電器罩主型芯先抽芯三板四次開模注塑模設(shè)計(jì)

沈忠良，肖國華，王偉偉，溫瑞，涂秋艷

(浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江寧波 315012)

1 電器罩塑件成型分析

電器罩塑件如圖1所示，生產(chǎn)數(shù)量40萬個(gè)。材料使用聚碳酸酯(PC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)合金，收縮率0.55%。塑件的注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)圍繞以下幾點(diǎn)展開[1–4]：

圖1 電器罩塑件

(1)結(jié)合塑件外壁、內(nèi)壁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以看出，外壁、內(nèi)壁的包緊力較大，脫模比較困難，特別是內(nèi)壁的脫模。內(nèi)壁上眾多的卡扣、定位筋、定位孔及卡槽等對(duì)內(nèi)壁型芯的包緊力較大，對(duì)于內(nèi)壁的脫模，需要使用較多的頂針將塑件頂出，但鑒于頂端內(nèi)壁上各特征的特點(diǎn)，能夠布置頂針的位置很少。外壁上雖然也有較多的特征，但相對(duì)而言，針對(duì)外壁可分成多個(gè)側(cè)面成型件分別抽芯脫模，單個(gè)側(cè)面的包緊力相對(duì)較小，脫模較為容易。因而，在整體脫模順序安排上，應(yīng)優(yōu)先安排內(nèi)壁先脫模。

(2)鑒于四個(gè)側(cè)面上格柵孔、矩形孔、壁槽等外壁特征的脫模需要，四個(gè)側(cè)面須分別進(jìn)行側(cè)抽芯脫模。其中，有兩個(gè)外壁上分別設(shè)置有兩個(gè)彈扣特征，彈扣脫模時(shí)會(huì)被滑塊拉扯而變形，因而在這兩處設(shè)計(jì)側(cè)抽芯脫?；瑝K機(jī)構(gòu)時(shí)，要考慮在滑塊上安排止推機(jī)構(gòu)。

(3)塑件成型精度要求稍高(MT4)，須盡可能減小注塑后塑件的內(nèi)應(yīng)力，澆口位置及澆口數(shù)量的設(shè)計(jì)非常重要。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 模具整體設(shè)計(jì)思路

在進(jìn)行模具整體設(shè)計(jì)時(shí)須先完成以下機(jī)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的設(shè)置：第一，須保證內(nèi)壁先抽芯脫模；第二，外壁四個(gè)側(cè)面?zhèn)瘸樾久撃r(shí)，要防止塑件脫模變形，須防止塑件外壁粘住側(cè)面成型滑塊；第三，在對(duì)模腔注塑時(shí)，應(yīng)采用均衡注塑，盡可能減少塑件內(nèi)應(yīng)力，以確保塑件成型尺寸精度及尺寸穩(wěn)定性；第四，為確保模具的使用壽命，應(yīng)針對(duì)模具中的機(jī)構(gòu)件進(jìn)行合理的定模和動(dòng)模設(shè)計(jì)。

2.2 整體結(jié)構(gòu)布置

(1)內(nèi)壁型芯先抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)置。

圖2 為成型件設(shè)置及模具整體結(jié)構(gòu)。如圖2a所示，針對(duì)筋位多且包緊力較大的殼體塑件而言，塑件的最終脫模若依靠設(shè)置多個(gè)頂桿來頂出完成，塑件內(nèi)壁頂部有可能會(huì)被小頂桿頂破，造成塑件的損壞。較好的解決辦法是通過左滑塊、右滑塊等四個(gè)側(cè)面外壁成型滑塊先夾持住塑件，然后對(duì)內(nèi)壁主型芯及組合鑲件進(jìn)行先抽芯，由此保證塑件內(nèi)壁不被破壞[5]。因而，如圖2b所示，將主型芯緊固安裝在動(dòng)模墊板6上，左滑塊等四個(gè)側(cè)面滑塊安裝在動(dòng)模板5上，動(dòng)模墊板6與動(dòng)模板5之間的P1開模面可以打開30 mm距離以保證主型芯及組合鑲件先從塑件內(nèi)壁中抽芯。主型芯及組合鑲件先抽芯時(shí)，塑件內(nèi)壁中央須由頂桿頂住，否則，塑件中間的筋槽會(huì)變形或者斷裂，外壁則由四個(gè)側(cè)面成型滑塊托住。主型芯及組合鑲件抽芯完成后，P2和P3開模面分別用于塑件與流道廢料分離及流道廢料脫模，最后P4開模面打開而驅(qū)動(dòng)左滑塊等四個(gè)側(cè)面滑塊完成塑件四個(gè)外壁側(cè)面的抽芯脫模，塑件最后由頂針頂出而實(shí)現(xiàn)完全脫膜。

