基于塑料盒的家族制塑料模具設計

陳 攀

(閩江師范高等專科學校 福建 福州:350018)

模具是以特定的結構形式通過一定的方法使材料成為制品的一種工具產品,是工業生產的基礎工業裝備。隨著人們生活水平的日益提高,產品研發人員開發了許多新穎的家用電器和日常用品,這些新產品通常由多種不同的塑料配件組成,比如小玩具、耳機等。這些產品尺寸較小,如果使用不同的模具生產這些產品塑料配件,生產周期長,效率低。為了盡可能地縮短整個生產周期,提高效率,降低成本,將整套產品的幾個塑料件放在同一套模具中進行生產,這種由同一套產品的不同塑料件組成的模具稱為家族制模具。家族制模具往往具有型腔尺寸不一致、澆注系統布置非平衡的結構特點,使得熔體很難均衡充滿型腔,從而導致局部模腔充填時間過長、充填不滿、過保壓等,甚至會造成遲滯效應等[1-2],影響產品的裝配關系和外觀質量。因此,在設計家族制塑料模具時,比設計單一產品的模具更加復雜。如今許多電器廠使用家族制模具來生產成套產品的塑料件,設計家族制模具的關鍵在于設計良好的澆注系統和冷卻系統。本文以塑料盒的上蓋和下蓋為例,詳細介紹家族制模具的設計過程,為家族制塑料模具的設計提供一定的參考價值。

1 塑料模設計

1.1 產品結構分析

圖1為塑料盒的三維結構圖,其中圖1a、圖1b分別為上蓋的正、反面,圖1c、圖1d分別為下蓋的正、反面,塑件材質為ABS,塑料盒形狀近似為三角形。上蓋的尾部有一個圓管形結構,上蓋的內壁有4個扣位,及5個圓柱,根據上蓋的結構,選擇內表面5個圓柱的軸線方向為脫模方向,對于內表面的扣位,采用斜頂脫模;對于尾部的圓管,采用滑塊脫模。下蓋的內、外圈都近似于三角形,產品上有若干小孔,外表面比較光滑,內表面有一條筋位和5個圓柱孔,根據下蓋的結構,選擇內表面5個圓孔柱的軸線方向為脫模方向。

圖1 產品圖

1.2 型腔布局

模具為一模四腔,上蓋和下蓋各兩個型腔, 為了保持模具平衡,將4個型腔呈正方形排列,兩個產品分別放在對角位置,其中上蓋的圓管朝外,便于設計滑塊;為了與上蓋分型面的高低方向基本保持一致,防止分型面上出現較大的臺階,將下蓋的尖端朝向模具的兩端[3-4],如圖2所示。

1.3 分型面設計

對于本產品而言,產品的分型線是沿開模方向的最大輪廓曲線,模具的分型面是分型線向周圍擴散創建的曲面。但由于上蓋和下蓋兩個產品的分型線不一致,因此所創建的分型面也不相同。為了將兩個產品的分型面用平滑的方式過渡,用一個斜面將兩個產品的分型面連接起來,并用圓弧曲面過渡,如圖3所示。為了增加定模與動模的定位精度,在分型面的4個角位上設置凸臺,凸臺的側面為5°斜度。為了增加定模與動模的貼合度,除封膠位以外的分型面上設置合模間隙,由封膠面承擔合模力,有利用防止產品產生毛邊[5-6]。

圖3 分型面設計

1.4 滑塊設計

在塑料上蓋的尾部有一個圓管,不能正常脫模,根據產品的結構,采用由斜導柱驅動的滑塊機構脫模,如圖4所示。由于模具的體積較小,空間有限,滑塊的抽芯和斜導柱不在同一水平線上,如圖4a所示。為了保持滑塊運動平衡,在滑塊座上設計彈簧,如圖4b所示,由彈簧協助滑塊運動。由于上蓋的圓管中間還有一支圓管,為了防止產生困氣,在滑塊的抽芯中再鑲一支抽芯,并用滑塊斜面上的耐磨片進行定位,剖面結構如圖4c所示。

