基于脫模機(jī)構(gòu)優(yōu)先設(shè)置的復(fù)雜塑件熱流道注塑模設(shè)計(jì)

繆遇春

(東莞市技師學(xué)院,廣東東莞 523470)

在汽車復(fù)雜塑件注塑模設(shè)計(jì)中,塑件模腔的分型設(shè)計(jì)、限制性設(shè)計(jì)空間下脫模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及模具整體結(jié)構(gòu)功能的實(shí)現(xiàn)等是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的3個(gè)關(guān)鍵所在。當(dāng)結(jié)構(gòu)特征多且復(fù)雜的塑件存在多個(gè)脫模方向時(shí),模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先從脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)入手[1–3]。筆者針對(duì)某新款汽車左右對(duì)稱型空調(diào)出風(fēng)口復(fù)雜塑件的成型要求,從脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)入手,設(shè)計(jì)了該復(fù)雜塑件兩板式兩次開模熱流道注塑模,以期對(duì)復(fù)雜塑件注塑模設(shè)計(jì)提供有益借鑒。

1 汽車空調(diào)出風(fēng)口塑件

1.1 塑件外形

汽車空調(diào)出風(fēng)口塑件為鏡像對(duì)稱成套塑件,分左、右兩個(gè)塑件,其形狀如圖1所示。單個(gè)塑件外形包圍尺寸為105 mm×80 mm×84 mm。塑件材料使用15%玻纖改性丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料,收縮率為0.52%～0.55%。

圖1 空調(diào)出風(fēng)口塑件形狀

1.2 塑件特征

以右塑件為例,其結(jié)構(gòu)特征構(gòu)成如圖2所示。在右塑件上影響模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特征有A～N共14處,分別為1個(gè)?8 mm圓孔A,4個(gè)四面槽B,6個(gè)加強(qiáng)筋C,1個(gè)矩形倒圓角孔D,7個(gè)方形曲面排列槽E,7個(gè)長(zhǎng)條形曲面排列槽F,1個(gè)?10 mm圓孔G,1處三面槽H,2個(gè)矩形通孔I,2個(gè)內(nèi)壁卡槽J,8個(gè)內(nèi)壁加強(qiáng)筋K,1處尖角倒扣L,1處側(cè)面槽M和1個(gè)沙漏型扁孔N。上述特征的脫模方向影響到右塑件的整體脫模方式的選用,也影響到主分型面的選用及模具的整體結(jié)構(gòu)形式。

圖2 產(chǎn)品特征分析

2 模腔分型

復(fù)雜塑件的模具設(shè)計(jì),難在塑件模腔的分型設(shè)計(jì)[4–6],該塑件模具設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于：需針對(duì)14種特征合理布置塑件的脫模方式后,再確定合理的主分型面,從而獲得模具的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。解決的辦法是：對(duì)圖1中A~N特征的脫模方向按同向性進(jìn)行分類后,再?gòu)亩鄠€(gè)脫模方向中遴選主開模方向來(lái)設(shè)置主分型面。

2.1 脫模方向分類

塑件脫模時(shí),各特征對(duì)應(yīng)的脫模方向如圖3所示,分別為：?8 mm圓孔A為FA向,四面槽B為FB向,加強(qiáng)筋C為FC向,矩形倒圓角孔D為FD向,方形曲面排列槽E為FE向,長(zhǎng)條形曲面排列槽F為FF向,?10 mm圓孔G為FG向,三面槽H為FH向,矩形通孔I為FI向,內(nèi)壁卡槽J為FJ向,內(nèi)壁加強(qiáng)筋K為FK向,尖角倒扣L為FL向,側(cè)面槽M為FM向,沙漏型扁孔N為FN向和FN′向,FN向和FN′向?yàn)橥恢本€上兩個(gè)相反方向；FN向和FI向?yàn)橥?FB,FC,FD,FE,FF,FG,FH向和FJ向?yàn)橥?FK向和FN′向?yàn)橥?FL向和FM向分別為兩個(gè)獨(dú)立的方向。

