一種多元組合抽芯機(jī)構(gòu)注射模設(shè)計(jì)

陳吉平，丁智平，陳宏洲

一種多元組合抽芯機(jī)構(gòu)注射模設(shè)計(jì)

陳吉平，丁智平，陳宏洲

（湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖南株洲 412007）

針對(duì)具有多向側(cè)孔、內(nèi)側(cè)凹特征的相機(jī)前面板，采用注射模計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，設(shè)計(jì)一種多元組合的抽芯機(jī)構(gòu)注射模具。分析了相機(jī)前面板的工藝特點(diǎn)及要求，介紹了模具工作原理，著重闡述了型腔布置、分型面設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、成型零部件設(shè)計(jì)、抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、楔緊塊斜角的確定、定模板側(cè)壁厚度的確定、脫模及復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該模具結(jié)構(gòu)合理、系統(tǒng)堅(jiān)固，運(yùn)動(dòng)部分動(dòng)作協(xié)調(diào)、可靠，滿足塑件成型需要。

兩板模；抽芯機(jī)構(gòu)；輪輻式澆口

塑料工業(yè)日益發(fā)達(dá)的今天，塑料制件已經(jīng)進(jìn)入了大多工業(yè)部門及人民日常生活的眾多領(lǐng)域［1］。注塑成型的塑料制品約占塑料制品總量的1/3，已成為使用最廣泛的塑料成型方法。模具作為注塑成型的重要工藝裝備，在成型過(guò)程中處于核心地位［2］。傳統(tǒng)的注射模設(shè)計(jì)方法已不適應(yīng)塑料制品快速更新?lián)Q代以及高精度、高性能要求。注射模CAD技術(shù)顯著縮短了模具設(shè)計(jì)與制造時(shí)間、降低模具成本并提高制品的質(zhì)量［3］。

筆者以某型號(hào)相機(jī)前面板為例，采用UG軟件對(duì)塑件進(jìn)行三維造型，并利用UG Mold Wizard模塊進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，除有側(cè)孔外還有內(nèi)側(cè)凹。單一的側(cè)抽芯方式無(wú)法使所有側(cè)型芯從塑件中抽出。為此，在模具中采用內(nèi)、外多元組合的抽芯機(jī)構(gòu)聯(lián)合抽芯，滿足成型側(cè)孔及內(nèi)側(cè)凹的需要。

1　塑件工藝性分析

圖1 塑件示意圖

圖1為相機(jī)前面板示意圖。塑件為殼體類產(chǎn)品，與相機(jī)本體組合使用。塑件外形整體結(jié)構(gòu)大致對(duì)稱，總體尺寸為115 mm×60 mm×20 mm，其最大投影面積約為69 cm2，體積為13.88 cm3，大部分壁厚在1.5～2 mm；塑件上有一處內(nèi)側(cè)凹（B，C處），七處側(cè)孔（四側(cè)壁上）；安裝電池處（內(nèi)表面F）有加強(qiáng)筋，另外矩形取景框通孔外表面設(shè)有凸臺(tái)（G處），增強(qiáng)相機(jī)前面板的剛度、強(qiáng)度。塑件材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS），收縮率為0.55%。根據(jù)使用要求，塑件表面應(yīng)光滑平整，不得有扭曲、飛邊、氣泡、銀絲及明顯的熔接痕等成型缺陷。配合處尺寸公差精度MT3，其他尺寸公差精度MT5。

經(jīng)最大注射量、注塑壓力、鎖模力、安裝部分的校核，選定注塑機(jī)型號(hào)XS-ZS-22［4］。

2　模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1型腔布置

考慮塑件精度等級(jí)、生產(chǎn)量、注塑機(jī)最大注射量、最大鎖模力等，本模具采用一模一腔。

2.2選擇分型面

結(jié)合塑件的外形特征及使用要求，并考慮側(cè)向抽拔距、模具零件易加工、利于塑件脫模等因素，分型面的位置設(shè)在塑件斷面尺寸最大的部位［5］。模具采用階梯式分型面，利用UG Mold wizard創(chuàng)建的分型面見圖2。

圖2　分型面

2.3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

考慮樹脂的填充性、塑件的美觀性、易修整、易排氣因素等，同時(shí)根據(jù)塑件的體積分布，便于均衡進(jìn)料的原理，盡量減少澆口數(shù)量。由于模具采用單腔，結(jié)合塑件尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，澆注系統(tǒng)主澆道設(shè)在定模，冷料穴位于主澆道的對(duì)面動(dòng)模上。選用輪輻式澆口，分流道、澆口均分別開在動(dòng)、定模上，即塑件矩形孔的中間空位處，如圖3所示，這樣不影響塑件外觀。分流道的截面采用流道效率高的圓形。根據(jù)剪切速率、體積流量及關(guān)系曲線［6］，經(jīng)計(jì)算，得主流道的平均直徑4 mm，分流道直徑6 mm，澆口寬、高分別為4 mm和1 mm。

