基于二次頂出采用斜刃凸模精確沖切進(jìn)料口精密注塑模具的設(shè)計

朱朝暉，劉進(jìn)明，繆玉芳

（1.蘇州大學(xué)，江蘇蘇州215137；2.蘇州微研科技有限公司，江蘇蘇州 215006）

基于二次頂出采用斜刃凸模精確沖切進(jìn)料口精密注塑模具的設(shè)計

朱朝暉1，劉進(jìn)明1，繆玉芳2

（1.蘇州大學(xué)，江蘇蘇州215137；2.蘇州微研科技有限公司，江蘇蘇州 215006）

對于技術(shù)要求較高的精密塑料產(chǎn)品，因所使用的材料強(qiáng)度較大，產(chǎn)品注塑時采用側(cè)向進(jìn)料口進(jìn)料，成形后澆注系統(tǒng)剪切困難，且易損壞產(chǎn)品和澆注系統(tǒng)，達(dá)不到客戶的要求。利用注塑模具二次頂出，借用沖壓模具原理，設(shè)置斜刃凸模精確沖切進(jìn)料口，從而實(shí)現(xiàn)塑料產(chǎn)品和澆注系統(tǒng)的精確分離，確保產(chǎn)品外觀、尺寸精度及形位公差的要求。

二次頂出；斜刃凸模；精確沖切；進(jìn)料口；精密注塑模具

注塑模具澆注系統(tǒng)通常包含主流道、分流道、冷料穴和進(jìn)料口。其中，進(jìn)料口一般可分為中心進(jìn)料口、點(diǎn)狀進(jìn)料口、側(cè)向進(jìn)料口和潛伏式進(jìn)料口四大類。在產(chǎn)品注塑結(jié)束后，需將產(chǎn)品和澆注系統(tǒng)分離。通常，采用點(diǎn)狀進(jìn)料口和部分潛伏式進(jìn)料口的設(shè)計，能使產(chǎn)品和澆注系統(tǒng)進(jìn)行自動分離；而采用中心、側(cè)向進(jìn)料口和其余部分潛伏式進(jìn)料口的設(shè)計，在產(chǎn)品注塑結(jié)束后，多采用人工進(jìn)行二次剪切加工分離產(chǎn)品和澆注系統(tǒng)，由于增加了生產(chǎn)工序，使產(chǎn)品成本相應(yīng)提高。為了提高效率、降低成本，對一些大中型模具可采用熱流道系統(tǒng)設(shè)計，這樣既能減少剪切澆口工序，又能節(jié)省澆注系統(tǒng)塑料材料。但熱流道系統(tǒng)價格昂貴，多用于大中型模具，如汽車保險杠；對一些尺寸不大、且采用側(cè)向進(jìn)料口進(jìn)料的產(chǎn)品，在模具設(shè)計時需巧妙構(gòu)思，才能在產(chǎn)品注塑過程中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和澆注系統(tǒng)的剪切分離。

1 產(chǎn)品分析

本例中的塑料產(chǎn)品為數(shù)碼相機(jī)支架蓋，產(chǎn)品尺寸精度要求控制在0.005 μm，同時對平面度、中心孔的圓度都有嚴(yán)格要求。根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求，模具設(shè)計采用一模一腔，一處側(cè)向進(jìn)料口進(jìn)料（圖1）。

圖1 支架蓋

該塑料產(chǎn)品材料為POM（聚甲醛），它是一種無側(cè)鏈、高密度、高結(jié)晶性的線性聚合物，也是一種表面光滑、有光澤、硬而致密的材料；其強(qiáng)度好、剛度好、耐磨性好，力學(xué)性能優(yōu)異，比強(qiáng)度可達(dá)50.5 MPa，比剛度可達(dá)2650 MPa，與金屬十分接近，俗稱“賽鋼”。由于材料具有類似金屬的性能，故在產(chǎn)品注塑結(jié)束冷卻后，采用人工二次剪切塑膠件的澆注系統(tǒng)非常困難，易造成產(chǎn)品剪切處崩裂而使其成為廢品。因此，在設(shè)計支架蓋注塑模具時，結(jié)合沖壓模具設(shè)計理念，充分考慮注塑模具結(jié)構(gòu)動作等特點(diǎn)，構(gòu)思一個巧妙的新方案，即利用注塑模具二次頂出并借用沖壓模具原理，設(shè)置斜刃凸模精確沖壓剪切（簡稱“沖切”）進(jìn)料口，從而實(shí)現(xiàn)塑料產(chǎn)品和澆注系統(tǒng)的精確分離，節(jié)省了人工二次手動剪切加工工序，避免了因二次加工對產(chǎn)品的外觀、尺寸造成的影響，最終達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求。

