某摩托車發動機進氣歧管二次抽芯注塑模具設計

劉慶東

（廣州工程技術職業學院機電工程學院，廣州 510075）

0 前言

隨著設計軟件的功能日益強大，塑件結構趨于復雜化，塑件的脫模也愈加困難。許多塑件脫模時不僅需要抽芯，有時還需要二次抽芯。由于產品結構的多樣性，二次抽芯機構也具有多樣性。通常在兩種情況下需要設計二次抽芯機構：（1）塑件有阻礙抽芯的結構，一次抽芯無法抽出。一次抽芯抽出阻礙抽芯的結構，二次抽芯抽出阻礙脫模的結構。（2） 塑件的抽芯部位包緊力大，一次抽芯會會損壞塑件。二次抽芯的目的是為了減小抽芯力，以免抽芯時損壞塑件［1］。

1 塑件工藝性分析

如圖1所示，川崎摩托車發動機進氣歧管為一形狀不規則的塑件。塑件的結構特點是有4條彎曲的管道（兩端孔口夾角為63.53 °），側面有1條直管，一端4個孔口有與之相通的階梯孔。塑件外形尺寸為424 mm×256 mm×111 mm（形狀不規則，指塑件在模具中所占的空間尺寸），材料為玻璃纖維含量為30 %的增強聚酰胺6（PA6-GF30），收縮率為0.5 %。塑件不允許有表面缺陷。

圖1 塑件結構Fig.1 Part structure

如圖2所示，分型面選在塑件最大輪廓處，由于塑件形狀不規則，所以分型面為曲面分型面。由于彎管兩端不垂直，選擇如圖2所示方位可減少抽芯部位，且可以簡化抽芯結構。如圖2（a）所示，塑件右側彎管端部及端面凹位需要抽芯，由于彎管內還有一斜孔阻礙抽芯，故此處需要二次抽芯。側面的直管由于是深孔，且側型芯內外包覆，抽芯力大，為防止抽芯時損壞塑件，此處也需要二次抽芯。如圖2（b）所示，塑件右側面有凹凸結構，此處需要抽芯；另外，塑件左側有一與脫模方向傾斜的柱位，也需要抽芯。

圖2 分型面Fig.2 Parting surface

2 模具結構設計

2.1 總體設計

如圖2（a）所示，塑件右側需要二次抽芯，一次抽芯抽出彎孔內的斜孔（在模具內是水平方向），二次抽芯抽出彎孔內的型芯。一次抽芯的力不大，可采用斜導柱驅動，二次抽芯的力較大，且滑塊與水平方向呈26.47 °，故采用液壓缸驅動。因為斜孔是階梯孔，且大端在另一端，所以斜孔另一端也需要抽芯，可采用動模側的斜頂抽芯。側面的直管需要二次抽芯，可采用斜導柱驅動小型芯作一次抽芯，再驅動大滑塊作二次抽芯。如圖2（b）所示，塑件右側需要抽芯，由于滑塊較大，故采用液壓缸抽芯。塑件左側柱位可采用定模側的斜頂抽芯。

塑件體積較大需要多點進膠，故澆注系統可采用點澆口在產品表面進膠，選用彎管內部和外露隱蔽部位作為澆口，可滿足外觀要求。考慮到塑件體積較大，采用1模1腔的結構。

推出機構可采用頂針作為推出元件，由于頂針作用在非外觀面，不會影響塑件的外觀質量，而且結構簡單、成本低。

塑件體積較大且較厚，為提高冷卻效果，冷卻系統采用在型腔周圍多設計冷卻水道，且所有滑塊都設計冷卻水道。

模具外觀見圖3。

圖3 模具外觀Fig.3 Appearance of the mould

2.2 成型零件設計

如圖4所示，由于塑件結構復雜，為了方便加工、維修，動模仁、定模仁在外觀面的成型上采用整體式結構，在非外觀面的成型上采用鑲拼式結構，這樣既保證了外觀面的質量，又兼顧了加工、維修的方便性。為排出型腔內的氣體，在定模仁一側分型面上設計了排氣槽，另外，還可通過頂針、鑲件、側型芯排氣。為保證塑件外觀面的質量，外觀面采用整體結構的側型芯成型。由于分型面為曲面，注射成型時會產生較大的側向力，為了提高了合模時的定位精度以及承受注塑時產生的側向力，在動模仁、定模仁的四角設計了用于內模原身定位用的虎口，在A、B板的四角也設計了定位用的虎口。

