深筒形接收器護蓋注射模設(shè)計

劉 波，黃 偉

（湖南國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 武器裝備制造學院，湖南 湘潭 411207）

1 塑件分析

深筒形接收器護蓋如圖1所示，尺寸為MT3級要求，大批量生產(chǎn)。原材料為ABS，ABS是一種熱塑性工程塑料，具有良好的成型性和加工性，成型的塑件表面粗糙度好，ABS的平均密度為1.05 g/cm3，平均收縮率為0.4%～0.7%，常用收縮率為0.5%[1]。塑件高度為151 mm，底部直徑為φ107 mm，頂部直徑為φ73 mm，屬于深筒形結(jié)構(gòu)。由于塑件用途的特殊性，塑件最大壁厚為5 mm，最小壁厚為3 mm，平均壁厚約為4 mm，沒有特別厚或特別薄的位置，壁厚基本均勻，滿足塑料成型工藝性要求。經(jīng)UG NX軟件測量體積為182.5 cm3，質(zhì)量約為191.6 g，屬于中小型塑件。

圖1 護蓋結(jié)構(gòu)

2 分型面設(shè)計與脫模分析

分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的一個重要因素，其與模具的整體結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、塑件的脫模和模具的制造工藝等有關(guān)，因此分型面的選擇是注射模設(shè)計中的關(guān)鍵步驟[2,3]。

成型塑件的主分型面比較平整，如圖2所示，塑件底部外側(cè)有一處“?”形懸空特征，為方便模具零件加工及考慮分型面整體平整性，在該處設(shè)計了一個枕位成型，使主分型面成為一個大平面。塑件內(nèi)部有6處倒扣，需用圖1所示3個方向上的內(nèi)滑塊完成抽芯。塑件整體分型面較好處理，分型面具體位置在圖1中已用符號表示，模具設(shè)計難點在于如何處理3個抽芯機構(gòu)、動模冷卻通道和塑件推出方式三者的結(jié)構(gòu)關(guān)系，后續(xù)設(shè)計過程中，需根據(jù)模具結(jié)構(gòu)實際情況進行調(diào)整與優(yōu)化。

圖2 主分型面

3 成型零件設(shè)計

成型零件主要包括型腔板、型芯、鑲件等，由于型腔板直接與高溫高壓的塑料熔體接觸，成型零件的質(zhì)量直接關(guān)系塑件的成型質(zhì)量，要求其具有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨性，以承受塑料熔體的擠壓力與流動時的摩擦力。成型零件應(yīng)具有足夠的精度和適當?shù)谋砻娲植诙龋员ＷC成型塑件表面光亮、容易脫模[4]。一般成型零件都應(yīng)進行熱處理或預(yù)硬化處理，使其具有30 HRC以上的硬度。

3.1 型腔板鑲件結(jié)構(gòu)設(shè)計

塑件屬于深腔類，注射時熔體與型腔壁摩擦較大，為延長模具使用壽命及便于模具零件加工，將型腔板結(jié)構(gòu)設(shè)計成整體嵌入式[5]。塑件底部直徑為φ107 mm，塑件整體形狀屬于類錐形，外側(cè)形狀不復雜，無特殊結(jié)構(gòu)，型腔板尺寸在塑件尺寸基礎(chǔ)上單邊擴大約27 mm。尺寸取整后，型腔板鑲件設(shè)計如圖3所示，外形尺寸為160 mm×160 mm×175 mm，嵌入定模板后，用螺釘固定。

圖3 型腔板鑲件結(jié)構(gòu)

3.2 型芯鑲件結(jié)構(gòu)設(shè)計

為節(jié)省材料、減少模具零件加工量，型芯設(shè)計成圖4所示的整體嵌入式結(jié)構(gòu)。底部在分型面位置向下延伸20 mm，用于型芯與推板鑲件配合。型芯鑲件固定部分設(shè)計為145 mm×145 mm×20 mm方形結(jié)構(gòu)，方便型芯定位和螺釘緊固。

圖4 型芯鑲件結(jié)構(gòu)

4 模具設(shè)計

4.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計

模具為1模1腔結(jié)構(gòu)，澆口設(shè)置在待成型塑件頂部凹面中心位置處。根據(jù)塑件要求，不允許在外表面留有明顯的澆口痕跡，該模具選用點澆口進澆。點澆口的優(yōu)點是澆口痕跡小，開模時澆注系統(tǒng)凝料自動與塑件分離，后期不必去除澆注系統(tǒng)凝料。澆口直徑一般為φ0.8～1.5 mm，長度為0.8～1.2 mm。為便于澆口與塑件較好地分離，澆口應(yīng)設(shè)計成15°～20°錐角。

