熊 毅 劉清文

(①河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽473009；②河南省材料成形裝備智能技術(shù)工程研究中心，河南 南陽473009)

內(nèi)側(cè)凸凹是塑料件的常見結(jié)構(gòu)之一，斜頂[1]、斜滑塊[2-3]等作為經(jīng)典的內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)被廣泛使用。在此基礎(chǔ)上，也有一些變型結(jié)構(gòu)，如斜推塊[4]、斜頂頭桿分離結(jié)構(gòu)[5]。針對特殊的內(nèi)側(cè)倒扣，有人分別采用了兩組不同斜度斜頂[6]、旋轉(zhuǎn)抽芯[7]、差速驅(qū)動(dòng)[8]、二級液壓抽芯[9]，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)的抽芯。若塑料件內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)面積較大時(shí)，采用斜頂?shù)葯C(jī)構(gòu)難以克服脫模阻力，宜采用彎銷[10]、斜導(dǎo)柱等機(jī)構(gòu)[11]，以產(chǎn)生較大的抽芯力。但是，彎銷、斜導(dǎo)柱機(jī)構(gòu)會(huì)占據(jù)模具的較大空間，造成模具尺寸增加，甚至影響型腔布局，給澆注系統(tǒng)的平衡帶來困難。

本文以圓形盒蓋為例，通過彎銷抽芯機(jī)構(gòu)處理產(chǎn)品內(nèi)側(cè)凸起。將4個(gè)型腔布局成一字型以避免兩側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)占用較大空間，但帶來了塑料熔體流動(dòng)的不平衡性。對澆注系統(tǒng)進(jìn)行了CAE分析，采用了性能更佳的平衡流道，保證了多腔的充模一致性。最后，在模具中增加一個(gè)分型面代替從動(dòng)模側(cè)推出產(chǎn)品，從而省略了推出空間，減小了模具厚度。

1 產(chǎn)品分析及模具結(jié)構(gòu)方案

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及工藝難點(diǎn)

如圖1a所示為盒蓋的三維模型，圖1b為產(chǎn)品工程圖，材料為ABS，收縮率為0.6%，年產(chǎn)量100萬件。該產(chǎn)品主體為回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，平均厚度約為2.5 mm，最大外形尺寸為φ85.83 mm×54 mm，產(chǎn)品內(nèi)外的拔模斜度均為1°。盒蓋口部為平面，口部內(nèi)側(cè)有左右對稱的側(cè)凹結(jié)構(gòu)，凹進(jìn)深度為0.94 mm，寬度為34 mm，如圖中A處。盒蓋內(nèi)部底面有沿周的加強(qiáng)筋，高度為4.5 mm，外徑為65.68 mm，如圖中B處。

產(chǎn)品的內(nèi)側(cè)凹結(jié)構(gòu)的處理是模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)之一。因ABS塑料較硬、彈性差，采用強(qiáng)制脫模會(huì)破壞產(chǎn)品；若采用斜頂或斜滑塊，在抽芯運(yùn)動(dòng)時(shí)，斜頂或斜滑塊會(huì)相對于產(chǎn)品的橫向運(yùn)動(dòng)，與加強(qiáng)筋發(fā)生干涉。另外，因側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)會(huì)占據(jù)型芯空間，給動(dòng)模側(cè)的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來困難。還有，在設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)時(shí)，要避免推出機(jī)構(gòu)與側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉。

1.2 模具總體方案

根據(jù)以上工藝難點(diǎn)分析，模具的總體方案確定如下：(1)分型面設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的最大外形處[12]。(2)采用點(diǎn)澆口由產(chǎn)品頂部中心進(jìn)料。(3)由于產(chǎn)品口部為平面，采用推件板以保證產(chǎn)品平穩(wěn)脫模。(4)內(nèi)側(cè)凸起采用彎銷側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)用以克服脫模阻力。(5)根據(jù)批量要求，設(shè)計(jì)為一模四腔，因產(chǎn)品兩側(cè)均有側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，型腔呈一字型排列。(6)動(dòng)模采用在型芯中設(shè)計(jì)隔板式結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)冷卻效果。(7)因產(chǎn)品較高，設(shè)計(jì)限位拉板結(jié)構(gòu)，利用開模完成產(chǎn)品分模、脫流道、抽芯和推出等所有運(yùn)動(dòng)，減小模具厚度，滿足模具的安裝要求。

2 彎銷內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)

