U型弯头模具结构中抽芯机构的设计

摘要：U型弯头具有广泛的应用，本文主要研究U型弯头的结构设计，注塑材质的选择，及模具设计关键点。

关键词：U型弯头，抽芯机构

中图分类号：TG76

1 注塑件的介绍及选材

U型弯头的用途十分广泛，可用作电气管、饮水管、排水管等，在大多数情况下都会用弯管接头来实现各管道在转弯处的衔接，在排水管中用U型弯头作除臭密封作用，不仅保证外观的统一和整体性能，更能适应人们的环保卫生要求。140°U型弯头的结构简图参见图1-1。

塑件的设计因塑料成型方法和塑料品种性能不同而有所差异。塑件设计原则是在保证使用性能、物理性能、力学性能、电气性能、耐化学腐蚀性能和耐热性能，塑件的精度，成型工艺性等的前提下，尽量选用价格低廉和成型性能较好的塑料。同时还应力求结构简单、壁厚均匀、成型方便。在设计塑件时，还应考虑其模具的总体结构，使模具型腔易于制造，模具抽芯和推出机构简单。塑件形状有利于模具分型、排气、补缩和冷却。此外，在塑件成型以后尽量不再进行机械加工。弯头主要是与塑料管材配套使用的，塑料管材品种较多，如硬聚氯乙烯（UPVC）的特性和聚乙烯（PE），聚苯乙烯（PS），再综合考虑弯头的使用环境，结合材料的耐酸、耐碱、耐油性我们选择硬聚氯乙烯作为注塑件的材料[1]。下表为聚氯乙烯的性能参数

转变温度 密度 线膨胀系数 弹性模量 比热容 体积电阻率（Ω・m）

87℃ 1.350.95g/ 0.00015 /℃ 2400MPa 1260J/℃ 0.27W/m℃

2注塑件的尺寸精度和表面质量

2.1塑件的尺寸精度

（1）尺寸精度的选择：影响塑件尺寸精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨损，塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化，塑件的形状，飞边厚度的波动，脱模斜度及成型后塑件尺寸变化等。一般来讲，为了降低模具的加工难度和模具制造成本。在满足塑件使用要求的前提下尽量把塑件尺寸精度设计得低一些。和金属零件一样，塑件也有公差要求。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可，结合塑件的材料，根据精度等级选用表[2]，UPVC的高精度为MT2，一般精度为MT3。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在30～40范围内，取MT2A级的公差数值为0.24 mm，MT3A级的公差数值为0.32mm。

（2）尺寸精度的组成：制品尺寸误差构成为

2.2塑件的表面质量

表面质量包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料、溢料、飞边、凹陷、气孔、熔接痕、银纹、斑纹、翘曲与收缩、尺寸不稳定等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的要求比较高，目前，注射成型塑件的表面粗糙度通常为Ra0.02～1.25μm 。

3注塑件的结构设计

3.1注塑件的壁厚

塑件应有一定的厚度才能满足使用时的强度和刚度要求，而且壁厚在脱模时还需承受脱模推力。壁厚应设计合理，壁太薄熔料充满型腔时的流动阻力大，会出现缺料现象；壁太厚塑料件内部会产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时增加了成本；壁厚不均将造成收缩不一致，导致塑件变形后翘曲，在可能的条件下应使壁厚尽量均匀一致[3]。

塑件的壁厚一般为1～4mm，大型塑件的壁可达8mm。结合U型弯头的结构特点和硬聚氯乙烯的材料特点，选塑件的壁厚为3mm

3.2注塑件的外形尺寸

注塑件的外形尺寸见图1-1，弯头内径d=32mm，弯管曲率半径R=1.5d=48mm，壁厚t=3mm ，圆弧末端外表面圆角R1。

（1）注塑件的体积计算得Vn=38.65cm3，即单个塑件的注塑量

（2）塑件在分型面上的投影面积，分型面选在塑件的中间平面上，塑件投影图就是图1-1的外形轮廓的，塑件在分型面上的投影An=4454.6mm2

4塑件抽芯方案的确定

U型弯头模具的设计难点在于抽芯这部分，包括型芯结构的设计和抽芯轨迹的确定。弯头是圆弧管状类零件，则其型芯也一定是具有圆弧状的部件，不同的抽芯方案，其型芯的具体细节可能会不同，但整体形状是相识的，即为90°的圆弧状（参见图1-2）。型芯的运动轨迹基本一致，因此此套模具的关键在于如何设置抽芯机构，又能节约成本，又不损坏制件。如果型芯做直线抽芯运动，势必会损坏制件，而且抽芯力太大，此种方案根本不可行。故将抽芯轨迹也设置为圆弧轨迹，通过滑块做直线运动带动型芯沿圆弧导滑槽做弧线运动抽芯（参见图1-2），型芯和滑块间用连杆相接。

此方案的优点在于，滑块在力的作用下沿导滑槽向右做直线运动，通过连杆、销钉与两型芯相连，带动两型芯沿圆弧形导滑槽做圆弧运动，进而实现抽芯。抽芯机构非常简单实用，而且抽芯时型芯对制件内表面没有损坏。滑块做直线运动的力可以由开模力通过斜销来驱动，也可以单独设置动力源，如设置一油缸，将油缸的连接杆和滑块相接，通过油缸驱动滑块运动。考虑到抽芯力源要稳定可靠，选用设置液压缸来驱动滑块运动。

5结束语

电气管、饮水管、排水管等都会用弯头来实现各管道在转弯处的衔接，该抽芯机构确保了注塑模具的设计得以实现， 使得U型弯头应用更加广泛。

参考文献

[1] 李德群，唐志玉.中国模具设计大典：第2卷，轻工模具设计[M] .南昌：江西科学技术出版社，2003.1

[2] 颜智伟.塑料模具设计与机构设计[M] .北京：国防工业出版社，2006.1

[3] 黄虹.塑料成型加工与模具[M] .北京：化学工业出版社，2003.1