注塑模具嵌件成型技術(shù)研究與應(yīng)用

李耀輝 殷 兵

(蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州215104)

塑料注射成型是一種可實(shí)現(xiàn)低成本、大批量生產(chǎn)塑料制品的極好的加工方法，同時(shí)也是開(kāi)發(fā)高技術(shù)商品不可或缺的加工技術(shù)。注塑加工中經(jīng)常會(huì)遇到嵌件成型的問(wèn)題，如筆記本的外殼、手機(jī)外殼等塑料制品，這些外殼的連接部位一般都植入了銅螺母，而這些銅螺母一般都是采用嵌件成型的方式植入的。塑料具有易成型性、彎曲性、絕緣性等優(yōu)點(diǎn);而金屬具有一定的剛性、強(qiáng)度、導(dǎo)電性和耐熱性等特點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)塑料與金屬等異材質(zhì)嵌件的一體化成型，制成具有基體性能和新賦機(jī)能、滿足特定需求的一體化產(chǎn)物，是近年來(lái)注塑成型領(lǐng)域比較關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)。因此，產(chǎn)生一種新的注塑成型技術(shù)——注塑嵌件成型(insert molding)技術(shù)。注塑嵌件成型又稱(chēng)模內(nèi)組裝注塑成型系統(tǒng)、模內(nèi)組裝立式注塑成型(in-mold assembling and molding)。嵌件成型是把事先準(zhǔn)備好的異型材質(zhì)嵌件放入模具中，合模后注入樹(shù)脂，讓熔融的樹(shù)脂和嵌件互相連接并且變成固體，從而制成含有異型材質(zhì)的一體化成型方法。嵌件的材質(zhì)種類(lèi)很多，不但金屬能夠做為嵌件材質(zhì)，另外一些材質(zhì)，例如布、紙、電線、塑料、玻璃、木材等都能作為嵌件材質(zhì)，在實(shí)際生產(chǎn)中一般以金屬嵌件應(yīng)用較多。但是在嵌件成型過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)因?yàn)闊o(wú)法很好地對(duì)嵌件進(jìn)行預(yù)定位及提供成型過(guò)程中的輔助壓合動(dòng)作而使嵌件發(fā)生偏移，從而導(dǎo)致成型質(zhì)量和精度下降，無(wú)法滿足實(shí)用需求的現(xiàn)象。

1 數(shù)碼電池盒產(chǎn)品

圖1為某款數(shù)碼電池盒產(chǎn)品，電池盒的基體為塑料制品，但在電池盒的前端部分要植入4個(gè)L形的金屬嵌件，以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電接觸等功能。圖2為該金屬嵌件形狀及其在電池盒上的裝配示意圖。

圖2電池盒中的4個(gè)L形金屬嵌件，可以稱(chēng)其為金手指，其主要功能是通過(guò)和電源彈片接觸后使電路導(dǎo)通。此嵌件可通過(guò)沖壓加工成形，電池槽中的4個(gè)金手指結(jié)構(gòu)相同，而且成型后要保證其在塑件基體中的相對(duì)位置精度。如果按照嵌件最初的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，需要將4個(gè)相同的嵌件分別置于模具型腔中，給嵌件的放置及定位帶來(lái)一定的難度，而且生產(chǎn)效率也明顯降低。故需在滿足裝配和使用功能前提下對(duì)嵌件結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，以方便嵌件在模具型腔中的放置和定位，同時(shí)要利于嵌件的沖壓成型。

2 金手指嵌件成型分析

金手指嵌件要在產(chǎn)品中注塑成型，必須要滿足鑲嵌注塑中的3個(gè)基本要素，即:

(1)金手指在注塑成型時(shí)應(yīng)有可靠的定位，否則成型過(guò)程中嵌件會(huì)因承受注射壓力而發(fā)生偏移。

(2)金手指在定位的同時(shí)必須有輔助的壓合動(dòng)作，以避免成型中因金手指不能和模具型腔表面貼合而產(chǎn)生毛邊。

(3)要保證人工操作的便捷性和量產(chǎn)的效率問(wèn)題。

2.1 嵌件結(jié)構(gòu)改進(jìn)

