筆記本電腦轉(zhuǎn)軸注塑模具設(shè)計(jì)*

李耀輝，江 泱

(1.蘇州市職業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104；2.蘇州大智資訊配件有限公司，江蘇 蘇州 215200)

0 引言

注射成型是塑料制品的一種主要成型工藝和方法，是在高壓狀態(tài)下將塑料熔體以高速注射到閉合的模腔內(nèi)，經(jīng)過保壓、冷卻定型后得到和模具型腔形狀完全一致的塑料制品[1]。筆記本電腦轉(zhuǎn)軸是連接筆記本顯示屏和鍵盤面板、使顯示屏繞軸旋轉(zhuǎn)一定角度并能固定(支撐)顯示屏，實(shí)現(xiàn)連接和控制筆記本顯示屏開合的連接零件。筆記本電腦轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)不僅關(guān)乎到筆記本的整體外觀設(shè)計(jì)和各種端口的排列分布，還與筆記本電腦的整體壽命息息相關(guān)。因?yàn)楣P記本轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)不僅僅起一個(gè)連接作用，轉(zhuǎn)軸內(nèi)部還分布排列著各電子連接線源，一旦筆記本轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)受損，不僅影響到筆記本屏幕的開合，而且可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸內(nèi)的屏幕線纜斷裂，進(jìn)而引發(fā)筆記本的多種故障。因此筆記本電腦轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和注塑成型質(zhì)量對(duì)筆記本電腦的整體性能與壽命起著重要的作用。

1 筆記本電腦轉(zhuǎn)軸注塑成型工藝分析

圖1、圖2分別為筆記本電腦轉(zhuǎn)軸塑件的2D和3D結(jié)構(gòu)。該塑件的整體尺寸為15.20 mm×8.79 mm×7.01 mm(長(zhǎng)×寬×高)，制品平均壁厚為0.8 mm，制品材料為PC+ABS，屬于玻纖增強(qiáng)性材料。

圖1 筆記本電腦轉(zhuǎn)軸2D結(jié)構(gòu)(原始)

圖2 筆記本電腦轉(zhuǎn)軸3D模型

1.1 塑件材質(zhì)

由于PC+ABS是PC和ABS混合而成，PC的含量占80%以上，因此，PC+ABS不但具有PC優(yōu)良的韌性，極佳的光澤性，還具有ABS的優(yōu)良加工性能。另外，PC+ABS的熔體黏度小于PC，其流動(dòng)性能比PC好，易于注塑成型；PC+ABS的低翹曲、低收縮率和尺寸穩(wěn)定性，使得PC+ABS原料成型的制品尺寸穩(wěn)定性比較高，產(chǎn)品也不易變形。

1.2 塑件拔模設(shè)計(jì)

注塑成型時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)制品的順利脫模，需要對(duì)塑件進(jìn)行合理的拔模設(shè)計(jì)。模型處理時(shí)，塑件一般多采用減膠方式進(jìn)行拔模[2]，以免影響制品的裝配使用。筆記本電腦轉(zhuǎn)軸的拔模處理結(jié)果如圖3所示。

圖3 筆記本電腦轉(zhuǎn)軸的拔模處理

1.3 塑件結(jié)構(gòu)改進(jìn)

由圖4可知，塑件的原始平均壁厚為0.8 mm，局部壁厚只有0.51 mm左右。由于塑件的壁厚不均勻，壁厚太薄的部位在注塑成型時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生不光整現(xiàn)象，因此，將塑件整體平均壁厚增加至1.2 mm，細(xì)小的肋條(RIB)部位壁厚變更為0.6 mm，以防止凝料收縮時(shí)造成制品表面不良的現(xiàn)象。

圖4 筆記本電腦轉(zhuǎn)軸壁厚改進(jìn)

該塑件為筆記本電腦轉(zhuǎn)軸，由圖5可知，箭頭所指部位為尖角，在筆記本電腦組裝后，該尖角特征可能會(huì)造成筆記本電腦內(nèi)置線的損傷，因此在箭頭所指部位增加R0.3的圓角過渡。

圖5 筆記本電腦轉(zhuǎn)軸圓角改進(jìn)

