軸承座改進(jìn)型差速滑塊機(jī)構(gòu)及注塑模具設(shè)計(jì)

鐘鋒良

(深圳技師學(xué)院，廣東深圳 518100)

塑件上圓環(huán)形凹槽特征可分為整圈圓環(huán)凹槽特征和圓周均布多個(gè)劣弧凹槽特征兩種情形，圓環(huán)形凹槽可設(shè)置在塑件的圓柱外壁上或者圓孔內(nèi)壁上。對(duì)于圓柱外壁上圓環(huán)形凹槽特征的脫模，一般采用在外壁圓周上分布多個(gè)滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行側(cè)抽芯脫模[1-2]。而對(duì)于圓孔內(nèi)壁上圓環(huán)形凹槽特征的脫模，鑒于圓孔內(nèi)壁空間的限制，可采用以下幾種方法進(jìn)行脫模：(1)整圈圓環(huán)凹槽槽深≤0.3 mm，可采用強(qiáng)制脫模的方式進(jìn)行脫模[3]，或者借鑒脫螺紋機(jī)構(gòu)的方式進(jìn)行強(qiáng)制旋出脫模[4]；(2)整圈圓環(huán)凹槽槽深≥0.3 mm，不能采用強(qiáng)制脫模的方式，其脫?？刹捎貌钏倩瑝K機(jī)構(gòu)進(jìn)行脫模[5-7]；(3)圓周均布多個(gè)劣弧凹槽特征，此類(lèi)凹槽可用模板驅(qū)動(dòng)內(nèi)收抽芯機(jī)構(gòu)[8-9]、彈簧片式內(nèi)收抽芯機(jī)構(gòu)[10]等機(jī)構(gòu)進(jìn)行抽芯脫模，或者可以用斜頂機(jī)構(gòu)進(jìn)行內(nèi)收式側(cè)抽芯脫模[11-14]；(4)特殊半圓凹槽的脫模，需要設(shè)置一種翻轉(zhuǎn)式機(jī)構(gòu)進(jìn)行脫模[15]。對(duì)于成型精度要求比較高的內(nèi)孔壁上整圈圓環(huán)凹槽而言，楊素華等[16]設(shè)計(jì)了一種差速滑塊機(jī)構(gòu)，利用兩組滑塊的斜導(dǎo)向驅(qū)動(dòng)角度差，驅(qū)動(dòng)兩組滑塊進(jìn)行差速式抽芯，從而實(shí)現(xiàn)整圈圓環(huán)凹槽的脫模，但此機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，且存在制造成本高、裝配困難、易磨損而導(dǎo)致可靠性變差等問(wèn)題。某升降桿軸承座的軸承孔內(nèi)壁上，設(shè)置有整圈圓環(huán)凹槽特征，筆者設(shè)計(jì)一種改進(jìn)型差速滑塊脫模機(jī)構(gòu)，對(duì)軸承座的軸承孔內(nèi)壁上圓環(huán)凹槽進(jìn)行脫模，并設(shè)計(jì)了軸承座塑件注塑模具。

1 軸承座結(jié)構(gòu)特征

軸承座形狀如圖1所示，塑件由兩部分構(gòu)成，一部分是帶整圈圓環(huán)凹槽Q1的軸承孔，另一部分是附加在軸承孔外壁上的支撐臺(tái)。根據(jù)軸承座結(jié)構(gòu)特征脫模要求的不同，其上的特征分布可分為兩種類(lèi)型：(1)軸承孔外壁特征；(2)軸承孔內(nèi)壁特征。

圖1 軸承座結(jié)構(gòu)

對(duì)于軸承孔外壁特征，以虛擬的B1～B4四條邊界線進(jìn)行分區(qū)后，軸承孔外壁特征包括：①B1-B2邊界間的外圓階梯直壁；②B1-B3邊界之間的多層內(nèi)凹槽A1、組孔K1；③B2-B4邊界之間的多層內(nèi)凹槽A2、組孔K5；④B3-B4邊界之間的支撐臺(tái)父特征，支撐臺(tái)上設(shè)置的子特征有：螺柱K2、組孔K3、單孔K4，凹槽A3、凹槽A4、凹槽A5，以及加強(qiáng)筋J1，J2和Z1。

