對稱件一模四腔四面抽芯注射模具設計*

熊 毅 屈保中 董 嬪

(①河南工業職業技術學院，河南 南陽473009；②河南省材料成形裝備智能技術工程研究中心，河南 南陽473009)

生產中常將結構對稱的兩個塑料產品在同一模具中成形[1-3]，不同產品布局在一套模具中稱為異腔模，是多腔模中較復雜的一種。多腔模中，當產品相鄰側均有外側抽芯機構時，需要更大的安裝空間。如何設計合理的結構以減小產品間距，對縮小模具尺寸、節約成本具有重要的意義。

側向凸起和內凹作為塑料制品中的常見結構，常采用斜導柱、彎銷、圓弧抽芯及斜頂等抽芯機構進行處理[4-7]。對于模具中有多個抽芯機構時[8]，情況更復雜，需保證各抽芯機構運動一致、避免干涉。針對內外均需抽芯的模具，一般外側采用彎銷、斜導柱抽芯，內側則用斜頂抽芯，使模具結構更緊湊[9-10]。眭俊煜等[11]采用環形溝槽抽芯機構解決了電器開關支座的多向抽芯問題。馮鮮[12]等設計了一模兩腔的三方向抽芯的注射模具，解決了輪椅扶手托架的多向抽芯問題。李云義[13]采用了1個定模外側斜向抽芯，2個動模外側抽芯和1個斜頂抽芯解決了復印機底殼的多向抽芯問題。梅益[14]等在動定模分別采用液壓、斜滑塊等機構解決了某撥動件復雜抽芯問題。這些結構針對具體塑料件解決了多向抽芯問題，但并未針對模具相鄰型腔之間抽芯機構尺寸優化提出相應的方法。

文章針對某摩托車左右對稱塑料件4方向側凸凹，各方向均采用斜導柱外側抽芯機構；在一模四腔的模具布局結構下，通過優化抽芯機構的楔緊裝置，以解決抽芯機構安裝空間不足的問題。

1 產品分析與模具分型

1.1 產品結構分析

圖1為產品的三維模型，材料為PP TD 20，最大外形尺寸為42 mm×144 mm×38.5 mm，適于大批量生產。圖1a為左右完全對稱的兩個塑料件，該產品輪廓復雜、主體由曲面構成，側孔和細小結構多。圖1b為產品的側向凸凹特征，4處側向結構分布在產品的4個方向，如圖1b中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ位置，需要側型芯成形。其中，Ⅰ處為側向凸臺，內有一深度為5.21 mm的盲孔，側向最大凸起高度為11.31 mm；Ⅱ處為6個側向孔槽，除了A處為圓孔外，其余5處為Ω形狀的側孔，最深處為2.79 mm；Ⅲ處為側向內孔，孔深為1.93 mm；Ⅳ處為6個Ω形狀的側孔，B為放大效果，孔最深處為2.21 mm。

由產品結構的復雜性可知，模具分型和側向機構設計是產品成形的關鍵。

1.2 模具分型

將產品的最大成形區域放在主方向，該方向的最大邊界曲線作為分型線。如圖2a，其中PL1為產品的3處內環，PL2為分型線，由于輪廓為空間曲線，應綜合應用拉伸、有界平面等工具構建分型面[15]，以簡化成形零件的配合面，提高動定模的合模精度。

圖2b為分型完成后的型腔和型芯，模具的成型零件結構復雜，產品的4處側向結構全部位于動模，應在型芯上分割出側抽芯鑲件，并設計合理的抽芯機構。型芯中難以加工和易磨損的部位也應拆分為鑲件。

根據產品的側凸凹結構特征，4方向均采用斜導柱外側抽芯。主要原因是：(1)Ⅰ處有盲孔；(2)Ⅱ、Ⅳ兩處成形面積大；(3)Ⅲ處由于輪廓復雜，無法采用斜頂。

圖3為4個方向的成形滑塊Ⅰ～Ⅳ，與產品的Ⅰ～Ⅳ的側向結構對應。其中，滑塊Ⅰ中有圓形鑲件，用于成形產品中該處的盲孔，如圖中A所示，鑲件采用臺階形式、用一個橫向銷釘固定在滑塊中；滑塊Ⅱ、Ⅳ中，由于產品的側孔尺寸及間距小，因此將6個側型芯合并到一個滑塊體，形成整體結構，避免每處單獨設計滑塊，此處滑塊尺寸較大，用2個斜導柱以增加機構強度。