2 注塑成型方案設(shè)計(jì)

2.1 型腔數(shù)目確定

模具結(jié)構(gòu)采用兩板模形式，由于產(chǎn)品整體尺寸較小且精度要求不是很高，故采用一模兩穴的型腔布局方式，且為平衡式布局，以保證塑件成型質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低塑件的整體成本[3]。該塑件沒有倒扣特征，因此不需要設(shè)計(jì)側(cè)向分型機(jī)構(gòu)。

2.2 分型面設(shè)計(jì)

分型面是決定模具結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要影響因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、塑件的脫模及模具的制造工藝等有關(guān)，因此分型面的選擇是模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵步驟。

根據(jù)分型面的設(shè)計(jì)原則，筆記本電腦轉(zhuǎn)軸注塑成型時(shí)的分型線(Parting Line，即PL線)設(shè)置如圖6所示。將分型線延伸即得到塑件一模兩穴布局方式下的分型面結(jié)果，如圖7所示。

圖6 分型線設(shè)置示意圖

圖7 型腔布局及分型面設(shè)計(jì) 圖8 推桿與方銷布置

3 塑件模具設(shè)計(jì)

3.1 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)所采用的是推桿推出機(jī)構(gòu)，在流道與澆口的交接部位采用推桿頂出，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易且維修方便。由于產(chǎn)品的整體壁厚較薄，在產(chǎn)品內(nèi)部有較大的平緩圓滑曲面部位，因此在該部位選用配合式的方銷結(jié)構(gòu)，該方銷既作為成型機(jī)構(gòu)又作為頂出機(jī)構(gòu)頂出產(chǎn)品。推桿和方銷的排布如圖8所示。

3.2 冷卻水路設(shè)計(jì)

冷卻系統(tǒng)應(yīng)盡量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、成本低廉[4]。根據(jù)模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，冷卻水孔數(shù)量大于或等于3個(gè)比較可行，以便實(shí)現(xiàn)盡量降低入水口與出水口的溫度差的原則。由于制品平均壁厚為1.2 mm，因此水孔的直徑取為8 mm。冷卻水路布置如圖9所示。

圖9 冷卻水路布置

3.3 模具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

本文利用UG軟件設(shè)計(jì)了筆記本電腦轉(zhuǎn)軸注塑模具，其總體結(jié)構(gòu)如圖10所示。該模具為兩板模結(jié)構(gòu)，采用一模兩穴的側(cè)進(jìn)澆方式。在傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)中，澆口套通常安裝在定模座板中，流道長(zhǎng)度較長(zhǎng)，從而造成了主流道中凝料體積較大，浪費(fèi)塑料原料，而且由于主流道過長(zhǎng)，使成型周期較長(zhǎng)，影響了注射生產(chǎn)效率和凝料的順利脫模。而該模具結(jié)構(gòu)中的澆口套采用下沉式結(jié)構(gòu)，通過將澆口套安裝在型腔中，不僅使?jié)部谔字械闹髁鞯篱L(zhǎng)度縮短，大大減少了澆注系統(tǒng)的凝料體積，并且在一定程度上縮短了澆口套長(zhǎng)度，減少了塑膠的流動(dòng)阻力和熱量損失，加快了塑料的充填速度和流動(dòng)速率，縮短了成型周期，有利于塑件成型質(zhì)量的改善。

1-動(dòng)模座板；2-模腳；3-彈簧；4-型芯固定板；5-型腔固定板；6-定模座板；7-定位圈；8-澆口套；9-螺釘；10-水嘴；11-型腔；12-型芯；13-方銷；14-推桿；15-拉料桿；16-推桿固定板；17-推板

4 結(jié)束語

本文借助UG軟件完成了筆記本電腦轉(zhuǎn)軸的注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為保證注塑成型質(zhì)量，對(duì)轉(zhuǎn)軸的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，使其壁厚均勻。同時(shí)，在UG平臺(tái)上完成了轉(zhuǎn)軸的注塑模具設(shè)計(jì)過程，為減少澆口套長(zhǎng)度，提高注塑成型質(zhì)量，本文采用了下沉式的澆口套結(jié)構(gòu)，具有很好的實(shí)用意義。