多孔位插頭絕緣體注塑模具設(shè)計(jì)

段賢勇，周元枝，韓忠冠，萬育松

(1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，安徽 蕪湖 241000；2.上海波宏特電器部件有限公司，上海 201807)

多孔位插頭絕緣體注塑模具設(shè)計(jì)

段賢勇1，周元枝1，韓忠冠1，萬育松2

(1.安徽機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，安徽 蕪湖 241000；2.上海波宏特電器部件有限公司，上海 201807)

通過Moldflow軟件對(duì)多孔位插頭絕緣體注射成型進(jìn)行翹曲分析，確定模具最佳澆口的位置和數(shù)量；針對(duì)塑件孔位多、孔徑小及位置精度要求高的特點(diǎn)，模具設(shè)計(jì)中分別采用定模型芯2次固定，型芯固定板合并加工，動(dòng)、定模模仁精定位等方法，保證多孔位置精度。結(jié)果表明，采用短邊單側(cè)潛伏進(jìn)膠，塑件綜合變形及各方向收縮效果最佳；經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，塑件成型品質(zhì)高。

插頭絕緣體；多孔；位置精度；Moldflow；注塑模具

0 前言

插頭是現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備中重要的電連接器元件之一，一般由殼體、絕緣體和接觸件組成[1]。應(yīng)用于航空等重要設(shè)備上的插頭，其加工品質(zhì)直接影響了設(shè)備的工作壽命。本文以一種應(yīng)用于航空航天設(shè)備的插頭絕緣體塑件為研究對(duì)象，運(yùn)用Moldflow軟件分析其翹曲變形量，確定最佳澆口的位置和數(shù)量，采用合理的模具結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法，保證多孔位小孔的位置精度。

1 塑件成型工藝性分析

插頭絕緣體的三維模型，如圖1所示，該塑件為多孔件，整體結(jié)構(gòu)呈“L”形，外觀品質(zhì)要求高，配合尺寸多，外形尺寸為62 mm×11.75 mm×25.55 mm，質(zhì)量為11 g，壁厚最大尺寸為5.63 mm，最薄處為0.6 mm；外側(cè)面有28個(gè)1.0 mm×1.0 mm的方孔；從內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面來看，上部有140個(gè)直徑為φ1.45 mm的小孔與下部140個(gè)直徑為φ0.4 mm的小孔及1.2 mm×1.2 mm的方孔同軸，同軸度要求為φ0.04 mm，位置度公差為0.05 mm，用于安裝接觸件；上部還設(shè)有108個(gè)深6 mm，直徑為φ0.75 mm的逃料孔。該塑件注射成型時(shí)有翹曲變形產(chǎn)生，在模具設(shè)計(jì)前，用Moldflow軟件進(jìn)行翹曲分析，以提出合理的解決措施。

(a)外觀下表面 (b)外觀上表面 (c)內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖視圖圖1 插頭絕緣體三維模型Fig.1 Three-dimensional model of the plug insulator

2 基于Moldflow的模流分析

塑件材料為美國杜邦公司的30 %玻璃纖維增強(qiáng)液晶聚合物材料(LCP/30 %GF)，具有高強(qiáng)度、高剛性、耐高溫、電絕緣性等優(yōu)良的特點(diǎn)，主要成型工藝參數(shù)包括熔料溫度為290～320 ℃，模具溫度為30～140 ℃，注射壓力為50～100 MPa[2]。

2.1 分析條件

首先，利用UG軟件建立插頭絕緣體三維實(shí)體模型，以IGES格式導(dǎo)入Moldflow軟件中，采用表面網(wǎng)格劃分有限元網(wǎng)格，創(chuàng)建有限元模型[3]。注塑機(jī)選擇日本發(fā)那科公司的FANUC S-2000i100B，塑件成型的基本工藝參數(shù)選擇熔料溫度為300 ℃，模具溫度為80 ℃[4]。

2.2 翹曲分析

影響塑件翹曲變形的因素有很多，如成型機(jī)械、成型工藝、模具結(jié)構(gòu)、塑件材料和操作規(guī)范等[5]，計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)主要從分子取向不均、收縮不均、冷卻不均3個(gè)方面進(jìn)行分析，而塑件翹曲變形的根本原因是由于收縮不均導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力增大而引起的。從模具結(jié)構(gòu)來看，合理的澆口位置和數(shù)量，會(huì)影響塑料熔體流動(dòng)、聚合物分子取向和成型品質(zhì)，也能有效地控制熔體流動(dòng)阻力、殘余內(nèi)應(yīng)力和塑件的翹曲變形量。因此，運(yùn)用Moldflow軟件的“填充+保壓+翹曲”模塊，重點(diǎn)分析幾種不同的澆口方案對(duì)塑件翹曲變形量的影響，為模具設(shè)計(jì)與研發(fā)提供依據(jù)[6]。