軸承孔內(nèi)壁特征組成包括：軸承孔的光滑內(nèi)壁及位于軸承孔內(nèi)壁下端的凹槽Q1。

軸承座塑件材料選用收縮率為0.5%的工程塑料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，總產(chǎn)量15萬(wàn)件。塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于軸承座塑件內(nèi)、外壁上特征的脫模，特別是軸承孔內(nèi)壁上圓環(huán)凹槽Q1的脫模。

2 脫模分析

塑件上特征的分布影響其主分型面的選擇、脫模機(jī)構(gòu)設(shè)置及模具結(jié)構(gòu)的布局設(shè)計(jì)。針對(duì)塑件上內(nèi)、外壁特征的脫模，按如圖2所示的開(kāi)模方向進(jìn)行分型設(shè)計(jì)，脫模設(shè)置做以下安排：

(1)外壁特征的脫模。

①多層內(nèi)凹槽A1和A2的脫模如圖2中A-A剖視圖和H1向視圖所示，多層內(nèi)凹槽A1，A2在軸承座外壁上呈對(duì)稱(chēng)分布，都有三層凹槽，單層凹槽所需抽芯距離需2 mm以上。組孔K1與多層內(nèi)凹槽A1同步實(shí)施抽芯，組孔K5與多層內(nèi)凹槽A2同步實(shí)施抽芯。

圖2 特征脫模分析

②支撐臺(tái)特征的脫模如圖2中H2向視圖所示，支撐臺(tái)內(nèi)的凹槽A3，A4，A5需進(jìn)行同向側(cè)抽芯脫模，其抽芯深度都為14 mm。組孔K3、單孔K4可通過(guò)主、次分型面的打開(kāi)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)脫模，抽芯深度都為2 mm。螺柱K2、加強(qiáng)筋J1，J2，Z1的抽芯方向與凹槽A3，A4，A5的抽芯方向一致，螺柱K2、加強(qiáng)筋J1的抽芯深度小于14 mm，加強(qiáng)筋J2，Z1的抽芯深度為16.5 mm。

(2)內(nèi)壁特征的脫模。

在軸承孔內(nèi)壁中，圓環(huán)凹槽Q1的環(huán)槽深度為0.5 mm，顯然采用強(qiáng)制脫模方式對(duì)圓環(huán)凹槽Q1進(jìn)行脫模不合適，只能采用特殊的脫模機(jī)構(gòu)——差速滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行脫模?？紤]到圓環(huán)凹槽Q1位于軸承孔內(nèi)壁上，距離孔底端10 mm的位置，且軸承孔上端并無(wú)其它特征，其內(nèi)徑為53 mm，相對(duì)較大，機(jī)構(gòu)能設(shè)計(jì)的空間大，較適合應(yīng)用文獻(xiàn)[16]中所設(shè)計(jì)的差速滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行脫模，為避免文獻(xiàn)[16]的差速滑塊機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)型差速滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)圓環(huán)凹槽Q1進(jìn)行脫模。

3 分型及脫模機(jī)構(gòu)設(shè)置

結(jié)合第2節(jié)所述，對(duì)塑件做如圖3所示分型及脫模設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)塑件的自動(dòng)脫模。

塑件的脫模分為軸承孔外壁脫模特征和內(nèi)壁特征脫模兩種情況。

(1)軸承孔外壁特征的脫模。

軸承孔外壁特征的脫模按以下分型方式進(jìn)行：

①在圖3a所示的開(kāi)模方向，設(shè)置PL1分型面作為模腔的主分型面，分型出型腔和型芯成型件。

圖3 分型和脫模方案設(shè)置

②在型腔成型件中，在主分型面PL1以上，由分型面PL2再次對(duì)型腔成型件進(jìn)行局部分型，主分型面PL1結(jié)合分型面PL4分型出外滑塊1，主分型面PL1結(jié)合分型面PL5分型出外滑塊2，主分型面PL1結(jié)合分型面PL6分型出外滑塊3。外滑塊1～外滑塊3用于塑件外壁特征的脫模，分別按F3，F(xiàn)2，F(xiàn)4方向進(jìn)行側(cè)抽芯，三者的結(jié)構(gòu)相同，都采用斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)滑塊體結(jié)構(gòu)形式，如圖3b所示。外滑塊1～外滑塊3的作用為：外滑塊1用于A1，K1特征的脫模，外滑塊2用于A2，K5特征的脫模，外滑塊3用于K2，A3，A4，J1，J2，Z1特征的脫模。

