藥盒下蓋模內熱切注塑模設計

李本威，朱傳林，文建洲

( 河南駝人醫療器械研究院有限公司, 河南省醫用高分子材料技術與應用重點實驗室，河南 長垣 453400)

傳統的大部分塑料模在開模后塑件與澆口相連，需要人工進行二次修剪去除料頭，料頭的二次去除常常因修剪不一致造成產品視觀不良或影響產品裝配質量，因此如何實現自動切除料頭、提高制品一致性成為很多企業面臨的問題。

模內熱切技術作為一種先進的注塑技術，在歐美國家已經得到了普及，國外許多塑膠模具廠所生產的模具50% 以上采用了模內熱切技術[1～3]。在我國，由于人力成本的增長與產品品質的提升，模內熱切技術正逐步得到推廣。本文以側向進膠為例，針對藥盒下蓋產品，設計了一種模內熱切注塑模，實現了產品的高質量、高效率生產。

1 模內熱切技術

1.1 模內熱切技術原理

模內熱切就是在塑膠模具未開模前，剪切或擠斷澆口，從而實現在塑膠模具開模后產品與澆口分離的一種模具注塑自動化工藝。簡而言之，模內熱切就是一種開模前實現塑料件的料頭與產品的自動分離技術。其原理如圖1 和圖2 所示。

圖1 為是模內熱切系統示意圖，由圖中可知，模內熱切系統主要由切刀、微型油缸、復位彈簧和油路組成。模具生產時，從模具合模至保壓階段，切刀處于“ 切除前” 狀態，如圖2（a）所示。當保壓完成后，超高壓時序控制系統提供超高油壓推動微型油缸活塞，微型油缸活塞推動切刀，切刀對產品和料頭施加剪切力使得產品和料頭分離，如圖2（b）所示。當保壓完成時，塑件仍處于冷卻階段初期，此時熔體仍屬于粘流態，因此迫于切刀壓力造成的熔體回流對產品無不良影響。此外，根據產品大小和模具結構的實際情況，可以通過改變超高壓時序控制系統的壓力、時間等參數，來達到產品與料頭分離的最佳效果。

圖1 模內熱切系統示意圖[2]

圖2 切刀切斷示意圖[2]

1.2 模內熱切應用主要技術關鍵

一個成功的模內熱切模具應用項目需要多個環節予以保障。其中較重要的有以下三個技術因素。

1.2.1 切刀精度的控制

在模內熱切模具應用中切刀精度的控制顯得極為重要。許多生產過程中出現的產品質量問題直接源于模內熱切系統切刀加工精度的控制。如開模后產品與料不分離問題，切完產品毛邊嚴重問題，產品澆口切不干凈問題等。出現此類問題只能提高切刀加工精度。

1.2.2 模內熱切切刀公差與切刀的裝配工藝

在模內熱切系統模具正常生產中，切刀需來回反復進行動作，因此不同塑料采取不同的裝配公差與裝配工藝。否則就會出現切刀卡死，切刀不能回位，塑料流入切刀與模具裝配間隙，甚至切刀蹦斷。對于此類問題需要找專業有經驗的模內熱切廠家提供專業的解決方案。

1.2.3 模內熱切廠商提供對于模內熱切模具方案的精準設計

對于模具行業來說，提供一個準確的設計方案起著事半工倍的作用。模內熱切供應商對于不同的產品不同的材料需提供較佳的設計方案，否則就會出現油缸力量不足，切刀切不斷產品，切刀回位不順暢等一系列問題。

2 塑件結構特點

圖3(a) 為藥盒下蓋外觀面的形狀圖。產品左右對稱，整體尺寸為98 mm×97 mm×18 mm，整體壁厚為1.5 mm。產品的成型材料選擇聚碳酸酯（PC），該材料的收縮率為0.5%～0.7%（本次設計中模具收縮率定為0.5%），水口+ 產品克重為45.3 g。圖3（b）為產品非外觀面形狀圖，產品上影響模具結構設計的難點特征有：①產品上分布八個倒扣結構，分別為A1～A8（左右對稱）；②產品兩側端部各分布一處復雜筋位，分別為B1、B2（左右不對稱）。此外，產品四周分布六處加強筋。根據產品情況，澆口宜采用側向搭接式澆口，布置于G處。

圖3 藥盒下蓋產品示意圖

3 模具設計

3.1 模仁結構設計

根據產品的結構和形狀，分型面選擇在產品內表面上，采用一模兩腔進行設計。為了模具加工和配模的方便，前、后模仁都平均分成兩部分進行設計，具體結構如圖4 所示。產品兩側端部各分布一處復雜筋位，采用鑲件進行成型，具體結構如圖5 所示。此外，為了安全定位，在模仁四角均設計了虎口結構。

