自底向上的電熨斗倒置式布局三板點澆口模具設計

徐文慶 ，熊建武 ，劉少華 ，汪哲能 ，陳黎明 ，胡智清

(1.湖南財經工業(yè)職業(yè)技術學院，湖南衡陽 421002； 2.湖南工業(yè)職業(yè)技術學院，長沙 410208)

塑件模具結構設計的方式，從實踐應用來看，一般分為兩種方式，自頂向下方式及自底向上方式[1–4]。自頂向下方式，一般先對模具的模架、模胚大小予以確定，再進行模具工作各子系統(tǒng)的設計，對于模具結構比較簡單，或者同類型產品的模具結構設計較為適用，可以允許工廠在模具結構設計同步，將模具的料單下發(fā)，以縮短模具的加工制造周期，提高生產效率[5–9]。自底向下方式，則是依據(jù)塑件的形狀，先設計澆注方式、脫模方式及機構、冷卻、排氣等子系統(tǒng)后，再進行模架的選配及零部件的組裝，從而完善模具的整體結構，設計周期相對較長，但能保證模具結構設計的各環(huán)節(jié)不會出現(xiàn)原則性設計錯誤[10–13]。自底向上設計過程中，一般對塑件的脫模、澆注、冷卻、排氣等作出綜合評估后，再確定塑件的布局方式、分型、及子系統(tǒng)設計，而后再進行模架等總裝性組件的添加[14–16]。擬結合某熨斗外殼塑件的注塑成型模具設計實踐，給出實踐案例，以資設計參考。

1 熨斗外殼塑件

熨斗外殼塑件如圖1a所示，塑件的形狀為倒扣型船體形狀，可以分為4個特征區(qū)域，上端的“船底”特征區(qū)域，后端的“船尾”特征區(qū)域，下端的“船艙”特征區(qū)域(如圖1b所示)，及中間的“通倉”特征區(qū)域。在“船底”特征區(qū)域，從脫模角度來講，設置有4類直線型特征(插穿孔、直孔、碰穿孔、螺絲柱)；在“船尾”特征區(qū)域，也設置有4類特征(側孔、螺絲柱、直孔、卡筋)；在“船艙”區(qū)域，主要設置有3類特征(螺絲柱、平臺孔、1處倒扣)；在“通倉”區(qū)域，主要有2處凸起和一個平臺及兩個直孔。從各區(qū)域的特征來看，各細節(jié)特征的脫模只能沿著其軸心線或者中心線方向進行抽出脫模，因而，4個區(qū)域內各特征的脫模需要進行集成整理后，再進行區(qū)域分塊成型件設計。

圖1 熨斗外殼三維外形圖

2 模塑成型分析

熨斗外殼塑件的材料選用橡膠改性的工程塑料丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)，牌號為ABS–T70 (20%橡膠)，收縮率為5.5%。采用注塑方式進行成型。塑件的壁厚分布分析中，塑件的平均壁厚1.8 mm，最厚處為2.6 mm，最薄為1.0 mm。塑件的拔模角度設置需要結合具體的分型設置及分區(qū)域的脫模方向后進行設定，主型腔面拔模設置為3°，主型芯拔模斜度為2°，側抽芯成型塊拔模斜度為2.5°。通過自底向上設計思路，將塑件放置于模具坐標系中后，各區(qū)域的抽芯方向如圖2所示，顯然，“船底”區(qū)域的特征以按Z–方向進行抽芯較佳，“船艙”區(qū)域特征以從Z+方向進行脫模較為合適，而對于“船艙”區(qū)域，則以中界線為分界面，分別按X+、X–方向抽出較為合適，“船尾”區(qū)域的特征，則從Y+方向進行抽出較為合適。

圖2 產品模塑分析

顯然，塑件的多特征多區(qū)域分布容易引起大的收縮變形、塑件的形狀特殊及細節(jié)特征上脫模問題是本模具設計的難點。

3 分型及脫模設計

3.1 成型問題分析

針對塑件結構特征多，形狀復雜的特點，注塑時，澆口位置及澆注系統(tǒng)設置不當，會導致塑件的注塑失敗，因而，事先結合具體的澆口位置及對應的澆注系統(tǒng)進行CAE分析，以查看澆注系統(tǒng)實施的可行性，非常必要?？紤]到塑件的實際形狀，澆口最佳位置設在塑件中央，設置的澆注系統(tǒng)采用2點點澆口來澆注，如圖3a所示，CAE分析中，關鍵的成型充填要求翹曲變形及收縮變形結果如圖3所示。在“船艙”區(qū)域中央部位平臺位置處開G1，G2澆口后，模腔成型所需的壓力為55 MPa左右，對注塑機的壓力要求不高，壓力整體上較為平衡，且除K1末端區(qū)域壓力低至2.4 MPa以外，其它區(qū)域的充填壓力充足，此處解決的辦法是，增強區(qū)域排氣，采用鑲件來制作成型件，以增強排氣效果。澆注后的整體的變形能控制在0.97 mm以下，最大變形和最大收縮都出現(xiàn)在圖3b中所示K2區(qū)域，結合塑件的整體尺寸結構，此變形為0.95 mm，收縮為2.45%，收縮相對塑件的整體尺寸而言，此變形和收縮是可以接受的，如圖3b所示。冷卻設置有10條水路，水路進出口溫度差在2℃內，管路的冷卻效果非常有效。CAE分析結果表明，塑件的形狀及眾多特征，在G1，G2澆口的澆注調整下，對塑件的整體成型影響不大，塑件可以采用點澆口澆注成型方式來進行成型。

