滴灌尖管脫模機構及成型件加工優化模具設計

熊建武，龍華，周進，譚補輝，胡智清，徐文慶

(1.湖南工業職業技術學院，湖南 長沙 410208;2.益陽職業技術學院，湖南 益陽 413000;3.湖南財經工業職業技術學院，湖南 長沙 421002)

滴灌尖管是滴灌機中的一個重要零件，該零件的主要作用是通過滴灌閥門的控制，可以實現滴灌技術中所要求的幾種要求，分別為單液滴灌、多液滴灌、混液滴灌。考慮到維修和零件的報損，滴灌尖管零件的數量要求多，因而其生產批量大，需要采用注射成型方式來對其進行大批量生產。本文針對某滴灌機滴灌尖管塑件的成型，設計了一種1模2腔注射模具，模具中，采用了一種改進型澆注方式、設計了一個不常見的彎尖管脫模機構、模具整體結構的優化設置，以及針對難加工成型件的成型，設計了新的數控加工工藝，有較好的模具設計和加工參考意義。

1 滴灌尖管

1.1 塑件特征

滴灌尖管塑件的形狀如圖1所示，塑件為一種特殊形狀的彎尖管，通過其外壁設置的虛擬位置線L1～L6，尖管的特征可以分為6段特征，L1～L2之間為彎管尖頭G1段，內、外壁都為彎管狀；L2～L4之間，外壁分為三段，其形狀為錐形管、薄壁直管和厚壁直管，內壁也分為三段，分別為錐形管G2段、直壁管G3段、錐形管G4段；L4位置處，管外壁設置有一個大直徑肩臺；L4～L5之間，外壁為帶圓柱凹槽的直壁管，內壁為直壁管；L5～L6之間，即G6段，為外壁上附加的小直徑直通管。在L4肩臺處，設置有斜管特征H1、倒扣圓孔特征H2。G1段與G2段邊界處，存在一個小臺階。

圖1 滴灌尖管塑件

1.2 塑件結構

塑件的具體結構尺寸如圖2所示，G1段彎管的內徑為Φ4.1 mm，外徑Φ6 mm，圓管中心弧度跨度為127°。G1段與G2段邊界臺階處徑差為0.2 mm。H1孔與管中心線夾角為25°，H2孔的深度為2 mm。H3孔內徑Φ3 mm，外徑為Φ4 mm，為典型的薄壁管。塑件成型模具設計的難點在于：

圖2 塑件結構

（1）澆注澆口位置的選擇。

（2）塑件壁厚較薄的地方多，充填流動性差。

（3）塑件的脫模，脫模難點在于：第一是前端彎尖管內壁G1段的脫模；第二是，H1孔、H2孔的脫模；第三是尾端G6段薄壁管的成型與脫模；第四是塑件整體的脫模。

1.3 塑件材料

材料選用高流動的PC料H200-3670R，該材料的特點有：

（1）韌性好，流動性高，易加工成型。

（2）溫度適用范圍廣。

（3）尺寸穩定性強。

（4）環保安全。

（5）適合做超薄產品。塑料的顏色為透明；加工溫度：280～320 ℃，烘料溫度：110～120 ℃，烘料時間：4 h。

應用領域有：

（1）手機外殼，充電器外殼，電表箱和保險絲盒，家用開關，插頭和插座，繼電器和連接器，食物攪拌機和處理機，蒸氣熨斗的水槽，烤箱控制面板，真空吸塵器。

（2）電子顯示牌，數碼管，燈罩。

本塑件的尾端G6段為薄壁管，壁厚0.5 mm，且長度較長，具有典型的薄壁注塑特點，流動性差的塑料在此處難以充填，因而需要一種流動性好的材料進行充填，而H200-3670R解決了做超薄保護套要用高速注塑機才能生產的不足，能在普通注塑機上直接生產加工，能有效節約成本，該材料最高可做0.5 mm， 0.6 mm，0.8 mm厚度的產品；顯然，選用該材料來成型本塑件為較佳的選擇。

2 模具成型方案

2.1 分型及澆注方案

（1）基于前述塑件的結構特點及選用的材料，本塑件的成型方案設置如圖3所示。模腔布局1模2腔，針對單腔而言，如圖3(a)所示，選用P0面作為模腔的主分型面，在彎管端設置副分型面P2分型面，在尾端L5界線位置處，設置P1分型面。塑件按彎管型芯朝下的方式進行分型布置。

