手機(jī)套復(fù)合澆注系統(tǒng)內(nèi)外抽芯三板模設(shè)計(jì)

馮振禮，肖國華

(1.寧波如意股份有限公司,浙江寧海 315600； 2.浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江寧波 315012)

1 手機(jī)套塑件

Iphone手機(jī)套塑件結(jié)構(gòu)如圖1所示,塑件是一個(gè)多面包圍型殼體,由3個(gè)側(cè)面A,B,C和一個(gè)底面D構(gòu)成。在E頂面(虛擬平面)上,設(shè)置有3個(gè)側(cè)面的三條扣邊：A側(cè)面的扣邊a、B側(cè)面的扣邊b、C側(cè)面的扣邊c。a及b的寬度均為1 mm,c的寬度為2 mm。A,B,C,D上都設(shè)置有若干個(gè)尺寸相同的錐孔H1,其小徑尺寸都為2 mm,錐度為30o。B上設(shè)置有按鍵孔H2,C上設(shè)置有音量孔H3、電源線孔H4,D上設(shè)置有鏡頭孔H5。A,B的內(nèi)壁上分別設(shè)置有卡槽T1和卡槽T2,兩個(gè)卡槽的尺寸相同,其尺寸為：長度81 mm,寬度6 mm,深度1 mm。

圖1 手機(jī)套塑件結(jié)構(gòu)

塑件外形尺寸為98 mm×62 mm×13 mm,外形尺寸精度要求不高(MT6級)；在內(nèi)壁尺寸中,有兩個(gè)尺寸的要求相對較高,一個(gè)是卡槽T1與T2之間的側(cè)底距60 mm,另一個(gè)是卡槽T1與T2的寬度6 mm,這兩個(gè)尺寸與Iphone手機(jī)有一定的配合要求,尺寸精度要求為MT5級。按鍵孔H2、音量孔H3、電源線孔H4、鏡頭孔H5的脫模斜度都為2o。注塑時(shí),鏡頭孔H5上套有一個(gè)橡膠環(huán)套。塑件平均壁厚2 mm,局部位置不能大于2.5 mm。塑件材料使用熱塑性聚氨酯(TPU),其縮水率為1.6%～1.8%。

2 分型、澆注及成型件設(shè)計(jì)

模腔成型件的設(shè)計(jì)是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心,模腔成型件的設(shè)計(jì)遵循以下3個(gè)步驟來完成[1–3]。

(1)分型設(shè)計(jì)。

模腔的分型設(shè)計(jì)應(yīng)便于塑件脫模和簡化脫模機(jī)構(gòu)設(shè)置。如圖1所示,塑件外壁的3個(gè)側(cè)面A,B,C上都設(shè)置有側(cè)孔(H1~H4),這些側(cè)孔都必須使用外側(cè)抽芯方式進(jìn)行脫模,因而,依照塑件在模具中的方位擺放,如圖2a所示,側(cè)面A,B,C需要分別設(shè)置3個(gè)外壁分型面PA,PB,PC進(jìn)行分型,抽芯方向均向外,依次為FA,FB,FC。底面D上也設(shè)置有孔,因而,D必須使用型腔分型面PD來進(jìn)行分型。3個(gè)扣邊(a,b,c,)與3個(gè)側(cè)面的連接均為圓弧過渡連接,因而,3個(gè)扣邊的外壁需使用型芯分型面PE進(jìn)行分型。側(cè)面A內(nèi)壁上的卡槽T1和側(cè)面B內(nèi)壁上的卡槽T2只能采用抽芯的辦法進(jìn)行脫模；同時(shí),側(cè)面A的扣邊a、側(cè)面B的扣邊b也只能采用側(cè)抽芯的辦法進(jìn)行脫模。因而,側(cè)面A的卡槽T1和扣邊a使用同一個(gè)成型件進(jìn)行側(cè)抽芯脫模,需要設(shè)置內(nèi)壁分型面PA內(nèi)進(jìn)行分型,側(cè)面B的卡槽T2和扣邊b使用同一個(gè)成型件進(jìn)行側(cè)抽芯脫模,需要設(shè)置內(nèi)壁分型面PB內(nèi)進(jìn)行分型；抽芯方向FA內(nèi)、FB內(nèi)均向外。側(cè)面C內(nèi)壁上的扣邊c用斜頂方式進(jìn)行側(cè)抽芯脫模,因而,必須使用內(nèi)壁分型面PC內(nèi)進(jìn)行分型。在分型面中,型芯分型面PE為模腔的主分型面。按上述分型方式進(jìn)行分型有利于塑件的脫模,也有利于簡化模具結(jié)構(gòu)。在此分型基礎(chǔ)上,模腔的布局采用1模1腔方式進(jìn)行布局,這樣既有利于脫模機(jī)構(gòu)的布置,又有利于塑件的成型精度得到有效保證[4–6]。

