李瑞娟 劉恒

（柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州，545006）

圓筒形薄壁塑件注射成型的模具設(shè)計(jì)有以下要求：1）型腔、型芯成型件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要好，加工精度要求相對(duì)比較高，裝配閉模后型芯面與型腔面之間的相對(duì)距離要能保證塑件獲得均勻壁厚［1-2］；2）成型后塑件內(nèi)壁的包緊力比較大，除了采用推板形式進(jìn)行推出脫模外，還需結(jié)合塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)附加其他的輔助脫模形式，以保證塑件無(wú)損脫模；3）塑件內(nèi)壁如有側(cè)抽芯脫模需要，脫模機(jī)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)化，以保證型芯內(nèi)有足夠空間開(kāi)設(shè)冷卻水路，避免因冷卻不均而造成塑件內(nèi)壁更大的包緊殘余應(yīng)力，使塑件脫模更困難［3-4］。

澆注系統(tǒng)均衡開(kāi)設(shè)是保證薄壁塑件模腔填滿的關(guān)鍵所在。對(duì)于容易充填的小型模腔，一般使用單點(diǎn)點(diǎn)澆口澆注；對(duì)于中大型模腔，一般需在塑件外壁圓周上設(shè)置3點(diǎn)以上點(diǎn)澆口澆注。以下結(jié)合某工控機(jī)感應(yīng)探頭罩塑件的成型需要，設(shè)計(jì)了一副帶氣頂頂出機(jī)構(gòu)和四面內(nèi)收側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的三板式點(diǎn)澆口注塑模具，模具中使用了一種T型槽驅(qū)動(dòng)內(nèi)收抽芯機(jī)構(gòu)。同時(shí)，為保證塑件順利脫模，除使用推板推出方式進(jìn)行完全脫模外，模具中還設(shè)置有氣輔頂出，以降低塑件脫模變形程度。

1 塑件結(jié)構(gòu)及成型工藝分析

1．1 塑件結(jié)構(gòu)

圖1 是感應(yīng)探頭罩示意。塑件平均壁厚1．8 mm，深度與厚度之比為53．3∶1．0，屬于典型的圓筒形薄壁塑件。均勻設(shè)置的4個(gè)圓凹特征部位在卡殼內(nèi)壁上的側(cè)面深度為1．0 mm。塑件為質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%玻璃纖維改性聚碳酸酯（PC）材料，其收縮率為0．53%。

1．2 成型工藝分析

塑件成型難點(diǎn)：1）模腔均勻注塑；2）塑件獲得均勻壁厚；3）塑件內(nèi)壁的均衡脫模；4）卡殼內(nèi)壁4個(gè)圓凹特征的脫模；5）內(nèi)外壁的均衡冷卻。因此，模具設(shè)計(jì)時(shí)采取的對(duì)策包括：1）使用單點(diǎn)點(diǎn)澆口從塑件頂端幾何中心點(diǎn)進(jìn)行澆注，且充填末端均衡開(kāi)設(shè)排氣縫隙；2）型腔、型芯成型件采用整體式鑲件，使用高精度數(shù)控加工機(jī)床，模架使用2套8副導(dǎo)柱機(jī)構(gòu)保證型腔、型芯成型件的閉合精度和閉合后的均勻腔厚；3）使用底邊周邊推板推出方式和內(nèi)壁氣頂輔助頂出方式進(jìn)行塑件的完全脫模；4）使用一種四面導(dǎo)槽內(nèi)收機(jī)構(gòu)針對(duì)4個(gè)圓凹特征進(jìn)行脫模，以保證型芯有足夠空間開(kāi)設(shè)冷卻管道；5）型腔、型芯成型件均開(kāi)設(shè)冷卻管道，確保內(nèi)外壁都能獲得有效冷卻。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2．1 模腔布置

鑒于塑件外壁無(wú)需使用側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，模腔布置采用一模兩腔方式，如圖2所示。模腔分型面選擇設(shè)置在卡殼特征的下底最大外邊沿線。所分型出的定模模腔使用一個(gè)整體式型腔鑲件。單個(gè)模腔周邊設(shè)置了4條排氣通道，排氣縫隙厚度為0．02 mm，采用斜坡邊過(guò)渡斜邊向排氣槽通氣。

2．2 澆注系統(tǒng)

圖3是型芯成型件示意。如圖3所示，點(diǎn)澆口開(kāi)設(shè)于模腔頂端正中央，澆口使用Ф1．0 mm點(diǎn)澆口，流道盡可能短，垂直流道使用大尺寸錐孔型流道，高度8．6 mm，使用澆口襯套式主澆道，高度45．0 mm，水平流道使用U型截面流道，截面尺寸為10．0 mm×8．0 mm。水平流道末端使用圓錐形拉料槽，保證拉料桿形成足夠拉力的同時(shí)，能有效防止料流前鋒冷料堵塞點(diǎn)澆口。