圖3 成型方案

（2）澆注使用單個側澆口進行澆注，澆口位置的選擇保證流道及主流道位置能設置于模具中心位置附近，以盡可能減短料流的流動長度，為保證G6段的充填，使用以下手段來改善模腔的充填性能：其一是，在流動路徑上，設置6處冷料井，以便澆口位置附近的料流冷前鋒進入這些井中，保證后續高溫料流繼續推進，充填G1段和G6段；其二是考慮到充填末端塑料流動差會降低加工效率，影響制品的性能和外觀，可以使用與材料相適應型號的塑料增流劑，以增加塑料的加工流動性，改善塑料產品的表面光澤度。

2.2 脫模方式

針對塑件的難脫模問題，使用以下方案[1～5]：

（1）針對H1斜孔、H2孔的脫模，在模腔型腔一側使用1個H1斜型芯機構驅動H1斜型芯做斜向抽芯以實現H1孔的脫模，使用1個H2斜頂機構驅動H2斜頂實施H2孔的側抽芯脫模。

（2）在彎管G1段，使用一個彎管機構來對G1段內壁實施彎管型芯抽芯脫模。

（3）在彎管G6，以P1分型面一側，設置中央型芯對G2、G2、G4、G5段內壁實施側抽芯脫模，使用H3型芯對G6段管內壁實施側抽芯脫模。此兩個型芯整合在一個側抽芯滑塊上。中央型芯的前端尖端與G1彎管型芯碰合位置需要設置定位配合錐臺，以保證此兩型芯的結合強度，防止型芯前端折彎。

（4）塑件的完全脫模，使用“抬料”方式來進行脫模，即塑件本身底部不設置頂出元件，而是通過對6個頂料孔內的冷料井廢料進行頂出，通過每個冷料井的進料口的拉動，將塑件從型芯上“抬出”而實現塑件的完全脫模，這樣，有助于防止本薄壁塑件的頂出變形。因而，針對單腔而言所設置的機構布局設置如圖4所示。

結合圖4所示，H1孔由H1型芯8成型，并由鎖緊塊11驅動斜滑塊10做斜向抽芯脫模。H2孔采用H2斜頂5成型和頂出脫模，該斜頂由定模一側的頂出板7推動。中央型芯2、H3型芯、和G6鑲件安裝于中心孔滑塊上，由該中心孔滑塊帶動實施側抽芯。G1段內壁彎管的脫模由轉動軸16驅動轉動塊14及其上的G1段彎管型芯轉動來進行抽芯脫模。型腔主鑲件18和型芯主鑲件17由主分型面P0分型而獲得。

圖4 脫模機構布置

2.3 冷卻及排氣

塑件的單腔使用3條水路來進行冷卻，如圖3b所示，第一腔使用C1、C2、及中央型芯水路；第二腔使用C3、C4及中央型芯水路。CAE分析結果表明，塑件模腔充填時間為0.93 s左右。相對厚壁注塑，薄壁件的注塑須增強模腔內的排氣，以避免充填時局部區域燒料，導致塑件注射成型失敗。

3 模具結構

依據單腔的結構設計，按1模2腔進行布置后，獲得的模具結構設計如圖5所示。模具中，模架使用兩板兩次開模模架，兩次分型打開分別為P0面、P1面。模架中，對定模板28進行了改造，改為增長型模板，以便于滿足油缸22驅動中心孔滑塊1的長距離抽芯行程需要。澆注系統構成件采用常用型澆口襯套結構形式進行設置。模具中，結合單腔脫模機構的布置，做了如下機構布置來實現單腔脫模機構的動作功能[6～10]。

圖5 模具結構

（1）針對塑件H1孔的脫模機構，針對2個模腔，所設置的兩個H1孔斜向抽芯機構分別為機構M1、M1’,機構M1、M1’的鎖緊塊11通過螺釘緊固安裝在面板27上，斜滑塊10則安裝在定模板上所加工的T型槽內，并由其尾部的螺絲12對其進行抽芯行程限位。

（2）針對H2孔的脫模機構，所設置的驅動機構為M2機構，兩腔中的H2斜頂5由同一塊前推板7通過其上的斜頂槽6推動，前推板由兩個安裝在面板上的導柱24進行運動導向，前推板上安裝有前拉桿25，前拉桿下端設置有一個孔，與安裝在動模板29上的尼龍扣35配合，因而，模具在P1面打開時，尼龍扣35可以通過前拉桿拉動前推板一起下行，從而驅動2個H2斜頂將塑件從型腔鑲件18中頂出，同時實現H2孔的側抽芯脫模。前推板頂出后，由彈簧26先將其推回復位到P2面位置。