圖2 分型及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(2)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

為保證塑件的外觀,澆口位置宜開設(shè)在不影響塑件外觀效果的位置。經(jīng)CAE【最佳澆口位置】仿真分析可知,模腔最佳的澆口G0位置應(yīng)選擇在C側(cè)面的外壁上,如圖2a所示,C側(cè)面外壁為塑件的非明顯視域面。澆口形式可采用扇形側(cè)澆口,圖2a中型芯分型面(主分型面)PE為平面型分型面,能滿足扇形側(cè)澆口的開設(shè)需要。

針對澆口G0的流道設(shè)計(jì),模具若采用兩板模冷流道,那么模腔必須在模架內(nèi)做偏心布置才能進(jìn)行兩板模冷流道設(shè)計(jì)。但模腔偏心布置一般是不允許的,因?yàn)檫@樣將會引起模腔注塑失衡、模架尺寸加大、模具制造成本升高等問題。解決的辦法是模具使用三板模結(jié)構(gòu)形式,流道采用如圖2b所示的復(fù)合式澆注系統(tǒng)流道進(jìn)行澆注[7–9],復(fù)合流道的前段采用三板模點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)流道(包括主澆道、水平流道、垂直流道),后段采用兩板模側(cè)澆口流道。經(jīng)CAE充填分析,該復(fù)合澆注系統(tǒng)較合理,能滿足以下指標(biāo)：

①充填時(shí)間短,為0.272 7 s；所需充填壓力較小,約為37 MPa；模腔充填飽滿,無充填不足問題。

②流動(dòng)平衡,便于模腔保壓控制,成型后塑件的變形小。

③表面缺陷少,氣孔少,熔接位置最終都為熔合線,表面不會留下明顯的熔接線痕跡。

(3)成型件設(shè)計(jì)。

成型件設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 成型件設(shè)計(jì)

在模腔成型件中,動(dòng)模一側(cè)的成型件包括A側(cè)面滑塊、B側(cè)面滑塊、C側(cè)面滑塊、A側(cè)面內(nèi)滑塊、B側(cè)面內(nèi)滑塊、型芯鑲件、及C側(cè)面內(nèi)斜頂,如圖3a所示,材料都使用H13模具鋼,熱處理硬度至HRC48～52,成型部位表面粗糙度Ra為0.8。扇形側(cè)澆口開設(shè)在C側(cè)面滑塊上。

