基于Moldflow分析的機(jī)頂盒多脫模機(jī)構(gòu)注射模設(shè)計(jì)

吳炳進(jìn)

（黎明職業(yè)大學(xué) 智能制造學(xué)院，泉州362000）

塑件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在確定塑件結(jié)構(gòu)特征組成，判斷模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難易的基礎(chǔ)上，首先須采用moldflow進(jìn)行CAE仿真分析，以避免盲目設(shè)計(jì)，造成生產(chǎn)成本浪費(fèi).塑件的分型與塑件的外觀形狀要求、特征結(jié)構(gòu)布置相關(guān).對(duì)于直壁的邊緣非直角性要求的側(cè)壁分型設(shè)置，須采用包邊型分型面來(lái)進(jìn)行分型.塑件外壁脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)置除了考慮脫模方便以外，同時(shí)也要考慮機(jī)構(gòu)零部件加工的方便性、簡(jiǎn)單性，以降低模具的加工制造成本［1-4］.塑件內(nèi)壁脫模機(jī)構(gòu)中，對(duì)于倒扣，多采用斜頂桿進(jìn)行脫模，但隨著側(cè)抽芯距離的加長(zhǎng)，斜頂桿的長(zhǎng)度也相應(yīng)加長(zhǎng)，這樣勢(shì)必需要加大加高模架的結(jié)構(gòu)尺寸，以容裝斜頂機(jī)構(gòu)，這也在一定程度上加大模具的制造成本，對(duì)于斜頂機(jī)構(gòu)采用萬(wàn)能斜頂機(jī)構(gòu)能有效解決這一矛盾.本文針對(duì)某大批量生產(chǎn)塑件機(jī)頂盒塑件的注射成型生產(chǎn)，在基于CAE分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一副使用新型復(fù)合澆注系統(tǒng)、帶新型滑塊機(jī)構(gòu)和斜頂機(jī)構(gòu)的三板注塑模具.

1 機(jī)頂盒塑件

機(jī)頂盒塑件的塑件結(jié)構(gòu)工程圖如圖1所示.塑件為薄殼類型件，平均壁厚2 mm，最大壁厚2.45 mm.通過(guò)UG軟件直接測(cè)量塑件體積V≈85.18 cm3，塑件的質(zhì)量為m=103.9 g.塑件四個(gè)側(cè)壁及各特征中，拔模角度選用2°～4°.

圖1 機(jī)頂盒產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

塑件主體由三個(gè)側(cè)壁面A側(cè)面、B側(cè)面、C側(cè)面和D頂面構(gòu)成.E側(cè)面為空側(cè)面.塑件的四個(gè)主體面中，內(nèi)外壁上都設(shè)置有較多的結(jié)構(gòu)子特征.C側(cè)面外壁主要有多個(gè)不同規(guī)格和形狀的孔，A側(cè)面、B側(cè)面外壁主要為多個(gè)規(guī)則的散熱矩形孔.E側(cè)面主要在D頂面的邊緣位置上設(shè)置有3個(gè)倒扣.內(nèi)壁子特征中，A側(cè)面、B側(cè)面、C側(cè)面的內(nèi)壁主要設(shè)置有加強(qiáng)筋、倒扣、卡緊槽等子特征，D頂面地內(nèi)壁上主要設(shè)置有4個(gè)緊固用的螺絲柱.

塑件材料使用ABS+PC塑料合金，ABS/PC熔體的黏度高而流動(dòng)性差，其中的成型溫度為200～250℃，模具溫度為35～70℃，脫模溫度為75～90℃.

模具一般使用水冷方式進(jìn)行冷卻.

2 模塑成型方案

受到塑件生產(chǎn)批量、結(jié)構(gòu)形狀、模具制造成本的限制，塑件的模具方案采用1模1腔布局，三板模結(jié)構(gòu)，點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)和側(cè)澆口澆注系統(tǒng)復(fù)合而成的復(fù)合式澆注系統(tǒng).成型件采用水冷方式進(jìn)行冷卻.本模塑成型方案的選用，基于以下分析［5-8］，如圖2所示，塑件的C側(cè)面外壁上，設(shè)置h1～h8八種孔，其中h1、h2、h7為沉槽孔，其余為直孔，因而，C側(cè)面外壁、這些孔及C側(cè)面的脫模，必須使用側(cè)抽芯手段進(jìn)行脫模.A側(cè)面的外壁上，孔h9也為沉槽孔，孔h10為直孔，A側(cè)面外壁的脫模，必須使用側(cè)抽芯手段；B側(cè)面的外壁上，有多個(gè)孔h10，C側(cè)面也使用側(cè)抽芯手段進(jìn)行脫模.至于E側(cè)面，該側(cè)面有3個(gè)倒扣K1、K2、K3設(shè)置于D頂面內(nèi)壁上，針對(duì)此3個(gè)倒扣的脫模，使用斜頂機(jī)構(gòu)即可進(jìn)行脫模，無(wú)須設(shè)置側(cè)面抽芯機(jī)構(gòu).因而，塑件的模腔在模具中布局時(shí)，須考慮塑件的三個(gè)側(cè)面需要設(shè)置側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，因而最佳的模腔布局為1模1腔布局.

