趙利平，胡鄧平*，伍先明，鄭月花，侯賢州

(1.廣東科技學(xué)院機(jī)電工程系，廣東 東莞 523083；2.湖南科技大學(xué)，難加工材料高效精密加工技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411201)

基于相交滑塊螺紋抽芯機(jī)構(gòu)的軍用望遠(yuǎn)鏡殼體注塑模具創(chuàng)新設(shè)計(jì)

趙利平1，胡鄧平1*，伍先明2，鄭月花1，侯賢州1

(1.廣東科技學(xué)院機(jī)電工程系，廣東 東莞 523083；2.湖南科技大學(xué)，難加工材料高效精密加工技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 湘潭 411201)

針對(duì)軍用望遠(yuǎn)鏡存在多個(gè)內(nèi)螺紋抽芯機(jī)構(gòu)以及滑塊相交的問(wèn)題，在分析塑件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用了電機(jī)帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)，運(yùn)用了多個(gè)限位開(kāi)關(guān)控制器，使模具能夠有序進(jìn)行各項(xiàng)工作過(guò)程，解決了倒扣難脫模的問(wèn)題。該模具運(yùn)行周期穩(wěn)定，眾多滑塊有序進(jìn)行脫模，此模具已經(jīng)過(guò)調(diào)試進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率達(dá)到98 %以上。

相交滑塊；螺紋抽芯；軍用望遠(yuǎn)鏡；注塑模具；電機(jī)；齒輪傳動(dòng)

0 前言

注塑模具是塑料制品成型的主要方式，而且成型的塑料制品的尺寸精度能達(dá)到比較高的要求，在關(guān)于模具抽芯創(chuàng)新設(shè)計(jì)等方面，很多學(xué)者做了相關(guān)研究，陳劍玲等[1-2]分別以螺紋盒蓋和汽車(chē)儀表盤(pán)蓋為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了外螺紋側(cè)向抽芯熱流道注塑模，并對(duì)汽車(chē)儀表盤(pán)蓋抽芯機(jī)構(gòu)及冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。朱生宏等[3]以塑料噴嘴產(chǎn)品為例，闡述了大角度圓弧抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，并選用了斜槽圓弧抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)成功解決圓弧抽芯和脫模困難等問(wèn)題。黃力等[4]通過(guò)對(duì)異型羊角套蓋塑件的結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計(jì)出了雙圓弧滑塊抽芯機(jī)構(gòu)，并能進(jìn)行塑件的自動(dòng)脫模，克服了模具生產(chǎn)效率低下的問(wèn)題。楊少增等[5]介紹了一種雙同邊抽芯異向圓弧狀導(dǎo)流管抽芯機(jī)構(gòu)，滿足了彎管產(chǎn)品多段抽芯脫模的需要，并能達(dá)到模具的自動(dòng)脫模的要求。王成[6]以玻璃纖維塑料壓頭的研究為例，對(duì)具有槽輪導(dǎo)向的弧形抽芯結(jié)構(gòu)、絲筒針復(fù)合二次頂出結(jié)構(gòu)、螺紋旋轉(zhuǎn)脫模等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。沈忠良等[7]針對(duì)圓周多層位、多行位的注塑產(chǎn)品，設(shè)計(jì)了圓弧化直線運(yùn)動(dòng)的抽芯模具，該類(lèi)注塑模具采用了齒輪傳動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)在圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)受限于導(dǎo)槽而做直線運(yùn)動(dòng)的方法，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜塑料件的順利脫模。本文的研究設(shè)計(jì)在綜合各類(lèi)抽芯機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)上，并參考相關(guān)資料[8]，設(shè)計(jì)了一套基于多滑塊運(yùn)動(dòng)軍用望遠(yuǎn)鏡殼體模具，該模具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，工作穩(wěn)定，并能達(dá)到工程實(shí)踐要求。

