90°彎頭管件T模設(shè)計

于進杰 饒 攀 孫 寬 馬 勝 蔣夢麒

（臨海偉星新型建材有限公司，浙江 臨海 317000）

注塑成型是一種靈活、通用且高效的塑料生產(chǎn)工藝，被用于制造幾乎所有熱塑性聚合物、共混物和復(fù)合材料產(chǎn)品，目前，注塑成型工藝生產(chǎn)了超過1/3的聚合物產(chǎn)品[1]。隨著市場競爭的日益激烈，如何減少單個產(chǎn)品的成型周期、充分挖掘注塑機潛力成為了企業(yè)的競爭核心。

多腔模具技術(shù)的應(yīng)用大幅提升了制品的產(chǎn)量并降低了單腔模具的制造成本[2-3]，然而隨著模具腔數(shù)的增加，對注塑機的塑化能力、鎖模力等都提出了更高的要求，為了進一步挖掘企業(yè)現(xiàn)有注塑機潛力，疊層模具開始被逐漸應(yīng)用于生產(chǎn)中。與常規(guī)的多腔模具相比，疊層式模具可提高90%～95%的產(chǎn)量，而其所需的鎖模力只提高了15%～20%[4]。卞平[5]為1模8腔瓶蓋注塑模具設(shè)計了一種齒條驅(qū)動式模板來保證上下兩層注塑模具同步開閉。奚建勝等[6]將數(shù)值模擬軟件Moldflow與疊層式熱流道模具設(shè)計結(jié)合，設(shè)計了1模4腔發(fā)動機缸蓋出水口接頭層疊模具，應(yīng)用于實際生產(chǎn)并取得了良好的經(jīng)濟效益。許維進等[7]設(shè)計了1模96腔雙層疊層注塑模具用于大批量生產(chǎn)注塑機數(shù)據(jù)線卡槽塑件，極大地降低了單個塑件成產(chǎn)周期與生產(chǎn)成本。

注塑成型周期包括合模、注射、冷卻與頂出4個階段[8]，據(jù)統(tǒng)計，冷卻階段的耗時約占整個成型周期60%[9]，這也意味著注塑機在使用多腔模具與疊層式模具技術(shù)成型時將有60%的時間處于閑置狀態(tài)。T模（tandem mold）成型技術(shù)可以利用其中一個型腔制品的冷卻時間來完成另一個型腔的注塑過程，以此減少了注塑機的閑置時間從而大幅提升設(shè)備效率[10-11]。目前國內(nèi)針對T模成型技術(shù)的研究與應(yīng)用較少，本文為PE雙通管件設(shè)計了T模并將其運用于生產(chǎn)，取得了良好的效益，為日后T模的設(shè)計與應(yīng)用提供參考。

1 T模技術(shù)

T模最早于2001年德國國際塑料及橡膠展上面世，作為新型的模具技術(shù)，T模在遵循注塑生產(chǎn)順序的前提下合并、重排了注塑成型工步，平衡了注塑生產(chǎn)中的瓶頸工步與閑置工步，使得注塑生產(chǎn)由單線程生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿猩a(chǎn)。T模相當(dāng)于兩幅普通模具的拼接，模具結(jié)構(gòu)中有兩個分型面，在生產(chǎn)時只打開一個分型面完成開模及頂出動作，而另一個分型面保持閉合狀態(tài)，完成注射、保壓與冷卻。如圖1所示，T模的生產(chǎn)周期由4個階段構(gòu)成。第一階段：型腔A頂出制品后合模，型腔A的流道開啟至注塑機完成填充與保壓步驟后關(guān)閉，而在此過程中B型腔中的產(chǎn)品則處于冷卻階段；第二階段：型腔A中的制品開始冷卻，注塑機在此時后退塑化，在完成儲料后打開型腔B并將產(chǎn)品頂出；第三階段：型腔B合模并重新打開流道，熔體在注塑機的作用下通過開啟的流道進入型腔B完成充型、保壓，隨后關(guān)閉型腔B的流道；第四階段：型腔A分型面打開，型腔A開模并頂出，完成一個成型周期并進入下一個周期。綜上所述，制品的冷卻時間占整個成型周期越長，T模所提高的生產(chǎn)效率越高，注塑機螺桿閑置的時間也越短。