在定模一側(cè)的成型件主要是型腔鑲件,如圖3b所示,材料使用S136模具鋼,材料淬硬后回火,硬度至HRC50。成型表面粗糙度Ra為0.4。

成型件的設(shè)計(jì)及裝配需注意以下兩點(diǎn)[10–12]：

①成型件之間的配合間隙應(yīng)小于0.01 mm,以確保無夾線痕跡；

②所有孔的成型件全部做碰穿位。

3 模具結(jié)構(gòu)布置

(1)定模布置。

模具結(jié)構(gòu)采用三板模結(jié)構(gòu),如圖4所示。

圖4 模具結(jié)構(gòu)布置

模腔布局為1模1腔。模架選用LKM簡化型標(biāo)準(zhǔn)三板模架,型號為 FCI–3032–A60–B80–C90,分3次分型打開。如圖4b所示,定模結(jié)構(gòu)布局為：1個(gè)型腔鑲件、1條型腔鑲件冷卻管道W5和4根模板導(dǎo)柱,其中1根導(dǎo)柱采用偏心方式布置。在型腔鑲件的4個(gè)側(cè)面中,3個(gè)側(cè)面分別布置斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)SA,SB,SC的斜導(dǎo)柱和鎖緊塊構(gòu)件,另外1個(gè)側(cè)面布置油缸滑塊機(jī)構(gòu)SD的鎖緊塊。模具定模板和動(dòng)模板的臨時(shí)閉合由4個(gè)樹脂扣進(jìn)行扣緊,定模板、脫料板的打開定距使用4根組合拉桿進(jìn)行控制。

(2)動(dòng)模布置。

如圖4a所示,動(dòng)模的結(jié)構(gòu)布局為：1個(gè)型芯鑲件、3個(gè)斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)SA,SB,SC和1個(gè)油缸滑塊機(jī)構(gòu)SD,以及1個(gè)C側(cè)面內(nèi)斜頂機(jī)構(gòu)XC。SA,SB和SC的滑塊體通過滑塊壓條安裝在模具動(dòng)模板上。SA和SB的滑塊體分別使用雙斜導(dǎo)柱(共4根斜導(dǎo)柱)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),SC的滑塊體使用單斜導(dǎo)柱進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。型芯鑲件、SA的滑塊體、SB的滑塊體和SC的滑塊體的冷卻水管道分別為W1,W2,W3和W4,都使用?8 mm內(nèi)徑管道。SD的滑塊體不設(shè)置冷卻水管道。

(3)模腔冷卻控制。

模腔成型件冷卻設(shè)置如圖5所示。冷卻介質(zhì)為室溫自來水,冷卻水入口溫度設(shè)置為25℃,經(jīng)CAE分析,W1,W2,W3,W4,W5冷卻水路的出口溫度分別為：25.10,25.11,25.08,25.28,25.31℃。各水路出口溫度與進(jìn)口溫度的溫差都小于1℃,說明5條水路對模腔的冷卻非常有效[13–15]。

圖5 模腔冷卻水路

(4)模具零件安裝。

零件在模具中的安裝如圖6a (圖4中G-G剖視圖)和圖6b (圖4中H-H剖視圖)所示。在模具中,導(dǎo)柱9為模架導(dǎo)柱,用于脫料板4、定模板7的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向,以及定模板7與動(dòng)模板8的閉合導(dǎo)向。短拉桿1用于脫料板4的定距限位,長拉桿2用于定模板7的定距限位。

圖6 模具安裝

斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)SA,SB的結(jié)構(gòu)相同,都為雙斜導(dǎo)柱型滑塊機(jī)構(gòu)。兩者分別位于型芯鑲件27的左、右兩側(cè)。以斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)SA為例,開模時(shí),由兩個(gè)斜導(dǎo)柱24啟動(dòng)SA滑塊體20及其上的A側(cè)面滑塊22實(shí)施側(cè)抽芯,滑塊體彈簧21輔助推動(dòng)SA滑塊體20向限位螺絲19移動(dòng),以保證復(fù)位時(shí)斜導(dǎo)柱24能準(zhǔn)確插入滑塊體20的斜導(dǎo)柱孔內(nèi),模具閉合時(shí)鎖緊塊23對SA滑塊體20起鎖緊作用,防止其在高壓注塑壓力下后退。

C側(cè)面內(nèi)斜頂機(jī)構(gòu)XC由斜頂15和斜頂座14構(gòu)成,由推板12推動(dòng)其頂出,斜頂15的底部采用T型導(dǎo)軌形式與斜頂座14滑動(dòng)配合安裝,能有效保證斜頂15頂出和復(fù)位時(shí)位置的準(zhǔn)確性。

