醫(yī)用電子檢測儀支架雙色成型模具設(shè)計

劉義考

(湖州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江湖州 313099)

對于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)電子檢測裝置或儀器，從產(chǎn)品外觀設(shè)計或使用檢測需要出發(fā)，常常需要將一些檢測裝置或儀器的結(jié)構(gòu)塑件設(shè)計成雙色塑件，通過雙射成型的注塑方式來獲得大批量生產(chǎn)。注塑工藝中，雙射成型主要是以兩套模具配合雙射成型機兩只機筒按先后次序經(jīng)兩次成型制成含有兩種材料塑件的一種成型工藝。雙射成型是注塑工藝中的一種重要成型工藝方式，其成型產(chǎn)品具有以下優(yōu)點：一是產(chǎn)品精度高、質(zhì)量穩(wěn)定；二是結(jié)構(gòu)強度好、耐久性佳；三是配合間隙小、外觀良好；四是生產(chǎn)成本低，同時能作為復(fù)合塑件產(chǎn)品提升附加價值[1-4]。雙射成型按塑件結(jié)構(gòu)的設(shè)計實用需要演化為多種成型方式，常見的有3種，分別為：①不同材料混料雙射成型(混料成型)；②不同/相同材料不同顏色有界雙色雙射成型(雙色成型)；③相同材料不同顏色混色雙射成型(混色成型)。

不同的雙射成型方式有其不同的用途，混料成型主要解決塑件結(jié)構(gòu)裝配、握持手感等問題，雙色和混色成型主要解決塑件顏色外觀問題[5-8]。雙射成型中，材料間的結(jié)合有兩種情況：一種是通過倒扣等特征進行機械結(jié)合，即假性結(jié)合；另一種是材料間相互熔合從而進行結(jié)合。

雙色成型中，一般是待第一種材料冷卻凝固后再注塑第二種料，兩種材料有明顯的結(jié)合邊界。成型產(chǎn)品多為軟膠和硬膠相結(jié)合的塑件，第一射注塑硬膠，第二射注塑軟膠，此種選材所開模具的方法稱之為正開模具，是現(xiàn)在雙色成型生產(chǎn)中最常用的開模方法；但也有少數(shù)模具是反開模具，即第一射注塑軟膠，第二射注塑硬膠，這種情況一般是因為受到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限制，只有在模具無法正開的時候才使用，開模和成型的難度都非常的大，反開模具技術(shù)比較少見，還在進一步的探索中。

筆者針對某醫(yī)用電子檢測儀支架需使用不同顏色的兩種材料進行成型的要求，設(shè)計了該塑件的雙色成型工藝和旋轉(zhuǎn)式雙色成型模具，在模具中設(shè)計了一種改進型三角形截面斜導(dǎo)柱滑塊機構(gòu)，非常適用于帶有側(cè)抽芯需要雙色成型模具的開發(fā)，對于同類模具的研發(fā)有較好的設(shè)計參考價值。

1 醫(yī)用電子檢測儀支架雙色塑件分析

1.1 塑件結(jié)構(gòu)

某醫(yī)用電子檢測儀支架雙色塑件的結(jié)構(gòu)構(gòu)成如圖1所示。塑件由基礎(chǔ)件C1和插片體C5兩部分構(gòu)成，使用雙色成型方式成型。雙色成型第一射成型基礎(chǔ)件，基礎(chǔ)件C1的基本形狀為一個118 mm×17 mm×7 mm的框架體，基礎(chǔ)件的基本結(jié)構(gòu)由兩個側(cè)邊通過中間的5個中間橫梁結(jié)合構(gòu)成，兩個側(cè)邊各設(shè)置有5個側(cè)孔C3，共10個，中間4個橫梁上設(shè)置4個高度為9 mm的凸臺C2，基礎(chǔ)件底面上還設(shè)置多個增強筋和局部小凸臺特征。雙色成型第二射成型位于4個凸臺C2上的4個獨立插片體C5。塑件雙色成型時，其成型順序是，在第一射成型基礎(chǔ)件C1的基礎(chǔ)上，再第二射成型4個插片體C5，從而構(gòu)成醫(yī)用電子檢測儀支架雙色塑件C4。

