線圈骨架注射模設(shè)計(jì)

包榮華

（上海誠(chéng)泰精密模具工業(yè)有限公司，上海 201812）

1 塑件結(jié)構(gòu)及成型工藝分析

圖1 所示為繞線用的線圈骨架，采用高強(qiáng)度和高剛度的PC+ABS-GF10%合金材料成型，收縮率為0.3%，質(zhì)量約為795 g。制品特征形狀比較簡(jiǎn)單，但性能要求較高。圓柱面B 用來(lái)繞制線圈，其相對(duì)于2 個(gè)法蘭面的垂直度公差為+0.05 mm。成型后對(duì)制品進(jìn)行跳動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)方法如圖2所示，將法蘭底面平均分成16 份，再使用百分表分別對(duì)16 等份的圓柱面上測(cè)定9 個(gè)部位，跳動(dòng)公差在0.2 mm 內(nèi)為合格。2 個(gè)法蘭面的內(nèi)側(cè)尺寸為（94±0.2）mm，成型時(shí)該尺寸會(huì)因收縮變形而變小，所以模具制造時(shí)該尺寸要考慮公差并加上收縮率，即94.2×1.003=94.48 mm，以免后期該尺寸超差導(dǎo)致模具需要進(jìn)行燒焊處理。

圖1 線圈骨架結(jié)構(gòu)

圖2 跳動(dòng)試驗(yàn)

成型機(jī)臺(tái)為HTF470W1，目標(biāo)成型周期擬為65 s。塑料成型溫度為240～270 ℃，模具溫度控制在80 ℃左右。模具鋼材采用德國(guó)Buderus 的預(yù)硬鋼BPM 2738，鎳的含量約為1%，硬度均勻，為28～32 HRC，具有優(yōu)越的加工性能與拋光性能。因塑料中含10%的玻璃纖維，需將BPM 2738 氮化，在氨氣中氮化處理后的硬度可達(dá)650 HV，獲得較硬的表層和較好的耐磨性及腐蝕性，從而延長(zhǎng)模具使用壽命。

2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的自動(dòng)化生產(chǎn)，模具采用潛伏澆口。根據(jù)制品的特點(diǎn)，將澆口位置設(shè)在制品中間φ54 mm孔的側(cè)壁，同時(shí)避開(kāi)側(cè)面筋條以避免型腔出現(xiàn)填充不足現(xiàn)象。為了熔體填充平衡以保證成型制品性能，設(shè)置8 個(gè)澆口，如圖3 所示。注射成型過(guò)程中，流道的壓力損失較大，因圓形截面的比表面積小（流道表面積與其體積之比），分流道中熔體與模具零件接觸面最小，壓力和溫度損失最小，有利于熔體的流動(dòng)和壓力傳遞，所以選用圓形截面的分流道。流道的直徑如果尺寸偏小，會(huì)降低單位時(shí)間內(nèi)填充量，并使填充時(shí)間延長(zhǎng)，成型制品常出現(xiàn)缺料、波紋等缺陷，影響制品成型質(zhì)量；而流道的直徑過(guò)大不僅積存空氣增多，制品容易產(chǎn)生氣泡，而且會(huì)增加熔體的用量，延長(zhǎng)冷卻時(shí)間。

圖3 流道及澆口的形狀

根據(jù)塑料性能、熔體最大流程比及經(jīng)驗(yàn)，流道的直徑選用φ5 mm。澆口是連接分流道和型腔的通道，對(duì)流入型腔的熔體起控制作用，注射完畢后封鎖型腔，使型腔中尚未冷卻固化的熔體不倒流。澆口尺寸對(duì)制品成型的影響較大，如果澆口尺寸過(guò)大，導(dǎo)致熔體流動(dòng)性過(guò)低，使成型制品的內(nèi)應(yīng)力增高，澆口凝料冷卻慢，切斷后易產(chǎn)生外觀痕跡；小澆口有利于改變?nèi)垠w非牛頓流體的表觀黏度，增加剪切速率，從而提高型腔熔體的溫度，以增加流動(dòng)性，同時(shí)也可以控制和縮短補(bǔ)料的時(shí)間，降低成型制品的內(nèi)應(yīng)力，縮短成型周期。但澆口過(guò)小，則澆口處壓力損失過(guò)大，導(dǎo)致熔體填充不足。綜合以往的經(jīng)驗(yàn)，澆口尺寸設(shè)計(jì)為φ1 mm。

3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 冷卻系統(tǒng)的重要性

注射模中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)制品成型質(zhì)量與生產(chǎn)成本有著重要影響。制品冷卻時(shí)間約占整個(gè)成型周期的2/3，當(dāng)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理時(shí)會(huì)造成生產(chǎn)周期過(guò)長(zhǎng)，生產(chǎn)成本增加；另一方面，不均勻的冷卻效果會(huì)影響成型制品表面光澤度，使制品表面光澤不一致，同時(shí)成型制品因成型階段填充和保壓時(shí)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力而產(chǎn)生翹曲變形，影響制品尺寸的穩(wěn)定性。有效的冷卻回路設(shè)計(jì)可以減少冷卻時(shí)間，提高制品生產(chǎn)效率，減少殘余應(yīng)力，保證制品尺寸和形狀，從而提高制品成型質(zhì)量，滿足性能要求。

