掃描儀雙色手柄注塑模具設(shè)計

張春彬，范紅杰，鄒積洋

(1.浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院，浙江寧波 315012； 2.內(nèi)蒙古師范大學(xué)，呼和浩特 010022； 3.山東非金屬材料研究所，濟南 250031)

雙色或多色設(shè)計是塑件工業(yè)造型設(shè)計中用來提升塑件品質(zhì)的一個重要方法[1-2]，也是實現(xiàn)塑件包裝工業(yè)設(shè)計多樣化的一個重要途徑[3]。雙色塑件結(jié)構(gòu)設(shè)計不同于普通單一材質(zhì)塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其在整體結(jié)構(gòu)、細節(jié)特征設(shè)置等方面有著更多嚴格的要求，因而其模具結(jié)構(gòu)設(shè)計也變得更為復(fù)雜[4-5]。雙色或多色塑料模具設(shè)計的難點主要表現(xiàn)在：①雙色或多色成型需要進行多個模腔的形狀設(shè)計，成型難度大[6-8]；②塑件上如存在特殊脫模要求時，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計更加復(fù)雜[9-11]；③為保證模腔的充填能力，復(fù)雜塑件的成型需要使用熱流道澆注系統(tǒng)，模具制造成本高[12-14]；④結(jié)構(gòu)上要進行較高的創(chuàng)新設(shè)計才能克服現(xiàn)有設(shè)備的限制，以滿足塑件的成型要求[15-17]。雙色或多色塑件成型的模具設(shè)計，對設(shè)計人員提出了比普通注塑模具設(shè)計更高的設(shè)計要求，需要有更多的設(shè)計案例可供借鑒，以降低設(shè)計風險。筆者擬結(jié)合某掃描儀雙色手柄塑件的注塑模具設(shè)計，給出參考案例，以供設(shè)計避險。

1 掃描儀雙色手柄的造型

掃描儀雙色手柄塑件的設(shè)計造型如圖1所示，塑件應(yīng)用雙色注射成型，塑件本體采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)硬膠材質(zhì)，包膠體則采用熱塑性聚氨酯(TPU)軟膠材質(zhì)。

圖1 產(chǎn)品工業(yè)造型

2 雙色成型方案

本體特征分布及其分型線如圖1所示，塑件分兩次注射成型，第一次用ABS硬膠注射成型本體，第二次用TPU軟膠對本體進行局部包膠包覆注射成型，最終形成如圖1中所示的雙色塑件。雙色塑件兩次成型的模具設(shè)計方案分析如下。

2.1 本體注射成型方案

圖2為本體特征分布及分型線。本體的外壁形狀為左右對稱型斜T形體，外壁上影響外壁脫模的特征有：沉臺孔A1～A4的沉孔、掛鉤通孔G1、掛鉤避位孔G2和G2’、外壁的左、右兩個側(cè)面。內(nèi)壁上影響內(nèi)壁脫模的特征有：沉臺孔A1～A4的通孔、螺柱盲孔B1～B6、圓孔C1和C2、側(cè)邊組孔D1和D2、側(cè)孔E1和E2、扇形直孔F1、螺柱盲孔G3、矩形通孔G4、側(cè)邊槽G5，以及若干加強筋。

本體的模具方案為：

(I)開設(shè)3個澆口g1，g2，g3對模腔進行澆注，以保證模腔的均衡充填。

(II)采用圖2所示的本體主分型線、本體側(cè)分型線、本體次分型線進行分型，以保證塑件的自動脫模。在本體主分型線分型設(shè)置下，內(nèi)、外壁上各特征的脫模作如下安排：

