王玉，婁勇健，毓偉民，姜秀鳳，原學(xué)敏，劉海艷，李志國(guó)

(北京華安集團(tuán)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161046)

實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)塑料件的前提是要有高品質(zhì)的模具，而高品質(zhì)的模具既要能方便生產(chǎn)，又能節(jié)約成本。彈用塑料包裝箱的特點(diǎn)包括:內(nèi)腔深、內(nèi)部加強(qiáng)筋多、內(nèi)弧卡深、圓筒形薄壁引信定位架等結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于原設(shè)計(jì)脫模機(jī)構(gòu)為單一的推桿式脫模機(jī)構(gòu)，在注件加工過程中出現(xiàn)了箱體、引信定位架難脫模，內(nèi)弧卡發(fā)生變形，造成了極高的廢品率。經(jīng)理論分析、論證，改進(jìn)為由推桿、推管、脫模板相結(jié)合的多元聯(lián)合脫模機(jī)構(gòu)，通過實(shí)際使用，不但使得注件順利脫模，包裝箱的質(zhì)量達(dá)到了使用要求，而且生產(chǎn)效率也大大提高，同時(shí)也最大程度地降低了成本[1—2]。

1 彈用塑料包裝箱結(jié)構(gòu)分析

圖1為××型號(hào)彈用塑料包裝箱產(chǎn)品，材料為改性聚苯乙烯(HIPS)，注件主要分為上箱體、下箱體，上、下箱體內(nèi)部均采用弧卡、網(wǎng)格加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu);下箱體還設(shè)置了引信定位架、內(nèi)置執(zhí)手結(jié)構(gòu)?；】ú糠旨耙哦ㄎ患懿糠质窃摦a(chǎn)品的關(guān)鍵部位，由于彈體及藥筒的質(zhì)量均在40～50 kg，且完全由2組弧卡固定，因此弧卡部位與彈體相關(guān)的部位不但要形狀一致，而且公差要求精度高，否則極易產(chǎn)生前后竄動(dòng)，從而影響產(chǎn)品整體性能。引信定位架部位如稍有變形，引信盒就裝不進(jìn)去。產(chǎn)品的質(zhì)量要求決定了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品關(guān)鍵工裝——模具的脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。塑料注塑模具的脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)不但對(duì)制品的精度、變形、耐應(yīng)力開裂性、表面質(zhì)量等影響極大，并且對(duì)塑料制品的生產(chǎn)效率有著至關(guān)重要的作用[3—5]。

圖1 彈用塑料包裝箱產(chǎn)品Fig.1 Plastic bullet packing box

從圖1可以看出:注件引信定位架、弧卡等部分是產(chǎn)品不易脫模及造成廢品的主要因素，脫模的難點(diǎn)在此結(jié)構(gòu)上。

2 單一的推桿式頂出脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)問題分析

此產(chǎn)品包裝箱一直采用單一的推桿式頂出機(jī)構(gòu)，在生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)了引信定位架不脫模、弧卡部分變形等嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的問題;根據(jù)生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，針對(duì)此產(chǎn)品在脫模時(shí)的受力情況進(jìn)行分析，如圖2所示，找出造成這些產(chǎn)品問題的真正原因。

圖2 塑件脫模力分析Fig.2 Ejection force analysis of plastic parts

根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品主要受力部位引信定位架進(jìn)行脫模力的受力分析如下:F正為因塑件收縮對(duì)型芯產(chǎn)生的正壓力(抱緊力)(N);F脫為脫模力(N)。從制品脫模力分析可以看出，在弧卡、引信定位架及網(wǎng)狀加強(qiáng)筋部分采用單一推桿式脫模機(jī)構(gòu)，重點(diǎn)加強(qiáng)推力來抵消報(bào)緊力的作用，從而達(dá)到順利脫模的目的。采用此方式脫模，勢(shì)必造成受力點(diǎn)多，受力面積小。

圓形推桿的直徑尺寸可由歐拉公式計(jì)算:

式中:d為推桿直徑(mm);L為推桿長(zhǎng)度(mm);E為推桿材料的彈性模量(MPa);F脫為推桿的脫模力(N);n為推桿數(shù)量;k為安全系數(shù)，取k=1.5。

