肖國華

(浙江工商職業(yè)技術(shù)學院，浙江寧波 315012)

圓弧塑料彎管成型時，成型難度與彎管的彎曲長度、彎曲程度、彎管管徑三個因素有很大關(guān)系[1–3]。彎曲長度越長、彎曲程度越大、彎管管徑越小，其成型難度越大，彎管脫模機構(gòu)及模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計將越困難[4–6]。就彎曲程度而言，如圖1所示，隨著彎管圓弧中心線的圓弧角α增大，管內(nèi)壁脫模機構(gòu)會變得越復雜，體現(xiàn)為：圓弧中心線的圓弧角α小于90°時，機構(gòu)的設(shè)計較為簡單[8–10]；圓弧角α大于90°小于150°時，彎管型芯的抽芯機構(gòu)設(shè)計空間受到限制[11–13]；圓弧角α為150°~180°時，機構(gòu)設(shè)計則受制于管內(nèi)型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計[14–16]。當圓弧角α達到180°時，必須將管內(nèi)型芯進行分段設(shè)計，且必須設(shè)置特殊的抽芯機構(gòu)才能實現(xiàn)管內(nèi)型芯的完全抽芯。筆者結(jié)合一種180°彎管塑件的注塑需要，設(shè)計了一種帶180°彎管分段脫模機構(gòu)的注塑模具，以供借鑒。

圖1 彎管圓弧中心線的圓弧角α示意圖

1 彎管塑件結(jié)構(gòu)

1.1 塑件形狀

某流體設(shè)備所用180°彎管塑件的形狀如圖2所示，塑件由三段不同結(jié)構(gòu)的管道構(gòu)成，分別為短直管、180°彎管、長直管。短直管、長直管的外端分別設(shè)置有外壁管螺紋。短直管、長直管內(nèi)外徑相等，且大于180°彎管的內(nèi)外徑。短直管與180°彎管內(nèi)壁的一端連接方式采用直臺邊連接，而長直管與180°彎管的內(nèi)壁連接處為斜臺邊連接。

圖2 彎管塑件形狀

1.2 塑件材料

塑件的材料使用阻燃增強丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，ABS經(jīng)增強和阻燃改性后，適用于本塑件的注塑。在增強改性方面，采用質(zhì)量分數(shù)28%的玻璃纖維進行增強，增強后ABS的拉伸強度、彎曲強度、彎曲彈性模量有較大幅度提高，熱變形溫度顯著提高，線膨脹系數(shù)降低，尺寸穩(wěn)定性和精度有較大提高。在阻燃改性方面，主要是添加低分子的有機阻燃劑四溴雙酚A和阻燃增效劑Sb2O3，從而使塑件阻燃性能有較大提高。改性后，材料收縮率為0.55%～0.59%。

1.3 塑件尺寸

塑件結(jié)構(gòu)尺寸分析如圖3所示。塑件180°彎管圓弧中心線半徑為40 mm，短直管和長直管的中心距為78 mm，彎管圓弧中心線的圓弧角為180°。長直管外徑、短直管外徑均為45 mm，兩者內(nèi)徑均為41 mm；180°彎管的外徑為40 mm，內(nèi)徑為35 mm。長直管長度75 mm，短直管長度24 mm，兩者外壁上的外螺紋為管螺紋，螺紋段外徑均為48 mm，螺紋長度均為14 mm。塑件整體壁厚為2 mm。塑件模具設(shè)計的最大難點在于180°彎管的內(nèi)壁脫模，需要設(shè)置一種特殊的180°彎管抽芯機構(gòu)來實現(xiàn)。

圖3 塑件結(jié)構(gòu)尺寸

2 模腔分型及成型件和抽芯機構(gòu)設(shè)計

2.1 分型

圖4為塑件分型設(shè)置。如圖4所示，將塑件做如圖4所示的臥式布置后，可以直接設(shè)置一個平面分型面來實現(xiàn)塑件外壁模腔的分型。塑件的澆口設(shè)置在圖4中所示的澆口位置處，采用側(cè)澆口對模腔進行澆注。

