水壶手柄注塑件的模具设计与加工

谭永佳

（广州市番禺区职业技术学校，广东广州 511495）

0 引言

本文介绍的水壶手柄注塑件是某系列上线产品的一个部件，涉及到企业的商业利益问题，在此对产品的详细设计过程和加工参数不便细说，只能从设计的理念和加工的工艺上做讲述，从原理上分析这类注塑件的一些设计和生产的技巧。

1 产品的结构与难点分析

图1 产品三维剖视图

如图1所示是产品模型的剖视图[1]，从中可以看出，产品的外形和内部结构都比较复杂，大部分是曲面组合，包括壶口、手柄等位置。通过放大图可以更加清晰的了解其内部和外部结构。

（1）顶部有对称的半圆形水平突出的卡口特征，如图2所示，它的下面是半圆形的缺口，半径要略大于上方的卡口，俯视可见，两者重叠后有一定的间隙，这是要注意的地方，如果内外模的配合精度不够，会很容易影响到卡口的质量。

图2 半圆形对称卡口特征

（2）壶口内面是曲面的组合，与主体内部以曲线过渡，此特征容易被忽视，模具的配合或者出模不当容易损坏过渡位置。

（3）手柄转弯位置，内侧的两个弧位的长度是不对称的，是在安装盖组件时为保证安装方向和位置正确而特别设计的。

（4）如图3所示，内壁有突出的台阶特征，与第二层内壁形成内沟槽的特征，是安装防漏垫圈的位置。在设计模具时要考虑图中的缺口。

图3 防漏垫圈止口特征

（5）产品中最大的难点是如图4所示的凸起的位置，在主体内壁上有三个，一个圆周上平均分布。作用是手柄组件与水壶的壶身连接和紧固。而且它们不是螺旋排列的，这样给出模增加了难度。

图4 内侧凸块（3个）

2 模具设计与加工

模具的主要结构如图5所示，左右两侧的是外模，上面的是模顶，下面是模芯。下面就设计的理论和各主要部件的加工注意事项做详细的解析[2-3]。

（1） 外 模 的结构如图6所示，因为两侧基本对称，所以这里就拿其中一侧的来说明。

腔内的模型形状也是比较复杂，下面就其结构的功能和加工工艺做说明。

1）图7是外模顶部的半圆柱体凸出特征，起到导柱的作用，左右两面两个半圆柱体能保证从顶部插入的组件保持直线运动。加工时注意过度边界不能有太大的圆角。

图5 模具爆炸

图6 外模左侧

图7 半圆柱凸出特征

2）如图8的是前部嵌入位的斜面结构，与另一侧合起来成为V形斜面，起到定位和限位的作用，同样要注意过度边界不能有圆角。

图8 斜面及特征V形斜面组合特征

3）由于外形设计的需要，在产品上有四组凸出来的圆面特征，为了完成这些特征，模具上对应的设计如图9所示的凹圆面特征，加工这一部分的时候比较困难，进行后期处理的时候要进行电火花加工。

4）同时，要特别注意电火花加工的位置还有如图10所示的两个位置，这些位置是曲面的结合处，在完成曲面的精加工后，要进行精细的电火花加工，把结合处和曲面形状做出来。

图9 凹圆面特征

图10 内腔曲面特征

（2）上模插入件的特征和加工

插入件的结构如图11所示，它主要是完成产品的壶口和手柄的中空位置特征，加工该部件时要注意以下几个地方。

1） 两 侧 的半圆柱形特征是与左右两边的外模中的半圆柱形凸出特征相配合，作为插入件滑动的导柱，使其保持直线运动。为了减少运动时的摩擦，两个位置的表面粗糙度要求比较高。

2）前后分别有两组V形平面，与外模的是对应的，同样起到导向和定位的作用。

3）上部的凸出特征是壶口的内腔部位，由于其厚度比较小，加工到这个位置要特别注意控制进给量，一旦受力过大会造成变形或者折断。

（3）模芯组件的设计与加工

模芯组件如图12所示，主要由模芯圆柱形构件和三支方形顶针组成。其中圆柱形构件除了保证注塑件的基本特征，如顶部的凸出特征除了包含与图2对应和与图3对应的特征外，还有内部的三个倾斜的方形导孔。这些导孔是安装图中的顶针用的。

图11 上模插入件

图12 模芯组

方形顶针上的凹口特征（图13）是与图4的特征对应的，也是这个产品中最难完成的位置。为了平衡产品的特征与注塑后出模的难度，设计出这种方法，通过嵌入式的顶针，同时顶针具有内模的功能。当注塑完毕后，内模因为图4中的特征被卡住，为了解决这个问题，设计了一组向内倾斜的一组顶针，其工作原理是：如图14，当模芯圆柱形构件在出模的时候相对顶针往后退时，由于导孔也是向内形成一定角度，这样会对顶针形成向内的压力，使得顶针上部向内变形弯曲，当然前提是顶针的材料要求具有很好的弹性和恢复能力。当顶针弯曲到能脱离注塑件的凸出位置（图4）时，整个模芯就可以顺利拉出注塑件。同时，顶针也能把注塑件顶出，实现了两种功能。

图13 顶针上的凹口

图14 模芯出模原理图

3 结束语

此模具的基本设计概念、主要构件的功能与基本加工要点已叙述完毕，受篇幅所限未将详细的加工过程清楚描述。加工设备主要是使用数控铣床和加工中心，同时有电火花机和线切割机辅助。在设计过程中，运用了大量的计算机辅助设计，大大地提高了效率。

［1］SolidWorks公司.SolidWorks高级教程：模具设计［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［2］宋满仓.注塑模具设计［M］.北京：电子工业出版社，2010.

［3］洪慎章.实用模具设计与制造［M］.北京：机械工业出版社，2010.