支架盒蓋斜滑塊三次抽芯機構(gòu)模具設計

楊 安，肖國華，顧志偉，朱星凱

(1.杭職職業(yè)技術(shù)學院友嘉機電學院，杭州 310018; 2.浙江工商職業(yè)技術(shù)學院，浙江 寧波 315012)

0 前言

塑料模設計時，模具結(jié)構(gòu)的復雜程度與塑件形狀的復雜程度息息相關(guān)，具體表現(xiàn)為：塑件的外形影響塑件的布局擺放、澆注系統(tǒng)設計及分型面的選取；塑件的局部區(qū)域特征影響塑件的脫模方便性[1-4]。塑件在模具中布局擺放時，首先考慮應盡可能地使分型面簡單化，以便于加工，降低模具的制造成本，其次是應保證澆注系統(tǒng)澆口位置好設置，保證模腔的注射成型效果；再次是應盡可能地減少輔助機構(gòu)的使用，特別針對塑件的脫模，盡可能地使脫模機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單化、小型化、元件集成化，以有效降低模具的結(jié)構(gòu)制造成本[5-8]。本文擬結(jié)合某特殊形狀的支架盒蓋的模具結(jié)構(gòu)設計對此進行探討，以供同類塑件的模具結(jié)構(gòu)設計參考。

1 塑件結(jié)構(gòu)分析

某特殊形狀的支架盒蓋結(jié)構(gòu)如圖1所示，塑件材質(zhì)為丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物(ABS)。塑件的主體形狀由2部分構(gòu)成：柄和端蓋。塑件上影響模具結(jié)構(gòu)設計的特征共有T1～T1111種特征。T1為柄端的端口槽、T2為端蓋的壁上陣列的多個方孔、T3為端蓋面上的2個螺絲沉孔、T4為端蓋內(nèi)壁的2處對稱倒扣槽、T5為端蓋內(nèi)壁上的4處加強筋、T6為端蓋內(nèi)壁上的2個螺絲柱、T7為端蓋內(nèi)壁上的增強型插腳、T8為端蓋內(nèi)壁上的倒勾、T9為柄上內(nèi)壁上6處大小相同的螺絲柱、T10為柄上內(nèi)壁上6處加強筋、T11為柄上內(nèi)壁上2處對稱卡槽。塑件的柄和端蓋成一定的立體夾角結(jié)合，導致塑件的形狀非常不規(guī)則，給模具結(jié)構(gòu)設計帶來非常大的挑戰(zhàn)。

(a)外表面軸測視圖 (b)內(nèi)表面軸測視圖圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Product structure

2 分型設計

結(jié)合本塑件的結(jié)構(gòu)特點，可以看出，塑件在模具中的布局擺放影響模具結(jié)構(gòu)設計的難度。布局可以分為2種情況，柄端在模具XY平面上布局和端蓋在模具XY平面上布局。顯然，如果采用端蓋在模具XY平面上布局，柄將被立起，成型件的高度變大，且柄上內(nèi)壁的特征中，T9、T10、T11都只能采用斜向側(cè)抽芯方式脫模，且斜向頂出脫模元件數(shù)量較多；T1只能前模先抽芯脫膜，模具須增加一次開模面；對于T4，還需采用斜頂機構(gòu)頂出脫模，整個柄的外壁只能采用側(cè)面抽芯來脫模；此種布局方式加大了模具的制造難度和成本，方案明顯不可行。

反之，若采用柄端在模具XY平面上布局，T1可采用側(cè)面抽芯方式脫模，T2、T5、T7、T8、T9可采用1個共同的側(cè)面斜滑塊實施側(cè)抽芯即可達到脫模的目的，T6須設計推管推出脫模，T4須在側(cè)面斜滑塊上設置斜頂機構(gòu)實施2次頂出抽芯即可達到脫模的目的，T3的沉孔采用前模先抽芯滑塊斜抽芯等常規(guī)機構(gòu)即可實現(xiàn)脫模，T9～T11采用常規(guī)頂出機構(gòu)即可實現(xiàn)這些特征的脫模。明顯地，柄端在模具XY平面上布局比端蓋在模具XY平面上布局模具結(jié)構(gòu)設計要簡單。其布局方案如圖2所示，對應的分型面選用圖2中所示的P0分型面。在此布局下，分型和脫模機構(gòu)設計變的簡單。脫模機構(gòu)設計的難點是圖2中K向視圖所對應的特征的脫模設計。

