趙利平，秦瑞亮，彭新華

[1.廣東科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東東莞 523000； 2.茂新五金(深圳)有限公司，廣東深圳 518106]

在注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，滑塊側(cè)向抽芯是常見的復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之一，其主要作用是脫出塑件倒扣，讓塑件設(shè)計(jì)能更加靈活，方便成品結(jié)構(gòu)組裝。本案例針對(duì)辦公設(shè)備上的薄壁深腔小脫模斜度箱體塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)技術(shù)要求，模具結(jié)構(gòu)采用了定模芯入子/動(dòng)模芯入子優(yōu)先抽芯結(jié)構(gòu)和四邊滑塊側(cè)向抽芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)[1]。前期查閱了相關(guān)文獻(xiàn)了解多位學(xué)者針對(duì)塑件深腔、薄壁、多方向抽芯結(jié)構(gòu)等模具設(shè)計(jì)做了相關(guān)研究[2-3]。如劉正平等[4]進(jìn)行了深腔物流箱注塑模設(shè)計(jì)。針對(duì)深腔物流箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用一種簡(jiǎn)化型兩板熱流道注塑模對(duì)其進(jìn)行成型。羅彥英等[5]根據(jù)車用升降器開關(guān)面板厚度薄的特點(diǎn)，采用了組合式凹凸模的形式，保證塑件順利脫模。許孔聯(lián)等[6]對(duì)汽車濾清盒蓋熱流道模具使用兩種復(fù)雜抽芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行復(fù)合多方向抽芯脫模。韓友泉[7]針對(duì)手機(jī)蓋類塑件多部位特征脫模，設(shè)計(jì)了楔緊塊驅(qū)動(dòng)滑塊外抽芯機(jī)構(gòu)，楔緊塊驅(qū)動(dòng)滑塊內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)。

筆者針對(duì)辦公設(shè)備上的箱體塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)技術(shù)要求，模具設(shè)計(jì)采用四邊滑塊側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)解決塑件兩側(cè)脫模方向倒扣及塑件表面脫模斜度小、高度方向太深、易黏定模等問題，采用定模芯入子優(yōu)先抽芯結(jié)構(gòu)解決定模側(cè)環(huán)形深筋位在注塑成型時(shí)易出現(xiàn)困氣燒焦和黏模的問題；采用后模芯入子優(yōu)先抽芯結(jié)構(gòu)解決了塑件深腔、薄壁結(jié)構(gòu)包緊力過大頂出困難的問題[8-12]。此模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定創(chuàng)新性和先進(jìn)性，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)值得同行借鑒。

1 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和生產(chǎn)工藝分析

圖1為塑件3D結(jié)構(gòu)圖，塑件的外形尺寸為110 mm×63 mm×180 mm，主體壁厚2 mm，筋位厚度1.3 mm，壁厚均勻合理，塑件選用材質(zhì)為：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，屬中小型塑件。塑件模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)有：一、塑件形狀為一個(gè)長(zhǎng)方體深腔，定模側(cè)有較深的筋位，表面出模斜度較小，易出現(xiàn)黏模和脫傷的現(xiàn)象；二、兩側(cè)各有一個(gè)長(zhǎng)方形減膠方孔，需要做滑塊抽芯；三、塑件長(zhǎng)度、寬度和高度的尺寸比不協(xié)調(diào)，模具型腔特別深，包緊力大容易頂出變形。塑件雖然為內(nèi)觀結(jié)構(gòu)件，但成型要求不能有批鋒、變形、脫傷等現(xiàn)象。

圖1 塑件3D結(jié)構(gòu)圖

2 模具結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

塑件的整體結(jié)構(gòu)是一個(gè)薄壁深腔的長(zhǎng)方體形狀，四邊有兩側(cè)偷膠避空，主體壁厚2 mm，內(nèi)部結(jié)構(gòu)件可先選擇在塑件上直接進(jìn)膠，但澆口斷裂處不能凸起。選擇細(xì)水口模具結(jié)構(gòu)，通過兩點(diǎn)平衡進(jìn)膠方式，分散進(jìn)膠壓力，使走膠更加順暢，在進(jìn)膠點(diǎn)處設(shè)計(jì)凹位防止?jié)部跀嗔烟幫蛊穑鐖D2所示。

