周向內(nèi)凹槽兩步抽芯注射模設(shè)計(jì)

蔣新萍，徐自明

（常州輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，常州 213164）

0 引言

隨著塑料品種的增多、性能的提高以及產(chǎn)量的與日俱增，其使用領(lǐng)域越來越廣，結(jié)構(gòu)形式更加多種多樣[1,2]。為了滿足特定的使用要求，有很多塑料制件帶有與開模方向不平行的側(cè)向凹槽或凸臺等結(jié)構(gòu)特征，一般情況下，成型具有這些特征的塑件注射模具需要設(shè)計(jì)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，以便在塑件脫模推出之前，先將側(cè)向型芯抽出，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)脫模[3]，但對于制件內(nèi)側(cè)帶有整周凹槽或凸臺結(jié)構(gòu)特征，傳統(tǒng)的側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)也不能實(shí)現(xiàn)塑件的自動(dòng)脫模。目前，多數(shù)解決的方法是模具內(nèi)部設(shè)置活動(dòng)鑲件，塑件內(nèi)部凹槽采用活動(dòng)鑲件成型[4～7]。開模時(shí)，塑件留在鑲件上，隨動(dòng)模運(yùn)動(dòng)，當(dāng)動(dòng)模和定模分開一定距離后，模具推出機(jī)構(gòu)將鑲件和塑件一起推出模外，然后手工使塑件和鑲件分離。合模前，將活動(dòng)鑲件重新裝入模具動(dòng)模。其主要缺點(diǎn)是操作時(shí)安全性差，生產(chǎn)效率低。本文針對內(nèi)側(cè)帶有整周凹槽結(jié)構(gòu)特征塑件，設(shè)計(jì)了一種模具，可以通過兩步抽芯完成塑件的自動(dòng)脫模，克服了目前帶有活動(dòng)鑲件模具的缺點(diǎn)，提高了生產(chǎn)效率。

1 注射模設(shè)計(jì)

1.1 塑件分析

塑件如圖1所示，采用注射成型。該塑件材料為ABS，外形是回轉(zhuǎn)體，尺寸如二維圖所示，尺寸精度為MT3級，塑件體積為1.14×104mm3，質(zhì)量為0.25kg。塑件內(nèi)側(cè)周向有凹槽，槽徑向深2.5mm，寬4mm。

1.2 兩步抽芯工作原理

模具結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖1 塑件圖

圖2 模具結(jié)構(gòu)圖

考慮塑件內(nèi)側(cè)周向有凹槽結(jié)構(gòu)特征，如果模具型芯采用整體結(jié)構(gòu)，塑件是無法脫模的，因此，模具型芯采用鑲拼結(jié)構(gòu)。如圖3所示，將型芯分割成四瓣，分別為型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，它們相間排列，放置在動(dòng)模板上，其中型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ左右對稱分布，型芯滑塊Ⅲ、Ⅳ前后對稱分布。4塊型芯滑塊拼合構(gòu)成模具型芯，其外側(cè)表面形成塑件的內(nèi)表面形狀尺寸。注射成型后，塑件在模內(nèi)冷卻定型，對型芯產(chǎn)生包緊力，包緊在型芯上[8]。

圖3 鑲拼結(jié)構(gòu)型芯

型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ內(nèi)開有斜孔，斜孔傾斜角度20°，彎銷工作部分與斜孔間隙配合，其固定端在支承板內(nèi)。動(dòng)模板上開有長12mm、寬4mm、深3mm的導(dǎo)滑槽，型芯滑塊通過鍵可以沿導(dǎo)滑槽左右滑動(dòng)。型芯滑塊Ⅲ、Ⅳ設(shè)有15°斜面與基座及型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ滑動(dòng)配合，它們還設(shè)有T型斜導(dǎo)軌與滑塊座T型槽配合，導(dǎo)軌傾斜角度15°，與滑塊斜面傾角一致，在模具開模時(shí)起到導(dǎo)向作用[9]。

開模時(shí)，動(dòng)模部分下移，由于在定模板和動(dòng)模板之間設(shè)有樹脂開閉器，開閉器用于增加定、動(dòng)模板之間的開模阻力[10]，這樣，在彈簧的作用下，模具先在圖示C-C面首先打開分型，支承板隨動(dòng)模部分下移，開模力通過彎銷作用于型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ，迫使兩型芯滑塊沿導(dǎo)滑槽向中心側(cè)向移動(dòng)，當(dāng)支承板下移距離11mm時(shí)，型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ側(cè)向移動(dòng)4mm，此時(shí)滑塊與塑件凹槽完全脫開，如圖4所示，完成第一步側(cè)向抽芯動(dòng)作。

