某摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管二次抽芯注塑模具設(shè)計(jì)

劉慶東

（廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣州 510075）

0 前言

隨著設(shè)計(jì)軟件的功能日益強(qiáng)大，塑件結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化，塑件的脫模也愈加困難。許多塑件脫模時(shí)不僅需要抽芯，有時(shí)還需要二次抽芯。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的多樣性，二次抽芯機(jī)構(gòu)也具有多樣性。通常在兩種情況下需要設(shè)計(jì)二次抽芯機(jī)構(gòu)：（1）塑件有阻礙抽芯的結(jié)構(gòu)，一次抽芯無法抽出。一次抽芯抽出阻礙抽芯的結(jié)構(gòu)，二次抽芯抽出阻礙脫模的結(jié)構(gòu)。（2） 塑件的抽芯部位包緊力大，一次抽芯會(huì)會(huì)損壞塑件。二次抽芯的目的是為了減小抽芯力，以免抽芯時(shí)損壞塑件［1］。

1 塑件工藝性分析

如圖1所示，川崎摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管為一形狀不規(guī)則的塑件。塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是有4條彎曲的管道（兩端孔口夾角為63.53 °），側(cè)面有1條直管，一端4個(gè)孔口有與之相通的階梯孔。塑件外形尺寸為424 mm×256 mm×111 mm（形狀不規(guī)則，指塑件在模具中所占的空間尺寸），材料為玻璃纖維含量為30 %的增強(qiáng)聚酰胺6（PA6-GF30），收縮率為0.5 %。塑件不允許有表面缺陷。

圖1 塑件結(jié)構(gòu)Fig.1 Part structure

如圖2所示，分型面選在塑件最大輪廓處，由于塑件形狀不規(guī)則，所以分型面為曲面分型面。由于彎管兩端不垂直，選擇如圖2所示方位可減少抽芯部位，且可以簡(jiǎn)化抽芯結(jié)構(gòu)。如圖2（a）所示，塑件右側(cè)彎管端部及端面凹位需要抽芯，由于彎管內(nèi)還有一斜孔阻礙抽芯，故此處需要二次抽芯。側(cè)面的直管由于是深孔，且側(cè)型芯內(nèi)外包覆，抽芯力大，為防止抽芯時(shí)損壞塑件，此處也需要二次抽芯。如圖2（b）所示，塑件右側(cè)面有凹凸結(jié)構(gòu)，此處需要抽芯；另外，塑件左側(cè)有一與脫模方向傾斜的柱位，也需要抽芯。

圖2 分型面Fig.2 Parting surface

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

如圖2（a）所示，塑件右側(cè)需要二次抽芯，一次抽芯抽出彎孔內(nèi)的斜孔（在模具內(nèi)是水平方向），二次抽芯抽出彎孔內(nèi)的型芯。一次抽芯的力不大，可采用斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)，二次抽芯的力較大，且滑塊與水平方向呈26.47 °，故采用液壓缸驅(qū)動(dòng)。因?yàn)樾笨资请A梯孔，且大端在另一端，所以斜孔另一端也需要抽芯，可采用動(dòng)模側(cè)的斜頂抽芯。側(cè)面的直管需要二次抽芯，可采用斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)小型芯作一次抽芯，再驅(qū)動(dòng)大滑塊作二次抽芯。如圖2（b）所示，塑件右側(cè)需要抽芯，由于滑塊較大，故采用液壓缸抽芯。塑件左側(cè)柱位可采用定模側(cè)的斜頂抽芯。

塑件體積較大需要多點(diǎn)進(jìn)膠，故澆注系統(tǒng)可采用點(diǎn)澆口在產(chǎn)品表面進(jìn)膠，選用彎管內(nèi)部和外露隱蔽部位作為澆口，可滿足外觀要求?？紤]到塑件體積較大，采用1模1腔的結(jié)構(gòu)。

推出機(jī)構(gòu)可采用頂針作為推出元件，由于頂針作用在非外觀面，不會(huì)影響塑件的外觀質(zhì)量，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低。

