藥盒下蓋模內(nèi)熱切注塑模設(shè)計(jì)

李本威，朱傳林，文建洲

( 河南駝人醫(yī)療器械研究院有限公司, 河南省醫(yī)用高分子材料技術(shù)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 長(zhǎng)垣 453400)

傳統(tǒng)的大部分塑料模在開(kāi)模后塑件與澆口相連，需要人工進(jìn)行二次修剪去除料頭，料頭的二次去除常常因修剪不一致造成產(chǎn)品視觀不良或影響產(chǎn)品裝配質(zhì)量，因此如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切除料頭、提高制品一致性成為很多企業(yè)面臨的問(wèn)題。

模內(nèi)熱切技術(shù)作為一種先進(jìn)的注塑技術(shù)，在歐美國(guó)家已經(jīng)得到了普及，國(guó)外許多塑膠模具廠所生產(chǎn)的模具50% 以上采用了模內(nèi)熱切技術(shù)[1～3]。在我國(guó)，由于人力成本的增長(zhǎng)與產(chǎn)品品質(zhì)的提升，模內(nèi)熱切技術(shù)正逐步得到推廣。本文以側(cè)向進(jìn)膠為例，針對(duì)藥盒下蓋產(chǎn)品，設(shè)計(jì)了一種模內(nèi)熱切注塑模，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的高質(zhì)量、高效率生產(chǎn)。

1 模內(nèi)熱切技術(shù)

1.1 模內(nèi)熱切技術(shù)原理

模內(nèi)熱切就是在塑膠模具未開(kāi)模前，剪切或擠斷澆口，從而實(shí)現(xiàn)在塑膠模具開(kāi)模后產(chǎn)品與澆口分離的一種模具注塑自動(dòng)化工藝。簡(jiǎn)而言之，模內(nèi)熱切就是一種開(kāi)模前實(shí)現(xiàn)塑料件的料頭與產(chǎn)品的自動(dòng)分離技術(shù)。其原理如圖1 和圖2 所示。

圖1 為是模內(nèi)熱切系統(tǒng)示意圖，由圖中可知，模內(nèi)熱切系統(tǒng)主要由切刀、微型油缸、復(fù)位彈簧和油路組成。模具生產(chǎn)時(shí)，從模具合模至保壓階段，切刀處于“ 切除前” 狀態(tài)，如圖2（a）所示。當(dāng)保壓完成后，超高壓時(shí)序控制系統(tǒng)提供超高油壓推動(dòng)微型油缸活塞，微型油缸活塞推動(dòng)切刀，切刀對(duì)產(chǎn)品和料頭施加剪切力使得產(chǎn)品和料頭分離，如圖2（b）所示。當(dāng)保壓完成時(shí)，塑件仍處于冷卻階段初期，此時(shí)熔體仍屬于粘流態(tài)，因此迫于切刀壓力造成的熔體回流對(duì)產(chǎn)品無(wú)不良影響。此外，根據(jù)產(chǎn)品大小和模具結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，可以通過(guò)改變超高壓時(shí)序控制系統(tǒng)的壓力、時(shí)間等參數(shù)，來(lái)達(dá)到產(chǎn)品與料頭分離的最佳效果。

圖1 模內(nèi)熱切系統(tǒng)示意圖[2]

圖2 切刀切斷示意圖[2]

1.2 模內(nèi)熱切應(yīng)用主要技術(shù)關(guān)鍵

一個(gè)成功的模內(nèi)熱切模具應(yīng)用項(xiàng)目需要多個(gè)環(huán)節(jié)予以保障。其中較重要的有以下三個(gè)技術(shù)因素。

1.2.1 切刀精度的控制

在模內(nèi)熱切模具應(yīng)用中切刀精度的控制顯得極為重要。許多生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題直接源于模內(nèi)熱切系統(tǒng)切刀加工精度的控制。如開(kāi)模后產(chǎn)品與料不分離問(wèn)題，切完產(chǎn)品毛邊嚴(yán)重問(wèn)題，產(chǎn)品澆口切不干凈問(wèn)題等。出現(xiàn)此類(lèi)問(wèn)題只能提高切刀加工精度。

1.2.2 模內(nèi)熱切切刀公差與切刀的裝配工藝

在模內(nèi)熱切系統(tǒng)模具正常生產(chǎn)中，切刀需來(lái)回反復(fù)進(jìn)行動(dòng)作，因此不同塑料采取不同的裝配公差與裝配工藝。否則就會(huì)出現(xiàn)切刀卡死，切刀不能回位，塑料流入切刀與模具裝配間隙，甚至切刀蹦斷。對(duì)于此類(lèi)問(wèn)題需要找專(zhuān)業(yè)有經(jīng)驗(yàn)的模內(nèi)熱切廠家提供專(zhuān)業(yè)的解決方案。