(a)A-A剖視圖 (b)B-B剖視圖 (c)俯視圖 (d)端部K向視圖圖2 分型設計Fig.2 Parting layout

(a)F-F剖視圖 (b)脫模機構(gòu)布局俯視圖 (c)脫模機構(gòu)設置軸測視圖圖3 脫模機構(gòu)布局Fig.3 Layout of demoulding mechanism

柄端在模具XY平面上布局狀態(tài)下，T1～T11各特征的脫模方式布置如圖3所示。針對T1，采用1個滑塊來抽芯脫模，針對T2、T3、T5、T7特征直接用1個側(cè)面大斜滑塊的側(cè)面一次性成型抽芯來脫模；針對T4，則采用2個前模斜抽芯型針抽芯來脫模；針對T6，采用在側(cè)面斜滑塊上開設斜推管頂出來脫模；針對T8，則采用在側(cè)面斜滑塊上設計斜斜頂機構(gòu)來實施脫模；針對T9，由模具的頂板上設置推管推出脫模；T10、T11特征則無須設計脫模機構(gòu)，只需設置獨立的便于加工的成型直鑲件即可，顯然，塑件的脫模機構(gòu)設計得到很大的簡化，簡化后，模具可采用普通型三板模結(jié)構(gòu)即可實現(xiàn)塑件的自動化注塑生產(chǎn)，簡化后，模具結(jié)構(gòu)設計難點在于端蓋特征斜滑塊兩次抽芯機構(gòu)的設計，該機構(gòu)的兩次斜抽芯的功能為：第一次斜抽芯完成T2、T3、T5、T7、T8特征的側(cè)面斜抽芯脫模功能；第二次斜抽芯實現(xiàn)T4特征斜斜頂頂出、T6特征斜推管頂出脫模功能。

在此布局下，模腔的澆注系統(tǒng)得到簡化，可設置2個獨立的點澆口來保證塑件的飽滿注塑，以彌補柄端流動長度過長的弊端。

3 模具結(jié)構(gòu)分析

3.1 模具布局

在分型及脫模方案確定好后，模具結(jié)構(gòu)設計如圖4所示，模腔布局為1模1腔。

3.2 澆注系統(tǒng)

模腔的澆口采用兩點式點澆口，中間流道的布局采用Y形平衡布局，以保證料流能在模腔內(nèi)端蓋部分做快速充填后，快速流動到柄的充填尾端，保證塑件的注塑效果，中間流道采用U形流道，截面尺寸為8 mm×6 mm×6 mm。

In1～In5冷卻水入口編號；Out1～Out5冷卻水出口編號(a)動模俯視圖 (b)定模仰視圖圖4 模具結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Mould structure

3.3 模架

模架選用龍記LKM細水口簡化型標準三板模架LKM FCI型模架。模架導柱為4個，其中1個導柱采用偏心安裝，以防止模具定模、動模部分在裝配時裝錯。

3.4 冷卻水路

冷卻水路采用5條水路來對成型件進行冷卻，型腔鑲件19的冷卻水路為In4～Out4、In5～Out5；型芯鑲件18的冷卻水路為In1～Out1、In2～Out2；端面斜型芯鑲件33的冷卻水路為In4～Out4；水路皆采用φ8 mm的管道，管道在模板與成型件之間的過渡采用O形圈進行密封，型腔鑲件19、型芯鑲件18的管道末端的密封采用銅堵進行密封，銅堵外面再用無頭螺絲包防水膠帶擰緊密封。

3.5 成型件

成型件采用鑲件鑲拼方式；應本塑件的ABS材質(zhì)的成型要求，型腔鑲件19材料采用NAK80，主要基于以下考慮：因其具有極好的加工性能和鏡面拋光性，NAK80適合于拋光性能要求高的超級鏡面模具，經(jīng)深度機加工后也不必進行去應力處理，可施氮化處理，具有優(yōu)良的拋光性能；從加工方便性方面考慮，其材料狀態(tài)為預硬狀態(tài)供應，加工方便，適于直接加工模具，不需要再做熱處理；結(jié)合成型件修配性，從加工方便性來講，材料的洛式硬度(HRC)為38～42，硬度均勻，適合焊接修補，比傳統(tǒng)塑料模具鋼(如P20)的機加工速度快10 %～20 %，因此，該材料能滿足成型件的使用要求及保證本塑件的表面品質(zhì)要求。

