金 捷

(沙洲職業(yè)工學(xué)院,江蘇張家港 215600)

1 塑件的工藝性分析

圖1為塑料燈座產(chǎn)品圖,材料為聚碳酸酯,未注公差取M T5級(jí)精度,大批量生產(chǎn)。該塑件的外形為回轉(zhuǎn)體,壁厚均勻,且符合最小壁厚要求。塑件要求外形美觀(guān),色澤鮮艷,外表面沒(méi)有斑點(diǎn)及熔接痕,表面粗糙度可取Ra 0.4μm。而塑件內(nèi)部沒(méi)有較高的表面粗糙度要求。塑件型腔較大,有尺寸不等的孔(如直徑12 mm、4個(gè)直徑10 mm、4個(gè)直徑4.5 mm、4個(gè)直徑5mm),它們均符合最小孔徑要求。在塑件內(nèi)壁有4個(gè)高2.2 mm、長(zhǎng)11mm的內(nèi)凸臺(tái),因此成形后塑件不易取出,需要考慮側(cè)向抽芯裝置。該塑件采用注射成形加工。

2 分型面的選擇

2.1 分型面的選擇

圖1 燈座

該塑件外形要求美觀(guān),無(wú)斑點(diǎn)和熔接痕,表面質(zhì)量要求較高。在選擇分型面時(shí),根據(jù)其選擇原則,考慮不影響塑件的外觀(guān)質(zhì)量以及成形后能順利取出塑件,有兩種選擇方案。其一,選塑件小端底平面作為分型面(圖2a)。選擇這種方案,側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)在定模部分,模具結(jié)構(gòu)需用瓣合式,這樣在塑件表面會(huì)留有熔接痕,同時(shí)增加了模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。其二,選塑件大端底平面作為分型面(圖2b)。采用這種方案,側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)在動(dòng)模部分,模具結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單。所以,選塑件大端底平面作為分型面較為合適。

圖2 分型面

2.2 型腔數(shù)目的確定及注塑機(jī)的選用

根據(jù)塑件形狀及尺寸,采用一模一件的模具結(jié)構(gòu),所以型腔布置在模具的中間。這樣也有利于澆注系統(tǒng)的排列和模具的平衡。考慮外形尺寸及注射時(shí)所需的壓力情況,確定選用江蘇某公司生產(chǎn)的螺桿式注塑機(jī)。

3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機(jī)噴嘴射出后、到達(dá)型腔之前在模具內(nèi)流經(jīng)的通道,它對(duì)于獲得優(yōu)良性能和理想外觀(guān)的塑料制件以及最佳的成形效率有直接影響。

3.1 主流道設(shè)計(jì)

主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具相接觸的部位開(kāi)始,到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道。其截面成圓錐形,錐角 a為2°～6°;表面粗糙度為Ra≤0.8μm;主流道入口直徑d比噴嘴直徑d1約大1mm。

根據(jù)手冊(cè)查得該注塑機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸:

噴嘴球面半徑R0=18mm

噴嘴孔直徑 d0=4mm

模具主流道與噴嘴的關(guān)系:

取主流道球面半徑 R=19mm,取主流道的小端直徑d=4.5mm。

為了便于將凝料從主流道中撥出,將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形,其斜度為1°～3°。經(jīng)換算得主流道大端直徑D=7.5 mm。同時(shí),為了使熔料順利進(jìn)入分流道,在主流道出料端設(shè)計(jì)r=5 mm的過(guò)渡圓弧。

3.2 分流道的設(shè)計(jì)

分流道是熔料從主流道進(jìn)入型腔前的過(guò)渡部分。它的截面形狀應(yīng)盡量使比表面積小,熱量損失小,摩擦阻力小。分流道的的形狀及尺寸與塑件的體積、壁厚、形狀的復(fù)雜程度、注射速率等因素有關(guān)。該塑件的體積較大,但形狀不算太復(fù)雜,且壁厚均勻,可考慮采用多點(diǎn)進(jìn)料方式,縮短分流道長(zhǎng)度,有利于塑件的成形和外觀(guān)質(zhì)量的保證。從便于加工的方面考慮,采用截面形狀為半圓形的分流道。查有關(guān)手冊(cè)得,分流道半徑為5mm。

3.3 澆口設(shè)計(jì)

由于該塑件外觀(guān)質(zhì)量要求較高,澆口的位置和大小應(yīng)以不影響塑件的外觀(guān)質(zhì)量為前提。同時(shí),也應(yīng)盡量使模具結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。根據(jù)對(duì)塑件結(jié)構(gòu)的分析以及確定的分型面的位置,可選擇的澆口主要有潛伏式澆口、輪輻式澆口和點(diǎn)澆口3種(圖3)。