2 斜刃凸模精確沖切進(jìn)料口的工作原理

2.1 斜刃凸模設(shè)計

斜刃凸模設(shè)計可利用頂針進(jìn)行加工，選用的頂針材料為SKD61，具有較好的強(qiáng)度和韌性。根據(jù)進(jìn)料口尺寸可將頂針頂部設(shè)計成一定尺寸大小的斜刃口，該頂針被稱為刃口針或斜刃凸模（圖2）。

圖2 刃口針（斜刃凸模）

2.2 工作原理

由于數(shù)碼相機(jī)支架蓋是一件精密產(chǎn)品，尺寸精度及形位公差要求高，所以塑料模具的設(shè)計和加工都按精密模具標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，且產(chǎn)品注塑采用精密注塑機(jī)。其原理及具體步驟如下（圖3）：

圖3 斜刃凸模沖切進(jìn)料口原理圖

第一步：注塑模具動定模處于合模狀態(tài)，并將其鎖緊。注塑機(jī)將熔融POM注入模具型腔中，熔料冷卻成形。

第二步：經(jīng)數(shù)秒冷卻后，注塑機(jī)頂桿啟動，推動頂針面板1，從而推動刃口針（斜刃凸模）向上運(yùn)動。由于進(jìn)料口最小厚度尺寸為0.5 mm，故在模具設(shè)計時，在頂針面板1和頂針底板2之間設(shè)定1 mm的間隙，作為安全有效運(yùn)行空間。注塑過程中，將注塑機(jī)頂桿第一次推動行程設(shè)定為0.45 mm，即第一次推動刃口針（斜刃凸模）運(yùn)行0.45 mm，做到精確沖切澆注系統(tǒng)的進(jìn)料口，使其與支架蓋分離，且確保刃口針第一次運(yùn)行不能碰到定模。在第二步動作過程中，模具動模和定模處于壓緊狀態(tài)，目的就是在刃口針（斜刃凸模）沖切澆注系統(tǒng)進(jìn)料口時，定模壓緊進(jìn)料口形成壓邊力，保證沖切順利進(jìn)行。

第三步：模具動模和定模分離到位，注塑機(jī)頂桿再次啟動，推動頂針底板1二次運(yùn)行0.55 mm后與頂針底板2相接觸，從而推動頂針向上移動，將支架蓋塑料件頂出；同時，頂針底板2推動拉料桿將澆注系統(tǒng)從型芯中同步頂出。

第四步：澆注系統(tǒng)因重力掉落的同時，機(jī)械手取出支架蓋塑料件。注塑模具動、定模合模，回程桿推動頂針面板2回位，在頂針底板2與頂針面板1之間設(shè)置壓力彈簧，彈簧推動頂針面板1回位。模具合模到位，注塑全過程完成；再回到第一步，開始下一次循環(huán)。

3 模具總裝結(jié)構(gòu)

模具總裝結(jié)構(gòu)見圖4。

3.1 澆注系統(tǒng)

由于產(chǎn)品尺寸精度和形位公差要求均較高，為便于注塑生產(chǎn)過程中的跟蹤控制，模具采用一模一腔結(jié)構(gòu)。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、外觀要求及對中心圓孔圓度的嚴(yán)格要求，采用側(cè)向進(jìn)料口設(shè)計，澆注系統(tǒng)由常用主流道、分流道、冷料穴和進(jìn)料口組成。