圖2 成型件設(shè)置及模具整體結(jié)構(gòu)

(2)外壁側(cè)滑塊設(shè)置。

塑件的四個(gè)外壁需設(shè)置四個(gè)側(cè)面抽芯滑塊，由于其中的兩個(gè)側(cè)面上有彈扣特征，脫模時(shí)容易粘模，因而，對(duì)應(yīng)的兩個(gè)側(cè)滑塊左滑塊和右滑塊上須分別設(shè)置彈扣特征的止推機(jī)構(gòu)[6–9]。

(3)澆注系統(tǒng)設(shè)置。

為減少塑件內(nèi)應(yīng)力變形，模腔使用如圖3所示的四個(gè)澆口進(jìn)行均衡澆注，依據(jù)澆口位置和數(shù)量需要，最佳的澆注系統(tǒng)為點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)，模具最終采用三板模的形式。

圖3 4點(diǎn)澆口模流分析

(4)模具結(jié)構(gòu)定模和動(dòng)模設(shè)置。

圖4 為模具定模、動(dòng)模結(jié)構(gòu)布置。由于塑件的高度較高，塑件的頂出距離較大，所需的模具總高度較大，對(duì)注塑機(jī)的容模尺寸要求較高，因而，在確保模具有足夠剛性的前提下，應(yīng)盡量控制模具的總高度。采用簡(jiǎn)化型小水口形式三板模架，故將導(dǎo)柱11設(shè)置于定模側(cè)。由于動(dòng)模板5與動(dòng)模墊板6先分開30 mm，動(dòng)模側(cè)的動(dòng)模墊板6和動(dòng)模板5之間需要進(jìn)行定位，故在動(dòng)模板5與動(dòng)模墊板6之間布置了內(nèi)置導(dǎo)柱18和動(dòng)模板導(dǎo)套17。定模板3與動(dòng)模板5臨時(shí)鎖緊力由兩種構(gòu)件提供，一是布置在定模板上的尼龍拉釘14，二是強(qiáng)力彈簧15。使用四個(gè)拉桿螺桿對(duì)動(dòng)模板5與動(dòng)模墊板6的打開距離進(jìn)行限位。

圖4 模具定模、動(dòng)模結(jié)構(gòu)布置

3 關(guān)鍵成型件設(shè)計(jì)

3.1 主型芯設(shè)計(jì)

圖5 為主型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如圖5a所示，主型芯20固定在動(dòng)模墊板6上，使用冷卻水井進(jìn)行冷卻。如圖5a和圖5b所示，主型芯20的頂部布滿深槽，而且這些深槽的尺寸精度要求很高，如將型芯做成整體式，加工會(huì)比較困難，特別是須經(jīng)手工拋光的槽側(cè)壁很難達(dá)到高精度尺寸要求，而且用火花機(jī)加工的槽側(cè)壁會(huì)存在火花機(jī)蝕紋，去除這些蝕紋特別是槽根部的蝕紋非常困難，所以，對(duì)于主型芯的結(jié)構(gòu)考慮采用鑲件鑲拼方式。通過幾種方案的對(duì)比，最終采用了交叉式鑲件布置方案，即將鑲件分為兩組，三個(gè)橫向鑲件22為第一組，五個(gè)縱向鑲件23為第二組，其余部分為主型芯20的本體。在主體型芯20上放置縱、橫鑲件的槽可以用線切割方法加工，成型槽的臺(tái)階面可以用火花機(jī)加工，這樣拋光操作也較為容易。第一組鑲件的加工沒有難度，但是加工精度要求很高，穿過主型芯20的所有頂針都布置在這組鑲件上。對(duì)于第二組鑲件，可使用精密磨床和火花機(jī)進(jìn)行加工，加工難度較小。安裝時(shí)，縱、橫兩組鑲件相互扣鎖，這樣可以在注塑時(shí)鑲件相互之間沒有移動(dòng)，當(dāng)兩組鑲件被固定在主型芯20本體中時(shí)能形成一個(gè)堅(jiān)固的整體，通過該種互鎖結(jié)構(gòu)設(shè)置，鑲件僅用六個(gè)M6螺絲即可全部固定，經(jīng)生產(chǎn)證明，這種鑲件的固定設(shè)計(jì)非?？煽?，能為在主型芯20上布置頂桿和水路留下足夠的空間。