1.2.3 模內(nèi)熱切廠商提供對(duì)于模內(nèi)熱切模具方案的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)

對(duì)于模具行業(yè)來(lái)說(shuō)，提供一個(gè)準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方案起著事半工倍的作用。模內(nèi)熱切供應(yīng)商對(duì)于不同的產(chǎn)品不同的材料需提供較佳的設(shè)計(jì)方案，否則就會(huì)出現(xiàn)油缸力量不足，切刀切不斷產(chǎn)品，切刀回位不順暢等一系列問(wèn)題。

2 塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖3(a) 為藥盒下蓋外觀面的形狀圖。產(chǎn)品左右對(duì)稱(chēng)，整體尺寸為98 mm×97 mm×18 mm，整體壁厚為1.5 mm。產(chǎn)品的成型材料選擇聚碳酸酯（PC），該材料的收縮率為0.5%～0.7%（本次設(shè)計(jì)中模具收縮率定為0.5%），水口+ 產(chǎn)品克重為45.3 g。圖3（b）為產(chǎn)品非外觀面形狀圖，產(chǎn)品上影響模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)特征有：①產(chǎn)品上分布八個(gè)倒扣結(jié)構(gòu)，分別為A1～A8（左右對(duì)稱(chēng)）；②產(chǎn)品兩側(cè)端部各分布一處復(fù)雜筋位，分別為B1、B2（左右不對(duì)稱(chēng)）。此外，產(chǎn)品四周分布六處加強(qiáng)筋。根據(jù)產(chǎn)品情況，澆口宜采用側(cè)向搭接式澆口，布置于G處。

圖3 藥盒下蓋產(chǎn)品示意圖

3 模具設(shè)計(jì)

3.1 模仁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和形狀，分型面選擇在產(chǎn)品內(nèi)表面上，采用一模兩腔進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了模具加工和配模的方便，前、后模仁都平均分成兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體結(jié)構(gòu)如圖4 所示。產(chǎn)品兩側(cè)端部各分布一處復(fù)雜筋位，采用鑲件進(jìn)行成型，具體結(jié)構(gòu)如圖5 所示。此外，為了安全定位，在模仁四角均設(shè)計(jì)了虎口結(jié)構(gòu)。

圖4 模仁結(jié)構(gòu)

3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和型腔布局，本次澆口選取側(cè)向搭接澆口，對(duì)應(yīng)分布在2 個(gè)產(chǎn)品的側(cè)邊中間位置。為了方便加工、便于維修，模具的澆注系統(tǒng)以流道塊形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，產(chǎn)品的分流道和澆口均設(shè)置在流道塊上，分流道設(shè)計(jì)為圓形分流道，直徑為6 mm ；澆口的搭接寬度為6 mm，搭接深度為1 mm。分流道與澆口之間設(shè)計(jì)冷料穴，作用如下：①容納料流的前鋒冷料，以免這些冷料注入型腔；②容納切刀剪切澆口時(shí)發(fā)生回流的熔體。模具澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖5 后模鑲件結(jié)構(gòu)

圖6 模具澆注系統(tǒng)示意圖

3.3 模具頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

針對(duì)制品的脫模問(wèn)題，如圖7 所示，制品的脫模機(jī)構(gòu)做如下設(shè)計(jì): 制品上A1～A8八個(gè)倒扣結(jié)構(gòu)都采用斜頂機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行成型和脫模頂出；B1和B2兩個(gè)復(fù)雜筋位采用鑲件形式進(jìn)行成型；在產(chǎn)品的的其余位置及筋位區(qū)域布置直徑為5 mm 的頂針來(lái)進(jìn)行頂出。

圖7 脫模機(jī)構(gòu)

