分型面设计及模具总装进行说明，为提高对讲机外壳注塑模型质量提供参考。

1 塑件结构

以某品牌对讲机外壳为研究对象，采用UG软件建立产品的三维模型，图1为产品三维模型。此产品主体壁厚2.9 mm，壁厚最薄与最厚处分别为0.9 mm、3.5 mm，产品材料为ABS塑料。对其外观要求：需光滑美观，不可出现浇注口、熔接痕以及明显的收缩痕和气穴等缺陷，翘曲程度应控制在允许范围内。外壳的设计需考虑多方位结构特征，包括内外部的各种凹凸结构、通孔以及其他细节。

2 抽芯模块及工作原理

在对讲机外壳模具的设计中，需要考虑到复杂的外形结构和内部腔体，确定合适的分型面位置，以便容易进行模具分离和产品取出^[14-16]。产品的内外侧表面有多处圆通孔、凹槽以及凸台，这些结构与模具的脱模方向不一致，必须要在模具上设计合理的抽芯机构^[17-19]。对讲机外壳产品外侧的圆通孔以及凹槽需要采用斜导柱以及侧滑块设置四面侧向抽芯结构，内部的凹槽以及通孔必须设置四面内侧抽芯机构才能正常开模。图2为侧向抽芯机构。

图3为斜导柱侧向分型结构。

从图3可以看出，采用具有抽芯机构的模具需要先开模再将塑件顶出。

3 模具整体结构及分析

3.1 分型面选择及浇注系统设计

分型面的形式与塑件的几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件浇口形式有关^[20-23]。根据塑件的整体结构特点，本研究选择平直分型面，位于塑件外形最大轮廓处。考虑到塑件带有内侧和外侧抽芯，故选一模一腔结构。结合塑件的薄板结构，为减少翘曲变形，采用多点浇口进料方式。根据分型面设计，图4为模具整体结构。

3.2 冷却系统设计及分析

冷却系统能够有效地控制注塑过程中的温度分布，提高生产效率和产品质量。为了确保冷却水能够全面覆盖模具的加热区域，本研究通过增加冷却水道的数量优化冷却系统。图5为模型的冷却水道布局。

3.3 模具装配图及工作原理

图6为对讲机外壳注塑模具装配图以及零件图。从图6可以看出，外壳左右两侧的抽芯机构有2个斜导柱，上下侧的抽芯机构有1个斜导柱，斜导柱固定在模具前模。抽芯结构的滑块部分与外壳相连。通过图6还可以发现，模具的拆装难度不大，说明易损件的更换以及清洁维护等操作十分方便。在模具注塑成型参数设置中，注射压力选择为注射机最大射出压力的35%，初始注射速度置为注射机最大射速的30%，减速点选择在距离模具最远点填充距离的1/3处，稳压阶段的注射速度设置为初始注射速度的25%，保压时间为塑料固化时间的1.5倍。

4 结论

文章对讲机外壳注塑模具的产品进行分析，并对抽芯机构的结构和工作原理进行研究，展示了对讲机外壳的分型面设计及模具总装，验证了模具设计的合理性。设计的对讲机外壳注塑模具是一模一腔设计，有四面侧向抽芯机构以及内侧抽芯机构，抽芯机构具备1个滑块以及1~2个斜导柱，滑块内部分布按产品外侧特征进行斜顶结构设计，能够满足日常生产需要，说明设计的模具适用于对讲机外壳的生产。

参考文献

[1] 张晓芳,陈宇博.蓝牙对讲机的原理分析与测试方法[J].电子元器件与信息技术,2021,5(7):225-226, 230.

[2] 常山,姚红超.便携式在用对讲机设备检测系统的研究设计[J].数字通信世界,2020(6):12-14, 22.

[3] GUMA T N, UCHE L O. Sand mould design for casting an aluminium pot—A basic procedure of supplementing artisanal practices[J]. European Journal of Engineering and Technology Research, 2019, 4(4): 24-30.

[4] ALBARAHMIEH E, ABUAMMOUNEH L, KADDOURA Z, et al. Fabrication of dissolvable microneedle patches using an innovative laser-cut mould design to shortlist potentially transungual delivery systems: In vitro evaluation[J]. AAPS PharmSciTech, 2019, 20(5): 1-14.

[5] HOPMANN C, GERADS J, HOHLWECK T. Investigation of an inverse thermal injection mould design methodology in dependence of the part geometry[J]. International Journal of Material Forming, 2021, 14(2): 309-321.

[6] 刘庆东.动定模开模方向斜抽芯注塑模具设计[J].中国塑料,2021,35(6):100-105.

[7] PASHTE S, WAGLE K, AGRAWAL S, et al. Simulation and optimization for a plastic component. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering[J]. IOP Publishing, 2020, DOI: 10.1088/1757-899X/872/1/012072.

[8] HENTATI F, MASMOUDI N. The impact of injection mold's gate modification on the quality of PC/ABS blend using CAE simulation[J]. Journal of Modern Manufacturing Systems and Technology, 2021, 5(2): 1-8.

[9] 简发萍,郑得庆,陈小红,曲面分型多方位斜向抽芯注塑模设计[J].塑料工业,2022,50(1):94-98.

[10] 熊毅,屈保中,董嫔.对称件一模四腔四面抽芯注射模具设计[J].制造技术与机床,2023,73(5):33-37.

[11] KALAMI H, URBANIC R J. Design and fabrication of a low-volume, high-temperature injection mould leveraging a 'rapid tooling' approach[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2019, 105(9): 3797-3813.

[12] 李成.CAE技术在塑料模具设计中的应用优势及实践分析[J].轻纺工业与技术,2021,50(8):57-58.

[13] HARADA T, TANAKA N, FUJITSUKA T. Design of an arc-core moving mechanism for injection molding using a link and cam mechanism[J]. International Journal of Automation Technology, 2021, 15(3): 366-374.

[14] 叶华.CAD/CAE技术在机械设计与模具设计中的应用研究[J].中国设备工程,2021(20):79-80.

[15] 吴光明,李国臣,郭沃辉.多滑块复合抽芯注射模设计[J].模具工业,2021,47(10):43-46.

[16] LIU H Y. Design of hot runner injection mold with two types of multiple core-pulling mechanisms for booster cylinder[J]. China Plastics, 2021, 35(1): 103-109.

[17] 肖国华.180°弯管塑件的抽芯机构及注塑模设计[J].工程塑料应用,2021,49(8):81-86.

[18] HOU B, PENG J, HE S, et al. A similarity-based approach for the variant design of core-pulling mechanism in injection mold design[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2021, 115(1): 329-344.

[19] CHAUHAN V, KARKI T, VARIS J. Optimization of compression molding process parameters for NFPC manufacturing using Taguchi design of experiment and moldflow analysis[J]. Processes, 2021, DOI: 10.3390/pr9101853.

[20] 王一杰,孟浩,张雨薇,基于Moldflow的轴承塑件分析及优化设计[J].科技与创新,2021(21):61-62.

[21] JEZIERSKI J, DOJKA R, JANERKA K. Optimizing the gating system for steel castings[J]. Metals, 2018, DOI: 10.3390/met8040266.

[22] HASNAN A, PUTRA N, SEPTIADI W N, et al. Vapor chamber utilization for rapid cooling in the conventional plastic injection molding process[J]. International Journal of Technology, 2017, 8(4): 690-697.

[23] LI Z, WANG X, GU J, et al. Topology optimization for the design of conformal cooling system in thin-wall injection molding based on BEM[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2018, 94(1): 1041-1059.