（3）針對H3孔的脫模，設置機構為M3機構，M3機構中，油缸安裝在定模板三，由其驅動一個大滑塊中心孔滑塊滑動，從而帶動兩腔內的中央型芯2、H3型芯3、G6鑲件4同時實施側抽芯動作。

（4）針對G1段彎管的抽芯脫模，設置了連桿式彎管抽芯機構M4來進行抽芯，2腔中，單腔內的G1段彎管內壁由轉動塊15驅動其上的G1彎管型芯14轉動來實施抽芯，轉動塊由轉動軸16驅動，轉動軸由活動滑塊21驅動，活動滑塊則由P1面打開時，定模板上的上拉桿19驅動動模板上的曲肘20來進行驅動。這樣可以避免設計復雜的彎管抽芯驅動機構，有利于簡化模具結構，降低模具制造成本。

（5）塑件的最終頂出脫模由推板31推動其上的頂針32將塑件從型芯主鑲件17上頂出而實現完全脫模。

（6）模具中的水路盡可能做到隨形冷卻，以保證塑件得到完全充分冷卻，避免冷卻不均而產生較大的變形[11～13]。

4 模具工作原理

結合圖5，如圖6所示，模具的工作原理為：

（1）注塑 模具閉模注塑，經保壓、冷卻等過程后，等待開模。

（2）M3機構先抽芯 模具打開前，油缸驅動滑塊1先完成兩腔的中央型芯、H3型芯、G6鑲件同步抽芯動作。

（3）P0打開 模具動模按開模方向下行打開，在彈簧33的撐開下，模具首先在P0面處打開，打開時，M1、M1’兩個機構的鎖緊塊驅動對應的斜滑塊及其上的H1孔型芯8完成斜抽芯動作。

（4）P1打開 動模繼續下行到一定距離后，定模板被拉桿34拉住，不能繼續下行，從而模具的P1面打開。P1面打開時，有兩個抽芯動作同步進行，如圖6所示，第一個是，尼龍扣35拉動前拉桿25，從而拉動前推板7將兩腔的H2斜頂5同步頂出，將塑件從型腔主鑲件18中頂出脫模。第二個是，上拉桿19帶動曲肘2 0轉動，曲肘帶動滑塊2 1做移動和轉動，從而驅動轉動軸16做向左的逆時針轉動，從而驅動兩腔的G1彎管型芯14轉動來實施抽芯。

圖6 機構工作原理

5 成型件數控加工

如圖7所示，模具中，最難加工零件為中央型芯2，模具的結構設計時，應考慮中央型芯2采用以下工藝方式來進行加工[13～14]。中央型芯2使用SKD61合金鋼，其上包含的特征有：中央型芯主體管，及主體管上的錐臺、外圓凹槽、過孔、定位方槽、定位肩臺、定位管、進水槽特征。鑒于零件直徑尺寸小、且裝配要求高等問題，擬采用以下工藝來對其進行加工。

圖7 中央型芯的數控加工

第一步，下料，下料時，按定位肩臺尺寸外徑尺寸下料，普車車銑外徑，留余量0.2 mm；

第二步，鉆銑定位錐臺；

第三步，數控深孔鉆前端冷卻水孔；

第四步，數控深孔鉆擴孔；鉆完后，調質熱處理；

第五步，數控精車外圓面、定位管外圓至尺寸；

第六步，數控電火花加工定位方槽；

第七步，數控電火花加工過孔；

第八步，數控電火花加工外圓凹槽；

第九步，數控精密磨加工進水槽。

6 結論

結合滴灌尖管塑件的結構特點，設計了一種1模2腔、2次開模兩板模對其進行注射成型。針對塑件薄壁澆注困難問題，使用流動性好的PC材料進行澆注，并在材料中添加增流劑，澆注流動路徑末端增設冷料井以保證料流的流動充分性。針對塑件脫模困難的地方，設置了5種脫模機構來實現塑件的完全脫模；斜孔使用定模鎖緊塊滑塊斜抽芯機構來實施脫模；定模側倒扣孔使用前推板推動定模斜頂來實施脫模，薄壁尾端管使用整體式成型塊定模油缸抽芯機構來脫模；彎管部位使用連桿式彎管抽芯機構來進行脫模，塑件的最終脫模，由頂針通過頂出冷料井廢料來達到塑件的無變形完全頂出。設計了難加工零件中央型芯的數控加工工藝過程。合理選用澆注系統和布置脫模機構的基礎上，模具結構得到優化，有利于模具制造成本的降低，可為同類塑件的注射成型生產提供有益借鑒。