朱朝暉，劉進明，繆玉芳

（1.蘇州大學，江蘇蘇州215137；2.蘇州微研科技有限公司，江蘇蘇州 215006）

基于二次頂出采用斜刃凸模精確沖切進料口精密注塑模具的設計

朱朝暉1，劉進明1，繆玉芳2

（1.蘇州大學，江蘇蘇州215137；2.蘇州微研科技有限公司，江蘇蘇州 215006）

對于技術要求較高的精密塑料產品，因所使用的材料強度較大，產品注塑時采用側向進料口進料，成形后澆注系統(tǒng)剪切困難，且易損壞產品和澆注系統(tǒng)，達不到客戶的要求。利用注塑模具二次頂出，借用沖壓模具原理，設置斜刃凸模精確沖切進料口，從而實現塑料產品和澆注系統(tǒng)的精確分離，確保產品外觀、尺寸精度及形位公差的要求。

二次頂出；斜刃凸模；精確沖切；進料口；精密注塑模具

注塑模具澆注系統(tǒng)通常包含主流道、分流道、冷料穴和進料口。其中，進料口一般可分為中心進料口、點狀進料口、側向進料口和潛伏式進料口四大類。在產品注塑結束后，需將產品和澆注系統(tǒng)分離。通常，采用點狀進料口和部分潛伏式進料口的設計，能使產品和澆注系統(tǒng)進行自動分離；而采用中心、側向進料口和其余部分潛伏式進料口的設計，在產品注塑結束后，多采用人工進行二次剪切加工分離產品和澆注系統(tǒng)，由于增加了生產工序，使產品成本相應提高。為了提高效率、降低成本，對一些大中型模具可采用熱流道系統(tǒng)設計，這樣既能減少剪切澆口工序，又能節(jié)省澆注系統(tǒng)塑料材料。但熱流道系統(tǒng)價格昂貴，多用于大中型模具，如汽車保險杠；對一些尺寸不大、且采用側向進料口進料的產品，在模具設計時需巧妙構思，才能在產品注塑過程中實現產品和澆注系統(tǒng)的剪切分離。

1 產品分析

本例中的塑料產品為數碼相機支架蓋，產品尺寸精度要求控制在0.005 μm，同時對平面度、中心孔的圓度都有嚴格要求。根據產品技術要求，模具設計采用一模一腔，一處側向進料口進料（圖1）。

圖1 支架蓋

該塑料產品材料為POM（聚甲醛），它是一種無側鏈、高密度、高結晶性的線性聚合物，也是一種表面光滑、有光澤、硬而致密的材料；其強度好、剛度好、耐磨性好，力學性能優(yōu)異，比強度可達50.5 MPa，比剛度可達2650 MPa，與金屬十分接近，俗稱“賽鋼”。由于材料具有類似金屬的性能，故在產品注塑結束冷卻后，采用人工二次剪切塑膠件的澆注系統(tǒng)非常困難，易造成產品剪切處崩裂而使其成為廢品。因此，在設計支架蓋注塑模具時，結合沖壓模具設計理念，充分考慮注塑模具結構動作等特點，構思一個巧妙的新方案，即利用注塑模具二次頂出并借用沖壓模具原理，設置斜刃凸模精確沖壓剪切（簡稱“沖切”）進料口，從而實現塑料產品和澆注系統(tǒng)的精確分離，節(jié)省了人工二次手動剪切加工工序，避免了因二次加工對產品的外觀、尺寸造成的影響，最終達到產品技術要求。

2 斜刃凸模精確沖切進料口的工作原理

2.1 斜刃凸模設計

斜刃凸模設計可利用頂針進行加工，選用的頂針材料為SKD61，具有較好的強度和韌性。根據進料口尺寸可將頂針頂部設計成一定尺寸大小的斜刃口，該頂針被稱為刃口針或斜刃凸模（圖2）。

圖2 刃口針（斜刃凸模）

2.2 工作原理

由于數碼相機支架蓋是一件精密產品，尺寸精度及形位公差要求高，所以塑料模具的設計和加工都按精密模具標準執(zhí)行，且產品注塑采用精密注塑機。其原理及具體步驟如下（圖3）：

圖3 斜刃凸模沖切進料口原理圖

第一步：注塑模具動定模處于合模狀態(tài)，并將其鎖緊。注塑機將熔融POM注入模具型腔中，熔料冷卻成形。

第二步：經數秒冷卻后，注塑機頂桿啟動，推動頂針面板1，從而推動刃口針（斜刃凸模）向上運動。由于進料口最小厚度尺寸為0.5 mm，故在模具設計時，在頂針面板1和頂針底板2之間設定1 mm的間隙，作為安全有效運行空間。注塑過程中，將注塑機頂桿第一次推動行程設定為0.45 mm，即第一次推動刃口針（斜刃凸模）運行0.45 mm，做到精確沖切澆注系統(tǒng)的進料口，使其與支架蓋分離，且確保刃口針第一次運行不能碰到定模。在第二步動作過程中，模具動模和定模處于壓緊狀態(tài)，目的就是在刃口針（斜刃凸模）沖切澆注系統(tǒng)進料口時，定模壓緊進料口形成壓邊力，保證沖切順利進行。