圖5 主型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主型芯20與動(dòng)模板5為活動(dòng)配合，須進(jìn)行精確定位設(shè)計(jì)[10–13]。如圖5c所示，主型芯20固定在動(dòng)模墊板6上，因而主型芯20在每一次開模的過程中都會(huì)與動(dòng)模板5分開和鎖緊一次。為了使主型芯20減少磨損和精確定位，主型芯20和動(dòng)模板5的配合采用斜面配合，因動(dòng)模板5的材料是50鋼不耐磨，所以須設(shè)計(jì)一個(gè)耐磨的鑲件，即主型芯壓板24。主型芯壓板24固定在動(dòng)模板5上，為了增加主型芯20的穩(wěn)定性，主型芯壓板24的內(nèi)側(cè)和外側(cè)都加工有5°斜度，一個(gè)是正向5°，一個(gè)是負(fù)向5°，如圖5d所示。主型芯壓板24比動(dòng)模板20的主面高0.2 mm，這樣能在注塑機(jī)鎖模時(shí)緊緊壓住主型芯20，使得注塑機(jī)注塑時(shí)，主型芯20不會(huì)被沖偏。

如圖5e所示，四個(gè)側(cè)面的滑塊及其軌道都布置在動(dòng)模板5上，因而，在主型芯壓板24的四面設(shè)有4個(gè)滑塊止位塊(撞塊)25，用于4個(gè)側(cè)面滑塊的限位，在主型芯壓板24和滑塊止位塊25之間有推頂彈簧26。

3.2 側(cè)面滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)前/后滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。

塑件的前側(cè)面、后側(cè)面分別使用前滑塊機(jī)構(gòu)、后滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行成型和脫模，兩個(gè)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相似，以圖6所示的前滑塊機(jī)構(gòu)為例，其設(shè)計(jì)包括以下方面。

圖6 前滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

①前滑塊機(jī)構(gòu)由前滑塊鑲件27、滑塊本體28、滑塊止位塊25和推頂彈簧26組成。前滑塊鑲件27用738H制作，硬度為HRC42，其反面有一個(gè)定位臺(tái)，精確地卡在滑塊本體28的長(zhǎng)方形凹槽中，前滑塊鑲件27與滑塊本體28由4個(gè)M6內(nèi)六角螺絲進(jìn)行組合固定。水路布置在前滑塊鑲件27上，由滑塊本體28上的水路引出，兩者結(jié)合處須設(shè)置密封圈?；瑝K本體28由設(shè)置在定模板上的T型塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

②在注塑機(jī)合模時(shí)，為保證T型塊可以對(duì)準(zhǔn)滑塊本體28上的T型槽入口處，需要將滑塊本體28停留在滑出行程的最后位置，這個(gè)動(dòng)作由推頂彈簧26來實(shí)現(xiàn)的。推頂彈簧26布置在主型芯壓板24和滑塊止位塊25之間的孔中，實(shí)際制作時(shí)，彈簧有10 mm的預(yù)壓縮量，若不設(shè)置該預(yù)壓縮量，則若這個(gè)彈簧失效，滑塊本體28就有可能回到內(nèi)側(cè)，四個(gè)滑塊中上面的前滑塊會(huì)由于重力作用而下落，這時(shí)T型塊無法進(jìn)入T型槽，強(qiáng)行合模時(shí)會(huì)將滑塊本體28壓壞。

