螺紋盒蓋抽芯熱流道注射模設(shè)計(jì)

陳劍玲

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，廣西 南寧，530007）

近年來，熱流道技術(shù)在我國漸行漸熱，熱流道產(chǎn)品銷售額平均每年以8%～10%的速率遞增，熱流道模具在塑料模具中所占比重亦將逐年提升。

以茶葉分離杯底蓋的生產(chǎn)為例，介紹外螺紋側(cè)抽芯熱流道注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相關(guān)計(jì)算。

1 塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析

圖1所示底蓋外徑尺寸為90.4mm，高55mm，平均壁厚1.2mm，重25g。原材料為PP（聚丙烯）。該塑件為茶葉分離杯的螺旋托底組件，上部需成型外螺紋，底面有4條寬7.5mm、深1.5mm的45°狹槽，并設(shè)計(jì)有一圈邊腳作為支撐面。此外觀結(jié)構(gòu)件，對尺寸精度、力學(xué)性能及外觀要求高。產(chǎn)品總產(chǎn)量為500 000件，采用熱流道注射成型無澆注系統(tǒng)凝料，可降低能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短成型周期。

圖1 殼蓋產(chǎn)品

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具結(jié)構(gòu)采用一模四腔，H型平衡布置熱流道系統(tǒng)，點(diǎn)澆口中心進(jìn)澆，外側(cè)螺紋使用斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)成型，模具裝配總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 外螺紋側(cè)抽芯熱流道注射模具的結(jié)構(gòu)

通過在兩板模的型腔板上疊加熱流道系統(tǒng)組件，保證澆注系統(tǒng)一直熔融。塑料經(jīng)主噴嘴39進(jìn)入熱流道板3，以H型分流道轉(zhuǎn)向分別進(jìn)入4個(gè)安裝在熱嘴固定板5上的熱噴嘴31，最后由澆口注入由定模鑲件6、動(dòng)模鑲件9及成型螺紋的滑塊26所構(gòu)成的型腔內(nèi)。

塑件保壓、冷卻、定型后，模具動(dòng)、定模在分型面打開。開模的同時(shí)，滑塊26在斜導(dǎo)柱30的作用下實(shí)現(xiàn)螺紋外側(cè)抽芯，由彈簧鋼珠23限制滑塊抽拔距離。

由于此盒蓋件屬中等制件，采用托盤頂桿12推出塑件，并在推出機(jī)構(gòu)中增加導(dǎo)向零件（推桿導(dǎo)套10、推板導(dǎo)柱52、推板導(dǎo)套53）及支撐零件（支撐柱57）實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)推出。合模時(shí)，推出機(jī)構(gòu)由復(fù)位桿51帶動(dòng)回位，滑塊26由斜導(dǎo)柱30及鎖緊楔27作用保證復(fù)位。

澆注系統(tǒng)保持熔融和溫度控制是運(yùn)用熱流道技術(shù)成功與否的關(guān)鍵，故以下僅對澆注系統(tǒng)的熱流道部分重點(diǎn)分析和設(shè)計(jì)。

3 熱流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 熱流道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本例采用H型熱流道板及點(diǎn)澆口熱噴嘴的熱流道系統(tǒng)，如圖3所示，主要由主流道噴嘴1、熱流道板13、熱噴嘴8、加熱器7、支承元件及模外溫控系統(tǒng)等組件構(gòu)成。中心定位墊塊10和銷釘12將熱流道板可靠定位，4顆緊固螺釘14將其安裝固定在定模板上。

3.2 加熱元件及溫控設(shè)計(jì)

圖3中，熱流道板重約4.2kg，使用4根400W盤條加熱器7上下雙面繞制后，壓入加熱器槽中，采用平頭螺釘緊固在熱流道板上。熱噴嘴8采用215W管型加熱器供熱，由于嘴尖和澆口處的熱散失相比中部更大，需將加熱器繞制成不均勻螺旋線，呈兩端緊密中間疏松狀。

圖3 熱流道系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

熱流道板13及熱噴嘴8中分別安置熱電偶16，共設(shè)6個(gè)區(qū)（熱流道板2個(gè)、熱噴嘴4個(gè)）由外置溫控器實(shí)時(shí)監(jiān)測。在熱流道注射成型過程中，熔體溫度得到精準(zhǔn)控制，更均勻一致地流入各個(gè)型腔，故產(chǎn)品一致性高，澆口脫模后殘余應(yīng)力小，尺寸穩(wěn)定。

熱流道系統(tǒng)出線及開設(shè)線槽如圖4所示。

圖4 熱流道系統(tǒng)出線線槽

各發(fā)熱元件及溫控元件出線應(yīng)以就近原則規(guī)整，在定模墊板上開設(shè)線槽，用壓線片固定。

3.3 主要部件熱膨脹計(jì)算

在熱流道系統(tǒng)中主要計(jì)算熱流道板和熱噴嘴的熱膨脹量，并以此確定需加工的熱流道板進(jìn)澆點(diǎn)中心距離及熱噴嘴的長度。根據(jù)鋼材熱膨脹量公式計(jì)算如下［1］：