澆注系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)及尺寸如圖5所示，為確保開模時澆注系統(tǒng)凝料與成型塑件自動分離，設(shè)計了長130 mm的一級分流道，用于放置2根拉料桿，以便開模時拉料桿拉住澆注系統(tǒng)凝料讓其與成型塑件自動斷開。二級分流道穿過定模板和型腔板鑲件，為避免加工和裝配誤差導致錯位，而造成流道凝料無法脫模，二級分流道設(shè)計了圖5所示的單邊0.2 mm段差。

圖5 澆注系統(tǒng)

4.2 內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計

塑件內(nèi)部周向均布6處倒扣，經(jīng)測量內(nèi)側(cè)凸出倒扣最大距離為5 mm。一般情況對于塑件內(nèi)側(cè)面存在凹槽或凸起結(jié)構(gòu)，優(yōu)先考慮使用斜推結(jié)構(gòu)抽芯，但該塑件頂部空間較小會導致斜推結(jié)構(gòu)推出時相互碰撞干涉；另外，塑件頂部為凹形曲面會導致斜推桿結(jié)構(gòu)側(cè)移時損壞成型的塑件，需將斜推桿座底部設(shè)計一定斜度。經(jīng)分析，該塑件不宜用斜推桿結(jié)構(gòu)的方式內(nèi)抽芯。

根據(jù)塑件特點，設(shè)計為整體式內(nèi)滑塊抽芯機構(gòu)，斜導柱傾角初步設(shè)計為15°，考慮滑塊斜面的鎖緊角度β（楔緊塊角度）應(yīng)比斜導柱傾斜角α大2°～3°，將楔緊塊角度設(shè)計為 18°[6]。一般抽芯距離=塑件側(cè)向凹凸深度+安全距離=5 mm+（2～5）mm=（7～10）mm，測量滑塊主體斜導柱孔位置高度為40 mm。在UG軟件中繪制草圖，測量斜導柱可提供抽芯距離為7.8 mm＞7 mm，由此可知斜導柱角度和滑塊斜導柱孔垂直高度滿足抽芯距離要求。

內(nèi)滑塊定位設(shè)計，開模過程中，內(nèi)滑塊在斜導柱的帶動下運動一段距離，當斜導柱離開滑塊后，滑塊必須保持原位，以保證合模時斜導柱能進入滑塊的斜孔中，使其準確回位。該滑塊較小、抽芯距離較長，采用玻珠螺釘對內(nèi)滑塊進行定位。根據(jù)以上分析與計算，設(shè)計了圖6所示的內(nèi)滑塊抽芯機構(gòu)。

圖6 內(nèi)滑塊抽芯機構(gòu)

4.3 推出結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于成型塑件中間有3個內(nèi)滑塊，還有噴管式冷卻水道，占據(jù)了較大空間，沒有布置推桿的位置。塑件屬于深筒形，包緊力較大，為保證塑件推出不變形、脫模平穩(wěn)，且有足夠大的推出力，模具設(shè)計為圖7所示的推板鑲件推出。為減少推出過程中推板與型芯的磨損，推板與型芯的配合面設(shè)計為錐面，錐面斜度α取3°，錐面還可以起到輔助導向作用。將推板鑲件內(nèi)孔設(shè)計成比型芯成型部分單邊大0.3 mm，防止推板鑲件與型芯之間出現(xiàn)擦傷、磨花和卡死等現(xiàn)象。

圖7 推板鑲件結(jié)構(gòu)

4.4 定距分型機構(gòu)設(shè)計

保證模具的開模順序和開模距離的結(jié)構(gòu)叫定距分型機構(gòu)。定距分型機構(gòu)有多種，主要分為內(nèi)置式定距分型機構(gòu)和外置式定距分型機構(gòu)2種。經(jīng)測量分析，模具內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)較大，模具設(shè)計為圖8所示的內(nèi)置式小拉桿定距分型機構(gòu)。小拉桿1限制定距分型機構(gòu)中脫料板和定模板之間開模距離，脫料板和定模板打開的距離=流道凝料總高度+30 mm=50 mm+30 mm=80 mm；脫料板3和定模座板5打開的距離一般為6～10 mm。其主要工作原理：在彈簧4、拉模扣和拉料桿的作用下，模具首先在脫料板3和定模板2打開，使流道凝料與成型塑件分離；其次是脫料板和定模座板打開，拉料桿被脫料板從流道凝料中強行脫出，流道凝料在重力和振動的作用下自動脫落；注塑機滑塊帶動動模板繼續(xù)后移，拉模扣從定模板2中拉出，模具在定模板和動模板之間打開，最后推出裝置將成型塑件推出。

