董越

廣東格美淇電器有限公司（廣東中山528425）

1 引言

塑料模具制造的難易程度與塑件的形狀密切相關(guān)，也與塑料模具上的抽芯機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、位置、及數(shù)量有關(guān)[1～3]。塑件結(jié)構(gòu)決定了塑料模具的分型面，也決定了模具的開模方向，在開模方向已設(shè)定的情況下，塑料模具上一些特殊的抽芯機(jī)構(gòu)，由于其運(yùn)動方向與開模方向不相同，需要設(shè)計(jì)一種機(jī)構(gòu)，將開模方向的動力轉(zhuǎn)化成使這些特殊抽芯機(jī)構(gòu)運(yùn)動的動力，以使這些抽芯機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)脫模[4～7]。在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，合理設(shè)計(jì)這些特殊的抽芯機(jī)構(gòu)是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)。特別是在設(shè)計(jì)這些抽芯機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)結(jié)合塑件成形的需要，在保證塑件完整成形的基礎(chǔ)上，不但要保證抽芯機(jī)構(gòu)的動作順暢，可靠性高，而且還應(yīng)盡可能地簡化抽芯機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，降低模具的故障率，減少模具的維修率，使模具能夠穩(wěn)定的生產(chǎn)[8～11]。以某品牌的榨汁機(jī)外殼塑件為例，針對其結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜性，外表面不能由滑塊痕的問題，設(shè)計(jì)了一種定模滑塊抽芯機(jī)構(gòu)和動模斜頂機(jī)構(gòu)，以供模具設(shè)計(jì)同行參考。

2 榨汁機(jī)外殼結(jié)構(gòu)分析

某品牌的榨汁機(jī)塑料外殼結(jié)構(gòu)如圖1所示，外形呈圓筒狀，輪廓的最大尺寸為φ246.7×109.7mm，底部有一個(gè)直徑為φ147.3mm的通孔，材料為ABS，壁厚為2.0mm。

圖1 外殼結(jié)構(gòu)圖

該塑件的立體造型如圖2所示，在塑件的底部有4個(gè)螺釘孔和10條小槽，小槽的底面是膠位，兩側(cè)有通孔，小槽側(cè)孔的作用是排出塑件里面的積水。在塑件內(nèi)表面的4個(gè)不同方向各有一個(gè)扣位。塑件外表面的4個(gè)不同方向中，有3個(gè)凹陷的槽和一個(gè)方形的孔，3個(gè)凹陷槽的中間還有若干個(gè)沉頭通孔。其中外表面的兩個(gè)橢圓槽在相對的位置，用來安裝提手，一個(gè)圓形槽用來安裝電控開關(guān)，一個(gè)方形孔用來按鈕電源插座。內(nèi)、外表面的這些特征不能正常脫模，都需要用抽芯機(jī)構(gòu)才能脫模，合理設(shè)計(jì)這些特征的抽芯機(jī)構(gòu)，是該注射模設(shè)計(jì)偏難的一個(gè)重要原因。

圖2 塑件的3D造型圖

3 分型面設(shè)計(jì)

合理選擇分型面，對于模具的成功與否非常重要。在注射成型時(shí)，塑件能否順利脫模、抽芯機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及模具零件加工的難易程度取決于這些特征的分型面。為實(shí)現(xiàn)塑件的自動化注射成型，對圖2中所標(biāo)識的特征，都需要慎重選擇合理的分型面。在優(yōu)先考慮模具方便脫模的前提下，選擇塑件的外表面為定模，內(nèi)表面為動模。對于本文所研究的塑件，主分型面如圖3所示。在確定主分型面的前提下，塑件的脫模機(jī)構(gòu)按以下幾種類型來進(jìn)行設(shè)置[12]：①針對塑件底部的4個(gè)螺柱孔，采用定模鑲件結(jié)構(gòu)；②針對塑件底部10個(gè)凹槽上的側(cè)孔，采用定、動模插穿結(jié)構(gòu)，并且凹槽底部的膠位出在動模型芯上；③針對塑件周圍的3個(gè)槽和一個(gè)方形孔，設(shè)置4個(gè)定?；瑝K機(jī)構(gòu)來實(shí)施脫模，膠位出在定?；瑝K上；④針對塑件內(nèi)表面的4個(gè)扣位，采用4個(gè)斜頂機(jī)構(gòu)來實(shí)施脫模；⑤針對塑件側(cè)面的通孔，采用定?；瑝K與動模斜頂碰穿的結(jié)構(gòu)。

圖3 主分型面設(shè)計(jì)

4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

塑件的布局采用1模1腔布局。采用3個(gè)側(cè)澆口進(jìn)行澆注，側(cè)澆口位于塑件底部內(nèi)孔的側(cè)壁。主流道位于澆口套內(nèi)，3個(gè)分流道的橫截面為圓形，澆口為扇形。這是因?yàn)樵跈M截面積相等的情況下，圓形的周長最短，因此圓形流道對熔體的流道性影響最小。扇形澆口的厚度很薄，對塑件的影響最小，有利于人工修剪澆口料。澆注系統(tǒng)的設(shè)置如圖4所示。

