劉慶東
(廣州工程技術(shù)職業(yè)學(xué)院機(jī)電工程系, 廣州 510075)
相對(duì)于傳統(tǒng)的單色注射成型,雙色注射成型可以使塑件在外觀和功能方面得到極大改善,近年來(lái)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。受到生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)條件的制約,雙色注射成型的塑件在塑料制品中所占比例還較小。雙色注射成型具有其獨(dú)有的成型特點(diǎn),雙色注塑模具與單色注塑模具在結(jié)構(gòu)上的要求不同,國(guó)內(nèi)對(duì)于雙色注塑模具結(jié)構(gòu)的研究還較少。本文以某塑件的雙色注塑模具為例,對(duì)雙色注塑模具的結(jié)構(gòu),特別是前、后模的抽芯機(jī)構(gòu)做了較深入的分析。
(a)正面 (b)后面 (c)側(cè)面圖1 塑件的外觀Fig.1 Appearance of the part
某雙色注射成型塑件為形狀復(fù)雜的殼體,圖1為該塑件的外觀圖,圖2為該塑件一次注射成型部分。該塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:尺寸小,外形尺寸僅為30 mm×19 mm×18 mm;結(jié)構(gòu)復(fù)雜,塑件四面皆有側(cè)凸或側(cè)凹。塑件的材料為聚碳酸酯(PC)/丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物(ABS),一次注射的材料為PC,二次注射的材料為ABS。ABS的收縮率為0.5 %,PC的收縮率為0.5 %。雙色模的收縮率取決于一次注射成型的塑料,二次注射成型的塑料取和一次注射成型的塑料相同的收縮率,因此收縮率取0.5 %;塑件的外觀品質(zhì)要求高,外表面不允許有澆口或夾水線的痕跡。
(a)正面 (b)后面圖2 塑件一次注射成型部分Fig.2 Part of the first injecting
塑件在模具中的擺放位置是一次注射的塑料位于下方,二次注射的塑料位于上方,這樣二次注射的塑料就可以完全覆蓋在一次注射的塑料之上。分型面取在塑件的最大輪廓處,即一次注射與二次注射的分界處。由圖1(a)和圖1(b)可見(jiàn),分型面以下四周皆有側(cè)凸或側(cè)凹需要抽芯,分型面以上前后方向有側(cè)孔需要抽芯。另外,如圖1(c)所示,在分型面以上,二次注射的斜面上有許多凸起結(jié)構(gòu),如果塑件在模具中分型面沿水平放置,則此部位必須在前模一側(cè)設(shè)計(jì)傾斜的抽芯滑塊才能脫模,這樣做滑塊會(huì)在塑件表面留下夾水線而影響外觀;要保證塑件外觀品質(zhì)就必須將塑件的分型面在模具中傾斜放置,由此帶來(lái)的問(wèn)題就是頂出方向和頂出作用面不垂直,受力不好。
雙色注塑模具按結(jié)構(gòu)分為分體模和連體模2種,根據(jù)客戶要求本模具設(shè)計(jì)為分體模,分體模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是2套模具的后模結(jié)構(gòu)相同,前模結(jié)構(gòu)不同。
該模具的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是:塑件尺寸小,抽芯部位多,脫模困難。后模一側(cè)4個(gè)方向都要抽芯,前模一側(cè)2個(gè)方向要抽芯;設(shè)計(jì)空間小,抽芯滑塊布置困難,而且是傾斜抽芯;需要解決分型面傾斜放置后帶來(lái)的傾斜頂出問(wèn)題;塑件表面品質(zhì)要求高;塑件周圍布滿滑塊,澆口位置選擇以及流道布置困難。