圖3 脫模方向分布

對(duì)塑件的脫模方向按同向性進(jìn)行分類,得到FA向、FB向、FK向、FL向、FM向和FN向共6個(gè)脫模方向,如圖3所示。

2.2 模腔布置及主分型面設(shè)置

如前所述,塑件共有6個(gè)脫模方向,如果從6個(gè)脫模方向中選取其中一個(gè)方向作為主開模方向,相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)將不同?？紤]到塑件外觀面的成型要求、脫模機(jī)構(gòu)設(shè)置的方便性及模具整體結(jié)構(gòu)尺寸等因素[7–9],最終選用FA向作為模腔的主開模方向,如圖3d所示。在FA向主開模方向下,選用外觀面的最大外緣輪廓線作為主分型線,并依此設(shè)置主分型面PL。在此分型設(shè)置下,FB向、FK向、FL向、FM向、FN向共5個(gè)方向都為斜向脫模方向,塑件完全脫模前,必須先完成此5個(gè)斜向脫模方向上所有特征的抽芯脫模。

澆口的位置開設(shè)在如圖3c中所示的位置,一是便于脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)置[10–12],二是便于澆注系統(tǒng)的開設(shè)[13–15]。

2.3 成型件設(shè)置

成型件設(shè)置如圖4所示。在塑件脫模中,FA向特征的脫模通過(guò)主開模方向分型面PL面的打開而實(shí)現(xiàn),5個(gè)斜向脫模方向(FB向、FK向、FL向、FM向、FN向)則必須設(shè)置5個(gè)斜向脫模機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn),結(jié)合圖3中所示分型,模具模腔使用如圖4所示的P1～P9共9個(gè)鑲件進(jìn)行鑲拼組合而構(gòu)成。P1,P2,P3,P4,P5鑲件分別對(duì)應(yīng)于FN向、FK向、FB向、FM向、FL向特征的成型。P6,P7鑲件為直頂塊成型鑲件,P8鑲件為主型芯鑲件,P9鑲件為主型腔鑲件。

圖4 成型件設(shè)置

2.4 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)置

(1)機(jī)構(gòu)設(shè)置及作用。

塑件的脫模由各成型鑲件與塑件的分離而實(shí)現(xiàn),除P8,P9鑲件外,其余各成型鑲件必須設(shè)置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其抽芯功能。針對(duì)圖4中的P1～P5鑲件的抽芯,設(shè)置如圖5所示的機(jī)構(gòu)M1～M5進(jìn)行驅(qū)動(dòng),分別對(duì)應(yīng)為：機(jī)構(gòu)M1用于驅(qū)動(dòng)FN向抽芯的P1鑲件4；機(jī)構(gòu)M2用于驅(qū)動(dòng)FK向抽芯的P2鑲件13；機(jī)構(gòu)M3用于驅(qū)動(dòng)FB向抽芯的P3鑲件28；機(jī)構(gòu)M4用于驅(qū)動(dòng)FM向抽芯的P4鑲件14；機(jī)構(gòu)M5用于驅(qū)動(dòng)FL向抽芯的P5鑲件21。針對(duì)圖4中直頂塊成型鑲件P6,P7的頂出,設(shè)置常用的頂桿頂出頂塊機(jī)構(gòu)M6,M7進(jìn)行頂出。

圖5 機(jī)構(gòu)組成

機(jī)構(gòu)M6和M7用于P6和P7鑲件的頂出。

(2)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。

在基于成型和脫模功能的基礎(chǔ)上,考慮到模具整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、機(jī)構(gòu)可靠性及制造成本等,對(duì)上述M1～M7共7個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),各機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)分別如下：

① 機(jī)構(gòu) M1。

該機(jī)構(gòu)為一種楔緊塊驅(qū)動(dòng)定模中的斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu),位于定模一側(cè),用于FN向特征的抽芯脫模,其主要零件包括零件1～4,用于沙漏型扁孔N上端的抽芯脫模,P1鑲件4為該特征的成型件,其由中間驅(qū)動(dòng)滑塊2通過(guò)T型導(dǎo)槽進(jìn)行驅(qū)動(dòng),按FN向進(jìn)行抽芯。中間驅(qū)動(dòng)滑塊2的驅(qū)動(dòng)有兩種方式可以選擇,一種是油缸驅(qū)動(dòng)方式,另一種是斜楔鎖緊塊1驅(qū)動(dòng)方式。使用油缸驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是便于進(jìn)行抽芯距離調(diào)整及外部干預(yù)控制,油缸可以直接安裝在定模板上,以減少模架模板數(shù)量,簡(jiǎn)化模具,但其缺點(diǎn)是,若油缸的控制信號(hào)出錯(cuò),合?；蛘唛_模時(shí),P1鑲件4將被損壞。為保證P1鑲件4在抽芯與復(fù)位時(shí)可靠動(dòng)作,采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式即斜楔鎖緊塊1驅(qū)動(dòng)方式最為可靠,在此方式驅(qū)動(dòng)下,需要定模座板和定模板之間有一次打開,固定安裝在定模座板上的斜楔鎖緊塊1可以通過(guò)T型導(dǎo)槽驅(qū)動(dòng)安裝在定模板上的中間驅(qū)動(dòng)滑塊2向外滑動(dòng)移動(dòng),從而驅(qū)動(dòng)P1鑲件4可靠地抽芯。其復(fù)位過(guò)程與此相反。在此方式下,機(jī)構(gòu)工作的可靠性提高到100%,同時(shí),也能有效減小機(jī)構(gòu)對(duì)模架模板尺寸的要求。