圖3 CAE分析結果

3.2 分型及脫模設置

塑件在模具中的布局擺放和分型設置影響到脫模機構設置的難易。如圖4a所示，塑件采用單腔布局，按圖2b中所示進行倒置在模具中后，按照圖2中所示的4個區(qū)域的抽芯方向進行考慮，所設計的分型設置如圖4a所示。型腔鑲件用于“船艙”區(qū)域3類特征的脫模，其中的S4小滑塊用于倒扣特征的脫模。S1，S2滑塊分別用于“通倉”區(qū)域X軸上X+、X–方向抽芯特征的脫模。S3滑塊用于“船尾”特征區(qū)域Y+方向抽芯特征的脫模。型芯鑲件用于“船底”區(qū)域特征的成型，其脫模由4個斜頂及頂針完成倒扣及整個塑件的頂出脫模。相應的成型件動作設置如圖4b所示。

圖4 分型及脫模設計

4 模具設計

4.1 模具結構

在模腔的成型件、脫模機構及各子系統(tǒng)設計好后，最終自底向上所形成的模具結構為冷流道雙點澆口三板模結構注塑模具如圖5所示。模腔的成型件型腔鑲件和型芯鑲件采用鑲件形式安裝于模板上，一是有利于降低成型件的加工難度，二是節(jié)省高要求和高價格的成型件材料，以降低模具的制造成本。對照上述脫模機構的設置，模具采用一組由S2斜導柱10，S1斜導柱14分別驅動的哈弗滑塊機構S1，S2。設置了一個由油缸17驅動的油缸側抽芯滑塊機構S3，4個斜頂機構X1～X4，1個前模彎銷滑塊抽芯機構S4。

圖5 模具整體結構布局

考慮到模具上側抽芯機構較多，模具采用主導向機構和副導向機構兩種類型的導向機構來進行模板的運動導向。主導向機構為4個主導柱5所構成的主要保證流道板2、定模板3運動導向的導柱機構，副導向機構為4個副導柱7構成的主要用于保證定模板3與動模板26之間閉合時的導柱機構。綜合S1，S2，S3，S4滑塊機構的滑出行程、4個斜頂機構頂出行程、塑件從型芯鑲件上的頂出行程、流道廢料的脫出高度及冷卻水的接出空間等數(shù)據(jù)后，選用的模架結構尺寸為龍記(LKM )細水口DCI–4560–A150B200C160標準模架。模具分三次分型打開，開模時模板的運動順序控制構件由組合型定距拉桿6、鎖閉器22構成，拉桿器用于定模板3、流道板2的分型打開定距，鎖閉器22為摩擦型臨時鎖閉機構，用于模具開模打開時定模板3與動模板26之間的臨時鎖閉。為保障頂針的安全性，頂出板31、板32須先進行復位，其復位到位信號由開關34發(fā)出。

4.2 抽芯機構設計

側抽芯機構在模具上的安裝如圖6所示。

圖6 脫模機構安裝

圖6a中，S1機構、S2機構組成哈弗滑塊機構，都采用S2斜導柱10進行驅動，以保證滑塊運動的平穩(wěn)性及足夠的啟動驅動力。一般針對大型哈弗滑塊的兩個滑塊進行碰面配合時，為保證兩滑塊配合的準確性，在兩滑塊的正中心設置有定位錐臺，如圖6b所示。S3機構的滑塊體47和滑塊頭46采用分體式加工便于滑塊頭46的加工及節(jié)省成型材料；S3機構采用油缸驅動，以保證滑塊頭46抽芯的可靠性。4個斜頂機構的結構都采用X1斜頂?shù)慕Y構形式，X1斜頂?shù)男表斪?9進行加高后，能保證X1斜頂桿38能以較大的斜頂角頂出，增加X1斜頂桿38的側抽芯行程。S4滑塊機構為前模抽芯滑塊機構，模具在PL1，PL2打開時，彎銷44驅動安裝于型腔鑲件11內的彎銷滑塊45先進行內收抽芯，完成塑件“船艙”特征區(qū)域倒扣的先抽芯脫模。

4.3 模具工作原理

圖7為模具工作原理。

圖7 模具工作原理

模具的開模面按序依次為：PL1→PL2→PL3，見圖7a。其工作原理為：閉模注塑后，注塑機動模板拉動模具動模部分開模后退；PL1打開時，點澆口與塑件崩斷分離；PL2打開時，流道廢料被脫料板2從法蘭套36中拔出，而自動脫落；PL3打開時，S1，S2滑塊機構動作，先完成塑件兩個側面的側抽芯脫模；而后S3機構的油缸17動作，驅動滑塊頭46完成塑件的Y+向的抽芯。而后，注塑機頂桿推動頂出板及其上的頂針及4個斜頂將塑件從型芯鑲件42上頂出，實現(xiàn)塑件的完全脫模，見圖7b。

5 結論

針對該塑件形狀復雜、模具結構設計困難的問題，采用自底向上的設計思路，對塑件上的特征進行分拆的基礎上，設計了一種倒置式布局三板兩點點澆口模具來實現(xiàn)塑件的自動化注塑生產，塑件在模具中的布局做倒置式處理后，有利于降低機構設計的難度和降低模具結構的復雜性。針對塑件脫模困難問題，設計了1個前模彎銷先抽芯機構，1組哈弗滑塊側抽芯機構、1個油缸側抽芯機構及4個大角度頂出斜頂機構來實現(xiàn)塑件的難脫模特征的脫模。采用自底向上方式來設計模具結構，運用CAE輔助分析來避免設計盲區(qū)，有利于減少設計失誤，提高設計效率，能為同類形狀塑件的模具結構設計提供有益參考。