圖1 醫(yī)用電子檢測儀支架雙色塑件Fig. 1 Medical electronic detector bracket dual-color plastic part

1.2 塑件成型選材與顏色外觀

依據(jù)塑件的成型要求，基礎(chǔ)件和插片體分別選用不同顏色的材料進行成型?；A(chǔ)件材料選用牌號為CALIBRE IM 401-11的聚碳酸酯(PC)塑料 (美國盛禧奧公司)，收縮率為0.51%～0.69%。插片體選用牌號為Multilon T-3011 TG5667的PC/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)改性材料 (日本帝人株式會社)，收縮率為0.52%～0.65%，該材料為一種ABS改性的PC合金材料。基礎(chǔ)件顏色為米白色，插片體顏色為黑色，所選兩種材料都需要進行著色改性。對于雙色成型，第一射成型塑料材料的熔點要高于第二射成型塑料材料的熔點，以免第二射成型的塑料在兩種塑料材料邊界處將第一射成型的塑料融化，導(dǎo)致第二射注塑無法正常完成。因而，本雙色塑件的選材設(shè)計中，CALIBRE IM 401-11熔體溫度范圍為最小值280 ℃，最大值320 ℃，標(biāo)定熔體溫度為300 ℃；Multilon T-3011 TG5667熔體溫度范圍為最小值230 ℃，最大值300 ℃，標(biāo)定熔體溫度為265 ℃，比CALIBRE IM 401-11熔體溫度低35 ℃，能滿足本塑件雙色成型材料方面的基本要求。

2 雙色成型工藝設(shè)計

雙色成型生產(chǎn)中，雙射成型注塑機的第一射、第二射的射出控制系統(tǒng)是分開的，是兩個完全獨立的操作系統(tǒng)，可以自由地調(diào)整第一射、第二射的參數(shù)。但在實際的雙射成型中，第一射的成型參數(shù)有可能會影響第二射成型的質(zhì)量狀況，因為第二射成型時，相當(dāng)于用第一射成型的塑件作為型芯，第一射成型的基礎(chǔ)塑件可以說是第二射成型塑件模腔的一個成型零件，該成型零件對第二射成型塑件的成型質(zhì)量有著非常重要的影響，所以在調(diào)整第一射成型塑件的成型工藝參數(shù)時，必須考慮是否會對第二射成型塑件產(chǎn)生不良影響[9-13]。針對本塑件雙色成型的要求，分別設(shè)置第一射和第二射的成型工藝。

2.1 基礎(chǔ)件第一射成型工藝

基礎(chǔ)件第一射的成型工藝參數(shù)為：①烘料90 ℃/2 h (紅外線烘箱)；②噴嘴溫度285～290 ℃；③模具溫度80～85 ℃；④注射時間1～2 s，注射壓力90～110 MPa，保壓時間4～8 s，保壓壓力40～60 MPa，分三段保壓，背壓3～5 MPa；⑤冷卻時間12～15 s。

2.2 插片體第二射成型工藝

插片體第二射的成型工藝參數(shù)為：①烘料80 ℃/2 h (紅外線烘箱)；②噴嘴溫度255～260 ℃；③模具溫度60～80 ℃；④注射時間1～2 s，注射壓力60～80 MPa，保壓時間2～4 s，保壓壓力30～50 MPa，分兩段保壓，背壓2～3 MPa；⑤冷卻時間5～8 s。

3 模具設(shè)計

采用正開式模具設(shè)計方法設(shè)計旋轉(zhuǎn)型雙色成型模具時，雙色成型模具的基本結(jié)構(gòu)由兩副二級子模具構(gòu)成。第一副子模具用于第一射基礎(chǔ)塑件的成型，第二副子模具用于第二射塑件插片體的成型[14-16]。兩副子模具在注塑機動模板的轉(zhuǎn)盤上按180°成軸對稱方式布置，兩者的動模結(jié)構(gòu)相同，但定模結(jié)構(gòu)不同。定模結(jié)構(gòu)的不同之處主要是模腔構(gòu)成中的定模型腔鑲件結(jié)構(gòu)不同。在設(shè)計第一射第一副子模具的定模型腔鑲件時，需要對第一副子模具中的第二射成型膠位進行封堵，而在第二射第二副子模具中針對此第二射膠位進行開放?；诖嗽O(shè)計原理，醫(yī)用電子檢測儀支架雙色塑件雙色模具設(shè)計如下。