② 機(jī)構(gòu) M2。

該機(jī)構(gòu)是一種油缸驅(qū)動(dòng)動(dòng)模中的斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu),位于模具動(dòng)模一側(cè),用于FK向特征的抽芯脫模,其主要零件包括零件5～13,P2鑲件13的上端部分用于方形曲面排列槽E及沙漏型扁孔N下端部分的成型與抽芯脫模。P2鑲件13由斜面滑塊7通過(guò)T型導(dǎo)槽驅(qū)動(dòng),油缸9通過(guò)彎肘8驅(qū)動(dòng)斜面滑塊7在滑塊墊板10上滑動(dòng)移動(dòng)。該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于：一是用限位塊6對(duì)P2鑲件13的上行位置進(jìn)行限位,通過(guò)修配調(diào)整P1鑲件4的方式來(lái)保證兩者的配合效果,P1鑲件4和P2鑲件13上必須設(shè)置耐磨板以防磨損；二是P2鑲件13除了通過(guò)油缸鎖緊外,為防止油缸9產(chǎn)生松退,還需設(shè)置插桿5進(jìn)行鎖緊；三是油缸9采用內(nèi)置方式安裝；四是斜面滑塊7的移動(dòng)位置用前后兩個(gè)行程開關(guān)進(jìn)行嚴(yán)格控制。

③ 機(jī)構(gòu) M3。

該機(jī)構(gòu)為一種復(fù)合式斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu),位于動(dòng)模一側(cè),用于FM向特征的抽芯脫模,機(jī)構(gòu)的組成零件包括零件22～28,P3鑲件28用于成型FB向特征的脫模。P3鑲件28的驅(qū)動(dòng)可以使用油缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng),但油缸用久后,其鎖緊可靠性變差,同時(shí),使用油缸機(jī)構(gòu)也會(huì)加大模具長(zhǎng)、寬尺寸,因而,該機(jī)構(gòu)的鎖緊及驅(qū)動(dòng)使用斜面滑塊24來(lái)完成,斜面滑塊24與P3鑲件28之間使用T型導(dǎo)槽連結(jié),斜面滑塊24由斜導(dǎo)柱26驅(qū)動(dòng),由鎖緊塊25鎖緊。P3鑲件28在閉模時(shí)使用兩個(gè)小插桿27進(jìn)行鎖緊。

④ 機(jī)構(gòu) M4。

該機(jī)構(gòu)為一種斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu),位于動(dòng)模一側(cè),機(jī)構(gòu)的組成零件包括零件14～18,該機(jī)構(gòu)是對(duì)常用型斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)斜滑塊機(jī)構(gòu)的局部改進(jìn),改進(jìn)的地方為：在P4鑲件14的尾部增加了一個(gè)輔助驅(qū)動(dòng)彈簧17用于增強(qiáng)其抽芯驅(qū)動(dòng)力和抽芯完畢時(shí)的定位限位。

⑤ 機(jī)構(gòu) M5。

該機(jī)構(gòu)用于FL向特征的抽芯脫模,其組成零件包括零件19～21,P5鑲件21的頭部?jī)?nèi)設(shè)置有側(cè)面二次型針頂出機(jī)構(gòu),以防止P5鑲件21頂出時(shí)拉傷塑件側(cè)面。

⑥ 機(jī)構(gòu) M6和 M7。

機(jī)構(gòu)M6,M7與機(jī)構(gòu)M5一起用于塑件的脫模,由機(jī)構(gòu)M6的P6鑲件、機(jī)構(gòu)M7的P7鑲件和機(jī)構(gòu)M5的P5鑲件21三者共同頂出而實(shí)現(xiàn)。

