高精密繼電器透明薄壁外殼注射模設計

聶建輝

（廈門宏發電聲股份有限公司，福建廈門 361021）

1 引言

隨著我國制造業現代化水平不斷提高，繼電器在電氣工程及其自動化低壓電器中得到了越來越廣泛的應用。由于繼電器可以有非常好的響應輸入變量感應機制，因此，在工業生產、運輸、自動化控制過程中起電流防護作用，在日常生活和軍事中應用廣泛，特別是對開關控制起著非常重要的作用，繼電器模具也起了重要作用，下面以繼電器外殼為例詳細介紹繼電器外殼注射模設計。

2 繼電器外殼工藝性分析

（1）材料性能。

外殼結構如圖1所示，側面厚度0.8mm，壁厚較薄，材料為PC IR2200，收縮率0.7%，PC 無色透明，耐熱，抗沖擊，具有良好的機械性能，具有高度透明性及自由染色性，但塑料熔體流動性差，耐磨性欠佳，成型壓力高，易粘模，PC也是應用最廣泛的一種材料之一。

圖1 外殼結構

（2）成型特點及條件。

PC樹脂的工藝特點:聚集態特性屬于無定型非結晶性塑料，無明顯熔點，熔體黏度較高。玻璃化溫度140°～150℃，熔融溫度 215℃～225℃，成型溫度250℃～320℃；在正常加工溫度范圍內熱穩定性較好，300℃長時停留基本不分解，超過340℃開始分解，粘度受剪切速率影響較小；流變性接近牛頓性液體，表觀黏度受溫度的影響較大，受剪切速率的影響較小，相對分子質量的增大而增大。PC 分子鏈中有苯環，所以分子鏈剛性大；PC 的抗蠕變性好，尺寸穩定性好；但內應力不易消除；PC 高溫下遇水易降解，成型時要求水分含量在0.02%以下；制品易開裂。

（3）塑件尺寸及質量。

塑件尺寸為21.18×27.42×34.96mm，外形公差為：正負0.05mm。

借助UG8.5 軟件直接測出單個塑件條件V=3.55cm3。質量M=4.26g。

（4）結構工藝性。

塑件壁厚基本均勻，平均壁厚為0.85mm，為透明塑料件，兩側為鏡面透明另外兩側內表面為細花紋，頂面3個透光柱為鏡面，對外觀和尺寸要求很高，4個卡扣壁厚很薄只有0.43mm，成型極困難，高壓力才能填充完整，還有一側壁厚只有0.59mm 又位于兩股熔融液體匯合之處和澆口末端易產生熔接痕跡和燒焦困氣。客戶要求點澆口進澆，故采用三板模具。

3 繼電器外殼注射模結構設計

3.1 分型面的確定

模具上用以取出塑料制品和澆注系統凝料的可分離的解除表面，稱為分型面，也可稱為分模面。選擇分型面的基本原則是：分型面應選擇在塑件斷面輪廓最大位置處，以便于順利脫模，同時還應考慮以下幾個因素：

（1）分型面選擇應便于塑料制件脫模和簡化模具結構，為此，選擇分型面應盡可能使塑料制件開模時留在動模。

（2）分型面應選擇在不影響塑件外觀質量和便于清理塑料毛屑的部位。

（3）分型面選擇應有利于排氣，為此應盡可能使其分型面與流料末端重合。

（4）分型面簡單便于加工并盡量減少斜面對插。

根據上述原則，繼電器外殼注射模的分型面形狀及位置如圖2所示。

圖2 塑件分型面

3.2 澆注系統設計

設計澆注系統時，通過模流分析軟件MoldFlow和設計經驗確定最佳的進澆位置和數量，但很多實際情況中結構限制往往不能選擇在最佳的位置，只能做出讓步，通過分析結果顯示4個卡扣壁薄處和一側壁薄的處是填充末端出現填充困。如圖3所示，確保塑件能順利填充在壁薄處通過增加0.08mm壁厚加以改善，故澆口放置在塑件頂部中間位置，澆口大小為直徑φ1.3mm可以順利完成填充。澆注系統一般由主流道、分流道、澆口、冷料井四部分組成，采用“工”字流道，“工”字流道理論上是平衡流道但實際上內4腔比外4腔流動更快，為了保證流道相對平衡內4腔流道一般為外4腔0.8～0.9D（外4腔的流道大小）。如圖4所示。

圖3 填充過程

圖4 澆注系統

3.3 確定模具腔數和布局

模具型腔的數量通常是根據客戶產量和塑件的結構，塑件的精度，塑料制品的大小，及材料來確定的，型腔數量越多，塑件的一致性精度越低，成型工藝越復雜，并且保養和維修越困難，故障發生率越高，本塑件主要從精度、產量和結構考慮因此采用1模8腔，即一次注射成型8個塑件，為了減小模具大小塑件分兩排相互錯開排位。布局方案如圖5所示。

圖5 模具布局

3.4 內滑塊機構設計

外殼外側面4 個面為鏡面而內側有4 個卡扣，故考慮設置4個內滑塊脫出倒扣。整個滑塊機構由滑塊本體、滑塊鑲件、導向塊、斜導柱、楔緊塊、滑塊壓塊、連接塊、限位塊，定位珠組成。滑塊鑲件材料為S163，熱處理硬度為52～54HRC，其余部件材料為SKD11 熱處理硬度為59～61HRC，內滑塊結構如圖6所示。