基于以上3個(gè)要素對(duì)此嵌件進(jìn)行成型工藝及結(jié)構(gòu)改進(jìn)。首先金手指的形狀是4個(gè)單獨(dú)的L形嵌件，如果通過(guò)在型腔內(nèi)放置4個(gè)孤立的金手指來(lái)成型，使得4個(gè)金手指的相對(duì)位置精度難以保證，因此考慮金手指在模具中的放置問(wèn)題并結(jié)合其沖壓加工成型的可行性，把金手指嵌件的形狀加以改進(jìn)，通過(guò)增加彎曲特征將四個(gè)嵌件制作成一個(gè)整體;同時(shí)將嵌件在電池盒基體上非裸露部分的寬度尺寸減小，使相鄰L形嵌件之間的距離適當(dāng)增大，以利于沖壓成形;為了實(shí)現(xiàn)嵌件和滑塊的貼合，將嵌件豎立的一側(cè)正面通過(guò)脹形得到凸包特征，對(duì)應(yīng)的背面為凹坑特征，改進(jìn)后的金手指嵌件形狀如圖3所示。在注射成型時(shí)可通過(guò)滑塊對(duì)嵌件進(jìn)行定位，注塑成型后將其上端連接部分掰斷即可。

2.2 電池盒塑件結(jié)構(gòu)改進(jìn)

金手指整體在模具型腔中的準(zhǔn)確定位以及與模具型腔的貼合度也很重要。由圖2b可看出，此金手指除正面功能外，其他各處無(wú)裸露情況，故需要對(duì)該電池盒塑料件局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，以保證金手指嵌件和模具型腔的完全帖合。為此，在產(chǎn)品上嵌入金手指的2個(gè)面上分別設(shè)置4個(gè)小孔，如圖4所示。

其中增加A排4個(gè)孔的目的是防止側(cè)面豎立的金手指沒(méi)有完全貼合到模具滑塊上而產(chǎn)生毛邊，此4個(gè)孔通過(guò)斜銷(xiāo)輔助壓合金手指來(lái)成型;增加B排4個(gè)孔的目的是防止底面的金手指沒(méi)有完全貼合到模具滑塊上而產(chǎn)生毛邊，此4個(gè)孔通過(guò)頂針貼緊金手指來(lái)成型。滑塊結(jié)構(gòu)如圖5所示，圖6從兩個(gè)角度分別示意了改進(jìn)后的金手指在滑塊上的定位方式和滑塊工作原理。

3 嵌件注塑成型模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

嵌件成型的主要難點(diǎn)是如何實(shí)現(xiàn)其在模具中的準(zhǔn)確定位及保證成型過(guò)程中嵌件的壓合問(wèn)題。通過(guò)對(duì)嵌件和電池盒基體的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，該電池盒嵌件注塑成型過(guò)程嵌件的定位和壓合問(wèn)題得到解決和保證，電池盒嵌件注塑成型模具結(jié)構(gòu)如圖7所示，圖8為嵌件定位的局部放大示意圖。即通過(guò)采用在型腔中設(shè)置滑塊3來(lái)對(duì)嵌件4進(jìn)行定位，成型時(shí)將嵌件4扣在滑塊3上，通過(guò)嵌件上的輔助定位結(jié)構(gòu)41(即之前在嵌件上增加的彎曲特征)來(lái)進(jìn)行嵌件的放置，滑塊上對(duì)應(yīng)嵌件定位面41處開(kāi)設(shè)相應(yīng)的定位槽，通過(guò)定位槽對(duì)嵌件進(jìn)行初定位，同時(shí)結(jié)合嵌件豎立的正面部分所增加的凸包結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌件在滑塊上的準(zhǔn)確定位。為避免成型中由于嵌件不能和模具型腔表面貼合而產(chǎn)生毛邊，應(yīng)保證嵌件在成型過(guò)程中始終受到輔助的壓合動(dòng)作，為此在塑料基體上對(duì)應(yīng)嵌件相鄰兩個(gè)凸臺(tái)間增加一工藝孔，并通過(guò)斜銷(xiāo)5來(lái)進(jìn)行成型和壓合，51為斜銷(xiāo)5上成型上述工藝孔的斜銷(xiāo)入子，另外，為了精確控制嵌件和滑塊的壓合，在嵌件的底面設(shè)置直頂8，配合斜銷(xiāo)5從兩個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)嵌件和滑塊的壓合。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)金屬嵌件在成型過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的性能非常優(yōu)越。

(2)如何確保嵌件在成型中的可靠定位和輔助壓合，將是嵌件成型技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)和難點(diǎn)。本文通過(guò)滑塊對(duì)嵌件進(jìn)行定位，同時(shí)采用斜銷(xiāo)和直頂從兩個(gè)方向?qū)崿F(xiàn)嵌件和滑塊的壓合。

(3)采用該模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行電池盒嵌件注塑成型，所注塑產(chǎn)品的形位精度得到很大改善，且注塑生產(chǎn)效率也大大提高。

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