3.1 分型及模腔成型件設(shè)計

本雙色成型模具設(shè)計中，需要針對第一射第一副子模具和第二射第二副子模具的模腔分別進行設(shè)計，其設(shè)計如下。

3.1.1 第一射基礎(chǔ)件C1成型件設(shè)計

基礎(chǔ)件成型件設(shè)計如圖2所示，因基礎(chǔ)件的外形相對比較簡單，使用平面型分型面對其成型模腔進行分型即可獲得主要成型件型腔鑲件1和型芯鑲件2，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合圖1所示塑件結(jié)構(gòu)，由于基礎(chǔ)件兩側(cè)邊的10個側(cè)孔實施側(cè)抽芯脫模，因而設(shè)計了10個側(cè)型芯，包括側(cè)型芯5，6，7，8等。針對10個側(cè)型芯的驅(qū)動，設(shè)置了兩個側(cè)滑塊進行驅(qū)動，兩個側(cè)滑塊分別為左側(cè)滑塊3和右側(cè)滑塊4，左側(cè)滑塊3上集成安裝5個側(cè)型芯，右側(cè)滑塊4上也集成安裝5個側(cè)型芯，這樣，只需使用兩個側(cè)滑塊即可實現(xiàn)對基礎(chǔ)件兩邊各5個側(cè)孔的成型與抽芯脫模。左側(cè)滑塊3和右側(cè)滑塊4除了驅(qū)動10個側(cè)型芯實施抽芯外，其本身還參與基礎(chǔ)件大部分外表面的成型，這樣做的目的是便于第二射插片體成型型腔的設(shè)計。即在第一射成型模腔中設(shè)置4個插片鑲件11封堵第二射成型模腔中的插片體成型膠位，然后在第二射成型模腔中去除此4個插片體鑲件11即可獲得插片體的成型膠位。而第二射成型模腔的成型件只需加工4個改形插片體鑲件11’即可，其他成型件可以和第一射模腔的成型件設(shè)置成相同結(jié)構(gòu)。或者不用設(shè)置改形插片體鑲件11’，單獨加工第二射模腔的型腔鑲件1’即可。這樣便于加工和節(jié)省模具制造成本。在基礎(chǔ)件第一射成型模腔的澆注系統(tǒng)設(shè)置中，使用2組澆注系統(tǒng)對該成型模腔進行澆注，其中的一組為熱嘴H1供給2個潛伏式澆口G1對該模腔進行澆注，另一組跟此組設(shè)計相同。模腔冷卻設(shè)計中，針對型腔鑲件1和型芯鑲件2各使用1條? 10 mm水路進行冷卻，針對左側(cè)滑塊3和右側(cè)滑塊4分別各使用1條?8 mm水路進行冷卻。最終所成型雙色塑件在插片體第二射成型完成后再由多個扁頂針12頂出脫模，基礎(chǔ)體第一射成型的流道廢料、插片體第二射成型的流道廢料在第二射成型完成后由各自的拉料桿9頂出脫模。

圖2 基礎(chǔ)件成型件設(shè)計Fig. 2 Design of basic plastic part forming parts

第一射基礎(chǔ)件成型模腔的澆注系統(tǒng)如圖3a所示，設(shè)置了2套澆注系統(tǒng)用于該模腔的澆注，所用的流道為R1，R1’，流道R1和流道R1’分別為各自的2個潛伏式澆口G1供料，故基礎(chǔ)件成型模腔使用了4個潛伏式澆口G1進行進膠。第二射插片體成型模腔的澆注系統(tǒng)如圖3b所示，當(dāng)進行第二射插片體模腔注塑時，需分別對4個各自獨立的插片體模腔進行澆注，因而，在左側(cè)滑塊3和右側(cè)滑塊4的分型面上開設(shè)了流道R2和流道R2’，用于給4個側(cè)澆口G2供料，4個側(cè)澆口G2分別用于4個插片體成型模腔的澆注。第一射成型模腔中4個插片鑲件11在型腔鑲件1上的安裝形態(tài)如圖3b所示。

