吳炳進(jìn)

(黎明職業(yè)大學(xué)航空學(xué)院，福建 泉州 362000)

0 引言

家用電器、生活用具、電子產(chǎn)品中，經(jīng)常要用到自彈性卡扣，以起到對兩個塑件之間的卡緊作用?？垠w塑件多使用ABS+PC合金、PET塑料或者TPU彈性體塑料制作，起到自我膨脹型卡緊功能。卡扣體塑件中的卡扣，一般采用折彎型卷葉式卡扣，卷彎部位需要有足夠的折彎壽命，以保證塑件的使用功能。本文針對某電子產(chǎn)品帶卡扣的彈扣蓋塑件設(shè)計(jì)了一副注塑成型模具，模具中，設(shè)計(jì)了一種三次轉(zhuǎn)向定模抽芯機(jī)構(gòu)，保證了卡扣部位的成型及自動脫模，模具結(jié)構(gòu)布局合理，機(jī)構(gòu)動作可靠，有較好的模具及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參考意義。

1 彈扣蓋塑件

彈扣蓋塑件的形狀如圖1所示。塑件的結(jié)構(gòu)由外蓋、彈性扣、短筋、螺絲柱、加強(qiáng)筋、搭接臺等特征構(gòu)成。塑件要有一定的耐磨性和硬度，為了使其有多色性和美觀性，且顏色不會快速褪色，材料也要具備良好的著色性，還要有一定的耐沖擊性。因此，塑件成型材料使用ABS+PC塑料合金，ABS/PC熔體的黏度高而流動性差，成型過程中溫度可取為： 成型溫度200～250℃，模具溫度35～70℃，脫模溫度75～90℃。模具使用水冷。塑件外形規(guī)格為35 mm×42 mm×28 mm。

圖1 機(jī)頂盒產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

2 注射成型難點(diǎn)

塑件的特征結(jié)構(gòu)對塑件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響有以下幾點(diǎn)：

(1) 依據(jù)塑件的脫模難度，應(yīng)優(yōu)先安排塑件的開模方向同加強(qiáng)筋、螺絲柱、短筋的脫模方向一致，因而塑件在模具中布局?jǐn)[放后，選取螺絲柱的脫模方向作為開模方向。

(2) 在主開模方向下，彈性扣特征的中間部位的脫模為斜向脫模，且成型件位于模具型腔一側(cè)，需要在定模一側(cè)設(shè)置斜抽芯機(jī)構(gòu)。

(3) 在主開模方向下，短筋與卡扣之間存在一個倒扣區(qū)域，該區(qū)域的脫模比較困難。

(4) 螺絲柱的包緊力比較大，加上邊上的加強(qiáng)筋包緊力也比較大，需要增加脫模手段。

3 模塑成型方案

模具擬采用以下方案進(jìn)行成型。

(1) 澆注及冷卻方案。如圖2(a)所示，澆注系統(tǒng)采用冷流道側(cè)澆口進(jìn)行澆注，澆口位置開設(shè)在塑件上端側(cè)邊的兩個搭接臺中間，澆口形式使用矩形截面?zhèn)葷部冢叽鐬? mm×1 mm。流道使用φ5 mm圓形流道。冷卻使用水冷方式進(jìn)行冷卻，管道直徑使用常用型φ8 mm管道。對于本塑件而言，模腔的充填效果是保證塑件成型質(zhì)量的關(guān)鍵所在。塑件模腔充填效果CAE分析如圖2所示。從圖2(a)中可以看出，塑件的模腔的充填時間為0.5 s左右，非常短，前鋒與末端冷卻差異性小，且各末端無充填不滿問題。從圖2(b)中可以看出： 充填末了時末端的充填壓力在13 MPa以上，充填壓力充足。從圖2(c)可以看出： 熔接線的夾角都在70°以上，提高模溫可以有效消除熔接線。從圖2(d)可以看出： 料流流動平穩(wěn)，無紊流、湍流等問題，冷卻后收縮方向一致性好，塑件變形小，特別是彈性扣折彎部位及彈性扣與外蓋搭接部位，料流流動方向一致性好，凝固后該兩處的分子結(jié)合力較好，且穩(wěn)定。結(jié)合其余分析結(jié)果后，可以判定，所開設(shè)的澆注系統(tǒng)能滿足本塑件的成型要求。

