徐 生，王偉偉，張志強

(1.浙江工商職業(yè)技術(shù)學院現(xiàn)代模具學院，浙江 寧波 315012； 2.寧波陽超汽車模具有限公司，浙江 寧波 315012)

0 前言

復雜塑件模具設(shè)計中，澆口位置及數(shù)量選擇、分型面的選用、及脫模機構(gòu)的設(shè)計是模具設(shè)計的重點，也是難點。對于型腔面一側(cè)、型芯面一側(cè)都存在倒扣的塑件，相應的模具結(jié)構(gòu)中，需要設(shè)計前后模抽芯機構(gòu)，方能實現(xiàn)塑件的自動化注塑生產(chǎn)[1-4]。依據(jù)倒扣的結(jié)構(gòu)特點，一般都需要設(shè)計特殊的脫模機構(gòu)來對這些倒扣進行抽芯脫模，對于型腔面一側(cè)的前模倒扣特征的脫模，一般采用前模斜頂或者前模滑塊來實施脫模，此類斜頂或者滑塊的驅(qū)動多數(shù)情況下采用模板的開閉來驅(qū)動側(cè)抽芯成型件進行側(cè)抽芯，或者需要進行機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計，設(shè)計其他特殊的驅(qū)動機構(gòu)來驅(qū)動前?；瑝K或斜頂來進行抽芯[5-8]；對于型芯面一側(cè)的后模倒扣，一般采用斜頂機構(gòu)來實施脫?；蛘咝睂е瑝K機構(gòu)來實施側(cè)抽芯脫模，相對而言，機構(gòu)設(shè)計較為簡單[9-13]。對于塑件上存在的斜孔，可依據(jù)斜孔的形狀特點，采用斜導柱機構(gòu)或者油缸機構(gòu)驅(qū)動來實施抽芯脫模。當塑件上同時需要進行前模抽芯、后模抽芯及斜孔抽芯時，模具整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計也需要一定的創(chuàng)新設(shè)計方能保證模具實用功能的實現(xiàn)[14-17]。本文擬結(jié)合某軸承前罩注射成型的需要，針對其塑件上既有前模倒扣、后模倒扣及斜孔等復雜特征需要設(shè)計特殊抽芯機構(gòu)的特點，設(shè)計了一種帶前模推板整體驅(qū)動式前模抽芯機構(gòu)、后模斜導柱滑塊機構(gòu)及油缸驅(qū)動斜孔抽芯機構(gòu)的兩板式側(cè)澆口注塑模具，以資設(shè)計參考。

1 塑件

軸承前罩塑件的形狀如圖1所示，塑件為圓柱蓋形狀。圖1(a)為塑件的型腔面一側(cè)的結(jié)構(gòu)特征分布，圖1(b)為塑件型芯面一側(cè)結(jié)構(gòu)特征的分布。從圖1(a)中可以看出，塑件最大輪廓線以上型腔面一側(cè)外沿上存在8處邊緣倒扣，中央部位內(nèi)邊沿下存在3處內(nèi)壁倒扣，內(nèi)壁上還存在1處插穿孔。最大輪廓線以下存在1處斜孔，1處結(jié)構(gòu)槽特征，且型芯面上設(shè)計有較多的字碼、加強筋等特征。模具設(shè)計中，插穿孔、字碼、加強筋、結(jié)構(gòu)槽等只影響到成型鑲件的設(shè)計，并無特殊的脫模設(shè)計要求，而倒扣則需結(jié)合塑件在模具中的具體的分型布局后，依據(jù)具體的布局特點來設(shè)計相應的脫模機構(gòu)來實施脫模，因而，塑件模具設(shè)計的困難主要體現(xiàn)為塑件的脫模機構(gòu)的設(shè)計。

(a)內(nèi)壁一側(cè)軸測視圖 (b)外壁一側(cè)軸測視圖圖1 塑件形狀Fig.1 Shape of the plastic part

2 脫模分析

塑件材質(zhì)選用丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物(ABS)，縮水率為0.5 %。結(jié)合塑件形狀，對其結(jié)構(gòu)形狀做進一步的剖視后，有特殊脫模要求的倒扣特征及斜孔特征的結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示。從圖中可以看出，外壁上8處邊緣倒扣厚度為2 mm，在徑向上的抽芯距離至少大于2 mm以上。內(nèi)壁上3倒扣特征從型腔中脫出，其側(cè)向抽芯距離須大于3 mm以上。外壁上的1處斜孔抽芯距離須保證大于35 mm以上。

