磁电式振动传感器是常用的振动传感器，利用电磁感应原理，将被测振动信号转换为电信号[1]。磁电式振动传感器电路简单，性能稳定，输出阻抗小，频率响应范围宽，应用广泛。磁电式传感器由内部的永磁体和线圈以及外部的塑料壳体构成，塑料壳体能够支撑内部的电磁感应元件并与外部设备安装，是十分重要的部分[2]。本实验以某型号的磁电式振动传感器为实例，分析其外形结构尺寸，选择合适的成型材料，并根据模流分析情况，设计注塑模具，为其他类似模具的设计提供思路与指导。1产品分析磁电式振动传感器的外壳一般由塑料通过注塑成型加工而成。图1为磁电式振动传感器外壳的三维模型。外形尺寸为29.85 mm×18.14 mm×9.00 mm，平均壁厚2.20 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.019.F001图1磁电式振动传感器外壳主体三维模型Fig.1Three-dimensional model of the main body of the magneto-electric vibration sensor热塑性材料是一种常用的塑胶材料，包括丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三元共聚物(ABS)和聚丙烯(PP)在内的反复可熔的材料。由于磁电式振动传感器需要安装在经常振动的地方，因此需要保证材料的力学性能较好，强度和刚度都处在较高水平[3]。因此，选择INEO ABS制造商的牌号为Triax 1790的ABS+PP塑料，熔体密度为0.958 1 g/cm3，固体密度为1.107 3 g/cm3，弹性模量为1 900 MPa，泊松比0.39，剪切模量为683.5 MPa。此材料除了力学性能较好外，还具有优良的抗冲击性能和耐磨性，尺寸稳定性好，良好的绝缘性，在电子行业应用广泛[4]。2塑件成型工艺分析2.1网格划分图2为最终所得的网格划分结果。一共得到9 376个三角形单元，连接节点数4 686个，纵横比最大为18.43，最小为1.16，平均为1.82，匹配百分比为93.9%，相互百分比为90.9%，适合双层面分析。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.019.F002图2网格划分结果Fig.2Meshing results2.2浇口位置及浇注系统设计浇注系统是塑料熔体从注射机到模具型腔的通道，影响塑件的成型速度和充填质量。浇口位置的选择是浇注系统的关键，为得到良好的浇注系统，需要对浇口位置进行分析，图3为所得的分析结果及选定的浇口位置。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.019.F003图3浇口匹配性Fig.3Gate matching以此浇口位置为基准，设计主流道入口直径为2.5 mm，长度30 mm，拔模角3°，流道直径为5 mm，竖直流道的底部直径为5 mm，拔模角为3°，顶部浇口的始端直径为5 mm，末端直径为1 mm，长度为1 mm，图4为最终所得的浇注系统。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.019.F004图4浇注系统Fig.4Gating system2.3冷却系统设计模具的冷却系统主要目的是保证型腔内的塑件温度变化均匀，防止因为受热不均而发生应力不均，进而发生翘曲变形等缺陷。为保证塑件受热均匀，将冷却管道沿塑件对称布置[5]，其中，冷却水管直径8 mm，水管与零件间的距离为25 mm，上下两侧各有2根管道，管道中心的距离为20 mm，零件外的距离为10 mm，冷却介质选用温度为25 ℃的纯水。图5为所得的冷却系统。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.019.F005图5冷却系统Fig.5Cooling system2.4成型分析基于上述设计的浇注系统和冷却系统，选择模具表面温度50 ℃，熔体温度220 ℃，填充压力设置80%，冷却时间设置为20 s后进行模流分析，图6为所得的分析结果。从图6a可以看出，最大压力为30.47 MPa，可以满足成型需求。从6b可以看出，塑件完成填充时间为0.083 1 s，外观各处正常，未出现填充不足及短射问题。从图6c可以看出，塑件的最大翘曲变形量为0.099 7 mm，对塑件外观及质量影响不大。从图6d可以看出，最大收缩率为2.415%，根据颜色可以看出，塑件的体积收缩率集中在0.8%附近，说明塑件的体积变化较小，具有较好的尺寸稳定性。