(1)內(nèi)壁上各特征的脫模作如下安排：

圖2 本體特征分布及分型線

①沉臺孔A1～A4的通孔、螺柱盲孔B1～B6、加強筋、扇形直孔F1能在本體主分型線所在的分型面打開時，實現(xiàn)自動脫模。

②圓孔C1和C2分別用2個斜頂脫模；側(cè)孔E1和E2、矩形通孔G4分別各用1個滑塊機構(gòu)脫模。

③側(cè)邊槽G5需要進行雙面包膠，其成型型芯需要與包膠型芯更換，必需用1個滑塊機構(gòu)脫模。

④鑒于螺柱盲孔G3位置的特殊性，需設(shè)置本體次分型線用于本體底部成型件的分型，以保證螺柱盲孔G3在本體次分型線所在的分型面打開時，實現(xiàn)自動脫模。

(2)外壁上各特征的脫模作如下安排：

①外壁左、右側(cè)面使用一組哈夫滑塊進行脫模，哈夫滑塊使用圖2中的本體側(cè)分型線進行分型，顯然，側(cè)邊組孔D1、掛鉤通孔G1的一半和掛鉤避位孔G2的型芯能合并設(shè)置于哈夫滑塊一個子滑塊上，而側(cè)邊組孔D2、掛鉤通孔G1的另一半和掛鉤避位孔G2’的型芯能合并設(shè)置于另一個子滑塊上。

②哈夫滑塊抽芯前，需先將沉臺孔A1～A4的沉孔型芯先抽出，因而需要在定模一側(cè)分別設(shè)置4個先抽芯機構(gòu)進行驅(qū)動。

2.2 包膠體注射成型方案

包膠特征分布及其分型線如圖3所示，本體包膠成型后，塑件新增加的結(jié)構(gòu)都分布在包膠體外壁上，包括：沉臺孔A2，A3的沉孔在包膠后形成的新的包膠沉孔A2’和A3’、側(cè)邊組孔D1，D2包膠后形成的新的側(cè)邊包膠組孔D1’和D2’、扇形直孔F1包膠后形成的扇形包膠直孔F1’、反包膠區(qū)域G5’、凹陷區(qū)域G6及外壁的兩個側(cè)面。

包膠體的模具方案為：

(1)只開設(shè)一個單一澆口g4對包膠體模腔進行澆注。

(2)采用如圖3所示的包膠主分型線、包膠側(cè)分型線、包膠次分型線進行分型。

圖3 包膠特征分布及分型線

在包膠主分型線分型設(shè)置下，外壁上各特征的脫模作如下安排：

①在包膠主分型線和包膠次分型線之間的外壁區(qū)域為包膠成型區(qū)域，顯然，整個外壁的脫模需要使用1組哈夫滑塊來脫模；此組哈夫滑塊用包膠側(cè)分型線進行分型。

②側(cè)邊包膠組孔D1’和D2’的型芯分別設(shè)置于哈夫滑塊的兩個子滑塊上。

③哈夫滑塊抽芯前，需要將包膠沉孔A2’和A3’、扇形包膠直孔F1’的型芯從包膠體中先抽出。本體注塑時成型的沉臺孔A1和A4的沉孔不參與包膠成型，但為防止包膠時料流在此產(chǎn)生漏膠，需要設(shè)置跟沉臺孔A1和A4的沉孔的型芯一樣的兩個型芯，插入并堵住沉臺孔A1和A4的沉孔，此兩個型芯零件分別命名為A1’型芯、A4’型芯。

④對于反包膠區(qū)域G5’，其內(nèi)、外表面都需要包膠，因而，需要將該位置的本體成型的滑塊換成滿足反包膠成型所需要的雙面包膠成型滑塊，因而需要設(shè)置一個滑塊機構(gòu)來成型和脫模。

⑤凹陷區(qū)域G6不能通過哈夫滑塊進行脫模，需要設(shè)置1個滑塊機構(gòu)進行脫模。

3 雙色模具結(jié)構(gòu)

3.1 機構(gòu)布置

模具布局如圖4所示，雙色模具由完成本體成型、包膠體成型的兩副三板子模具組成。模具的動模由注塑機動模板帶動做180°旋轉(zhuǎn)，來實現(xiàn)兩副子模具之間的動模型芯交換。