第三步：模具動模和定模分離到位，注塑機頂桿再次啟動，推動頂針底板1二次運行0.55 mm后與頂針底板2相接觸，從而推動頂針向上移動，將支架蓋塑料件頂出；同時，頂針底板2推動拉料桿將澆注系統(tǒng)從型芯中同步頂出。

第四步：澆注系統(tǒng)因重力掉落的同時，機械手取出支架蓋塑料件。注塑模具動、定模合模，回程桿推動頂針面板2回位，在頂針底板2與頂針面板1之間設置壓力彈簧，彈簧推動頂針面板1回位。模具合模到位，注塑全過程完成；再回到第一步，開始下一次循環(huán)。

3 模具總裝結構

模具總裝結構見圖4。

3.1 澆注系統(tǒng)

由于產品尺寸精度和形位公差要求均較高，為便于注塑生產過程中的跟蹤控制，模具采用一模一腔結構。根據產品結構特點、外觀要求及對中心圓孔圓度的嚴格要求，采用側向進料口設計，澆注系統(tǒng)由常用主流道、分流道、冷料穴和進料口組成。

3.2 成形零件

成形零件對塑料件的尺寸精度具有重要影響。對于數碼相機支架蓋精密注塑模具而言，成形零件主要包括型腔和型芯，其尺寸公差不能超過塑料件相應尺寸公差的1/3，型腔和型芯各由兩個鑲件組成（圖5～圖8）。型腔、型芯的材料選用STAVAX，熱處理硬度52 HRC。鑲件的加工采用數控車削、慢走絲線切割、內外圓和平面磨削、電火花成形等加工工藝，要求零件加工尺寸公差和形位公差控制在微米范圍內，每個尺寸必須在顯微鏡下投影檢測，確保模具精度要求。

3.3 頂出系統(tǒng)

為保證產品的平整度，防止頂出力不平衡而造成的產品外觀變形，在頂出系統(tǒng)設置了11支直徑1 mm的頂針、3支直徑0.5 mm的頂針和3支2 mm× 1 mm的方針（圖9）。

圖5 型腔鑲件1

圖6 型腔鑲件2

圖7 型芯鑲件1

圖8 型芯鑲件2

圖9 頂針排布圖

4 冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)

對于精密注塑模具，型腔各處的溫差最大不能超過5℃，冷卻水出入口溫差不能超過2℃，所以模具冷卻系統(tǒng)的設計非常嚴格。本模具型腔較淺，動、定模兩側均采用了直通式冷卻水道，模具冷卻充分且均衡，有效保證了塑料件的尺寸精度和模具的勞動生產率。

本模具動定模的排氣主要由鑲件、推桿、定模分型面排氣槽完成。

5 結語

對于技術要求較高的精密塑料產品，客戶不僅對產品的尺寸精度和形位公差提出了嚴格要求，而且根據產品所使用的環(huán)境對產品外觀和使用材料提出了嚴格要求。本設計利用注塑模具二次頂出并借用沖壓模具原理，設置斜刃凸模精確沖切進料口，從而實現了塑料產品和澆注系統(tǒng)的精確分離，節(jié)省了人工二次手動剪切加工工序，避免了因二次加工對產品的外觀和尺寸造成的影響。經創(chuàng)新設計、嚴格制作和多次試模修正后，模具試樣檢驗合格并交付客戶。模具進入了大批量注塑生產，注塑產品質量一直保持穩(wěn)定，滿足產品各項技術要求。

[1]張維合.注塑模具設計實用手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.

[2]屈華昌.塑料成型工藝與模具設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996.

[3]宋玉恒.塑料注射模設計實用手冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，1996.

[4]申開智.塑料模具設計與制造[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[5]黃曉燕.簡明塑料成型工藝與模具設計手冊[M].上海：上?？茖W技術出版社，2006.

Precision Plastic Injection Mold Design for Using punch with Inclined Blade to precise Die-cut Side Gate Based on Secondary Ejection Structure

Zhu Zhaohui1，Liu Jinming1，Miao Yufang2
（1.Soochow University，Suzhou 215137，China；2.Suzhou Weiyan Science&Technology Co.,Ltd，Suzhou 215006，China）

For some high requirement precision plastic products，in whose ejecting，side gate is used to provide material，after forming pouring system is difficult to be sheared because of high material strength，they will be damaged easily while the gating system is sheared off.Based on secondary ejection structure，punch of inclined blade，which is often designed on stamping and punching die，is adopted to die-cut side gate.In this way，link point between plastic products and pouring system is separated precisely.And product appearance，dimensional and geometric tolerance requirements are realized accurately.

secondaryejection；punchwithinclinedblade；precisedie-cut；gate；precision injection mold

TQ320.5

A

1009－279X（2014）05－0037-04

2014-07-28

朱朝暉，女，1971年生，工程師，講師。