陳智明

國光電器股份有限公司（廣東廣州 510800）

1 引言

在產(chǎn)品設(shè)計過程中，常常會遇到一些特殊外部形狀的塑膠殼體部件（如周邊內(nèi)側(cè)凹），因其結(jié)構(gòu)要求的特殊性，給模具設(shè)計人員帶來了很大的挑戰(zhàn)，與此同時亦需要在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的初期充分考慮到模具的可行性，力求做到既滿足結(jié)構(gòu)功能要求的同時，又能最大限度地滿足模具的設(shè)計要求，以求達(dá)到兩全其美的最優(yōu)實施方案。

本文所闡述的案例是一個周邊內(nèi)側(cè)凹?xì)んw的脫模原理，重點剖析其作為關(guān)鍵部件的收縮型芯參與脫模的整個運動過程。

2 殼體工藝分析

圖1所示是殼體的技術(shù)要求工程圖。從圖1可以看出，其基本外形就是一個近似跑道形的球體，內(nèi)部周邊設(shè)有側(cè)凹，故無法直接完成脫模。另外，在殼體的M、N、O 3個視圖方向還設(shè)計有一些柱孔和沉臺等的結(jié)構(gòu)特征，要解決所有這些特征的脫模問題，必須采用一些特殊的處理方法才能實現(xiàn)。

通過殼體的3D建模圖進(jìn)一步分析，該殼體的脫?？梢苑謨纱蟛糠謥砜紤]：首先是外形脫模，其次是內(nèi)側(cè)凹的脫模。

總體來說，脫模的基本思路：①哈夫滑塊實施外形脫模；②收縮型芯實施內(nèi)部側(cè)凹脫模分兩步，亦即是二次頂出。第一步，動模板彈出推板，使固定在動模板上的斜楔與推板發(fā)生位移，使型芯產(chǎn)生內(nèi)部空間，讓型芯的外部拼塊能夠往內(nèi)部收縮；第二步，頂桿板通過斜頂負(fù)責(zé)作最后頂出殼體工作。

圖2 殼體外形分模方案

3 殼體外形脫模過程

對于殼體的外形脫模方案，比較容易作出判斷選擇。首先要確定外形的分模線位置和走向，如圖2所示，如果單就外形面的分形，方案初步分析應(yīng)該有兩種。

很明顯，殼體N向的跑道形大沉臺及其上面依附的柱子與孔都是需要設(shè)置一個斜向的滑塊作為脫模的。

圖1 殼體工程圖

方案一，依照PL1上下分模，好處是殼體外形脫模不需要滑塊，但在N向的跑道形大沉臺的分模位置不在其分模投影的最大處，導(dǎo)致其型腔在分模面處形成鋼料兩個的銳角，影響模具強度，顯然是不可行的。

方案二，PL2左右兩邊分模，則需要設(shè)置兩個哈夫滑塊，雖然在殼體的圖1中“O向”上也有一個跑道型孔，但由于前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計做了優(yōu)化，所有膠位都出在型芯上，至于哈夫滑塊分模線是否位于這個跑道型孔的側(cè)投影最大處已經(jīng)是無關(guān)要緊的了，原因就是此跑道型孔不需滑塊脫模。

綜合以上分析，外形部分的脫模方案選取了方案二的哈夫分模線PL2作為分模方案，依此作為本案例的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。

圖3是動、定模打開后，殼體還留在定模型芯的情況。開模后，兩個哈夫滑塊在兩個油缸的作用下，將殼體的外形完全脫開。

圖3 動、定模打開圖

4 殼體內(nèi)部側(cè)凹脫模過程

殼體內(nèi)部的內(nèi)側(cè)凹脫模其實就是本個案例所要闡述的問題核心，因此會將這一部分作比較詳細(xì)介紹。殼體內(nèi)部周邊存在障礙體的分布情況如圖4所示，沿周邊大部分內(nèi)側(cè)都存在障礙值ΔH不等障礙體[2]，使之無法按正常的方法直接脫模。所以，就要為殼體內(nèi)部障礙體的脫模制定一套可行的方案。

殼體整圈內(nèi)側(cè)凹意味著負(fù)責(zé)成型的型芯其整個外圈部分都要向內(nèi)收縮才可以達(dá)到脫模的目的。因此，從原理上就有了如下的設(shè)計分析。