(1)本體子模具機構(gòu)布置。

在本體成型子模具中，模腔使用g1～g3共3個澆口進行澆注，流道采用點澆口流道+側(cè)澆口流道相結(jié)合的復(fù)合式流道。脫模時，對本體塑件及3個澆口的流道都不做頂出脫模，留到包膠體子模具中再頂出脫模，即注塑機頂桿不推動該子模具的頂出機構(gòu)頂出。

對應(yīng)于本體塑件上特征的脫模，設(shè)置了9個機構(gòu)來實施脫模，分別如下：2個哈夫滑塊機構(gòu)S1和S2，5個定模彎銷驅(qū)動先抽芯機構(gòu)S-A1～S-A4和S-G4，1個定模油缸驅(qū)動先抽芯機構(gòu)S-E1／E2，1個定模斜抽芯滑塊機構(gòu)S-G5。機構(gòu)S1和S2用于本體塑件兩側(cè)外壁的脫模。機構(gòu)S-A1～S-A4用于沉臺孔A1～A4沉孔型芯的先抽芯，機構(gòu)S1和S2動作前，機構(gòu)S-A1～S-A4的型芯先抽出到一定位置，以保證機構(gòu)S1和S2抽芯時不受干涉。機構(gòu)S-G4用于矩形通孔G4的脫模；機構(gòu)S-E1／E2用于側(cè)孔E1和E2的脫模；機構(gòu)S-G5用于本體塑件側(cè)邊槽G5的脫模。

斜頂機構(gòu)X1和X3用于圓孔C1的成型和脫模，斜頂機構(gòu)X2和X4用于圓孔C2的成型和脫模；斜頂機構(gòu)X1和X2在本體子模具中只成型，不頂出；斜頂機構(gòu)X3和X4在包膠體子模具中只頂出，不參與包膠體的成型。

(2)包膠體子模具機構(gòu)布置。

在包膠體子模具中，模腔使用1個澆口g4進行澆注，流道同樣采用前述的復(fù)合式流道。對應(yīng)于包膠體塑件上特征的脫模，共設(shè)置了10個機構(gòu)來實施脫模，分別如下：2個哈夫滑塊機構(gòu)S3和S4，7個定模彎銷驅(qū)動先抽芯機構(gòu)S-A1’～S-A4’，S-F1’，S-F1”及S-G6，1個定模斜抽芯滑塊機構(gòu)S-G5’。

機構(gòu)S3和S4用于包膠塑件兩側(cè)外壁的脫模。機構(gòu)S3和S4動作前，機構(gòu)S-A1’～S-A4’、S-F1’，S-F1”的型芯必須先抽出，以保證機構(gòu)S3和S4側(cè)抽芯時不受干涉；機構(gòu)S-A1’和S-A4’的型芯不參與包膠體的成型，設(shè)置此兩個機構(gòu)的目的在于保護主體注塑中所成型的沉臺孔A1和A4的沉孔在包膠體熔融料流沖擊下不發(fā)生變形。

機構(gòu)S-F1’和S-F1”為兩個對稱布置的子機構(gòu)，此兩個機構(gòu)的型芯用于成型扇形包膠直孔F1’，即扇形包膠直孔F1’的型芯由此兩個機構(gòu)的型芯拼合構(gòu)成，需要指出的是，本體成型時扇形包膠直孔F1直接由本體的型芯成型，而扇形包膠直孔F1’只能通過機構(gòu)S-F1’和S-F1”的型芯鑲拼共同成型。