③K3特征由主分型面PL1打開(kāi)自動(dòng)脫模(F5向)，K4特征由分型面PL2打開(kāi)而自動(dòng)脫模(F1向)。

(2)軸承孔內(nèi)壁特征的脫模。

軸承孔內(nèi)壁特征的脫模主要針對(duì)內(nèi)壁上整圈圓環(huán)凹槽Q1的脫模，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)型差速滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行脫模，即將文獻(xiàn)[16]的差速滑塊機(jī)構(gòu)中的3個(gè)慢滑塊替換成3個(gè)斜頂塊，以降低機(jī)構(gòu)的加工制造及安裝難度，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

①設(shè)置PL3作為軸承套內(nèi)孔的分型面。

②將分型面PL3結(jié)合PL1所分型出的型芯成型件分成8個(gè)成型塊，分別為：內(nèi)滑塊1～內(nèi)滑塊3、斜頂塊1～斜頂塊3、中央鑲件及型芯主鑲件，如圖3b所示。

③在成型塊中，3個(gè)內(nèi)滑塊(內(nèi)滑塊1～內(nèi)滑塊3)的形狀相同，為軸承孔內(nèi)壁的第一組成型件；3個(gè)斜頂塊(斜頂塊1～斜頂塊3)的形狀相同，為軸承孔內(nèi)壁的第二組成型件。將第一組的3個(gè)內(nèi)滑塊與第二組的3個(gè)斜頂塊間隔排列，構(gòu)成軸承孔內(nèi)壁的成型件，如圖4a所示，3個(gè)內(nèi)滑塊上都設(shè)置有相同尺寸和斜度的斜燕尾導(dǎo)軌，相應(yīng)地，中央鑲件上對(duì)應(yīng)地設(shè)置3個(gè)與之滑動(dòng)配合的斜燕尾槽。3個(gè)斜頂塊的底端尾部都設(shè)置有一個(gè)尾臺(tái)，尾臺(tái)上加工有T型斜槽，由對(duì)應(yīng)的3個(gè)T型斜導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向，3個(gè)T型斜導(dǎo)軌都通過(guò)螺釘緊固安裝于型芯主鑲件上。3個(gè)斜頂塊的尾臺(tái)T型斜槽與對(duì)應(yīng)T型斜導(dǎo)軌的配合為滑動(dòng)配合，3個(gè)斜頂塊由各自底端的頂桿進(jìn)行頂出驅(qū)動(dòng)。

圖4 改進(jìn)型差速滑塊機(jī)構(gòu)

如圖4b所示，改進(jìn)后的差速滑塊機(jī)構(gòu)的動(dòng)作原理為：當(dāng)中央鑲件按F5向向下抽芯時(shí)，將驅(qū)動(dòng)3個(gè)內(nèi)滑塊沿軸承套內(nèi)孔徑向(F6向)往中心做收縮運(yùn)動(dòng)，先實(shí)現(xiàn)3個(gè)內(nèi)滑塊所對(duì)應(yīng)位置軸承孔內(nèi)壁的分段抽芯脫模。待3個(gè)內(nèi)滑塊抽芯完成后，再將與之間隔安裝的3個(gè)斜頂塊通過(guò)3根頂桿按F5向的反向向上頂出，3個(gè)斜頂塊由各自對(duì)應(yīng)的T型斜導(dǎo)軌進(jìn)行導(dǎo)向，迫使其按F7向斜向頂出。3個(gè)斜頂塊頂出時(shí)，通過(guò)斜頂塊成型壁上對(duì)應(yīng)的環(huán)槽型芯的帶動(dòng)，將塑件從型芯主鑲件上頂出，實(shí)現(xiàn)3個(gè)斜頂塊邊將塑件頂出，邊對(duì)圓環(huán)凹槽Q1的3處凹槽分段實(shí)施側(cè)抽芯脫模。

4 模具結(jié)構(gòu)