從模具經(jīng)濟性、模具壽命實用性角度考慮，型芯鑲件18、T1滑塊28、端面斜型芯鑲件33采用P20較為合適，一則能降低材料的使用成本，另外一個是機加工較為容易，零件制造成本相對較低。

3.6 脫模機構(gòu)

塑件脫模機構(gòu)的設計是本模具設計的難點，對應設計了4種類型5個脫模機構(gòu)來實現(xiàn)塑件的完全脫模，4種機構(gòu)分別是：①定模斜滑塊抽芯機構(gòu)，該機構(gòu)有2個，用于塑件T4特征的前模先抽芯脫模；②動模滑塊抽芯機構(gòu)，該機構(gòu)有1個，用于T1特征的脫模；③動模斜滑塊三次抽芯機構(gòu)，該機構(gòu)有1個，為多功能斜側(cè)面抽芯機構(gòu)，用于端蓋側(cè)面的側(cè)抽芯脫模；④柄部完全頂出脫模機構(gòu)，用于模具頂出板上頂出元件實施對柄部的頂出完全脫模。

3.6.1定模斜滑塊抽芯機構(gòu)

如圖5(b)所示，機構(gòu)的組成零件包括零件21～零件27，機構(gòu)主要利用模具的第一次、第二次分型打開時，由通過螺釘緊固安裝于面板1上的鎖緊塊24驅(qū)動前模斜滑塊25將T4型針21從模腔內(nèi)的塑件上抽出，先完成T4特征的先抽芯脫膜，前模斜滑塊25由滑塊彈簧22輔助驅(qū)動，由限位玻珠27對其進行限位定位，鎖緊塊24與前模斜滑塊25的滑動配合為T形槽配合。

1—面板 2—流道板 3—定模板 4—動模板 5—模腳 6—頂針蓋板 7—頂針推板 8—底板 9—頂針板導套 10—頂針板導柱 11—限位塊 12—頂針 13—推管 14—支撐柱 15—復位桿 16—復位桿彈簧 17—樹脂開閉器 18—型芯鑲件 19—型腔鑲件 20—密封圈 21—T4型針 22—滑塊彈簧 23—型針壓緊塊 24—鎖緊塊 25—前模斜滑塊 26—斜滑塊壓條 27—限位玻珠 28—T1滑塊 29—楔緊塊 30—T形塊 31—第二滑塊彈簧 32—限位螺釘 33—端面斜型芯鑲件 34—斜頂針 35—復位桿 36—斜模板 37—斜導柱 38—斜滑塊 39—斜頂針壓板 40—斜推板 41—鎖緊斜塊 42—斜滑塊冷卻水管 43—斜滑塊座 44—彈簧卡塊 45—斜滑塊彈簧(a)模架結(jié)構(gòu) (b)抽芯機構(gòu)安裝I圖5 模具結(jié)構(gòu)IFig.5 Mold structure I

3.6.2動模滑塊抽芯機構(gòu)

機構(gòu)組件包括零件28～零件32，機構(gòu)為常用型斜導柱滑塊抽芯機構(gòu)，機構(gòu)主要利用模具的第三次分型打開時，由楔緊塊29上安裝的T形塊30驅(qū)動T1滑塊28向外抽芯，由第二滑塊彈簧31輔助驅(qū)動，抽芯行程由限位螺釘32限制，實現(xiàn)對T1特征的側(cè)面抽芯脫模。楔緊塊29通過螺釘安裝于定模板3上。

3.6.3動模斜滑塊三次抽芯機構(gòu)

此機構(gòu)是本模具設計的主要難點，機構(gòu)組件包括零件33～零件52，機構(gòu)由2個子組件構(gòu)成，側(cè)面滑塊一次抽芯子組件和二次延時頂出子組件，如圖6、圖7所示。