圖2 脫模特征尺寸Fig.2 Demoulding feature size

3 分型及脫模方案

鑒于上述特征的抽芯脫模尺寸要求，塑件的主分型面選擇如圖3(a)所示，在此分型面下，相應的脫模機構(gòu)方案設(shè)計如圖3(b)所示。其具體布置為：(1)針對于8處邊緣倒扣，將其抽芯機構(gòu)布局設(shè)計與型芯一側(cè)實施抽芯，且每2個扣位為一組，共4組抽芯機構(gòu)；(2)針對于3處前模倒扣，分別采用3個結(jié)構(gòu)相似的定模抽芯機構(gòu)來進行抽芯；(3)對于斜孔特征，在圖3(a)所示分型面下，其抽芯脫模機構(gòu)設(shè)置于動模型芯一側(cè)，采用一油缸滑塊抽芯機構(gòu)來實施抽芯脫模;(4)針對塑件位于型芯一側(cè)型芯面上的結(jié)構(gòu)槽、加強筋等包緊力大的特征的脫模，靠相應地增加頂出頂針元件的措施來保證塑件的完全頂出脫模。

(a)分型面選擇 (b)脫模機構(gòu)布局圖3 分型及脫模機構(gòu)布局Fig.3 Parting and layout of the demoulding mechanism

4 模具結(jié)構(gòu)

模具的結(jié)構(gòu)如圖4所示。模具為模架為兩板模結(jié)構(gòu)，但針對前模抽芯機構(gòu)的需要，做了局部改造，即在定模板29與面板23之間，加設(shè)了上模腳40及前支撐柱24，以為前推板25的頂出運動提供運動空間。模腔布局采用1模4腔對稱布置方式，4腔的結(jié)構(gòu)方式一樣，機構(gòu)零件亦相同。

1—鎖緊插塊 2—驅(qū)動彎銷 3—彎銷耐磨板 4—導向壓條 5—內(nèi)壁倒扣滑塊 6—型芯主鑲件 7—中央型腔鑲件 8—型芯結(jié)構(gòu)槽鑲件9—型腔鑲件 10—邊緣倒扣滑塊 11—滑塊滑動槽 12—斜導柱 13—鎖緊塊 14—鎖緊插桿 15—插桿耐磨板 16—滑塊座17—油缸板 18—油缸 19—滑塊底板 20—斜孔滑塊體 21—斜孔型芯 22—定位圈 23—面板 24—前支撐柱 25—前推板26—中心桿套 27—油缸座板 28—前推板油缸 29—定模板 30—動模板 31—復位桿 32—限位塊 33—頂針蓋板34—支撐柱 35—頂針推板 36—底板 37—垃圾釘 38—推板套 39—保護柱 40—上模腳 41—澆口襯套 42—運水塊43—導套 44—鎖模片 45—邊鎖 46—導柱 47—計數(shù)器 48—流道塊 49—拉料桿 50—頂針 PL1、PL2—分型面圖4 模具結(jié)構(gòu)Fig.4 Mould structure

澆注系統(tǒng)采用大水口澆注系統(tǒng)，澆口形式為側(cè)邊香蕉型澆口進膠方式，流道采用H型平衡流道布局方式，一級流道直徑選用φ12 mm圓形流道，二級流道選用φ8 mm流道，香蕉形澆口進膠口直徑φ1.2 mm，澆口采用2塊鏡像對稱的流道塊48拼合而成；一級、二級流道末端均設(shè)置有拉料桿49；澆口襯套41安裝于定模板29上，以縮短主流道長度，保證熔融塑料在流道中的流動性充分。

冷卻水路設(shè)計中，就單腔而言，采用3種冷卻方式進行冷卻，第一種為中央型腔鑲件7采用水井進行冷卻；第二種為型芯主鑲件6采用雙層式回形管道進行冷卻；第三種是鑲件單條管道冷卻；水路管道直徑都采用φ8 mm管道，為降低水路接入接出管道數(shù)量及安裝復雜性，模具與外部水源的接通通過運水塊42來集成。

模腔的排氣依靠成型鑲件間的間隙來排氣，排氣間隙δ≤0.02 mm。

模架的導向機構(gòu)采用4副導柱導套導柱46、導套43的配合來實現(xiàn)，為保證模腔閉合時復位的精確性，導向機構(gòu)特別增設(shè)了邊鎖45來增強定位。模具上，為保護模具模板不與底面接觸，及保護油缸18，模具的地側(cè)一面上設(shè)置了4根保護柱39；同時，為了防止模具裝配后吊裝時防止上下模的脫離，模具外部加裝了鎖模片44，將模具動模與定模臨時鎖緊在一起。