从上述分析可知，所设计的浇注系统、冷却系统及成型工艺参数，能够满足成型要求。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.019.F006图6模流分析数据Fig.6Mold flow analysis data3模具结构设计本实验选择HASCO标准模具结构，以Creo为建模软件，对磁电式振动传感器的注塑模具进行设计。设计外形尺寸为29.85 mm×18.14 mm×9.00 mm，选择模架的尺寸为396 mm×396 mm，总行程为50 mm，总高度324 mm。3.1模具材料为保证模具具有一定的强度、耐腐蚀性和光滑性，使整个模具的工作寿命和加工成本处于合理范围内，动模仁和定模仁的材料选择P20预硬塑料模具钢。P20模具钢的硬度均匀，具有良好的抛光性能和可加工性能，预硬化后硬度可达30~36 HRC，适合作为ABS塑料的模仁材料。模架及各处的模座仅起到支撑和固定的作用，一般材料可满足要求，选择零件材料为T7A。此材料为碳素工具钢，热处理后硬度可达163~187 HBS、刚度大、力学性能好、韧性高、成本低，在注塑模具中应用较多。动模板和定模板要相互接触，锁紧模仁，因此需要具备一定抗弯能力和抗压能力，在两者接触面处应较为光滑，以免合模时发生塌边现象。基于上述需求，选择动模板和定模板的材料为3Cr2Mo，此材料经调制处理后硬度可达65 HRC，具有优良的可加工性能、研磨抛光性能、尺寸变化小，硬度高[6]。3.2分型面设计分型面是为方便塑件和凝料可以顺利地从模具型腔内取出而设计，分型面一般将型腔镶件分为动模仁和定模仁两部分[7]。塑件的形状、结构、数量、浇口位置和抽芯方式等影响着分型面的选择，因此分型面设计应遵循以下原则：（1）分型面应在塑件形状轮廓最大处，从而保证脱模方便。（2）分型面应不损伤塑件外观。（3）分型面应设计在于开、合模方向平行处，以此增大夹紧力。图7为分型面及分模结构。本实验采用填充法作出塑件底部平面的分型面，利用拉伸法作出型芯分型面。利用体积块分割法和型腔镶件命令将工件切割成为动模仁和定模仁两部分。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.019.F007图7分型面及分模结构Fig.7Parting surface and parting structure3.3导向机构及夹紧机构图8为磁电式振动传感器注塑模具结构。导向机构主要包括：居中导套10、套筒11和居中顶板导柱12。导柱、导套和套筒的材料均选择45#碳素工具钢，表面渗碳，深度0.6~1.0 mm，淬火后硬度可达45 HRC。此材料的强度、塑性和韧性均处于较好的水平，能够承受导向过程中的磨损和弯曲应力。另外，为保证模具合膜和脱模时的顺畅进行，导柱和导套间需要做相互运动，因此导柱和导套选择间隙配合，公差选择H7/f6的配合方式，粗糙度为0.8 μm。夹紧装置是为了使动模仁和定模仁紧紧闭合，防止在注塑成型过程中型腔发生偏移，从而保证型腔的完整性[8]。夹紧装置主要包括：动模夹紧螺钉13，定模夹紧螺钉14，动模顶杆螺钉15。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.06.019.F008图8模具结构Fig.8Mould structure1-上模座；2-定模板；3-动模板；4-中模座；5-推板；6-支撑块；7-顶杆固定板；8-顶杆基板；9-下模座；10-居中导套；11-套筒；12-居中顶板导柱；13-动模夹紧螺钉；14-定模夹紧螺钉；15-动模顶杆螺钉；16-动模限位钉；17-定模定位环；18-动模隔热板；19-定模隔热板；20主流道衬套；21-顶出杆；22-定模仁；23-动模仁；24-模具型腔3.4模具结构及工作过程磁电式振动传感器注塑模具的工作过程为：（1）注射机的合模机构推动下模板9，进而推动动模板3向定模板2方向移动，使模具闭合。（2）塑料材料在注射机高温作用下变成塑料熔体，通过浇口和流道进入模具型腔24。（3）待模具型腔24填充满后进行保压和冷却一定时间后执行开模工序。（4）在模具开模时，注射机拉动下模板9，从而带动动模板3远离定模板。（5）在动模板3与定模板2间隔一定距离后，即可取出已成型的塑件。（6）由于塑件表面可能会有残渣，因此需要对其进行二次处理后才被允许出厂。4结论本实验主要对磁电式振动传感器的塑料外壳注塑模具进行设计，分析塑件的外形结构，选择合适的注塑材料。基于模流分析技术，对注塑模具的浇注系统和冷却系统进行设计，并验证其合理性。对塑件注塑模具的分型面及模具的导向和夹紧结构进行设计，介绍注塑模具的工作过程，为其他类似模具的设计提供参考和指导。