圖4 型芯滑塊Ⅰ和Ⅱ與塑件脫開狀態(tài)

在動(dòng)模部分后移過程中，當(dāng)定距螺釘Ⅱ的圓柱頭與支承板接觸時(shí)，C-C面分型結(jié)束，A-A面開始分型，中間板和定模板分開，在此過程中，在拉釘和定距螺釘Ⅰ的作用下，澆注系統(tǒng)的凝料會自動(dòng)脫模[11]。當(dāng)定距螺釘Ⅰ的圓柱頭與定模板接觸時(shí)，A-A面分型結(jié)束。

動(dòng)模部分繼續(xù)后移，動(dòng)模板克服開閉器的開模阻力，與定模板分開，B-B面開始分型，隨著B-B面打開距離大于塑件的高度，注射機(jī)的頂桿接觸推件板，使推桿推動(dòng)型芯滑塊Ⅲ、Ⅳ向上移動(dòng)，同時(shí)，在T型斜導(dǎo)軌的作用下，兩滑塊Ⅲ、Ⅳ向中心側(cè)向移動(dòng)，當(dāng)型芯滑塊Ⅲ、Ⅳ向上移動(dòng)15mm時(shí)，它們可以完全脫離塑件凹槽，如圖5所示，完成第二步側(cè)向抽芯動(dòng)作。隨之，塑件脫離型芯。

圖5 型芯滑塊Ⅲ和Ⅳ與塑件脫開狀態(tài)

1.3 彎銷結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)

1.3.1 彎銷的形狀及技術(shù)要求

彎銷的形狀如圖6所示。彎銷工作部分與滑塊斜孔之間的配合采用H11/b11間隙配合，其壓入端與中間板之間采用H7/m6過渡配合，為了防止彎銷上下竄動(dòng)，在壓入端設(shè)有小孔φ3mm，孔中插入直銷，起到定位作用。彎銷材料采用T10碳素工具鋼，熱處理硬度HRC55-60，表面粗糙度Ra0.8μm。

1.3.2 彎銷傾斜角和長度確定

彎銷傾斜角α是側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)脫模工作效果的重要參數(shù)，α的大小對彎銷的有效工作長度、抽芯距、受力狀況等有直接的影響。一般在設(shè)計(jì)時(shí)取12°≤α≤22°，綜合考慮抽芯距離、抽芯力的大小及型芯滑塊等結(jié)構(gòu)尺寸，本設(shè)計(jì)取彎銷傾斜角α為20°。

彎銷的固定部分長度為：LF=H1＋H2－(0.5～1)mm。

圖6 彎銷結(jié)構(gòu)及受力分析

1.3.3 彎銷截面尺寸確定

塑件在脫模時(shí)，彎銷工作部分在開模力作用下推動(dòng)型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ側(cè)向移動(dòng)，彎銷工作部分承受側(cè)向彎曲力Fw，如圖6所示，因此彎銷需要選擇合適的截面尺寸，也就是要對彎銷的截面進(jìn)行計(jì)算。由于型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ?qū)ΨQ分布，這里僅計(jì)算型芯滑塊Ⅰ截面尺寸，型芯滑塊Ⅱ與其結(jié)構(gòu)尺寸相同。

考慮摩擦力與其他力相比非常小，可以忽略不計(jì)，型芯滑塊Ⅰ的受力分析如圖6所示。

圖中F是抽芯時(shí)彎銷通過型芯滑塊Ⅰ的斜孔對滑塊施加的正壓力，F(xiàn)w是它的反作用力；Ft脫模力，F(xiàn)k是開模力。

這樣根據(jù)理論力學(xué)原理[12]可以得到公式：

由圖可知，彎銷所受的彎矩為：

式中，Mw為彎銷所受彎矩；

Fw為彎銷所受彎曲力；

Lw為彎銷彎曲力臂。

由材料力學(xué)原理[13]可知：

式中[σw]為彎銷所用材料的許用彎曲應(yīng)力；

W為抗彎截面系數(shù)。

彎銷的截面是矩形，如圖6所示，其抗彎截面系數(shù)為：

彎銷的截面寬度b取滑塊寬度B－(4～8)mm，由式推出彎銷的截面高度為：

2 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一副注射模具，采用了兩步抽芯，解決了內(nèi)側(cè)帶有整周凹槽結(jié)構(gòu)特征塑件自動(dòng)脫模問題。該模具脫模過程連續(xù)可靠，成型的產(chǎn)品能滿足客戶要求，模具能夠克服傳統(tǒng)帶有活動(dòng)鑲件模具的缺點(diǎn)，不需要人工將塑件和鑲件分離，安全可靠，生產(chǎn)效率高。

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