圖2 進(jìn)膠示意圖

2.2 注塑成型生產(chǎn)中常見的問題

針對(duì)本案例的塑件：主分型面1的選擇在圖3a主分型線位置，讓定模型腔的深度變淺，避免黏定模的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)針對(duì)定模側(cè)兩個(gè)環(huán)形深筋位結(jié)構(gòu)設(shè)置了入子鑲件，在方便模具加工的同時(shí)利于定模排氣，防止困氣燒焦和黏模，且可讓塑件獲得優(yōu)良外觀面；滑塊側(cè)分型面2分布在塑件四個(gè)滑塊側(cè)分型線處如圖3b所示，解決塑件定模型腔脫模斜度小導(dǎo)致易黏模和脫傷的問題，同時(shí)脫出兩側(cè)方形孔倒扣。兩次分型面的設(shè)計(jì)充分解決了模具注射成型中易出現(xiàn)的問題。

圖3 分型結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 滑塊側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)A/B/C/D

滑塊A/B/C/D為側(cè)分型結(jié)構(gòu)，其中滑塊C22和滑塊D8的作用一是解決出模方向的方形大倒扣S1和S2，二是與滑塊A和B構(gòu)成側(cè)分型面2，脫出定模型腔，避免出現(xiàn)塑件黏模和脫傷[13-14]。其結(jié)構(gòu)組成和工作原理如圖4所示：滑塊A42/B36/C22/D8連接滑塊座5，通過滑塊壓板34用螺絲固定在動(dòng)模B板12上，在滑塊座5的活動(dòng)接觸的復(fù)位鎖緊面和底部移動(dòng)面上設(shè)有耐磨塊9，耐磨塊9用中碳鋼調(diào)質(zhì)處理到洛氏硬度(HRC)52～56度以延長(zhǎng)其使用壽命，同時(shí)耐磨塊更換方便快捷，利于后期鉗工維修更換。開模時(shí)，斜導(dǎo)柱21提供抽芯動(dòng)力，讓滑塊座5帶動(dòng)滑塊A42/B36/C22/D8實(shí)施抽芯動(dòng)作，斜導(dǎo)柱的制作材質(zhì)為高碳鉻軸承鋼(SUJ2)，滑塊A42和滑塊B36各一條，滑塊C22和滑塊D8各兩條，直徑20 mm，確保強(qiáng)度和拉力足夠；彈簧20提供輔助抽芯動(dòng)力，當(dāng)滑塊抽芯完成后到達(dá)滑塊A/B抽芯限位塊35和滑塊C/D抽芯限位塊10限定的位置，彈簧20保持滑塊A42/B36/C22/D8的相對(duì)位置防止合模時(shí)壓模[15-17]。

圖4 滑塊側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)A/B/C/D示意圖

2.4 定模芯入子和動(dòng)模芯入子優(yōu)先抽芯及定距順序開模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5為定距順序分型開模3D示意圖。如圖5a、圖5b所示，定模芯入子優(yōu)先抽芯機(jī)構(gòu)由定模芯入子24、定模芯優(yōu)先抽芯塊25、樹脂開閉器27組成。工作原理為：開模時(shí)，在彈簧30的作用下，分型面Ⅰ優(yōu)先打開，樹脂開閉器A27帶動(dòng)定模芯優(yōu)先抽芯塊25完成定模芯入子24的抽芯動(dòng)作，抽芯距離10 mm，當(dāng)開模達(dá)到水口拉桿限定的距離175 mm時(shí)，分型面Ⅰ完全打開，水口板剝離水口，水口脫落。由圖5c～圖5f可見，動(dòng)模芯入子優(yōu)先抽芯機(jī)構(gòu)由動(dòng)模芯入子19、承板13、限位螺絲39及復(fù)位彈簧46組成，工作原理為：模具繼續(xù)打開，分型面Ⅲ由于樹脂開閉器B38的作用繼續(xù)保持緊閉狀態(tài)，分型面Ⅱ打開，承板13帶著動(dòng)模芯入子19執(zhí)行抽芯動(dòng)作，達(dá)到動(dòng)模芯入子優(yōu)先抽芯限位裝置39的行程10 mm時(shí)完成抽芯；開模繼續(xù)，當(dāng)樹脂開閉器B38與A板3之間形成的摩擦力無法抗拒開模拉力的時(shí)候，分型面Ⅲ打開，此時(shí)滑塊A/B/C/D開始抽芯直至完成，當(dāng)開模行程達(dá)到開模限位塊31限定的值時(shí)，模具完成打開，整個(gè)開模過程全部完成[18-19]。

圖5 定距順序分型開模3D示意圖

2.5 模具導(dǎo)向定位、排氣、冷卻水路設(shè)計(jì)

