張維合

（廣東科技學(xué)院機(jī)電工程系，廣東 東莞523083）

0 前言

雙層注塑模具結(jié)構(gòu)上由雙層模具澆注系統(tǒng)（通常是熱流道系統(tǒng)）、專用模架系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、承載導(dǎo)向定位系統(tǒng)、雙向頂出系統(tǒng)、開合模聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)組成。與普通單層注塑模具相比，雙層注塑模具有以下特點(diǎn)：（1）雙層注塑模具生產(chǎn)效率是普通的單層模具2倍，可以大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本；（2）雙層注塑模具可以安裝在普通的注塑機(jī)上，無須采用特殊的注塑機(jī)，也無須添置額外的輔助設(shè)備；（3）雙層注塑模具制造難度基本上與普通注塑模具相同。據(jù)統(tǒng)計(jì)1副雙層注塑模具的制造周期比2副單層模具的制造周期短5%～10%[1]；（4）雙層注塑模具適用于大批量生產(chǎn)的形狀扁平的大型塑件，小型多腔壁薄塑件，批量越大，塑件生產(chǎn)成本越低。

本文以冰箱內(nèi)隔板大型塑件為例，詳細(xì)闡述大型雙層注塑模具結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)與技巧。

1 塑件結(jié)構(gòu)分析

圖1所示的塑件為2件冰箱隔板，固定隔板要求每模生產(chǎn)2件，活動(dòng)隔板要求每模生產(chǎn)1件。塑件屬大型平板類零件，材料為高抗沖聚苯乙烯（PS-HI），收縮率：0.5%。由于塑件在分型面上的投影面積大，模具不可能在同一分型面上生產(chǎn)3件如此大的塑件。塑件的排位、型腔中熔體的填充、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及塑件脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)是本模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。此外，塑件上有多處側(cè)向抽芯，使模具的長寬尺寸變得更大，結(jié)構(gòu)也更復(fù)雜，選用合理的側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)是本模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

2 模具結(jié)構(gòu)分析

采用雙層注射模具結(jié)構(gòu)，該模具有2個(gè)分型面，一個(gè)分型面成型一件活動(dòng)隔板，另一個(gè)分型面成型二件固定隔板。模具采用非標(biāo)模架，外形尺寸1100 mm×680 mm×750 mm，詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 冰箱隔板塑件圖Fig.1refrigerator spacer

（1）成型零件設(shè)計(jì)

雙層注塑模具由前模、中模和后模組成，前模和后模內(nèi)各有一個(gè)型腔，所以有2組成型零件。前模的成型零件由前定模鑲件25、前動(dòng)模鑲件29、前定模型芯26和前動(dòng)模型芯30組成。后模成型零件由后定模鑲件34、后動(dòng)模型芯36、后定模型芯35和后動(dòng)模鑲件37組成。

（2）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于主流道太長，模具必須采用熱流道澆注系統(tǒng)，熱流道板安裝在中模內(nèi)，三級熱射嘴分布在熱流道板的兩側(cè)，分別向前模和后模中的型腔注射。本模具熱流道澆注系統(tǒng)由一級熱射嘴22、二級熱射嘴39、三級熱射嘴15、31、熱流道板14、定位銷32和隔熱圈33等組成。本模成型的2個(gè)塑件都是大型平板類零件，為了降低注射成型周期，提高塑件成型質(zhì)量，防止塑件變形，活動(dòng)隔板和固定隔板均采用了熱射嘴2點(diǎn)進(jìn)料。

（3）側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑件有6處需要側(cè)向抽芯，模具均采用常規(guī)的“斜導(dǎo)柱＋滑塊”的側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，每個(gè)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)都由斜導(dǎo)柱、滑塊、側(cè)向抽芯、楔緊塊、定位銷和擋銷組成。

（4）冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

塑件屬于平板類零件，如果冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，就會導(dǎo)致塑件脫模后翹曲變形。