圖2 特征在塑件上的分布

塑件內(nèi)壁的脫模，主要有以下難點(diǎn)：第一是4個(gè)螺絲柱的脫模，螺絲柱的脫模一般采用推管頂出進(jìn)行脫模，但必要情況下，也可以直接使用頂針進(jìn)行頂出；第二是A側(cè)面內(nèi)壁上的倒扣K4、K5和B側(cè)面內(nèi)壁上倒扣K6、K7必須使用斜頂進(jìn)行側(cè)抽芯頂出脫模.因而，模具在存在多個(gè)斜頂機(jī)構(gòu)、頂桿機(jī)構(gòu)或推管機(jī)構(gòu)的情況下，盡可能少使用模腔數(shù)，能有效降低裝配難度，保證塑件的成型質(zhì)量；第三是卡槽L1、L2、L3等位置的成型件加工困難，加工成本高（電火花），必須使用鑲件鑲拼形式，以降低成型件加工難度，節(jié)省模具制造成本［15-17］.

澆注及冷卻方案.模腔擬采用的澆注及冷卻方案如圖3（a）所示.澆注系統(tǒng)使用三板模點(diǎn)澆口流道系統(tǒng)與兩板模側(cè)澆口流道系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)合組合，構(gòu)成復(fù)合澆注系統(tǒng).冷卻系統(tǒng)中，使用2組平行式管道分別構(gòu)成型腔冷卻管道、型芯冷卻管道對(duì)型腔成型件、型芯成型件進(jìn)行冷卻.

圖3 澆注/冷卻CAE分析

復(fù)合澆注系統(tǒng)中，流道R1-R3段為點(diǎn)澆口流道，流道R4-R5（R5）段為側(cè)澆口流道.注塑機(jī)噴嘴通過(guò)入口澆口G0對(duì)模腔的流道進(jìn)行供料，中途須借助點(diǎn)澆口G1、和兩個(gè)側(cè)澆口G2、G2才能對(duì)模腔進(jìn)行澆注.

運(yùn)用moldflow對(duì)澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進(jìn)行CAE仿真分析后發(fā)現(xiàn)，模腔的充填時(shí)間為1.9 s左右，且充填均勻飽滿，如圖3（b）所示，所需注塑充填壓力不高，所需壓力為78 MPa左右，如圖3（c）所示.經(jīng)所設(shè)置管道冷卻后的模腔，在塑件冷卻終了時(shí)，塑件上各處的溫度分布在46～58℃之間，且兩個(gè)管道的進(jìn)出口溫差都在5℃以內(nèi)，如圖3（d）所示，說(shuō)明該冷卻系統(tǒng)的管道布置合理、有效、可行.

3 分型及成型件設(shè)計(jì)

塑件模腔使用5個(gè)分型面來(lái)進(jìn)行分型，其中，頂端分型面PD用于D頂端面的分型，分割出成型件型腔主鑲件.3個(gè)側(cè)面分別用相應(yīng)的側(cè)面分型面PA、PB、PC來(lái)進(jìn)行分型，分割出成型件A滑塊、B滑塊、C滑塊，如圖4（a）所示.型芯主鑲件的分型則使用主分型面P0面進(jìn)行分型，分割出型芯主鑲件，如圖4（c）所示.分型面PE為局部區(qū)域分型面，參與主型腔鑲件和主型芯鑲件的分割分離.

圖4 分型及成型件設(shè)計(jì)

成型件材料選材結(jié)合圖4所示，塑件模腔成型件構(gòu)成包括如下：型腔主鑲件、型芯主鑲件、A滑塊、B滑塊、C滑塊、7個(gè)斜頂及若干頂桿.型腔主鑲件、A滑塊、B滑塊、C滑塊為外壁成型零件；型芯主鑲件、7個(gè)斜頂為內(nèi)壁成型零件.外壁成型零件選材選用合金鋼718H，內(nèi)壁成型零件選用合金鋼P(yáng)20即可.合金鋼718H硬度調(diào)整至48HRC.

