蔡凱武 耿香月 邢恩宏

(1.廣東工業(yè)大學(xué)華立學(xué)院,廣東 廣州,511325;2.天津大學(xué),天津,300072;3.天津理工大學(xué),天津,300384)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在塑料模具設(shè)計(jì)中應(yīng)用的不斷發(fā)展,徹底改變了傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)和制造方法。塑料模具設(shè)計(jì)水平的提高對(duì)于我國未來塑料制品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有積極的影響。

目前市場上的塑料臺(tái)燈面板,多采用模具注塑成型,結(jié)構(gòu)簡單,產(chǎn)品質(zhì)量易受到諸如模具導(dǎo)熱性[1]、分型面的選擇[2]、澆注系統(tǒng)[3]、冷卻方式[4]、側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)[5]和脫模系統(tǒng)[6]等因素的影響,生產(chǎn)過程中充滿了不確定性[7]。通過總結(jié)國內(nèi)外多種家用電器模具設(shè)計(jì)要點(diǎn),并應(yīng)用于多功能臺(tái)燈面板模具設(shè)計(jì)中,成功設(shè)計(jì)了一整套多功能臺(tái)燈面板注塑模具。由于該塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)中有一處凸出及兩處鑲件凹入,制品脫模不方便,注塑模具采用先分型,再設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、抽芯結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)及脫模機(jī)構(gòu)等,取得了良好的效果,可為注塑模具設(shè)計(jì)人員提供參考。

1 塑件制品結(jié)構(gòu)分析

塑件為多功能臺(tái)燈上面板,材料選擇丙烯晴/丁二烯/苯乙烯樹脂(ABS),流動(dòng)性好,成型收縮率取1.07,單件質(zhì)量22 g,其中有兩個(gè)鑲件和螺栓連接,利用三維軟件對(duì)塑件建模[8],塑件結(jié)構(gòu)見圖1。塑件長寬高尺寸分別為101.00 mm×40.00 mm×35.00 mm,塑件內(nèi)需1處抽芯結(jié)構(gòu)和2處鑲件抽芯結(jié)構(gòu)才能成型。塑件采用內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu),模具的抽芯距離比較小,在設(shè)計(jì)推出機(jī)構(gòu)時(shí),不僅要保證塑件的正常脫出,還要考慮推出機(jī)構(gòu)的制造、裝配等工藝性能,既要達(dá)到抽芯目的,又要確保模具結(jié)構(gòu)緊湊且加工方便。

圖1 多功能臺(tái)燈面板結(jié)構(gòu)(單位:mm)

2 塑件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 模具結(jié)構(gòu)分析

由于凹、凸模直接與高溫、高壓的熔融塑料接觸,并且脫模時(shí)反復(fù)與塑件摩擦,因此,要求凹、凸模件具有足夠好的強(qiáng)度、剛度、耐磨性、耐腐蝕性以及表面光潔度。凹凸模結(jié)構(gòu)形式用的最多的是整體嵌入式和局部鑲拼式,本設(shè)計(jì)中凹凸模的結(jié)構(gòu)采用整體嵌入式,根據(jù)制品外表面形狀、尺寸精度和質(zhì)量要求,直接在模板上加工出塑件。整體式結(jié)構(gòu)制造簡單,塑件上無拼接痕,塑件質(zhì)量好,省去了鑲拼組合所需的工時(shí)和費(fèi)用。注塑模具采用導(dǎo)柱和內(nèi)模導(dǎo)柱導(dǎo)向定位,模具最大外形尺寸為360.00 mm×210.00 mm×210.00 mm。模具型腔的排列及數(shù)量涉及到模具的尺寸,綜合考慮澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)的平衡、抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、鑲件及型芯的設(shè)計(jì)、熱交換系統(tǒng)的設(shè)計(jì),該模具設(shè)計(jì)成一腔兩模,模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 多功能臺(tái)燈面板注塑模具結(jié)構(gòu)(單位:mm)1—?jiǎng)幽Ｗ?2—撐柱;3—支承板;4—?jiǎng)幽０?5—定模板;6—定模座板;7—導(dǎo)套;8—導(dǎo)柱;9—內(nèi)六角螺絲;10—內(nèi)抽芯型芯;11—定位環(huán);12—澆口套;13—型芯;14—鑲件;15—推料桿;16—鑲針;17—斜導(dǎo)柱;18—斜滑塊;19—限制塊;20—定位鋼珠;21—推板固定板;22—推板;23—復(fù)位桿;24—緊固螺釘;25—O型圈;26—快速接頭;27—拉緊釘

