筆記本電腦屏幕框熱流道注射模具設計

任長春，盧 勇

（南京信息職業技術學院機電學院，江蘇 南京210046）

0 前言

隨著現代社會信息化和網絡化程度的提高，筆記本電腦的使用越來越普及。人們對筆記本電腦的要求也越來越高，不僅要求有良好的內在品質，而且也要求其具有舒適、優美的外觀。筆記本電腦的外觀件主要由注塑件構成，注塑模具直接影響了筆記本電腦的外觀品質，因此對該類塑件的模具設計提出了更高的要求。筆記本電腦液晶屏幕框作為直接面對操作者的外部安裝件，用于筆記本電腦液晶屏幕面板的固定，要求薄、窄、韌，并具有漂亮的外觀和良好的裝配性。熱流道技術是應用于塑料注射模澆注系統的一種先進技術，利用熱流道技術可以明顯改善塑料的流動性、減少廢料、提高生產率，并使得薄壁塑件的成型品質和精度得到明顯的提升［1－2］。本研究運用 CAD／CAE 技術，設計出符合要求的熱流道注射模具，以提高塑件的品質，縮短塑件的生產時間，節約塑料原料。

1 塑件工藝分析

圖1所示為筆記本電腦液晶屏幕框。該零件為薄壁平板型中空框架零件，基本外形尺寸為380 mm×260 mm，內框尺寸為345 mm×195 mm，高為4．6 mm，平均壁厚為1．2 mm，塑件一側邊框上有凸起邊條用作筆記本電腦開合的把手。材料為聚碳酸酯／丙烯腈-丁二烯 -苯乙烯共聚物合金（PC／ABS），收縮率為0．31%。由于塑件是用來安裝液晶面板的外觀件，因此要求塑件尺寸精度高，而且還要求外表面平整、光滑無變形，無影響外觀的收縮痕、劃痕、熔接痕，絕不允許有飛邊、裂紋、缺料等外觀缺陷。

塑件材質為PC／ABS塑料合金，同時具備了ABS材料優良的成型性和PC材料的力學性能高及耐溫、抗紫外線等優異特性，適于制造薄壁及復雜形狀制品。因此，對于本塑件的使用性能及成型要求能夠滿足［3］。

圖1 塑件的結構圖Fig．1 Structure of the molded part

從圖1可以看出，塑件的頂面為平面且形狀簡單，僅有幾個直通的長孔；底面內部形狀復雜，有26處安裝卡扣和多處凸起支撐位（見圖1的A放大圖），這個面是與其他零件的配合安裝面，無外觀要求，可以作為塑件的推出面。塑件的4個邊框中1個有豁口的邊安裝時將與其他面配合，無外觀要求，另3個邊框將作為外表面使用，且有1個邊框有凸起的邊條（見圖1的B放大圖），要求外觀質量高。

由此可見，模具的設計重點是解決薄壁框的充型、內部22處倒鉤及邊框凸起邊條的成型問題。

2 模具結構設計

由于該塑件的外形結構較大，品質要求較高，再加上內部的倒鉤很多，因此為了簡化模具結構，降低模具的制造成本，采用一模一腔設計。本模具的設計采用3D與2D相結合的設計方式。3D軟件采用Cimatron E，主要進行模具型腔部分的設計。2D部分采用一般CAD繪圖軟件，進行模具裝配圖及零件圖的繪制。

2．1 分型面的選擇

為了脫模的方便，一般塑件的分型面均選取在塑件的最大面。本塑件的最大面除了一邊框凸起的邊條外，其余都是塑件的底面。如果采用塑件的最大面為分型面，則分型面會在邊框凸起邊條旁呈現一段落差，會產生較明顯的分型線痕跡，影響美觀。因此，在有凸起邊條的邊框位置及兩側邊框位置采用側滑塊成型設計（如圖2所示），將分型線全部調整到塑件頂面位置，并處于同一位置，形成一圈，不影響美觀。由于凸起邊條的對邊邊框為筆記本屏幕的鉸鏈位置，外觀要求低，因此為了簡化模具結構，此邊采用最大面為分型面。模具的型腔采用整體凹模、凸模嵌入式結構，內部的型芯采用鑲件形式。