選擇的簡(jiǎn)化細(xì)水口模架內(nèi)部除了常規(guī)的導(dǎo)柱、導(dǎo)套、頂針板中托司及各固定板之間的銷釘定位設(shè)計(jì)外，在模具的主分型面A板和B板之間新增了四個(gè)對(duì)鎖定位裝置，四個(gè)滑塊同樣增設(shè)了對(duì)鎖定位裝配以確保模具的精度，如圖6c所示；二級(jí)排氣系統(tǒng)充分改善塑件成型條件，避免在成型過程中出現(xiàn)困氣、燒焦的現(xiàn)象，如圖6a、6b所示，在塑件的主分型面和填充末端(滑塊底部)都設(shè)有整圈排氣，一級(jí)排氣寬4 mm，深度0.03 mm，二級(jí)排氣寬6 mm，深0.3 mm，使塑件在成型過程中充分排出熔料所產(chǎn)生氣體，以獲得良好外觀。

圖6 定位結(jié)構(gòu)和排氣系統(tǒng)3D示意圖

冷卻水路3D示意圖如圖7所示：該塑件形狀規(guī)則，水路設(shè)計(jì)有天然優(yōu)勢(shì)，共設(shè)有包含定模芯、動(dòng)模芯、動(dòng)模芯入子、滑塊A/B/C/D共七條，從上到下，左至右以及塑件內(nèi)部都得到充分均勻的冷卻，塑件變形控制得相當(dāng)好，成型品質(zhì)及生產(chǎn)效率亦超預(yù)期。

圖7 冷卻水路3D示意圖

2.6 模具整體結(jié)構(gòu)

模具整體結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。由圖1可以看出，塑件的體積中等偏小，外形尺寸110 mm×63 mm×180 mm，結(jié)構(gòu)形狀特殊，深腔且脫模角度較小、薄壁并帶較深的筋位。塑件訂單量一般，品質(zhì)要求較高，考慮到成型可能存在的黏、脫傷、變形等問題，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用一模一穴布局，上下左右四側(cè)滑塊設(shè)計(jì)，避免定模出現(xiàn)脫傷和黏模的可能，同時(shí)解決塑件兩側(cè)方形孔大倒扣問題，其中滑塊C22和滑塊D8與動(dòng)模芯入子19碰穿，并通過定模芯4上與其形成的對(duì)鎖裝置29可防止塑件在成型時(shí)出現(xiàn)偏膠現(xiàn)象；模架采用龍記標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)化細(xì)水口FCI4550，細(xì)水口兩點(diǎn)平衡進(jìn)膠方式，模具最大外形尺寸為550 mm×500 mm×671 mm，約700 kg，屬于中小型模具范疇。

圖8 模具總裝圖

3 驗(yàn)證和分析

首次試模100次，在試模過程中發(fā)現(xiàn)分型面Ⅱ承板在合模時(shí)撞擊聲音較大，是由于動(dòng)模芯入子優(yōu)先抽芯限位裝置39中的復(fù)位彈簧太長(zhǎng)導(dǎo)致力量太大造成，經(jīng)改善后試模達(dá)到預(yù)期效果；原本擔(dān)憂如圖9所示的薄壁處內(nèi)凹變形，經(jīng)過優(yōu)良的水路設(shè)計(jì)冷卻后并未出現(xiàn)該現(xiàn)象，但是在成型過程中注塑機(jī)的凍水是必備的條件，同時(shí)要配合合理的注射壓力和冷卻時(shí)間。

圖9 塑件3D分析示意圖

4 結(jié)論

(1)模具設(shè)計(jì)四邊側(cè)向滑塊結(jié)構(gòu)有效解決了定模黏模、脫傷及倒扣出模的問題，同時(shí)利用滑塊與動(dòng)模芯入子的碰穿結(jié)構(gòu)，配合定模芯與滑塊的對(duì)鎖定位結(jié)構(gòu)解決塑件成型時(shí)的偏心問題。

(2)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的模芯入子優(yōu)先抽芯結(jié)構(gòu)非常好地解決了深腔、薄壁、深筋位在成型頂出過程中出現(xiàn)的困氣燒焦、頂出變形的問題，確保了塑件成型時(shí)的優(yōu)良品質(zhì)。

(3)優(yōu)良的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)和精密的模具定位結(jié)構(gòu)使塑件獲得優(yōu)秀的外觀品質(zhì)和精度尺寸。

(4)優(yōu)良的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)使塑件獲得高效的成型生產(chǎn)周期且有效地控制了塑件變形。