工控機探頭罩氣頂內收脫模注塑模設計

李瑞娟 劉恒

（柳州職業技術學院，廣西 柳州，545006）

圓筒形薄壁塑件注射成型的模具設計有以下要求：1）型腔、型芯成型件的結構強度要好，加工精度要求相對比較高，裝配閉模后型芯面與型腔面之間的相對距離要能保證塑件獲得均勻壁厚［1-2］；2）成型后塑件內壁的包緊力比較大，除了采用推板形式進行推出脫模外，還需結合塑件結構特點附加其他的輔助脫模形式，以保證塑件無損脫模；3）塑件內壁如有側抽芯脫模需要，脫模機構應簡化，以保證型芯內有足夠空間開設冷卻水路，避免因冷卻不均而造成塑件內壁更大的包緊殘余應力，使塑件脫模更困難［3-4］。

澆注系統均衡開設是保證薄壁塑件模腔填滿的關鍵所在。對于容易充填的小型模腔，一般使用單點點澆口澆注；對于中大型模腔，一般需在塑件外壁圓周上設置3點以上點澆口澆注。以下結合某工控機感應探頭罩塑件的成型需要，設計了一副帶氣頂頂出機構和四面內收側抽芯機構的三板式點澆口注塑模具，模具中使用了一種T型槽驅動內收抽芯機構。同時，為保證塑件順利脫模，除使用推板推出方式進行完全脫模外，模具中還設置有氣輔頂出，以降低塑件脫模變形程度。

1 塑件結構及成型工藝分析

1．1 塑件結構

圖1 是感應探頭罩示意。塑件平均壁厚1．8 mm，深度與厚度之比為53．3∶1．0，屬于典型的圓筒形薄壁塑件。均勻設置的4個圓凹特征部位在卡殼內壁上的側面深度為1．0 mm。塑件為質量分數20%玻璃纖維改性聚碳酸酯（PC）材料，其收縮率為0．53%。

1．2 成型工藝分析

塑件成型難點：1）模腔均勻注塑；2）塑件獲得均勻壁厚；3）塑件內壁的均衡脫模；4）卡殼內壁4個圓凹特征的脫模；5）內外壁的均衡冷卻。因此，模具設計時采取的對策包括：1）使用單點點澆口從塑件頂端幾何中心點進行澆注，且充填末端均衡開設排氣縫隙；2）型腔、型芯成型件采用整體式鑲件，使用高精度數控加工機床，模架使用2套8副導柱機構保證型腔、型芯成型件的閉合精度和閉合后的均勻腔厚；3）使用底邊周邊推板推出方式和內壁氣頂輔助頂出方式進行塑件的完全脫模；4）使用一種四面導槽內收機構針對4個圓凹特征進行脫模，以保證型芯有足夠空間開設冷卻管道；5）型腔、型芯成型件均開設冷卻管道，確保內外壁都能獲得有效冷卻。

2 模具結構設計要點

2．1 模腔布置

鑒于塑件外壁無需使用側抽芯機構的特點，模腔布置采用一模兩腔方式，如圖2所示。模腔分型面選擇設置在卡殼特征的下底最大外邊沿線。所分型出的定模模腔使用一個整體式型腔鑲件。單個模腔周邊設置了4條排氣通道，排氣縫隙厚度為0．02 mm，采用斜坡邊過渡斜邊向排氣槽通氣。

2．2 澆注系統

圖3是型芯成型件示意。如圖3所示，點澆口開設于模腔頂端正中央，澆口使用Ф1．0 mm點澆口，流道盡可能短，垂直流道使用大尺寸錐孔型流道，高度8．6 mm，使用澆口襯套式主澆道，高度45．0 mm，水平流道使用U型截面流道，截面尺寸為10．0 mm×8．0 mm。水平流道末端使用圓錐形拉料槽，保證拉料桿形成足夠拉力的同時，能有效防止料流前鋒冷料堵塞點澆口。

2．3 成型件設計

成型件組成如圖4所示。從圖4可以看出，型腔鑲件通過兩邊所設置掛臺特征安裝在定模板上。推板鑲件安裝在動模推板上，用于對塑件底端的邊緣進行成型和頂出脫模。型芯鑲件通過螺釘緊固方式安裝在動模板上，2根氣頂桿分別安裝在型芯鑲件對應的氣頂桿孔內，4個圓凹型芯分別由4個內收抽芯機構的滑塊驅動，可在型芯鑲件內開設的4個型芯孔內滑動。考慮到材料中添加有質量分數20%的玻璃纖維，成型件材料使用德國葛利茲1．2083 VICTORY ESR合金鋼（氣頂桿使用T8A工具鋼除外）。考慮到強度和加工難度因素，推板鑲件與型芯鑲件采用拼合形式進行組合。4個圓凹型芯采用圓柱型芯形式有利于保證型芯鑲件的整體強度。成型件安裝示意見圖5。