2.4成型零部件設(shè)計(jì)

圖3　流道澆注系統(tǒng)

塑件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了降低模具零件幾何形狀的機(jī)械加工和鉗工拋光工作難度，同時(shí)方便更換易損件、節(jié)省貴重材料，根據(jù)塑件特點(diǎn)，型芯、凹模采用整體嵌入式。動(dòng)、定模分型面、拼接面應(yīng)仔細(xì)研磨［7］，確保各處貼合良好。各成型零件拼接縫間隙小于溢料值0.04 mm，型芯、凹模脫模斜度分別設(shè)為45′，1°。

2.5抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)，模具側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。塑件共7個(gè)側(cè)孔，為減化機(jī)構(gòu)，將同向側(cè)孔的抽芯運(yùn)動(dòng)合并為一個(gè)抽芯機(jī)構(gòu)完成。模具設(shè)四組斜導(dǎo)柱側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)，分布于塑件側(cè)面的四個(gè)方向。利用斜導(dǎo)柱將開模力傳遞給滑塊，使之產(chǎn)生側(cè)向運(yùn)動(dòng)完成分型與抽芯動(dòng)作。為了模具加工的方便，滑塊采用組合式，側(cè)芯由騎縫銷釘固定在滑塊上?；瑝K與T型槽采用H7/f7間隙配合［8］。滑塊定位利用彈簧釘，保證開模時(shí)停留在剛脫離斜導(dǎo)柱的位置，不發(fā)生移動(dòng)；合模時(shí)斜導(dǎo)柱準(zhǔn)確地插入滑塊的斜孔，避免模具損壞。

塑件內(nèi)側(cè)凹采用斜滑桿機(jī)構(gòu)內(nèi)抽芯。利用推出機(jī)構(gòu)的推力，斜滑桿沿型芯中斜孔運(yùn)動(dòng)，并在內(nèi)抽芯座的導(dǎo)滑槽中橫向滑動(dòng)，頂出塑件的同時(shí)從塑件內(nèi)側(cè)凹中抽離。斜滑桿與內(nèi)側(cè)凹型芯為整體式結(jié)構(gòu)。

2.6楔緊塊斜角的確定

楔緊塊是用來(lái)承受塑件成型時(shí)側(cè)壓力的。本模具斜導(dǎo)柱傾斜角為15°，楔緊塊楔緊角為18°。既保證了塑件成型時(shí)楔緊塊對(duì)滑塊的鎖緊作用，又使開模時(shí)楔緊塊斜面離開側(cè)滑塊的速度大于斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)側(cè)芯滑塊的速度，不妨礙側(cè)型芯從塑件側(cè)孔中抽出。

2.7定模板側(cè)壁厚度的確定

盡管塑件的高度尺寸不大，成型時(shí)側(cè)壓力不是很大，但為了確保塑件獲得優(yōu)良的質(zhì)量，設(shè)計(jì)采用凹模整體嵌入定模板的結(jié)構(gòu)，承擔(dān)凹模的側(cè)向脹形力。按剛度、強(qiáng)度校核方法，得到最大型腔側(cè)壁厚度為3.67 mm?？紤]該模具導(dǎo)柱導(dǎo)套、其它結(jié)構(gòu)對(duì)壁厚剛度、強(qiáng)度的削弱作用，定模板側(cè)壁壁厚設(shè)計(jì)為40 mm，確保模具剛度和強(qiáng)度。

2.8脫模及復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑件脫模時(shí)應(yīng)不開裂、變形，推桿痕跡不影響塑件外觀，因此，推桿的合理排布十分重要。同時(shí)脫模機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)應(yīng)靈活、可靠，有足夠的剛度、強(qiáng)度。該塑件投影面積不很大，且深度較淺，長(zhǎng)、寬、高各向形狀分布較為均衡。模具脫模采用直桿式推桿一次推出。根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)，選用兩種推桿尺寸。經(jīng)壓桿穩(wěn)定計(jì)算，取安全系數(shù)1.5［9］，直徑為2.5 mm 的4根推桿，和直徑為5 mm 的12根推桿，另加上斜滑桿的推件作用，滿足脫模需要。頂桿在完成塑件推出后，為進(jìn)入下一循環(huán)成型，須回到初始位置。模具采用4根直徑15 mm的復(fù)位桿復(fù)位，設(shè)置在推板的四周。

2.9冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

塑件的體積雖不大，但壁薄且表面積較大，利于散熱。經(jīng)計(jì)算，型芯、凹模分別開設(shè)直徑為8 mm、總長(zhǎng)為400 mm的冷卻水道以滿足塑件成型對(duì)模溫的要求。結(jié)合模具具體結(jié)構(gòu)，采用堵頭及隔板的方式［10-11］形成冷卻循環(huán)水流，型芯、凹模中水道流向見圖4。