圖4 澆注系統(tǒng)

5 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑件外表面的3個(gè)凹陷的槽和一個(gè)方形的孔不能正常脫模，必須以滑塊結(jié)構(gòu)形式才能脫模。如果用動?；瑝K脫模，將會在塑件的外表面留下滑塊輪廓痕，這是塑件外觀所不允許的，因此，塑件外表面的3個(gè)凹陷的槽和一個(gè)方形的孔特征選擇定模滑塊脫模。對于塑件內(nèi)表面的4個(gè)扣位，需要以動模斜頂結(jié)構(gòu)脫模。在該塑件的注射模中，共需要4個(gè)定?；瑝K和4個(gè)動模斜頂，如圖5所示。在塑件周圍的孔位，需要以斜頂與滑塊碰穿的形式才能實(shí)現(xiàn)。為了保證不在塑件外表面上產(chǎn)生披鋒，這些孔位在動模處碰穿。模具中的4個(gè)定模滑塊和4個(gè)動模斜頂直接影響該模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的難度。定?；瑝K的斜楔在定模板的裝配孔內(nèi)上、下滑動，定模板的裝配孔起加強(qiáng)斜楔剛性強(qiáng)度的作用，在合模時(shí)可以防止斜楔發(fā)生扭曲。這種滑塊和斜頂機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，同時(shí)也易于加工，非常實(shí)用。

5.1 滑塊結(jié)構(gòu)

常見的滑塊結(jié)構(gòu)是動模滑塊，由滑塊、斜導(dǎo)柱和斜楔組成，其中斜導(dǎo)柱和斜楔安裝在定模，滑塊在動模的滑槽內(nèi)滑動。但在該模具中的滑塊機(jī)構(gòu)是定模滑塊，沒有斜導(dǎo)柱，僅由滑塊和斜楔組成。在定模板上開設(shè)滑槽，滑塊在定模的滑槽內(nèi)滑動。斜楔的前、后面都有斜度，由斜楔代替斜導(dǎo)柱引導(dǎo)滑塊運(yùn)動[9]，如圖6所示。當(dāng)開模時(shí)，斜楔的A面帶動滑塊向遠(yuǎn)離塑件的方向運(yùn)動，當(dāng)合模時(shí)，斜楔的B面帶動滑塊向接近塑件的方向運(yùn)動?；瑝K的最大輪廓線是凹槽的邊線，圓孔的型芯位于滑塊上，斜楔通過螺栓連在定模座板上，由定模座板帶動滑塊斜楔運(yùn)動，從而帶動滑塊運(yùn)動。

圖5 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖6 滑塊結(jié)構(gòu)

5.2 斜頂結(jié)構(gòu)

塑件的內(nèi)表面有4個(gè)扣位，必須由斜頂機(jī)構(gòu)頂出才能脫模。斜頂機(jī)構(gòu)由斜頂桿、導(dǎo)滑塊、“T”型塊和螺栓組成，塑件周圍通孔的碰穿面位于斜頂上，斜頂結(jié)構(gòu)如圖7所示。斜頂“T”形塊套在推板固定板中，并用螺栓固定的推板上。導(dǎo)滑塊鑲在動模板的背面，當(dāng)斜頂上、下運(yùn)動時(shí)，導(dǎo)滑塊還可以引導(dǎo)斜頂做水平運(yùn)動，引導(dǎo)斜頂脫模。

這種斜頂結(jié)構(gòu)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是斜頂頭和斜頂桿是一個(gè)整體，可靠性好，方便加工，可以直接組裝，非常方便；第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)斜頂需要維修的時(shí)候，可以直接從動模座板底部松開斜頂桿的螺栓，將“T”形塊從推桿固定板中取出，然后將斜頂從型芯中取出即可，而不需要將整個(gè)動模部分拆開，整個(gè)拆裝過程非常方便。

圖7 斜頂結(jié)構(gòu)

6 模流分析

注射成型材料選用ABS，把熔體的填充時(shí)間設(shè)為3s，熔體溫度設(shè)為250℃，模具溫度設(shè)為70℃，最大注射壓力設(shè)為80MPa，模流分析結(jié)果如圖8所示。從圖8中可以看出，該塑件末端的注塑時(shí)間約為2.5s，如圖8a所示。型腔所需注射壓力為48MPa，注射成型終了時(shí)，塑件邊緣的壓力為4.8MPa左右，如圖8b所示，注射壓力和注射時(shí)間充足，小型的注塑機(jī)可以滿足所需的注射壓力；在塑件上有若干條熔接痕，熔接痕長度較短，如圖8c黑線所示；在塑件上有若干氣泡，但氣泡較小，而且分布較散，如圖8d黑點(diǎn)所示。鎖模力—時(shí)間曲線體現(xiàn)了注射成型的4個(gè)階段，如圖8e所示，在0～0.2s為高速填充階段，鎖模力為0kN；0.2s～2.1s為低速填充階段，鎖模力為0～900kN，逐漸增大；2.1s～2.35s為保壓階段，用于壓實(shí)熔體，為900～1,100kN，鎖模力進(jìn)一步增大，此段曲線的斜率較大；2.35s～2.6s為冷卻階段，鎖模力逐漸減小；主流道壓力—時(shí)間曲線如圖8f所示，與鎖模力—時(shí)間的曲線基本吻合，在0～0.2s，主流的壓力持續(xù)上升，在0.2～0.8s，主流道的壓力回落后，再持續(xù)上升，0.8～2.3s，為保壓階段，主流道壓力保持恒定，2.3～2.6s，為冷卻階段，主流道的壓力回落。