如圖2，模具采用彎銷內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，左右各1個(gè)，抽芯的斜度為10°、行程為4 mm，滑塊安裝在推件板6和動(dòng)模板13之間，彎銷安裝在型腔外側(cè)，節(jié)省產(chǎn)品內(nèi)部空間以設(shè)置冷卻水道。成形部分與滑塊為一體式結(jié)構(gòu)，采用T型滑槽，滑槽由安裝在動(dòng)模板上的壓條形成。

彎銷4用螺釘3緊固在定模板5上，彎銷與滑塊11上的方形斜孔外側(cè)緊密配合，起到合模時(shí)的楔緊作用；為了便于彎銷活動(dòng)順暢，彎銷內(nèi)側(cè)與滑塊壁空1 mm?；瑝K外側(cè)安裝彈簧10，用于抽芯結(jié)束時(shí)仍保持彎銷與方孔的相對位置，避免合模時(shí)兩者碰撞；彈簧用擋板9限位，防止松脫。為了便于制造，推件板鑲件7用螺釘安裝在推件板6上，與型腔1呈錐面配合，用于合模時(shí)定心，與型芯12呈錐面配合，防止運(yùn)動(dòng)過程中兩者摩擦。

3 澆注系統(tǒng)平衡分析

3.1 流道的結(jié)構(gòu)方案

非平衡充模會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)出現(xiàn)差異，平衡式澆注系統(tǒng)則能保證各型腔同時(shí)間、同溫度、同壓力充填[13-14]。由于一模四腔呈一字型排列，澆注系統(tǒng)采用圖3a的直線布局，塑料的流程最短，有利于縮短注射時(shí)間，但是各腔產(chǎn)品充模時(shí)間和充模狀態(tài)有差異，使產(chǎn)品在充模過程中的壓力場、溫度場梯度大，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品冷卻后的應(yīng)力分布差別大，影響產(chǎn)品的一致性。

因此，采用如圖3b所示的兩級分流道，將產(chǎn)品分成A、B兩組，一級分流道相對模具中心線偏置，呈中心對稱，同時(shí)分流至A組中心和B組中心；再通過二級分流道平衡流向點(diǎn)澆口的入口。這種結(jié)構(gòu)保證了4個(gè)型腔中任意兩個(gè)型腔的流動(dòng)路徑對稱，流程一致，保證了各腔同時(shí)充模。

3.2 充模CAE分析

對兩種澆注系統(tǒng)進(jìn)行CAE模擬仿真，圖4、5分別為流動(dòng)前沿和充模結(jié)束時(shí)的壓力場的分析結(jié)果。

顯然，平衡式澆注系統(tǒng)各型腔的充模一致性更好。如圖4a，在非平衡式澆注系統(tǒng)中，各型腔的充填時(shí)間不一致，內(nèi)側(cè)兩個(gè)產(chǎn)品先充滿，充模時(shí)間為1.03 s，外側(cè)兩個(gè)產(chǎn)品的充模時(shí)間為1.39 s，時(shí)間差為0.36 s。圖4b中，因流道路徑復(fù)雜，充填時(shí)間較長，為1.82 s，但因各流動(dòng)路徑一致，塑料同時(shí)充滿各型腔，一致性好。

充模結(jié)束時(shí)，平衡式澆注系統(tǒng)各型腔的平均壓力和壓力差小，有利于降低產(chǎn)品脫模后的內(nèi)應(yīng)力，減小翹曲變形。圖5a為非平衡式澆注系統(tǒng),型腔最大壓力為76.73 MPa，最小壓力為7.92 MPa，壓力差為68.81 MPa。圖5b為平衡式澆注系統(tǒng),型腔最大壓力為44.36 MPa，最小壓力為1.77 MPa，壓力差為42.59 MPa。

表1為兩種澆注系統(tǒng)充模和保壓的主要指標(biāo)對比情況，在平衡式澆注系統(tǒng)中，最大凝固時(shí)間差、熔體最大溫差、最大注射壓力和最大剪切力等指標(biāo)均較小，對注射的能耗要求較低。僅剪切速率減小，因?yàn)槠胶馐綕沧⑾到y(tǒng)熔體流向變化次數(shù)較多、流程增加，使流動(dòng)阻力增大。

表1 各腔充模數(shù)據(jù)對比

4 模具結(jié)構(gòu)

