楊安，楊明，楊秋合

(1.杭州職業(yè)技術(shù)學院友嘉機電學院，杭州 310018； 2.鉛山縣水利局，江西鉛山 334500 )

彎管類塑件的成型是塑件注塑成型中的一個重要難題，塑件脫模時，一般需要設(shè)置特殊的彎管抽芯機構(gòu)來實施脫模[1-4]。彎管抽芯機構(gòu)的設(shè)置，一般依據(jù)彎管中心線的扇形角度來進行相應的結(jié)構(gòu)設(shè)計，對于扇形角小于90°的彎管，采用單端抽芯機構(gòu)即可以實施抽芯；對于扇形角等于90°，或者大于90°的彎管，則需要設(shè)計雙端彎管抽芯機構(gòu)來實施抽芯[5-9]。彎管中心線的組成一般為單一平面內(nèi)的圓弧曲線，在此種情況下，彎管抽芯機構(gòu)在模具結(jié)構(gòu)上的布局設(shè)置相對較為方便，所需模具結(jié)構(gòu)尺寸小，機構(gòu)的零部件設(shè)置相對較為簡單[10-14]；但如果彎管的中心由兩段不同曲線或者多段不同曲線組成，且各段分布在多個存在一定夾角的空間平面內(nèi)時，彎管抽芯機構(gòu)的彎管型芯為空間三維立體型芯，彎管抽芯機構(gòu)的設(shè)計難度加大，對模具的整體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計要求也越高[15-17]。筆者依據(jù)某汽車的三維助力油管的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及彎管抽芯機構(gòu)的設(shè)計，給出設(shè)計案例，以供參考。

1 三維助力油管形狀

三維助力油管的形狀如圖1所示，彎管部分為空間立體型彎管，其結(jié)構(gòu)由三段構(gòu)成，第一段為半徑為169 mm、中心線扇形角為45°的彎管，第二段為半徑為48 mm、中心線扇形角為104°的彎管，第三段為彎管的單端法蘭臺，法蘭臺輪廓為橢圓形，法蘭臺厚度為10 mm，為降低注塑后由于壁厚不均導致的法蘭臺部分的收縮不均，法蘭臺進行了鏤空處理，在設(shè)置了兩個?11 mm螺絲過孔的同時，法蘭臺體內(nèi)設(shè)置了4個鏤空槽。對塑件的脫模方式進行對比分析后，塑件的分型設(shè)置以法蘭臺的底面邊緣線作為塑件的主分型面比較合適，相應的開模面設(shè)置如圖1中的開模方向所示。

圖1 三維助力油管形狀

2 分型及成型件設(shè)置

2.1 分型設(shè)置

分型設(shè)置如圖2所示。選用法蘭臺底邊緣線所在平面作為塑件的開模方向(Z+)后，對兩段彎管進行分型，其主分型線選在圖1所示開模方向(Z+)下外觀的最大外沿輪廓進行分型設(shè)置，如圖2a所示，由該主分型線來設(shè)置塑件的主分型面。在此分型下，第二段彎管與法蘭臺所在位置的內(nèi)側(cè)存在脫模倒扣，需要設(shè)置K1滑塊、K2滑塊兩個滑塊進行側(cè)面抽芯脫模，K1滑塊、K2滑塊的分型面為圖2b中所示的副分型面?？紤]到彎管主分型面為非平面分型面，模腔的主要成型件的閉合需要沿成型件的4個方向設(shè)置4個定位錐臺，以保證上、下模仁復位閉合的準確性。彎管內(nèi)壁的成型由兩段彎管型芯分別進行成型，其成型面的分界面為圖2b中所示的彎管分型面。

圖2 分型設(shè)置

在上述分型設(shè)置下，塑件的澆注擬采用兩個潛伏式澆口進行澆注，澆口開設(shè)于管端的外壁上，澆口對應的流道設(shè)置如圖2a中所示的主澆道→主流道→2個支流道。

2.2 澆注系統(tǒng)CAE分析

針對圖2所示的澆注系統(tǒng)，應用Moldflow進行仿真分析，以驗證澆注系統(tǒng)設(shè)置的合理性，CAE分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 澆注效果