4.1 結(jié)構(gòu)布局

結(jié)合第3節(jié)所述，改進(jìn)型差速滑塊機(jī)構(gòu)需要依靠中央鑲件向下拉動(dòng)3個(gè)內(nèi)滑塊完成抽芯，同時(shí)也需要將另外3個(gè)斜頂塊進(jìn)行頂出，才能實(shí)現(xiàn)塑件軸承孔內(nèi)壁的脫模，因而模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需選用能多次開(kāi)模的模架來(lái)進(jìn)行動(dòng)作驅(qū)動(dòng)，模架選用能兩次開(kāi)模的兩板式熱流道模架。在綜合塑件的澆注、脫模、排氣及冷卻需要的基礎(chǔ)上，所設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)如圖5所示。模腔布局采用1模1腔布局。

圖5 模具結(jié)構(gòu)

澆注設(shè)計(jì)中，為了縮短冷流道長(zhǎng)度，澆注系統(tǒng)采用冷、熱流道相結(jié)合的復(fù)合流道進(jìn)行澆注；模腔澆口采用潛伏式澆口，開(kāi)設(shè)于型腔鑲件17上，澆口進(jìn)料口直徑為1.0 mm。料流進(jìn)入成型腔內(nèi)后，腔內(nèi)氣體的排出通過(guò)成型件之間的安裝配合間隙及排氣槽排出，排氣間隙小于0.02 mm。

對(duì)于軸承孔外壁的脫模，使用圖5所示的3個(gè)滑塊機(jī)構(gòu)S1～S3進(jìn)行脫模，3個(gè)滑塊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，分別為圖3所示的外滑塊1、外滑塊2和外滑塊3。以滑塊機(jī)構(gòu)S3為例，其結(jié)構(gòu)組成包括零件53～60。模具在開(kāi)模面P1處打開(kāi)時(shí)，由S3斜導(dǎo)柱53驅(qū)動(dòng)S3滑塊體54實(shí)施塑件側(cè)面抽芯，S3滑塊體54滑出后的定位由S3滑塊彈簧57和滑塊限位螺釘59共同保證。為保證塑件外壁冷卻平衡，滑塊機(jī)構(gòu)S1～S3中的滑塊體都需設(shè)置冷卻水管進(jìn)行冷卻。

對(duì)于軸承孔內(nèi)壁的脫模，結(jié)合圖4所示脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，考慮到中央鑲件34作為該脫模機(jī)構(gòu)的主動(dòng)驅(qū)動(dòng)件，在動(dòng)模板21下增設(shè)了一塊動(dòng)模墊板62，動(dòng)模板21與動(dòng)模墊板62之間能打開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)模架對(duì)中央鑲件34抽芯動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)，即模具在開(kāi)模面P1處打開(kāi)時(shí)，動(dòng)模板21和動(dòng)模墊板62分離，動(dòng)模墊板62帶動(dòng)中央鑲件34驅(qū)動(dòng)第一組的3個(gè)內(nèi)滑塊33做同步抽芯動(dòng)作，第二組的3個(gè)斜頂塊則由頂針推板28驅(qū)動(dòng)3根頂桿35，從而驅(qū)動(dòng)3個(gè)斜頂塊36實(shí)施頂出和側(cè)抽芯脫模動(dòng)作。

需要指出的是，模具必須在開(kāi)模面P1打開(kāi)后，才能將頂針蓋板27和頂針推板28頂出，即只有等3個(gè)內(nèi)滑塊33完成內(nèi)抽芯動(dòng)作，為3個(gè)斜頂塊讓出運(yùn)動(dòng)空間后，3個(gè)斜頂塊才能頂出。為保證此邏輯順序，設(shè)計(jì)了一個(gè)安裝在頂針蓋板27和頂針推板28側(cè)邊的頂出控制機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)組成件包括零件22～26，其工作原理為：當(dāng)開(kāi)模面P1打開(kāi)后，開(kāi)鎖插桿23將鎖芯22壓入動(dòng)模板21內(nèi)，從而限位插桿26才能被頂針蓋板27和頂針推板28推著向上頂出，否則限位插桿26會(huì)被伸出動(dòng)模板21的鎖芯22擋住，頂針蓋板27和頂針推板28無(wú)法向上頂出，即頂針蓋板27和頂針推板28不能被頂出，從而頂桿不能將斜頂塊向上頂出。頂針蓋板27和頂針推板28的復(fù)位狀態(tài)需設(shè)置行程復(fù)位微動(dòng)開(kāi)關(guān)51進(jìn)行提示，以免模具閉合時(shí)因復(fù)位不到位，損壞3個(gè)斜頂塊與3個(gè)內(nèi)滑塊之間的良好滑動(dòng)配合。