46—斜斜頂 47—斜推管 48—斜斜頂座 49—斜滑塊耐磨板 50—斜頂板驅(qū)動彈簧 51—樹脂吸緊塊 52—拉桿 53—端面小鑲件 54—側(cè)拉桿 55—定位圈 56—澆口襯套 57—拉料桿 58—導柱 59—流道板導套 60—定模板導套 61—動模板導套 62—精定位塊 63—復位桿 64—復位桿延時彈簧 65—垃圾釘 66—流道板拉桿 67—流道板彈簧 68—定模板拉桿 P1—第一開模面P2—第二開模面 P3—第三開模面(a)抽芯機構(gòu)安裝II (b)模具工作原理圖6 模具結(jié)構(gòu)IIFig.6 Mold structure II

36—斜模板 38—斜滑塊 46—斜斜頂 53—端面小鑲件(a)A-A剖視圖 (b)B-B剖視圖 (c)斜向軸測視圖 (d)俯視主圖圖7 三次抽芯機構(gòu)Fig.7 The third core-pulling mechanism

側(cè)面滑塊一次抽芯子組件的構(gòu)成零件裝配情況為：端面斜型芯鑲件33和端面小鑲件53構(gòu)成塑件端面內(nèi)側(cè)壁的主要型芯；端面斜型芯鑲件33通過螺釘緊固安裝于斜模板36上，斜模板36再通過螺釘緊固安裝于斜滑塊38上，斜滑塊38通過滑塊壓條安裝于斜滑塊座43上，斜滑塊座43通過螺釘緊固安裝于動模板4上，模具在第三次分型打開時，斜導柱37將驅(qū)動斜滑塊38斜向外下方抽出，帶動端面斜型芯鑲件33實施對塑件的斜抽芯脫模，端面斜型芯鑲件33上成型的塑件特征有T2、T3、T5、T7、T8特征。鎖緊斜塊41用于閉模時對斜滑塊38進行鎖緊，斜滑塊彈簧45通過推動彈簧卡塊44對斜滑塊38進行輔助驅(qū)動，彈簧卡塊44也同時對斜滑塊38的向外抽芯行程定距。斜滑塊冷卻水管42用于斜滑塊38及其上的端面斜型芯鑲件33進行冷卻。斜滑塊耐磨板49用于斜滑塊38的防磨損。斜滑塊38向外抽芯運動分為2個階段，第一階段用于端面斜型芯鑲件33的局部抽芯，斜斜頂46的抽芯，第二階段用于斜頂針34、復位桿35、斜推管47的抽出，實現(xiàn)T4特征斜斜頂頂出、T6特征斜推管抽芯功能。第三階段用于端面小鑲件53的抽出，實現(xiàn)端面內(nèi)壁的完全脫模。

二次延時頂出子組件零件裝配情況為：斜模板36的一個重要作用是為斜推板40提供運動空間，斜推板40通過斜頂針壓板39裝有斜頂針34、復位桿35、斜推管47，通過斜斜頂座48安裝有斜斜頂46，斜頂針34用于T3特征的斜向頂出，復位桿35用于斜推板40的頂回復位，斜推管47用于T6特征的頂出脫模，斜頂板驅(qū)動彈簧50用于斜推板40頂住，在斜滑塊38向外抽出時，頂住斜頂針34、復位桿35、斜推管47、斜斜頂46做延時停留，并通過斜模板36的斜頂桿槽迫使斜斜頂46完成對T4特征的抽芯。端面小鑲件53由樹脂吸緊塊51、拉桿52與斜推板40保持連接，第二階段時能與斜推板40分離，以減小側(cè)向抽芯脫模阻力。

動模斜滑塊三次抽芯機構(gòu)的工作原理為：模具在P3分型面處打開時，斜導柱37將驅(qū)動斜滑塊38斜向外下方抽出，驅(qū)動端面斜型芯鑲件33、斜斜頂46先完成第一步抽芯，而斜推板40在彈簧50的頂住下，先維持不動；隨著P3的繼續(xù)打開，斜模板36將帶著斜推板40跟隨斜滑塊38一起抽出，完成第二步抽芯，同時，端面小鑲件53與樹脂吸緊塊51分離；隨著P3的繼續(xù)打開，斜模板36通過側(cè)拉桿54拉住端面小鑲件53抽出，完成第三側(cè)面斜抽芯。機構(gòu)的復位過程則與打開過程相反。