機構(gòu)S-G5’用于反包膠區(qū)域G5’包膠成型后的脫模。機構(gòu)S-G6機構(gòu)用于凹陷區(qū)域G6的脫模。

(3)模具中機構(gòu)的整體分布。

圖4 模具布局

在兩副子模具中，主體機構(gòu)S1和S2、包膠體機構(gòu)S3和S4為4個結(jié)構(gòu)相同的哈夫滑塊機構(gòu)，主體機構(gòu)S-A1～S-A4、包膠體機構(gòu)S-A1’～S-A4’，S-F1’和S-F1”為10個結(jié)構(gòu)相似的彎銷滑塊機構(gòu)，主體機構(gòu)S-G5與包膠體機構(gòu)S-G5’的結(jié)構(gòu)相同，主體機構(gòu)S-G4與包膠體機構(gòu)S-G6的結(jié)構(gòu)相同。

主體、包膠體子模具的頂出機構(gòu)相同，在包膠體注塑完成后，包膠體的頂出機構(gòu)對本體注塑和包膠體注塑的流道廢料、雙色成型塑件同時進行頂出。

3.2 模架

模架結(jié)構(gòu)如圖5所示，模架為三板模架，模具工作時分三次打開，依次為P1→P2→P3打開，閉合時順序相反。圖4中所示的4個模腔鎖閉機構(gòu)L01～L04用于該模架的開、閉順序控制，模腔鎖閉機構(gòu)為常用的插桿鎖閉機構(gòu)，其中的模腔鎖閉機構(gòu)L01的結(jié)構(gòu)如圖5所示。定模板拉桿11、脫料板拉桿12分別用于定模板3、脫料板2的定距。

3.3 哈夫滑塊機構(gòu)

圖6為哈夫滑塊抽芯機構(gòu)。哈夫滑塊機構(gòu)S1～S4的結(jié)構(gòu)相同，以機構(gòu)S2為例，如圖6a所示，其組成件包括零件15～24；機構(gòu)中，楔緊塊19用螺釘緊固安裝在定模板3的型腔腔槽內(nèi)，S2滑塊18通過T型導(dǎo)軌21安裝在楔緊塊19上，且能沿T型導(dǎo)軌21滑動；在定模板3和動模板4打開時，動模板4上的動模板拉鉤24拉動S2滑塊18底部的滑塊拉鉤23，從而拉動S2滑塊18斜向下滑出，S2滑塊18脫模完成后，由限位塊22對其進行限位，防止其從楔緊塊19上脫落。S2滑塊18抽芯之前，需將其上的沉臺孔A3，A4的沉孔型芯先抽出。

圖5 模架結(jié)構(gòu)

圖6 哈夫滑塊抽芯機構(gòu)

3.4 定模小彎銷先抽芯機構(gòu)

機構(gòu)S-A1～S-A4，S-A1’～S-A4’，S-F1’及S-F1”共10個機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和功能相同，以機構(gòu)S-A1’為例，如圖6b所示，其組件包括零件27～30，A1’彎銷27安裝在面板1上，A1’滑塊28通過其底部外沿的T型導(dǎo)軌安裝在S3滑塊31的頂部，其由小彈簧29輔助驅(qū)動，其底部中間設(shè)置有滑動T型槽，A1’型芯30的頂端通過該T型槽與A1’滑塊28滑動連接，模具在P1，P2開模面打開過程中，A1’彎銷27驅(qū)動A1’滑塊28斜向上運動，拉動A1’型芯30從包膠體上抽出，以保證S3滑塊31能順利實施側(cè)抽芯。

3.5 定模大彎銷先抽芯機構(gòu)

定模先抽芯機構(gòu)如圖7所示，機構(gòu)S-G4，S-G6為位于定模的大彎銷先抽芯機構(gòu)，兩者結(jié)構(gòu)相同。以S-G4機構(gòu)為例，其組件包括零件32～35，開模面P1，P2打開時，G4彎銷32驅(qū)動G4型芯35完成抽芯。

圖7 定模先抽芯機構(gòu)

3.6 定模油缸抽芯機構(gòu)

