張建雷，王玉忠，孟玉喜

（1.南通蘇禾車燈配件有限公司，江蘇南通 226000；2.南通開放大學機電工程學院，江蘇南通 226006）

1 引言

在汽車電路中，接插件一般由插頭和插座組成，插頭與插座都安裝固定在其對應的護套內，“埋”在絕緣體中，人體不易觸摸到帶電接插件，相對來說比較安全。工作時通過插頭、插座的插合和分離來實現(xiàn)電路的連接和斷開，考慮到接插件在規(guī)定頻率和加減速條件下的振動、沖擊、顛簸、碰撞時的觸點的電連接性，工程設計時，對插頭、插座與其對應絕緣護套之間的保持力提出了要求，為確保保持力滿足技術條件，在絕緣護套中大多增設了限制件，來保證接插件與護套的可靠連接，實現(xiàn)行車安全。

2 塑件成型工藝分析

圖1為某汽車熔斷器盒體中使用的五腳限制件，裝配時是從盒體的正面插入的，因而俗稱五腳正裝限制件。塑件最大外形輪廓尺寸19.9×14.6×13.0mm，在19.9×14.6×1.4mm的平臺內設有5個孔，2個7.1×1.25mm和3個6.2×1.2mm的孔，所有的孔口部均需工藝倒角；高度方向上設有5個3.3×1.05mm長矩形腳，長度為11.6mm，起限制作用，達到增強接插件與護套保持力的目的，所有矩形腳均設有1.1°的脫模斜度；塑件的側面另設有一對左右鎖扣，用于限制件自身與盒體護套的固定。塑件顏色為黃色，材料為聚酰胺-6（尼龍PA6），需求量20萬件/年左右。

3 模具零部件設計

3.1 塑件成型收縮率的確定

在進行該五腳正裝限制件的模具結構設計前，必須首先確定塑件的成型收縮率。影響塑件收縮率變化的因素很多，而且相當復雜，不同品種的塑料，其收縮率各不相同，即使同一品種而批號不同的塑料，或同一塑件的不同部位，其收縮率也經(jīng)常不同。通常設計手冊中提供的PA6收縮率不是一個定值，而是在一定范圍（1.0%～1.5%）內變化的，這個波動范圍越小，塑件尺寸精度就越容易保證，否則就難于控制。在模具設計時應根據(jù)以下因素綜合考慮選取塑料的收縮率。

（1）塑件結構。塑件的形狀、尺寸、壁厚、有無嵌件、嵌件數(shù)量及其分布對收縮率的大小也有很大影響。該限制件塑件的形狀不算復雜，壁薄、有5個矩形通孔、孔的相對數(shù)量多且對稱分布，所以設計選擇收縮率時要盡量選小的收縮率。

（2）模具結構。模具的分型面，澆口形式、尺寸及其分布等因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補縮作用及成型時間。采用直接澆口和大截面的澆口，可減小收縮，但方向性強；澆口寬且短，則方向性小，距澆口近的或與料流方向垂直的部位收縮大。

（3）成型工藝條件。模具溫度高，熔料冷卻慢，則密度低，收縮大。成型壓力及保壓時間對收縮也有較大影響，壓力高，時間長的收縮小，但方向性大。注射壓力高，熔料粘度小，層間切應力小，脫模后彈性回跳大，故收縮也可相應減小。料溫高，則收縮大，但方向性小。因此，在成型時調整模溫、壓力、注射速度及冷卻時間等因素也可適當改變塑件收縮情況。