圖3 第一射、第二射澆注系統(tǒng)設(shè)計Fig. 3 Design of first and second injection gating systems

3.1.2 插片體C5模腔設(shè)計

雙色成型模具排位如圖4a所示，插片體C5第二射成型模腔的結(jié)構(gòu)與第一射成型模腔的結(jié)構(gòu)基本相同，即只需將基礎(chǔ)件C1第一射成型模腔的組成件繞注塑機動模板轉(zhuǎn)盤的軸心線O-O’旋轉(zhuǎn)180°復(fù)制而獲得插片體第二射成型模腔組件。但第二射成型模腔的型腔鑲件1’與第一射成型模腔的型腔鑲件1有所不同，即型腔鑲件1’中去掉了4個插片鑲件11，去除4個插片鑲件11后所形成的空間為4個插片體的模腔空間，用于第二射注射成型4個插片體，這樣就能在第一射成型模腔注射成型后，實施第二射注射成型，最終能成型出醫(yī)用電子檢測儀支架雙色塑件。第二射成型模腔的形狀如圖4b所示，第二射成型模腔構(gòu)成零件中，第一射注射成型的基礎(chǔ)件實際上是充當(dāng)了第二射成型模腔的一個成型零件[17-20]。

圖4 雙色成型模具排位及第二射插片體C5模腔設(shè)計Fig. 4 Layout of dual-color mould cavity and design of second injection plugging sheet body C5 mould cavity

3.2 模具整體設(shè)計

醫(yī)用電子檢測儀支架雙色塑件的雙色成型模具由兩副子模具構(gòu)成，其最終設(shè)計如圖5a所示，兩副子模具中，第一射子模具的動模M1與第二射子模具的動模M2結(jié)構(gòu)相同，在注塑機動模板轉(zhuǎn)盤上安裝時按180°軸對稱布置。兩者的定模有三處不同：第一處差別在于第一射定模D1中的型腔鑲件1與第二射定模D2中的型腔鑲件1’的成型面不一樣，且型腔鑲件1中設(shè)置有4個插片鑲件11，型腔鑲件1’去除了此4個插片鑲件11；第二處差別為第一射定模D1中只安裝有兩個寬鎖緊塊15對左側(cè)滑塊3和右側(cè)滑塊4進行鎖緊，而第二射定模D2中改成為設(shè)置兩個三角截面斜導(dǎo)柱14，14’和2個窄鎖緊塊16，16’，用于對左側(cè)滑塊3’和右側(cè)滑塊4’進行側(cè)抽芯驅(qū)動，左側(cè)滑塊3’和右側(cè)滑塊4’的鎖緊則在定模板19中開設(shè)斜鎖緊面進行鎖緊；第三處差別在于澆注系統(tǒng)的不同，如圖5b所示，第一射子模具的澆注系統(tǒng)中，使用2個熱嘴H1分別通過圖3a中的冷流道R1，R1’給4個潛伏式澆口G1供料；第二射子模具的澆注系統(tǒng)中，使用2個熱嘴H2通過圖3b中的冷流道R2，R2’分別給4個側(cè)澆口G2供料。第一射子模具和第二射子模具都為兩板式熱流道模具，單次開模，開模面為PL面。兩副子模具的頂出機構(gòu)相同，都為使用推板23頂出的常規(guī)型推板頂出機構(gòu)。

