王 鑫，王 靜，楊林康，李立堯

(河南工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河南 鄭州 451191)

0 前言

與兩板模模具相比，三板模模具可以通過模具的多次開模，從而實(shí)現(xiàn)澆注系統(tǒng)凝料與產(chǎn)品的直接分離，避免了切除料頭的后續(xù)工時(shí)，節(jié)約了人力成本，同時(shí)又保護(hù)了產(chǎn)品，避免產(chǎn)品在去料頭時(shí)的二次損傷，在模具中的應(yīng)用越來越廣泛。但是三板模模具僅適用于點(diǎn)澆口進(jìn)膠的產(chǎn)品，而對于適合使用側(cè)澆口、潛伏式澆口等兩板模常用澆口類型的產(chǎn)品并不適用，這也限制了三板模的應(yīng)用[1-3]。針對這一情況，本文以某汽車雨刷器用不完全齒輪產(chǎn)品為例，通過對三板模進(jìn)膠系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了對該產(chǎn)品的側(cè)澆口進(jìn)膠，同時(shí)又保證了澆注系統(tǒng)凝料與產(chǎn)品在開模時(shí)的直接分離，提高了生產(chǎn)效率，擴(kuò)大了三板模的應(yīng)用范圍。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

該產(chǎn)品為汽車雨刷器用不完全齒輪，材料為聚甲醛(POM)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和尺寸如圖1所示。不完全齒輪的齒數(shù)為14，模數(shù)為2，其主要功能是雨刷器機(jī)構(gòu)的分度調(diào)節(jié)，沒有外觀要求，主要就是保證齒輪輪齒齒形的成型一致性和輪轂部位的裝配要求。分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，要達(dá)到這兩點(diǎn)要求，塑件外表面并沒有合適的點(diǎn)澆口位置，比較適合側(cè)澆口進(jìn)膠，進(jìn)膠點(diǎn)選擇在產(chǎn)品右側(cè)輪轂側(cè)壁的中心處，如圖1所示。這樣進(jìn)膠可以使塑料均勻平衡的充填在齒輪輪齒上，保證每個(gè)輪齒的收縮和齒形一致，又能保證輪轂的成型精度[4]。同時(shí)為節(jié)約后期人工切除料頭的成本和時(shí)間，將模具設(shè)計(jì)成三板模結(jié)構(gòu)，在開模時(shí)自動(dòng)將產(chǎn)品與料頭分開。

(a)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) (b)產(chǎn)品尺寸 (c)三維結(jié)構(gòu)圖1 不完全齒輪產(chǎn)品Fig.1 Intermittent gear products

2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1—水口鉤針 2—主流道 3—一級分流道 4—上模仁 5—塑件 6—下模仁 7—側(cè)澆口鑲件 6—二級分流道圖2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)Fig.2 Gate system design

圖3 側(cè)澆口鑲件Fig.3 Side gate insert

本次側(cè)澆口設(shè)計(jì)，要保證兩點(diǎn)要求，一要實(shí)現(xiàn)分模時(shí)側(cè)澆口凝料與產(chǎn)品分離，二要保證分模時(shí)側(cè)澆口凝料被分流道凝料順利扯出，不發(fā)生斷裂。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試驗(yàn)，最終將側(cè)澆口設(shè)計(jì)為與分流道成30 °傾斜，長度僅為2 mm的短側(cè)澆口形式，如圖2所示。同時(shí)為保證安全扯出側(cè)澆口凝料，在設(shè)計(jì)時(shí)，相對于分流道尺寸，將側(cè)澆口直徑尺寸變小，半徑縮小了0.2 mm。而為了便于制造，本次將側(cè)澆口設(shè)計(jì)在側(cè)澆口鑲件7上，側(cè)澆口鑲件7通過螺釘固定在上模仁4上，如圖3所示。這樣在開模過程中，側(cè)澆口凝料就可以隨其余澆注系統(tǒng)凝料留在定模部分，一并被取出。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，成功的實(shí)現(xiàn)了上述兩點(diǎn)要求。

其他澆注系統(tǒng)均參照三板模設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，尺寸如圖2所示。其中水口鉤針中心與二級分流道中心一致，抓料高度設(shè)計(jì)為3 mm。二級分流道穿過定模板和上模仁，但定模板和上模仁在加工過程中會(huì)產(chǎn)生中心偏差，因此在設(shè)計(jì)二級分流道時(shí)，在兩零件之間要做偏移設(shè)計(jì)，從定模板到上模仁，二級分流道尺寸向內(nèi)偏移0.2 mm，以保證二級分流道凝料可以順利從定模板和上模仁中拉出來[5]。

3 限位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為保證三板模能夠按順序開模，必須要設(shè)計(jì)一套限位裝置，以精確控制相關(guān)各板的移動(dòng)距離，保證產(chǎn)品及澆注系統(tǒng)凝料的脫出。三板模有3個(gè)分型面，分別在動(dòng)模板與定模板、水口推板與定模板、水口推板與定模座板之間，因此每個(gè)分型面都要設(shè)計(jì)限位裝置。