綜上所述，該塑件的成型收縮率選為1.2%。

3.2 型腔排布與澆注系統(tǒng)布置

現(xiàn)代注射成型生產(chǎn)中，從提高生產(chǎn)效率和降低塑件生產(chǎn)成本上考慮，大多數(shù)小型塑件的成型模具都考慮多型腔的布局結構，根據(jù)該塑件20萬件的年需求量和注射設備的實際條件，設計為1模8腔的多型腔排布形式。同時要考慮到澆注系統(tǒng)的布置方式又是多型腔模具設計的重要問題之一，由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關，因而型腔的排布在多型腔模具設計中應加以綜合考慮，型腔的排布應使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等地分得所需的足夠壓力，以保證塑料熔體同時均勻地充滿每個型腔，使各型腔的塑件內在質量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能最短，同時采用平衡的流道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。合理的型腔排布可以避免塑件尺寸的差異、應力形成及脫模困難等問題。型腔排布與澆注系統(tǒng)布置如圖2所示，橫向中心距離為27.5mm，縱向中心距離為35.0mm，平衡進料形式。

圖2 型腔排布與澆注系統(tǒng)布置

3.3 主要大鑲塊設計

由塑件圖可知，該塑件結構上主要由19.9×14.6×1.4mm的平臺和5只矩形腳組成，顯而易見，模具的分型面選在平臺與矩形腳交界處，平臺部位設于上模，5只矩形腳留在下模。由于平臺內還有5個通孔，這樣就使得定動模的包緊力相當，為了使塑件注射成型過程中始終留于動模并順利實現(xiàn)脫模，將定模設計成兩部分。

3.3.1 定（上）模固定大鑲塊設計

定模固定大鑲塊主要用于固定3種型芯，分別為：成型2個7.1×1.25mm孔的型芯、3個6.2×1.2mm孔的型芯和成型鎖扣孔的型芯；大鑲塊的外形輪廓尺寸為120×95×25mm，四角中3個倒成R7.5mm的圓角，一個角倒成7.5×7.5mm的45°斜角，起裝配防錯作用。其內設有8組固定3種型芯的型孔，中心位置有?12mm的澆口套過孔，4個中心距離為100×75mm的?6.5mm螺釘固定用孔，沉孔?11mm深7mm，左右兩側面中心分別設有R7mm的半圓通孔（起讓位作用），定模固定大鑲塊如圖3所示。

圖3 定模固定大鑲塊

3.3.2 定（上）模型腔大鑲塊設計

定模型腔大鑲塊外形輪廓尺寸為120×95×20mm，該鑲塊其實是在上模固定大鑲塊的基礎上進行的增加設計，增設的內容主要是型腔的設計、澆注系統(tǒng)中分流道和澆口的設計。型腔尺寸20.14×14.76×1.42mm，采用加工中心進行加工（也可采用電火花成型加工）；為了便于機械加工及凝料脫模，分流道設置在分型面上，分流道的截面形狀為R2mm的半圓形，分流道的X方向總長67mm，Y方向總長33.8mm，總長中包含冷料穴的尺寸。澆口亦稱為進料口，是連接分流道與型腔的通道，它的位置、形狀及尺寸對塑件的性能和質量的影響很大，根據(jù)塑件型腔深度僅為1.42mm的實際情況，將澆口設計成點澆口狀的側澆口，澆口寬0.9mm，深0.4mm，三面斜度，每面斜16°，這種結構形式結合了側澆口和點澆口的優(yōu)點，壓力損失不是太大，收縮小，去除澆口后殘留痕跡小，易取得澆注系統(tǒng)的平衡也利于注射過程中的自動化操作。定模型腔大鑲塊的設計如圖4所示。

