工程应用中塑件结构常存在各种倒扣特征，使得模具结构趋于复杂。塑件中倒扣特征的脱模处理是模具设计的重点[1]。在模具设计中，处理塑件倒扣特征脱模的机构为抽芯机构，主要包含滑块抽芯和斜顶抽芯[2]。在不同动力来源驱动下，滑块抽芯机构[3-5]和斜顶抽芯机构[6-7]可完成各种复杂的倒扣抽芯动作。孙肖霞等[8]在滑块内设计带有T槽的斜块，斜型芯可随着滑块的移动在T槽内滑动完成斜长孔的抽芯。于延军等[9]采用斜导柱、楔形块与T型扣组合的方式，解决塑件周侧多处浅凹倒扣抽芯。杨军等[10]设计一种连杆顶出式多向斜抽芯机构，不同角度的斜型芯被各连杆拉住，随着顶出动作各连杆绕轴销摆动完成抽芯。张建卿等[11]针对球孔倒扣及内藏孔倒扣特征，采用多重带T型槽滑块联动的抽芯方式，有效解决产品复杂部位的高难度抽芯问题。易忠奇等[12]设计的型芯浮顶式侧抽芯机构，通过二次顶出机构实现塑件完全脱模。杨安等[13]设计翻转式抽芯机构，可通过油缸驱动齿条驱动轴承槽成型件进行180°翻转，从而完成抽芯动作。大角度的斜向抽芯设计是比较难处理的一种情况，需考虑模具零件之间的配合与干涉情况。本实验针对电机内罩壳塑件的结构特点，在模流分析的基础上，结合实际模具结构的特点设计牛角进胶，采用油缸抽芯和斜导柱抽芯相结合，以解决塑件中多处复杂扣位的抽芯问题，该模具的冷却系统在模仁和滑块本体内部分别设计冷却管道，以便对塑件均匀冷却。1塑件结构分析图1为电机内罩壳的结构示意图。从图1可以看出，塑件整体呈现深腔壳体状，外形结构复杂，最大外形尺寸约为148 mm×146 mm×118 mm，平均壁厚为2.5 mm，内部加强筋厚度为1.0 mm。塑件显著的特征在于一侧的敞开式类矩形大扣位结构（A处），大扣位内部有多排透孔栅格结构。整个大扣位及内部透孔栅格的抽芯方向与水平方向形成约18.5°夹角，间接导致大扣位下端与塑件外观面形成一个环形扣位（B处），叠加的扣位特征给塑件的脱模带来困难。塑件顶部有尺寸30 mm×26 mm的方形破孔，塑件周侧有尺寸4 mm×8 mm的长条破孔（C处），塑件两侧有两个并不对称的护耳结构，护耳上均有一直径约3 mm破孔，也形成扣位。塑件材料为ABS，收缩率为0.5%，塑件在注塑成型后，要求外形美观，表面光顺平整，且无明显缩痕、熔接线、短射、毛刺和翘曲变形等外观缺陷。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F001图1电机内罩壳的结构示意图Fig.1Structure diagram of motor inner cover2模具结构设计2.1模仁结构设计模仁即模具的成型零件，与塑胶直接接触，对于塑件的成型质量起决定性作用。模仁结构的合理性不但直接影响成型零件加工的难易程度，而且也影响模具的制作成本。该塑件外形结构复杂，存在多处扣位，需要设计侧抽芯结构，因此模仁结构是由多个成型零件组成。为降低模具的复杂程度，同时保证塑件的成型质量，模具采用单腔成型，前、后模仁均为镶拼结构。图2为前模仁结构设计示意图。从图2a、图2b可以看出，在设计时分模线的走向需要避开护耳结构的位置，同时模仁的接触面需要设计斜度以方便配模。从图2c可以看出，前模仁采用半包围的主结构，即模仁主体成型塑件外表面中没有扣位部分，留下空间作滑块结构，解决扣位的抽芯问题。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F002图2前模仁结构设计示意图Fig.2Structure design diagram of front mold core后模仁为一整体式结构，成型塑件内表面的型芯与底座为一个整体。图3为后模仁结构设计示意图。从图3a可以看出，设计既保证型芯具有足够的强度，也方便零件的加工和模具的配模。从图3b可以看出，后模仁上面存在狭窄尖锐凸起特征，将凸起结构拆成了小镶件结构。目的是不仅可以大幅度降低加工难度，而且镶件与模仁之间的配合间隙也可用来排气。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F003图3后模仁结构设计示意图Fig.3Structure design diagram of post mold core2.2浇注系统设计注塑模具的浇注系统是指熔体从注射机喷嘴进入模腔中的一个闭合通道，作用是引导熔体平稳进入型腔。浇注系统包括主流道、分流道、冷料井和浇口。