改進(jìn)型斜導(dǎo)柱滑塊側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)由A滑塊、B滑塊、C滑塊組成，其整體機(jī)構(gòu)若依照傳統(tǒng)型滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，則3個(gè)滑塊的導(dǎo)向功能設(shè)置在滑塊體兩側(cè)，即以B滑塊為例，壓條安裝于B滑塊兩側(cè)，但這樣設(shè)置，勢(shì)必增大滑塊的長(zhǎng)寬尺寸，加大機(jī)構(gòu)對(duì)模架長(zhǎng)寬尺寸的要求.顯然，若將B滑塊的底部通過(guò)螺絲緊固加裝底滑塊后，依靠底滑塊與壓條的滑動(dòng)配合來(lái)進(jìn)行導(dǎo)向，勢(shì)必能有效縮減B滑塊的長(zhǎng)寬尺寸.

（4）改進(jìn)型斜頂機(jī)構(gòu)7個(gè)斜頂機(jī)構(gòu)都采用改進(jìn)型“萬(wàn)能斜頂機(jī)構(gòu)”.模具通過(guò)推板推動(dòng)萬(wàn)能斜頂座來(lái)推動(dòng)斜頂頂出，而非直接通過(guò)推板將斜頂頂出.這樣即能降低斜頂機(jī)構(gòu)對(duì)模架長(zhǎng)寬尺寸的要求.

4 模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)如圖5所示，模具為三板模結(jié)構(gòu)［9-11］.一模一腔布局，模腔使用兩點(diǎn)側(cè)澆口澆注.模架使用龍記標(biāo)準(zhǔn)模架LKM4040-A80-B80-C120.模具分三次分型打開(kāi)，打開(kāi)面依次為PL1→PL2→PL3.模腔澆注的流道為前述側(cè)澆口流道，側(cè)澆口流道的供料由三板模架的點(diǎn)澆口流道進(jìn)行供料.模具中，布置有3個(gè)動(dòng)模滑塊抽芯機(jī)構(gòu)，分別為C滑塊機(jī)構(gòu)16、A滑塊機(jī)構(gòu)17、B滑塊機(jī)構(gòu)22.塑件的頂出脫模由7個(gè)萬(wàn)能斜頂機(jī)構(gòu)21及若干根頂桿9共同頂出.推板7須設(shè)置頂針板導(dǎo)柱20進(jìn)行導(dǎo)向，設(shè)置復(fù)位桿19、復(fù)位彈簧18以確保推板7的可靠復(fù)位.為降低水道在模板中的開(kāi)設(shè)難度，水路的轉(zhuǎn)向接通延伸到模架外，使用快速接頭12和橡膠管11進(jìn)行轉(zhuǎn)向接通.

圖5 模具結(jié)構(gòu)

模具按照以下步驟完成工作：

（1）模具閉模注塑.模具經(jīng)安裝調(diào)試、試模后安裝于注塑機(jī)上，閉合，準(zhǔn)備注塑.

（2）注塑.注塑過(guò)程按充填、保壓、冷卻后等待開(kāi)模.

（3）PL1面打開(kāi).模具在注塑機(jī)動(dòng)模的帶動(dòng)下下行，模具在PL1面處打開(kāi)，打開(kāi)時(shí)，點(diǎn)澆口流道與側(cè)澆口流道在點(diǎn)澆口處分離.

（4）PL2面打開(kāi).動(dòng)模繼續(xù)下行，脫料板2將點(diǎn)澆口流道廢料拔出脫模.

（5）PL3面打開(kāi).動(dòng)模繼續(xù)下行，模具在PL3面處打開(kāi)，打開(kāi)時(shí)，A滑塊機(jī)構(gòu)、B滑塊機(jī)構(gòu)、C滑塊機(jī)構(gòu)各自的斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的3個(gè)滑塊A滑塊、B滑塊、C滑塊完成側(cè)面抽芯動(dòng)作.

（6）頂出.模具打開(kāi)后，注塑機(jī)頂桿推動(dòng)拉桿將推板推出，從而將7個(gè)斜頂及若干頂桿頂出，從而將塑件從型芯主鑲件上頂出，實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模.

（7）復(fù)位.模具閉合前，推板7先復(fù)位.而后，模具按PL3-PL2-PL1順序依次閉合，等待下一注塑循環(huán).

5 結(jié)論

結(jié)合塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一副三板模具用于塑件的注射成型.模具布局為1模2腔，采用復(fù)合式澆注系統(tǒng)，復(fù)合式澆注系統(tǒng)由點(diǎn)澆口流道和側(cè)澆口流道復(fù)合而成，有效解決了塑件單腔布局下側(cè)澆口開(kāi)設(shè)難題.使用了一種改進(jìn)型斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)、一種改進(jìn)型萬(wàn)能斜頂機(jī)構(gòu)有效縮減了機(jī)構(gòu)對(duì)模架長(zhǎng)寬尺寸的要求.借助CAE分析，有效確保了模腔注塑成型的可靠性，避免了潛在的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提高了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效率.