現場成型襯墊模具設計

摘 要：隨著中國工業不斷的發展，模具行業也顯得越來越重要。本設計通過多次現場成型工藝試驗，分析襯墊模具設計問題，改進設計思路，優化模具設計。

關鍵詞：現場成型襯墊；模具；設計

1 概述

現場成型工藝是將兩種液體原料混合，發生化學反應，生成固體的聚氨酯泡沫襯墊。實際包裝如圖1中所示。由于兩種材料反應時間較短，該襯墊可根據包裝內容現場制作襯墊，即用即做。小批量包裝時以紙箱和產品作為襯墊模具，制作貼合產品的襯墊，可滿足不同形狀的產品需要，較好地保護產品，因此，特別適用于多品種、小批量的產品包裝。

包裝批量較大時，為提高包裝效率，需要設計模具。與紙箱直接制作襯墊相比，模具制作襯墊優勢如下：

（1）模具箱強度遠大于紙箱，制作襯墊時壓力更大，填充的成型料更多，成型襯墊密度更大，硬度也更大，能更多的吸收產品跌落時產生的能量，更好的保護產品。

（2）襯墊充滿程度高。模具箱做襯墊可以多加成型料，使襯墊完全充滿模箱，襯墊棱角明顯，各面平整，利于堆疊存放；紙箱承壓相對較小，襯墊制作時不能使用太多成型料，成型料反應時流動性不大，有些襯墊邊角不能完全充滿。

（3）辨識程度高。模具制作襯墊時容易添加標識，使襯墊容易分辨，便于包裝。紙箱制作襯墊不易辨識，襯墊容易弄混，再次包裝時不易分辨。

2 模具設計

現場成型襯墊模具設計的重點是保證襯墊的使用性和模具的可操作性。

襯墊的使用性是指襯墊應保證產品在包裝、裝卸、運輸過程中安全。體現在本襯墊設計中，主要是使產品從各種位置跌落時有足夠的受力面和緩沖厚度，保證產品在跌落過程中不損壞。

模具的可操作性是指設計中需考慮盡量方便用模具制作襯墊，提高襯墊生產效率，減少襯墊制作失敗率。最開始從機器中流出的成型料不是非常均勻地平鋪在薄膜袋中的，而是如從水龍頭中流出一樣集合得比較緊密。雖然通過傾斜薄膜袋可以略微影響流向，使成型料在薄膜袋中的分布略微均勻，但之后主要依靠泡沫自身膨脹擠壓來充滿模具，容易漲破薄膜袋。這要求模具各處應盡量圓滑，方便成型料膨脹填充。

2.1 初樣設計

本文以某型電子測量儀器為包裝產品設計襯墊模具。其三維模型如圖2所示。

（1）確定模具箱尺寸。包裝該儀器所用紙箱內尺寸為650mm×630mm×320mm。現場成型材料在薄膜袋中反應，薄膜袋寬19英寸（實際使用寬度440mm左右），限制了襯墊寬高之和。綜合考慮，采用4塊襯墊保護儀器，前后各兩塊，襯墊相應模具箱內尺寸為650mm×220mm×160mm。

（2）避讓脆弱部分。前后面板中的按鍵、接頭、液晶等處容易在跌落沖擊中產生應力集中或容易破壞，這些部分需避讓10mm左右，防止其在跌落時損壞。

（3）細節設計。為方便泡沫膨脹填充模具，模具各棱角處應留有不小于R5的圓角，方便成型料過渡。設計中注意避免既窄又深的槽，這些部分成型料很難膨脹擠壓進去，特別容易漲破薄膜袋，使襯墊制作失敗。設計襯墊如圖3所示。

（4）模具材料選擇。為方便操作、節省成本，模具箱只做一個即可，模具芯需要更換。為方便使用，模具應該選擇密度較小的材料，減輕模具重量。實際操作中可能出現模具表面阻礙薄膜袋沿模具表面滑動，使薄膜袋漲破的現象，所以接觸薄膜袋的模具各面應光滑，并且刮蹭后不易起毛刺。綜合考慮，模具箱主體采用木板，模具芯和模具箱內側面采用聚乙烯材料。

2.2 試驗

根據2.1設計的襯墊做出實物進行多次試驗后發現，襯墊能較好地保護儀器，滿足跌落要求。但產生襯墊制作成功率較低，薄膜袋經常漲破，漏出成型料，需要經常清理模具箱，生產效率較低。

2.3 原因分析

經過分析，薄膜袋漲破的主要原因如下：

（1）成型料用量過大。通過增大薄膜袋長度、減小成型料用量，襯墊成功率有所提高。但即使降低到不能完全充滿模具的狀態，也沒有得到滿意的成功率。

（2）成型過程操作困難。觀察發現，成型料從機器中流出后的前5秒內，成型料還未充分混合，體積變化很小，5秒-20秒內成型料混合后體積迅速膨脹，20秒后成型料基本定型，很難再壓縮。為獲得符合要求的襯墊，需在前15秒內將裝入成型料的薄膜袋放在模具中的合適位置，并合上模具箱蓋，等待成型料膨脹，充滿模具箱。如果15秒內沒有合上模具箱蓋，襯墊會膨脹到凸出箱蓋，很難再合上箱蓋。本次設計的包裝襯墊太長，出料時間約10秒，還未將薄膜袋放入模具中，薄膜袋中的成型料就已經開始膨脹；薄膜袋放入模具箱中后，沒有足夠的時間將薄膜袋展開在模具箱中，然后就必須迅速合上箱蓋，這使得薄膜袋分布不理想。在薄膜袋分布過少的地方，成型料很容易漲破薄膜袋。

2.4 改進設計

根據試驗分析和應用反饋，對襯墊模具進行了以下修改。

（1）減小襯墊長度。通過對成型過程分析發現，包裝襯墊太長，將4塊襯墊改為8塊襯墊，減小每塊襯墊長度，為薄膜袋在模具箱中展開提供足夠時間，增加模具的可操作性。

（2）添加標識。為指導包裝，各襯墊增加標識，能簡單區分各襯墊，如圖4所示。

經過多次試驗，襯墊成功率提高明顯且方便包裝。襯墊實物如圖4（b）所示。

3 結束語

通過對襯墊模具進行分析，改進模具設計，增加了襯墊模具的可操作性，提高了制作襯墊的成功率，提高了襯墊的生產效率，為批量包裝提供了保證。

參考文獻

[1]《塑料模設計手冊》編寫組.塑料模設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]模具實用技術叢書編委會.塑料模具設計制造與應用實例[M].北京：機械工業出版社，2004.

作者簡介：孫松海（1987-），男，工程師，主要從事系統結構設計工作。