③滑塊止位塊25除了使推頂彈簧26向外頂住滑塊外，還起到防止滑塊本體28向內(nèi)滑移的止位作用。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，在前滑塊鑲件27上有多個(gè)小凸臺(tái)的面與主型芯20的側(cè)面碰穿配合，這些面如與主型芯20上對(duì)應(yīng)的側(cè)壁直接碰穿配合，在長(zhǎng)期工作下，這些小凸臺(tái)的面將產(chǎn)生磨損，從而導(dǎo)致小凸臺(tái)的面與主型芯20上對(duì)應(yīng)的側(cè)壁之間產(chǎn)生間隙，由此使塑件產(chǎn)生飛邊，而使用滑塊止位塊25能有效防止此問題的發(fā)生。其具體原理為，在注塑機(jī)鎖模時(shí)，滑塊本體28的鎖緊分為兩步，對(duì)應(yīng)于注塑機(jī)鎖模的動(dòng)作有兩個(gè)，第一個(gè)為“快速”鎖模，第二個(gè)為高壓鎖模，這樣可以縮短注塑周期。在“快速”鎖模時(shí)，滑塊本體28向內(nèi)的運(yùn)動(dòng)具有慣性，如果沒有設(shè)置滑塊止位塊25，此時(shí)前滑塊鑲件27上的小凸臺(tái)會(huì)撞擊主型芯20，引起這些小凸臺(tái)的快速損壞；設(shè)置滑塊止位塊25后，使得滑塊由于慣性向內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這些小凸臺(tái)不會(huì)直接撞到主型芯20，而是在距離主型芯20側(cè)面0.02 mm的位置停住，只有當(dāng)注塑機(jī)高壓鎖模時(shí)，這些小凸臺(tái)的表面由于滑塊本體28被強(qiáng)迫擠壓向主型芯20靠攏才會(huì)貼緊主型芯20，這樣這些小凸臺(tái)的表面不會(huì)被磨損。

④前滑塊鑲件27的兩個(gè)側(cè)面設(shè)置有3°的斜度，以保證前滑塊鑲件27插入由另外兩個(gè)滑塊形成的凹槽中時(shí)，避免這兩個(gè)側(cè)面的磨損。

⑤T型槽的入口處的圓角應(yīng)盡量大一些，以保證定?？蛏系腡型塊插入T型槽時(shí)不發(fā)生撞擊。

⑥后滑塊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和設(shè)置與前滑塊機(jī)構(gòu)相同，不再贅述。

(2)左/右滑塊設(shè)計(jì)。

塑件的左側(cè)面、右側(cè)面分別使用左滑塊機(jī)構(gòu)、右滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行成型和脫模，此兩個(gè)滑塊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)同前滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相似，所不同的是，此兩個(gè)機(jī)構(gòu)均要設(shè)置延遲抽芯機(jī)構(gòu)，以保證塑件上彈扣特征的無損脫模。塑件的左、右側(cè)面各有兩個(gè)彈扣特征，脫模時(shí)彈扣特征外壁存在較大的包緊力，而對(duì)應(yīng)的貼緊主型芯20的彈扣內(nèi)壁面是平面，對(duì)彈扣沒有任何包緊力，所以脫模時(shí)彈扣會(huì)留在左右側(cè)滑塊上，俗稱“粘滑塊”。為解決此問題，以左滑塊設(shè)計(jì)為例，如圖7所示，在T型塊33的下端，對(duì)著彈扣型針31的尾端位置，設(shè)計(jì)了一小段直平面——延時(shí)平面(上下高度22 mm)，在模具P4面閉合時(shí)，延時(shí)平面頂住彈扣型針31半球左尾端，彈扣型針31的右端參與彈扣特征的成型，相當(dāng)于一根側(cè)面頂針。當(dāng)P4面打開時(shí)，由于有延時(shí)平面，滑塊本體28向左移動(dòng)而彈扣型針31可以保持不動(dòng)，頂住塑件彈扣特征，使其與左側(cè)面鑲件29分離，直到左側(cè)面鑲件29完成4 mm的側(cè)抽芯運(yùn)動(dòng)；當(dāng)P4面繼續(xù)打開時(shí)，延時(shí)平面離開彈扣型針31的半球左尾端，由于型針彈簧30的推動(dòng)，彈扣型針31從塑件彈扣特征上向左抽出，完成彈扣特征的脫模。機(jī)構(gòu)閉模時(shí)的鎖緊由鎖緊塊34鎖緊，彈扣型針31上設(shè)置有止轉(zhuǎn)銷32。

圖7 左滑塊延時(shí)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

(3)滑塊底部摩擦片的設(shè)計(jì)。

如圖7所示，模具中四個(gè)側(cè)面滑塊由安裝在定模板上的四個(gè)T形塊33驅(qū)動(dòng)，在注塑機(jī)鎖模力的作用下，四個(gè)滑塊底部對(duì)動(dòng)模板5的壓力很大，故在動(dòng)模板5上必須設(shè)置摩擦片，與滑塊的底面形成摩擦副。摩擦片的表面與主型芯壓板24處于相同高度，共同組成摩擦面，該摩擦面須比動(dòng)模板5的表面高0.2 mm。摩擦片材料采用Cr12，硬度為HRC60。

