周向內凹槽兩步抽芯注射模設計

蔣新萍，徐自明

（常州輕工職業(yè)技術學院，常州 213164）

0 引言

隨著塑料品種的增多、性能的提高以及產量的與日俱增，其使用領域越來越廣，結構形式更加多種多樣[1,2]。為了滿足特定的使用要求，有很多塑料制件帶有與開模方向不平行的側向凹槽或凸臺等結構特征，一般情況下，成型具有這些特征的塑件注射模具需要設計側向抽芯機構，以便在塑件脫模推出之前，先將側向型芯抽出，實現(xiàn)自動脫模[3]，但對于制件內側帶有整周凹槽或凸臺結構特征，傳統(tǒng)的側向抽芯機構也不能實現(xiàn)塑件的自動脫模。目前，多數(shù)解決的方法是模具內部設置活動鑲件，塑件內部凹槽采用活動鑲件成型[4～7]。開模時，塑件留在鑲件上，隨動模運動，當動模和定模分開一定距離后，模具推出機構將鑲件和塑件一起推出模外，然后手工使塑件和鑲件分離。合模前，將活動鑲件重新裝入模具動模。其主要缺點是操作時安全性差，生產效率低。本文針對內側帶有整周凹槽結構特征塑件，設計了一種模具，可以通過兩步抽芯完成塑件的自動脫模，克服了目前帶有活動鑲件模具的缺點，提高了生產效率。

1 注射模設計

1.1 塑件分析

塑件如圖1所示，采用注射成型。該塑件材料為ABS，外形是回轉體，尺寸如二維圖所示，尺寸精度為MT3級，塑件體積為1.14×104mm3，質量為0.25kg。塑件內側周向有凹槽，槽徑向深2.5mm，寬4mm。

1.2 兩步抽芯工作原理

模具結構圖如圖2所示。

圖1 塑件圖

圖2 模具結構圖

考慮塑件內側周向有凹槽結構特征，如果模具型芯采用整體結構，塑件是無法脫模的，因此，模具型芯采用鑲拼結構。如圖3所示，將型芯分割成四瓣，分別為型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，它們相間排列，放置在動模板上，其中型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ左右對稱分布，型芯滑塊Ⅲ、Ⅳ前后對稱分布。4塊型芯滑塊拼合構成模具型芯，其外側表面形成塑件的內表面形狀尺寸。注射成型后，塑件在模內冷卻定型，對型芯產生包緊力，包緊在型芯上[8]。

圖3 鑲拼結構型芯

型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ內開有斜孔，斜孔傾斜角度20°，彎銷工作部分與斜孔間隙配合，其固定端在支承板內。動模板上開有長12mm、寬4mm、深3mm的導滑槽，型芯滑塊通過鍵可以沿導滑槽左右滑動。型芯滑塊Ⅲ、Ⅳ設有15°斜面與基座及型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ滑動配合，它們還設有T型斜導軌與滑塊座T型槽配合，導軌傾斜角度15°，與滑塊斜面傾角一致，在模具開模時起到導向作用[9]。

開模時，動模部分下移，由于在定模板和動模板之間設有樹脂開閉器，開閉器用于增加定、動模板之間的開模阻力[10]，這樣，在彈簧的作用下，模具先在圖示C-C面首先打開分型，支承板隨動模部分下移，開模力通過彎銷作用于型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ，迫使兩型芯滑塊沿導滑槽向中心側向移動，當支承板下移距離11mm時，型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ側向移動4mm，此時滑塊與塑件凹槽完全脫開，如圖4所示，完成第一步側向抽芯動作。

圖4 型芯滑塊Ⅰ和Ⅱ與塑件脫開狀態(tài)

在動模部分后移過程中，當定距螺釘Ⅱ的圓柱頭與支承板接觸時，C-C面分型結束，A-A面開始分型，中間板和定模板分開，在此過程中，在拉釘和定距螺釘Ⅰ的作用下，澆注系統(tǒng)的凝料會自動脫模[11]。當定距螺釘Ⅰ的圓柱頭與定模板接觸時，A-A面分型結束。

動模部分繼續(xù)后移，動模板克服開閉器的開模阻力，與定模板分開，B-B面開始分型，隨著B-B面打開距離大于塑件的高度，注射機的頂桿接觸推件板，使推桿推動型芯滑塊Ⅲ、Ⅳ向上移動，同時，在T型斜導軌的作用下，兩滑塊Ⅲ、Ⅳ向中心側向移動，當型芯滑塊Ⅲ、Ⅳ向上移動15mm時，它們可以完全脫離塑件凹槽，如圖5所示，完成第二步側向抽芯動作。隨之，塑件脫離型芯。

圖5 型芯滑塊Ⅲ和Ⅳ與塑件脫開狀態(tài)

1.3 彎銷結構件設計

1.3.1 彎銷的形狀及技術要求

彎銷的形狀如圖6所示。彎銷工作部分與滑塊斜孔之間的配合采用H11/b11間隙配合，其壓入端與中間板之間采用H7/m6過渡配合，為了防止彎銷上下竄動，在壓入端設有小孔φ3mm，孔中插入直銷，起到定位作用。彎銷材料采用T10碳素工具鋼，熱處理硬度HRC55-60，表面粗糙度Ra0.8μm。

1.3.2 彎銷傾斜角和長度確定

彎銷傾斜角α是側向抽芯機構脫模工作效果的重要參數(shù)，α的大小對彎銷的有效工作長度、抽芯距、受力狀況等有直接的影響。一般在設計時取12°≤α≤22°，綜合考慮抽芯距離、抽芯力的大小及型芯滑塊等結構尺寸，本設計取彎銷傾斜角α為20°。

彎銷的固定部分長度為：LF=H1＋H2－(0.5～1)mm。

圖6 彎銷結構及受力分析

1.3.3 彎銷截面尺寸確定

塑件在脫模時，彎銷工作部分在開模力作用下推動型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ側向移動，彎銷工作部分承受側向彎曲力Fw，如圖6所示，因此彎銷需要選擇合適的截面尺寸，也就是要對彎銷的截面進行計算。由于型芯滑塊Ⅰ、Ⅱ對稱分布，這里僅計算型芯滑塊Ⅰ截面尺寸，型芯滑塊Ⅱ與其結構尺寸相同。

考慮摩擦力與其他力相比非常小，可以忽略不計，型芯滑塊Ⅰ的受力分析如圖6所示。

圖中F是抽芯時彎銷通過型芯滑塊Ⅰ的斜孔對滑塊施加的正壓力，F(xiàn)w是它的反作用力；Ft脫模力，F(xiàn)k是開模力。

這樣根據(jù)理論力學原理[12]可以得到公式：

由圖可知，彎銷所受的彎矩為：

式中，Mw為彎銷所受彎矩；

Fw為彎銷所受彎曲力；

Lw為彎銷彎曲力臂。

由材料力學原理[13]可知：

式中[σw]為彎銷所用材料的許用彎曲應力；

W為抗彎截面系數(shù)。

彎銷的截面是矩形，如圖6所示，其抗彎截面系數(shù)為：

彎銷的截面寬度b取滑塊寬度B－(4～8)mm，由式推出彎銷的截面高度為：

2 結論

本文設計了一副注射模具，采用了兩步抽芯，解決了內側帶有整周凹槽結構特征塑件自動脫模問題。該模具脫模過程連續(xù)可靠，成型的產品能滿足客戶要求，模具能夠克服傳統(tǒng)帶有活動鑲件模具的缺點，不需要人工將塑件和鑲件分離，安全可靠，生產效率高。

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