推桿的直徑、數(shù)量與推桿的脫模力有直接關(guān)系:當(dāng)n一定，F(xiàn)脫增大，d應(yīng)增大;當(dāng)d一定，F(xiàn)脫增大，n應(yīng)減少。

由此可見:只采用推桿脫模的方式，F(xiàn)脫很大，d應(yīng)增大，但由于受產(chǎn)品形狀的限制，只能在4～6 mm之間，因此，應(yīng)增加n的數(shù)量，但從上述公式看，n應(yīng)減少，也就是說，n的數(shù)量也被限制了，因此F脫增大，d，n已受限，產(chǎn)品極易產(chǎn)生抱模及端面形成凹痕的現(xiàn)象，不但影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且也影響產(chǎn)品生產(chǎn)效率[8—10]。采用單一的推桿式頂出機(jī)構(gòu)，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中:一是容易出現(xiàn)推出桿頂出故障;二是影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量;三是生產(chǎn)效率低、廢品率增大[6—7]。

從以上分析可以看出:要克服抱緊力，必須增大脫模頂出部位的受力面積，必須改進(jìn)此產(chǎn)品模具的脫模機(jī)構(gòu)。實(shí)踐證明利用單一的推桿式頂出機(jī)構(gòu)脫模存在亟待解決的問題，需要對(duì)脫模結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

3 采用多元聯(lián)合脫模機(jī)構(gòu)的技術(shù)更新

脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則:結(jié)構(gòu)可靠，保證塑件不變形、不損壞，保證外觀良好等。

推桿的特點(diǎn)是:最簡(jiǎn)單、最常用的一種形式，具有制造簡(jiǎn)單、更換方便、推出效果好等特點(diǎn)。

脫模板的特點(diǎn)是:推出面積大、推力均勻，塑件不易變形，表面無推出痕跡，適用于大箱體形塑件或薄壁容器及各種罩殼形塑件等。

推管的特點(diǎn)是:特別適用于圓環(huán)形、圓筒形等中心帶孔的塑件脫模。

依據(jù)此產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析、特點(diǎn)及脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則和上述3種脫模機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為使產(chǎn)品順利脫模[11—12]，主要是根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、形狀的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)適合的脫模機(jī)構(gòu)，最終采用了多元件聯(lián)合脫模機(jī)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 多元件聯(lián)合脫模機(jī)構(gòu)Fig.3 Multivariate joint ejection mechanism

以上多元件聯(lián)合脫模機(jī)構(gòu)為推桿、推管、脫模板等多元件聯(lián)合脫模機(jī)構(gòu)。

1)針對(duì)圓筒結(jié)構(gòu)引信支架部位采用了推管脫模機(jī)構(gòu)。

2)弧卡(彈體、藥筒)及網(wǎng)狀加強(qiáng)筋等抱緊力大的部位，采用推桿與推管結(jié)合的方式。

3)在箱口四周外延部分采用推板結(jié)構(gòu)，代替了推桿結(jié)構(gòu)，使箱體整體承受的頂出力更加均勻，避免了箱體因脫模產(chǎn)生的變形、頂出凹痕等問題，避免了影響箱口密封的問題[13—14]。

4 結(jié)果驗(yàn)證

經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，該模具的脫模結(jié)構(gòu)由單一的推桿式改進(jìn)為推桿、推管及推板多元件組合后，動(dòng)作可靠順暢，目前已經(jīng)投入正常使用半年多，生產(chǎn)了2萬多模次[15]。所生產(chǎn)的注塑件表面質(zhì)量良好，徹底解決了抱模及頂出凹痕及產(chǎn)品變形等現(xiàn)象。產(chǎn)品質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率大大提高，廢品率降到最低，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語

靈活運(yùn)用脫模機(jī)構(gòu)的組合，使產(chǎn)品的重要部分質(zhì)量得以保證，并根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)合理地匹配脫模機(jī)構(gòu)，使產(chǎn)品處于最佳狀態(tài)，真正做到了產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高。實(shí)踐證明:該模具結(jié)構(gòu)行之有效，同時(shí)提高了模具的使用壽命，也大大地降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。多元脫模機(jī)構(gòu)的合理組合，適用于系列彈用塑料包裝箱模具的脫模機(jī)構(gòu)。

[1]伍世棋.電飯煲蓋板的注塑模設(shè)計(jì)[J].精密成形工程，2010，2(4):86—87.WU Shi－ qi.Design of the Injection Mould for Electric Cooker Shell[J].Journal of Netshape Forming Engineering，2010，2(4):86—87.