2 模具總體結構

如圖4，總體結構為平衡式的一模四腔單分型面注射模，采用熱流道、潛伏式澆口進料。熱流道系統中，通過熱流道板16中的熱流道標準組件保持熔體恒溫，隔熱板18是為了防止模具的熱量傳遞給注射機。

每個產品4方向均使用了斜導柱抽芯機構，共16個，如圖中的12、23、29、46，所有滑塊位于動模、斜導柱位于定模，開模時側抽芯機構開始運動。

產品采用推桿推出，加強筋部位用扁推桿6，其余位置用圓推桿5推出，推出機構設置了導向裝置31、33以保證運動平穩，支撐柱34保證了注射和保壓過程中動模板7有足夠的剛度。由于產品尺寸較大，為了保證冷卻均勻，環形冷卻水路分別開設在型腔47和型芯44上。

產品經注射、保壓、冷卻后，模具從分型面打開，動模向后移動。動模側的滑塊12、23、29、46在定模側的斜導柱13的作用下，向產品外側運動，完成側向抽芯。

模具完全打開后，推出機構運動，推桿5、6將產品從型芯44中推出，完成一個成形周期。

3 模具主要結構設計

3.1 側向抽芯機構設計及尺寸優化

抽芯距一般應大于側凸凹深度，判斷依據是滑塊按抽芯距移動后，剛好不阻礙產品脫模。如圖5a，滑塊Ⅰ的抽芯距等于盲孔的深度，因為滑塊只成形圓柱凸臺和盲孔；如圖5b，滑塊Ⅱ的抽芯距1.98 mm，因為側孔處的壁厚不均，靠近動模側壁厚最小，為1.98 mm。表1為四方向側凸凹深度與抽芯距的對比，滑塊Ⅲ、Ⅳ的抽芯距與側凸凹深度相等，滑塊Ⅰ、Ⅱ的抽芯距最小。

表1 各處側向抽芯距離

由于模具為一模四腔、產品四方向抽芯，因此，在產品布局時，除了保證平衡外，還要將抽芯距小的滑塊布局在模具內側，以減小模具尺寸。圖4中，滑塊Ⅱ位于橫向內側，滑塊Ⅲ位于縱向內側。滑塊Ⅰ、Ⅳ抽芯距較大，放在模具外側。

圖6為斜導柱抽芯機構，為了使模具結構緊湊，設計了中心楔緊塊11為左件和右件內側對向滑塊Ⅱ共用，使型腔的橫向內側邊距減小為76 mm；若參照楔緊塊6的尺寸65 mm，內側滑塊采用單獨楔緊塊，則總尺寸為130 mm，采用中心楔緊塊使型腔間距減小了54 mm，降幅為41.5%。同時，中心楔緊塊兩側同時受到相等的型腔壓力，工作更可靠。同理，縱向相鄰產品之間也用共用的中心楔緊塊，型腔縱向內側邊距僅為22 mm。

3.2 推桿布局

因產品輪廓復雜，采用推桿推出，推桿類型根據產品推出部位的結構特征應有差異，常用的有圓推桿和扁推桿。推桿應設置在脫模阻力最大的地方[16]，如產品的邊緣、加強筋或凸臺處；推桿布局應均勻，保證產品推出時受力平衡、不變形。圖7為模具的推桿布局，共25個，包括16個圓推桿和9個扁推桿，推桿的選用情況如表2，其中φ5 mm的推桿作用是推出潛伏式澆口。

表2 單個產品推桿規格與數量

3.3 冷卻系統設計

均勻的模具溫度對產品質量以及成型周期影響很大。如圖8，為保證該塑料制品的質量和生產效率，模具中采用了直徑為8 mm的圓形管道，動定模均采用了回形循環式立體結構，進水口靠近產品進料一側，以平衡澆口側比型腔末端溫度高的溫度場差異；水管與產品距離盡可能一致，以保證產品的熱量被冷卻水均勻帶走，減小型腔各部分的溫差。

4 結語

針對4方向帶側孔的對稱塑料件，采用了斜導柱抽芯機構，設計了一模四腔平衡式的熱流道注射模具，經實踐證明，模具結構緊湊、側向抽芯機構工作平穩。

(1)對產品的4方向凸凹進行了抽芯距分析，將抽芯距小的滑塊放在了模具內側，以節省型腔之間的滑塊安裝空間。

(2)在相鄰兩個產品之間，設計了中心楔緊塊用于兩個內側滑塊的楔緊，使型腔內邊距縮小了41.5%，模具尺寸更緊湊。

(3)采用了4種圓推桿和2種扁推桿，對推桿進行了平衡布局，保證了產品脫模平穩。