塑件體積較大且較厚，為提高冷卻效果，冷卻系統(tǒng)采用在型腔周圍多設(shè)計(jì)冷卻水道，且所有滑塊都設(shè)計(jì)冷卻水道。

模具外觀見圖3。

圖3 模具外觀Fig.3 Appearance of the mould

2.2 成型零件設(shè)計(jì)

如圖4所示，由于塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了方便加工、維修，動(dòng)模仁、定模仁在外觀面的成型上采用整體式結(jié)構(gòu)，在非外觀面的成型上采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，這樣既保證了外觀面的質(zhì)量，又兼顧了加工、維修的方便性。為排出型腔內(nèi)的氣體，在定模仁一側(cè)分型面上設(shè)計(jì)了排氣槽，另外，還可通過頂針、鑲件、側(cè)型芯排氣。為保證塑件外觀面的質(zhì)量，外觀面采用整體結(jié)構(gòu)的側(cè)型芯成型。由于分型面為曲面，注射成型時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)向力，為了提高了合模時(shí)的定位精度以及承受注塑時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力，在動(dòng)模仁、定模仁的四角設(shè)計(jì)了用于內(nèi)模原身定位用的虎口，在A、B板的四角也設(shè)計(jì)了定位用的虎口。

圖4 定模仁和動(dòng)模仁Fig.4 Cavity and core insert

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖5所示為澆注系統(tǒng)。由于產(chǎn)品尺寸和壁厚均較大，模具采用點(diǎn)澆口，多點(diǎn)進(jìn)膠。澆口位置選擇非外觀面和外觀隱蔽處，滿足客戶的外觀要求，經(jīng)模流分析（Moldflow）軟件分析，可滿足成型要求。

圖5 澆注系統(tǒng)Fig.5 Gating system

2.4 抽芯機(jī)構(gòu)

如圖6所示為模具抽芯機(jī)構(gòu)。本模具有5組抽芯機(jī)構(gòu)，分別為塑件正面的抽芯機(jī)構(gòu)、塑件背面的斜向二次抽芯機(jī)構(gòu)、塑件側(cè)面的二次抽芯機(jī)構(gòu)、定模一側(cè)的斜頂抽芯機(jī)構(gòu)、動(dòng)模一側(cè)的斜頂抽芯機(jī)構(gòu)。

圖6 抽芯機(jī)構(gòu)Fig.6 Slides

如圖3所示，模具需要4次分型，其開模過程為：扣機(jī)1、扣機(jī)2分別鎖住分型面PL3和分型面PL4。開模時(shí)，在壓縮彈簧的作用下，首先打開分型面PL1，拉斷澆口，使?jié)驳滥虾退芗蛛x。PL1打開的同時(shí)，澆道凝料被拉出流道，PL1用于取出澆道凝料。PL1打開一定距離后，分型面PL2打開，澆道凝料和水口勾針、澆口套分離。PL2打開一定距離后，扣機(jī)1解鎖，PL3打開，定模一側(cè)的斜頂完成抽芯。PL3打開一定距離后，扣機(jī)2解鎖，PL4打開，取出塑件。由于模具分型面有開模順序和距離的要求，該模具有一套順序定距分型機(jī)構(gòu)，控制開模順序的零件是壓縮彈簧、水口勾針、扣機(jī)1、扣機(jī)2，分型面的打開距離則由定距拉桿限定。

2.4.1 斜導(dǎo)柱二次抽芯機(jī)構(gòu)