主流道由浇口套内部通道直接构成，不需要进行具体设计；分流道和浇口起改变料流方向从而向模腔均匀输送熔胶的作用，两部分的形状和尺寸对于充模的均匀性和塑件的成型质量影响较大，必须根据塑件的具体形状进行设计。2.2.1网格划分双层面是常用的网格类型，通过三角形单元覆盖模型表面表示实体CAD模型。由于该模型属于壁厚比较均匀的薄壁壳体零件，在Moldflow软件中常采用双层面网格类型进行网格划分和修复。使用NX软件将电机内罩壳的三维模型转成“.stl”格式，并进行网格划分和修复，图4为网格划分结果。从图4可以看出，共得到三角形网格单元120 822个，连接节点数量为60 345个，单元纵横比在1.16~6.59之间，平均纵横比为1.61，匹配百分比为93.5%，相互百分比为94.8%，单元匹配率比较高，网格匹配方向正确、无重叠和交叉单元，完全能够满足相关分析计算的要求。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F004图4网格划分结果Fig.4Grid division result2.2.2最佳浇口位置分析及进胶设计在设计浇注系统前，运用Moldflow对该塑件进行最佳浇口位置分析。图5为最佳浇口位置。图5最佳浇口位置分析Fig.5Analysis of the optimal gate location10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F5a1(a)3D视图10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F5a2(a)正视图从图5可以看出，最佳浇口位置为图中红色圆圈部位，浇口开设在此区域的好处是充模时浇口正对粗厚型芯，熔胶将均匀平稳充满模腔。但是此浇注系统的弊端是增加了模具的复杂程度，为模具零件的加工和配模带来困难。经过综合考虑，将浇口开设于塑件顶端破孔处，由于塑件外观不允许有浇口痕迹，为保证外观质量，采用牛角进胶，图6为牛角进胶设计。从图6a可以看出，采用镶拼式结构解决牛角浇口的加工问题。从图6b可以看出，在牛角流道镶件上分别加工牛角流道，拼合固定在一起构成牛角形浇口。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F006图6牛角进胶设计Fig.6Design of horn gate运用Moldflow对牛角进胶方案进行分析，图7为充填时间分析结果。从图7可以看出，双侧牛角结构设计能够使得熔体在同一时刻到达型腔各个远程，型腔各个部位得到均衡填充，并没有出现短射和过保压的问题，说明该进胶方案可行。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F007图7充填时间分析Fig.7Analysis of filling time2.3抽芯机构设计根据塑件结构分析，塑件上面共有5处扣位需要设计抽芯结构，图8为模具拟定抽芯方案。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F008图8模具拟定抽芯方案Fig.8Mold proposed core-pulling scheme从图8可以看出，模具共需要6个滑块，分别朝4个方向进行抽芯。滑块A和滑块B主要解决塑件两侧护耳扣位的抽芯问题；滑块C解决塑件壁面上的长条孔扣位的抽芯问题；滑块D和滑块F对碰包围成型塑件的环形侧面，从而解决环形扣位的抽芯问题；滑块E解决矩形框体大扣位结构的抽芯问题。2.3.1矩形框体大扣位抽芯机构设计由于塑件侧身存在一个较大的类矩形框体大扣位特征（A处），其内部结构复杂，而且抽芯方向与水平方向有倾角，给塑件脱模带来困难。针对此扣位特征，图9为油缸驱动的整体式滑块抽芯机构设计。从图9a可以看出，滑块头部用于成型包括栅格表面的扣位内表面。从图9b可以看出，滑块头部成型部分与滑块本体为一体，有效保证滑块的强度，由于滑块较大，为保证足够的抽芯力，采用油缸抽芯。整体式滑槽结构块通过螺丝固定于B板，从图9c可以看出，其滑槽倾角与倒扣倾角相等，滑道方向与抽芯方向一致。当油缸动作时，通过连杆拉动滑块沿着结构块里面的滑槽运动，从而完成抽芯动作。