3.3 第一射免抽芯滑塊機構(gòu)設(shè)計

在本雙色成型模具中，設(shè)計了一種三角截面斜導(dǎo)柱驅(qū)動的第一射免抽芯滑塊機構(gòu)。常用的斜導(dǎo)柱驅(qū)動滑塊機構(gòu)設(shè)計中，圓柱形斜導(dǎo)柱通過驅(qū)動斜導(dǎo)柱孔來驅(qū)動滑塊實施側(cè)抽芯，但此種機構(gòu)應(yīng)用于本雙色成型模具中時，會產(chǎn)生塑件成型品質(zhì)問題。具體為：結(jié)合圖5a所示，第一射子模具的左側(cè)滑塊3和右側(cè)滑塊4轉(zhuǎn)換到第二射子模具位置時會轉(zhuǎn)變成左側(cè)滑塊3’和右側(cè)滑塊4’，在這個過程中左側(cè)滑塊3和右側(cè)滑塊4在模具第一次打開時先被各自的第一射定模上的圓柱形斜導(dǎo)柱驅(qū)動而打開，當(dāng)轉(zhuǎn)位到第二射子模具位置轉(zhuǎn)變成左側(cè)滑塊3’和右側(cè)滑塊4’時，又被第二射定模上的圓柱形斜導(dǎo)柱驅(qū)動而閉合，由于第一射成型后的基礎(chǔ)件未脫模前還有的一定的溫度，基礎(chǔ)件在失去左側(cè)滑塊3和右側(cè)滑塊4的包緊后有一定的尺寸變化，導(dǎo)致左側(cè)滑塊3’和右側(cè)滑塊4’在第二射子模具中閉合時，很難完全包緊基礎(chǔ)件塑件，從而導(dǎo)致左側(cè)滑塊3’和右側(cè)滑塊4’不能完全閉合，在此狀態(tài)下，容易導(dǎo)致第二射子模具的成型模腔在進行注塑時，成型模腔封閉不嚴實而產(chǎn)生飛邊毛刺，降低了醫(yī)用電子檢測儀支架雙色塑件的成型質(zhì)量。解決的辦法是左側(cè)滑塊3和右側(cè)滑塊4在第一射注塑完成后不打開，只有在第二射注塑完成后再打開。據(jù)此要求設(shè)計了圖6所示的一種三角截面斜導(dǎo)柱14驅(qū)動的第一射免抽芯滑塊機構(gòu)。機構(gòu)設(shè)計中，以左側(cè)滑塊3’的改造為例，先將常用型圓柱形斜導(dǎo)柱滑塊抽芯機構(gòu)的斜導(dǎo)柱孔改造為圖6中所示的開放“U形槽”，然后在槽邊兩側(cè)設(shè)置兩組彈簧28驅(qū)動的彈銷29組件。

圖6 三角截面斜導(dǎo)柱滑塊機構(gòu)Fig. 6 Triangular section angle pin slider mechanism

另外，將常用的圓柱形斜導(dǎo)柱改造為圖6中所示的截面為三角形的三角截面斜導(dǎo)柱14，三角截面斜導(dǎo)柱14有3個平面T1，T2，T3，其中T3面用于驅(qū)動第二射子模具中的左側(cè)滑塊3’側(cè)向抽芯，即在動模M2按F0向下行而帶動左側(cè)滑塊3’下行時，固定在第二射子模具定模D2一側(cè)的三角截面斜導(dǎo)柱將由于彈銷29，29’的阻擋而驅(qū)動左側(cè)滑塊3’按F1向抽芯。而在第二射子模具閉合時，T1，T2面將分別壓縮彈銷29，29’而使三角截面斜導(dǎo)柱14能進入“U形槽”內(nèi)。這樣能起到如下效果：第二射子模具模具閉合時，三角截面斜導(dǎo)柱14能進入“U形槽”內(nèi)，模具打開時，三角截面斜導(dǎo)柱14能驅(qū)動左側(cè)滑塊3’實施F1向的側(cè)抽芯，從而能做到整副雙色成型模具中，在第一射子模具中不用設(shè)置斜導(dǎo)柱驅(qū)動左側(cè)滑塊3和右側(cè)滑塊4打開；而在第二射子模具中，三角截面斜導(dǎo)柱14，14’能方便地插入左側(cè)滑塊3’和右側(cè)滑塊4’中(由于右側(cè)滑塊4’和左側(cè)滑塊3’結(jié)構(gòu)相似，右側(cè)滑塊4’由斜導(dǎo)柱14’驅(qū)動)，且在第二射子模具打開時，能驅(qū)動左側(cè)滑塊3’和右側(cè)滑塊4’實施側(cè)抽芯，保證醫(yī)用電子檢測儀支架雙色塑件自動化順利脫模。通過將圓柱形斜導(dǎo)柱機構(gòu)改進為三角截面斜導(dǎo)柱滑塊機構(gòu)，塑件的成型飛邊問題得到解決，成型的良品率提高到99%以上。