圖4 定模仁和動模仁Fig.4 Cavity and core insert

2.3 澆注系統設計

如圖5所示為澆注系統。由于產品尺寸和壁厚均較大，模具采用點澆口，多點進膠。澆口位置選擇非外觀面和外觀隱蔽處，滿足客戶的外觀要求，經模流分析（Moldflow）軟件分析，可滿足成型要求。

圖5 澆注系統Fig.5 Gating system

2.4 抽芯機構

如圖6所示為模具抽芯機構。本模具有5組抽芯機構，分別為塑件正面的抽芯機構、塑件背面的斜向二次抽芯機構、塑件側面的二次抽芯機構、定模一側的斜頂抽芯機構、動模一側的斜頂抽芯機構。

圖6 抽芯機構Fig.6 Slides

如圖3所示，模具需要4次分型，其開模過程為：扣機1、扣機2分別鎖住分型面PL3和分型面PL4。開模時，在壓縮彈簧的作用下，首先打開分型面PL1，拉斷澆口，使澆道凝料和塑件分離。PL1打開的同時，澆道凝料被拉出流道，PL1用于取出澆道凝料。PL1打開一定距離后，分型面PL2打開，澆道凝料和水口勾針、澆口套分離。PL2打開一定距離后，扣機1解鎖，PL3打開，定模一側的斜頂完成抽芯。PL3打開一定距離后，扣機2解鎖，PL4打開，取出塑件。由于模具分型面有開模順序和距離的要求，該模具有一套順序定距分型機構，控制開模順序的零件是壓縮彈簧、水口勾針、扣機1、扣機2，分型面的打開距離則由定距拉桿限定。

2.4.1 斜導柱二次抽芯機構

塑件側面為斜導柱二次抽芯機構（圖6），其結構如圖7所示。該處有一個很長的通孔和一個螺柱，滑塊的抽芯位置是通孔和螺柱。抽芯時由于孔和螺柱強大的包緊力，成型部位很難脫模，容易造成塑件變形或損壞。二次抽芯機構通常是在大滑塊中做小滑塊，抽芯時小滑塊先運動，運動一段距離后大滑塊再運動，從而完成二次抽芯［2］-［3］。為此，該模具在大滑塊中間設計了一個小滑塊，將成型通孔的型芯固定在小滑塊上，再將大滑塊的斜導柱孔加工成長圓孔避空，開模時，由于長圓孔的原因，大滑塊將延遲運動，斜導柱先驅動小滑塊抽出成型通孔的型芯，消除通孔對型芯的包緊力，當斜導柱同時接觸到2個滑塊時，2個滑塊同時運動，完成全部抽芯。當大滑塊開始抽芯時，塑件對它的包緊力已經變的很小了，避免了抽芯時損壞塑件。

圖7 斜導柱二次抽芯機構Fig.7 Angle pin for two-step core-pulling

設計這種機構時需注意以下幾個問題：（1）斜導柱的驅動力要足夠，否則要使用液壓缸；（2）內部的小滑塊在向后抽芯時，必須要有安全的定位機構，如圖8所示的限位螺釘；（3）大滑塊的延遲動作必須安全可靠。