4.2 模具工作原理

如圖5所示，模具分2次分型打開(kāi)，具體工作原理為：

①開(kāi)模面P1打開(kāi)。模具開(kāi)模時(shí)，注塑機(jī)動(dòng)模板驅(qū)動(dòng)模具動(dòng)模朝開(kāi)模方向運(yùn)動(dòng)，模具首先在開(kāi)模面P1處打開(kāi)，中央鑲件34驅(qū)動(dòng)3個(gè)內(nèi)滑塊33動(dòng)作，先局部完成圓環(huán)凹槽Q1的局部抽芯脫模。P1打開(kāi)的同時(shí)，開(kāi)鎖插桿23解開(kāi)鎖芯22的限位，為頂針蓋板27和頂針推板28的頂出做準(zhǔn)備。

②開(kāi)模面P2打開(kāi)。模具打開(kāi)一定距離后，小拉桿30拉住動(dòng)模板21一起后退，動(dòng)模板21克服樹(shù)脂開(kāi)閉器46的摩擦阻力而將動(dòng)模板21與定模板18間的開(kāi)模面P2打開(kāi)，打開(kāi)時(shí)，滑塊機(jī)構(gòu)S1，S2，S3的斜導(dǎo)柱分別驅(qū)動(dòng)各自對(duì)應(yīng)的滑塊實(shí)施側(cè)抽芯，完成塑件軸承孔外壁的脫模。

③頂出。開(kāi)模面P2打開(kāi)后，模具繼續(xù)下行，注塑機(jī)頂桿頂住頂針蓋板27和頂針推板28，推動(dòng)3個(gè)斜頂塊在各自導(dǎo)軌的導(dǎo)向下，將塑件從型芯主鑲件20上頂出，完成圓環(huán)凹槽Q1剩余部分的抽芯脫模，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)塑件從主型芯鑲件20上的頂出脫模。

④模具復(fù)位。復(fù)位時(shí)，頂針蓋板27、頂針推板28先復(fù)位，模具再按P1→P2順序復(fù)位。

5 結(jié)論

結(jié)合軸承座塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了1模1腔兩板冷、熱復(fù)合流道注塑模具。模腔通過(guò)兩級(jí)流道及潛伏式澆口進(jìn)行充填，開(kāi)模分兩次分型打開(kāi)。針對(duì)軸承座塑件軸承孔內(nèi)、外壁脫模困難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了3個(gè)結(jié)構(gòu)相同的斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)軸承孔外壁的側(cè)抽芯脫模；設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)型差速滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)軸承孔內(nèi)壁自動(dòng)脫模。在改進(jìn)型差速滑塊機(jī)構(gòu)中，針對(duì)軸承孔內(nèi)壁上的整圈內(nèi)環(huán)凹槽特征，將軸承孔內(nèi)壁成型件分成兩組成型塊進(jìn)行抽芯脫模，第一組以3個(gè)內(nèi)滑塊的形式實(shí)施先抽芯，第二組以3個(gè)斜頂塊的形式實(shí)施后抽芯。相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力設(shè)置為：由動(dòng)模板和動(dòng)模墊板的分型打開(kāi)，驅(qū)動(dòng)中央鑲件帶動(dòng)第一組3個(gè)內(nèi)滑塊先抽芯，完成內(nèi)壁的部分脫模；再由頂針推板推動(dòng)第二組3個(gè)斜頂塊將塑件頂出，實(shí)現(xiàn)內(nèi)壁剩余部分的脫模及塑件的完全脫模。改進(jìn)后的機(jī)構(gòu)具有零件加工簡(jiǎn)單、易于裝配、磨損小，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，能有效降低模具制造成本，對(duì)同類(lèi)塑件的脫模機(jī)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等都具有較好的設(shè)計(jì)借鑒價(jià)值。