助力油管自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)及注塑模具設(shè)計(jì)

楊安，楊明，楊秋合

(1.杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院友嘉機(jī)電學(xué)院，杭州 310018； 2.鉛山縣水利局，江西鉛山 334500 )

彎管類塑件的成型是塑件注塑成型中的一個(gè)重要難題，塑件脫模時(shí)，一般需要設(shè)置特殊的彎管抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)施脫模[1-4]。彎管抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)置，一般依據(jù)彎管中心線的扇形角度來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于扇形角小于90°的彎管，采用單端抽芯機(jī)構(gòu)即可以實(shí)施抽芯；對(duì)于扇形角等于90°，或者大于90°的彎管，則需要設(shè)計(jì)雙端彎管抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)施抽芯[5-9]。彎管中心線的組成一般為單一平面內(nèi)的圓弧曲線，在此種情況下，彎管抽芯機(jī)構(gòu)在模具結(jié)構(gòu)上的布局設(shè)置相對(duì)較為方便，所需模具結(jié)構(gòu)尺寸小，機(jī)構(gòu)的零部件設(shè)置相對(duì)較為簡(jiǎn)單[10-14]；但如果彎管的中心由兩段不同曲線或者多段不同曲線組成，且各段分布在多個(gè)存在一定夾角的空間平面內(nèi)時(shí)，彎管抽芯機(jī)構(gòu)的彎管型芯為空間三維立體型芯，彎管抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)難度加大，對(duì)模具的整體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)要求也越高[15-17]。筆者依據(jù)某汽車的三維助力油管的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及彎管抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，給出設(shè)計(jì)案例，以供參考。

1 三維助力油管形狀

三維助力油管的形狀如圖1所示，彎管部分為空間立體型彎管，其結(jié)構(gòu)由三段構(gòu)成，第一段為半徑為169 mm、中心線扇形角為45°的彎管，第二段為半徑為48 mm、中心線扇形角為104°的彎管，第三段為彎管的單端法蘭臺(tái)，法蘭臺(tái)輪廓為橢圓形，法蘭臺(tái)厚度為10 mm，為降低注塑后由于壁厚不均導(dǎo)致的法蘭臺(tái)部分的收縮不均，法蘭臺(tái)進(jìn)行了鏤空處理，在設(shè)置了兩個(gè)?11 mm螺絲過(guò)孔的同時(shí)，法蘭臺(tái)體內(nèi)設(shè)置了4個(gè)鏤空槽。對(duì)塑件的脫模方式進(jìn)行對(duì)比分析后，塑件的分型設(shè)置以法蘭臺(tái)的底面邊緣線作為塑件的主分型面比較合適，相應(yīng)的開(kāi)模面設(shè)置如圖1中的開(kāi)模方向所示。

圖1 三維助力油管形狀

2 分型及成型件設(shè)置

2.1 分型設(shè)置

分型設(shè)置如圖2所示。選用法蘭臺(tái)底邊緣線所在平面作為塑件的開(kāi)模方向(Z+)后，對(duì)兩段彎管進(jìn)行分型，其主分型線選在圖1所示開(kāi)模方向(Z+)下外觀的最大外沿輪廓進(jìn)行分型設(shè)置，如圖2a所示，由該主分型線來(lái)設(shè)置塑件的主分型面。在此分型下，第二段彎管與法蘭臺(tái)所在位置的內(nèi)側(cè)存在脫模倒扣，需要設(shè)置K1滑塊、K2滑塊兩個(gè)滑塊進(jìn)行側(cè)面抽芯脫模，K1滑塊、K2滑塊的分型面為圖2b中所示的副分型面?？紤]到彎管主分型面為非平面分型面，模腔的主要成型件的閉合需要沿成型件的4個(gè)方向設(shè)置4個(gè)定位錐臺(tái)，以保證上、下模仁復(fù)位閉合的準(zhǔn)確性。彎管內(nèi)壁的成型由兩段彎管型芯分別進(jìn)行成型，其成型面的分界面為圖2b中所示的彎管分型面。