3.2 成形零件

成形零件對塑料件的尺寸精度具有重要影響。對于數(shù)碼相機(jī)支架蓋精密注塑模具而言，成形零件主要包括型腔和型芯，其尺寸公差不能超過塑料件相應(yīng)尺寸公差的1/3，型腔和型芯各由兩個鑲件組成（圖5～圖8）。型腔、型芯的材料選用STAVAX，熱處理硬度52 HRC。鑲件的加工采用數(shù)控車削、慢走絲線切割、內(nèi)外圓和平面磨削、電火花成形等加工工藝，要求零件加工尺寸公差和形位公差控制在微米范圍內(nèi)，每個尺寸必須在顯微鏡下投影檢測，確保模具精度要求。

3.3 頂出系統(tǒng)

為保證產(chǎn)品的平整度，防止頂出力不平衡而造成的產(chǎn)品外觀變形，在頂出系統(tǒng)設(shè)置了11支直徑1 mm的頂針、3支直徑0.5 mm的頂針和3支2 mm× 1 mm的方針（圖9）。

圖5 型腔鑲件1

圖6 型腔鑲件2

圖7 型芯鑲件1

圖8 型芯鑲件2

圖9 頂針排布圖

4 冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)

對于精密注塑模具，型腔各處的溫差最大不能超過5℃，冷卻水出入口溫差不能超過2℃，所以模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計非常嚴(yán)格。本模具型腔較淺，動、定模兩側(cè)均采用了直通式冷卻水道，模具冷卻充分且均衡，有效保證了塑料件的尺寸精度和模具的勞動生產(chǎn)率。

本模具動定模的排氣主要由鑲件、推桿、定模分型面排氣槽完成。

5 結(jié)語

對于技術(shù)要求較高的精密塑料產(chǎn)品，客戶不僅對產(chǎn)品的尺寸精度和形位公差提出了嚴(yán)格要求，而且根據(jù)產(chǎn)品所使用的環(huán)境對產(chǎn)品外觀和使用材料提出了嚴(yán)格要求。本設(shè)計利用注塑模具二次頂出并借用沖壓模具原理，設(shè)置斜刃凸模精確沖切進(jìn)料口，從而實(shí)現(xiàn)了塑料產(chǎn)品和澆注系統(tǒng)的精確分離，節(jié)省了人工二次手動剪切加工工序，避免了因二次加工對產(chǎn)品的外觀和尺寸造成的影響。經(jīng)創(chuàng)新設(shè)計、嚴(yán)格制作和多次試模修正后，模具試樣檢驗(yàn)合格并交付客戶。模具進(jìn)入了大批量注塑生產(chǎn)，注塑產(chǎn)品質(zhì)量一直保持穩(wěn)定，滿足產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)要求。

[1]張維合.注塑模具設(shè)計實(shí)用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[2]屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[3]宋玉恒.塑料注射模設(shè)計實(shí)用手冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，1996.

[4]申開智.塑料模具設(shè)計與制造[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[5]黃曉燕.簡明塑料成型工藝與模具設(shè)計手冊[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

Precision Plastic Injection Mold Design for Using punch with Inclined Blade to precise Die-cut Side Gate Based on Secondary Ejection Structure

Zhu Zhaohui1，Liu Jinming1，Miao Yufang2
（1.Soochow University，Suzhou 215137，China；2.Suzhou Weiyan Science&Technology Co.,Ltd，Suzhou 215006，China）

For some high requirement precision plastic products，in whose ejecting，side gate is used to provide material，after forming pouring system is difficult to be sheared because of high material strength，they will be damaged easily while the gating system is sheared off.Based on secondary ejection structure，punch of inclined blade，which is often designed on stamping and punching die，is adopted to die-cut side gate.In this way，link point between plastic products and pouring system is separated precisely.And product appearance，dimensional and geometric tolerance requirements are realized accurately.

secondaryejection；punchwithinclinedblade；precisedie-cut；gate；precision injection mold

TQ320.5

A

1009－279X（2014）05－0037-04

2014-07-28

朱朝暉，女，1971年生，工程師，講師。