根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)，模具設(shè)計(jì)為1模2腔，左右對(duì)稱，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)為動(dòng)、定模及側(cè)型芯各一條冷流道，直徑為φ8 mm。在相同工藝條件下，采用單腔對(duì)3種澆口方案進(jìn)行翹曲分析，如圖2所示。方案一，短邊單側(cè)2點(diǎn)進(jìn)澆，潛伏式澆口；方案二，長邊2點(diǎn)進(jìn)澆，潛伏式澆口；方案三，短邊兩側(cè)2點(diǎn)進(jìn)澆，潛伏式澆口[7]。經(jīng)翹曲分析后，各方案的翹曲變形量見表1。

(a)方案一 (b)方案二 (c)方案三圖2 不同澆口方案Fig.2 Solutious of different gates

2.3 結(jié)果討論

從翹曲分析結(jié)果來看，方案二是從長邊潛伏進(jìn)膠，纖維取向較差，導(dǎo)致各方向收縮不均，綜合變形量及x、y方向變形量最大；方案三是從短邊兩端潛伏進(jìn)膠，纖維兩端取向較一致，但中間熔體匯合區(qū)域取向度降低，綜合變形及各方向收縮結(jié)果相對(duì)降低；方案一是從短邊單側(cè)潛伏進(jìn)膠，纖維取向較為單一，綜合變形及各方向收縮結(jié)果較佳。

塑件對(duì)長邊側(cè)面的平整度要求較高，應(yīng)主要關(guān)注纖維取向效應(yīng)對(duì)x方向變形的影響，這與澆口位置的選擇有很大關(guān)系，從表1的分析結(jié)果來看，方案一中x方向的變形量最小，在0.1 mm范圍內(nèi)，且后續(xù)成型中還有調(diào)整的空間。因此，在模具設(shè)計(jì)中，最佳澆口位置和數(shù)量選擇方案一。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用非標(biāo)準(zhǔn)模架，外形尺寸為300 mm×250 mm×301 mm。

3.1 分型面選擇

模具分型面選擇在塑件最大輪廓處，模具為假三板模，3次分型。首次分型是保證澆注系統(tǒng)凝料留在定模部分，同時(shí)完成定模一次抽芯，第二次分型是完成定模二次抽芯，最后分型是動(dòng)、定模部分離，取出塑件[8]。

3.2 澆注系統(tǒng)

單件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如圖3所示，從短邊單側(cè)2點(diǎn)進(jìn)膠，澆口直徑為φ1.0 mm，潛伏式澆口與定模呈45 °，沉入塑件表面且控制在0.03～0.5 mm之間，并增加澆口逃料槽，以防止?jié)部跉埩粑锿怀霎a(chǎn)品表面。分流道設(shè)計(jì)為1模2腔對(duì)稱布置，直徑由φ4.5 mm過渡到φ4.0 mm，利于塑料熔體平衡充型。

圖3 澆注系統(tǒng)Fig.3 Filling system

3.3 成型件設(shè)計(jì)

模具在動(dòng)模和定模分別設(shè)立型芯，如圖4所示，需要保證140個(gè)直徑為φ1.45 mm的小孔與φ0.4 mm小孔的同軸度，另外塑件上部還有108個(gè)直徑為φ0.75 mm的逃料孔，孔位多，型芯固定困難。在模具結(jié)構(gòu)中，將圖5(a)中φ1.45 mm的型芯固定板安裝在定模座板2上，φ0.75mm的逃料孔型芯固定板安裝在中間板4上，制造時(shí)，2個(gè)定模型芯固定板與動(dòng)模型芯固定板22合并，用慢走絲線切割加工固定孔，保證孔的同軸度。

1—定模型芯 2—定模鑲塊 3—塑件 4—?jiǎng)幽Ｐ托緢D4 型芯局部剖視圖Fig 4 Sectional view of the core

模架上在動(dòng)、定模分型處采用精定位器，動(dòng)、定模模仁分別采用了0 °虎口、定位銷與定位套進(jìn)行精定位，保證型腔上下部分定位精度，孔的位置精度，如圖5(b)所示。模仁和型芯材料分別選用日本產(chǎn)的熱作模具鋼(SKD61)和高速鋼(SKH51)。