如圖5所示，型腔鑲件內，針對單腔模腔開設4條圓環水路進行冷卻，型芯鑲件內的空間只夠開設一條井式水路進行冷卻。

2．4 脫模機構

塑件需要使用3個脫模機構按次序完成：4個圓凹型芯的內收同步先抽芯機構；推板鑲件的推出機構；氣頂輔助頂出脫模機構。

1）圓凹型芯的內收同步先抽芯機構。內收同步先抽芯機構［5-6］示意及其工作原理如圖6所示。

由圖6（a）可知，機構由一個四槽驅動塊和4組內收滑塊組成。以其中一組內收滑塊為例，如圖6（b）所示，圓凹型芯的前端插入型芯鑲件孔內，其尾端則緊固安裝在內收滑塊上；型芯鑲件通過螺釘緊固安裝在動模板上，其內設置用于容納4個內收滑塊的空腔，保證內收滑塊可以在型芯鑲件的內腔內沿圓凹型芯的軸中心方向移動；內收滑塊的一側設置有T型導軌，其可在四槽驅動塊上對應的T型槽內滑動。當動模墊板和動模板之間打開時，動模墊板往下運動，其與動模分離，從而四槽驅動塊可通過其上的4個T型槽驅動4個內收滑塊做同步的內收移動，帶動4個圓凹型芯與塑件上對應的4個圓凹特征分離。四槽驅動塊上4個T型槽的斜度設置為5°，只需下行20．0 mm即可保證4個圓凹型芯的抽芯動作完成。

2）推板鑲件的推出機構。圖7是推板和氣頂輔助脫模機構。

由圖7可知，該推出機構主要利用模具頂針板上的復位桿推動動模推板頂出，動模推板再帶動推板鑲件將塑件從型芯鑲件上頂出來實現其脫模功能，其結構與一般的推板推出機構相同。所不同的是，因塑件壁薄，通過單一的推板推出機構難以保證塑件從型芯鑲件上無損脫模，需增加一個氣頂輔助頂出脫模機構以實現塑件的完全脫模。

3）氣頂輔助頂出脫模機構。該機構（見圖7）在型芯鑲件中設置有2組，以其中一組為例，其構成包括氣頂桿、彈簧、墊環及密封圈，氣頂桿上設置有螺旋氣槽。該機構起到2個作用：高壓氣體會使塑件產生彈性變形而脹大，從而驅動塑件內壁與型芯鑲件的外壁分離，降低塑件被推板鑲件推出時的摩擦阻力；高壓氣體能均衡地將塑件往上推，為塑件從型芯鑲件上的脫離提供部分脫模力。

3 模具結構及工作原理

模具結構如圖8所示。模具的定模部分按通用型三板結構進行設計，而動模部分則需結合機構件的動作要求來進行設計，因此動模部分除動模板5外，增設了動模推板4和動模墊板6。動模推板4用于安裝推板鑲件14后推動塑件從型芯鑲件13上脫模；動模墊板6用于安裝四槽驅動塊19，以驅動4個圓凹型芯20完成先抽芯動作。

模具增加動模推板4、動模墊板6后，具備5次開模功能。模具動作順序：開模時，動模按K方向下行，在動模板彈簧24撐開下，模具在第I開模面處打開，四槽驅動塊19驅動4個圓凹型芯20完成先抽芯動作。繼續下行時，模具在第II開模面處打開，完成流道與塑件分離。再繼續下行時，模具在第III開模面處打開，脫料板2將流道廢料從拉料桿上推出，保證其自動脫模。隨著動模的繼續下行，定模板3被小拉桿21、定模板拉桿22拉住，不能繼續跟隨下行，因此模具只能在第IV開模面處打開，塑件從型腔鑲件15的腔內脫出，留于型芯鑲件13上。動模下行一定距離后，頂針面板9和頂針推板10被注塑機的頂輥頂住，維持在E面位置不動，不能繼續下行，該兩板將通過復位桿25頂住動模推板4及推板鑲件14，使其保持停止狀態，不跟隨動模板5繼續下行，從而能托住塑件不再使其粘附于型芯鑲件13上，塑件完全退出脫模，對應的開模面為第V開模面。在此動作開始的同時，注塑機氣動機構開啟，向動模推板4的氣道內加注高壓氣體，輔助塑件從型芯鑲件13上脫模。模具閉合時的復位過程按照開模面的順序為V→IV→III→II→I。

4 結論

a） 圓筒形薄壁塑件的成型件需使用整體式結構，使用中央單點點澆口澆注，以保證塑件的成型壁厚均勻。

b） 圓筒形薄壁塑件的完全脫模使用外邊沿推板推出方式最為合適，必要時增設氣動頂出機構來輔助推出機構頂出，以避免塑件脫模失敗。

c） 針對塑件內壁圓凹槽的脫模，使用四面槽驅動塊驅動內收同步先抽芯機構來實現成型和脫模，能有效簡化模具結構，降低模具制造成本；增設動模推板和動模墊板，使模具具備5次開模功能，保證塑件順利生產。