一種薄壁船形車籃成型模具的設計

唐聯耀 侯賢州

(廣東科技學院, 廣東 東莞， 523083)

薄壁船形車籃在實際生產過程中常常由于模具結構的設計不合理,而導致1次料頭切不斷、出現2次進料口堵塞、制品表面出現劃痕等現象,從而使注塑生產的自動化水平和生產效率降低,因此需要對注塑模具的結構進行優化設計[1-2]。本設計針對船形車籃塑件結構的特點,對模具的主型芯結構、滑塊側抽芯機構、冷卻水路進行計算分析,根據單分型面模具設計的結構和原理,對注塑模具的側抽芯機構、滑塊結構、斜導柱機構、冷卻系統進行設計。

1 塑件結構的分析

該產品在外觀結構上具有較多的凸起,底部和側壁也具有較多側孔,需要采用抽芯結構,才能解決脫模過程中的難點問題。該車籃壁厚最大處為4 mm,最小處為3 mm,相對較為均勻。外形體積較小,流道較短,成型材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)屬于熱塑性材料,熱流動性好。產品各部分壁厚較為均勻,故選取同一公差MT4,三維結構見圖1所示。

圖1 塑件三維示意

2 成型結構的確定

該塑件只有一面開口的朝向,故可以將主分型面設置在船形車籃開口邊緣。塑件的體積相對較大、結構相對較復雜,而且需要兩側斜抽芯,所以初步擬定采用一模一腔的結構形式。該塑件具有階梯分型面,因為澆口完全偏置一邊而不利于進料,故采用直接澆口。在Pro/E中進行三維建模,得到注塑件的體積為176.24 cm3,注塑件的質量為193.8 g。經計算在分型面上的澆注系統投影面積為與主流道凝料(包括澆口)在分型面上的投影面積相等,因此可以按照單型腔模的統計分析方法來進行接下來的設計。

3 型腔與型芯結構設計

圖2 Pro/E分模

型腔即為材料成型與冷卻凝固的空間,其形狀與產品相同。按照其結構的不同可分為整體式、組合式、鑲拼式和整體嵌入式,本設計采用整體嵌入式結構,采用Pro/E軟件進行分模及模具結構的設計,三維結構見圖2所示。本模具型芯采用整體式結構,結構見圖3所示。根據整體式型芯的結構與塑件結構尺寸,設計得到型腔的二維結構見圖4所示。

圖3 主型芯結構

4 抽芯結構及滑塊的設計

4.1 抽芯結構的設計

由于車籃側壁有較多的側孔,而且側孔位置分布不均,所以在側壁多孔處采用大滑塊抽芯,這樣能解決塑件脫模難的問題,在模具開模過程中,能夠較好的脫出塑件,滿足塑件成型加工的要求,具體設計見圖5。

圖5 模具結構中抽芯機構

4.2 滑塊的設計

本設計中的側型芯為尺寸不大的凸起結構,因此為簡化加工,設計整體式滑塊結構。滑塊的導滑槽設計選用常見的T形結構。

為保證滑塊具有滑動穩定性,滑塊長度與滑塊寬度之比要大于1.5。而且為了保證抽心動作完成后滑塊始終位于滑道內,導滑槽內部留有的長度不小于滑塊全長的2/3。根據上面的要求設計滑塊長度為50 mm,寬度為24 mm,導滑槽長度為114 mm。抽芯距離經計算為5 mm,保證全部過程中滑塊整體全部位于滑槽內,工作過程穩定。本設計采用的定位結構是有彈簧、螺釘和擋板構成的常見結構。

5 冷卻系統

動模側對型芯進行冷卻的水路條數(X)按照公式(1)～(6)計算。

(1)

(2)

(3)

△θ=θm-(θ1+θ2)/2

(4)

(5)

(6)

式(1)～(6)中,v表示冷卻水的流速；qv表示水的體積流量,qv=1.02×10-2m3/min;d為冷卻水路的最佳直徑,d=12 mm；h表示水壁交界處轉熱系數；水的密度ρ=1 000 kg/m3,f為傳熱系數,為0.672；A表示冷卻水管道的導熱總面積；C表示水的比熱容為4.187 kg/ (kg·℃),查閱參考文獻[3],ABS的單位熱流量Qs取350 kJ/kg,△θ表示冷卻水變化的溫度；θm表示冷卻水最大的溫度,其中出水口的水溫為θ1=25 ℃；冷卻水道進水口的水溫θ2為22 ℃；L表示冷卻水管道的長度,L=100 mm。計算得X=1.94,因此取值水路條數為2。具體冷卻水道見圖6所示。

圖6 模具中的冷卻水道

6 模具工作過程

模具工作的步驟:1)首先烘干塑料ABS,并且把其裝入料斗中;2)對模具的型腔進行必要的清理,另外在其表明涂抹脫模劑,對其進行必要的加熱;3)通過合模以及鎖緊模具加緊模具;4)對塑料進行預塑化處理,準備注射裝置,開始注射;5)注射過程主要包括充模、保壓、倒流、澆口凍結后的冷卻、脫模;6)脫模過程,定模板在4個強力彈簧的回復力作用下首先分離,側型芯能夠在斜導柱的作用下,向預定的方向實現抽芯,假如滑塊能夠進入抽芯的范圍,那么定位裝置就不再向下運動,在4個限位螺釘的作用下第一分型面完全分開,與此同時,推板在注射機頂桿的作用下,能夠帶動推桿工作,從而工件能夠從模具上面脫落。

模具在現場實際工作過程中,工作較穩定,而且模具在投產后進行了大批量生產,生產周期為每件20 s,在生產過程中出現次品的幾率較小,模具工作穩定可靠。

7 結論

針對車籃內部結構多深孔,側壁多側孔的情況下,為了達到籃形塑件的結構精度要求,設計了一副成型過程較穩定的模具。1)側壁結構采用大滑塊抽芯,滿足了車籃塑件側壁成型的要求,使塑件能夠成功脫模。2)為了避免進料難的問題,同時考慮抽芯機構的運動,采用直接澆口,使模具運動更加趨于穩定。3)針對模具抽芯滑塊導滑槽和冷卻水道設計進行精確計算,使模具運動更精確。4)運用Pro/E造型分模,數據化分析更精確。經過以上對模具的成型結構、側抽芯機構、滑塊結構、冷卻系統進行綜合設計,模具投產后,大批量生產,效率較高。