圖4 塑件分型設(shè)置

2.2 成型件設(shè)計

在圖4所示分型設(shè)置下，塑件的成型件由以下幾個成型件構(gòu)成：兩個外壁型腔鑲件(即一個為外壁上型腔鑲件，一個為外壁下型腔鑲件)，短直管內(nèi)壁的短直管型芯、長直管內(nèi)壁的長直管型芯，以及180°彎管內(nèi)壁的彎管型芯。

對于180°彎管內(nèi)壁的彎管型芯，如果設(shè)置成整體形式，則無法實現(xiàn)抽芯。因而，針對此內(nèi)壁彎管型芯，做如圖5所示的分段設(shè)置。分段設(shè)置前，須考慮使彎管型芯整體弧長盡可能短，以減小彎管型芯抽芯機構(gòu)的設(shè)計難度。因而在保證長直管型芯、短直管型芯能順利按直線抽芯外，盡可能地將彎管兩端的端頭區(qū)域成型件設(shè)置于此兩型芯上，從而達到整體縮短內(nèi)壁彎管型芯長度的目的。

在此基礎(chǔ)上，如圖5a所示，彎管型芯分為2組，為6個短圓弧成型塊，分別為第1組的A1～A3成型塊，第2組的B1～B3成型塊。第1組A1～A3成型塊跟隨長直管型芯的抽芯動作而抽出，第2組B1～B3成型塊跟隨短直管型芯的抽芯動作而抽出。彎管內(nèi)第1組成型塊和第2組成型塊的分型面為P0面，如圖5b所示。6個成型塊之間閉合時，每一組內(nèi)的成型塊之間通過圖5b中所示的定位錐臺進行定位；而兩組的A3成型塊、B3成型塊處于P0面位置時，其閉合定位則通過曲面凹形卡位實現(xiàn)。6個成型塊中，每個成型塊內(nèi)都設(shè)置有2條圓弧型導向槽；同樣，長直管型芯、短直管型芯內(nèi)部也各自設(shè)置有2條直線型導向槽。將彎管型芯設(shè)置成圖5所示組合型結(jié)構(gòu)的目的是：擬通過分段抽芯的方式將2組成型塊分別從塑件彎管的兩端抽出。

圖5 彎管內(nèi)壁的彎管型芯分段設(shè)置

圖6為彎管抽芯工作原理。根據(jù)圖6，2組彎管型芯短圓弧成型塊實現(xiàn)抽芯的工作原理如下所示。

圖6 彎管抽芯工作原理

第1步，先將長直管型芯、短直管型芯分別按F1方向進行同步抽芯，抽出一定距離后，此2個型芯停留在某一位置，等待2組彎管型芯的抽出。

第2步，通過折彎后的A鋼索、B鋼索分別拉動第1組A1～A3成型塊、第2組B1～B3成型塊在上、下導軌的導向下依次抽出，2組成型塊之間在P0面處分離，分別向先抽出的長直管型芯、短直管型芯靠攏，從而實現(xiàn)彎管型芯從塑件管道內(nèi)的抽出。

第3步，當2組圓弧成型塊分別與先前被抽出的長直管型芯和短直管型芯接觸后，再一同繼續(xù)抽芯動作，當短圓弧成型塊不再阻擋塑件從外壁下型腔鑲件上頂出后，抽芯動作結(jié)束。

2.3 抽芯機構(gòu)設(shè)計

針對塑件彎管內(nèi)壁的成型件長直管型芯、短直管型芯及前述2組成型塊的抽芯，需要設(shè)計一個特殊的抽芯機構(gòu)來實現(xiàn)，如圖7所示。該抽芯機構(gòu)的結(jié)構(gòu)包括3個部分：第1部分是成型件部分，包括長直管型芯24、短直管型芯14及前述2組成型塊（圖7中的件15~件20）；第2部分為油缸1驅(qū)動的由直型芯滑塊9、鋼索滑塊27、導軌滑塊28等構(gòu)成的三滑塊驅(qū)動二級子機構(gòu)(用于成型件的抽芯)；第3部分為控制直型芯滑塊9運動位置的擺勾二級子機構(gòu)。

圖7 抽芯機構(gòu)