如圖7所示，機構(gòu)S-E1／E2為位于定模的油缸驅(qū)動先抽芯機構(gòu)，開模面P3打開之前，油缸39驅(qū)動E1／E2型芯38完成側(cè)孔E1和E2的先抽芯脫模。

3.7 斜滑塊抽芯機構(gòu)

如圖7所示，機構(gòu)S-G5和S-G5’兩個機構(gòu)安裝于模具定模一側(cè)，兩機構(gòu)結(jié)構(gòu)相同，以S-G5為例，其組件包括零件40～47；開模面P3打開時，動模板4上的下拉鉤46拉住安裝于G5斜滑塊47下端的上鉤塊45下行，在彈簧42的輔助驅(qū)動下，G5斜滑塊47向斜下方滑出從而實現(xiàn)側(cè)邊槽G5的脫模；機構(gòu)中，G5斜滑塊47通過G5T型導(dǎo)軌43安裝在G5楔緊塊40上，并由G5楔緊塊40下端的G5限位塊44對其下行距離進行限位，防止其從G5楔緊塊40內(nèi)滑脫。

4 模具工作原理

模具開始工作，第一次注塑開始，本體模腔進行注塑，而包膠體模腔不注塑，待本體模腔注塑完畢，模具才開始進入雙色注塑循環(huán)，其過程為：

(1)第一次注塑。模具閉合，先對本體模腔進行注塑，包膠體模腔暫時關(guān)閉，注塑完畢，經(jīng)保壓、冷卻后，模具準備打開。

(2)開模面P1，P2打開。動模后退，模具依次按P1→P2順序打開，打開時，本體流道廢料從哈夫滑塊上局部脫模后，留于型芯上，在此過程中，相應(yīng)動作的機構(gòu)有：

①本體模腔的機構(gòu)S-A1～S-A4和S-G4共5個機構(gòu)完成先抽芯動作，機構(gòu)S-E1／E2完成抽芯動作。

②同步地，機構(gòu)S-A1’～S-A4’，S-F1’，S-F1”及、S-G6共7個機構(gòu)同步進行抽芯空動作。

(3)開模面P3打開。動模繼續(xù)后退，開模面P3打開，哈夫滑塊機構(gòu)S1～S4、機構(gòu)S-G5和S-G5’完成抽芯動作，本體塑件留于本體子模具模腔的型芯上，本體子模具的頂出機構(gòu)無頂出動作，包膠體子模具則有空頂出動作。

(4)動?；Q。模具動模旋轉(zhuǎn)180°完成子模具動模型芯對換后，模具依次按開模面P3→P2→P1閉合，完成第一次注塑。

(5)第二次注塑。模具在第(4)步中閉合之后，第二次注塑開始，兩個模腔同步進行注塑，重復(fù)第(2)～(4)步動作。模具進入雙色注塑循環(huán)狀態(tài)。

5 結(jié)論

運用雙色注射成型工藝對掃描儀雙色手柄塑件進行成型，設(shè)計了一種雙色成型三板式模具進行注塑生產(chǎn)。在模具中，定模側(cè)設(shè)置了2組哈夫滑塊機構(gòu)、10個定模小彎銷先抽芯機構(gòu)、2個定模大彎銷先抽芯機構(gòu)、1個定模油缸先抽芯機構(gòu)來完成兩次成型時塑件側(cè)壁的成型與脫模；定模側(cè)設(shè)置了2個換芯式斜滑塊機構(gòu)來實現(xiàn)塑件反包膠唇邊部位的成型與脫模，設(shè)置了4個斜頂機構(gòu)來完成倒扣孔的脫模。機構(gòu)合理利用了模具模板的開閉來進行驅(qū)動，能有效降低模具的制造成本。模具通過生產(chǎn)實踐檢驗，效果良好，為同類塑件的雙色注塑生產(chǎn)提供了設(shè)計案例參考，降低了潛在的設(shè)計風險。