(4)滑塊導(dǎo)向軌道塊設(shè)計(jì)。

對(duì)于四個(gè)側(cè)面滑塊滑動(dòng)所需的“T”形滑動(dòng)軌道，不采用在動(dòng)模板5上開槽的方式來實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)樵谀０彘_深槽會(huì)使得動(dòng)模板5變形，且浪費(fèi)鋼材。因此設(shè)計(jì)了一種滑塊導(dǎo)向軌道塊，該滑塊導(dǎo)向軌道塊使用成本較低且耐磨性高的T8工具鋼耐磨塊，將其經(jīng)過熱處理后“貼”在動(dòng)模板5上，如圖8所示?；瑝K導(dǎo)向軌道塊一共有六種功能性的孔：一是5個(gè)M10的內(nèi)六角螺絲孔，用來將軌道固定在動(dòng)模板上；二是尼龍拉釘孔，布置在定模側(cè)的尼龍拉釘14是主型芯20先抽芯的動(dòng)力來源；三是精定位孔，與布置在定模側(cè)的圓錐定位器相配合，起到動(dòng)、定模的整體精密定位作用；四是布置在精定位孔底部的定位銷孔，它與導(dǎo)套同時(shí)起到軌道與動(dòng)模板之間的定位作用；五是導(dǎo)套孔；六是復(fù)位桿擋圈孔。

圖8 滑塊導(dǎo)向軌道塊設(shè)計(jì)

(5)復(fù)位桿頭部擋圈設(shè)計(jì)。

復(fù)位桿頭部擋圈具有重要的作用，其安裝于如圖8所示的復(fù)位桿擋圈孔中，當(dāng)動(dòng)模板5與動(dòng)模墊板6在尼龍拉釘14和四個(gè)大彈簧的作用下分開時(shí)，由于這個(gè)擋圈的作用，整個(gè)頂出系統(tǒng)也跟隨動(dòng)模板5移動(dòng)，確保11根頂桿始終頂住塑件，若沒有這個(gè)動(dòng)作，塑件的底部沒有11根頂桿頂住，成型塑件的底部筋槽就會(huì)在主型芯20的作用下發(fā)生變形甚至斷裂。

4 模具定模設(shè)計(jì)

模具為典型的三板模點(diǎn)澆口形式，采用簡(jiǎn)化型小水口模架。定模的設(shè)計(jì)相對(duì)較簡(jiǎn)單，定模中，型腔鑲件同樣也是由一個(gè)主型腔鑲件兩組小鑲件組成，主型腔鑲件材料同為738H，硬度為HRC38。兩組小鑲件材料尺寸較小，很難安排冷卻水路，因而采用導(dǎo)熱性能強(qiáng)的鈹銅來做小鑲件。

5 模具工作原理

模具開模狀態(tài)如圖9所示，分4次分型打開，除P1面打開有不同作用以外，其余開模面的打開同普通三板模相同，工作原理也相同[14–15]。

圖9 模具開模狀態(tài)

6 結(jié)語

模具的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圍繞塑件內(nèi)壁主型芯動(dòng)模先抽芯需要而展開，設(shè)計(jì)了一副一模一腔四次開模點(diǎn)澆口模具，主要設(shè)計(jì)思路如下：

(1)在脫模順序上，應(yīng)優(yōu)先安排包緊力大的內(nèi)壁成型件先抽芯。

(2)內(nèi)壁主型芯上的小鑲件互鎖和精確定位，使得活動(dòng)的動(dòng)模系統(tǒng)與動(dòng)模底板之間有精密的定位，且便于加工，簡(jiǎn)化了裝配難度，可靠性好，可為多鑲件結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)定位設(shè)計(jì)提供有益借鑒。

(3)四個(gè)側(cè)面滑塊的結(jié)構(gòu)中，附加設(shè)置的滑塊止位塊及推頂彈簧能有效保證滑塊的使用壽命，提高塑件的成型質(zhì)量；左右兩個(gè)側(cè)面滑塊機(jī)構(gòu)中，所設(shè)置的彈扣型針延時(shí)抽芯，有效保證了塑件彈扣特征的無損成型。

(4)模具中滑塊底部摩擦片、滑塊導(dǎo)向軌道塊設(shè)計(jì)、復(fù)位桿擋圈孔等的設(shè)計(jì)，構(gòu)思精細(xì)，巧妙實(shí)用，為模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了有益借鑒。