油缸滑塊機(jī)構(gòu)SD為一種油缸抽芯機(jī)構(gòu),位于型芯鑲件27的后側(cè),SD滑塊體30上同時(shí)安裝有A側(cè)面內(nèi)滑塊32、B側(cè)面內(nèi)滑塊33,SD滑塊體30由油缸28驅(qū)動(dòng),能夠在油缸座29和動(dòng)模板8上所設(shè)置的壓條槽內(nèi)移動(dòng),拉動(dòng)A側(cè)面內(nèi)滑塊32及B側(cè)面內(nèi)滑塊33抽芯和復(fù)位。閉模時(shí),尖形鎖緊塊31對SD滑塊體30進(jìn)行鎖緊。

斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)SC與斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)SA,SB的結(jié)構(gòu)相似,不再贅述。

塑件的頂出機(jī)構(gòu)由推板12及其上的8根頂針44和1個(gè)斜頂15構(gòu)成,推板12由推板導(dǎo)柱34導(dǎo)向,由復(fù)位彈簧36驅(qū)動(dòng)先復(fù)位。

4 模具工作原理

如圖6所示,模具工作分7個(gè)步驟進(jìn)行：

(1)閉模。注塑模具閉合前,通過機(jī)械手在型腔鑲件上放置一個(gè)橡膠環(huán)套(橡膠鑲件)。閉合后,模具鎖緊,注塑機(jī)向模腔內(nèi)充填熔融TPU,經(jīng)保壓、冷卻過程后,等待開模。

(2)PL1打開。動(dòng)模在注塑機(jī)動(dòng)模板8的驅(qū)動(dòng)下下行,模具首先在PL1面處打開,點(diǎn)澆口流道與側(cè)澆口流道在點(diǎn)澆口處崩斷分離。

(3)PL2打開。隨著動(dòng)模的繼續(xù)下行,動(dòng)模板8拉動(dòng)定模板7繼續(xù)下行,下行一定距離后,定模板7通過長拉桿2拉動(dòng)脫料板4下行,將點(diǎn)澆口流道廢料從拉料桿42上推出,點(diǎn)澆口流道廢料自動(dòng)脫模。

(4)PL3打開。隨著動(dòng)模繼續(xù)下行,樹脂扣從定模板7的孔內(nèi)被拔出,模具在PL3面處打開,滑塊機(jī)構(gòu)SA,SB,SC同步完成側(cè)抽芯動(dòng)作。

(5)油缸滑塊機(jī)構(gòu)SD抽芯。PL3打開后,油缸28動(dòng)作,驅(qū)動(dòng)SD滑塊體30及其上的A側(cè)面內(nèi)滑塊32和B側(cè)面內(nèi)滑塊33完成側(cè)抽芯。

(6)頂出脫模。油缸滑塊機(jī)構(gòu)SD抽芯動(dòng)作完成后,注塑機(jī)頂桿動(dòng)作,推動(dòng)斜頂15及頂針44頂出,實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模。

(7)復(fù)位閉合。塑件脫模完畢,注塑機(jī)頂桿復(fù)位,斜頂15及頂針44先復(fù)位,而后,注塑機(jī)動(dòng)模板復(fù)位,推動(dòng)模具按PL1→PL2→PL3的順序復(fù)位閉合,模具完全閉合,開啟下一注塑循環(huán)。

5 結(jié)論

設(shè)計(jì)了一副三板模具用于塑件的注射成型。模腔布局為1模1腔,使用LKM簡化型標(biāo)準(zhǔn)模架,模具分3次分型打開。在模具中,使用一種由點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)和側(cè)澆口澆注系統(tǒng)組成的復(fù)合澆注系統(tǒng),避免了模腔在模具中的偏心布置。針對內(nèi)、外壁脫模困難問題,使用了3個(gè)斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)用于塑件外側(cè)壁的成型,使用1個(gè)油缸滑塊機(jī)構(gòu)用于塑件2個(gè)側(cè)面內(nèi)壁卡槽、扣邊的成型,1個(gè)斜頂機(jī)構(gòu)用于塑件1個(gè)側(cè)面內(nèi)壁扣邊的成型,使模具結(jié)構(gòu)得到有效簡化。塑件的完全脫模由1個(gè)斜頂和8根頂針共同頂出而實(shí)現(xiàn)。模具結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用,有較好的設(shè)計(jì)參考價(jià)值。