從圖3a中的充填時間可以看出，模腔所需的充填時間為4.026 s，第一段彎管的末端與法蘭臺為塑件的兩個充填末端，第一段彎管尾部的充填時間為0.9306 s，法蘭臺的充填時間為4.026 s，因而此兩端為非平衡式充填，實際上，在法蘭臺充填過程中，第一段彎管末端即已經(jīng)保壓了，因而，隨著充填的結(jié)束，進入保壓階段后，第一段彎管末端肯定存在過保壓問題，從圖3b所示的充填壓力變化結(jié)果可以看出，模腔所需的充填壓力為52.60 MPa，對注塑機的壓力要求不高，在充填過程中，第一段彎管末端先行充滿，因而，該末端存在過保壓問題，其與法蘭臺末端的充填壓差為15 MPa左右，因而該處容易在注塑過程中，如模腔封閉不嚴，容易產(chǎn)生飛邊，或者鎖模力不夠，或者鎖模不緊密，也會產(chǎn)生飛邊。這是在模具結(jié)構(gòu)及機構(gòu)設(shè)計中需要十分注意的問題。在彎管成型中，由于收縮不一致，容易導致彎管變形大，而使塑件的成型失效，注塑完成時，彎管的變形如圖3c所示，從圖3c可以看出，最大的收縮變形發(fā)生在澆注系統(tǒng)位置上，而彎管的主要管段其收縮變形在3%左右(質(zhì)量標準要求控制為4.8%)，該變形量不會引起彎管的整體成型失真。因此可以認為，圖2中所設(shè)置的澆注系統(tǒng)能滿足塑件的成型需要。

3 模具結(jié)構(gòu)安裝

3.1 整體布局

依據(jù)前述分型設(shè)計及成型件的設(shè)置，模具采用1模1腔結(jié)構(gòu)布局，如圖4所示。

圖4 模具結(jié)構(gòu)

模架采用兩板模模架，單次分型打開，但模架的頂出機構(gòu)設(shè)置為兩次頂出結(jié)構(gòu)形式；模架的主要構(gòu)成組成情況為：模板包括定模板3、動模板5、兩個墊塊24和底板15；模架的導柱包括4副導柱，單副導柱由導柱29、導套26構(gòu)成，為防止定模、動模安裝時出錯，其中的一副導柱采用偏心安裝形式進行安裝。支撐柱20用于增強動模板5的強度；模架的頂出機構(gòu)為兩次頂出板機構(gòu)，二次頂出蓋板9、二次頂出推板10組合在一起構(gòu)成一次頂出板，一次頂出蓋板11、一次頂出推板12組合在一起構(gòu)成二次頂出板，兩次頂出板上都設(shè)置有頂針板導套22與頂針板導柱21配合的導向機構(gòu)，以保證頂出板運動的平穩(wěn)性，頂針板導套22與頂針板導柱21構(gòu)成的導向機構(gòu)共4副，安裝在頂出板四角上；頂出板的復位桿23安裝于二次頂出板的二次頂出蓋板9上，復位桿23無法由定模板3推回復位，故而設(shè)置復位桿推桿27對其進行推回復位；兩次頂出板的閉合控制機構(gòu)采用插桿鎖芯式機構(gòu)，機構(gòu)主要包括零件38～零件42，機構(gòu)鎖閉時，由下板鎖片39與鎖芯41鎖住而鎖閉，頂出時，兩次頂出板的分離由開鎖掛鉤40驅(qū)動鎖芯41而打開分離。

澆注系統(tǒng)由澆口套引入。型腔鑲件2和型芯鑲件4的冷卻采用?8 mm的管道進行冷卻。

趙仙童說，我不怪你打我，我該好好檢討了，這兩天我干了太多的爛事，我不該打電話跟那些不認識的男人說那么多無聊話，我更不應該臭罵那些我不認識的女人。

在模具中，針對塑件的脫模困難問題，設(shè)置了一組哈夫滑塊機構(gòu)、一個油缸驅(qū)動的彎管抽芯機構(gòu)和一個頂桿頂出的彎管抽芯機構(gòu)，以下是各機構(gòu)的具體設(shè)計情況。

3.2 脫模機構(gòu)