從圖4可以得知，呈跑道形開口的殼體周邊內(nèi)部的側(cè)凹障礙體占了3/4以上，因為不能對殼體內(nèi)部實施直接脫模，所以必須設(shè)置一個型芯內(nèi)縮的機構(gòu)才能達(dá)成目的。要能實現(xiàn)型芯內(nèi)縮，在脫模的過程中必須首先在其內(nèi)部造成一個空心的位置，讓外圍型芯的分割塊體有足夠的空間向內(nèi)部收縮，進(jìn)而完成殼體的內(nèi)部脫模。為了描述方便，用圓形的型芯內(nèi)縮作為收縮模型來分析，收縮型芯的分解動作步驟分解為如圖5所示的3步。

在圖5中，型芯被拆分為：型芯中部為獨立部分，外圍一共被拆分為8塊拼塊，分割線為“八”字形，又將這8塊拼塊分為兩組，1～4的4塊拼為第一組，5～8的4塊拼為第二組。第一步：型芯中部抽空，給8塊拼塊內(nèi)收騰出空間；第二步：第一組1～4的4塊拼件往中間收縮行程；第三步：待1～4拼件內(nèi)縮產(chǎn)生足夠的空間后，余下的外圍第二組4～8拼塊再往中間收縮。經(jīng)過3步，完成的整個型芯內(nèi)部收縮動作。

注意事項：第一組1～4的拼塊收縮后所得到的空間是否足夠第二組5～8拼塊收縮所需空間。這兩步所收縮的行程一般都要比塑件的內(nèi)部障礙值ΔH大3mm為宜，具體的數(shù)據(jù)計算要事先設(shè)計好。

圖4 殼體內(nèi)側(cè)凹障礙體分布情況

圖5 收縮型芯原理

基于這個原理，相對應(yīng)地把本案例的殼體的型芯分割為如圖6所示方案。第一組拼塊為1～4，第二組拼塊為5～8，兩組的各個拼塊之間用“八”字形分割，第一組拼塊是內(nèi)“八”字，第二組拼塊是外“八”字，包括中間的斜斜，整個型芯被拆分為9個部件。

圖6 殼體型芯分割圖

實際上，這兩組拼塊的收縮動作都是通過中間的斜楔在中心位置抽離時，被它們之間連接的燕尾槽作用而向內(nèi)收縮。

5 收縮型芯的結(jié)構(gòu)介紹

從圖7、圖8和圖9可以看出，中心斜楔上設(shè)有8組不同斜度的燕尾槽導(dǎo)軌，當(dāng)它被抽離時，會留出內(nèi)部空間讓第一組和第二組拼塊向內(nèi)收縮。因為中間斜楔上設(shè)有配合第一組和第二組拼塊帶有斜度的燕尾槽，在中心斜楔抽離的同時，第一組和第二組拼塊會被燕尾槽帶動內(nèi)收位移，型芯達(dá)到整體的外形內(nèi)縮。

圖7 收縮型芯核心機構(gòu)

圖8 斜楔與第一組和第二組拼塊

圖9 中心斜楔抽離前后對比

因此，首先介紹斜楔和拼塊的驅(qū)動分工。如圖10所示，中心位置的斜楔是固定在動模板上的，而第一組拼塊固定在推板上，由斜楔推動，第二組拼塊是作為斜頂，先由斜楔推動，后由頂桿板頂出。

通過設(shè)在動模板上的油缸頂出推板，從而得以實現(xiàn)斜楔與推板的抽離動作，使得第一組同時向中間內(nèi)收，如圖11所示。

圖10 氣缸頂出推板，中心斜楔抽離過程。

圖11 第一組拼塊收縮

實際上，由于第二組拼塊也是通過斜楔的燕尾槽帶動的，所以當(dāng)?shù)谝唤M拼塊進(jìn)行內(nèi)收運動的同時，第二組拼塊也是跟著一并進(jìn)行內(nèi)收的。同時，當(dāng)動模板上的油缸頂出推板時，頂桿板上因有設(shè)置在推板上的限位拉桿，使得推板被頂出時，頂桿板也跟著一起同步被拉出，這就相當(dāng)于斜頂（第二組拼塊）也被頂出了相同的一段距離。即斜楔的抽離動作帶動了第一組拼塊內(nèi)收，也帶動了第二組拼塊的內(nèi)收，同時還拉動了頂桿板，使得頂桿板上的斜頂也作了同步的頂出動作，如圖12所示。

圖12 斜頂2組拼塊運動

當(dāng)?shù)谝唤M和第二組拼塊的內(nèi)縮通過中間斜楔的斜度導(dǎo)向燕尾槽作用同步往中間收縮過程中，油缸推動推板直至被4個限位鉤拉停。至此，完成了拼塊組的第一步收縮動作。這里有一個關(guān)鍵參數(shù)要注意，就是第一組拼塊的斜導(dǎo)角度要比第二組的斜導(dǎo)角的角度要大一些，這樣可以防止兩組拼塊同時作收縮運動時不會產(chǎn)生干涉，增加機構(gòu)運動的安全系數(shù)。在這第一步收縮動作完成后，殼體的跑道形凹槽還留在推板的鑲件上未能脫模，如圖13所示。因此，還需要在注塑機頂桿推動頂桿板來帶動拼塊2組的斜頂做最后的頂出，使得殼體完全從型芯的模板上脫離。完成塑件的脫模過程，如圖14所示。