圖8 斜導柱＋液壓缸二次抽芯機構Fig.8 Angle pin and hydraulic cylinder for two-step core-pulling

2.4.2 斜導柱+液壓缸二次抽芯機構

塑件背面為斜導柱+液壓缸二次抽芯機構（圖6），其結構如圖8所示。該處是因為彎管內有斜孔，一次抽芯無法抽出，故先抽出斜孔內的型芯，再將整個型芯一起抽出。該二次抽芯機構同樣設計為在大滑塊內做小滑塊，小滑塊用于彎孔內斜孔的抽芯，大滑塊用于彎孔的抽芯。抽芯動力方面，小滑塊靠開模動力，斜導柱驅動。大滑塊由于質量大，且與水平方向呈26.47 °角，用斜導柱驅動不夠力，故采用液壓缸驅動。開模時，斜導柱驅動小滑塊抽出斜孔內的型芯。開模后，液壓缸驅動大滑塊抽出彎孔內的型芯。產品頂出時，動模側斜頂抽芯機構運動，抽出斜孔內另一端型芯（斜孔是階梯孔，大端在另一端）。

2.4.3 定模側斜向抽芯機構

定模側抽芯機構設計的難點是沒有抽芯動力。解決方法是：（1）對于小行程的定模抽芯，使用彈簧作為動力；（2）對于抽芯行程較大和抽芯力較大的模具，彈簧無法滿足需要，可使用機械式扣機或液壓缸。基于外加彈簧不可靠，外加液壓缸體積大且成本高，本模具利用開模動力，采用斜頂機構實現定模側的斜向抽芯。設計定模側斜頂機構要掌握3個要點：（1）斜頂的導向機構；（2）斜頂的頂出動力來源；（3）斜頂的復位機構。目前所見的定模側斜頂機構多采用在定模側設計頂針板用于固定斜頂座，以彈簧作為動力［1］。

如圖9所示，本模具是點澆口，模架為簡化細水口模架。如果將斜頂座直接固定在水口推板上，由于水口推板與A板間是用來脫澆道凝料的，開距較大，斜頂會脫離導向塊無法復位。為了實現定模側的斜向抽芯，在水口推板和A板間增加了一塊板用于固定斜頂座，該板與A板之間可分離，利用開模動力，在該板與A板分離時，使斜頂（型芯）與塑件間產生斜向相對運動從斜孔中抽出完成抽芯，合模時斜頂（型芯）在斜頂座的推動下復位。該結構簡單實用，效果理想。

圖9 定模側斜向抽芯機構Fig.9 Inclined core-pulling on stationary half

2.5 推出機構

如圖10所示，本模具采用頂針推出機構，作用面為塑件非外觀面，塑件的脫模力較小，能夠滿足產品表面品質的要求。

圖10 推出機構Fig.10 The ejector

2.6 冷卻系統

冷卻系統如圖11所示。塑件結構為不規則形狀，體積和壁厚大，冷卻時釋放的熱量多，要求冷卻效果好。設計冷卻系統時，在定模仁、動模仁、斜頂座固定板、水口推板、抽芯滑塊上均設計了冷卻水道。為提高冷卻效果，除了在型腔周圍盡可能多布置冷卻水道外，在定模仁和動模仁上設計了密集的隔水片式冷卻水道。

圖11 冷卻系統Fig.11 Cooling system

2.7 模架

因為本模具是點澆口，所以選用簡化細水口模架。為了實現定模側斜頂抽芯，增加了一塊斜頂座固定板。A、B板的長、寬分別為750、700 mm，A、B板的厚度分別為210、250 mm，模具厚度為816 mm。

3 試模結果

根據前文設計制造出的注塑模具經過試模，現已投入批量生產，制造的產品經檢驗符合設計要求，塑件品質穩定。表明本文所設計的注塑模結構合理，動作可靠，可滿足生產要求。

4 結論

（1）二次抽芯機構通常可設計為在大滑塊內做小滑塊，利用開模動力，采用斜導柱驅動，小滑塊的斜導柱孔設計為圓孔，大滑塊的斜導柱孔設計為長圓孔；開模時斜導柱先撥動小滑塊作一次抽芯，小滑塊運動一段距離后撥動大滑塊一起作二次抽芯，如果斜導柱不夠力則二次抽芯可采用液壓缸驅動；

（2）定模側的斜頂抽芯可采用增加一塊板固定斜頂座的方法實現，利用開模動力，將斜頂座固定板和A板分離產生的運動轉化為斜頂的斜向運動，從而實現抽芯，模具必須設計順序定距分型機構控制開模順序和開模距離。