圖2 分型面示意圖Fig．2 The mould joint

2．2 澆注系統設計

由于該塑件尺寸較大，為了降低充模阻力，提高塑件的品質，減少廢料的產生，該模具的澆注系統采用熱流道設計。由于塑件為薄壁框形零件，塑件的進膠方式一般均設計為多點進膠［4］。經過 Mlodflow軟件分析，該塑件的澆注設計為熱流道與普通流道結合，用8點潛伏式澆口方式進膠，如圖3所示。

（1）熱流道系統設計。熱流道系統一般有熱噴嘴、熱流道板、溫控箱及相關附件組成。由于該塑件為多點潛伏式澆口設計，熱流道系統采用單腔多點式設計，4個熱噴嘴分別與分流道相連。熱噴嘴位置的設計為對稱式，熱流道板設計采用X型設計，如圖4所示。

圖3 澆注系統示意圖Fig．3 The gating system

圖4 熱流道板示意圖Fig．4 The hot runner

（2）澆口設計。由于塑件外觀品質要求高，不允許在塑件外表面留下痕跡。因此采用潛伏式澆口設計，澆口選在塑件的底面位置，不影響塑件的美觀。為了減少料流阻力，采用了牛角式圓弧形澆口設計。此種澆口形狀復雜，難以直接在型腔上加工，因此必須制作單獨的澆口鑲件。為了減小加工難度，澆口鑲件設計成瓣合式，如圖5所示。

圖5 澆口鑲件Fig．5 The insert for gating

2．3 側向分型與抽芯機構設計

2．3．1 外側滑塊抽芯機構設計

由前述分型面選擇時確定，模具的3個邊框方向為了保證凸起邊條的成型品質及分型線與左右兩側邊框保持一致，將這3個邊框的成型設計為側滑塊成型，向模外做側向抽芯動作，側型芯如圖6所示。圖6中間側型芯為成型塑件邊框凸起邊條的側型芯，側型芯成型凸起邊條截面特征如圖2（a）所示。圖6兩側側型芯用于凸起邊條兩側邊框的成型。根據塑件的形狀和型腔布局，設計中采用斜導柱滑塊機構。滑塊機構選用組合式，側型芯與驅動滑塊分開加工再進行拼合。由于抽芯距小，但滑塊體積較大，故采用2根Φ25的斜導柱驅動，斜導柱傾斜角α選取15°。為了便于采用標準件及制造方便，斜導柱的安裝用螺栓固定在定模板上。

圖6 側滑塊Fig．6 The side－sliding block

2．3．2 內側斜推桿抽芯機構設計

該塑件底面內部有22處安裝卡扣形成了倒鉤結構，需要進行側向分型。但是由于該塑件框架的外圍有1．1 mm的凸起邊框，所以這些倒扣均位于塑件的內部，將無法采用側滑塊抽芯形式。由于倒鉤數量多，倒鉤的抽芯距短，抽芯方向多，因此采用斜推桿抽芯機構設計［4－6］。斜推桿的特點在于模具內占用空間小，同時起著側向成型和推出塑件的作用，在斜推桿向前推出塑件的同時完成側向抽芯動作，并且兼有排氣功能。斜推桿的設計如圖7所示。圖7中斜推桿頂部的凸起為成型塑件的倒鉤部位，尾部的T形槽為斜推桿與推桿的推出滑動部位。由于抽芯距短，斜推桿數量又多，在推桿固定板上沒有足夠的空間安裝斜推桿座，因此斜推桿的推出直接采用斜推桿與推桿直接相連接的簡化形式，但為了增加斜推桿的剛度和強度，保證斜推桿運動的可靠性，此類連接的斜推桿橫截面尺寸選擇要大。斜推桿的傾斜角α取決于側向抽芯距和頂出行程，但α不能太大，否則在推出過程中斜推桿因承受的彎矩太大導致磨損或者卡死的現象。由于該模具的抽芯距較小，又為了減小斜推桿及模板中斜推桿孔的制造難度，斜推桿傾斜角根據抽芯距的大小取4°或5°兩種規格。