圖2 分型設(shè)置

在上述分型設(shè)置下，塑件的澆注擬采用兩個(gè)潛伏式澆口進(jìn)行澆注，澆口開(kāi)設(shè)于管端的外壁上，澆口對(duì)應(yīng)的流道設(shè)置如圖2a中所示的主澆道→主流道→2個(gè)支流道。

2.2 澆注系統(tǒng)CAE分析

針對(duì)圖2所示的澆注系統(tǒng)，應(yīng)用Moldflow進(jìn)行仿真分析，以驗(yàn)證澆注系統(tǒng)設(shè)置的合理性，CAE分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 澆注效果

從圖3a中的充填時(shí)間可以看出，模腔所需的充填時(shí)間為4.026 s，第一段彎管的末端與法蘭臺(tái)為塑件的兩個(gè)充填末端，第一段彎管尾部的充填時(shí)間為0.9306 s，法蘭臺(tái)的充填時(shí)間為4.026 s，因而此兩端為非平衡式充填，實(shí)際上，在法蘭臺(tái)充填過(guò)程中，第一段彎管末端即已經(jīng)保壓了，因而，隨著充填的結(jié)束，進(jìn)入保壓階段后，第一段彎管末端肯定存在過(guò)保壓?jiǎn)栴}，從圖3b所示的充填壓力變化結(jié)果可以看出，模腔所需的充填壓力為52.60 MPa，對(duì)注塑機(jī)的壓力要求不高，在充填過(guò)程中，第一段彎管末端先行充滿，因而，該末端存在過(guò)保壓?jiǎn)栴}，其與法蘭臺(tái)末端的充填壓差為15 MPa左右，因而該處容易在注塑過(guò)程中，如模腔封閉不嚴(yán)，容易產(chǎn)生飛邊，或者鎖模力不夠，或者鎖模不緊密，也會(huì)產(chǎn)生飛邊。這是在模具結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要十分注意的問(wèn)題。在彎管成型中，由于收縮不一致，容易導(dǎo)致彎管變形大，而使塑件的成型失效，注塑完成時(shí)，彎管的變形如圖3c所示，從圖3c可以看出，最大的收縮變形發(fā)生在澆注系統(tǒng)位置上，而彎管的主要管段其收縮變形在3%左右(質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求控制為4.8%)，該變形量不會(huì)引起彎管的整體成型失真。因此可以認(rèn)為，圖2中所設(shè)置的澆注系統(tǒng)能滿足塑件的成型需要。

3 模具結(jié)構(gòu)安裝

3.1 整體布局

依據(jù)前述分型設(shè)計(jì)及成型件的設(shè)置，模具采用1模1腔結(jié)構(gòu)布局，如圖4所示。

圖4 模具結(jié)構(gòu)

模架采用兩板模模架，單次分型打開(kāi)，但模架的頂出機(jī)構(gòu)設(shè)置為兩次頂出結(jié)構(gòu)形式；模架的主要構(gòu)成組成情況為：模板包括定模板3、動(dòng)模板5、兩個(gè)墊塊24和底板15；模架的導(dǎo)柱包括4副導(dǎo)柱，單副導(dǎo)柱由導(dǎo)柱29、導(dǎo)套26構(gòu)成，為防止定模、動(dòng)模安裝時(shí)出錯(cuò)，其中的一副導(dǎo)柱采用偏心安裝形式進(jìn)行安裝。支撐柱20用于增強(qiáng)動(dòng)模板5的強(qiáng)度；模架的頂出機(jī)構(gòu)為兩次頂出板機(jī)構(gòu)，二次頂出蓋板9、二次頂出推板10組合在一起構(gòu)成一次頂出板，一次頂出蓋板11、一次頂出推板12組合在一起構(gòu)成二次頂出板，兩次頂出板上都設(shè)置有頂針板導(dǎo)套22與頂針板導(dǎo)柱21配合的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，以保證頂出板運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，頂針板導(dǎo)套22與頂針板導(dǎo)柱21構(gòu)成的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)共4副，安裝在頂出板四角上；頂出板的復(fù)位桿23安裝于二次頂出板的二次頂出蓋板9上，復(fù)位桿23無(wú)法由定模板3推回復(fù)位，故而設(shè)置復(fù)位桿推桿27對(duì)其進(jìn)行推回復(fù)位；兩次頂出板的閉合控制機(jī)構(gòu)采用插桿鎖芯式機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)主要包括零件38～零件42，機(jī)構(gòu)鎖閉時(shí)，由下板鎖片39與鎖芯41鎖住而鎖閉，頂出時(shí)，兩次頂出板的分離由開(kāi)鎖掛鉤40驅(qū)動(dòng)鎖芯41而打開(kāi)分離。

