接頭保護(hù)套模具的設(shè)計(jì)

陳智勇，黃仲庸，吳光明

東莞市高技能公共實(shí)訓(xùn)中心 廣東東莞 523466

1 序言

注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，內(nèi)部卡位脫模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，特別是針對(duì)一模多穴且表面質(zhì)量要求較高的外觀件，在保證表面質(zhì)量的同時(shí)，需要采用合理的脫模結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)制脫模，并保證模穴的數(shù)量以提高效率。本文以一套一模多穴接頭保護(hù)套注射模具為設(shè)計(jì)案例，介紹一種新穎的注射模強(qiáng)制脫模結(jié)構(gòu)，做到了結(jié)構(gòu)可靠且兼顧效率。

2 塑件工藝分析

接頭保護(hù)套產(chǎn)品2D工程圖如圖1所示，零件外觀尺寸為φ19mm×28mm，材料為PE，收縮率2.5%。技術(shù)要求有兩點(diǎn)：一是產(chǎn)品整體表面飛邊在0.05mm以下；二是一般公差按0.15mm標(biāo)準(zhǔn)判定。塑件的曲面過(guò)渡圓滑，表面質(zhì)量要求較高。塑件頂部分別刻有數(shù)字“1～24”，字體大小1.5mm，凸起高度0.1mm。零件外形尺寸不大，結(jié)構(gòu)也不算復(fù)雜，難點(diǎn)是塑件內(nèi)部有一個(gè)環(huán)狀內(nèi)凸卡位，頂部有一個(gè)φ1mm的小孔，該特征為脫模帶來(lái)了較大的困難。

圖1 保護(hù)套產(chǎn)品

3 分型面與型腔布局的選擇

3.1 分型面的選擇

選擇分型面時(shí)，一般選擇塑件截面尺寸最大的的位置，以使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，從而降低成本。如圖2所示，橫截面尺寸最大的位置有兩處——截面1與截面2。由于截面1的位置與圓弧面光滑過(guò)渡，為了避免在分型面處出現(xiàn)溢料而產(chǎn)生飛邊，降低后模芯的加工及裝配的難度，所以選擇截面2作為分型面。

圖2 分型面的選擇

3.2 型腔布局

根據(jù)客戶要求，產(chǎn)品為電器上的保護(hù)套，分為24組，需要頂部刻有數(shù)字“1～24”以進(jìn)行區(qū)分，所以要在前模型腔中加工24個(gè)不同的數(shù)字。使刻有24個(gè)不同數(shù)字的塑件在型腔中均勻分布，如圖3所示。

圖3 塑件的型腔布局

4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式有很多種，從圖3塑件的型腔布局來(lái)看，只有側(cè)澆口和點(diǎn)澆口兩種進(jìn)膠方式能滿足要求。此套模具中，若使用側(cè)澆口進(jìn)膠，選用二板模即可，但是會(huì)使模具的尺寸變大，并且在分型面處會(huì)在產(chǎn)品側(cè)面留下很明顯的澆口痕跡，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量。若使用點(diǎn)澆口，則選用三板模，從產(chǎn)品的上表面進(jìn)膠，會(huì)在表面上形成輕微的凹坑，但在不影響字碼的情況下，并不影響產(chǎn)品的外觀要求，因此選用點(diǎn)澆口進(jìn)膠最為合適。

分流道的布局方面，盡可能選擇平衡式的布局。由于該模具的塑件數(shù)量較多，同時(shí)要滿足塑件間的合理距離以保證散熱速度、模具的結(jié)構(gòu)尺寸等問(wèn)題。因此，該模具分流道選擇綜合式（輻射＋H形）的布局形式最為妥當(dāng)，使流道排列緊湊，對(duì)稱平衡，流道設(shè)計(jì)如圖4所示。

開(kāi)模時(shí)，產(chǎn)品自動(dòng)掉落，點(diǎn)澆口廢料由機(jī)械手取出。

5 頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由圖1可知，產(chǎn)品的壁厚只有1mm，深度為25mm，且產(chǎn)品內(nèi)圈有一圈內(nèi)倒扣。在生產(chǎn)過(guò)程中，塑件在收縮的影響下產(chǎn)生很大的包緊力，加大了脫模難度。考慮到塑件的壁薄、腔體較深，若利用頂桿頂出，單位面積上的壓力較大，力分布不均勻，塑件容易變形、損壞，因此不考慮頂桿頂出。因?yàn)楫a(chǎn)品材料為PE，適合采用強(qiáng)制脫模的機(jī)構(gòu)頂出脫模，所以這里選用的是頂管二次頂出機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。在頂出時(shí)能保證頂出力均勻，不會(huì)在產(chǎn)品底部出現(xiàn)明顯的頂出痕跡。

圖5 頂管二次頂出機(jī)構(gòu)

6 冷卻及排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.1 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于該模具塑件產(chǎn)品多，在布置冷卻水路時(shí)，應(yīng)盡可能使冷卻管道到各處型腔表面的距離相等，冷卻介質(zhì)的冷卻路線相等，降低入水口和出水口的溫差。同時(shí)還要考慮加工工藝、密封等方面的問(wèn)題。

本套模具采用的水路結(jié)構(gòu)如圖6所示。為了提高澆注系統(tǒng)的冷卻效率，在澆口板內(nèi)也適當(dāng)?shù)夭贾昧死鋮s水路。考慮到塑件的型芯由頂管頂出機(jī)構(gòu)的型芯代替，將型芯中間挖空，并安裝螺旋式分流板，設(shè)計(jì)水井結(jié)構(gòu)進(jìn)行冷卻，以優(yōu)化塑件內(nèi)部的冷卻效果，提高生產(chǎn)效率。

