雙模旋轉式嵌件自動裝載注塑模具設計

肖露云,張建卿

(懷化職業(yè)技術學院，湖南 懷化 418000)

0 前言

塑件上為增強塑件與其他裝配件之間的聯(lián)結，往往需要設計嵌件，嵌件一般采用常用的銅質(zhì)、鋁質(zhì)金屬材質(zhì)的五金件，注塑時將五金件置入注塑模具中后，再閉模進行注塑，完成帶嵌件塑件的注射成型[1-4]。嵌件的放入方式，在注塑過程中，需要占用一定的注射成型周期時間，因而，對于嵌件的置入，應根據(jù)塑件的生產(chǎn)數(shù)量而做相應設計考慮[5-7]。針對數(shù)量較少的塑件，從成本角度出發(fā)，采用人工放置嵌件較為合適，而對于塑件數(shù)量比較大，或者一模多腔，則采用機械方式放置較為合適，一則機械放置的效率較高，另則是放置人工操作過度疲勞而產(chǎn)生安全事故[8-10]。機械放置方式中，常用的方式為三軸機械手方式，通過機械手抓取嵌件來完成嵌件在注塑模具上的定位安裝。機械手方式雖效率高，操作方便，但成本相對較高，因而，模具設計時，相對模具結構設計人員而言，應結合塑件的結構特點，基于成本控制優(yōu)先的嵌件注射成型模具的結構設計應做首選考慮[11-14]。本文擬結合旋轉式雙色注射成型的工作原理，針對某帶銅質(zhì)嵌件大批量多腔模注射成型的需要，提供了一種旋轉式雙色注塑模具，該模具由兩副模具組成，一副用于多腔嵌件的自動裝配，另外一副用于置入鑲件后模腔中的注射成型。該模具能有效降低模具的生產(chǎn)成本，提升帶嵌件多腔模注塑生產(chǎn)安全等級，具有較好的設計參考意義。

1 產(chǎn)品

圖1 塑件結構Fig.1 Structure of plastic part

帶嵌件塑件產(chǎn)品結構如圖1所示。塑件為矩形殼類塑件，外形尺寸為40 mm ×39 mm×15 mm。塑件材質(zhì)采用丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物(ABS)。塑件注射成型時，有以下幾個方面的問題影響塑件的模具結構設計。其一是塑件的中央有4個凹孔，凹孔尺寸較小，其成型件特別是型腔成型件加工比較困難，需要采用單獨的鑲件成型。其二是塑件兩側的下端開放型壁腳內(nèi)側存在兩處倒扣，倒扣的深度為1 mm，需要進行內(nèi)壁側抽芯脫模。其三是塑件內(nèi)壁的正中央處需鑲嵌一個銅質(zhì)內(nèi)管鑲件，管鑲件的外徑為Φ10 mm，內(nèi)徑為Φ6 mm，管高度為10 mm。其四是塑件外表兩個凸臺平面上設計有凸出陽文，陽文高度0.4 mm。

從整體上看，塑件的整體注塑難度不大，針對上述幾個問題，對于第一、第四個問題，主要體現(xiàn)為成型件的加工難度問題，可以采用鑲件鑲拼方式來解決，及四個孔及凸臺上的陽文可以單獨設計成型鑲件后鑲拼與主型腔鑲件上，以降低成型件的加工難度。對于第二個難點，可以采用斜頂頂出方式進行側向抽芯脫模。而對于第三個問題，由于塑件的的生產(chǎn)批量大，難點問題主要是鑲件在模具上放置的問題，大批量生產(chǎn)需要采用多腔注塑，如全部采用手工放置嵌件，勢必影響注塑生產(chǎn)效率，同時，放置嵌件時，需要將注塑機艙門打開，人手進入注塑機上打開的模具之間，有的較大安全潛在風險，因而，采用機械式放置嵌件是一種較為妥當?shù)姆绞?，機械式嵌件置入方式中，一種方法是采用機械手進行放置，另外一種新的方式是運用雙色注射成型的原理進行放置。采用機械手放置因機械手的設計制造相對較為昂貴，且動作需要一定的時間，占用一定的注塑周期時間，因而對其不做首選。而采用雙色模置入方式來進行鑲件的置入。其原理為：雙色注塑一般采用兩副模具，一副模具注塑一種塑料，本次注塑中，將雙色模兩副模具中的一副改造成嵌件自動置入模具，另一副模具則依舊進行注塑，從而達到運用雙色原理進行嵌件自動置入的單色帶嵌件自動注塑的目的。因而，本塑件的模具設計包含兩副模具的設計，一副用于嵌件的自動置入，一副用于嵌件置入后的注射成型模具。以下，是這兩副模具的結構設計及工作原理介紹。模具中，注塑模具動模和嵌件裝配模具動模為結構相同的兩個動模部分，注塑模具定模為塑件的塑件的成型模腔，嵌件裝配模具定模則為嵌件的自動裝配機構。