(1)三滑塊驅(qū)動二級子機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

如圖7所示，該二級子機構(gòu)主要由1個油缸和3個滑塊三級子機構(gòu)組成，3個滑塊三級子機構(gòu)分別為包含直型芯滑塊9的第1滑塊三級子機構(gòu)、包含鋼索滑塊27的第2滑塊三級子機構(gòu)、包含導軌滑塊28的第3滑塊三級子機構(gòu)。

第1滑塊三級子機構(gòu)中，其構(gòu)成件包括長直管型芯24、短直管型芯14及件5、件6、件8、件9、件10、件25、件31。短直管型芯14、長直管型芯24通過滑塊蓋板10安裝于直型芯滑塊9上，由其帶動抽芯。

第2滑塊三級子機構(gòu)中，其構(gòu)成件主要包括A鋼索12、B鋼索22及件7、件26、件27、件32。A鋼索12、B鋼索22預彎成形后，其前端的圓弧彎曲線作為2組彎管型芯成型塊的導向中心線，此兩鋼索在一定的受力情況下，可以被拉直，它們通過銷釘鎖緊安裝在鋼索滑塊27上，由其帶動進行運動。

第3滑塊三級子機構(gòu)中，其構(gòu)成件主要包括A上導軌11、A下導軌13、B上導軌21、B下導軌23及件2、件3、件4、件28。A上導軌11，A下導軌13，B上導軌21，B下導軌23通過銷釘鎖緊安裝在導軌滑塊28上。A鋼索12，B鋼索22，A上導軌11，A下導軌13，B上導軌21，B下導軌23均穿過直型芯滑塊9、鋼索滑塊27。

上述3個滑塊三級子機構(gòu)的動作由油缸1通過驅(qū)動直型芯滑塊9來實現(xiàn)。

3個滑塊三級子機構(gòu)之間的聯(lián)動關(guān)系為：直型芯滑塊9通過扣勾4、拉勾5來帶動導軌滑塊28復位；直型芯滑塊9上設(shè)置有開鎖插桿31用于解鎖上滑鎖7、下滑鎖26，上滑鎖7、下滑鎖26與2根限位頂桿32配合，控制鋼索滑塊27與導軌滑塊28之間的相對位置。直型芯滑塊9上設(shè)置有2個彈簧8用于直型芯滑塊9對鋼索滑塊27進行彈頂。鋼索滑塊27的運動由彈簧桿6進行運動導向。

(2)擺勾二級子機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計。

如圖8所示，設(shè)置了1個擺勾二級子機構(gòu)用于防止在直型芯滑塊9剛開始向右抽芯時導軌滑塊28的向右移動現(xiàn)象。擺勾二級子機構(gòu)的作用是：當直型芯滑塊9向右側(cè)開始抽芯時，保持導軌滑塊28不動（導軌滑塊28被其下方的擺勾34的右端鎖住），并通過限位頂桿32頂住鋼索滑塊27以同時保持鋼索滑塊27不動；而當直型芯滑塊9開始推動鋼索滑塊27同時向右一起運動時，彈頂器37將擺勾34帶動左端頂起，結(jié)束擺勾34對導軌滑塊28的鎖定，使導軌滑塊28可以在鋼索滑塊27的推動下一起向右運動。機構(gòu)中，鎖緊鏟33用于閉模時對直型芯滑塊9進行鎖緊。

圖8 擺勾二級子機構(gòu)