成型件中，單腔的成型件主要由內(nèi)壁倒扣滑塊5、型芯主鑲件6、中央型腔鑲件7、型芯結(jié)構(gòu)槽鑲件8、型腔鑲件9、邊緣倒扣滑塊10、斜孔型芯21構(gòu)成，這些成型件中，型芯主鑲件6、中央型腔鑲件7、型芯結(jié)構(gòu)槽鑲件8、型腔鑲件9材料采用40Cr13，內(nèi)壁倒扣滑塊5、邊緣倒扣滑塊10、斜孔型芯21采用40Cr材料，成型面拋光至Ra0.8，成型件硬度HRC42以上。

模具的頂出機構(gòu)采用頂針頂出，主要由頂針推板35的頂針頂出，頂出機構(gòu)中，為防止頂出板的變形，頂針推板35的下方設(shè)置有垃圾釘，同時，為能滿足靈活調(diào)整頂出高度的需要，頂針蓋板33上設(shè)置了限位塊32；推板套38用于模具頂出推板35與注塑機頂桿的聯(lián)結(jié)。

模具為多腔模具，為此，為防止模具工作一段時間后，動模板30產(chǎn)生變形，增設(shè)了支撐柱34，通過底板36的剛度來增強動模板30的強度。為便于了解模具的工作壽命狀態(tài)，模具上附加設(shè)置了計數(shù)器47來記錄模具的開模次數(shù)。

塑件的側(cè)抽芯脫模機構(gòu)是本模具的設(shè)計難點，為實現(xiàn)圖2所示的倒扣、邊緣倒扣、斜孔3種特征的脫模，結(jié)合圖3(b)所示，模具上設(shè)計了3種脫模機構(gòu)來實現(xiàn)此功能。一種為前模推板驅(qū)動的前模彎銷驅(qū)動內(nèi)收抽芯機構(gòu)，一種為斜導柱驅(qū)動的側(cè)滑塊抽芯機構(gòu)，一種為油缸驅(qū)動滑塊型斜孔抽芯機構(gòu)。3種機構(gòu)的設(shè)計分述如下。

(1)前模彎銷驅(qū)動內(nèi)收抽芯機構(gòu)

就單腔而言，每腔包含3個前模彎銷驅(qū)動內(nèi)收抽芯機構(gòu)，單個機構(gòu)組成如圖5所示，其主要零件包括鎖緊插塊1、驅(qū)動彎銷2、彎銷耐磨板3、導向壓條4、內(nèi)壁倒扣滑塊5；鎖緊插塊1、驅(qū)動彎銷2通過螺釘緊固安裝于前推板25上，而內(nèi)壁倒扣滑塊5通過導向壓條4安裝于型腔鑲件9上，由前推板25驅(qū)動內(nèi)壁倒扣滑塊5來實施內(nèi)壁倒扣的側(cè)抽芯。前推板25由通過油缸座板27固定安裝于定模板29上的油缸28來驅(qū)動，油缸28在模具的兩端各設(shè)置一個。內(nèi)壁倒扣滑塊5的抽芯行程為6 mm。

1—鎖緊插塊 2—驅(qū)動彎銷 3—彎銷耐磨板 4—導向壓條 5—內(nèi)壁倒扣滑塊 6—型芯主鑲件 7—中央型腔鑲件圖5 前模彎銷驅(qū)動內(nèi)收抽芯機構(gòu)Fig.5 Core-pulling mechanism driven by bending pin of the front mould

(2)斜導柱滑塊側(cè)抽芯機構(gòu)

如圖6(a)所示，就單腔而言，為實現(xiàn)塑件8處邊緣倒扣的脫模，設(shè)計了4個斜導柱滑塊側(cè)抽芯機構(gòu)來實施抽芯，單個機構(gòu)的組件包括邊緣倒扣滑塊10、滑塊滑動槽11、斜導柱12、鎖緊塊13；機構(gòu)為常用型斜導柱滑塊機構(gòu)，邊緣倒扣滑塊10通過壓條安裝于型芯鑲件6上，斜導柱12通過鎖緊塊13壓緊安裝于型腔鑲件9上，斜導柱直徑φ8 mm，斜角20 °，鎖緊塊斜角23 °，邊緣倒扣滑塊10抽芯行程5 mm。

a—斜導柱滑塊側(cè)抽芯機構(gòu) b—油缸滑塊側(cè)抽芯機構(gòu) 6—型芯主鑲件 7—中央型腔鑲件 10—邊緣倒扣滑塊11—滑塊滑動槽 12—斜導柱 13—鎖緊塊 14—鎖緊插桿 15—插桿耐磨板 16—滑塊座 17—油缸板18—油缸 19—滑塊底板 20—斜孔滑塊體 21—斜孔型芯 圖6 側(cè)抽芯機構(gòu)Fig.6 Core-pulling mechanism