3.2 流道冷卻

制品中間的圓柱狀筋條深度為50 mm，需設(shè)計(jì)鑲件成型，成型筋條的零件中間進(jìn)行分割以便加工、排氣及拋光。為了消除A處內(nèi)孔側(cè)壁的段差，定模鑲件3 和動(dòng)模鑲件6 在分型面采用錐度定位，圓形分流道沿分型面開(kāi)設(shè)。主流道的長(zhǎng)度為145 mm，需要對(duì)澆口套1進(jìn)行冷卻，否則主流道凝料易斷，不便于機(jī)械手取出，且定模鑲件3 和動(dòng)模鑲件6 成型的筋條也需冷卻。為了在定模鑲件3 和動(dòng)模鑲件6中設(shè)計(jì)冷卻水路，分別設(shè)置了定模冷卻鑲件2 和動(dòng)模冷卻鑲件7，材質(zhì)為Be-Cu 或Al，冷卻水路采用雙頭螺旋槽形式，如圖4所示。

圖4 流道冷卻水路設(shè)計(jì)

3.3 模板及鑲件冷卻

為了使模具冷卻均勻并將模具冷卻水路的進(jìn)出口溫度差控制在5 ℃以內(nèi)，根據(jù)制品的形狀在動(dòng)、定模板及鑲件各設(shè)置4 條水路，采用直通水路加水塔的形式，水路直徑為φ12 mm，水路間距為50 mm。為了保證模具的冷卻效果，隔水片和水路堵頭與B處接觸不能有間隙，如圖5所示。隔水片盡量長(zhǎng)，其前端應(yīng)開(kāi)缺口以保證水流量，隔水片材質(zhì)一般采用不銹鋼，以免生銹影響模具的冷卻效果。

圖5 模板及鑲件冷卻

3.4 滑塊冷卻

滑塊冷卻如圖6 所示，根據(jù)制品的形狀沿制品周邊設(shè)置水路，水路到制品面距離為10～15 mm，沿開(kāi)模方向設(shè)置4 層水路，水路直徑為φ10 mm，水路間距為20～30 mm。

圖6 滑塊冷卻

4 滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 滑塊結(jié)構(gòu)

滑塊驅(qū)動(dòng)一般采用斜導(dǎo)柱、方形斜導(dǎo)塊和液壓缸等。為了保證滑塊動(dòng)作順暢，滑塊的尺寸設(shè)計(jì)滿足L/H≥1.8、L/W≥1.5、150 mm≤W≤450 mm 時(shí)，滑塊要增加1個(gè)中間導(dǎo)向塊C；當(dāng)450 mm≤W時(shí)滑塊要增加2 個(gè)導(dǎo)滑塊。開(kāi)模后滑塊要有2/3L的支撐面，為防止滑塊無(wú)法鎖緊，須滿足H2≥2/3H。采用A 型滑塊時(shí)L/H≥1.5，采用B 型滑塊時(shí)L/H＜1.5且L/H1≥1.8，如圖7所示。

4.2 滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

滑塊的倒扣量為47 mm，為便于制品取出，滑塊行程設(shè)計(jì)為60 mm。滑塊若按常規(guī)設(shè)計(jì)，其尺寸與模具外形將會(huì)單側(cè)增加100 mm。為了合理減小模具尺寸與降低模具制造成本，滑塊驅(qū)動(dòng)采用導(dǎo)桿和滑槽的形式，如圖8所示。