1 塑件結(jié)構(gòu)分析、材料選擇及工藝分析

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

如圖1所示為軍用望遠(yuǎn)鏡，產(chǎn)品長(zhǎng)為106.5 mm,高37.2 mm,寬66.5 mm,約重32 g,從尺寸上看，是一個(gè)中小型產(chǎn)品，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。從圖中可以分析得到，圖中標(biāo)注處A、B、C、D、E分別為產(chǎn)品的側(cè)向孔，是需要側(cè)向抽芯的地方，而且A、B兩處既有倒扣，又有螺紋，經(jīng)過(guò)對(duì)產(chǎn)品初步分析，先要脫產(chǎn)品螺紋，再脫產(chǎn)品螺紋外面的倒扣，從圖1可以看出，D、E 2處的倒扣沒(méi)有螺紋，但2個(gè)倒扣是相鄰在一起的，不但不平行且成96 °夾角。最終A、B、C、E 4個(gè)倒扣在F處將相會(huì)在一起，分析A、B 2處既要脫螺紋，而且又要脫倒扣，所以就必須采用液壓缸脫模。在側(cè)向抽芯的過(guò)程中，因?yàn)橛卸鄠€(gè)滑塊在里面，滑塊與滑塊又是相交的，而且產(chǎn)品還帶有螺紋，從而模具滑塊的脫模順序非常重要，若處理方法不合理，就可能造成滑塊之間相互干涉等現(xiàn)象。

1.2 產(chǎn)品材料選擇

圖2為望遠(yuǎn)鏡工藝分析圖。該產(chǎn)品表面要求光潔，而且螺紋部分不可拉花，表面必須無(wú)毛刺，無(wú)飛邊，且無(wú)明顯縮影。由于軍用望遠(yuǎn)鏡精密度要求非常嚴(yán)格，而且要求能在惡劣的環(huán)境中也能正常使用，且最低使用壽命為30年，甚至更長(zhǎng)，這對(duì)模具制作的要求較高，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品選用的材料要求也特別高，根據(jù)分析，要達(dá)到以上要求，材料可以選用聚碳酸酯/20 %玻璃纖維(PC/20 %GF)，PC為無(wú)色透明，抗沖擊，耐熱，著色性好，耐腐蝕性好，電絕緣性好。GF是一種性能較好的無(wú)機(jī)非金屬材料，優(yōu)點(diǎn)是絕緣性好、抗腐蝕性好、耐熱性強(qiáng)、力學(xué)性能較高，它是以玻璃球或者廢舊玻璃為原料經(jīng)高溫熔制、絡(luò)紗、拉絲、織布等工藝制成的，GF通常用作復(fù)合材料中的電絕緣材料、增強(qiáng)材料及絕熱保溫材料。2種材料混合在一起，可以增強(qiáng)硬度和剛性，提高尺寸的穩(wěn)定性，同時(shí)降低收縮率。

(a)產(chǎn)品尺寸 (b)～(d)三維圖 (e)三維剖面圖圖1 望遠(yuǎn)鏡三維立體結(jié)構(gòu)Fig.1 Telescope three-dimensional structure

圖2 望遠(yuǎn)鏡工藝分析Fig.2 Telescope technology analysis

2 模具零件設(shè)計(jì)

2.1 分型面及澆口的設(shè)計(jì)

由于產(chǎn)品的抽芯結(jié)構(gòu)比較多，且滑塊分布較多，沒(méi)有分型面的地方才可以設(shè)置滑塊，于是根據(jù)設(shè)計(jì)分型面的原則，該產(chǎn)品的分型面設(shè)計(jì)需要保持產(chǎn)品的外觀平整，且易加工，從而保證加工尺寸，且要利于排氣，并能使產(chǎn)品保留在動(dòng)模內(nèi)側(cè)，且容易脫模。如圖3所示，主分型面是一個(gè)決定產(chǎn)品上模及下模開(kāi)模方向的分型面，也是模具最大的一個(gè)分型面，主分型面如圖3所示的紅色區(qū)域。此產(chǎn)品適合用點(diǎn)澆口，能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求，通過(guò)產(chǎn)品分析得到，最合理進(jìn)膠點(diǎn)如圖3所示，3處進(jìn)膠的優(yōu)點(diǎn)是能使產(chǎn)品基本同時(shí)注滿型腔，在注塑時(shí)，產(chǎn)品與流道凝料自動(dòng)分離，節(jié)省人工時(shí)間，而且側(cè)點(diǎn)澆口對(duì)產(chǎn)品的外觀影響較小。

圖3 望遠(yuǎn)鏡分型面及澆口Fig.3 Telescope parting surface and gate

2.2 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1—止退針 2—止轉(zhuǎn)塊 3—限位開(kāi)關(guān)a 4—擋板 5—限位開(kāi)關(guān)b 6—滑動(dòng)塊板 7—齒輪牙軸 8—內(nèi)牙套 9—牙軸鑲件 10—消光鑲件 11—鏈輪軸 12—齒輪 13—鏈條 14—電機(jī)圖4 抽芯機(jī)構(gòu)Fig.4 Core-pulling mechanism

抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)最難之處，首先從圖1的A、B、C、D、E處可以看出，這幾處的倒扣類(lèi)型都類(lèi)似且都是滑塊抽芯脫模，其中A、B 2處較為類(lèi)似，都是螺紋加滑塊脫模，現(xiàn)以A處為例講述螺紋抽芯的設(shè)計(jì)方法，具體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4所示。脫模的工作過(guò)程為:電機(jī)14接到指令開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鏈條13→帶動(dòng)鏈輪軸11→帶動(dòng)齒輪12→帶動(dòng)齒輪牙軸7與內(nèi)牙套8相互運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生作用力，內(nèi)牙套8固定不動(dòng)，從而齒輪牙軸7向前方運(yùn)動(dòng)。因滑塊6與檔板4通過(guò)螺絲固定在一起，當(dāng)牙軸7開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就會(huì)帶動(dòng)滑塊6一起動(dòng)作，這時(shí)牙軸鑲件9脫離產(chǎn)品倒扣。由于消光鑲件10相對(duì)粗糙，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將會(huì)影響產(chǎn)品內(nèi)表面光滑度，所以安裝止轉(zhuǎn)塊2將其在牙軸鑲件9轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)保持靜止，當(dāng)檔板4碰到限位開(kāi)關(guān)3時(shí)，電機(jī)將停止工作。由于產(chǎn)品的螺紋長(zhǎng)為10 mm，從而牙軸鑲件9運(yùn)動(dòng)的距離至少要12 mm以上，才能保證安全，于是限位開(kāi)關(guān)的控制距離也要設(shè)置大于12 mm。

2.3 相交滑塊設(shè)計(jì)

如圖5所示， D處滑塊鑲件4經(jīng)過(guò)E處滑塊5時(shí)，首先是D處滑塊在液壓缸的工作下，脫離產(chǎn)品與E處的滑塊，同時(shí)E處滑塊在彈簧的作用力下往后退，脫離產(chǎn)品倒扣。滑塊的工作過(guò)程是在限位開(kāi)關(guān)的控制下有序地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。當(dāng)螺紋脫模后，液壓缸接到指令，將整個(gè)滑塊從塑件中拉出，接觸到限位開(kāi)關(guān)，液壓缸將停止工作，并把信號(hào)傳遞到其他運(yùn)動(dòng)件。

1—滑塊限位開(kāi)關(guān)左 2—滑塊行程塊 3—滑塊限位開(kāi)關(guān)右 4—滑塊鑲件 5—滑塊圖5 相交滑塊設(shè)計(jì)Fig.5 Cross slide block design

3 模具整體結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

通過(guò)以上分析，塑件產(chǎn)品抽芯結(jié)構(gòu)較多，通過(guò)查找模具設(shè)計(jì)資料，分析核算出模仁尺寸為120 mm×100 mm×120 mm,綜合分析選用的模架型號(hào)為DCI30750A70B140C120,模架長(zhǎng)度為750 mm，模具上有2個(gè)螺紋脫模結(jié)構(gòu)，塑料產(chǎn)品直接用頂針頂出，頂出結(jié)構(gòu)不能和水路、鑲件等結(jié)構(gòu)干涉，綜合各方面因素，模具整體結(jié)構(gòu)如圖6所示。

1—定位環(huán) 2—面板 3—拉桿 4—水口推板 5—公模仁 6—A板 7—牙軸鑲件 8—牙軸 9—止推桿 10—牙套 11—電機(jī)固定板 12—鏈輪軸 13—B板 14—頂針 15—電機(jī) 16—頂針面板 17—頂針底板 18—底板(a)正視圖 (b)側(cè)視圖圖6 模具整體結(jié)構(gòu)Fig.6 Mold structure as a whole

