文根保，文莉，史文

(1.中國航空工業(yè)集團(tuán)公司航宇救生裝備有限公司，湖北 襄陽 441002；2.澳大利亞悉尼大學(xué)，澳大利亞 悉尼 2194)

轉(zhuǎn)換開關(guān)是工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)流水線上機(jī)械手中的一種運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置，組件由塑料大、小兩件黏接而成。圖紙要求大、小件黏接面的平面度不大于0.02 mm ；Φ14H7 mm，3×Φ4H7 mm與3×Φ6G6 mm七孔的圓柱度均不大于0.01 mm ；孔的精度為IT6～I(xiàn)T7級(jí)，并且孔位要一致，還要和進(jìn)口件保持一致。塑料制件尺寸公差（SJ1372-78）規(guī)定：塑料制件的3級(jí)為高精度 ，公稱尺寸為 ＞3～6 mm 的尺寸段，3級(jí)精度為 0.08 mm 。在國家標(biāo)準(zhǔn)GB1800～1840—79“公差與配合”中的標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值IT11是0.075 mm，與Φ6 G6 (+0.012) mm 為IT6對比之下相差5級(jí)多。

為了達(dá)到轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小件孔的超級(jí)精度要求，需要根據(jù)它們的樣件進(jìn)行注塑模的克隆或復(fù)制。在沒有注塑樣件注塑模圖紙的情況之下，克隆或復(fù)制注塑模主要是根據(jù)注塑樣件上成型痕跡進(jìn)行。

在試制過程中以選擇塑材和填充料品種為主線，解決了大、小兩件成型加工中變形的問題。以選用注塑機(jī)型號(hào)和調(diào)整注射參數(shù)為輔，解決了注塑件微變形。以后處理工藝，解決了注塑件因內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生裂紋和銀紋；以測繪技術(shù)和修模，解決了黏接平面和孔位的精度；以控制塑料二次收縮解決了孔的微收縮和幾何精度；用上千次試驗(yàn)黏接劑品種和黏接工藝及浸膠帶的方法，解決了轉(zhuǎn)換開關(guān)組件之間剪切強(qiáng)度和漏氣、串氣及堵氣的現(xiàn)象。氣密試驗(yàn)，可以檢測組件耐壓和氣密性項(xiàng)目的質(zhì)量。

1 轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小件形體分析和樣件成型痕跡分析

轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小兩件注塑模的克隆設(shè)計(jì)，一是要從注塑件的形體分析入手；二是考慮到兩件加工精度要求如此之高，注塑件冷卻收縮時(shí)受到塑料各向異性和壁厚薄不勻的影響，所產(chǎn)生的變形和收縮對注塑件精度影響是巨大的，最好的模具結(jié)構(gòu)方案，應(yīng)該是按照轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小樣件注塑模進(jìn)行的克隆模具。

1.1 轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小兩件的資料

轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小兩件的形狀、尺寸和精度，如圖1所示。材料：聚四氟乙烯，收縮率為:3.1%～7.7%。

1.2 轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小兩件形體分析

形體分析就是將注塑件上影響注塑模結(jié)構(gòu)的要素，從注塑件零件圖中提出來，以便制定模具結(jié)構(gòu)方案。

（1）大、小件上均存在著凸臺(tái)“障礙體”，如圖1所示?！罢系K體”是注塑件形體上影響注塑模開閉模、抽芯和脫模運(yùn)動(dòng)的一種實(shí)體。轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小件注塑模定、動(dòng)模的開啟和閉合，是要避開注塑件形體上的凸臺(tái)“障礙體”才能正常地進(jìn)行。如此，轉(zhuǎn)換開關(guān)大件注塑模分型面II-II的選取，如圖1(a)所示。轉(zhuǎn)換開關(guān)小件注塑模分型面I-I的選取，如圖1(b)所示。

（2）大、小件上所以的“型孔”和“圓柱體”要素的軸線，均垂直于轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小件的分型面。這樣注塑模成型這些“型孔”和“圓柱體”要素的型芯，便可以利用模具的開、閉模運(yùn)動(dòng)進(jìn)行它們的成型和抽芯。由于大、小件沒有沿周側(cè)向的型孔，便不存在著側(cè)向抽芯。

（3）注塑件超高精度，如圖1所示。由于大、小件所以的“型孔”和“圓柱體”要素的尺寸精度、幾何精度和孔位精度超級(jí)高，注塑模結(jié)構(gòu)和加工要求便是要確保注塑件的精度。