2 注塑模具設計

注射成型模具的設計主要包括成型件、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、及脫模機構的設計。

2.1 分型設計

圖2 塑件分型Fig. 2 Structure of plastic part

塑件的分型設計如圖2所示，分型線選用塑件的最大外形輪廓，分型位置如圖2中所示的分型面位置。成型件采用鑲件形式，主要由型腔鑲件和型芯鑲件構成，針對塑件倒扣特征，采用兩個對置的斜頂進行成型。

2.2 注塑模具結構

模具的結構如圖3所示，模具為單次開模兩次頂出兩板模結構。模腔布局為1模8腔布局。

1—定位圈 2—上面板 3—型腔固定板 4—型腔鑲件 5—型芯固定板 6—墊塊 7—頂桿推板 8—鑲件推板蓋板 9—鑲件推板 10—下底板 11—樹脂開閉器 12—嵌件套裝桿 13—斜頂?shù)鬃?14—斜頂桿 15—導向耐磨塊 16—型芯鑲件 17—凹孔鑲件 18—陽文鑲件 19—嵌件 20—復位彈簧 21—復位桿 22—一次頂出限位塊 PL—開模面 E1、E2—頂出分開位置面圖3 注塑模結構Fig.3 Structure of mould

模具的成型件包括如圖3中所示的型腔鑲件4、型芯鑲件16、以及每個模腔內(nèi)的兩根斜頂桿14，為保證模腔的強度及嵌件套裝桿12的定位精度，型腔鑲件4、型芯鑲件16為整體式，16個斜頂桿14的安裝孔采用線切割直接成型方式進行成型。塑件上凹孔及凸出陽文的城型件分別為凹孔鑲件17、陽文鑲件18，兩種鑲件分別通過加工成型后，直接通過過度配合配裝于型腔鑲件4上所設置的安裝孔內(nèi)。型腔鑲件4采用H13材質(zhì)，通過螺釘緊固安裝于定模板3上；型芯鑲件16通過螺釘緊固安裝于動模板5上，其材質(zhì)SKD61；斜頂桿14材質(zhì)采用FDAC。為保護斜頂桿14的磨損壽命，在動模板5的底部設置了斜頂耐磨塊15。

澆注系統(tǒng)中，澆口采用側邊澆口進行澆注，澆口形式為矩形澆口，澆口截面為1.2 mm×1.5 mm。對應于塑料的注入，塑件的末端采用排氣槽進行排氣，排氣槽深度0.02 mm，寬度5 mm。

模腔的冷卻采用水冷方式，冷卻管道直徑Φ6 mm管道，型腔鑲件4采用4條C1式樣的水路來冷卻，型芯鑲件16采用4條C2式樣的水路來冷卻。

頂出機構為一種二次頂出機構，頂出時，由注塑機的頂桿推動頂桿推板7通過樹脂開閉器11帶動鑲件推板蓋板8、鑲件推板9一起向上頂出，從而能保證嵌件套裝桿12、斜頂桿14一起向上頂出，從而保證塑件先從型芯鑲件16上先脫模，而后頂出一定距離到E2位置時，嵌件套裝桿12停止頂出，斜頂桿14繼續(xù)推動帶嵌件塑件從嵌件套裝桿12而實現(xiàn)完全脫模，此時，頂桿推板7被頂出到E2位置。