圖4 定模型腔大鑲塊

3.3.3 動（下）模大鑲塊設計

動模大鑲塊的外形輪廓尺寸為120×95×30mm，外形結構與上模一致，其內主要有五腳成型型芯固定型孔結構尺寸和塑件頂出位置排布兩部分的設計。五腳成型型芯固定型孔由4個型孔組成，分別為：兩并排的長矩形腳設為一個型孔、3并排的長矩形腳設為一個型孔、左鎖扣型孔和右鎖扣型孔各一個。其中右鎖扣（見圖1標記）型孔與長矩形三腳型孔的平面位置距離非常接近，考慮到此大鑲塊的結構工藝性和制造成本，設計時有意將右鎖扣型孔的尺寸放大延伸至與長矩形三腳型孔相貫通，同時為便于裝配，必須要使左鎖扣與右鎖扣的型孔尺寸一致。塑件的頂出設計也是該下模大鑲塊設計的重要一環(huán)，頂桿位置分布得合理，塑件就不會產(chǎn)生變形或被頂壞現(xiàn)象。為此，首先頂桿要設在脫模阻力大的地方，其次頂桿應力求均勻布置，保證塑件被頂出時受力均勻，頂出平穩(wěn)不變形，最后頂桿應設在塑件強度較高剛度較好處，據(jù)此綜合考慮，設計了6根頂桿，如圖5中A部放大圖中的陰影標識，分別為：2根?2.0mm的圓頂桿、3根3.0×0.8mm的頂片、1根3.0×1.6mm的頂片。動模大鑲塊的設計如圖5所示。

圖5 動模大鑲塊

3.3.4 5只矩形腳及鎖扣成型型芯設計

該模具的型芯設計包含：平臺內五孔成型型芯、平臺外5只矩形腳成型型芯和鎖扣部位成型型芯的設計，其中5只矩形腳成型型芯設計是主要部分。矩形腳成型型芯設計的可選方法有兩種，一種是整體式，一種是哈夫（half）式；整體式矩形腳成型型腔的加工只能通過電火花成型加工，由于加工的電極截面尺寸較小，而深度較深，加工時排屑困難容易發(fā)生拉弧現(xiàn)象，而且后續(xù)注塑時還會發(fā)生排氣不暢，造成塑件注塑不全的缺陷；哈夫式設計是將每個矩形腳成型型腔一分為二，可以有效的將整體式的封閉高度尺寸變成敞開式的長度尺寸，使電火花成型加工變得順暢且制造效率提高，而且哈夫型芯由于拼縫之間微間隙的存在，可幫助后續(xù)注塑過程進行排氣，有效提高塑件的合格品率，綜上采用哈夫（half）式型芯設計方案。5只矩形腳及鎖扣成型型芯的設計如圖6所示。

圖6 矩形腳及鎖扣成型型芯a——矩形腳成型型芯Ⅰ b——矩形腳成型型芯Ⅱ c——矩形腳成型型芯Ⅲ d——鎖扣成型型芯

4 模具結構及其工作過程

模具結構如圖7所示，模具工作過程：注塑機合模工作后，熔融耐高溫PA6塑料通過注塑機噴嘴進入模具的澆口套13，并通過分流道和澆口進入模具型腔，經(jīng)保溫保壓冷卻后，注塑機進行開模動作。模具打開時，因塑件抱緊力的作用，定模型腔板18跟隨動模一起移動且首先與定模固定板10在I-I處進行第一次分型，模具繼續(xù)打開，當限位塊28接觸到限位螺釘29時，定模型腔板18停止運動，由于澆道拉桿2的作用，使得澆道廢料和塑件全部留在動模，定模型腔板18與動模板19在II-II處二次分型，開模結束后，注塑機頂出系統(tǒng)開始工作，固定在固定板25上的小圓頂桿5和頂片23共同作用頂出塑件，拉料桿2頂出澆道料，塑件和澆道廢料同時被頂出，機械手隨即取走澆道廢料和塑件，模具一個工作回合結束。

圖7 模具總裝配簡圖

5 結束語

塑件的質量在很大程度上是依靠注射模的合理結構和模具成型零件的正確形狀、精確尺寸及有效精度保證的，該五腳正裝限制件注射模設計過程中，巧妙地運用模外限位塊進行二次分型，再在成型大鑲塊中鑲嵌哈夫型芯，達到了經(jīng)濟精度要求，經(jīng)實際生產(chǎn)證明，模具結構合理可行，能滿足大批量生產(chǎn)的需求。

圖8 實際生產(chǎn)的五腳正裝限制件a——塑件正面 b——塑件背面