澆注系統(tǒng)由澆口套引入。型腔鑲件2和型芯鑲件4的冷卻采用?8 mm的管道進(jìn)行冷卻。

趙仙童說(shuō)，我不怪你打我，我該好好檢討了，這兩天我干了太多的爛事，我不該打電話跟那些不認(rèn)識(shí)的男人說(shuō)那么多無(wú)聊話，我更不應(yīng)該臭罵那些我不認(rèn)識(shí)的女人。

在模具中，針對(duì)塑件的脫模困難問(wèn)題，設(shè)置了一組哈夫滑塊機(jī)構(gòu)、一個(gè)油缸驅(qū)動(dòng)的彎管抽芯機(jī)構(gòu)和一個(gè)頂桿頂出的彎管抽芯機(jī)構(gòu)，以下是各機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)情況。

3.2 脫模機(jī)構(gòu)

(1)哈夫滑塊抽芯機(jī)構(gòu)。

該機(jī)構(gòu)主要用于圖2中所示的K1滑塊、K2滑塊向外抽芯動(dòng)作。如圖4中的B-B剖視圖所示，機(jī)構(gòu)為哈夫型滑塊抽芯機(jī)構(gòu)，K1滑塊子機(jī)構(gòu)構(gòu)成零件包括零件30～零件33，K2滑塊子機(jī)構(gòu)構(gòu)成零件包括零件34～零件37；滑塊的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)柱左滑塊斜導(dǎo)柱33、右滑塊斜導(dǎo)柱34安裝于型腔鑲件2內(nèi)，分別用于驅(qū)動(dòng)左滑塊32(K1滑塊)、右滑塊35(K2滑塊)實(shí)施側(cè)抽芯，左滑塊32、右滑塊35分別通過(guò)相應(yīng)的滑塊壓條安裝于動(dòng)模板5上，兩者抽芯時(shí)的定位動(dòng)作通過(guò)左滑塊限位玻珠31、右滑塊限位玻珠36實(shí)施定位和限位。

(2)油缸驅(qū)動(dòng)彎管抽芯機(jī)構(gòu)。

為對(duì)半徑為169 mm、中心線扇形角為45°的第一段圓弧彎管實(shí)施抽芯，設(shè)置了一種油缸驅(qū)動(dòng)擺臂滑塊的抽芯機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)的構(gòu)成如圖5所示。

圖5 油缸驅(qū)動(dòng)彎管抽芯機(jī)構(gòu)