[2]肖國(guó)華.手機(jī)結(jié)構(gòu)殼潛伏澆口轉(zhuǎn)側(cè)澆口澆注及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].模具技術(shù)，2014(1):10—13.XIAO Guo － hua.Mould Structure Design for Cellphone Structure Shell with Feeding System Switching from Submarine Gate to Side Gate[J].Die and Mould Technology，2014(1):10—13.

[3]尚廣慶，孫春華，楊莉莉，等.基于逆向工程的注塑模具快速設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011(10):226—227.SHANG Guang － qing，SUN Chun － hua，YANG Li－ li，et al.Rapid Design of Injection Mold Based on Reverse Engineering[J].Machinery Design ＆ Manufacture，2011(10):226—227.

[4]夏源，李聰.某汽車零件注塑模設(shè)計(jì)及成形過程CAE分析[J].精密成形工程，2012，4(4):64—65.XIA Yuan，LI Cong.Design of Injection Mould and Forming CAE Analysis for Automobile Part[J].Journal of Netshape Forming Engineering，2012，4(4):64—65.

[5]黃虹.塑料成型加工與模具[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.HUANG Hong.Plastic Molding Process and Mold[M].Beijing:Chemical Industry Press，2003.

[6]MOK C K，K S CHIN，JOHN K L HO.An Interactive Knowledge－based CAD System for Mould Design in Injection Molding Processes[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2001，8(1):27—38.

[7]洪慎章.典型塑料模具設(shè)計(jì)圖集[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.HONG Shen － zhang.Typical Plastic Mould Design Atlas[M].Beijing:Mechanical Industry Press，2009.

[8]WYNNE H，IRENE M.Current Research in the Conceptual Design of Mechanical Products[J].Computer － Aided Design，1998，3(7):377—389.

[9]魏崢，趙世季，孔建，等.汽車齒輪注塑模具的設(shè)計(jì)與研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2014(3):140—142.WEI Zheng，ZHAO Shi－ ji，KONG Jian，et al.Design and Research on the Auto Gear of Injection Mould[J].Manufacturing Automation，2014(3):140—142.

[10]CHIN，KWAI－SANG，T N WONG.Knowledge－ based Evaluation for the Conceptual[J].Computer－ Aided Design，2003，6(7):12—22.

[11]馮剛，張朝閣，齊繼寶，等.三種不同類型注塑模具的特點(diǎn)與發(fā)展現(xiàn)狀[J].工程塑料應(yīng)用，2013(7):110—114.FENG Gang，ZHANG Chao － ge，QI Ji－ bao，et al.The Application and Development of Plastics and Its Composite Material in Automobile[J].Mechanical Research ＆Application，2013(7):110—114.

[12]MOK C K，K S CHIN，JOHN K L HO.An Interactive Knowledge－based CAD System for Mould Design in Injection Molding Processes[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2001，8(1):27—38.

[13]文勁松，麻向軍，劉斌.塑料成型加工模擬技術(shù)及軟件應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)輔助工程，2003(4):56—62.WEN Jin － song，MA Xiang － jun，LIU Bin.Numerical Simulation and Software Application for Plastic Molding Processing[J].Computer Aided Engineering，2003(4):56—62.

[14]KOSZKUL J，NABIALEK J.Viscosity Models in Simulation of the Filling Stage of the Injection Molding Process[J].Journal of Materials Processing Technology，2004(157－158):183—187.

[15]呂迅，金楊福，厲淦.吹風(fēng)注塑模具澆口的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].塑料，2008(4):90—93.LYU Xun，JIN Yang － fu，LI Gan.Optimization Design of Injection Mold Gate for Hair Dryer[J].Plastics，2008(4):90—93.

[16]張銘君，李琛，張帥帥.拼裝式食品周轉(zhuǎn)箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].包裝工程，2012，33(15):58—60.ZHANG Ming － jun，LI Chen，ZHANG Shuai － shuai.Structural Design of Assembled Food Turnover Box[J].Packaging Engineering，2012，33(15):58—60.