線圈骨架注射模設計

包榮華

（上海誠泰精密模具工業有限公司，上海 201812）

1 塑件結構及成型工藝分析

圖1 所示為繞線用的線圈骨架，采用高強度和高剛度的PC+ABS-GF10%合金材料成型，收縮率為0.3%，質量約為795 g。制品特征形狀比較簡單，但性能要求較高。圓柱面B 用來繞制線圈，其相對于2 個法蘭面的垂直度公差為+0.05 mm。成型后對制品進行跳動試驗，試驗方法如圖2所示，將法蘭底面平均分成16 份，再使用百分表分別對16 等份的圓柱面上測定9 個部位，跳動公差在0.2 mm 內為合格。2 個法蘭面的內側尺寸為（94±0.2）mm，成型時該尺寸會因收縮變形而變小，所以模具制造時該尺寸要考慮公差并加上收縮率，即94.2×1.003=94.48 mm，以免后期該尺寸超差導致模具需要進行燒焊處理。

圖1 線圈骨架結構

圖2 跳動試驗

成型機臺為HTF470W1，目標成型周期擬為65 s。塑料成型溫度為240～270 ℃，模具溫度控制在80 ℃左右。模具鋼材采用德國Buderus 的預硬鋼BPM 2738，鎳的含量約為1%，硬度均勻，為28～32 HRC，具有優越的加工性能與拋光性能。因塑料中含10%的玻璃纖維，需將BPM 2738 氮化，在氨氣中氮化處理后的硬度可達650 HV，獲得較硬的表層和較好的耐磨性及腐蝕性，從而延長模具使用壽命。

2 澆注系統設計

為了實現全過程的自動化生產，模具采用潛伏澆口。根據制品的特點，將澆口位置設在制品中間φ54 mm孔的側壁，同時避開側面筋條以避免型腔出現填充不足現象。為了熔體填充平衡以保證成型制品性能，設置8 個澆口，如圖3 所示。注射成型過程中，流道的壓力損失較大，因圓形截面的比表面積小（流道表面積與其體積之比），分流道中熔體與模具零件接觸面最小，壓力和溫度損失最小，有利于熔體的流動和壓力傳遞，所以選用圓形截面的分流道。流道的直徑如果尺寸偏小，會降低單位時間內填充量，并使填充時間延長，成型制品常出現缺料、波紋等缺陷，影響制品成型質量；而流道的直徑過大不僅積存空氣增多，制品容易產生氣泡，而且會增加熔體的用量，延長冷卻時間。

圖3 流道及澆口的形狀

根據塑料性能、熔體最大流程比及經驗，流道的直徑選用φ5 mm。澆口是連接分流道和型腔的通道，對流入型腔的熔體起控制作用，注射完畢后封鎖型腔，使型腔中尚未冷卻固化的熔體不倒流。澆口尺寸對制品成型的影響較大，如果澆口尺寸過大，導致熔體流動性過低，使成型制品的內應力增高，澆口凝料冷卻慢，切斷后易產生外觀痕跡；小澆口有利于改變熔體非牛頓流體的表觀黏度，增加剪切速率，從而提高型腔熔體的溫度，以增加流動性，同時也可以控制和縮短補料的時間，降低成型制品的內應力，縮短成型周期。但澆口過小，則澆口處壓力損失過大，導致熔體填充不足。綜合以往的經驗，澆口尺寸設計為φ1 mm。

3 冷卻系統設計

3.1 冷卻系統的重要性

注射模中，冷卻系統的設計對制品成型質量與生產成本有著重要影響。制品冷卻時間約占整個成型周期的2/3，當冷卻系統設計不合理時會造成生產周期過長，生產成本增加；另一方面，不均勻的冷卻效果會影響成型制品表面光澤度，使制品表面光澤不一致，同時成型制品因成型階段填充和保壓時產生的殘余應力而產生翹曲變形，影響制品尺寸的穩定性。有效的冷卻回路設計可以減少冷卻時間，提高制品生產效率，減少殘余應力，保證制品尺寸和形狀，從而提高制品成型質量，滿足性能要求。

3.2 流道冷卻

制品中間的圓柱狀筋條深度為50 mm，需設計鑲件成型，成型筋條的零件中間進行分割以便加工、排氣及拋光。為了消除A處內孔側壁的段差，定模鑲件3 和動模鑲件6 在分型面采用錐度定位，圓形分流道沿分型面開設。主流道的長度為145 mm，需要對澆口套1進行冷卻，否則主流道凝料易斷，不便于機械手取出，且定模鑲件3 和動模鑲件6 成型的筋條也需冷卻。為了在定模鑲件3 和動模鑲件6中設計冷卻水路，分別設置了定模冷卻鑲件2 和動模冷卻鑲件7，材質為Be-Cu 或Al，冷卻水路采用雙頭螺旋槽形式，如圖4所示。

圖4 流道冷卻水路設計

3.3 模板及鑲件冷卻

為了使模具冷卻均勻并將模具冷卻水路的進出口溫度差控制在5 ℃以內，根據制品的形狀在動、定模板及鑲件各設置4 條水路，采用直通水路加水塔的形式，水路直徑為φ12 mm，水路間距為50 mm。為了保證模具的冷卻效果，隔水片和水路堵頭與B處接觸不能有間隙，如圖5所示。隔水片盡量長，其前端應開缺口以保證水流量，隔水片材質一般采用不銹鋼，以免生銹影響模具的冷卻效果。