根據(jù)客戶要求,澆注系統(tǒng)采用熱流道;根據(jù)塑件尺寸,模具設(shè)計(jì)為1模2腔;由于前模一側(cè)有抽芯,因此選用假三板模模架[1],增加熱流道型腔板用來(lái)安裝熱流道板,采用扣機(jī)控制開模順序用于前模抽芯;在前模設(shè)計(jì)2個(gè)滑塊用于抽芯,在后模設(shè)計(jì)4個(gè)滑塊用于抽芯;由于塑件在模具內(nèi)傾斜放置,因此設(shè)計(jì)傾斜頂出機(jī)構(gòu)用于塑件的頂出脫模;設(shè)計(jì)直通式冷卻水道用于塑件及模具的冷卻。該模具外觀如圖3所示。
圖3 雙色模的外觀Fig.3 Appearance of the bi-color injection mould
澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是塑件表面品質(zhì)要求高,塑件周圍布滿滑塊,選擇澆口位置以及布置流道困難。雙色模的2套模具各有一套獨(dú)立的澆注系統(tǒng),要求一次注射后澆道凝料與塑件自動(dòng)分離以免影響二次注射。二次注射的通常是塑件的外觀面,負(fù)責(zé)保證塑件的外觀要求以及消除一次注射對(duì)塑件外觀的影響。二次注射的部位位于前模一側(cè)且采用整體結(jié)構(gòu)可以得到良好的外觀。
由于塑件尺寸小,采用一點(diǎn)進(jìn)膠可以滿足成型要求。塑件采用熱流道成型,1模2腔。圖4為模具的澆注系統(tǒng),一次注射采用一級(jí)熱嘴經(jīng)過(guò)分流板接2個(gè)二級(jí)熱嘴直接在塑件表面進(jìn)膠,由于熱流道沒(méi)有澆道凝料,滿足一次注射后澆道凝料與塑件自動(dòng)分離的要求,一次注射的澆口位置如圖5(a)所示。
圖4 澆注系統(tǒng)Fig.4 Gating system
(a)一次注射澆口 (b)二次注射澆口圖5 澆口Fig.5 Gate
如圖4所示,二次注射采用一級(jí)熱嘴經(jīng)過(guò)分流板接2個(gè)二級(jí)熱嘴進(jìn)膠,由于塑件外觀要求高,分型面以上不允許有澆口痕跡,因此不能直接在塑件表面進(jìn)膠,澆口只能選擇在分型面以下的非外觀面。由于塑件四周都有抽芯滑塊,這里采用了熱流道轉(zhuǎn)冷流道的方法,二級(jí)熱嘴通過(guò)設(shè)計(jì)在滑塊的下面的分流道與澆口相連,澆口型式為側(cè)澆口,抽芯時(shí)滑塊向外側(cè)抽出露出澆道凝料,塑件與澆道凝料被頂針一起頂出,脫模后再人工分離,二次注射覆蓋在塑件表面遮住一次注射的澆口痕跡。二次注射的澆口位置如圖5(b)所示。
圖6 前模滑塊Fig.6 Slides of the stationary mould fixed half
抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于塑件尺寸小,抽芯部位多,前、后模都要抽芯。前模如圖6所示,一次注射時(shí)前模不需要抽芯,二次注射時(shí)前模的前后方向需要抽芯;后模如圖7所示,后模的4個(gè)方向都需要抽芯。
圖7 后?;瑝KFig.7 Slides of the movable mould moving half
1—鎖緊塊1 2—后?;瑝K1 3—頂桿1 4—第一組頂針板 5—第二組頂針板 6—后模滑塊2 7—鎖緊塊2 8—斜導(dǎo)柱9—T型塊1 10—前?;瑝K1 11—斜頂座 12—小頂針底板 13—小頂針面板 14—小導(dǎo)柱 15—小導(dǎo)套 16—前?;瑝K217—T型塊2 18—定距拉桿 19—頂桿2 20—鎖緊塊3 21—后?;瑝K3 22—后模滑塊4 23—鎖緊塊4(a)主視圖(一次注射模具) (b)主視圖(二次注射模具) (c)側(cè)視圖圖8 抽芯機(jī)構(gòu)Fig.8 Slides