4 模內(nèi)熱切系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖8 所示，模內(nèi)熱切系統(tǒng)主要由微型油缸、油路、高速高壓切刀和時(shí)序控制器（圖9）組成。其中，高速高壓切刀完成澆口熱切，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與料頭的分離；微型油缸為切刀的運(yùn)動(dòng)提供驅(qū)動(dòng)力量；時(shí)序控制器背后連接測(cè)試開(kāi)、合模的信號(hào)線，并通過(guò)與油缸油路相連接，來(lái)控制油缸的壓力和工作時(shí)間。整個(gè)系統(tǒng)的工作過(guò)程為：當(dāng)模具完成合模后，時(shí)序控制器收到信號(hào)并開(kāi)始計(jì)時(shí)，隨著產(chǎn)品的注射過(guò)程完成進(jìn)入保壓階段，當(dāng)保壓完成后，時(shí)序控制器開(kāi)始控制油缸，油缸的高壓快速推動(dòng)切刀裝置，切刀切斷澆口使得產(chǎn)品與澆口分離，在產(chǎn)品經(jīng)過(guò)冷卻過(guò)程后，模具開(kāi)模，頂出系統(tǒng)將產(chǎn)品及料頭頂出。待再次合模前，時(shí)序控制器控制油缸泄壓，彈簧將切刀退至初始位置，重新開(kāi)始下一個(gè)生產(chǎn)周期。

圖8 模內(nèi)熱切機(jī)構(gòu)組成

圖9 時(shí)序控制器

4.1 切刀裝置設(shè)計(jì)

由以上所述，切刀裝置是模內(nèi)熱切系統(tǒng)中最重要的部分。如圖10（a）所示為切刀的底部固定示意圖，為了保證切刀的運(yùn)動(dòng)無(wú)卡滯現(xiàn)象，除了切刀頂部與動(dòng)模仁、流道塊的配合外，切刀與模仁、切刀座與模仁的配合均為間隙配合，切刀底部采用單邊固定的結(jié)構(gòu)，起到止轉(zhuǎn)的作用。由于澆口的搭接深度為1 mm，故切刀的剪切距離也設(shè)計(jì)為1 mm，同時(shí)切刀座底部與模仁之間設(shè)計(jì)限位結(jié)構(gòu)。圖10（b）為切刀頭部示意圖，為了保證切刀能夠?qū)部谇谐蓛簟⒉涣裘叄械睹鎸?duì)產(chǎn)品表面過(guò)切0.03 mm。為使切刀剪切澆口時(shí)不影響產(chǎn)品表面，產(chǎn)品下方的切刀部分應(yīng)對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行避空，避空高度為1 mm，當(dāng)切刀處于切斷狀態(tài)時(shí)（如圖10（c）），切刀不會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成影響。需特別指出的是：在澆注過(guò)程中，避空區(qū)域內(nèi)先被熔體完全填充，待保壓完成后切刀對(duì)澆口施加剪切作用力時(shí)，避空區(qū)域內(nèi)的熔體發(fā)生回流至產(chǎn)品和冷料穴內(nèi)。此外，切刀頭部的長(zhǎng)度和澆口搭接寬度一致，為6 mm。

5 模具的裝配及試制

5.1 模具的裝配

模具的零部件及前后模仁加工完成后，應(yīng)該先對(duì)模仁、斜頂?shù)炔考M(jìn)行拋光，前模型腔鏡面區(qū)域需拋光至Ra=0.4 μm，后模型芯需拋光至Ra=0.8 μm。組裝后的定模、動(dòng)模如圖11 所示。

圖11 模具裝配后實(shí)物

5.2 模具的試制

模具裝配完成后在德馬格210T 注塑機(jī)上進(jìn)行試制。選取合理的工藝參數(shù)，得到藥盒下蓋產(chǎn)品，產(chǎn)品實(shí)物如圖12 所示。經(jīng)尺寸、外形及裝配檢測(cè)后，產(chǎn)品質(zhì)量合格。

對(duì)于模內(nèi)熱切系統(tǒng)，時(shí)序控制器選用神馬熱流道有限公司生產(chǎn)的超高壓油站，其參數(shù)如表1 所示。試制時(shí)，通過(guò)改變超高壓時(shí)序控制系統(tǒng)的壓力、時(shí)間等參數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與料頭分離的最佳效果，最終時(shí)序控制器的參數(shù)如表2 所示。

圖12 產(chǎn)品實(shí)物圖

表1 時(shí)序控制器參數(shù)

表2 試制時(shí)時(shí)序控制器設(shè)定參數(shù)

6 總結(jié)

模內(nèi)熱切技術(shù)既可以改善產(chǎn)品與料頭分離的效果，提高制品的一致性，又可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、降低人工成本，使得模具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。就目前模內(nèi)熱切技術(shù)而言，在汽車(chē)、家電、醫(yī)療等領(lǐng)域尚未得到廣泛的應(yīng)用，原因在于其穩(wěn)定性與可靠性需要改進(jìn)，相信經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)，模內(nèi)熱切技術(shù)終將成為種成熟穩(wěn)定、廣泛應(yīng)用的技術(shù)。