(a) 充填時間

(b) 充填末端壓力

(c) 熔接線

(d) 平均速度圖2 模腔充填CAE分析

(2) 分型。分型面是動、定模具的分界面，是分開模具、取出塑件及取出流道凝料的面。分型面的位置影響著成型零部件的結(jié)構(gòu)形狀，它對塑件的質(zhì)量、模具結(jié)構(gòu)及模具加工的難易程度影響很大[15-17]。由于塑件脫模困難，設(shè)置塑件的主開模方向?yàn)楸舅芗D1中所示“開模方向”后，使用在該方向下塑件的最大外形輪廓線作為分型線，所設(shè)置的分型面PL如圖3(a)所示。分型面PL的外側(cè)延拓部分使用平面，以利于排氣槽的開設(shè)。模腔的排氣間隙小于0.02 mm，塑件分型線外圈周邊都設(shè)置排氣間隙。

(a) 分型及成型件設(shè)計(jì)

(b) 定模斜抽芯機(jī)構(gòu)工作原理

(c) 斜抽芯機(jī)構(gòu)在定模中的安裝注： F1～F3： 抽芯移動方向；F4開模方向圖3 成型件設(shè)計(jì)

(3) 成型件設(shè)計(jì)。如圖3(a)所示，PL面分型下，塑件模腔的構(gòu)成零件分別為型腔鑲件、型芯鑲件、斜滑塊頭、頂桿。成型零件的材料選用中，型腔鑲件、斜滑塊頭使用合金鋼718H，熱處理硬度至HRC48，表面拋光至Ra0.4。型芯鑲件、頂桿使用合金鋼P(yáng)20，硬度HRC38～42，表面數(shù)控銑加工至Ra1.6即可。

(4) 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。部分成型件的安排依據(jù)塑件脫模困難程度設(shè)置。

① 彈性扣特征的中間部位的脫模為斜向脫模，使用斜滑塊頭進(jìn)行成型和脫模，斜滑塊頭的驅(qū)動零件包括斜滑塊、中間滑塊、鎖緊塊。如圖3(b)所示，斜滑塊頭通過T形導(dǎo)軌由斜滑塊驅(qū)動，斜滑塊再通過T形導(dǎo)軌由中間滑塊進(jìn)行驅(qū)動，中間滑塊再次通過T形導(dǎo)軌由鎖緊塊進(jìn)行驅(qū)動，該機(jī)構(gòu)為一種三次轉(zhuǎn)向型斜抽芯機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，斜滑塊頭抽出后不阻擋塑件從型腔鑲件脫出，抽出后最少要遠(yuǎn)離塑件最大邊界1～2 mm，斜滑塊頭插入塑件中的頭部側(cè)面需要拔模1°～2°，不做拔模角度會使抽芯滑出困難。機(jī)構(gòu)的工作原理如圖3(b)和3(c)所示，中間滑塊通過壓條安裝在模具定模板內(nèi)，斜滑塊直接安裝在定模板內(nèi)對應(yīng)的滑塊槽內(nèi)，斜滑塊頭插入型腔鑲件對應(yīng)的槽孔內(nèi)；中間滑塊、斜滑塊、斜滑塊頭三者都安裝在定模板內(nèi)，在模具打開時，跟隨模具按開模方向F4向下行，此時，安裝在模具定模座板上的鎖緊塊保持不動，鎖緊塊通過T形導(dǎo)軌依次聯(lián)動驅(qū)動中間滑塊、斜滑塊、斜滑塊頭分別按F3、F2、F1向聯(lián)動抽芯，實(shí)現(xiàn)塑件彈性扣特征的斜抽芯脫模。

②在主開模方向下，短筋與卡扣之間存在倒扣區(qū)域，該區(qū)域采用強(qiáng)制脫模方式脫模，即該處的成型件頂桿被頂出后，塑件留于其上，由塑件重力驅(qū)動其從頂桿上脫落。

③螺絲柱不方便設(shè)置推管頂出，直接設(shè)置圓柱鑲件。在加強(qiáng)筋包緊力大的外側(cè)設(shè)置2根頂針，來加大頂出力，保證塑件的脫模。