2．3 成型件設(shè)計(jì)

成型件組成如圖4所示。從圖4可以看出，型腔鑲件通過(guò)兩邊所設(shè)置掛臺(tái)特征安裝在定模板上。推板鑲件安裝在動(dòng)模推板上，用于對(duì)塑件底端的邊緣進(jìn)行成型和頂出脫模。型芯鑲件通過(guò)螺釘緊固方式安裝在動(dòng)模板上，2根氣頂桿分別安裝在型芯鑲件對(duì)應(yīng)的氣頂桿孔內(nèi)，4個(gè)圓凹型芯分別由4個(gè)內(nèi)收抽芯機(jī)構(gòu)的滑塊驅(qū)動(dòng)，可在型芯鑲件內(nèi)開(kāi)設(shè)的4個(gè)型芯孔內(nèi)滑動(dòng)?？紤]到材料中添加有質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的玻璃纖維，成型件材料使用德國(guó)葛利茲1．2083 VICTORY ESR合金鋼（氣頂桿使用T8A工具鋼除外）?？紤]到強(qiáng)度和加工難度因素，推板鑲件與型芯鑲件采用拼合形式進(jìn)行組合。4個(gè)圓凹型芯采用圓柱型芯形式有利于保證型芯鑲件的整體強(qiáng)度。成型件安裝示意見(jiàn)圖5。

如圖5所示，型腔鑲件內(nèi)，針對(duì)單腔模腔開(kāi)設(shè)4條圓環(huán)水路進(jìn)行冷卻，型芯鑲件內(nèi)的空間只夠開(kāi)設(shè)一條井式水路進(jìn)行冷卻。

2．4 脫模機(jī)構(gòu)

塑件需要使用3個(gè)脫模機(jī)構(gòu)按次序完成：4個(gè)圓凹型芯的內(nèi)收同步先抽芯機(jī)構(gòu)；推板鑲件的推出機(jī)構(gòu)；氣頂輔助頂出脫模機(jī)構(gòu)。

1）圓凹型芯的內(nèi)收同步先抽芯機(jī)構(gòu)。內(nèi)收同步先抽芯機(jī)構(gòu)［5-6］示意及其工作原理如圖6所示。

由圖6（a）可知，機(jī)構(gòu)由一個(gè)四槽驅(qū)動(dòng)塊和4組內(nèi)收滑塊組成。以其中一組內(nèi)收滑塊為例，如圖6（b）所示，圓凹型芯的前端插入型芯鑲件孔內(nèi)，其尾端則緊固安裝在內(nèi)收滑塊上；型芯鑲件通過(guò)螺釘緊固安裝在動(dòng)模板上，其內(nèi)設(shè)置用于容納4個(gè)內(nèi)收滑塊的空腔，保證內(nèi)收滑塊可以在型芯鑲件的內(nèi)腔內(nèi)沿圓凹型芯的軸中心方向移動(dòng)；內(nèi)收滑塊的一側(cè)設(shè)置有T型導(dǎo)軌，其可在四槽驅(qū)動(dòng)塊上對(duì)應(yīng)的T型槽內(nèi)滑動(dòng)。當(dāng)動(dòng)模墊板和動(dòng)模板之間打開(kāi)時(shí)，動(dòng)模墊板往下運(yùn)動(dòng)，其與動(dòng)模分離，從而四槽驅(qū)動(dòng)塊可通過(guò)其上的4個(gè)T型槽驅(qū)動(dòng)4個(gè)內(nèi)收滑塊做同步的內(nèi)收移動(dòng)，帶動(dòng)4個(gè)圓凹型芯與塑件上對(duì)應(yīng)的4個(gè)圓凹特征分離。四槽驅(qū)動(dòng)塊上4個(gè)T型槽的斜度設(shè)置為5°，只需下行20．0 mm即可保證4個(gè)圓凹型芯的抽芯動(dòng)作完成。

2）推板鑲件的推出機(jī)構(gòu)。圖7是推板和氣頂輔助脫模機(jī)構(gòu)。

由圖7可知，該推出機(jī)構(gòu)主要利用模具頂針板上的復(fù)位桿推動(dòng)動(dòng)模推板頂出，動(dòng)模推板再帶動(dòng)推板鑲件將塑件從型芯鑲件上頂出來(lái)實(shí)現(xiàn)其脫模功能，其結(jié)構(gòu)與一般的推板推出機(jī)構(gòu)相同。所不同的是，因塑件壁薄，通過(guò)單一的推板推出機(jī)構(gòu)難以保證塑件從型芯鑲件上無(wú)損脫模，需增加一個(gè)氣頂輔助頂出脫模機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模。