式中：δ——膨脹變形量，mm；

α——鋼材 熱 膨 脹 系 數(shù) 1.2×10－5（1／℃）；

t1——熱流道板溫度，℃；

t2——模具型腔板的溫度，℃；

L——澆口中心距離或熱噴嘴長度，mm。

通常，PP的熔化注射溫度為180～270℃，模具溫度為40～80℃。本例設(shè)熱流道板工作溫度為220℃，模具溫度為60 ℃，理想澆口中心間距為250.00mm，理想熱噴嘴長度為40.00mm。由式（1）計(jì)算熱流道板和熱噴嘴在長度方向上熱膨脹變形量分別為0.48和0.08mm。故實(shí)際需加工熱流道板進(jìn)澆點(diǎn)中心距為249.52mm，加工裝配后熱噴嘴實(shí)際長度應(yīng)為39.923mm。

在試模時(shí)，需注意熱噴嘴的溫度控制，熱噴嘴隨著溫度升高，熱噴嘴變形量增加（長噴嘴更為明顯），澆口容易被伸長的嘴尖堵塞。表1為熱噴嘴長度方向上熱膨脹量理論計(jì)算值，熱噴嘴的膨脹量及長度隨溫度增加而增加。

表1 熱噴嘴長度方向熱膨脹量

3.4 澆口設(shè)計(jì)

產(chǎn)品對外觀和均勻性要求高，采用中心進(jìn)料的點(diǎn)澆口設(shè)計(jì)。熱流道模具采用點(diǎn)澆口相比于直澆口無明顯殘斷料頭，澆口痕跡小，但熔體流動(dòng)阻力及壓力損失更大。熱流道模具的澆口要求在注射時(shí)開啟、注射結(jié)束后關(guān)閉，確保不漏料。對澆口部分進(jìn)行精確的溫度控制及合理設(shè)計(jì)澆口尺寸是產(chǎn)品順利成型和質(zhì)量保證的關(guān)鍵。為保證澆口在注射完畢后及時(shí)封閉，澆口附近應(yīng)設(shè)冷卻水路加強(qiáng)冷卻。

熱流道式點(diǎn)澆口斷裂時(shí)由于溫度稍高，往往斷面不如冷流道澆口整齊，常有殘料凸出，影響外觀，故在澆口對面設(shè)置波頭位，如圖5所示，直徑0.8mm的點(diǎn)澆口高0.75mm，沉于制品外表面下方0.4mm，保證澆口斷裂高度低于產(chǎn)品外表面。

圖5 點(diǎn)澆口尺寸設(shè)計(jì)

4 熱流道模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意問題

熱流道模具設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮塑料加工工藝、熱流道系統(tǒng)的選擇和安置、模具結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)等因素。

（1）由于熱流道模具的澆口是保持加熱狀態(tài)，但在設(shè)計(jì)上要滿足注射成型時(shí)能順利開啟，在注射結(jié)束后及時(shí)關(guān)閉，這需要對澆口尺寸合理設(shè)計(jì)及精確控溫。

（2）流道直徑需考慮一次注射的物料量。若流道過大而注射量小，則塑料在流道內(nèi)停留時(shí)間增長，造成塑件燒焦、成型不勻、流紋等缺陷。流道過小則引起壓力損失，進(jìn)而需增加注射壓力。

（3）保證熔體不能泄漏。在熔體流動(dòng)的通道內(nèi)，每兩個(gè)零件聯(lián)結(jié)處（如圖3中，主流道噴嘴1與熱流道板13、熱流道塞針6與熱流道板13、熱流道板13與熱噴嘴8）需保證加工精度及裝配精度。

（4）設(shè)計(jì)熱流道模具時(shí)，由于增加了流道板及相應(yīng)的定模墊板和熱噴嘴固定板，模具總體厚度增加，因此要注意模具厚度與注塑機(jī)最小開距的關(guān)系。

（5）熱流道板與定模座板、定模板之間需設(shè)置絕熱措施，盡量減少與模具零件接觸面積，減少加熱器功率負(fù)荷。接觸面可采用圖3中石棉板2或陶瓷介質(zhì)3隔熱，非接觸的模板之間可采用3～8 mm間隙的空氣絕熱方法。

（6）主流道及各熱噴嘴的對面，由于承受注射熔料的反作用力，必須設(shè)置承力部件，如圖3中在主流道噴嘴1對面設(shè)置中心定位承壓塊10，在熱噴嘴8對面設(shè)置承壓墊塊5。

（7）對熱流道板中加熱元件的設(shè)計(jì)，需考慮功率大小、繞制方向及出線問題，并相應(yīng)在定模墊板上合理開設(shè)線槽，保證線路與接線盒的安裝。

5 結(jié)語

本項(xiàng)模具設(shè)計(jì)著重分析了螺紋盒蓋側(cè)抽芯模具的工作過程、熱流道系統(tǒng)和模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算。該模具總體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，采用外側(cè)螺紋抽芯機(jī)構(gòu)及熱流道澆注系統(tǒng)，對模具設(shè)計(jì)、加工及裝配要求較高。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明該模具抽芯及產(chǎn)品脫模平穩(wěn)順暢，熱流道點(diǎn)澆口設(shè)計(jì)及精確控溫保證塑件外觀及品質(zhì)要求，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］ 丹尼爾·弗倫克勤，享里克·扎維斯托夫斯基.熱流道模具技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005：110－139.