模具整體結(jié)構(gòu)如圖6，主體結(jié)構(gòu)從上到下依次為：定模座板12、流道板10、定模板6、推件板5、動(dòng)模板6、動(dòng)模座板1。為了使模具厚度減小，該模具沒有墊塊，節(jié)省了推出空間，這種結(jié)構(gòu)有利于減小模具的安裝尺寸。產(chǎn)品脫模、脫流道、推出產(chǎn)品等動(dòng)作均是靠開模時(shí)通過限位螺釘19帶動(dòng)限位拉板13，控制Ⅰ～Ⅳ分型面依次打開實(shí)現(xiàn)。

模具共兩組導(dǎo)柱，分別是定模導(dǎo)柱14和動(dòng)模導(dǎo)柱33，每組導(dǎo)柱均為4個(gè)。其中，定模導(dǎo)柱14的長度至少要保證分型面Ⅱ完全打開后，定模板仍留在導(dǎo)柱上。動(dòng)模導(dǎo)柱33的長度至少要保證分型面Ⅳ完全打開、即產(chǎn)品被推件板推出時(shí)，推件板仍留在導(dǎo)柱上。

模具采用推件板脫模，能保證產(chǎn)品推出力均勻，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。為了簡化推件板5的結(jié)構(gòu)，采用了推件板鑲件26，鑲件與型芯3呈錐面配合，防止運(yùn)動(dòng)過程中兩者的摩擦，提高模具壽命，鑲件結(jié)構(gòu)也有利于零件磨損后的更換。

由于產(chǎn)品為回轉(zhuǎn)體，為了保證冷卻均勻，定模采用圓周式冷卻結(jié)構(gòu)，將產(chǎn)品型腔的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓形鑲件，在鑲件的圓周上加工了冷卻槽，上下用密封圈防水。由于型芯較長、直徑適中，采用隔板式冷卻結(jié)構(gòu)，能夠更快的帶走型芯的熱量，冷卻效果好。

產(chǎn)品經(jīng)注射、保壓及冷卻后，模具打開，工作過程如下：

(1)開模，在開模彈簧30的作用下，模具首先從分型面Ⅰ打開，拉料桿38拉斷點(diǎn)澆口，使?jié)沧⑾到y(tǒng)留在流道板10上，定模板6及以下部分隨拉板一起向動(dòng)模側(cè)運(yùn)動(dòng)。

(2)定模板6被限位螺釘29限位后，分型面Ⅱ打開，流道板10繼續(xù)向動(dòng)模移動(dòng)一小段距離，流道板將澆注系統(tǒng)從澆口套11及拉料桿38中脫出，直到流道板被螺釘15限位，完成澆注系統(tǒng)的脫模。

(3)分型面Ⅰ、Ⅱ完全打開并被限位后，主分型面Ⅲ打開，產(chǎn)品脫離型腔7，包緊在型芯3上，向動(dòng)模側(cè)移動(dòng)，彎銷27驅(qū)動(dòng)滑塊25向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，完成內(nèi)側(cè)抽芯，限位彈簧23對滑塊施加了彈力，使其停留在抽芯結(jié)束位置。

(4)拉板被螺釘19限位后，主分型面Ⅳ打開，動(dòng)模板4和動(dòng)模座板1帶動(dòng)型芯3繼續(xù)向后移動(dòng)，推件板5及其鑲件26將產(chǎn)品從型芯上脫出；為防止慣性使推件板脫離動(dòng)模導(dǎo)柱，設(shè)置了限位螺釘20。

5 結(jié)語

(1)根據(jù)產(chǎn)品的兩處內(nèi)凹，針對不能采用斜頂抽芯的問題，設(shè)計(jì)了彎銷內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，滑塊的楔緊使用了彎銷外側(cè)斜面與滑塊上的斜方孔配合實(shí)現(xiàn)，縮小了機(jī)構(gòu)尺寸。

(2)采用了點(diǎn)澆口進(jìn)料，設(shè)計(jì)了平衡式分流道，型腔的充填時(shí)間、壓力分布和溫度差等指標(biāo)較好，保證了各產(chǎn)品的充模一致性。

(3)模具共有拉斷澆口、脫流道、主分型、推出產(chǎn)品4個(gè)分型面，通過彈簧、拉板及限位螺釘實(shí)現(xiàn)了分型面的依次打開。

(4)采用了無推出空間的推件板結(jié)構(gòu)，利用第Ⅳ分型面的打開推出產(chǎn)品，減小了模具厚度。