圖8 內(nèi)置式小拉桿定距分型機構(gòu)

4.5 冷卻系統(tǒng)設(shè)計

冷卻系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)能使模具快速、均勻冷卻及便于加工，并盡量保證模具熱平衡，使塑件收縮均勻。模具屬于深腔類結(jié)構(gòu)，型芯鑲件較高，型芯內(nèi)部設(shè)計了3個內(nèi)滑塊，用于設(shè)計冷卻通道的空間不大，不能進行常規(guī)的冷卻通道設(shè)計。為使模具充分冷卻，經(jīng)分析考慮，將動模冷卻系統(tǒng)設(shè)計為圖9所示的3條內(nèi)徑為φ6 mm的噴管式冷卻水道。噴管式冷卻設(shè)計時應(yīng)注意水管頂部不能離型腔壁太近，一般大于12 mm，以免影響模具強度。

圖9 動模冷卻系統(tǒng)

為保證型腔板能充分冷卻，定模沿型腔深度方向布置3層平面回路式冷卻水道，冷卻方式設(shè)計如圖10所示。冷卻水道直徑設(shè)計為φ8 mm，由于入水口和出水口均在型腔板鑲件側(cè)壁，不便安裝防水圈，選用加長型內(nèi)接水接頭。

圖10 定模冷卻系統(tǒng)

4.6 排氣系統(tǒng)設(shè)計

塑件屬于深筒形，最容易困氣的位置在熔體流動的末端，即成型塑件底部，在推板鑲件上設(shè)計了8處排氣槽，如圖11所示。在靠近型腔部分設(shè)計深度為0.03 mm，長度為7 mm的一級排氣槽，在一級排氣槽后設(shè)計了二級排氣槽，將排氣槽加深至0.5 mm，保證氣體排出通暢。

圖11 排氣槽結(jié)構(gòu)

4.7 模具結(jié)構(gòu)與工作過程

模具結(jié)構(gòu)如圖12所示，模具合模時，由凸、凹形邊鎖21、22保證模具的合模精度。注塑機噴嘴通過澆口套18向模具型腔內(nèi)注射熔體，經(jīng)保壓、成型后，模具開模，由于拉模扣33鎖住定模板11和動模板7，在彈簧41的作用下，模具首先在PL1分型面打開，定模板11和動模部分向后移動，澆口凝料被拉斷。在拉料桿17的作用下，分流道凝料留在脫料板14側(cè)，當定模板11和動模部分移動一定距離后，固定在定模座板上的限位拉桿42與定模板11沉孔接觸，PL1分型結(jié)束。限位拉桿42繼續(xù)帶動脫料板14，在PL2分型面打開，脫料板14推出分流道和主流道凝料，此時定模板和動模部分分離，脫離拉模扣33，在PL3分型面打開。斜導柱27帶動整體式內(nèi)滑塊26向模具內(nèi)側(cè)滑動，PL3分型面打開約40 mm后，3個內(nèi)滑塊完成抽芯動作并到達安全距離位置，由玻珠螺釘25對整體式內(nèi)滑塊26進行限位。動模繼續(xù)后移，當注塑機頂桿接觸推板后，推出機構(gòu)開始工作，塑件被推板鑲件10推出。取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料，完成一次注射成型過程。

圖12 模具結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語

結(jié)合塑件成型難點問題，設(shè)計了內(nèi)滑塊抽芯+噴管冷卻+推板鑲件推出的三板式模具結(jié)構(gòu)。通過生產(chǎn)實踐證明，模具結(jié)構(gòu)運行可靠，冷卻均勻，未出現(xiàn)成型塑件變形縮痕等現(xiàn)象，推出平穩(wěn)，批量生產(chǎn)的塑件成型質(zhì)量良好，對同類塑件的模具設(shè)計具有參考作用。