圖4 模仁結構

3.2 澆注系統設計

根據產品的結構和型腔布局，本次澆口選取側向搭接澆口，對應分布在2 個產品的側邊中間位置。為了方便加工、便于維修，模具的澆注系統以流道塊形式進行設計，產品的分流道和澆口均設置在流道塊上，分流道設計為圓形分流道，直徑為6 mm ；澆口的搭接寬度為6 mm，搭接深度為1 mm。分流道與澆口之間設計冷料穴，作用如下：①容納料流的前鋒冷料，以免這些冷料注入型腔；②容納切刀剪切澆口時發生回流的熔體。模具澆注系統的結構如圖6 所示。

圖5 后模鑲件結構

圖6 模具澆注系統示意圖

3.3 模具頂出機構的設計

針對制品的脫模問題，如圖7 所示，制品的脫模機構做如下設計: 制品上A1～A8八個倒扣結構都采用斜頂機構來進行成型和脫模頂出；B1和B2兩個復雜筋位采用鑲件形式進行成型；在產品的的其余位置及筋位區域布置直徑為5 mm 的頂針來進行頂出。

圖7 脫模機構

4 模內熱切系統設計

如圖8 所示，模內熱切系統主要由微型油缸、油路、高速高壓切刀和時序控制器（圖9）組成。其中，高速高壓切刀完成澆口熱切，實現產品與料頭的分離；微型油缸為切刀的運動提供驅動力量；時序控制器背后連接測試開、合模的信號線，并通過與油缸油路相連接，來控制油缸的壓力和工作時間。整個系統的工作過程為：當模具完成合模后，時序控制器收到信號并開始計時，隨著產品的注射過程完成進入保壓階段，當保壓完成后，時序控制器開始控制油缸，油缸的高壓快速推動切刀裝置，切刀切斷澆口使得產品與澆口分離，在產品經過冷卻過程后，模具開模，頂出系統將產品及料頭頂出。待再次合模前，時序控制器控制油缸泄壓，彈簧將切刀退至初始位置，重新開始下一個生產周期。

圖8 模內熱切機構組成

圖9 時序控制器

4.1 切刀裝置設計

由以上所述，切刀裝置是模內熱切系統中最重要的部分。如圖10（a）所示為切刀的底部固定示意圖，為了保證切刀的運動無卡滯現象，除了切刀頂部與動模仁、流道塊的配合外，切刀與模仁、切刀座與模仁的配合均為間隙配合，切刀底部采用單邊固定的結構，起到止轉的作用。由于澆口的搭接深度為1 mm，故切刀的剪切距離也設計為1 mm，同時切刀座底部與模仁之間設計限位結構。圖10（b）為切刀頭部示意圖，為了保證切刀能夠將澆口切除干凈、不留毛邊，切刀面對產品表面過切0.03 mm。為使切刀剪切澆口時不影響產品表面，產品下方的切刀部分應對產品表面進行避空，避空高度為1 mm，當切刀處于切斷狀態時（如圖10（c）），切刀不會對產品造成影響。需特別指出的是：在澆注過程中，避空區域內先被熔體完全填充，待保壓完成后切刀對澆口施加剪切作用力時，避空區域內的熔體發生回流至產品和冷料穴內。此外，切刀頭部的長度和澆口搭接寬度一致，為6 mm。

5 模具的裝配及試制

5.1 模具的裝配

模具的零部件及前后模仁加工完成后，應該先對模仁、斜頂等部件進行拋光，前模型腔鏡面區域需拋光至Ra=0.4 μm，后模型芯需拋光至Ra=0.8 μm。組裝后的定模、動模如圖11 所示。

圖11 模具裝配后實物

5.2 模具的試制

模具裝配完成后在德馬格210T 注塑機上進行試制。選取合理的工藝參數，得到藥盒下蓋產品，產品實物如圖12 所示。經尺寸、外形及裝配檢測后，產品質量合格。

對于模內熱切系統，時序控制器選用神馬熱流道有限公司生產的超高壓油站，其參數如表1 所示。試制時，通過改變超高壓時序控制系統的壓力、時間等參數，最終實現產品與料頭分離的最佳效果，最終時序控制器的參數如表2 所示。

圖12 產品實物圖

表1 時序控制器參數

表2 試制時時序控制器設定參數

6 總結

模內熱切技術既可以改善產品與料頭分離的效果，提高制品的一致性，又可以提高產品的生產效率、降低人工成本，使得模具實現自動化生產成為現實。就目前模內熱切技術而言，在汽車、家電、醫療等領域尚未得到廣泛的應用，原因在于其穩定性與可靠性需要改進，相信經過不斷的改進，模內熱切技術終將成為種成熟穩定、廣泛應用的技術。