(a)型芯固定圖 (b)定模模仁圖5 型芯與定模模仁Fig.5 The insert and core

3.4 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)

塑件下部外側(cè)面有28個(gè)1 mm×1 mm的方孔，采用側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)成型，由斜導(dǎo)柱、側(cè)型芯、滑塊、楔緊塊和定位塊組成，側(cè)型芯上設(shè)有一條φ8 mm的水道，如圖6所示，斜導(dǎo)柱1安裝在定模板上，用楔緊塊2鎖緊，開模時(shí)，由斜導(dǎo)柱推動(dòng)滑塊5及側(cè)型芯4，實(shí)現(xiàn)側(cè)向抽芯，用定位板定位。

1—斜導(dǎo)柱 2—楔緊塊 3—螺釘 4—側(cè)型芯 5—滑塊(a)剖視圖 (b)俯視圖圖6 外側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)Fig.6 Outside core-pulling mechanism

3.5 頂件機(jī)構(gòu)

如圖7所示，頂件機(jī)構(gòu)主要由推桿17、推桿固定板15、推板16、復(fù)位桿14組成，動(dòng)、定模分型后，頂件機(jī)構(gòu)以導(dǎo)柱37、導(dǎo)套38為導(dǎo)向，平穩(wěn)推出塑件。因頂件空間小，推桿截面設(shè)計(jì)為0.7 mm×0.7 mm、0.7 mm×1.0 mm、0.8 mm×1.2 mm的方形和φ1.2 mm的圓形4種形式。

3.6 模具工作過程

塑料熔體經(jīng)過塑化后，從澆注系統(tǒng)充填型腔，再經(jīng)保壓、冷卻，并固化后達(dá)到足夠的剛性，動(dòng)模部分后退，進(jìn)行開模，具體過程如圖7所示，首先彈簧32推動(dòng)中間板4，進(jìn)行Ⅰ-Ⅰ分型，定模型芯5完成抽芯，澆注系統(tǒng)凝料與注塑機(jī)噴嘴分離，留在定模部分；在定距拉桿34的作用下，定模板6與中間板4分離，固定板29中的型芯完成逃料孔抽芯，實(shí)現(xiàn)Ⅱ-Ⅱ分型；動(dòng)模部分繼續(xù)后退，實(shí)現(xiàn)Ⅲ-Ⅲ分型，動(dòng)、定模板分離，斜導(dǎo)柱完成側(cè)抽芯動(dòng)作，拉料桿21拉出澆注系統(tǒng)凝料，同時(shí)由頂件機(jī)構(gòu)推出塑件；塑件脫模后，動(dòng)模部分前移，其他機(jī)構(gòu)復(fù)位，完成合模、鎖模，為下一組注塑做好準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)?zāi)＞呷鐖D8(a)所示。該塑件已在上海某電器部件有限公司批量生產(chǎn)，如圖8(b)所示，經(jīng)實(shí)踐證明，模具設(shè)計(jì)可靠，塑件尺寸精度高，成型塑件品質(zhì)良好。

1，19—隔熱板 2—定模座板 3，22，29—型芯固定板 4—中間板 5—定模型芯 6—定模板 7—?jiǎng)幽Ｐ托?8—導(dǎo)柱9—?jiǎng)幽０?10—墊板 11—?jiǎng)幽０?12—導(dǎo)套 13、32—彈簧 14—復(fù)位桿 15—推桿固定板 16—推板 17—推桿18—?jiǎng)幽Ｗ?20—支撐板 21—拉料桿 23—滑塊 24—側(cè)型芯 25—斜導(dǎo)柱 26—楔緊塊 27—模仁 28—護(hù)套30—螺釘 31—定位圈 33—澆口套 34—定距拉桿 35—定位銷 36—定位套 37—導(dǎo)柱 38—導(dǎo)套(a)主視圖 (b)左視圖圖7 模具結(jié)構(gòu)圖Fig.7 Strutural drawing of injection mould

(a)模具圖 (b)成型的插頭絕緣體圖8 模具和制品實(shí)例圖Fig.8 Pictures of test mold and plug insulator

4 結(jié)論

(1)運(yùn)用Moldflow軟件的“填充+保壓+翹曲”模塊，對(duì)多孔位插頭絕緣體進(jìn)行翹曲分析，獲得從短邊單側(cè)2點(diǎn)進(jìn)澆的最佳方案；