3）氣頂輔助頂出脫模機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)（見(jiàn)圖7）在型芯鑲件中設(shè)置有2組，以其中一組為例，其構(gòu)成包括氣頂桿、彈簧、墊環(huán)及密封圈，氣頂桿上設(shè)置有螺旋氣槽。該機(jī)構(gòu)起到2個(gè)作用：高壓氣體會(huì)使塑件產(chǎn)生彈性變形而脹大，從而驅(qū)動(dòng)塑件內(nèi)壁與型芯鑲件的外壁分離，降低塑件被推板鑲件推出時(shí)的摩擦阻力；高壓氣體能均衡地將塑件往上推，為塑件從型芯鑲件上的脫離提供部分脫模力。

3 模具結(jié)構(gòu)及工作原理

模具結(jié)構(gòu)如圖8所示。模具的定模部分按通用型三板結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而動(dòng)模部分則需結(jié)合機(jī)構(gòu)件的動(dòng)作要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此動(dòng)模部分除動(dòng)模板5外，增設(shè)了動(dòng)模推板4和動(dòng)模墊板6。動(dòng)模推板4用于安裝推板鑲件14后推動(dòng)塑件從型芯鑲件13上脫模；動(dòng)模墊板6用于安裝四槽驅(qū)動(dòng)塊19，以驅(qū)動(dòng)4個(gè)圓凹型芯20完成先抽芯動(dòng)作。

模具增加動(dòng)模推板4、動(dòng)模墊板6后，具備5次開(kāi)模功能。模具動(dòng)作順序：開(kāi)模時(shí)，動(dòng)模按K方向下行，在動(dòng)模板彈簧24撐開(kāi)下，模具在第I開(kāi)模面處打開(kāi)，四槽驅(qū)動(dòng)塊19驅(qū)動(dòng)4個(gè)圓凹型芯20完成先抽芯動(dòng)作。繼續(xù)下行時(shí)，模具在第II開(kāi)模面處打開(kāi)，完成流道與塑件分離。再繼續(xù)下行時(shí)，模具在第III開(kāi)模面處打開(kāi)，脫料板2將流道廢料從拉料桿上推出，保證其自動(dòng)脫模。隨著動(dòng)模的繼續(xù)下行，定模板3被小拉桿21、定模板拉桿22拉住，不能繼續(xù)跟隨下行，因此模具只能在第IV開(kāi)模面處打開(kāi)，塑件從型腔鑲件15的腔內(nèi)脫出，留于型芯鑲件13上。動(dòng)模下行一定距離后，頂針面板9和頂針推板10被注塑機(jī)的頂輥?lái)斪?，維持在E面位置不動(dòng)，不能繼續(xù)下行，該兩板將通過(guò)復(fù)位桿25頂住動(dòng)模推板4及推板鑲件14，使其保持停止?fàn)顟B(tài)，不跟隨動(dòng)模板5繼續(xù)下行，從而能托住塑件不再使其粘附于型芯鑲件13上，塑件完全退出脫模，對(duì)應(yīng)的開(kāi)模面為第V開(kāi)模面。在此動(dòng)作開(kāi)始的同時(shí)，注塑機(jī)氣動(dòng)機(jī)構(gòu)開(kāi)啟，向動(dòng)模推板4的氣道內(nèi)加注高壓氣體，輔助塑件從型芯鑲件13上脫模。模具閉合時(shí)的復(fù)位過(guò)程按照開(kāi)模面的順序?yàn)閂→IV→III→II→I。

4 結(jié)論

a） 圓筒形薄壁塑件的成型件需使用整體式結(jié)構(gòu)，使用中央單點(diǎn)點(diǎn)澆口澆注，以保證塑件的成型壁厚均勻。

b） 圓筒形薄壁塑件的完全脫模使用外邊沿推板推出方式最為合適，必要時(shí)增設(shè)氣動(dòng)頂出機(jī)構(gòu)來(lái)輔助推出機(jī)構(gòu)頂出，以避免塑件脫模失敗。

c） 針對(duì)塑件內(nèi)壁圓凹槽的脫模，使用四面槽驅(qū)動(dòng)塊驅(qū)動(dòng)內(nèi)收同步先抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)成型和脫模，能有效簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低模具制造成本；增設(shè)動(dòng)模推板和動(dòng)模墊板，使模具具備5次開(kāi)模功能，保證塑件順利生產(chǎn)。