19—滑塊A 20—限位開(kāi)關(guān)控制器 21—控制塊 22—限位開(kāi)關(guān)控制器 23—聚酰胺開(kāi)閉器 24—復(fù)位桿 25—塑件 26—滑塊鑲件 27—滑塊 28—滑塊鑲件 29—限位開(kāi)關(guān)控制器 30—控制塊 31—限位開(kāi)關(guān)控制器 32—液壓缸A 33—保護(hù)柱 34—液壓缸固定板 35—滑塊壓條 36—導(dǎo)柱 37—限位開(kāi)關(guān)控制器 38—壓線塊 39—控制塊 40—限位開(kāi)關(guān)控制器 41—限位開(kāi)關(guān)控制器 42—限位開(kāi)關(guān)控制器 43—限位開(kāi)關(guān)控制器 44—控制塊 45—限位開(kāi)關(guān)控制器 46—壓條 47—滑塊B 48—液壓缸固定板 49—液壓缸B 50—液壓缸C(a)定模三維結(jié)構(gòu) (b)定模二維結(jié)構(gòu)圖7 定模結(jié)構(gòu)Fig.7 Set mold structure

從圖7可以看出，40、41、42、43、45都為限位開(kāi)關(guān)控制器，按裝這么多限位開(kāi)關(guān)控制器只有一個(gè)目的，就是為了達(dá)到使模具順利開(kāi)模，順利合模。該模具的整個(gè)注塑周期動(dòng)作相對(duì)較復(fù)雜，開(kāi)模工作原理為:2個(gè)電機(jī)分別帶動(dòng)3個(gè)牙軸轉(zhuǎn)動(dòng)后退，牙軸后退時(shí)碰觸到各自的限位開(kāi)關(guān),并停止轉(zhuǎn)動(dòng)，并把相關(guān)信號(hào)傳給液壓缸A和液壓缸B，此時(shí)螺紋脫模完成，液壓缸A、液壓缸B接到指定，同時(shí)拉動(dòng)滑塊A、滑塊B后退到脫模狀態(tài)，分別碰觸到限位開(kāi)關(guān)控制器37、45，并且碰觸到液壓缸固定板34、48，而后停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)滑塊27在彈簧的作用下后退脫模，信號(hào)傳給液壓缸C。液壓缸C接到指定后拉動(dòng)滑塊26后退脫模，并把相關(guān)信號(hào)傳給頂出系統(tǒng)。頂出系統(tǒng)接到指命，針板頂出產(chǎn)品脫模取件。合模工作原理為:頂針板退到位，碰觸到針板復(fù)位開(kāi)關(guān)，液壓缸C接到信號(hào)，推動(dòng)滑塊26到復(fù)位狀態(tài)，并把信號(hào)傳遞給2個(gè)電機(jī)，2個(gè)電機(jī)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使3個(gè)牙軸轉(zhuǎn)到復(fù)位狀態(tài)，并把信號(hào)傳遞給液壓缸A、液壓缸B。液壓缸A、液壓缸B同時(shí)推動(dòng)滑塊到復(fù)位閉合狀態(tài)，把信號(hào)傳給模具，合模注塑。

4 結(jié)論

(1)此軍用望遠(yuǎn)鏡模具結(jié)構(gòu)克服了多個(gè)內(nèi)螺紋抽芯困難問(wèn)題，采用了電機(jī)帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)，并運(yùn)用相交滑塊設(shè)計(jì)，也解決了倒扣難脫模的問(wèn)題；

(2)此模具采用了多個(gè)限位開(kāi)關(guān)控制器，使模具能夠有序的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)各項(xiàng)工作過(guò)程，并能達(dá)到順利開(kāi)模和順利合模，模具運(yùn)行周期穩(wěn)定；

(3)此模具已經(jīng)經(jīng)過(guò)調(diào)試進(jìn)行生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率達(dá)到98 %以上，從以上合格率足以證明這種螺紋抽芯機(jī)構(gòu)、相交滑塊、多限位開(kāi)關(guān)等模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是相對(duì)成功的，此模具結(jié)構(gòu)對(duì)注塑模具設(shè)計(jì)者具有一定的參考價(jià)值。

[1] 陳劍玲. 螺紋盒蓋抽芯熱流道注射模設(shè)計(jì)[J]. 現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用,2015,27(3): 44-47. Chen Jianling. Design of Hot Runner Injection Mold with Side-slider Pulling Mechanism for Screwed-cover[J].Modern Plastics Processing and Applications,2015,27(3):44-47.

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[8] 伍先明,王 群,龐佑霞.塑料模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)(第一版)[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社, 2006.