圖13 殼體未脫模部分

圖14 殼體完全脫模

6 關(guān)鍵機構(gòu)運動分析

（1）型芯拼塊的斜導(dǎo)向角度設(shè)計要領(lǐng)。

要刻意地把第一組和第二組拼塊斜的斜度設(shè)計成不同值，這樣做的目的就是在推板被頂出過程中，斜楔塊被抽離時，使兩組拼塊一起向內(nèi)部收縮所拉開相對的距離發(fā)生差異，形成間隙，使得兩組拼塊之間不會產(chǎn)生干涉。如圖15、圖16所示。

下面計算驗證，如圖16所示，斜楔與拼塊相配的8處斜度分別是：拼塊1為12°，拼塊2和拼塊3為10°，拼塊4為9°，拼塊5～8都是4°。從數(shù)據(jù)可以得出第一組1～4拼塊所有的斜度都大于第二組的4°。假定中間斜楔抽出距離為50mm，這樣可以計算第一組最小的斜導(dǎo)角9°的拼塊4的內(nèi)收距離和第二組拼塊的內(nèi)收距離，比較一下它們的大小。

圖15 斜楔抽離前后拼塊對比及間隙

圖16 斜楔燕尾槽斜度

式中 D——內(nèi)收縮距離

L——斜楔抽出距離

α——斜導(dǎo)角

拼塊4的內(nèi)收距離：

第二組拼塊的內(nèi)收距離：

顯然，第一組拼塊內(nèi)收距離是大于第二組拼塊的。因為收縮距離的不同，使得它們在動作時就產(chǎn)生了的間隙，所以說兩組拼塊在斜楔抽離時即使同時往內(nèi)收縮都是不會產(chǎn)生干涉的。

（2）直頂塊加斜頂?shù)脑O(shè)計介紹。

第二組5～8拼塊是鑲嵌在斜頂桿上的，同時斜頂桿與頂桿板上的直頂通過T型槽連接，在注塑機的頂桿作用下，實施斜頂頂出動作，如圖17所示。

圖17 直頂、斜頂桿與拼塊連接

第二組拼塊采用直頂塊通過T型槽連接斜頂桿的優(yōu)點，可以有效地縮短斜頂?shù)脑O(shè)計長度，無需為之配置更大的頂桿板的模架，節(jié)約成本。同時也能增加斜頂?shù)膭偠?，使得斜頂變形小，有效地提高模具的整體使用壽命。

綜上所述，如果把此案例歸納一下的話，就是一個二次頂出機構(gòu)的演化。第一次是推板頂出帶動拼塊向內(nèi)收縮，第二次是頂桿板帶動斜頂頂出整個殼體。

本文所介紹的收縮型芯機構(gòu)原理其實就是將型芯拆分為中間的斜楔以及外圍拼塊，而外圍拼塊則分為兩組，并且利用“八”字形進(jìn)行拼塊間的劃分。同時，外圍的兩組拼塊與中間的斜楔設(shè)有燕尾斜導(dǎo)槽嚙合作為收縮運動的導(dǎo)向。當(dāng)動模板上的推板被推開時，固定在動模板上的斜楔就會拉動外圍兩組拼塊作內(nèi)收縮，進(jìn)而達(dá)到整個型芯外形尺寸縮小的目的，使得殼體的內(nèi)部側(cè)凹障礙體順利脫離模具的型芯。最后再通過頂桿板上的斜頂機構(gòu)頂出殼體未脫模部分，完成整個殼體的脫模工作。

7 結(jié)束語

本案例屬于典型的內(nèi)凹?xì)んw的注射模設(shè)計，其意義在于具有一定擴展應(yīng)用性，可以給同類型塑件提供結(jié)構(gòu)及模具設(shè)計的基本思路，具有一定的參考作用。

對于收縮型芯的設(shè)計方法的提出，也可以考慮在其型芯分割數(shù)量上作一些探討。從理論上來說，收縮型芯分割的瓣數(shù)越多，其于收縮的脫模行程距離就越短，這當(dāng)然是有利的一面。但是，收縮型芯分割的瓣數(shù)太多時，也會增加型芯制造的復(fù)雜性，這些情況都要綜合考慮，不可只顧一面而有失偏頗。