3.4 雙色成型模具工作原理

設(shè)計的雙色成型模具工作原理如圖7所示，其工作過程為以下步驟。

圖7 雙色模具工作原理Fig. 7 Working principle of dual-color mould

(1)注塑機動模板驅(qū)動第一射子模具、第二射子模具在開模面PL面處閉合。閉合狀態(tài)為：第一射子模具D1+M1，第二射子模具D2+M2。

(2)第一射機筒先開啟，對基礎(chǔ)件第一射子模具成型模腔注射第一射塑料(第一色PC)，第二射機筒先關(guān)閉，待第一射子模具成型模腔完成充填、保壓、冷卻等過程后，等待開模。

(3)注塑機動模板拉動第一射、第二射子模具動模M1，M2按F0向后退，兩副子模具同步在PL面處打開。結(jié)合圖5所示，打開時，第一射子模具的左側(cè)滑塊3和右側(cè)滑塊4不抽芯，保持閉合狀態(tài)。第二射子模具中的左側(cè)滑塊3’和右側(cè)滑塊4’被三角截面斜導(dǎo)柱14，14’驅(qū)動進行空抽芯。兩副子模具的頂出機構(gòu)(推板23，23’)都不動作。

(4) 180°旋轉(zhuǎn)交換。動模PL面打開后，注塑機動模板上的轉(zhuǎn)盤繞O-O’軸逆時針轉(zhuǎn)動180°，交換兩副子模具的動模，然后兩副子模具再次在PL面處閉合，在原第一射子模具位置組合狀態(tài)為D1+M2，構(gòu)成第一射子模具，在原第二射子模具位置組合狀態(tài)為D2+M1，構(gòu)成第二射子模具。

(5)雙射同步注塑。模具在PL面處第二次閉合，第一機筒、第二機筒同步開啟注塑，在D1+M2子模具成型模腔中注射第一射材料(第一色PC)，在D2+M1子模具中注射第二射材料(第二色PC/ABS)，待兩副子模具的成型模腔都完成注塑后，兩副子模具在PL面處打開。

(6)開模頂出。注塑機動模板按F0向后退到一定位置后，安裝在注塑機動模板上且位于第二射子模具所在位置底部的頂出油缸動作，將D2+M1子模具中第一射子模具動模M1的推板23頂出，從而將成型好的醫(yī)用電子檢測儀支架雙色塑件頂出，頂出后，推板23迅速復(fù)位。此過程中，位于第一射子模具所在位置第二射子模具的動模M2不頂出。

(7) 180°旋轉(zhuǎn)返回交換。動模注塑機轉(zhuǎn)盤繞OO’軸順時針轉(zhuǎn)動180°返回，再次交換動模，兩副子模具在PL面處閉合，雙色模具恢復(fù)到第(1)步狀態(tài)，即第一射子模具D1+M1，第二射子模具D2+M2。開啟第(5)、第(6)步往復(fù)注塑循環(huán)。模具單次開模成型1個醫(yī)用電子檢測儀支架雙色塑件。

4 結(jié)論

針對醫(yī)用電子檢測儀支架雙色塑件的成型要求設(shè)計了其雙色雙射成型注塑工藝和雙射成型模具。材料選用中，選用材料時考慮了兩色材料的相容性，第二射材料的熔化溫度必須低于第一射材料的熔化溫度，且以相對較低壓力進行注塑。

所設(shè)計的雙色成型模具采用旋轉(zhuǎn)式兩副子模具組合形式的雙色模具結(jié)構(gòu)，兩副子模具都采用兩板式模具，澆注系統(tǒng)都采用冷流道+熱嘴形式。模具中，設(shè)計了一種雙色模具三角截面斜導(dǎo)柱第一射免抽芯滑塊機構(gòu)，該設(shè)計解決了雙色模具中有側(cè)抽芯需要時，采用常規(guī)斜導(dǎo)柱滑塊機構(gòu)所帶來的第二射子模具成型模腔封閉不嚴問題，將塑件的成型品質(zhì)合格率提高到99%以上。