圖6 水路結(jié)構(gòu)

6.2 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

排氣系統(tǒng)的作用是在注射過(guò)程中，將型腔中的氣體有序而順利地排出型腔外，避免塑件產(chǎn)生氣泡、疏松等缺陷。由于分型面在塑件的中間截面位置，為了避免產(chǎn)生飛邊，需要控制好排氣槽的深度。塑件的材料為PE，排氣槽的深度為0.2mm即可。注射過(guò)程中，熔融的塑料從頂部向底部流動(dòng)，塑料流體末端也要考慮排氣，該模具的型芯末端設(shè)計(jì)有頂管頂出機(jī)構(gòu)，頂管與型芯之間加工精度高、間隙小、耐磨性好，可進(jìn)行排氣，且不易產(chǎn)生飛邊。

7 成型零件設(shè)計(jì)

模具成型零件的結(jié)構(gòu)如圖7所示。此套模具的設(shè)計(jì)壽命為100萬(wàn)次，模具模架選擇LKM，前模、后模及鑲件都選用高強(qiáng)度NAK80模具鋼。

圖7 模具成型零件結(jié)構(gòu)

前模采用局部鑲拼結(jié)構(gòu)，成型孔鑲件2的成型塑件頂部有φ1mm的小孔，為易損件，將其設(shè)計(jì)成鑲件，安裝在前模型芯中，不會(huì)對(duì)塑件脫模產(chǎn)生影響。

綜合考慮后模型芯冷卻及頂出結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)后模頂桿承擔(dān)后模型芯的作用，通過(guò)頂管將塑件頂出，如圖8所示。

圖8 后模設(shè)計(jì)

8 模具開(kāi)模工作過(guò)程

模具3D結(jié)構(gòu)如圖9所示，模具開(kāi)模過(guò)程如圖10所示。

圖9 模具3D結(jié)構(gòu)

圖10 模具開(kāi)模

1）開(kāi)模時(shí)，在彈簧3和開(kāi)模力的作用下，首先在分型面Ⅱ處分型。主流道凝料在水口拉針的作用下拉離模具型腔。

2）前模板打開(kāi)，在拉桿5限制距離后，暫停運(yùn)動(dòng)。隨后，拉動(dòng)脫料板9在分型面Ⅰ處開(kāi)始第二次分型。水口凝料脫離澆口套主流道，且水口針倒扣部分被強(qiáng)行從流道膠料中拉出。此時(shí)水口凝料完全處于自由狀態(tài)，有利于后續(xù)機(jī)械手取出水口凝料（取料在產(chǎn)品完成頂出后的穩(wěn)定狀態(tài)下進(jìn)行）。在限位螺釘6的作用下，脫料板9停止運(yùn)動(dòng)，完成第二次分型。

3）在開(kāi)模力繼續(xù)作用下，模具在分型面Ⅲ處開(kāi)始第三次分型，在拉板2行程的限制下，模具完成第三次分型。后模塑膠件的包緊力和倒扣的作用力將產(chǎn)品留在動(dòng)模型腔，便于頂出機(jī)構(gòu)頂出產(chǎn)品。

4）注塑機(jī)頂棍頂動(dòng)頂板墊塊。頂板墊塊與第一組頂針板連接，第一組頂針板通過(guò)鎖板掛鉤與第二組頂針板連接。第一組頂針板帶動(dòng)第二組頂針板一同向前頂出。完成第一次頂出過(guò)程。

5）當(dāng)產(chǎn)品頂出后模型腔為強(qiáng)制脫扣留下足夠變形空間后，鎖板掛鉤打開(kāi)。由于頂桿型芯固定在第二組頂針板上，所以此時(shí)第二組頂針板和頂桿型芯同時(shí)停止運(yùn)動(dòng)。頂出推管固定在第一組頂針板上，第一組頂針板帶動(dòng)頂出推管繼續(xù)向前頂出。直到塑膠產(chǎn)品脫離頂桿型芯，完成頂出。二次頂出機(jī)構(gòu)如圖11所示。

圖11 二次頂出機(jī)構(gòu)

6）在彈簧22的作用下，頂出機(jī)構(gòu)復(fù)位。隨后注塑機(jī)合模，準(zhǔn)備進(jìn)入下一注塑周期。

9 結(jié)束語(yǔ)

本案例模具總體結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，采用細(xì)水口點(diǎn)進(jìn)膠、螺旋式水井冷卻和推管二次頂出等高效合理結(jié)構(gòu)，保障了模具開(kāi)合動(dòng)作的穩(wěn)定可靠，較好地解決了本產(chǎn)品薄壁深腔、高表面質(zhì)量的塑件產(chǎn)品要求。對(duì)于這種內(nèi)圈倒扣的產(chǎn)品，若設(shè)計(jì)內(nèi)縮模具結(jié)構(gòu)，會(huì)造成內(nèi)縮結(jié)構(gòu)復(fù)雜且占用空間大，極大地縮減模穴數(shù)量，嚴(yán)重降低模具制造的經(jīng)濟(jì)性和后續(xù)注塑生產(chǎn)效率，不適用于本類產(chǎn)品。由于PE塑料的軟質(zhì)特性，通過(guò)對(duì)比多種模具結(jié)構(gòu)方案，確定該推管強(qiáng)脫結(jié)構(gòu)最優(yōu)，極大地降低了模具制造成本，提升了注塑生產(chǎn)效率。經(jīng)注塑生產(chǎn)驗(yàn)證，成型件達(dá)到設(shè)計(jì)技術(shù)要求，可為同類型模具設(shè)計(jì)提供參考。