3 模具結(jié)構(gòu)及工作原理

3.1 模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)如圖6所示,模具為兩板式熱流道模結(jié)構(gòu),左、右塑件須同模成型,模腔布局使用1模2腔鏡像對(duì)稱布局。模具分兩次開模,依次為K1→K2。在模具結(jié)構(gòu)中,斜楔鎖緊塊1(見(jiàn)圖5)需要安裝在定模座板29上,中間驅(qū)動(dòng)滑塊2安裝于定模板30上,模具通過(guò)K1面處的打開以保證斜楔鎖緊塊1能對(duì)中間驅(qū)動(dòng)滑塊2進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。K1面打開時(shí),定模板30為活動(dòng)模板,K1面、K2面的順序打開用順序控制器44控制。推板43使用2個(gè)對(duì)稱推板油缸42進(jìn)行頂出。為防止熱嘴37磨損,其外圍須加裝熱嘴護(hù)套38。

每篇文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞可以反映該文獻(xiàn)的核心內(nèi)容，通過(guò)對(duì)已發(fā)表文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率的數(shù)量統(tǒng)計(jì)，可以歸納出一個(gè)領(lǐng)域的研究者所關(guān)心的主要內(nèi)容和熱點(diǎn)問(wèn)題，有利于把握研究方向和發(fā)展趨勢(shì)。利用可視化分析軟件統(tǒng)計(jì)得出的文獻(xiàn)關(guān)鍵詞頻率排名，如表6所示。

圖6 模具結(jié)構(gòu)

3.2 機(jī)構(gòu)在模具中的安裝

模具機(jī)構(gòu)安裝如圖7a所示。

圖7 模具機(jī)構(gòu)安裝及工作原理

機(jī)構(gòu)M1安裝在模具定模一側(cè),機(jī)構(gòu)M2,M3,M4,M5安裝于動(dòng)模一側(cè)。機(jī)構(gòu)M5由推板43驅(qū)動(dòng),使用行程開關(guān)49,49’對(duì)其抽芯移動(dòng)位置進(jìn)行控制,且推板43使用推板導(dǎo)柱47導(dǎo)向,以確保頂出動(dòng)作的平穩(wěn)性。機(jī)構(gòu)M2的斜面滑塊7使用反鎖塊35、擋塊36構(gòu)成的鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行鎖緊。

3.3 模具工作原理

模具工作原理如圖7b所示,模具工作原理為：

(1)閉模注塑。模具閉模狀態(tài)如圖7a所示。

(2)K1面打開。模具打開動(dòng)模下行,定模板30與動(dòng)模板31被順序控制器44及樹脂開閉器54鎖緊而不能打開,在橡膠柱52的彈性撐開下,模具首先在K1面處打開,打開過(guò)程中,機(jī)構(gòu)M1完成抽芯動(dòng)作。

(4)機(jī)構(gòu)M2抽芯。K2面打開后,機(jī)構(gòu)M2的油缸9動(dòng)作,完成該機(jī)構(gòu)的抽芯動(dòng)作。

(5)頂出。機(jī)構(gòu)M2抽芯動(dòng)作完成后,推板油缸42動(dòng)作,驅(qū)動(dòng)推板43上的機(jī)構(gòu)M5,M6和M7頂出,將塑件從P8鑲件46上頂出,塑件完全脫模。

(6)復(fù)位。復(fù)位時(shí),其過(guò)程完全相反。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)空調(diào)出風(fēng)口復(fù)雜塑件的成型要求,采用先設(shè)置脫模機(jī)構(gòu),后設(shè)置主分型面的分型設(shè)計(jì)方法,獲得該復(fù)雜塑件的成型模腔；由模腔及脫模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成,獲得塑件的模具整體結(jié)構(gòu),模具整體結(jié)構(gòu)為一模兩腔熱流道兩板模具,模具分兩次開模打開。

(2)模具的定模一側(cè)設(shè)置的先抽芯脫模機(jī)構(gòu),優(yōu)先選用機(jī)械式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),熱嘴外圍加裝有耐磨護(hù)套。

(3)在脫模機(jī)構(gòu)中,定模中的斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)使用楔緊塊驅(qū)動(dòng)能有效提高模具工作的可靠性；動(dòng)模中的斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)使用油缸驅(qū)動(dòng)能有效縮減模具長(zhǎng)、寬尺寸。