對于模流分析中所顯示出來的塑件上存在熔接痕和氣泡等缺陷，解決辦法是在模具上可能發(fā)生熔接痕和氣泡的位置設(shè)置頂桿，在注塑時(shí)，型腔中的氣體可以從頂桿周圍的縫隙中排出，從而避免在塑件上產(chǎn)生熔接痕和氣泡。因此，可以認(rèn)為，由主流道轉(zhuǎn)為3條分流道，采用3點(diǎn)進(jìn)澆，符合本塑件的注射模要求。

圖8 模流分析圖

7 頂出及復(fù)位機(jī)構(gòu)

在本模具中，沒有復(fù)位彈簧，而是在推板上安裝頂出機(jī)構(gòu)復(fù)位固定塊，再套在注塑機(jī)的頂棍上，當(dāng)注塑機(jī)的頂棍頂出時(shí)，可以推動推板做頂出運(yùn)動，當(dāng)注塑機(jī)的頂棍復(fù)位時(shí)，可以帶動推板和頂桿固定板復(fù)位，頂出機(jī)構(gòu)復(fù)位固定塊的結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 頂出、復(fù)位機(jī)構(gòu)

8 模具結(jié)構(gòu)及其工作過程

與常見的模具結(jié)構(gòu)不同，在本副模具中，沒有復(fù)位彈簧，而是在推板上安裝頂出機(jī)構(gòu)復(fù)位固定塊，由注塑機(jī)的頂棍復(fù)位時(shí)帶動推板和頂桿固定板復(fù)位。采用簡化型細(xì)水口模架，將導(dǎo)套安裝在定模座板上，導(dǎo)柱比較長，延伸至墊塊中。模具的開模分為兩次，第一次是定模座板與定模板分開，由定模座板帶動斜楔運(yùn)動，第二次是定模板與動模板分開。塑件的頂出是由注塑機(jī)的頂棍推動模具的推板做頂出運(yùn)動，模具的頂出距離為50mm，模具結(jié)構(gòu)如圖10所示。

模具工作過程：當(dāng)注射成型完成后，注塑機(jī)帶動動模與定模分開，模具首先在I-I處分開，此時(shí)定模座板帶動斜楔一起與定模板分開。在斜楔A面的作用下，滑塊向遠(yuǎn)離膠位的方向滑動，當(dāng)滑塊完全脫模后，在限位螺栓在作用下，定模座板停止與定模板進(jìn)一步分開。然后動模板與定模板分開，即模具在II-II處分開。當(dāng)動模運(yùn)動到極限位置以后，動模停止運(yùn)動，在注塑機(jī)頂棍的作用下，推板帶動推桿和斜頂做頂出運(yùn)動。斜頂在導(dǎo)滑塊的作用下，在做頂出運(yùn)動的同時(shí)，還向側(cè)向運(yùn)動（即脫模運(yùn)動），當(dāng)頂出距離為50mm時(shí)，塑件脫離型芯，斜頂也完全脫離模具。當(dāng)操作工人取出塑件后，在注塑機(jī)頂棍和頂出機(jī)構(gòu)復(fù)位固定塊的共同作用下，帶動推板復(fù)位，推板帶動頂桿固定板、頂桿、斜頂復(fù)位。當(dāng)頂出系統(tǒng)完全復(fù)位后，在注塑機(jī)的作用下，動模與定模開始合模，合模過程與分模過程正好相反，即定模板與動模板先合模，即在II-II處合模。然后定模座板與動模板合模，即在I-I處合模。當(dāng)在I-I處合模時(shí)，在斜楔B面的作用下，滑塊向靠近膠位的方向滑動。當(dāng)模具完全閉合后，開始下一次注塑周期。

9 結(jié)論

塑料注射模結(jié)構(gòu)多種多樣，不同的模具結(jié)構(gòu)適用不同結(jié)構(gòu)的塑件。在本模具中，設(shè)計(jì)了3點(diǎn)式扇形澆口進(jìn)膠，動模斜頂和定?；瑝K等結(jié)構(gòu)，采用簡化點(diǎn)澆口模架，將導(dǎo)柱安裝在定模座板上，在開模時(shí)，定模座板和定模板首先分開，由定模座板帶動斜楔，由斜楔帶動滑塊做脫模運(yùn)動。

經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，本副模具能正常生產(chǎn)，定?；瑝K和動模斜頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)能正常工作，動作可靠，塑件的表面質(zhì)量符合要求，有較好的工程設(shè)計(jì)參考意義。