模具的前模和后模內(nèi)各有一套冷卻系統(tǒng)，2套冷卻系統(tǒng)互相獨(dú)立，不能串聯(lián)。模具屬于淺型腔注塑模具，兩套冷卻系統(tǒng)均采用直通式冷卻水道，冷卻水道距型腔的距離一般為3～5 D（D 為水道直徑）[1]，本模具取20 mm，冷卻效果很好，可以使前、后模型腔各處溫度均衡一致，有效保證了塑件的成型質(zhì)量和模具的勞動(dòng)生產(chǎn)率。

（5）導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具屬于大型模具，長度和寬度尺寸較大，再加上是雙層注塑模具，比普通模具多一個(gè)中模，所以導(dǎo)向定位系統(tǒng)非常重要。本模具前模和后模兩側(cè)各設(shè)計(jì)了8支導(dǎo)柱和導(dǎo)套，共計(jì)16支導(dǎo)柱和16支導(dǎo)套，是普通注塑模具的4倍。

為保證推桿安全平衡推出，所有推桿固定板都采用了導(dǎo)柱導(dǎo)套。

（6）開模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

與普通雙分型面注塑模不同的是，雙層注塑模的2個(gè)分型面必須同時(shí)打開，因此必須設(shè)計(jì)特殊的開模機(jī)構(gòu)，本模具采用了齒輪齒條驅(qū)動(dòng)的聯(lián)動(dòng)開模機(jī)構(gòu)，詳見圖3。這種結(jié)構(gòu)是在模具外側(cè)安裝一組齒輪齒條傳動(dòng)系統(tǒng)，在它的控制下，模具的2個(gè)分型面可以同時(shí)打開，開模速度也一樣[1]。分型面的開模距離分別由限位釘60和限位釘64控制。其中限位釘60控制分型面1的開模距離，限位釘64控制分型面2的開模距離。

圖2 冰箱隔板雙層注塑模具結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of double layer structure ofinjection mold forrefrigerator spacers

圖3 齒輪齒條驅(qū)動(dòng)開、合模機(jī)構(gòu)Fig.3 The open and clamping mechanism driven byrack and pinion

（7）脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具設(shè)計(jì)有兩套脫模系統(tǒng)，全部采用推桿頂出。前模和后模兩側(cè)均有一組推桿和推桿固定板，開模后，后模推桿固定板由注塑機(jī)頂棍推出，前模推桿固定板則由4個(gè)油缸通過液壓驅(qū)動(dòng)。

3 模具工作過程

熔體依次通過一級熱射嘴22，二級熱射嘴39，進(jìn)入熱流道板14，再通過三級熱射嘴15和31同時(shí)進(jìn)入后模型腔和前模型腔。熔體在型腔中冷卻固化至足夠剛性后，注塑機(jī)拉動(dòng)后模固定板44開模。由于安裝于后模和前模的齒條58、62同時(shí)和齒輪61嚙合，所以分型面1和分型面2同時(shí)打開，兩分型面的開模距離由限位釘60和限位釘64控制，見圖3。在開模的過程中，模具由斜導(dǎo)柱13和19同時(shí)完成側(cè)向抽芯。模具完成開模行程后，注塑機(jī)頂棍通過后模固定板44上的K.O.孔推動(dòng)后模側(cè)推桿固定板40和41，將活動(dòng)隔層塑件推離模具；與此同時(shí)，油缸10（共4個(gè)）通過液壓推動(dòng)前模推桿固定板45和46，將固定隔層塑件（2件）推離模具。合模時(shí)，前模推桿固定板由油缸通過液壓推回，并最終由復(fù)位桿推回復(fù)位；后模推桿固定板由復(fù)位彈簧16和復(fù)位桿17推回復(fù)位。