圖3 澆口形式

(1)潛伏式澆口。澆口位置在塑件內(nèi)表面,不影響其外觀(guān)質(zhì)量。但采用這種澆口形式增加了模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。

(2)輪輻式澆口。采用幾股料進(jìn)入型腔,縮短流程,去除澆口時(shí)較方便,但有澆口痕跡。模具結(jié)構(gòu)較潛伏式澆口的簡(jiǎn)單。

(3)點(diǎn)澆口,又稱(chēng)針點(diǎn)澆口或菱形澆口。采用這種澆口可獲得外觀(guān)清晰、表面光澤的塑件。在模具開(kāi)模時(shí),澆口凝料會(huì)自動(dòng)拉斷,有利于自動(dòng)化操作。同時(shí),采用4點(diǎn)澆口進(jìn)料,流程短而進(jìn)料均勻。由于澆口尺寸較小,剪切速率會(huì)增大,塑料黏度降低,提高流動(dòng)性,有利于充模。模具需設(shè)計(jì)成雙分型面,以便脫出澆注系統(tǒng)凝料,增加了模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度,但能保證塑件成形要求。

綜合對(duì)塑料成形性能和澆口的分析比較,確定成形該塑件的模具采用點(diǎn)澆口形式。根據(jù)塑件外觀(guān)質(zhì)量的要求以及型腔的安放方式,進(jìn)料位置設(shè)計(jì)在塑件底部(圖3c)。

4 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 型芯和型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

型芯和型腔可采用整體式或組合式結(jié)構(gòu)。該塑件尺寸較大,最大達(dá)直徑170mm,且形狀復(fù)雜,有錐面過(guò)渡。若采用整體式型腔,加工和熱處理都較困難。所以,采用拼塊組合式,型腔的底部大面積鑲拼結(jié)構(gòu)。但又考慮模具溫度調(diào)節(jié),型芯則采用整體式結(jié)構(gòu)。

4.2 推件方式的選擇

根據(jù)塑件的形狀特點(diǎn),模具型腔在動(dòng)模部分。開(kāi)模后,塑件留在型腔。推出機(jī)構(gòu)可采用推塊推出或推桿推出。推塊推出結(jié)構(gòu)可靠,頂出力均勻,不影響塑件的外觀(guān)質(zhì)量,但塑件上有圓弧過(guò)渡,推塊制造困難;推桿推出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,推出平穩(wěn)可靠,雖然推出時(shí)會(huì)在塑件上留下頂出痕跡,但塑件頂部裝配后使用時(shí)并不影響外觀(guān)。從以上分析得出:該塑件采用推桿推出機(jī)構(gòu)。

4.3 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

該塑件上有內(nèi)凸結(jié)構(gòu),它垂直于脫模方向,阻礙成形后塑件從模具中脫出。因此,成形內(nèi)凸部分的零件必須做成活動(dòng)的型芯,即設(shè)置側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)可采用兩種選擇方案:一是采用斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)(圖4a);二是采用斜銷(xiāo)抽芯機(jī)構(gòu)(圖4b)。

由于該塑件的側(cè)向抽芯距較小,且斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)的模具結(jié)構(gòu)較斜銷(xiāo)抽芯機(jī)構(gòu)的模具結(jié)構(gòu)安裝調(diào)整簡(jiǎn)單、安全可靠且制造方便,故選擇斜滑塊側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。

圖4 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)

圖5 燈座模具總裝圖

4.4 模具總裝圖設(shè)計(jì)

模架的選取應(yīng)綜合考慮型腔的大小與布置、凸凹模結(jié)構(gòu)形式、推出機(jī)構(gòu)、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等方面,盡量選取標(biāo)準(zhǔn)模架。本模具采用了一模一件成形,并采用點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng),利用斜滑塊實(shí)現(xiàn)側(cè)向分型與抽芯,采用推桿推出機(jī)構(gòu)。綜合以上分析,查相關(guān)手冊(cè),選擇A 4型標(biāo)準(zhǔn)模架。塑料燈座模具總裝圖見(jiàn)圖5。

5 結(jié)語(yǔ)

本模具采用斜滑塊側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu),型腔采用拼塊組合式結(jié)構(gòu),型芯采用整體式結(jié)構(gòu),模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便。通過(guò)試模表明,該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,抽芯機(jī)構(gòu)動(dòng)作平穩(wěn)可靠,塑件質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

[1] 王鵬駒,張杰.塑料模具設(shè)計(jì)師手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2] 劉朝福.塑料模具設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010.

[3] 陳志剛.塑料模具設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

[4] 李學(xué)鋒.塑料模設(shè)計(jì)及制造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[5] 屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2007.

[6] 劉書(shū)靈,李松.帶圓環(huán)狀凸筋的塑料外殼注射模設(shè)計(jì)[J].模具制造,2008(6):46-48.