(1)哈夫滑塊抽芯機構(gòu)。

該機構(gòu)主要用于圖2中所示的K1滑塊、K2滑塊向外抽芯動作。如圖4中的B-B剖視圖所示，機構(gòu)為哈夫型滑塊抽芯機構(gòu)，K1滑塊子機構(gòu)構(gòu)成零件包括零件30～零件33，K2滑塊子機構(gòu)構(gòu)成零件包括零件34～零件37；滑塊的驅(qū)動導柱左滑塊斜導柱33、右滑塊斜導柱34安裝于型腔鑲件2內(nèi)，分別用于驅(qū)動左滑塊32(K1滑塊)、右滑塊35(K2滑塊)實施側(cè)抽芯，左滑塊32、右滑塊35分別通過相應的滑塊壓條安裝于動模板5上，兩者抽芯時的定位動作通過左滑塊限位玻珠31、右滑塊限位玻珠36實施定位和限位。

(2)油缸驅(qū)動彎管抽芯機構(gòu)。

為對半徑為169 mm、中心線扇形角為45°的第一段圓弧彎管實施抽芯，設(shè)置了一種油缸驅(qū)動擺臂滑塊的抽芯機構(gòu)，機構(gòu)的構(gòu)成如圖5所示。

圖5 油缸驅(qū)動彎管抽芯機構(gòu)

(3)兩次頂出頂桿彎管抽芯機構(gòu)。

該機構(gòu)用于半徑為48 mm、中心線扇形角為104°的第二段彎管的抽芯，機構(gòu)由兩個子機構(gòu)組成，第一子機構(gòu)為彎管型芯子機構(gòu)，機構(gòu)組成零件包括零件16～零件19，第二個子機構(gòu)為斜頂桿子機構(gòu)，機構(gòu)組成零件包括零件6～零件8，如圖4中H-H剖視圖所示。第二彎管型芯16與第二彎管頂桿18通過螺紋緊固連接在一起，第二彎管頂桿18的底端通過小壓板19安裝于一次頂出蓋板11上，由安裝于動模板5上的頂桿導向塊17對其進行導向，第二彎管頂桿18、第二彎管型芯16內(nèi)開設(shè)有?4 mm冷卻水道。第二子機構(gòu)用于對塑件的第二段彎管進行成型和抽芯脫模，機構(gòu)對塑件實施脫模時，將塑件先從型芯鑲件4上頂出，完成塑件型芯側(cè)外壁的局部脫模。第二子機構(gòu)為彎管的最終輔助斜向頂出脫模機構(gòu)，該機構(gòu)為一種斜頂桿機構(gòu)，其構(gòu)成件包括斜頂桿導向塊6、斜頂桿7、斜頂座8，斜頂座8安裝于二次頂出推板10上，用于驅(qū)動斜頂桿7斜向頂出，斜頂桿7由安裝于動模板5上的斜頂導向塊6進行導向。

兩次頂出頂桿彎管抽芯機構(gòu)工作的原理是：如圖4中H-H剖視圖所示，注塑機頂桿推動兩次頂出板一起向上頂出時，先推動一次頂出板、二次頂出板同步上行，從而驅(qū)動斜頂桿7和第二彎管頂桿18、第二彎管型芯16同步上行，頂出一定距離后，一次頂出板不能繼續(xù)上行，塑件留于第二彎管型芯16上，而此時，二次頂出板能繼續(xù)上行，斜頂桿7將在二次頂出板的驅(qū)動下，繼續(xù)上行，將塑件從第二彎管型芯16上通過單邊頂出方式進行強制頂出，頂出時，塑件將沿彎管型芯16的彎管中心線被推出，實現(xiàn)塑件從第二彎管型芯16上的旋轉(zhuǎn)抽芯脫模。需要指出的是，在第一次頂出板頂出時，第一次頂出完成的動作包括有：斜頂桿7的第一次頂出、第二彎管頂桿18和第二彎管型芯16組合件的頂出、拉料桿58的頂出、頂針59的頂出。

模具裝配及工作原理如圖6所示。塑件的第一段圓弧彎管從型芯鑲件4上的頂出由如圖6b所示的頂針59來完成，頂針59由一次頂出推板12壓緊安裝于一次頂出蓋板11內(nèi)，而用于流道廢料頂出的拉料桿58也通過同樣的方式安裝于一次頂出蓋板11內(nèi)，因而，第一次頂出時，塑件的第一段圓弧彎管、流道廢料將被頂針59、拉料桿58同步從型芯鑲件4上頂出。由于澆口為潛伏式澆口，第一次頂出完成時，流道廢料與塑件將在澆口處崩斷而分離，塑件將留于彎管型芯16上，而流道廢料則從模具上自動脫落。第二次頂出時，頂針59繼續(xù)將第一段圓弧彎管向上頂出一段距離，以保證與第二段彎管頂出同步，以免頂出失衡而導致塑件產(chǎn)生頂出變形。