1.3 轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小兩樣件成型痕跡分析

由于大、小件存在壁厚的差異和收縮各向異性的影響，為了確保注塑件的精度，就必須要控制注塑件成型加工時(shí)的變形、微變形、收縮和微收縮。如此，就應(yīng)該使注塑件的材料和模具與樣件保持一致，也就是說要使注塑件成型加工的條件與樣件相符，既要克隆或復(fù)制出樣件的注塑模。在沒有樣件注塑模圖紙的情況之下，唯一方法是從樣件的成型痕跡中還原注塑模的結(jié)構(gòu)，以便按照樣件的注塑模結(jié)構(gòu)成型痕跡進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)。

（1）大、小兩樣件澆口的痕跡，如圖1(a)和圖1(b)所示。

（2）大、小兩樣件分型面的痕跡，如圖1(a)和圖1(b)所示。

（3）大、小兩樣件頂桿的痕跡，如圖1(a)和圖1(b)所示。

圖1 轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小件形體分析與成型痕跡

2 轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小件注塑模結(jié)構(gòu)方案的制訂與設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小件注塑模的克隆設(shè)計(jì)，應(yīng)該是在注塑模結(jié)構(gòu)方案克隆的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

2.1 大、小件注塑模結(jié)構(gòu)方案的制訂

注塑模結(jié)構(gòu)方案，應(yīng)該是在注塑件形體分析和注塑樣件成型痕跡分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

2.1.1 注塑模分型面的設(shè)置

如圖1所示，注塑模分型面可以按照轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小件形體分析和它們樣件的痕跡進(jìn)行設(shè)置，分型面的設(shè)置只有如此一種的方案。

2.1.2 注塑模頂桿的設(shè)置

頂桿的大小、數(shù)量和位置的設(shè)定，如圖1所示。注塑樣件上頂桿設(shè)置在深腔的對稱位置上，有利于注塑件脫模時(shí)受到均勻脫模力作用而不會(huì)產(chǎn)生變形。

2.1.3 注塑模澆口的設(shè)置

如圖2所示，大、小件模具澆口位置和方向的設(shè)置，會(huì)造成料流方向與溫度不同的變化，會(huì)引起注塑件收縮各向異性的不同，從而會(huì)造成注塑件精度的變化和缺陷的產(chǎn)生。

圖2 大、小件模具澆口的位置、方向和料流分析

（1）大件模具橫向垂直澆口的形式：如圖2(a)所示，塑料熔體料流從澆口中流出，直接沖擊著Φ14H7孔的型芯，熔體迅速冷卻使得料流前鋒形成了冷凝的分子團(tuán)，冷凝分子團(tuán)在后續(xù)料流的沖擊和攜帶之下散布在流程中形成了流痕。塑料冷卻收縮量的規(guī)律：是在料流方向較小而在垂直料流方向較大。如此，還會(huì)影響三個(gè)Φ9H7孔脫模收縮后橫向與縱向孔距的精度、尺寸精度和幾何精度。由于料流進(jìn)入模腔就立即產(chǎn)生了降溫，并且在隨后填充過程中繼續(xù)降溫，從而導(dǎo)致A、B、C三處的熔接痕程度嚴(yán)重，并十分明顯。因此，該方案不可行的。

（2）大件模具縱向斜向澆口的形式：如圖2(b)所示，塑料熔體料流從澆口流出后，經(jīng)扇型形體部位沖擊中間Φ14H7孔的型芯，在A處形成熔接痕，然后經(jīng)手掌形的形體部位充滿型腔。料流在填充過程中是均勻的降溫，加之上端三個(gè)Φ6H7孔的型芯直徑較小，所以熔接痕不會(huì)很明顯。但流程是三種方案中最長的，對縱向型孔距的精度有所影響，該方案較之圖2(a)好。

（3）大件模具橫向斜澆口的形式：如圖2(c)所示，澆口是偏離中心，可使大部分料流呈切向填充，避免了料流直接沖擊中間Φ14H7孔的型芯而出現(xiàn)急劇降溫。加之上下和左右的流程基本相等，料溫的降溫均勻。由于料流先橫向斜向填充，后以手掌形 度向上向下進(jìn)行填充，對收縮量各向異性的影響極小。所以對精度的影響也很小，對熔接痕的影響也非常地小。所以這是一種比較理想的料流狀況，也是一種比較理想的澆口形式。

（4）小件澆口形式，如大件澆口形式的分析相同，應(yīng)取橫向斜澆口的形式，如圖2(f)所示。只是小件的形體較之大件要小，重量較之大件要輕。這時(shí)容易出現(xiàn)澆口料流不平衡的現(xiàn)象，可以采用料流平衡公式進(jìn)行計(jì)算或通過試模修理大件澆口的深度與寬度，來解決大件容易出現(xiàn)填充不足和縮痕的缺陷。