2.2 澆口設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí),首先是選擇澆口的位置。澆口位置的選擇直接關(guān)系到產(chǎn)品成型質(zhì)量及注塑過程能否順利進(jìn)行。該塑件有壁厚差,在避免噴射的前提下,澆口應(yīng)開設(shè)在塑件截面較厚處,以利于熔體流動(dòng)、排氣和補(bǔ)料,避免塑件產(chǎn)生縮孔或表面凹陷,另外一側(cè)因要做鑲件,需考慮抽芯結(jié)構(gòu)的位置,故澆口位置選擇在產(chǎn)品鑲件相對(duì)的側(cè)平面,設(shè)計(jì)采用側(cè)澆口,側(cè)澆口設(shè)置在模具分型面處,從塑件的外側(cè)進(jìn)料,截面為矩形澆口,澆口結(jié)構(gòu)見圖2。

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主流道的設(shè)計(jì)應(yīng)有利于排氣,減小壓力損失,不產(chǎn)生渦流、紊流現(xiàn)象,因此流道設(shè)計(jì)盡可能短。澆注系統(tǒng)熔料質(zhì)量應(yīng)取最小值,利于型腔和鑲件的變形保護(hù),澆口有利于修正和加工。主流道分為兩段,一段在澆口套內(nèi),另一段在定模板的鑲塊內(nèi)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),主流道設(shè)計(jì)為圓錐形,錐角為3°。因?yàn)樵跐M足成型與脫模的前提下,錐角小,流道柄廢料少,提高了原材料的成品率。主流道內(nèi)壁應(yīng)光滑,表面粗糙度0.40～0.20,拋光方向與脫模方向平行。在考慮到模板厚度的情況下主流道長度越短越好,一般小于60.00 mm,本設(shè)計(jì)取50.00 mm。

在多腔模中要降低流動(dòng)阻力,應(yīng)使分流道盡量短且轉(zhuǎn)彎少,分流道的斷面尺寸要足夠大,降低壓力和溫度損失,縮短充模時(shí)間,以生產(chǎn)高質(zhì)量的塑件。但是過大的流道斷面增加了澆注系統(tǒng)熔料質(zhì)量,增加了材料配用比例,耗能多,降低了塑件質(zhì)量,此外過大的流道要求較長的冷卻時(shí)間,降低了生產(chǎn)效率。分流道的截面形狀設(shè)計(jì)為梯形,該流道只切削加工在一個(gè)模板上,節(jié)省機(jī)械加工費(fèi)用,且熱量損失和阻力損失均不大。第二段分流道的始端直徑比第一段的末端直徑略小,取6.00 mm。

2.4 斜滑塊抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

多功能臺(tái)燈面板內(nèi)側(cè)有1處內(nèi)鉤結(jié)構(gòu)和2處鑲件抽芯結(jié)構(gòu),塑件中的內(nèi)鉤采用“彎銷+推桿”內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu),由內(nèi)抽芯型芯10、推板固定板21、推板22組成;2處鑲件采用“彎銷+滑塊”側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu),由鑲件14,鑲針16,斜導(dǎo)柱17,斜滑塊18組成,利用成型的開模動(dòng)作,使斜導(dǎo)柱與滑塊產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),滑塊沿開模方向及水平方向運(yùn)動(dòng),使之脫離倒勾。由于塑件在成型設(shè)備上注塑時(shí)產(chǎn)生很大的壓力,為防止滑塊與活動(dòng)芯,受到壓力產(chǎn)生位移而影響成品的尺寸及外觀,本注塑模具設(shè)計(jì)滑塊時(shí)采用鎖緊定位。