圖7 斜推桿Fig．7 The slanted ejector pin

2．4 推出機構設計

2．4．1 分流道推桿設計

該模具的澆注系統雖然采用了熱流道技術，但是熱噴嘴的位置在分流道，因此仍舊有分流道凝料。又由于模具選用了潛伏式牛角式澆口進膠方式，需要在推出塑件的時候能夠在澆口位置把塑件和澆注系統凝料分離，并且將潛伏式澆口的牛角式圓弧形澆口凝料拉出。因此，必須對澆注系統凝料設計推出機構。根據分流道及澆口設計特點，設計了16根推桿對分流道凝料進行推出。具體的設計安排是在8個潛伏式澆口位置均設置一根推桿，保證足夠的推出力把潛伏式澆口處拉斷；在分流道熱噴嘴的位置及分流道拐彎處設置推桿，保證分流道凝料的推出，分流道推桿的分布見圖3。選用較大直徑的推桿，在靠近分流道端部進行圓弧加工處理。

2．4．2 塑件推出機構設計

由于該模具內有較多數量的斜推桿，塑件在進行側向抽芯的同時也對塑件有推出作用。但是，由于該塑件為薄壁框形結構，塑件的內部除了倒鉤位置還有一些由凸條組成的筋位，因此還必須設計其他專門的推出機構進行推出。

由于塑件為薄壁件，框體的外圍有1．1 mm的邊框，并且有些位置還有較深的筋位，不便于采用頂針頂出。因此，利用斜推桿的特點，采用小角度斜推桿設計，來推出塑件。此處的小角度斜推桿，采用的傾斜角為0．8°，只是為了在推出塑件的時候不受筋位及凸起邊框的影響，斜推桿在頂出塑件的同時遠離筋位。這種設計有效解決了該類結構塑件的推出問題。根據其特點，設計了10個小角度斜推桿來對塑件進行推出。

由于側向成型倒鉤時有22只斜推桿，推出機構中有小角度推出斜推桿，為了精確控制斜推桿的推出距離，根據計算，確定推出距離后需要在推桿固定板上安裝限位塊；同時推出機構還配備先復位彈簧和導向機構。該模具推出機構的三維圖如圖8所示。

2．5 排氣系統及冷卻系統設計

由于該模具的成型零件的設計上有較多的斜頂桿、側型芯及鑲件可以排氣，但是由于模具型腔中間有大面積的凹模、凸模接觸面，在分型面上的間隙排氣受到影響，并且為了保證模具合模密封性，在凹模、凸模大面積接觸面位置進行避空處理，開設排氣通道，并在模板上避開冷卻水道開設通氣孔。

圖8 推出機構示意圖Fig．8 3D picture for the push－out device

由于是熱流道模具，模具的冷卻水道設計應該加強對型腔部分的冷卻。動模、定模上每隔30 mm開設一條冷卻水道。由于側型芯較大，在側向型芯上也需要開設冷卻水道。由于模具上斜推桿、頂桿等零件較多，在設計冷卻水道時注意避開。

3 模具整體結構及工作過程

為了減小模具安裝尺寸，采用普通直澆口直身式模架6580，模具的整體結構如圖9所示。模具的工作過程是：注射時，塑料通過澆口套29、熱流道分流板27、熱噴嘴25進入分流道，再通過潛伏式澆口進入模具型腔，保壓冷卻后開模，斜導柱7驅動側型芯滑塊11在動模板的導滑槽內做向外側的抽芯動作，熱噴嘴處塑料與分流道凝料分離。模具打開后，注塑機頂桿推動推板14，推板向前運動帶動頂桿18、斜推桿22和小角度斜推桿35將塑件和分流道凝料一起推出，并且將澆注系統凝料與塑件在澆口處拉斷脫離。合模時首先有復位彈簧20帶動推出機構先復位，然后側向型芯滑塊11在斜導柱7的驅動下復位，模具在注塑機的鎖模力作用下合模，完成一個注射成型周期。

4 結論

（1）采用側向滑塊成型的方式有效調整了塑件分型面位置，使得塑件的外觀品質得到改善；

（2）采用熱流道技術能夠縮短塑料熔體的有效流動距離，采用潛伏式牛角形澆口減小了塑料熔體的流動阻力，提高了塑件的品質，降低了塑件的成型周期，減少了原材料的消耗，降低了生產成本；

（3）采用斜推桿可以完成進行塑件內側大量倒鉤的成型，在成型的同時兼有推出塑件的作用。

圖9 模具結構圖Fig．9 Structure of the mould

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