3.6.4頂出機構(gòu)

塑件的完全頂出脫模機構(gòu)由頂針蓋板6、頂針推板7上設置的頂針12、推管13來完成。

3.7 輔助零件

導套58、59、60用于模板的運動導向；精定位塊62用于增強模腔的閉合定位精度；復位桿63下方設置了復位桿延時彈簧64用于復位桿63的復位延時，以保證T1滑塊28、斜滑塊38先復位一定距離，不與頂針產(chǎn)生干涉。

4 模具工作原理

模具為冷流道點澆口三板板模，開模順序為P1→P2→P3，閉合順序為P3→P2→P1，如圖6所示，模具的工作過程為：

①注塑。模具閉合，注塑機通過噴嘴、澆口襯套56、流道及2個點澆口向模腔內(nèi)注塑，注塑完畢，冷卻后等待開模;

②P1打開。注塑機動模板帶動模具動模板后退，由于開閉器17的吸緊保持定模板3與動模板4的閉合，在流道板彈簧67的撐開下，模具將首先在P1開模面處打開，P1打開時，點澆口崩斷，流道廢料與模腔內(nèi)塑件分離，同時，鎖緊塊24驅(qū)動前模斜滑塊25將T4型針21從模腔內(nèi)的塑件上抽出，先完成T4特征的先抽芯脫膜；P1打開的距離由定模板拉桿68定距控制;

③P2打開。模具動模繼續(xù)后退，流道板2將被定模板3拉住一起后退，模具在P2開模面處打開，流道廢料自動脫模；

④P3打開。模具動模繼續(xù)后退，模具在P3開模面處打開，楔緊塊29驅(qū)動T1滑塊28向外抽芯，實現(xiàn)對T1特征的側(cè)面抽芯脫模；同步地，斜導柱37將驅(qū)動斜滑塊38斜向外抽出，帶動端面斜型芯鑲件33完成對塑件端面內(nèi)壁的斜抽芯脫模；

⑤頂出。動模繼續(xù)后退，注塑機頂桿將推動頂針蓋板6、頂針推板7，驅(qū)動頂針12、推管13將塑件可靠地從型芯鑲件18上完全頂出脫模；

⑥復位。復位時，T1滑塊28、斜滑塊38先做一定距離的復位，而后是頂針蓋板6、頂針推板7自動先復位；之后模具在P2分型面處閉合，前模斜滑塊25先復位；最后，模具在P1分型面處閉合，前模斜滑塊25完全復位，模具完全閉合，等待下一個注塑循環(huán)。

5 結(jié)論

(1)結(jié)合塑件的布局、脫模問題，設計了塑件的1模1腔點澆口三板模具；模具中，塑件在模腔中的布局采用柄部在模具XY平面布局方式布局以降低模具設計和制造難度；進而，采用兩點點澆口對塑件進行澆注，保證了模腔充填飽滿性，降低了模腔的注塑難度；

(2)針對難脫模特征的脫模，設計了4種類型5個機構(gòu)來實現(xiàn)塑件的完全脫模及自動化生產(chǎn)；4種機構(gòu)分別為定模斜滑塊抽芯機構(gòu)、動模滑塊抽芯機構(gòu)、動模斜滑塊三次抽芯機構(gòu)、頂針推管頂出脫模機構(gòu)，機構(gòu)中，特別是動模斜滑塊三次抽芯機構(gòu)的應用，通過斜導柱驅(qū)動斜滑塊完成斜面的第一次局部抽芯，利用斜滑塊上的彈簧頂住滑塊上設置的斜推板來驅(qū)動斜推板上的斜頂針、斜斜頂、斜推管完成第二次延時抽芯，利用滑塊上設置的拉桿對斜面完成第三次延時抽芯，實現(xiàn)了塑件斜面上不同特征的分次抽芯脫模，在降低脫模阻力的同時，保證了塑件的脫模不變形，有效保證了塑件的成型品質(zhì)和自動化注塑生產(chǎn)，簡化了模具結(jié)構(gòu)的同時，有效降低了模具的制造成本，能為同類塑件的模具結(jié)構(gòu)設計帶來有益參考。