2.5 注塑模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)

由于塑件在定模上,所以在動(dòng)定模上設(shè)置冷卻水道,冷卻水道為了便于加工,制成圓形,直徑為6.00 mm,冷卻水道與型腔壁之間的距離不宜太近,太近則型腔壁溫度過低,產(chǎn)生溫度不均現(xiàn)象,不利成型,制品質(zhì)量無法保證,同時(shí)當(dāng)注塑壓力加大時(shí),容易引起變形甚至破壞;距離太遠(yuǎn),冷卻效果不理想,失去作用,綜合考慮冷卻水道之間的距離取為4.00 mm。定模采用9股“直通式冷卻水道+水井”冷卻回路,動(dòng)模采用循壞水路冷卻回路,其冷卻水道的布置形式見圖2。

2.6 導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本模具屬于小型模具,動(dòng)定模采用了4支圓導(dǎo)柱導(dǎo)向,4支圓導(dǎo)柱對(duì)稱布置于動(dòng)模的4邊,大小為:φ19.50 mm×10.00 mm,為了確保抽芯結(jié)構(gòu)順利成型,采用了2根斜導(dǎo)柱,尺寸為φ14.00 mm×62.00 mm,為了保證推件平穩(wěn)頂出,推桿采用了12支φ6.00 mm×50.00 mm的圓導(dǎo)柱。在定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,本模具采用了整體式錐面鎖緊方式,錐面傾斜角為120。

3 模具工作過程

模具合模,在鑲針16的作用下鑲件擺在正確位置。塑料熔體在XS-ZY-125臥式注塑機(jī)上,注塑壓力采用70 MPa,由注塑機(jī)噴嘴貼緊澆口套12注射58 g塑料進(jìn)入主流道、分流道,再進(jìn)入型芯13,等待4 s,塑料熔體填滿型腔后保壓1.5 s,冷卻固化6 s。固化后,待塑件有足夠的剛性,液壓缸啟動(dòng),通過推動(dòng)推板22拉動(dòng)內(nèi)抽芯型芯10完成內(nèi)抽芯,通過斜導(dǎo)柱17,斜滑塊18,鑲針16移動(dòng)完成側(cè)向抽芯。完成兩次抽芯后,模具從分型面打開,由導(dǎo)套7和導(dǎo)柱8導(dǎo)向,鑲針16在斜導(dǎo)柱17、斜滑塊18上斜向運(yùn)動(dòng),在內(nèi)抽芯型芯10運(yùn)動(dòng)脫離塑件。完成開模行程150.00 mm后,液壓缸通過推動(dòng)推板22從而推動(dòng)推料桿15,機(jī)械手將多功能臺(tái)燈面板塑件取出。液壓油缸再推動(dòng)復(fù)位桿24復(fù)位,模具在注塑機(jī)推動(dòng)下完成合模。

模具生產(chǎn)的注塑產(chǎn)品質(zhì)量良好,產(chǎn)品見圖3。

圖3 多功能臺(tái)燈面板產(chǎn)品

4 結(jié)語

1) 模具采用了內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu),內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)生產(chǎn)效率高、操作方便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2) 成型的產(chǎn)品能滿足使用要求,具有較好的背面光滑度,外形美觀,取得良好的成型效果,達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

3) 采用該面板生產(chǎn)的臺(tái)燈功能多樣化,實(shí)用性強(qiáng),性價(jià)比高,已經(jīng)申請了發(fā)明專利及實(shí)用新型專利。