圖1 T模生產(chǎn)流程

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及模具設(shè)計

2.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與工藝流程分析

90°電熔彎頭管件產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖2所示，產(chǎn)品材料為PE，產(chǎn)品最大輪廓尺寸為216 mm×216 mm×138 mm，制件最大壁厚為14 mm。塑件要求批量生產(chǎn)，塑件端口尺寸公差需控制在±0.5 mm內(nèi)，塑件不得出現(xiàn)變形。

圖2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，使用傳統(tǒng)一模雙腔模具生產(chǎn)彎頭管件各工步耗時如3a中所示，其成型周期可由式（1）計算，代入數(shù)據(jù)計算得其成型周期為275 s。

式中：Ttra為 傳統(tǒng)一模雙腔模具成型周期時間；Ti為注射時間；Tp為 保壓時間；Tc為冷卻時間；Ts為儲料時間；Tm為機動時間，即開模與閉模時間之和。

根據(jù)圖1中所展示的T模生產(chǎn)流程可以得到T模成型周期的計算方法[10]：T模成型周期時間=（A注射時間+A保壓時間+A塑化時間+A機動時間）+（B注射時間+B保壓時間+B塑化時間+B機動時間）。設(shè)T模成型周期時間為Tt，由于兩個分型面內(nèi)的產(chǎn)品相同，Tt的計算公式為：

假設(shè)T模生產(chǎn)各工步耗時與傳統(tǒng)一模雙腔模具生產(chǎn)各工步耗時相同，則T模具工藝流程及其各工步耗時如圖3b中所示，將數(shù)據(jù)代入式（2）中可得T模的成型周期為320 s。在理想的情況下，采用T模具生產(chǎn)可將單個產(chǎn)品生產(chǎn)周期由137.5 s縮短至80 s，縮短了41.8%的單個制品生產(chǎn)周期。

圖3 傳統(tǒng)模具與T模工藝流程

2.2 模具總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點和批量成產(chǎn)要求所設(shè)計的T模，如圖4所示。視圖B-B與視圖C-C分別展示了上下層模具型腔結(jié)構(gòu)的剖面圖，其中上層模具模板主要包括零件6～9，下層模具模板主要包括零件2～5，各模板之間通過螺釘及定位銷等結(jié)構(gòu)緊固。澆注系統(tǒng)采用了針閥式熱流道系統(tǒng)，主澆嘴將熔體引入熱流道板28后通過熱流道分熱嘴A 24與熱流道分熱嘴B 29分別將熔體注入型腔A與型腔B中。每層模具的3個方向均采用CAM板17實現(xiàn)抽芯，CAM板被安裝在每層模具的定模板一側(cè)，型芯38與凸輪桿36由型芯鑲塊37連接，在開模時凸輪桿隨著CAM板17位移并帶動型芯38運動。模具冷卻系統(tǒng)采用水冷，各層模具的定模板與動模板均開設(shè)環(huán)形水路，如主視圖所示；各型芯中開設(shè)隔板式冷卻水路。模具前后側(cè)各安裝了2組T鎖來控制型腔的開啟與閉合，T鎖構(gòu)件主要包括控制氣缸19、推桿21、固定塊22與拉鉤23。中間動模板6與定模板A 9、動模板B 2通過固定塊與拉鉤相互鏈接，從而使T模在工作時交替開啟、閉合兩個分型面。

圖4 T模裝配圖

3 T模關(guān)鍵技術(shù)

3.1 熱流道結(jié)構(gòu)設(shè)計

熱流道技術(shù)是實現(xiàn)T模兩個型腔交替注射成型的關(guān)鍵。本文設(shè)計的熱流道系統(tǒng)如圖5所示，該熱流道系統(tǒng)該熱流道系統(tǒng)主要由如下2部分組成：第一部分由與注塑機噴嘴相連的主熱嘴、熱流道板與分熱嘴A、B組成，在注塑過程中熔體經(jīng)由主熱嘴進入熱流道板后通過分熱嘴進入型腔A與型腔B中；第二部分為為由控制氣缸與針閥組成的熱流道控制系統(tǒng)，氣缸在注塑機的控制信號的操控下控制針閥的開啟與閉合，從而精確地控制成型時序。

圖5 針閥式熱流道系統(tǒng)