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F009图9油缸驱动的整体式滑块抽芯机构设计Fig.9Design of integral slider core-pulling mechanism driven by oil cylinder2.3.2环形扣位抽芯机构设计由于类框体大扣位与水平方向形成了一个约18.5°的夹角（图1c），此夹角底部形成一个环形扣位，为解决此处环形扣位抽芯，图10为环形扣位抽芯机构。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F010图10环形扣位抽芯机构Fig.10Ring buckle core-pulling mechanism从图10可以看出，分别设计两侧滑块，两侧滑块头部在框体底部对碰。单个滑块形式采用整体式结构，成型面将框体外侧包住，并适当延伸至护耳表面，长条形孔扣位的抽芯成型结构（A处）也设计在一侧滑块上，在滑块抽芯时，此处可以保证同时抽芯，从而降低模具复杂程度。滑块本体的斜靠面设计有耐磨片，可减少开模过程中滑块的磨损，从而保证模具精度。2.3.3护耳扣位抽芯机构设计塑件两侧的护耳结构也存在扣位特征，故需要设计抽芯机构。环形扣位机构设计时，已经在其滑块上预留接口位置，此处护耳的抽芯滑块成型端面需要与之配合。图11为护耳扣位抽芯机构。从图11a可以看出，两处的滑块结构均采用整体式。从图11b、图11c可以看出，滑块在斜导柱驱动下，沿着由压板构成的滑道直线运动，完成护耳扣位的抽芯动作。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F011图11护耳扣位抽芯机构Fig.11Ear buckle core-pulling mechanism2.4冷却系统设计在整个注塑过程中，塑件的冷却时间约占成型周期的80%[14]，模具冷却系统设计直接影响塑件的成型质量和生产率。电机内罩壳属于深腔塑件，其前后模都需要进行冷却才能够满足需要。图12为冷却系统设计。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F012图12冷却系统设计Fig.12Design of the cooling system从图12a可以看出，前模部分开设三支各自独立互不干涉的水路，以满足塑件的冷却需要。从图12b可以看出，前模仁内部开设多条纵横交错的冷却管道，以尽可能接近并环绕塑件四周，达到良好的冷却效果。从图12c和图12d可以看出，对于后模的冷却，将水路分别设计在大扣位滑块内部及环形滑块内部，以便可以对塑件周侧进行较好地冷却。在设计冷却管道时，通过调整位置，避开螺丝等相关零件，并保证零件的强度。3模具工作原理图13为模具装配示意图。模具装配具体工作过程为：10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.02.018.F013图13模具装配示意图Fig.13Mold assembly schematic diagram注：1-油缸拉杆；2-滑块；3-油缸；4-固定块；5-面针板；6-底针板；7-前模板；8-后模仁；9-斜导柱；10-滑块；11-斜导柱；12-滑块；13-后模板；14-拉料钩针；15-顶针（1）注塑。模具闭合，模具进行注塑，保压、冷却完毕后，等待开模。（2）矩形框体大扣位抽芯。油缸3动作，通过油缸拉杆1驱动滑块2沿着固定块4内的滑槽运动，完成矩形框体大扣位的抽芯动作。（3）其他扣位抽芯。模具开模，前模板7和后模板13分开，滑块12在斜导柱9的驱动下完成抽芯；滑块10在斜导柱11的驱动下完成抽芯。（4）顶出。开模进行到一定位置，注射机移动模板停止运动，注射机顶杆顶动底针板6，从而带动面针板5一起运动。固定在面针板5上的顶针15及拉料钩针14一起运动，将产品从后模仁8上顶出。（5）复位。复位时，动作过程与开模时相反，模具闭合，准备进行下一次的注塑。4结论通过深入分析电机内罩壳的塑件结构，制定详细的模具结构方案，通过模流分析确定初始进胶位置，结合模具结构设计牛角进胶，并验证了进胶方案的可行性。针对塑件中复杂斜向扣位，设计一种大角度斜向油缸抽芯与斜导柱抽芯相结合的抽芯机构，解决了塑件的斜向扣位特征脱模问题。模具的冷却系统采用模仁冷却和滑块冷却相结合的形式，保证了塑件的成型质量和生产率。实践证明，该模具结构紧凑合理、动作安全可靠，可为同类塑件模具设计提供参考。