(3)兩次頂出頂桿彎管抽芯機(jī)構(gòu)。

該機(jī)構(gòu)用于半徑為48 mm、中心線扇形角為104°的第二段彎管的抽芯，機(jī)構(gòu)由兩個(gè)子機(jī)構(gòu)組成，第一子機(jī)構(gòu)為彎管型芯子機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)組成零件包括零件16～零件19，第二個(gè)子機(jī)構(gòu)為斜頂桿子機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)組成零件包括零件6～零件8，如圖4中H-H剖視圖所示。第二彎管型芯16與第二彎管頂桿18通過(guò)螺紋緊固連接在一起，第二彎管頂桿18的底端通過(guò)小壓板19安裝于一次頂出蓋板11上，由安裝于動(dòng)模板5上的頂桿導(dǎo)向塊17對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)向，第二彎管頂桿18、第二彎管型芯16內(nèi)開(kāi)設(shè)有?4 mm冷卻水道。第二子機(jī)構(gòu)用于對(duì)塑件的第二段彎管進(jìn)行成型和抽芯脫模，機(jī)構(gòu)對(duì)塑件實(shí)施脫模時(shí)，將塑件先從型芯鑲件4上頂出，完成塑件型芯側(cè)外壁的局部脫模。第二子機(jī)構(gòu)為彎管的最終輔助斜向頂出脫模機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)為一種斜頂桿機(jī)構(gòu)，其構(gòu)成件包括斜頂桿導(dǎo)向塊6、斜頂桿7、斜頂座8，斜頂座8安裝于二次頂出推板10上，用于驅(qū)動(dòng)斜頂桿7斜向頂出，斜頂桿7由安裝于動(dòng)模板5上的斜頂導(dǎo)向塊6進(jìn)行導(dǎo)向。

兩次頂出頂桿彎管抽芯機(jī)構(gòu)工作的原理是：如圖4中H-H剖視圖所示，注塑機(jī)頂桿推動(dòng)兩次頂出板一起向上頂出時(shí)，先推動(dòng)一次頂出板、二次頂出板同步上行，從而驅(qū)動(dòng)斜頂桿7和第二彎管頂桿18、第二彎管型芯16同步上行，頂出一定距離后，一次頂出板不能繼續(xù)上行，塑件留于第二彎管型芯16上，而此時(shí)，二次頂出板能繼續(xù)上行，斜頂桿7將在二次頂出板的驅(qū)動(dòng)下，繼續(xù)上行，將塑件從第二彎管型芯16上通過(guò)單邊頂出方式進(jìn)行強(qiáng)制頂出，頂出時(shí)，塑件將沿彎管型芯16的彎管中心線被推出，實(shí)現(xiàn)塑件從第二彎管型芯16上的旋轉(zhuǎn)抽芯脫模。需要指出的是，在第一次頂出板頂出時(shí)，第一次頂出完成的動(dòng)作包括有：斜頂桿7的第一次頂出、第二彎管頂桿18和第二彎管型芯16組合件的頂出、拉料桿58的頂出、頂針59的頂出。

模具裝配及工作原理如圖6所示。塑件的第一段圓弧彎管從型芯鑲件4上的頂出由如圖6b所示的頂針59來(lái)完成，頂針59由一次頂出推板12壓緊安裝于一次頂出蓋板11內(nèi)，而用于流道廢料頂出的拉料桿58也通過(guò)同樣的方式安裝于一次頂出蓋板11內(nèi)，因而，第一次頂出時(shí)，塑件的第一段圓弧彎管、流道廢料將被頂針59、拉料桿58同步從型芯鑲件4上頂出。由于澆口為潛伏式澆口，第一次頂出完成時(shí)，流道廢料與塑件將在澆口處崩斷而分離，塑件將留于彎管型芯16上，而流道廢料則從模具上自動(dòng)脫落。第二次頂出時(shí)，頂針59繼續(xù)將第一段圓弧彎管向上頂出一段距離，以保證與第二段彎管頂出同步，以免頂出失衡而導(dǎo)致塑件產(chǎn)生頂出變形。

56—澆口襯套；57—鎖模片；58—拉料桿；59—頂針；60—金屬螺紋鑲件；61—鑲件定位柱；M1—第二彎管型芯子機(jī)構(gòu)；M2—哈夫滑塊機(jī)構(gòu)；M3—第一彎管抽芯機(jī)構(gòu)；M4—第二彎管斜頂桿子機(jī)構(gòu)；M5—二次頂出板分離控制機(jī)構(gòu)；PL—開(kāi)模面；E1—第一次頂出面位置；E2—第二次頂出面位置；其余零件序號(hào)同圖4a—模具裝配；b—模具工作原理