導(dǎo)桿3 固定在滑塊1 上，導(dǎo)桿3 在導(dǎo)板2 的滑槽內(nèi)滑動(dòng)。導(dǎo)桿3埋入滑塊1的深度為導(dǎo)桿直徑的1.5倍，為了保證導(dǎo)桿強(qiáng)度，導(dǎo)桿直徑（經(jīng)驗(yàn)值）一般要大于導(dǎo)桿超出滑塊長(zhǎng)度的1/6（即130/6≈22 mm），取φ30 mm，導(dǎo)桿材質(zhì)與斜導(dǎo)柱都采用SKD61（高頻淬火）。導(dǎo)板滑槽的形狀及尺寸如圖9 所示，由A、B、C、D四個(gè)區(qū)域組成。為了防止制品粘結(jié)定模致使內(nèi)側(cè)拉傷，導(dǎo)桿3 在A 區(qū)域內(nèi)滑動(dòng)時(shí)，滑塊保持不動(dòng)，相當(dāng)于滑塊延時(shí)構(gòu)造。B 區(qū)域滑塊抽芯角度從10°過(guò)渡到C 區(qū)域滑塊抽芯角度20°，D 區(qū)域滑塊停止不動(dòng)。A、B、C區(qū)域抽芯階段滑槽的寬度為31 mm。導(dǎo)柱長(zhǎng)度一般比A、B、C 區(qū)域合模方向高度高出15 mm，導(dǎo)板固定在定模側(cè)，起保護(hù)導(dǎo)柱與支撐定模的作用，導(dǎo)板比導(dǎo)柱長(zhǎng)10 mm左右，因此D區(qū)域的槽寬要進(jìn)行避空處理，槽寬設(shè)計(jì)為40 mm。滑塊通常設(shè)置在模具的操作與反操作側(cè)，導(dǎo)桿和導(dǎo)板設(shè)置在天側(cè)（注塑機(jī)安裝模具一側(cè)為天側(cè)）。為使模具起吊方便，需要在天側(cè)設(shè)置吊環(huán)輔助塊8。吊環(huán)輔助塊和前端螺紋設(shè)計(jì)整體式，以免模具起吊過(guò)程中螺紋處斷裂，發(fā)生安全事故。

圖7 滑塊結(jié)構(gòu)

圖8 滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖9 導(dǎo) 板

4.3 滑塊定位

滑塊為常見(jiàn)的哈弗滑塊，如圖10所示。為了消除成型制品內(nèi)部圓柱的段差，2 個(gè)滑塊間采用錐度定位塊9 定位，為了便于后期拋光和調(diào)整成型制品內(nèi)部圓柱的段差，2 個(gè)滑塊間要設(shè)置定位銷和固定螺釘。滑塊壓板6 固定在動(dòng)模板上，因固定壓板的螺釘與孔存在間隙，為了防止螺釘鎖緊位置的變化影響滑塊運(yùn)動(dòng)順暢，在滑塊壓板和動(dòng)模板中間設(shè)置定位塊7。因2 個(gè)哈弗滑塊共用1 個(gè)滑塊壓板，壓板長(zhǎng)度較長(zhǎng)，可在其兩端再設(shè)置定位銷定位，確保滑塊運(yùn)動(dòng)順暢。滑塊壓板材質(zhì)采用P20，并進(jìn)行氮化處理，同時(shí)滑塊與定模鑲件插穿角度為3°，以防止滑塊拉傷，并在滑動(dòng)部位開(kāi)設(shè)油槽。線圈類制品的外形多為圓形，滑塊外形也設(shè)計(jì)成圓形和定模板相配，配合角度為10°。

圖10 滑 塊

5 模具工作過(guò)程

模具結(jié)構(gòu)如圖11 所示，其工作過(guò)程為：熔融塑料通過(guò)注塑機(jī)噴嘴流入模具流道，然后進(jìn)入型腔，經(jīng)保溫、保壓、冷卻后開(kāi)模，開(kāi)模時(shí)定模板4 和動(dòng)模板7 打開(kāi)，導(dǎo)板19 帶動(dòng)固定在滑塊5 上的導(dǎo)桿24 滑動(dòng)完成抽芯動(dòng)作；注塑機(jī)頂桿推動(dòng)推板12帶動(dòng)推桿15 推出制品，最后機(jī)械手取出制品，開(kāi)模動(dòng)作完成；合模時(shí)注塑機(jī)頂桿復(fù)位，在復(fù)位彈簧的作用下推桿15復(fù)位，注塑機(jī)接收行程復(fù)位開(kāi)關(guān)10的信號(hào)使模具合模，導(dǎo)桿24 先進(jìn)入導(dǎo)板19 的D 區(qū)，導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套后繼續(xù)合模，導(dǎo)桿24 依次通過(guò)導(dǎo)板19 的C、B、A 區(qū)，從而推動(dòng)滑塊5 復(fù)位，定模板4 將滑塊鎖緊，形成封閉型腔，合模完成，準(zhǔn)備下一次注射成型。

圖11 模具結(jié)構(gòu)

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)線圈骨架的結(jié)構(gòu)性能和特點(diǎn)，采用普通流道轉(zhuǎn)8 個(gè)潛伏澆口進(jìn)澆和哈弗滑塊成型，通過(guò)導(dǎo)桿在導(dǎo)板滑槽內(nèi)移動(dòng)實(shí)現(xiàn)滑塊運(yùn)動(dòng)。圓形類線圈骨架的滑塊采用此方式驅(qū)動(dòng)，可以不受常規(guī)尺寸限制，在保證模具強(qiáng)度的前提下，可以有效減小模具尺寸以滿足注塑機(jī)的安裝要求，降低模具制造成本。生產(chǎn)實(shí)踐證明，模具生產(chǎn)效率高，運(yùn)行穩(wěn)定，可為同類制品模具設(shè)計(jì)提供參考。