(3)油缸滑塊側(cè)抽芯機構(gòu)

單腔中的斜孔的脫模采用圖6(b)所示的單個的油缸滑塊側(cè)抽芯機構(gòu)來完成，機構(gòu)主要組成件包括鎖緊插桿14、插桿耐磨板15、滑塊座16、油缸板17、油缸18、滑塊底板19、斜孔滑塊體20、斜孔型芯21；機構(gòu)中，斜孔型芯21鑲拼安裝于斜孔滑塊體20上后，由油缸18驅(qū)動在滑塊座16與滑塊底板19組合成的滑動槽內(nèi)滑動來實施對塑件斜孔特征的抽芯脫模。鎖緊插桿14通過螺釘緊固安裝于前推板25上，用于閉模時對斜孔滑塊體20進行鎖緊，防止注塑時其在注塑壓力下松退，降低對油缸18的鎖緊使用要求。

綜合上述3種側(cè)抽芯機構(gòu)的特點，3種側(cè)抽芯機構(gòu)的成型件在模腔中的動作順序依次為：(1)模具開模前，油缸28驅(qū)動前推板25先向上，打開面PL1先打開，即先保證內(nèi)壁倒扣滑塊5先抽芯脫模；前推板25先向上頂出時，鎖緊插桿14解除對斜孔滑塊體20的鎖緊；(2)油缸18動作，驅(qū)動斜孔型芯21先抽芯；(3)模具在PL2分型面打開，斜導柱12驅(qū)動邊緣倒扣滑塊10完成側(cè)面抽芯。

5 模具工作原理

實際工作時，如圖4所示，模具的分型打開分2次打開，分別在PL1、和PL2處打開，其運動工作原理如下：

(1)注塑。模具裝于注塑機后，閉合，注塑、保壓、冷卻完畢，等待開模。

(2)PL1打開.注塑機動模板帶動模具動模后退前，油缸28動作，驅(qū)動前推板25向上打開，從而驅(qū)動模具上4個模腔內(nèi)的12個內(nèi)壁倒扣滑塊5完成內(nèi)抽芯，同步地，帶動4個鎖緊插桿14解除對斜孔滑塊體20的鎖緊。

(3)側(cè)孔抽芯內(nèi)壁倒扣抽芯完成后，4個油缸18動作，完成4個模腔內(nèi)4個斜孔的側(cè)抽芯。

(4)PL2打開。模具動模在注塑機帶動下，模具在PL2分型面處打開，打開時，16個斜導柱12驅(qū)動16個邊緣倒扣滑塊10完成側(cè)面抽芯。

(5)頂出。模具動模繼續(xù)后退，注塑機頂桿推動頂針推板35上的頂針、拉料桿將塑件及流道廢料從型芯鑲件6上頂出，實現(xiàn)塑件的完全脫模。

(6)復位。模具的復位過程與開模過程相反。

6 結(jié)論

(1)結(jié)合軸承前罩塑件注塑成型自動化生產(chǎn)的需要，針對塑件形狀不規(guī)則，自動脫模困難的問題，設(shè)計了其1模4腔兩板式香蕉型澆口注塑模具，模具分兩次分型打開，一次用于前模先抽芯機構(gòu)的抽芯驅(qū)動，一次用于塑件模腔的打開和同步完成塑件外壁倒扣的側(cè)抽芯脫模；

(2)為滿足塑件內(nèi)壁倒扣的成型脫模的需要，對模架進行改裝，在定模一側(cè)加裝了由安裝于定模板上的油缸驅(qū)動的前頂出板，通過該頂出板的驅(qū)動，帶動前模內(nèi)壁倒扣前模彎銷驅(qū)動內(nèi)收抽芯機構(gòu)的彎銷來驅(qū)動型腔內(nèi)的內(nèi)抽芯滑塊來實現(xiàn)塑件內(nèi)壁上倒扣的先抽芯脫模；塑件外壁倒扣的脫模采用斜導柱驅(qū)動滑塊來實施側(cè)面抽芯脫模，斜孔則采用油缸驅(qū)動斜型芯抽芯來脫模。