3.3 模具工作原理

如圖6所示，模具在實(shí)際工作時(shí)按以下步驟來(lái)進(jìn)行：

①模具閉合，模具經(jīng)充填、保壓、冷卻等過(guò)程后，等待開(kāi)模。

②模具動(dòng)模后退，模具在PL開(kāi)模面處打開(kāi)，打開(kāi)時(shí)，M2機(jī)構(gòu)的左滑塊斜導(dǎo)柱33、右滑塊斜導(dǎo)柱34驅(qū)動(dòng)各自對(duì)應(yīng)的哈夫滑塊實(shí)施側(cè)抽芯，完成塑件K1，K2滑塊位置的抽芯脫模。

③M3機(jī)構(gòu)的油缸43動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)第一段圓弧彎管型芯49完成抽芯動(dòng)作。

④模具動(dòng)模繼續(xù)后退，注塑機(jī)頂桿驅(qū)動(dòng)頂出板頂出，第一次頂出時(shí)，注塑機(jī)頂桿推動(dòng)一次頂出板、二次頂出板運(yùn)動(dòng)到E1位置，此時(shí)，M1機(jī)構(gòu)、M4機(jī)構(gòu)同步上行，M1機(jī)構(gòu)的第二彎管頂桿18、頂針59將塑件從型芯鑲件4上頂出，而塑件保留于第二彎管型芯16上。在此過(guò)程中，流道廢料也同步被拉料桿58頂出，2個(gè)潛伏式澆口與塑件在澆口位置處被自動(dòng)切斷分離，流道廢料從型芯鑲件4上自動(dòng)脫落。

⑤在機(jī)構(gòu)M5的控制下，第一次頂出板、第二次頂出板在E1位置分離，第二次頂出板將繼續(xù)被注塑機(jī)頂桿向上頂出到E2位置，在此過(guò)程中，M4機(jī)構(gòu)的斜頂桿7將塑件從第二彎管型芯16的側(cè)邊頂出，使其沿第二彎管型芯16做圓弧運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)出而脫模。

⑥復(fù)位。復(fù)位時(shí)，復(fù)位桿推桿27頂動(dòng)兩次頂出板先復(fù)位，而后M3機(jī)構(gòu)復(fù)位，最后模具在PL面處閉合，M2機(jī)構(gòu)復(fù)位，模具完全閉合，開(kāi)始下一注塑循環(huán)。

4 結(jié)論

針對(duì)彎管塑件的形狀特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了1模1腔潛伏式冷澆口兩板結(jié)構(gòu)形式單次分型打開(kāi)模具。模腔的澆注采用單端兩點(diǎn)潛伏式澆口進(jìn)料方式進(jìn)行澆注。塑件的脫模采用3個(gè)脫模機(jī)構(gòu)分4步依次對(duì)塑件進(jìn)行脫模。模具在單次開(kāi)模打開(kāi)時(shí)，塑件從型腔鑲件中脫出，且同步通過(guò)一個(gè)哈夫滑塊機(jī)構(gòu)完成塑件局部區(qū)域的側(cè)抽芯脫模。模具打開(kāi)后，通過(guò)一個(gè)油缸驅(qū)動(dòng)的彎管抽芯機(jī)構(gòu)完成塑件內(nèi)壁第一彎管段的抽芯脫模。模具分兩次頂出而實(shí)現(xiàn)塑件的完全頂出脫模，第一次頂出時(shí)，頂出板推動(dòng)第二段彎管型芯和頂針一起將塑件從型芯鑲件頂出，實(shí)現(xiàn)塑件從型芯鑲件上脫模，以及流道廢料與塑件的自動(dòng)分離、流道廢料的自動(dòng)脫模，塑件留于第二彎管型芯上；第二次頂出時(shí)，通過(guò)斜頂桿的頂出動(dòng)作將塑件從第二彎管型芯上頂出而實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模。在模具中，塑件的脫模動(dòng)作順序設(shè)計(jì)合理，有利于模具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化，降低了模具的整體制造難度，模具工作可靠，有較好的設(shè)計(jì)參考價(jià)值。