圖4 滑塊結構設計

1.5 澆注系統設計

采用三板模結構,分流道為X型,每個產品各有一條分流道。經測量,上蓋的體積和下蓋的體積相差較大。為了保證產品的注塑壓力均勻,在上蓋開設兩個澆口,上蓋的分流道再次分流,由兩條豎直流道引入到型腔中;而下蓋開設一個澆口,下蓋的分流道不分流,用一條豎直流道引入到型腔,如圖5a所示。塑料盒的上蓋和下蓋分別采用彼此獨立的流道進膠,一級流道為豎直流道,二級流道是在分型面上開設的圓形冷流道,用潛伏式澆口進膠。如圖5b所示,在下蓋內圈的分型面上開設分流道,再用2個潛水口從產品內圈的兩側進膠;如圖5c所示,在上蓋圓管滑塊兩側的分型面上各開設一條分流道,再用潛水口進膠,為了防止產品表面出現流痕,將分型面上的流道沿反方向延長,延長部分視為冷料井[7-8]。

圖5 澆注系統

1.6 冷卻系統設計與頂出系統設計

在這套模具中有4個型腔,同時生產兩種不同的產品。為了使同一產品的不同型腔所生產的產品彼此相同,除了型腔完全相同外,冷卻水路的布局也必須相同,這樣才能使同一個產品的不同型腔的模溫相同。冷卻水路的創建方法是先創建其中一個上蓋、下蓋的冷卻水路,再用旋轉的方法,創建另一個上蓋、下蓋的冷卻水路,這樣可以保證兩個型腔的水路完全相同。根據上蓋和下蓋不同的型腔結構設計不同的冷卻水路,其中定模與動模的水路為直通式水路,由于上蓋的型腔體積較大,為了使模溫均勻,在定模上蓋的型腔區域比下蓋的型腔區域多設置一條直通水路,如圖6所示[9-10]。

圖6 冷卻系統

這套模具采用“斜頂+直推+頂筒”的混合頂出系統。對于下蓋,由于其內表面有幾個圓柱孔,為了防止圓柱孔出現困氣現象,采用頂筒頂出,對于圓柱孔的內表面,采用頂筒中的頂針頂出,對于圓柱的膠位,由頂筒套頂出;對于下蓋的其他位置,采用直頂桿頂出。對于上蓋內表面的扣位,采用斜頂機構頂出,對于上蓋的其他位置,采用直頂桿頂出[11-12],模具的頂出機構如圖7所示。

圖7 頂出機構

1.7 模具總體結構

模具采用三板模結構,采用冷流道澆注系統,一模四型,產品上的圓管采用由斜導柱驅動的滑塊,模具總體結構如圖8所示。

圖8 模具總體結構

模具的工作過程:注塑完成后,模具首先在定模座板20與推料板19處分開,即在L1處分開,分開距離為8mm后,完成第一次開模;然后在推料板19與定模板18處分開,即在L2處分開,分開距離為150mm后,完成第二次開模;最后動模板9與定模板18處分開,即在L3處分開,完成第三次開模。在動模與定模分開的過程中,斜導柱15驅動滑塊14分模。當動模與定模完全分開后,注塑機推動模具的頂出機構運動,此時推桿8、斜頂10、頂筒31推產品脫模,產品完全脫模后,模具開始復位,復位過程與開模過程完全相同。

2 總結

本文以某塑料盒的上蓋和下蓋為研究對象,分析了塑料盒的上蓋和下蓋的結構特點,針對塑料盒上蓋和下蓋的尺寸較小,并且形狀相對簡單的特點,將兩個塑料件放在同一套模具中,形成家族制模具。由于上蓋需要用滑塊脫模,而下蓋不需要,為了使模具受力平衡,采用一模四腔,呈正方形布局,相同的產品放在對角線上;為了克服產品上的注塑缺陷,采用多點進膠的潛水式澆口澆注系統;為了維持澆注系統的壓力平衡,由于上蓋的體積大,采用兩個豎直澆口,下蓋的體積小,采用一個豎直澆口,為了配合這個澆注系統,采用三板模結構。由于上蓋和下蓋的分型面不一致,將兩個產品的分型面用斜面連接,并用圓弧曲面過渡,以消除分型面上的拐角等結構。為了使模溫均勻,針對上蓋和下蓋兩個不同的型腔結構,設計不同的冷卻水路,并且設計了兩套完全相同的、獨立的冷卻水路。針對上蓋的圓管結構,采用斜導柱+滑塊的機構脫模,針對產品內表面的圓柱孔,為了防止出現困氣現象,采用頂筒結構脫模。針對產品內表面的扣位,采用斜導柱脫模[13]。經批量生產驗證,該模具結構合理,產品穩定。為家族制塑料模具的設計提供了較好的技術參考。