模具為單一開模形式，開模面為PL面。模具工作原理：模具閉模注塑完畢，注塑機動模板帶動模具的動模后退，模具在PL分型面處打開，打開后，動模繼續(xù)后退，注塑機頂桿推動模具的頂出機構分2次將塑件從模具上完全頂出。閉合時，頂出機構先復位，而后是模具在PL開模面處閉合，模具完全閉合，等待下一個工作循環(huán)。

3 嵌件裝配模具

3.1 整體結構

如圖4所示，嵌件裝配模具結構中，其動模部分與注塑模的動模部分是相同的，不同的是定模的結構和作用不一樣，其模具整體結構如圖4所示。

5—型芯固定板 6—墊塊 7—頂桿推板 8—鑲件推板蓋板 9—鑲件推板 10—下底板 11—樹脂開閉器 12—嵌件套裝桿 13—斜頂?shù)鬃?14—斜頂桿 15—導向耐磨塊 16—型芯鑲件 23—上頂板面板 24—驅(qū)動齒輪板 25—排位棘輪板 26—棘輪支撐板 27—前模開模驅(qū)動彈簧 PL—開模面 PL1—前模開模面圖4 嵌件裝配模具 Fig. 4 Assembly mold for insert

嵌件裝配模的PL開模面以下的動模部分跟注塑模具的相同，不同的是嵌件裝配模的定模與注塑模具的不同，注塑模具定模主要用于塑件的注射成型，而嵌件裝配模的定模則主要用于銅嵌件19的自動化安裝，保證銅嵌件19能準確地安裝于嵌件套裝桿12的上頭。因而，嵌件裝配模的定模模板包括如圖4中所示的模板23～26四塊模板，模板23、24組成用于安裝壓緊桿的上組合板，模板25、26通過螺釘緊固組合在一起構成下組合板用于安裝銅嵌件19的送料機構和排位機構。開模時，在彈簧27的撐開下，上組合板、下組合板處于打開狀態(tài)，其打開面為PL1。

3.2 嵌件送料機構

為實現(xiàn)銅嵌件19在嵌件裝配模模腔中的自動送料、排位、及壓入定位，所設計機構零件組成及安裝如圖5所示。送料機構的組成零件包括零件37～零件44，嵌件排位機構的零件包括零件28～零件36。

送料機構中，通過順序取件驅(qū)動油缸37驅(qū)動排列齒條驅(qū)動滑塊38，從而驅(qū)動排列取件棘輪驅(qū)動齒條39進行左右移動運動，齒條39驅(qū)動排件主動齒輪42轉動，排件主動齒輪42帶動排件被動齒輪43轉動，從而排件主動齒輪42和排件被動齒輪43的嚙合做成一個輸送咬合機構，在排件主動齒輪42和排件被動齒輪43的各自的中心軸的下方，設置一個咬合的咬料輪45，通過兩個咬料輪45的咬合，而將圓柱銅嵌件19往前推送，送入到排位取件棘輪30的彎槽內(nèi)，然后再通過排位取件棘輪30的按角度轉動，將銅嵌件19分別送往棘輪支撐板26上所對應于動模上8個嵌件套裝桿12的孔內(nèi)，等待PL1閉合時嵌件壓入推桿29將銅嵌件19壓入嵌件套裝桿12上，排件主動齒輪42、排件被動齒輪43轉動及其附屬零件在模板上的結構安裝如圖6中G-G剖視圖所示。

28—棘輪圓蓋板 29—嵌件壓入推桿 30—排位取件棘輪 31—嵌件落料孔圓板 32—棘輪聯(lián)結齒輪 33—棘輪中心軸 34—棘輪驅(qū)動齒條 35—齒條驅(qū)動油缸 36—齒條導向塊 37—順序取件驅(qū)動油缸 38—排列齒條驅(qū)動滑塊 39—排列取件棘輪驅(qū)動齒條 40—導向塊 41—嵌件送料料槽 42—排件主動齒輪 43—排件被動齒輪 44—齒輪壓墊圖5 機構安裝 Fig.5 Mechanism installation