4 模具結(jié)構(gòu)

(1) 模具整體結(jié)構(gòu)。如圖4所示： 模具為一種單腔布局兩板模具，分2次開模打開。第1次打開為P1面打開，第2次打開為P2面打開。模架使用龍記LKM標(biāo)準(zhǔn)模架。主要成型件型腔鑲件、型芯鑲件使用鑲拼件形式安裝于對應(yīng)模板內(nèi)。使用前述側(cè)澆口澆注系統(tǒng)進(jìn)行澆注。使用2條回環(huán)水路分別對型腔鑲件、型芯鑲件進(jìn)行冷卻。彈性扣特征使用前述定模三次抽芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行抽芯脫模。塑件的脫模使用9根?3頂針及1根頂桿進(jìn)行頂出。

1—定模座板；2—型腔鑲件；3—型芯鑲件；4—圓柱鑲件；5—樹脂扣；6—鎖模塊；7—定位環(huán)；8—澆口套；9—牛力膠；10—拉桿；11—水嘴；12—密封圈；13—銅堵；14—邊鎖；15—鎖緊塊；16—中間滑塊；17—壓條；18—斜滑塊；19—斜滑塊頭；20—頂桿；21—支撐柱；22—頂桿座；23—垃圾釘；24—模腳；25—動模板；26—定模板；27—復(fù)位桿；28—復(fù)位彈簧；29—拉料桿；30—頂針圖4 模具結(jié)構(gòu)

(2) 塑件縮水率?？s水是制作模具之前必須要做的步驟，由于熱脹冷縮原理，制件冷卻后會比理想狀態(tài)要小一些，如果沒有放縮水，模具最終做出來也是要報廢的，產(chǎn)品都不會合格。本模具中，ABS+PC材料的縮水率為0.58%～0.61%，所以分型時模腔應(yīng)依據(jù)塑件體積放大1.006倍。

(3) 模架選用。模架是整個模具最基本的部件，各模板的厚度經(jīng)過計(jì)算得出，通過定模仁、動模仁和頂出的尺寸來計(jì)算ABC板的尺寸，最終得出： 定模板(A板)厚度80 mm，動模板(B板)厚度70 mm，模腳(C板)高度100 mm，推出距離留有40 mm。因?yàn)橹萍榉菍ΨQ形狀，對同心精度要求較高，還需使用邊鎖以提高定位精度，并加了鎖模塊，鎖模塊的作用是使模架的A、 B板連接起來，不使模架脫落，運(yùn)輸方便。

(4) 模具開模動作。模具分2次打開，第一次打開為P1面打開，用于三次抽芯機(jī)構(gòu)驅(qū)動斜滑塊頭實(shí)施斜抽芯；第二次打開用于模腔的打開。一次頂出動作用于9根頂針、頂桿、拉料桿的頂出。

(5) 模具工作原理。模具工作時，待模具閉合、注塑、冷卻等過程完成后，模具在注塑機(jī)動模板驅(qū)動下，動模下行，模具打開。模具在P1面打開，直至完畢時，三次抽芯機(jī)構(gòu)驅(qū)動斜滑塊頭完成斜抽芯。隨著動模的繼續(xù)下行，模具在P2面處打開，塑件從型腔鑲件內(nèi)脫出，留于型芯鑲件上。隨著動模的繼續(xù)下行，頂桿將模具頂出板頂出，推動頂出板上的9根頂針、頂桿、拉料桿將塑件及流道廢料頂出；頂出后，模具復(fù)位閉合，等待下一注塑循環(huán)。

5 結(jié)論

針對塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一副兩板式兩次開模注塑模具，用于塑件的注射成型。運(yùn)用CAE分析了澆注系統(tǒng)的成型效果，從而確定了模塑成型方案。模具中，設(shè)計(jì)了一種鎖緊塊驅(qū)動的三次抽芯機(jī)構(gòu)用于塑件彈性扣特征的斜向抽芯脫模；設(shè)計(jì)了一種強(qiáng)制頂座頂桿，用于塑件難脫模部位的強(qiáng)制頂出脫模，塑件的最終脫模使用頂針頂出脫模，針對螺絲柱特征使用頂針頂出方式脫模。