3　模具結(jié)構(gòu)

3.1模具總體結(jié)構(gòu)

圖4　水道流向

根據(jù)相機(jī)前面板的尺寸、結(jié)構(gòu)特征及外觀要求，模具采用兩板注射模總體結(jié)構(gòu)、輪輻式澆口。利用四個(gè)方向的外抽芯及一個(gè)內(nèi)抽芯的多元組合抽芯機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)塑件7個(gè)側(cè)孔及內(nèi)側(cè)凹的抽芯要求。在UG Mold Wizard模塊中，將型腔和模架庫(kù)關(guān)聯(lián)，建立凹模、型芯、滑塊、頂塊裝置和嵌件等，快速生成相關(guān)三維模具［12］，見圖5 （三維線框圖）。

圖5　相機(jī)前面板三維注塑模

由三維模具轉(zhuǎn)化且符合我國(guó)制圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的二維模具裝配圖見圖6。

3.2模具工作原理

圖6　相機(jī)前面板二維注塑模

塑料熔體經(jīng)澆注系統(tǒng)注入型腔，通過(guò)保壓、補(bǔ)縮、冷卻定型后，模具動(dòng)模部分隨注塑機(jī)運(yùn)動(dòng)，開模、頂出塑件。開模過(guò)程中，斜導(dǎo)柱23，37利用開模力帶動(dòng)四個(gè)側(cè)抽芯滑塊26，40，45，46脫離定模板楔緊塊25，39，從成型位置移動(dòng)到不妨礙塑件頂出的位置。接著，定位釘28插入滑塊定位孔實(shí)現(xiàn)滑塊定位。塑件由于熱脹冷縮包緊型芯，留于動(dòng)模。模具開模過(guò)程中，倒錐形冷料穴將澆口套19中的主澆道冷凝料拔出，也留于動(dòng)模。開模行程結(jié)束后，注塑機(jī)頂桿通過(guò)推板5、推板固定板6帶動(dòng)內(nèi)抽芯斜滑桿8、拉料桿20、頂桿21和35。在此過(guò)程中，內(nèi)抽芯斜滑桿8在內(nèi)抽芯座7中橫向滑動(dòng)，同時(shí)沿著型芯11斜向推出，實(shí)現(xiàn)從塑件內(nèi)側(cè)凹中抽芯；內(nèi)抽芯斜滑桿8、頂桿21和35、拉料桿20將塑件、澆注系統(tǒng)凝料從型芯11中推出，在自重的作用下塑件自動(dòng)脫落。模具合模，頂桿21和35、拉料桿20及內(nèi)抽芯斜滑桿8通過(guò)復(fù)位桿43復(fù)位，至此，模具完成了一次注射循環(huán)過(guò)程。

4　結(jié)語(yǔ)

根據(jù)塑件形狀特征，合理選用階梯分型面；利用多元組合抽芯機(jī)構(gòu)完成多向側(cè)孔及內(nèi)側(cè)分型、抽芯；結(jié)合塑件形狀特征設(shè)置輪輻式澆口，既保證熔體的均衡填充，又不在塑件外表留澆口痕跡；采用整體嵌入式型芯、凹模，降低機(jī)加工難度，節(jié)省貴重材料；根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)，利用兩種不同規(guī)格的直桿式推桿，合理布局、一次推出塑件。模具工作系統(tǒng)堅(jiān)固可靠，活動(dòng)部分動(dòng)作協(xié)調(diào)，滿足塑件成型需要。

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Injection Mould Design for Core-Pulling Mechanism of a Multiple Combination

Chen Jiping， Ding Zhiping， Chen Hongzhou

（School of Mechanical Engineering， Hunan University of Technology， Zhuzhou 412007， China）

In view of the front panel of camera with the characteristics of multidirectional lateral opening and an inner lateral concave，a kind of injection mold with the core-pulling mechanism of a multiple combination was designed with computer-aided design technology of injection mold. The technological characteristics and requirements of the front panel of the camera were analyzed. The working principle of the mold was presented. It was expounded emphatically on the layout of the cavity，design of the parting surface，design of the feed system，design of the forming components，design of the core-pulling mechanism，determination of locking angle for heel block，determination of the wall thickness for cavity-retainer plate，design of the ejection and return system，design of the cooling system. The mold structure is reasonable and the system is strong，and the movement of the mold is coordinated and reliable. The requirement of plastic molding can be satisfied.

two-plate mold；core-pulling mechanism；spider gate

TQ320.66

A

1001-3539（2016）06-0076-04

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.06.017

聯(lián)系人：陳吉平，教授，主要研究方向?yàn)樗苄猿尚?、機(jī)械強(qiáng)度

2016-03-18