道康寧新推出5種高性能光學(xué)有機(jī)硅封裝膠，

進(jìn)一步提升LED封裝方案的設(shè)計(jì)自由度

2017年2月28日，全球有機(jī)硅、硅基技術(shù)和創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)者，陶氏化學(xué)的全資子公司道康寧今日新推出5種光學(xué)封裝膠(OEs)。這5種產(chǎn)品不僅進(jìn)一步豐富了道康寧快速增長(zhǎng)的發(fā)光二極管(LED)創(chuàng)新解決方案產(chǎn)品組合，更大大增強(qiáng)了當(dāng)前LED封裝廠商的設(shè)計(jì)靈活性。由于具有超高的熱和光學(xué)穩(wěn)定性，以及優(yōu)化的折射率、硬度和氣體阻隔性能，這5款產(chǎn)品還提升了超大功率LED封裝方案的設(shè)計(jì)自由度，如陶瓷基SMD(surface mount device),COB(chip on-board)和PLCC(plastic leaded chip carrier)封裝。這5種新產(chǎn)品為OE-7840、OE-7841、OE-7843、OE-7810及OE-7820光學(xué)封裝膠，均屬于道康寧?品牌系列。其分為兩大有針對(duì)性能的不同類(lèi)別，均可在150°C持續(xù)高溫下保持優(yōu)越的光熱穩(wěn)定性和可靠性。

道康寧全球市場(chǎng)經(jīng)理Takuhiro Tsuchiya介紹說(shuō)：“如今的LED制造商正積極探索更明亮、更小型和更具經(jīng)濟(jì)效益的LED封裝設(shè)計(jì)方案，因此道康寧這些制造商密切合作，以助力發(fā)展更先進(jìn)的新型有機(jī)硅解決方案，從而應(yīng)對(duì)日益強(qiáng)烈的需求挑戰(zhàn)。這5種新型光學(xué)封裝膠以我們業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的OE產(chǎn)品系列所取得的成功為基礎(chǔ)，使客戶能夠不斷突破其大功率LED封裝的設(shè)計(jì)極限。”其中3種產(chǎn)品可為OEM提供優(yōu)化的折射率和其他特性，以提高大功率PLCC LED封裝的效率及可靠性。這3種產(chǎn)品分別為：Dow Corning?(道康寧)OE-7840，Dow Corning?OE-7841和Dow Corning?OE-7843光學(xué)封裝膠。OE-7840和OE-7841分別具有高達(dá)1.5和1.48的折射率，使設(shè)計(jì)者能夠優(yōu)化光輸出，同時(shí)確保其LED封裝具有良好的氣體阻隔性能。OE-7843封裝膠的折射率為1.5，為3款產(chǎn)品中最高，且具有良好的銀片抗腐蝕性，有助于大功率PLCC LED封裝件承受?chē)?yán)酷環(huán)境的挑戰(zhàn)。Dow Corning?OE-7810和Dow Corning?OE-7820這2種新產(chǎn)品則專門(mén)針對(duì)極高耐熱性，而非銀片抗腐蝕性的大功率COB和陶瓷基SMD LED封裝。其有不同硬度可供選擇，專用于提高耐久性，且可根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行量身定制。OE-7810封裝膠可提供高達(dá)55A的硬度選擇，適用于要求更高延伸率的封裝應(yīng)用，可提高熱循環(huán)下的耐久性。OE-7820封裝膠的硬度高達(dá)70A，硬度更高，操作性更好，且可將粉塵吸附作用降至最低。

Innovation Design of Injection Molds for Military Telescope Shells Based on Intersectional Slider Threaded Core-pulling Mechanism

ZHAO Liping1, HU Dengping1*, WU Xianming2, ZHENG Yuehua1, HOU Xianzhou1

(1.Department of Mechanical and Electrical Engineering, Guangdong University of Science and Technology, Dongguan 523083, China； 2.Hunan Provincial Key Laboratory of High Efficiency and Precision Machining of Difficult-to-Cut Material, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan 411201, China)

In view of the problems that there are multiple threaded core-pulling mechanism and the intersection of slide blocks in military telescopes, the structure of their plastic parts was first analyzed, and then a motor which drives the gear core-pulling mechanism was adopted and multiple limit switch controllers were also used to design the relevant injection mold. Such a design made the mold work in good order and also resolved the demolding difficulty. The fabricated mould exhibited a stable run cycle and an ordered motion for various sliders during the demolding process. This mould has been used for mass production, and the obtained parts gain a good quality with a process yield over 98 %.

Intersectional slide block; screw-threaded core pulling; military telescope; injection mould; motor; gear transmission

2016-09-14

TQ327

B

1001-9278(2017)04-0097-05

10.19491/j.issn.1001-9278.2017.04.017

*聯(lián)系人，hudengping2016@163.com