抽芯機(jī)構(gòu)如圖8所示。雙色模要求塑件在一次注射完成后開模時(shí)后模滑塊不抽芯,以免在二次注射前合模時(shí)滑塊復(fù)位造成塑件損壞,因此以開模為動(dòng)力的抽芯機(jī)構(gòu)很難應(yīng)用于雙色模,這是雙色模的抽芯機(jī)構(gòu)與單色模的不同之處。如圖8所示,本模具的后模有3個(gè)方向的抽芯采用了頂針板抽芯機(jī)構(gòu),頂針板抽芯機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在頂出塑件時(shí)先抽芯后頂出[2],結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,缺點(diǎn)是抽芯距較小。如圖2(b)所示,塑件的彎鉤部位要求抽芯距較大,頂針板抽芯機(jī)構(gòu)不能滿足抽芯距的要求,為此采用了斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu),由于斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)是利用開模動(dòng)力抽芯的,為了防止塑件二次注射前合模時(shí)滑塊復(fù)位損壞塑件,采取了一次注射完成后開模時(shí)抽芯,二次注射前合模時(shí)不復(fù)位,下次一次注射前合模時(shí)復(fù)位的方案,較好地解決了這個(gè)問(wèn)題,可以這樣做的前提是該滑塊不復(fù)位不會(huì)影響二次注射時(shí)的封膠。
前模需要抽芯的部位出現(xiàn)在二次注射后。雙色模的前模抽芯機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)上與單色模相同。本模具前模抽芯采用了T型塊抽芯機(jī)構(gòu),T型塊驅(qū)動(dòng)滑塊抽芯和復(fù)位,同時(shí)充當(dāng)鎖緊塊承受注塑時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力。前模抽芯要求先抽芯后開模,為此模具使用了機(jī)械式扣機(jī),扣機(jī)的長(zhǎng)鉤安裝在分流道型腔板上,短鉤安裝在B板上,機(jī)座安裝在A板上,在彈簧的作用下機(jī)芯彈出扣住短鉤,扣住模具A、B板。開模時(shí),分流道型腔板先與A板分離,使固定在分流道型腔板上T型塊運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)前模滑塊實(shí)現(xiàn)抽芯,運(yùn)動(dòng)了L距離后,抽芯完畢,這時(shí)安裝在分流道型腔板上的長(zhǎng)鉤壓下機(jī)芯使A、B板解扣,從而使前、后模分開。
推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)是塑件在模具中傾斜放置,頂出不便。該塑件為殼體類零件,一般采用推板推出。由于該塑件在模具中傾斜放置且前、后模兩側(cè)都有抽芯滑塊,無(wú)法設(shè)計(jì)推板。本模具采用頂針推出,頂出位置在塑件的內(nèi)表面,不影響塑件外觀。
由于塑件在模具中傾斜放置,如果將頂針固定在頂針板上,則頂針的作用面是斜面,不可靠。為了解決這個(gè)問(wèn)題,本模具專門設(shè)計(jì)了斜頂出機(jī)構(gòu),如圖9所示。如圖8(b)所示,斜頂出機(jī)構(gòu)由斜頂座11、小頂針面板13和小頂針底板12、小導(dǎo)柱14和小導(dǎo)套15組成。小頂針面板和小頂針底板用來(lái)固定頂針,小導(dǎo)柱、小導(dǎo)套作為頂針頂出的導(dǎo)向,斜頂座作為頂針頂出時(shí)橫向移動(dòng)的導(dǎo)向。斜頂座固定在第2組頂針板5上,塑件頂出時(shí)注塑機(jī)頂桿推動(dòng)第1組頂針板4運(yùn)動(dòng),固定在第1組頂針板上的頂桿驅(qū)動(dòng)后?;瑝K實(shí)現(xiàn)抽芯,完成抽芯后,由固定在第1組頂針板上的定距拉桿18拉動(dòng)第2組頂針板運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)塑件的頂出。由于頂針的運(yùn)動(dòng)方向與頂針板的運(yùn)動(dòng)方向不一致,沿頂針運(yùn)動(dòng)方向的導(dǎo)向靠小導(dǎo)柱,頂針橫向運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向靠斜頂座。