3.2 T-模鎖結(jié)構(gòu)設(shè)計

T-模鎖是一種順序開模鎖模器簡稱T鎖，T鎖可以控制各型腔順序開啟與閉合，并為閉合的型腔提供部分的鎖模力，本文設(shè)計了如圖6所示的T鎖。其工作過程如下：當(dāng)型腔中的制品冷卻完畢即將進入開模階段時，對應(yīng)氣缸控制器獲得控制信號，將推桿向后拉動并帶動活動塊向下運動，解除拉鉤水平方向的限制，隨后注塑機帶動拉鉤運動并實現(xiàn)開模；當(dāng)腔中的制品頂出后，拉鉤在注塑機的推動下前進插入固定塊中，隨后對應(yīng)氣缸控制器再次獲得控制信號，氣缸推動推桿前進，活動塊在彈簧的作用下復(fù)位，重新限制拉鉤水平方向的移動實現(xiàn)鎖模。

圖6 帶氣缸的T鎖設(shè)計

3.3 抽芯機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計

為配合T模自動化生產(chǎn)流程，在型腔開模時實現(xiàn)自動抽芯，模具采用了CAM板與凸輪桿組合形式抽芯，如圖7所示。在該結(jié)構(gòu)中，CAM板與固定板分別固定在動模板與定模板上，型芯與滑塊通過鑲塊連接，滑塊則與凸輪桿由螺釘緊固。CAM板在開模時隨著動模板運動打開分型面，帶動凸輪桿的滑輪沿著CAM板上開設(shè)的槽運動，從而拉動與型芯相連的鑲塊運動實現(xiàn)抽芯。

圖7 CAM板抽芯機構(gòu)

3.4 型腔交替開模與合模

T模在生產(chǎn)過程中交替開模、閉模流程如圖8所示。當(dāng)型腔B中的產(chǎn)品完成冷卻后即將進入開模階段，控制型腔B的T鎖收到控制信號拉動推桿后移并帶動滑塊向下運動直至滑塊無法限制拉鉤水平運動，最終T鎖狀態(tài)如圖8a中Ⅱ所示。隨后動模座板與動模板跟隨注塑機后退打開型腔B的分型面，并在CAM板的作用下抽出B腔中的型芯。型腔A中的塑件在該時間段內(nèi)處于冷卻階段，其對應(yīng)的T鎖狀態(tài)如Ⅱ所示，此時T鎖將模具A的動模板與定模板鎖死并提供鎖模力，如圖8b所示；氣缸頂出產(chǎn)品后拉鉤隨著注塑機的移動重新插入固定塊，隨后氣缸再次收到控制信號推出推桿，滑塊在彈簧的作用下復(fù)位鎖死型腔A完成閉模，此時T鎖如圖8a中Ⅳ所示；A腔的開啟、閉合與B腔的開啟、閉合相同，在A腔開模時T鎖將將B腔的分型面鎖死，使下層模具與上層模具的動模板隨著注塑機后退并打開A腔分型面。

圖8 交替開模與合模

4 試制生產(chǎn)

按照設(shè)計生產(chǎn)了T模并在海天MA10000注塑機上進行了生產(chǎn)試制，如圖9所示，T模在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)了型腔A與型腔B的順序充型與開模，實際生產(chǎn)周期為165 s，與預(yù)期工藝流程相近，成功地縮短了40%單個產(chǎn)品的成型周期。試制塑件如圖10所示，塑件表面無缺陷，外形尺寸在產(chǎn)品規(guī)定公差范圍內(nèi)，滿足驗收要求。

圖9 生產(chǎn)試制

圖10 試制塑件

5 結(jié)語

本文針對90°電熔彎頭PE管件的結(jié)構(gòu)特點設(shè)計了T模，模具采用針閥式熱流道結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了兩個型腔的順序充型，設(shè)計了帶氣缸的T鎖結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了模具A、B型腔的順序開合，并利用CAM板結(jié)構(gòu)實現(xiàn)模具自動抽芯。試制生產(chǎn)結(jié)果表明T?？沙浞掷米⑺軝C機臺容量，進一步發(fā)掘注塑機能力，與傳統(tǒng)的一模雙腔模具相比，T模可縮短40%的單個產(chǎn)品成型周期。