圖4 尼龍扣塞設(shè)計(jì)Fig.4 Nylon buckle design

定、動(dòng)模板的分型設(shè)計(jì)有尼龍扣塞機(jī)構(gòu)，只有開模力大于尼龍扣塞對前模板的摩擦力時(shí)，模具才能夠從定、動(dòng)模處分開。如圖4所示，設(shè)計(jì)4個(gè)直徑為16 mm的尼龍扣塞均勻的固定在上模仁上，為了避免困氣，在尼龍扣塞的下方設(shè)計(jì)有直徑為5 mm的逃氣孔。

圖5 大、小拉桿組合設(shè)計(jì)Fig.5 Big and small pull rod composite design

1—鎖扣 2—尼龍扣塞 3—水口鉤針 4—定位圈 5—定模座板 6—水口推板 7—水路 8—定模板 9—上模仁 10—下模仁 11—?jiǎng)幽０?12—墊板 13—上頂針板 14—?jiǎng)幽Ｗ?15—下頂針板 16—支撐柱 17—頂針 18—側(cè)澆口鑲件 19—復(fù)位桿 20—螺釘 21—螺釘 22—小拉桿 23—大拉桿 24—頂出導(dǎo)柱(a)主視圖 (b)側(cè)視圖圖8 模具總裝配圖Fig.8 Mold assembly drawing

水口推板與定模板、定模座板之間的分型采用組合式拉桿結(jié)構(gòu)，即將小拉桿與大拉桿通過螺絲連接在一起的形式，如圖5所示。大拉桿限定水口推板與定模板之間的開模距離，根據(jù)要求，其開模距離應(yīng)該大于澆注系統(tǒng)總長度，再加上10～20 mm的安全距離，該模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)總長度為92 mm，故本次大拉桿的限位距離設(shè)計(jì)為120 mm，直徑為13 mm。小拉桿限定水口推板與定模座板之間的開模距離，其開模距離要保證分流道凝料脫離水口鉤針的抓料頭，使主流道凝料脫離澆口套，而抓料頭的高度設(shè)計(jì)為3 mm，故小拉桿的限位距離設(shè)計(jì)為8 mm。

4 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

頂出系統(tǒng)采用頂針頂出，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，沿產(chǎn)品周邊布局頂針頂出產(chǎn)品，頂針布局如圖6所示，齒輪輪齒周邊布局3個(gè)直徑為5 mm的頂針，輪轂周邊布局4個(gè)直徑為2.5 mm的頂針。

圖6 頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)Fig.6 Ejection system design

冷卻系統(tǒng)采用串聯(lián)循環(huán)的水路分別對產(chǎn)品上下表面進(jìn)行冷卻，冷卻水路直徑為6 mm，如圖7所示，上、下模水路離產(chǎn)品高度分別為10 mm和12 mm。

圖7 冷卻水路設(shè)計(jì)Fig.7 Cooling water design

5 模具裝配和工作原理

從圖8可以看出，該三板模共有3個(gè)分型面，按照開模順序依次開模。當(dāng)塑料在模具型腔中冷卻固化后，模具在開模力的作用下開始開模，由于側(cè)澆口比較短小，與產(chǎn)品連接力較小，模具首先沿著第一個(gè)分型面開模，開模距離由大拉桿23進(jìn)行限位。第一次開模時(shí)，澆注系統(tǒng)凝料與產(chǎn)品在側(cè)澆口處實(shí)現(xiàn)分離，整個(gè)澆注系統(tǒng)凝料留在定模部分。當(dāng)大拉桿23與定模板8接觸后，不能再移動(dòng)，此時(shí)模具在開模力的作用下，沿著第二個(gè)分型面打開，二次開模的限位距離由小拉桿22決定，這次開模實(shí)現(xiàn)了分流道凝料與水口鉤針3的分離，保證整個(gè)澆注系統(tǒng)凝料能夠從模具中取出。當(dāng)小拉桿22接觸到定模座板5時(shí)，小拉桿22不能再移動(dòng)，此時(shí)模具在開模力的作用下，克服尼龍扣塞2的摩擦力，沿著第三個(gè)分型面進(jìn)行開模，打開一定距離后，模具的頂針17在上下頂針板13和15的帶動(dòng)下，將產(chǎn)品從模具中順利頂出。

如圖9所示為該產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)分析模型和充填結(jié)果，雨刷器用不完全齒輪能夠進(jìn)行正常的填充，并且產(chǎn)品齒部充填時(shí)間較為同步，沒有過保壓現(xiàn)象，能夠保證齒形成型精度一致。

(a)分析模型 (b)充填結(jié)果圖9 分析模型和充填結(jié)果Fig.9 Analysis model and filling result

6 結(jié)論

(1)通過側(cè)澆口鑲件和三板模澆注系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了三板模的側(cè)澆口進(jìn)膠，擴(kuò)大了三板模的使用范圍，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了側(cè)澆口進(jìn)膠模具澆注系統(tǒng)料頭與產(chǎn)品的自動(dòng)分離；

(2)通過尼龍扣塞和大小拉桿組合設(shè)計(jì)，確保模具能夠按照正確的開模順序和開模距離進(jìn)行打開；該模具設(shè)計(jì)節(jié)約了人力成本，提高了生產(chǎn)效率；經(jīng)CAE分析和實(shí)踐證明，模具結(jié)構(gòu)簡單可靠，可以滿足生產(chǎn)的要求。

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