圖6 內滑塊結構

外殼內滑塊機構設計注意事項：

（1）在合模狀態下為了使滑塊與定位緊密貼合，確保卡扣下部塑料不會高出內側平面而形成倒勾而拉傷卡扣。

（2）考慮滑塊鑲件寬度只有4mm，為了保證滑塊鑲件不會斷裂厚度最少保證6mm。

（3）在注射時卡扣部分壁薄只有0.43mm 滑塊所承受射壓力較大，為防止滑塊被注射壓力撐開，而拉壞卡扣，斜導柱需要做反鏟與動模板對插。

3.5 動、定模型芯設計

（1）為了減少凸模偏心，塑件錯位和保護型腔內較小的對插面不至于快速磨損。動、定模型芯會設計XY方向設計斜度定位凸臺，定位凸臺的角度不宜過大，理論上角度應小于型腔內對插面的角度，才能更好的起到保護的作用。故定位凸臺的角度取1°，如圖7所示。

圖7 動、定模鑲結構

（2）因凸模經常需要拆裝清理框槽盡量磨床加工減少磨損，又因側面裝拆鑲塊框槽磨損更小，故采取3塊動模鑲塊夾住凸模型芯再用螺絲固定的方式，這樣減少框槽磨損而使凸模型芯偏移使塑件壁厚偏心影響塑件質量和尺寸，也利于模具排氣，塑膠流動模末端和困氣的地方需要拆鑲件。

（3）對碰和對插的地方盡量采用磨床加工工藝，能保證其精度，磨床加工的面比放電或慢走絲的面更耐磨。

（4）為了減少流道廢料和流道對模板腐蝕故設計流道板鑲塊和脫模板鑲塊。

（5）為了凸模設置水路和拆裝時鑲件不會掉出，故需要增加動模墊塊。

（6）為便于加工、模具排氣和清理在結構應許時盡量拆鑲件。如圖8所示。

圖8 動模鑲件

（7）動、定鑲塊和脫料板鑲塊、流道板鑲塊采用SKD11，熱處理為59～61HRC，因塑件是透明鏡面故凸模型芯采用S136熱處理為52～54HRC，S136具有良好的拋光性能。

3.6 冷卻系統設計

在注射成型模具中，冷卻系統的設計非常重要。這是因為成型塑件只有冷卻固化到一定剛性，脫模后才能避免塑料制品因受到外力而產生變形。

由于冷卻時間占整個成型周期約70%～80%，因此設計良好的冷卻系統可以大幅縮短成型時間，提高注塑生產率，改善塑件的變形和降低成本，因此模具需要充分冷卻。設計不當的冷卻系統會使成型時間拉長，增加生產成本；冷卻不均勻更會進一步造成塑件的翹曲變形。

定鑲塊設計環繞塑件一圈的水路，如圖9所示，動鑲鑲塊設計一組水路，脫料板安排一組水路用來冷卻流道，定、動模板都設置水路冷卻，熱量集中的凸模型芯特別需要冷卻，又因凸模型芯受內滑塊機構限制不能設計一個水塔，故采用鈹銅隔水片，冷水通過導熱性良好的鈹銅帶走凸模型芯的熱量，如圖10所示。

圖9 定模部分水路

圖10 動模部分水路結構

3.7 頂出系統

為了塑件順利頂出脫模，頂出位置盡量設置在包緊力較大的地方，但也需要考慮塑件頂出平衡。該塑件透明件底面不應許有頂桿痕跡，故頂出機構采用8 支扁頂桿頂在外殼的口部而且塑件圓角處需要設置頂桿。

3.8 模具結構及其工作過程

經過上面的滑塊機構、冷卻系統、頂出系統、動、定模型芯的分析可以確定模架的大小為富特巴MDC FA2740A60B85C80S OH280和模具結構，該案例模具結構如圖11所示。

圖11 模具結構圖

模具開模工作過程為：

開模順序Ⅰ-Ⅰ：模具打開在彈簧作用力下，脫料板與定模板先分開距離120mm，切斷澆口。

開模順序Ⅱ-Ⅱ：模具繼續打開，在定距拉桿的作用力下，動模板與定模板分開即分型面打開，模具動、模部分打開距離為180mm。同時滑塊在斜導柱作用下脫開塑件的倒扣，在注塑機的頂棍的作用下，頂桿墊板和頂桿固定板板。帶動頂桿一起運動，扁頂桿頂出塑件一段距離的為28mm時確保塑件不掉出。

開模順序Ⅲ-Ⅲ：模具繼續打開，保證脫料板與分開，拉料銷松開，這時機械手吸走塑件和取走澆口凝料。

3.9 試模

試模時，塑件上常可能出現透光柱縮痕、卡扣拉傷、內壁細花紋拉傷填充壓力過大等缺陷，為此必須進行原因分析，排除故障。縮痕通過調整成型條件解決了，拉扣拉傷和內壁細花紋拉傷需要把模具從注塑機上拆卸下來，拆開模查找原因，卡扣拉傷通過通過斜導柱加了0.2mm厚墊片，內壁細花紋通過精鋼石在拉傷面輕輕過了幾遍。第二次試模時上述問題得到明顯改善，實際試模生產的外殼如圖12所示。

圖12 試模生產的外殼

4 結束語

通過實際生產驗證，模具結構設計合理，脫模機構可靠，動作平穩，模具使用壽命長，塑件滑塊分型線漂亮，塑件變形也控制在0.19mm以內，塑件沒出現燒焦，缺膠、縮水凹陷、由于塑件內側面是細花紋而塑件最大脫模角度0.4°，大量生產時偶然輕微拉傷的缺陷，雖然能滿足生產需要，為了改善塑件不拉傷PC透明材料脫模角度在塑件不影響裝配功能盡量大。