圖9 斜頂出機(jī)構(gòu)Fig.9 Inclined ejectors
冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于塑件尺寸小且四周有滑塊,底部有許多用于塑件脫模的頂針,在設(shè)計(jì)水道時(shí)要注意避開相關(guān)的零件。
模具采用直通式冷卻水道,水道在需要冷卻的部位周圍通過(guò)。由于是熱流道澆注系統(tǒng),需要冷卻的零件包括面板、分流道型腔板、前模鑲件、后模鑲件。冷卻系統(tǒng)如圖10所示。
圖10 冷卻系統(tǒng)Fig.10 Cooling water channels
選用標(biāo)準(zhǔn)模架可以降低成本,提高品質(zhì),縮短工期。由于模具后模一側(cè)有滑塊,因此必須選用假三板模模架,基于塑件精度和批量要求可選擇簡(jiǎn)化細(xì)水口模架。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),模架的型號(hào)選用3545-GCI-A90-B100;由于模具增加了分流道型腔板用來(lái)安裝分流板,因此導(dǎo)柱需要加長(zhǎng)至271 mm;由于推出機(jī)構(gòu)有2組頂針板以及加裝了傾斜頂出裝置,因此方鐵的高度增加為125 mm。模具的閉合高度為466 mm。
塑件的外觀面是二次注射的外表面,為了保證外觀品質(zhì),該表面的成型放在前模一側(cè),前模鑲件采用整體式結(jié)構(gòu);塑件的內(nèi)表面為非外觀面,該表面的成型放在后模一側(cè),為了注塑時(shí)排出型腔內(nèi)的氣體,后模鑲件采用鑲拼式結(jié)構(gòu)。由于塑件在模具中傾斜放置,在注塑時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)向力,因此在前、后模鑲件的四角設(shè)計(jì)了虎口定位結(jié)構(gòu),不僅承受注塑時(shí)產(chǎn)生的側(cè)向力,還可以保證合模精度。
塑件的注射成型過(guò)程為:(1)合模后首先注入PC,完成一次注射;(2)開模,斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)后模滑塊抽芯;(3)后模旋轉(zhuǎn)180°后合模;(4)注入ABS,完成二次注射;(5)開模,由于扣機(jī)扣住A、B板,分流道型腔板和B板先分離,固定在分流道型腔板上的T型塊驅(qū)動(dòng)前?;瑝K完成抽芯;(6)固定在分流道型腔板上的扣機(jī)短鉤此時(shí)壓下扣機(jī)機(jī)芯,使A、B板解扣分離;(7)雙色注塑機(jī)頂桿頂出,固定在第一組頂針板的頂桿驅(qū)動(dòng)后?;瑝K抽芯,抽芯完成后由固定在第一組頂針板的定距拉桿帶動(dòng)第二組頂針板驅(qū)動(dòng)頂針實(shí)現(xiàn)塑件的脫模。
根據(jù)前文設(shè)計(jì)制造出的雙色注塑模具經(jīng)過(guò)試模、檢驗(yàn),符合設(shè)計(jì)要求,塑件質(zhì)量穩(wěn)定。表明本文所設(shè)計(jì)的雙色模具結(jié)構(gòu)合理,動(dòng)作可靠,可滿足生產(chǎn)要求。
(1)雙色注塑模的澆注系統(tǒng)可選用熱流道或冷流道,采用熱流道時(shí)可以在塑件表面直接進(jìn)膠,如不允許在塑件表面進(jìn)膠時(shí),可采用熱流道轉(zhuǎn)冷流道的方法靈活選擇進(jìn)膠點(diǎn);
(2)雙色注塑模的前模抽芯機(jī)構(gòu)與單色模相同,后模抽芯機(jī)構(gòu)一般可采用頂針板抽芯機(jī)構(gòu),采用利用開模力抽芯的例如斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)時(shí),在二次注射時(shí)抽芯滑塊不能復(fù)位;
(3)塑件在模具中傾斜放置時(shí),可采用本文所示的斜頂出機(jī)構(gòu)。