(3)抽芯機構(gòu)工作原理。

注塑完畢，模具打開后，抽芯機構(gòu)必須先完成抽芯，才能保證塑件的后續(xù)完全頂出脫模。抽芯機構(gòu)工作原理如圖9所示，分抽芯和復位兩個過程。

圖9 抽芯機構(gòu)工作原理

①抽芯過程。第1組的A1～A3成型塊和第2組的B1～B3成型塊的抽芯動作相同，以短直管型芯14及A1～A3成型塊抽芯為例，其抽芯按照以下幾個分動作來完成。

第1步，油缸1按抽芯方向F通過其中心桿拉動直型芯滑塊9按F方向抽出，此時因圖8中所示的擺勾34的鎖定，導軌滑塊28不能移動，從而使A上導軌11不能移動，處于等待狀態(tài)；導軌滑塊28上的限位頂桿32通過頂住上滑鎖7，從而也使鋼索滑塊27不能移動。直型芯滑塊9帶動短直管型芯14按F向抽出30 mm后，開鎖插桿31打開上滑鎖7的鎖閉，從而使直型芯滑塊9能推動鋼索滑塊27一同按F向抽出。在此30 mm抽芯過程中，在直型芯滑塊9向鋼索滑塊27靠攏時彈簧8處于被壓縮狀態(tài)，為彈簧8驅(qū)動鋼索滑塊27向右拉動A鋼索12抽芯做準備；在此30 mm抽芯過程結(jié)束時，直型芯滑塊9的底面在開鎖插桿31開鎖后解除對擺勾34左端的限制，彈頂器37將擺勾34的左端頂起，從而使擺勾34的右端下降，解除對導軌滑塊28的限位鎖定。

第2步，當直型芯滑塊9完成第一階段30 mm抽芯動作，且在開鎖插桿31開鎖、鋼索滑塊27失去阻擋后，彈簧8迅速張開，推動鋼索滑塊27以加速狀態(tài)向右前行，但此時鋼索滑塊27又因三個成型塊15～17的脫模力而被A鋼索12拉住，最終被緩慢抽出；A1成型塊15被抽出后，其內(nèi)部的導向槽迅速套入A上導軌11上，從而使A鋼索12的前部彎頭被緩慢拉直，直到A3成型塊17被完全從塑件彎管內(nèi)壁中抽出。鋼索滑塊27向右移動的同時，導軌滑塊28處于可以向右移動的臨界狀態(tài)，以保證鋼索滑塊27有足夠的抽芯距離，以及A1成型塊15，A2成型塊16，A3成型塊17始終處于A上導軌11上。

第3步，油缸1繼續(xù)拉動直型芯滑塊9、鋼索滑塊27、導軌滑塊28一起繼續(xù)按F向抽出，直到所有彎管內(nèi)壁成型件從彎管塑件內(nèi)壁中抽出。

②復位過程。復位時，也由油缸1推動直型芯滑塊9進行復位，過程與抽芯過程相反，閉模時，由鎖緊鏟33對直型芯滑塊9進行鎖緊。

3 模具結(jié)構(gòu)

在成型件和抽芯機構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，所設(shè)計的1模1腔模具結(jié)構(gòu)如圖10所示。模具為兩板模具，采用冷流道單點側(cè)澆口進行澆注。模腔的冷卻采用水冷方式，冷卻管道直徑8 mm。塑件的最終脫模由推板39上設(shè)置的頂針頂出。

圖10 模具結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

(1)所設(shè)計的模具用于180°彎管塑件的注塑，模具中所設(shè)計的180°彎管抽芯機構(gòu)解決了180°彎管塑件彎管內(nèi)壁脫模困難的實際生產(chǎn)難題。

(2)針對塑件180°彎管內(nèi)壁的脫模，采用鋼索驅(qū)動彎管型芯分段抽芯的辦法來實現(xiàn)，將彎管內(nèi)壁的彎管型芯分割成2組共6個圓弧成型塊，然后分兩端同步抽出，每端抽出1組3個圓弧成型塊。

(3) 2組彎管型芯的抽芯機構(gòu)由1個油缸和3個滑塊機構(gòu)組成，通過油缸驅(qū)動3個滑塊分3步將2個直管型芯及2組圓弧成型塊從塑件彎管內(nèi)壁中分3步抽出：第1步，由機構(gòu)的第1個滑塊驅(qū)動兩個彎管外端直管型芯進行抽芯；第2步，第1個滑塊繼續(xù)推動第2個滑塊抽芯，通過第1個滑塊上的預彎變形鋼索將2組6個圓弧成型塊依次抽出，6個圓弧成型塊從彎管內(nèi)抽出后，立即由安裝于第3個滑塊上的導向?qū)к夁M行導向，變成直線運動；第3步，第1個滑塊繼續(xù)推動第2，3個滑塊抽芯，直到所有彎管內(nèi)壁成型件從塑件內(nèi)壁管中抽出，從而實現(xiàn)彎管塑件內(nèi)壁的完全脫模。

(4)模具為兩板、單個側(cè)澆口、單次開模、1模1腔模具，整體結(jié)構(gòu)簡單，布局合理，為同類塑件的注塑生產(chǎn)提供了有益借鑒。