31—嵌件落料孔圓板 32—棘輪聯(lián)結齒輪 33—棘輪中心軸 34—棘輪驅(qū)動齒條 35—齒條驅(qū)動油缸 36—齒條導向塊 37—順序取件驅(qū)動油缸 38—排列齒條驅(qū)動滑塊 39—排列取件棘輪驅(qū)動齒條 40—導向塊 41—嵌件送料料槽 42—排件主動齒輪 43—排件被動齒輪 44—齒輪壓墊 45—咬料輪 46—芯軸 47—承聊板 48—定位插槽 49—導柱 50—行程開關圖6 嵌件送料、排位機構安裝 Fig.6 Installation of insert feeding and positioning mechanism

3.3 嵌件排位機構

結合圖5、圖6所示，嵌件在嵌件裝配模第四模板棘輪支撐板26上所對應于動模上8個嵌件套裝桿12的排位機構由齒條驅(qū)動油缸35通過驅(qū)動棘輪驅(qū)動齒條34來驅(qū)動棘輪聯(lián)結齒輪32，從而驅(qū)動排位取件棘輪30轉動，排位取件棘輪30按45度的分度步進驅(qū)動，通過其上的棘爪將銅嵌件19逐個逐個推入棘輪支撐板26上8個對應的嵌件套裝桿12的孔中。排位取件棘輪30、棘輪聯(lián)結齒輪32通過棘輪中心軸33安裝于下組合板上。排入孔中的8個鑲件18在PL1閉合時，由嵌件壓入推桿29壓入中的嵌件套裝桿12上端。

4 雙模的安裝

圖7 雙模安裝Fig.7 Dual mould installation

注塑模具和嵌件裝配模具安裝于注塑機上雙色注塑機旋轉支撐架上后，其裝配情況如圖7所示。兩副模具安裝于旋轉支架上后，運用雙色成型模式的原理來對本塑件進行成型，其工作過程為：如圖7所示，先利用嵌件裝配模具的定模將嵌件自動裝配于嵌件裝配模具定模上，模具閉合時，嵌件裝配模具定模的推送裝置將嵌件推入裝配于嵌件裝配模具的動模上，而后，旋轉支撐架開模，注塑模具定模完成頂出，其動模所在的圓盤轉動180 °，而后，旋轉支撐架閉合，注塑模具動模對準嵌件裝配模具定模，嵌件裝配模具動模對準注塑模具定模，注塑機噴嘴對準注塑模具定模注塑，與此同時，注塑模具動模完成嵌件的裝配。旋轉支撐架再次開模，注塑機頂桿將嵌件裝配模具動模上帶嵌件塑件頂出，完成塑件的自動化注射成型。依此循環(huán)，模具實現(xiàn)塑件的批量生產(chǎn)。

5 結論

(1)結合塑件帶嵌件成型的要求，設計了一種采用雙色成型辦法來進行鑲件注射成型的雙模成型模具，模具包括兩副子模具，一副子模具用于嵌件的自動裝配，一副用于塑件的注射成型；兩副模具安裝于旋轉支架上后，通過旋轉支架的往復旋轉，來達到對調(diào)更換兩副模具型腔的目的，從而實現(xiàn)嵌件自動安裝于注塑模具模腔內(nèi)后，對塑件模腔實現(xiàn)自動化注塑；模具的使用，有利于降低對人工的使用，提高注塑生產(chǎn)效率，減少注塑生產(chǎn)安全隱患；

(2)機構設計中，特別是嵌件裝配模具的自動裝配機構，該機構包括嵌件送料機構、嵌件排位機構、和嵌件模板壓桿機構3個子機構，機構充分借用模具模板的開閉功能，利用油缸驅(qū)動齒輪轉動來實現(xiàn)嵌件在模具動模頂桿上的輸送、按序排列及自動壓入頂桿上，實現(xiàn)嵌件的在模腔內(nèi)的自動安裝，機構設計新穎，有利于減少自動化生產(chǎn)成本；

(3)注塑模具中，針對帶嵌件注塑完成后塑件的脫模，采用一次開模，兩次頂出的方式來實現(xiàn)塑帶嵌件塑件的完全脫模。模具靈活地運用雙色模注塑原理來實現(xiàn)帶嵌件塑件的自動化注塑生產(chǎn)，具有較好的生產(chǎn)實用價值和設計參考價值。