4 結(jié)果與討論

（1）熱流道澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具的中心熱射嘴采用一級熱射嘴和二級熱射嘴組合方式，取代長頸熱射嘴，既可以降低成本，又可以降低制造難度，還可以提高熱射嘴的使用壽命。熔體經(jīng)中心熱射嘴進(jìn)入熱流道板，再由三級熱射嘴幾乎同時(shí)進(jìn)入前、后模型腔，使各型腔幾乎做到同時(shí)充滿，同時(shí)冷卻。實(shí)踐證明，這種結(jié)構(gòu)有力保證了塑件的成型質(zhì)量和模具的勞動(dòng)生產(chǎn)率。

（2）隔熱措施

在設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少熱對流的熱損失，采用了封閉流道板的空間，消除空氣在垂直方向的流通；為了減少熱傳導(dǎo)的熱損失，還專門使用了不銹鋼螺栓和燒結(jié)陶瓷的定位墊圈；同時(shí)在熱流道板兩面鋪設(shè)了拋光的聚酰胺板來減少熱輻射造成的熱損失。模具還設(shè)置了隔熱墊塊，既減少了模具與熱流道板的接觸面積，又起到了支承熱流道板的作用。

（3）熱膨脹問題的解決

在模具使用時(shí)，熱流道板溫度為200～230℃，熱流道板由于受熱，會發(fā)生長度方向和厚度方向的熱膨脹，可以通過式（1）計(jì)算2個(gè)澆口間距的熱膨脹變形量[2]：

式中 ΔL:膨脹變形量，mm

α:鋼材熱膨脹系數(shù)，1.2×10-5℃-1

T1:熱流道板溫度，℃

T2:模具型腔板的溫度，℃

L:澆口中心距離，mm

活動(dòng)隔板和固定隔板熱流道板澆口間距分別為304.8 mm和152 mm，熱膨脹值分別為0.6218 mm和0.3101 mm。所以常溫時(shí)熱流道板的澆口間距應(yīng)為：（L-ΔL）＝304.8—0.6218＝304.1782 mm 和（LΔL）＝152-0.3101＝151.6899 mm。

因此，采用絕熱射嘴與塑件澆口中心偏置，成型時(shí)依靠熱膨脹使絕熱射嘴與塑件澆口中心對準(zhǔn)，并通過在型腔板上設(shè)置的隔熱墊塊和兩端部的支承銷預(yù)留出間隙等措施，讓熱流道板在長度方向自由伸縮。

（4）聯(lián)動(dòng)式開模機(jī)構(gòu)

雙層注塑模具各層型腔的分型面必須同時(shí)開啟，這樣可以保證塑件在各型腔中的冷卻時(shí)間相等，使塑件收縮一致。為此模具必須采用聯(lián)動(dòng)式開模機(jī)構(gòu)，聯(lián)動(dòng)式開模機(jī)構(gòu)通常有3種：齒輪齒條式、曲肘連桿式和液壓油缸式[2]。

其中曲肘連桿式結(jié)構(gòu)簡單，但結(jié)構(gòu)尺寸較大。液壓油缸式更容易控制開模時(shí)間，但成本較高，而且需要接油路易造成污染，實(shí)際應(yīng)用不多。與曲肘連桿式比較，齒輪齒條式開模機(jī)構(gòu)技術(shù)性和穩(wěn)定性更好，傳動(dòng)精度更高，使用壽命也更長。因?yàn)椴捎玫氖菢?biāo)準(zhǔn)件，所以制造周期短，保養(yǎng)維修方便。

5 結(jié)論

（1）本模具采用熱流道澆注系統(tǒng)和齒輪齒條式聯(lián)動(dòng)開合模機(jī)構(gòu)動(dòng)，結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，動(dòng)作穩(wěn)定可靠；

（2）模具自放產(chǎn)以來，塑件質(zhì)量和注塑周期都達(dá)到了客戶要求。

[1]張維合.注塑模具設(shè)計(jì)實(shí)用教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：278-286.

[2]張維合.注塑模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：301-350.