塑件側(cè)面為斜導(dǎo)柱二次抽芯機(jī)構(gòu)（圖6），其結(jié)構(gòu)如圖7所示。該處有一個(gè)很長(zhǎng)的通孔和一個(gè)螺柱，滑塊的抽芯位置是通孔和螺柱。抽芯時(shí)由于孔和螺柱強(qiáng)大的包緊力，成型部位很難脫模，容易造成塑件變形或損壞。二次抽芯機(jī)構(gòu)通常是在大滑塊中做小滑塊，抽芯時(shí)小滑塊先運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)一段距離后大滑塊再運(yùn)動(dòng)，從而完成二次抽芯［2］-［3］。為此，該模具在大滑塊中間設(shè)計(jì)了一個(gè)小滑塊，將成型通孔的型芯固定在小滑塊上，再將大滑塊的斜導(dǎo)柱孔加工成長(zhǎng)圓孔避空，開模時(shí)，由于長(zhǎng)圓孔的原因，大滑塊將延遲運(yùn)動(dòng)，斜導(dǎo)柱先驅(qū)動(dòng)小滑塊抽出成型通孔的型芯，消除通孔對(duì)型芯的包緊力，當(dāng)斜導(dǎo)柱同時(shí)接觸到2個(gè)滑塊時(shí)，2個(gè)滑塊同時(shí)運(yùn)動(dòng)，完成全部抽芯。當(dāng)大滑塊開始抽芯時(shí)，塑件對(duì)它的包緊力已經(jīng)變的很小了，避免了抽芯時(shí)損壞塑件。

圖7 斜導(dǎo)柱二次抽芯機(jī)構(gòu)Fig.7 Angle pin for two-step core-pulling

設(shè)計(jì)這種機(jī)構(gòu)時(shí)需注意以下幾個(gè)問題：（1）斜導(dǎo)柱的驅(qū)動(dòng)力要足夠，否則要使用液壓缸；（2）內(nèi)部的小滑塊在向后抽芯時(shí)，必須要有安全的定位機(jī)構(gòu)，如圖8所示的限位螺釘；（3）大滑塊的延遲動(dòng)作必須安全可靠。

圖8 斜導(dǎo)柱＋液壓缸二次抽芯機(jī)構(gòu)Fig.8 Angle pin and hydraulic cylinder for two-step core-pulling

2.4.2 斜導(dǎo)柱+液壓缸二次抽芯機(jī)構(gòu)

塑件背面為斜導(dǎo)柱+液壓缸二次抽芯機(jī)構(gòu)（圖6），其結(jié)構(gòu)如圖8所示。該處是因?yàn)閺澒軆?nèi)有斜孔，一次抽芯無法抽出，故先抽出斜孔內(nèi)的型芯，再將整個(gè)型芯一起抽出。該二次抽芯機(jī)構(gòu)同樣設(shè)計(jì)為在大滑塊內(nèi)做小滑塊，小滑塊用于彎孔內(nèi)斜孔的抽芯，大滑塊用于彎孔的抽芯。抽芯動(dòng)力方面，小滑塊靠開模動(dòng)力，斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)。大滑塊由于質(zhì)量大，且與水平方向呈26.47 °角，用斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)不夠力，故采用液壓缸驅(qū)動(dòng)。開模時(shí)，斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)小滑塊抽出斜孔內(nèi)的型芯。開模后，液壓缸驅(qū)動(dòng)大滑塊抽出彎孔內(nèi)的型芯。產(chǎn)品頂出時(shí)，動(dòng)模側(cè)斜頂抽芯機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，抽出斜孔內(nèi)另一端型芯（斜孔是階梯孔，大端在另一端）。

2.4.3 定模側(cè)斜向抽芯機(jī)構(gòu)

定模側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是沒有抽芯動(dòng)力。解決方法是：（1）對(duì)于小行程的定模抽芯，使用彈簧作為動(dòng)力；（2）對(duì)于抽芯行程較大和抽芯力較大的模具，彈簧無法滿足需要，可使用機(jī)械式扣機(jī)或液壓缸?；谕饧訌椈刹豢煽?，外加液壓缸體積大且成本高，本模具利用開模動(dòng)力，采用斜頂機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定模側(cè)的斜向抽芯。設(shè)計(jì)定模側(cè)斜頂機(jī)構(gòu)要掌握3個(gè)要點(diǎn)：（1）斜頂?shù)膶?dǎo)向機(jī)構(gòu)；（2）斜頂?shù)捻敵鰟?dòng)力來源；（3）斜頂?shù)膹?fù)位機(jī)構(gòu)。目前所見的定模側(cè)斜頂機(jī)構(gòu)多采用在定模側(cè)設(shè)計(jì)頂針板用于固定斜頂座，以彈簧作為動(dòng)力［1］。