圖5 模板及鑲件冷卻

3.4 滑塊冷卻

滑塊冷卻如圖6 所示，根據制品的形狀沿制品周邊設置水路，水路到制品面距離為10～15 mm，沿開模方向設置4 層水路，水路直徑為φ10 mm，水路間距為20～30 mm。

圖6 滑塊冷卻

4 滑塊機構設計

4.1 滑塊結構

滑塊驅動一般采用斜導柱、方形斜導塊和液壓缸等。為了保證滑塊動作順暢，滑塊的尺寸設計滿足L/H≥1.8、L/W≥1.5、150 mm≤W≤450 mm 時，滑塊要增加1個中間導向塊C；當450 mm≤W時滑塊要增加2 個導滑塊。開模后滑塊要有2/3L的支撐面，為防止滑塊無法鎖緊，須滿足H2≥2/3H。采用A 型滑塊時L/H≥1.5，采用B 型滑塊時L/H＜1.5且L/H1≥1.8，如圖7所示。

4.2 滑塊機構設計要點

滑塊的倒扣量為47 mm，為便于制品取出，滑塊行程設計為60 mm。滑塊若按常規設計，其尺寸與模具外形將會單側增加100 mm。為了合理減小模具尺寸與降低模具制造成本，滑塊驅動采用導桿和滑槽的形式，如圖8所示。

導桿3 固定在滑塊1 上，導桿3 在導板2 的滑槽內滑動。導桿3埋入滑塊1的深度為導桿直徑的1.5倍，為了保證導桿強度，導桿直徑（經驗值）一般要大于導桿超出滑塊長度的1/6（即130/6≈22 mm），取φ30 mm，導桿材質與斜導柱都采用SKD61（高頻淬火）。導板滑槽的形狀及尺寸如圖9 所示，由A、B、C、D四個區域組成。為了防止制品粘結定模致使內側拉傷，導桿3 在A 區域內滑動時，滑塊保持不動，相當于滑塊延時構造。B 區域滑塊抽芯角度從10°過渡到C 區域滑塊抽芯角度20°，D 區域滑塊停止不動。A、B、C區域抽芯階段滑槽的寬度為31 mm。導柱長度一般比A、B、C 區域合模方向高度高出15 mm，導板固定在定模側，起保護導柱與支撐定模的作用，導板比導柱長10 mm左右，因此D區域的槽寬要進行避空處理，槽寬設計為40 mm。滑塊通常設置在模具的操作與反操作側，導桿和導板設置在天側（注塑機安裝模具一側為天側）。為使模具起吊方便，需要在天側設置吊環輔助塊8。吊環輔助塊和前端螺紋設計整體式，以免模具起吊過程中螺紋處斷裂，發生安全事故。

圖7 滑塊結構

圖8 滑塊機構設計

圖9 導 板

4.3 滑塊定位

滑塊為常見的哈弗滑塊，如圖10所示。為了消除成型制品內部圓柱的段差，2 個滑塊間采用錐度定位塊9 定位，為了便于后期拋光和調整成型制品內部圓柱的段差，2 個滑塊間要設置定位銷和固定螺釘。滑塊壓板6 固定在動模板上，因固定壓板的螺釘與孔存在間隙，為了防止螺釘鎖緊位置的變化影響滑塊運動順暢，在滑塊壓板和動模板中間設置定位塊7。因2 個哈弗滑塊共用1 個滑塊壓板，壓板長度較長，可在其兩端再設置定位銷定位，確保滑塊運動順暢。滑塊壓板材質采用P20，并進行氮化處理，同時滑塊與定模鑲件插穿角度為3°，以防止滑塊拉傷，并在滑動部位開設油槽。線圈類制品的外形多為圓形，滑塊外形也設計成圓形和定模板相配，配合角度為10°。

圖10 滑 塊

5 模具工作過程

模具結構如圖11 所示，其工作過程為：熔融塑料通過注塑機噴嘴流入模具流道，然后進入型腔，經保溫、保壓、冷卻后開模，開模時定模板4 和動模板7 打開，導板19 帶動固定在滑塊5 上的導桿24 滑動完成抽芯動作；注塑機頂桿推動推板12帶動推桿15 推出制品，最后機械手取出制品，開模動作完成；合模時注塑機頂桿復位，在復位彈簧的作用下推桿15復位，注塑機接收行程復位開關10的信號使模具合模，導桿24 先進入導板19 的D 區，導柱進入導套后繼續合模，導桿24 依次通過導板19 的C、B、A 區，從而推動滑塊5 復位，定模板4 將滑塊鎖緊，形成封閉型腔，合模完成，準備下一次注射成型。

圖11 模具結構

6 結束語

根據線圈骨架的結構性能和特點，采用普通流道轉8 個潛伏澆口進澆和哈弗滑塊成型，通過導桿在導板滑槽內移動實現滑塊運動。圓形類線圈骨架的滑塊采用此方式驅動，可以不受常規尺寸限制，在保證模具強度的前提下，可以有效減小模具尺寸以滿足注塑機的安裝要求，降低模具制造成本。生產實踐證明，模具生產效率高，運行穩定，可為同類制品模具設計提供參考。