56—澆口襯套；57—鎖模片；58—拉料桿；59—頂針；60—金屬螺紋鑲件；61—鑲件定位柱；M1—第二彎管型芯子機構(gòu)；M2—哈夫滑塊機構(gòu)；M3—第一彎管抽芯機構(gòu)；M4—第二彎管斜頂桿子機構(gòu)；M5—二次頂出板分離控制機構(gòu)；PL—開模面；E1—第一次頂出面位置；E2—第二次頂出面位置；其余零件序號同圖4a—模具裝配；b—模具工作原理

3.3 模具工作原理

如圖6所示，模具在實際工作時按以下步驟來進行：

①模具閉合，模具經(jīng)充填、保壓、冷卻等過程后，等待開模。

②模具動模后退，模具在PL開模面處打開，打開時，M2機構(gòu)的左滑塊斜導柱33、右滑塊斜導柱34驅(qū)動各自對應的哈夫滑塊實施側(cè)抽芯，完成塑件K1，K2滑塊位置的抽芯脫模。

③M3機構(gòu)的油缸43動作，驅(qū)動第一段圓弧彎管型芯49完成抽芯動作。

④模具動模繼續(xù)后退，注塑機頂桿驅(qū)動頂出板頂出，第一次頂出時，注塑機頂桿推動一次頂出板、二次頂出板運動到E1位置，此時，M1機構(gòu)、M4機構(gòu)同步上行，M1機構(gòu)的第二彎管頂桿18、頂針59將塑件從型芯鑲件4上頂出，而塑件保留于第二彎管型芯16上。在此過程中，流道廢料也同步被拉料桿58頂出，2個潛伏式澆口與塑件在澆口位置處被自動切斷分離，流道廢料從型芯鑲件4上自動脫落。

⑤在機構(gòu)M5的控制下，第一次頂出板、第二次頂出板在E1位置分離，第二次頂出板將繼續(xù)被注塑機頂桿向上頂出到E2位置，在此過程中，M4機構(gòu)的斜頂桿7將塑件從第二彎管型芯16的側(cè)邊頂出，使其沿第二彎管型芯16做圓弧運動轉(zhuǎn)出而脫模。

⑥復位。復位時，復位桿推桿27頂動兩次頂出板先復位，而后M3機構(gòu)復位，最后模具在PL面處閉合，M2機構(gòu)復位，模具完全閉合，開始下一注塑循環(huán)。

4 結(jié)論

針對彎管塑件的形狀特點，設(shè)計了1模1腔潛伏式冷澆口兩板結(jié)構(gòu)形式單次分型打開模具。模腔的澆注采用單端兩點潛伏式澆口進料方式進行澆注。塑件的脫模采用3個脫模機構(gòu)分4步依次對塑件進行脫模。模具在單次開模打開時，塑件從型腔鑲件中脫出，且同步通過一個哈夫滑塊機構(gòu)完成塑件局部區(qū)域的側(cè)抽芯脫模。模具打開后，通過一個油缸驅(qū)動的彎管抽芯機構(gòu)完成塑件內(nèi)壁第一彎管段的抽芯脫模。模具分兩次頂出而實現(xiàn)塑件的完全頂出脫模，第一次頂出時，頂出板推動第二段彎管型芯和頂針一起將塑件從型芯鑲件頂出，實現(xiàn)塑件從型芯鑲件上脫模，以及流道廢料與塑件的自動分離、流道廢料的自動脫模，塑件留于第二彎管型芯上；第二次頂出時，通過斜頂桿的頂出動作將塑件從第二彎管型芯上頂出而實現(xiàn)塑件的完全脫模。在模具中，塑件的脫模動作順序設(shè)計合理，有利于模具機構(gòu)設(shè)計的簡化，降低了模具的整體制造難度，模具工作可靠，有較好的設(shè)計參考價值。