(2)通過在定模部分2次固定140個(gè)直徑為φ1.45 mm的小孔和108個(gè)直徑為φ0.75 mm的逃料孔的型芯，解決多孔位型芯固定問題；采用精定位器、0 °虎口、定位銷進(jìn)行精定位，動(dòng)、定模模仁及型芯固定板合并加工等方法，保證多孔位的同軸度，滿足孔的位置精度。

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盛禧奧成功通過ISO 13485∶2016認(rèn)證，全力支持醫(yī)療行業(yè)的質(zhì)量和安全發(fā)展

全球塑料、膠乳膠黏劑和合成橡膠材料生產(chǎn)商盛禧奧(NYSE:TSE)，其全球所有醫(yī)療樹脂生產(chǎn)基地及相關(guān)部門，在2016年底達(dá)致了一個(gè)新的里程碑——成功取得ISO13485∶2016認(rèn)證。ISO 13485∶2016是瑞士日內(nèi)瓦國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)中規(guī)范了質(zhì)量管理體系的要求，申請(qǐng)者必需證明在醫(yī)療設(shè)備和相關(guān)服務(wù)方面，有能力持續(xù)滿足客戶的質(zhì)量要求并符合適用的法規(guī)。

“為了成為我們醫(yī)療應(yīng)用客戶的真正合作伙伴，我們向前邁出這一大步，取得了ISO 13485∶2016認(rèn)證，使我們的業(yè)務(wù)策略能完全配合客戶，”盛禧奧CEM業(yè)務(wù)總監(jiān)Philippe Belot說?！百|(zhì)量和風(fēng)險(xiǎn)管理在醫(yī)療行業(yè)非常重要，我們和客戶雙方都擁有ISO 13485∶2016這樣的標(biāo)準(zhǔn)，雙方擁有劃一的標(biāo)準(zhǔn)使我們更容易一起工作，更能確保生產(chǎn)質(zhì)量，降低不合規(guī)的風(fēng)險(xiǎn)。”

與其他標(biāo)準(zhǔn)相比，ISO 13485∶2016對(duì)申請(qǐng)者在一些方面更加嚴(yán)格：

風(fēng)險(xiǎn)管理：查看存貨水平、供應(yīng)鏈和設(shè)施等風(fēng)險(xiǎn)因素；

程序驗(yàn)證：仔細(xì)分析和測(cè)量程序中的步驟，而不是簡單地進(jìn)行實(shí)施．

獲認(rèn)證者必需更深入地了解這2個(gè)領(lǐng)域，并確定如何能有效地在這些方面提高績效。

這次認(rèn)證的ISO 13485∶2016標(biāo)準(zhǔn)，適用于制造和生產(chǎn)醫(yī)用化合物的盛禧奧生產(chǎn)設(shè)施和相關(guān)功能部門，當(dāng)中包括盛禧奧全球的相關(guān)技術(shù)服務(wù)與開發(fā)部門：研發(fā)、質(zhì)量、銷售和人力資源。

多年來，盛禧奧一直支持醫(yī)療設(shè)備行業(yè)。我們因應(yīng)客戶各種復(fù)雜的材料要求，定制我們的產(chǎn)品。成功取得ISO 13485∶2016認(rèn)證，使我們?cè)趨f(xié)助客戶達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量和安全法規(guī)方面充滿信心。

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Design of Injection Molds for Multi-pin Plug Insulators

DUAN Xianyong1, ZHOU Yuanzhi1, HAN Zhongguan1, WAN Yusong2

(1.Department of Machanical Engineering, Anhui Technical College of Machanical and Electrical Engineering,Wuhu 241000, China; 2.Shanghai Bohong Electric PARTS Co, Ltd, Shanghai 201807, China)

The analysis of warpage occurring in the injection molding process for a multi-pin plug insulator was performed by using a Moldflow software to determine maximum number and location of mold gate. On the basis of the characteristics of multi-hole structure, small hole size and high precision of hole position in plastic insulator parts, the injection mold was designed by adopting a series of new techniques including a twice fixing core for mold, a combination process for core-retainer plate and precise positioning for the fixed and movable mold cores to ensure a position accuracy for the holes. The results indicated that the total shrinkage deformation and shrinkage from each direction were optimized when using a side and sub gate with a short edge. It was confirmed by practical production that the designed mould had a reasonable structure and could be used to produce plastic parts with a high quality.

plug insulator; multi-hole structure; position precision; Moldflow software; injection mold

2016-11-03

TQ320.66+2

B

1001-9278(2017)05-0098-05

10.19491/j.issn.1001-9278.2017.05.018

2017年度安徽省高等學(xué)校自然科學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(KJ2017A751)

聯(lián)系人，ahjddxy@126.com