不管澆口是哪一種形式，加上注塑件壁厚的差異，塑料冷卻收縮時(shí)對注塑件孔的幾何精度影響也是無法改變的。因此，僅依靠模具的結(jié)構(gòu)是沒有辦法完全解決的，要解決如此孔的超高幾何精度肯定還要采用其它的工藝方法。

2.2 注塑模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在根據(jù)注塑件形體和成型痕跡分析的前提之下，又在制訂出模具結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)之上，便可以開始進(jìn)行注塑模的設(shè)計(jì)。因?yàn)樽⑺芗?jí)精度要求，需要克隆或復(fù)制的注塑模?？寺≡O(shè)計(jì)注塑模之前，需要將轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小樣件上模具的痕跡測繪下來并記錄在案。在具體模具設(shè)計(jì)時(shí)，可以按照模具痕跡的尺寸、位置、數(shù)量和方向進(jìn)行。由于用大、小件形狀相近似，重量相差也不大，模具結(jié)構(gòu)可以采用大、小件共用一套模具的結(jié)構(gòu)。注塑模結(jié)構(gòu)為兩模板的標(biāo)準(zhǔn)模架，如圖3所示。為了改善熔體的流動(dòng)性，模具中加裝了熱管5的孔。

圖3 轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小件注塑模

3 轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小件注塑模定、動(dòng)型芯的加工

超級(jí)精度的注塑模設(shè)計(jì)好之后，模具的加工就成為最為關(guān)鍵的內(nèi)容。特別是大件定模鑲件10、大件動(dòng)模鑲件14和小件定模鑲件11、小件動(dòng)模鑲件15的孔位與分型面的加工。

3.1 型腔和分型面的加工

（1）分型面的加工：大件定、動(dòng)模鑲件和小件動(dòng)模鑲件分型面的加工是靠加工中心，小件定模鑲件分型面的加工是可以采用磨削。大、小定模鑲件的分型面是注塑件的黏接面，需要確保其平面度不大于0.005 mm。

（2）型腔的加工：大、小件注塑模定、動(dòng)模鑲件型腔的加工，可用粗、精加工電極先后分別進(jìn)行。

3.2 大、小件注塑模定、動(dòng)模鑲件結(jié)構(gòu)，

如圖4所示，它們所有孔的加工，可以在坐標(biāo)鏜床或慢走絲進(jìn)行。先是以一大面和兩相鄰側(cè)面為基準(zhǔn)，加工出所以的孔。所有孔均留單邊0.5 mm的加工余量，在坐標(biāo)測量儀測量出孔位尺寸后再進(jìn)行精加工。各件以Φ18H7、Φ6H7和Φ9H7孔為基準(zhǔn)，精加工各件所以的孔。

圖4 大、小件注塑模定、動(dòng)模鑲件

3.3 孔位尺寸坐標(biāo)值的轉(zhuǎn)換

如圖4所示，大、小件注塑模定、動(dòng)模鑲件所標(biāo)注孔位的角度值尺寸，是很難用坐標(biāo)鏜床或慢走絲是進(jìn)行加工的。需要將各孔的角度值尺寸，轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)值才能進(jìn)行加工，如按圖5所示。其中大件定模鑲件10的Φ6H7為工藝孔，加工時(shí)以大件動(dòng)模鑲件和小件注塑模定、動(dòng)模鑲件Φ18H7的圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)“O”， 大件定模鑲件的Φ6H7工藝孔圓心的為坐標(biāo)原點(diǎn)“O”。OX和OY坐標(biāo)和各孔的OX及OY坐標(biāo)值，如圖4所示。

圖5 大、小件定、動(dòng)模鑲件各孔位的坐標(biāo)值

4 結(jié)束語

轉(zhuǎn)換開關(guān)大、小件的注塑模，不僅是超高精度注塑件模具的克隆設(shè)計(jì)和制造的問題，還是注塑件綜合技術(shù)應(yīng)用的問題。如注塑件高分子材料和填充料的選擇；注塑件諸多缺陷的整治；黏接劑和黏接工藝的選用和試驗(yàn)；模具精度的修復(fù)；孔的超高幾何精度加工等一系列的課題合理解決的問題。缺失那一方面問題沒有得到很好地解決，轉(zhuǎn)換開關(guān)組件都得不到成功的制造。如此看來，一個(gè)注塑產(chǎn)品的成功開發(fā)是要從多方面的技術(shù)作手才能獲得成功。