如圖9所示，本模具是點(diǎn)澆口，模架為簡(jiǎn)化細(xì)水口模架。如果將斜頂座直接固定在水口推板上，由于水口推板與A板間是用來脫澆道凝料的，開距較大，斜頂會(huì)脫離導(dǎo)向塊無法復(fù)位。為了實(shí)現(xiàn)定模側(cè)的斜向抽芯，在水口推板和A板間增加了一塊板用于固定斜頂座，該板與A板之間可分離，利用開模動(dòng)力，在該板與A板分離時(shí)，使斜頂（型芯）與塑件間產(chǎn)生斜向相對(duì)運(yùn)動(dòng)從斜孔中抽出完成抽芯，合模時(shí)斜頂（型芯）在斜頂座的推動(dòng)下復(fù)位。該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，效果理想。

圖9 定模側(cè)斜向抽芯機(jī)構(gòu)Fig.9 Inclined core-pulling on stationary half

2.5 推出機(jī)構(gòu)

如圖10所示，本模具采用頂針推出機(jī)構(gòu)，作用面為塑件非外觀面，塑件的脫模力較小，能夠滿足產(chǎn)品表面品質(zhì)的要求。

圖10 推出機(jī)構(gòu)Fig.10 The ejector

2.6 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)如圖11所示。塑件結(jié)構(gòu)為不規(guī)則形狀，體積和壁厚大，冷卻時(shí)釋放的熱量多，要求冷卻效果好。設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)，在定模仁、動(dòng)模仁、斜頂座固定板、水口推板、抽芯滑塊上均設(shè)計(jì)了冷卻水道。為提高冷卻效果，除了在型腔周圍盡可能多布置冷卻水道外，在定模仁和動(dòng)模仁上設(shè)計(jì)了密集的隔水片式冷卻水道。

圖11 冷卻系統(tǒng)Fig.11 Cooling system

2.7 模架

因?yàn)楸灸＞呤屈c(diǎn)澆口，所以選用簡(jiǎn)化細(xì)水口模架。為了實(shí)現(xiàn)定模側(cè)斜頂抽芯，增加了一塊斜頂座固定板。A、B板的長(zhǎng)、寬分別為750、700 mm，A、B板的厚度分別為210、250 mm，模具厚度為816 mm。

3 試模結(jié)果

根據(jù)前文設(shè)計(jì)制造出的注塑模具經(jīng)過試模，現(xiàn)已投入批量生產(chǎn)，制造的產(chǎn)品經(jīng)檢驗(yàn)符合設(shè)計(jì)要求，塑件品質(zhì)穩(wěn)定。表明本文所設(shè)計(jì)的注塑模結(jié)構(gòu)合理，動(dòng)作可靠，可滿足生產(chǎn)要求。

4 結(jié)論

（1）二次抽芯機(jī)構(gòu)通?？稍O(shè)計(jì)為在大滑塊內(nèi)做小滑塊，利用開模動(dòng)力，采用斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)，小滑塊的斜導(dǎo)柱孔設(shè)計(jì)為圓孔，大滑塊的斜導(dǎo)柱孔設(shè)計(jì)為長(zhǎng)圓孔；開模時(shí)斜導(dǎo)柱先撥動(dòng)小滑塊作一次抽芯，小滑塊運(yùn)動(dòng)一段距離后撥動(dòng)大滑塊一起作二次抽芯，如果斜導(dǎo)柱不夠力則二次抽芯可采用液壓缸驅(qū)動(dòng)；

（2）定模側(cè)的斜頂抽芯可采用增加一塊板固定斜頂座的方法實(shí)現(xiàn)，利用開模動(dòng)力，將斜頂座固定板和A板分離產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為斜頂?shù)男毕蜻\(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)抽芯，模具必須設(shè)計(jì)順序定距分型機(jī)構(gòu)控制開模順序和開模距離。