注塑機(jī)氣槍手柄注射模設(shè)計(jì)

馬立軍，覃志高，王華金，蒙 堅(jiān)

（1.柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545036；2.柳州城市職業(yè)學(xué)院，廣西 柳州 545036；3.北海職業(yè)學(xué)院，廣西 北海 536000）

0 引 言

注塑機(jī)氣槍手柄通過氣控閥門的控制可實(shí)現(xiàn)氣控技術(shù)中的幾種要求，考慮維修和塑件的報(bào)損，注塑機(jī)氣槍手柄塑件的數(shù)量要求多，生產(chǎn)批量大，需要采用注射成型的方式對(duì)其進(jìn)行大批量生產(chǎn)。針對(duì)某注塑機(jī)氣槍手柄塑件的成型，設(shè)計(jì)了1副1模2腔的注射模。

1 注塑機(jī)氣槍手柄

1.1 塑件特征

注塑機(jī)氣槍手柄如圖1所示，是一種特殊形狀的彎尖管，通過其外壁設(shè)置的虛擬位置線L1～L6，尖管的特征可分為6段：L1～L2為彎管尖頭G1段，內(nèi)、外壁均為彎管狀；L2～L4外壁分為3段，其形狀為錐形管、薄壁直管和厚壁直管，內(nèi)壁也分為3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(shè)有1個(gè)大直徑肩臺(tái)；L4～L5外壁為帶圓柱凹槽的直壁管，內(nèi)壁為直壁管；L5～L6即G6段，為外壁上附加的小直徑直通管。在L4肩臺(tái)處，設(shè)置有斜管特征H1和倒扣圓孔特征H2。G1段與G2段邊界處存在一個(gè)小臺(tái)階。

圖1 注塑機(jī)氣槍手柄

1.2 塑件結(jié)構(gòu)

塑件的結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示，G1段彎管的內(nèi)徑為φ4.1 mm，外徑為φ6 mm，圓管中心弧度跨度為27°。G1段與G2段邊界臺(tái)階處直徑差為φ0.2 mm。H1孔與管中心線夾角為25°，H2孔的深度為2 mm。G6段孔內(nèi)徑為φ3 mm，外徑為φ4 mm，為典型的薄壁管。成型塑件的模具設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于：①澆口位置的選擇；②塑件壁厚較薄處多、充填流動(dòng)性差；③塑件脫模困難。脫模難點(diǎn)在于：①前端彎尖管內(nèi)壁G1段的脫模；②H1孔和H2孔的脫模；③尾端G6段薄壁管的成型與脫模；④塑件整體的脫模。

圖2 塑件結(jié)構(gòu)

1.3 塑件材料選擇

塑件的尾端G6段壁薄且長(zhǎng)度較長(zhǎng)，壁厚為0.5 mm，具有典型的薄壁注射特點(diǎn)，流動(dòng)性差的塑料在此處難以充填，而H200-3670R材料可成型0.5、0.6、0.8 mm厚的塑件，該材料為成型注塑機(jī)氣槍手柄最佳的選擇。

塑件材料選用流動(dòng)性好的PC料H200-3670R，呈透明色，該材料具有如下特點(diǎn)：①韌性好、流動(dòng)性好、易成型；②溫度適用范圍廣；③尺寸穩(wěn)定性強(qiáng)；④環(huán)保安全；⑤適合做超薄產(chǎn)品，加工溫度280～320℃，烘料溫度110～120℃，烘料時(shí)間4 h。

2 模具設(shè)計(jì)方案

2.1 分型及澆注方案設(shè)計(jì)

基于塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選用材料，模具采取1模2腔布局，塑件成型方案設(shè)置如圖3所示，選用P0面作為主分型面，在彎管端設(shè)置副分型面P2，在尾端L5界線位置處設(shè)置分型面P1，塑件按彎管型芯朝下的方式進(jìn)行布置。

圖3 成型方案

使用單個(gè)側(cè)澆口進(jìn)行澆注，選擇澆口的位置應(yīng)保證流道及主流道能位于模具中心附近，盡可能縮短料流的流動(dòng)長(zhǎng)度。為保證G6段的充填，使用以下方法改善充填性能：①在流動(dòng)路徑上設(shè)置6處冷料穴，以便澆口附近的料流前鋒進(jìn)入冷料穴保證后續(xù)高溫熔料繼續(xù)推進(jìn)，充填G1段和G6段；②考慮充填末端熔料流動(dòng)慢會(huì)降低加工效率，影響成型塑件的性能和外觀，可使用與材料相適應(yīng)型號(hào)的塑料增流劑，以增加熔料的流動(dòng)性，改善塑件的表面光澤度。

2.2 脫模方式

針對(duì)塑件難脫模的問題，采取以下方案[1-5]。

（1）針對(duì)H1斜孔和H2孔的脫模，在型腔一側(cè)使用1個(gè)斜向抽芯實(shí)現(xiàn)H1孔的脫模，使用斜推機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)H2孔的側(cè)抽芯脫模。

（2）在彎管G1段，使用1個(gè)彎管機(jī)構(gòu)對(duì)G1段內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)彎管型芯抽芯脫模。

（3）在彎管G6段，以分型面P1一側(cè)設(shè)置中央型芯對(duì) G2、G3、G4、G5段內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)側(cè)抽芯，使用 H3型芯對(duì)G6段管內(nèi)壁實(shí)現(xiàn)側(cè)抽芯脫模，將2個(gè)型芯整合在1個(gè)側(cè)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設(shè)置定位配合錐臺(tái)，以保證2個(gè)型芯的結(jié)合強(qiáng)度，防止型芯前端彎曲。

（4）塑件的完全脫模，采用“抬料”方式進(jìn)行脫模，即塑件底部不設(shè)置推出元件，通過推出6個(gè)冷料穴中的凝料將塑件從型芯上“抬出”而實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模，有助于防止薄壁塑件的推出變形。脫模機(jī)構(gòu)設(shè)置如圖4所示。

圖4 脫模機(jī)構(gòu)

結(jié)合圖4可以看出，由圖3所示主分型面P0分型而獲得型腔板主鑲件18和型芯主鑲件17后，成型塑件各特征的脫模安排如下：H1孔由斜型芯8成型后通過鎖緊塊11驅(qū)動(dòng)斜滑塊10進(jìn)行斜向抽芯脫模，H2孔采用斜推桿5成型和推出脫模，該斜推桿由定模一側(cè)的推出板7推動(dòng)。中央型芯2、H3型芯3和G6鑲件4安裝于中心孔滑塊上，由該中心孔滑塊帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)側(cè)抽芯。G1段內(nèi)壁彎管的脫模由轉(zhuǎn)動(dòng)軸16驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)塊14及其上的G1段彎管型芯轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行抽芯脫模。

2.3 冷卻及排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具單腔使用3條水路進(jìn)行冷卻，如圖5所示，第1個(gè)型腔使用C1、C2及中央型芯水路；第2個(gè)型腔使用C3、C4及中央型芯水路。CAE分析結(jié)果表明，型腔充填時(shí)間為0.938 8 s。相對(duì)厚壁注射，薄壁件的注射須增強(qiáng)型腔內(nèi)的排氣，以避免充填時(shí)局部區(qū)域燒料，導(dǎo)致塑件注射成型失敗。

圖5 冷卻水路

3 模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)如圖6所示，兩次分型打開分別為P0、P1面。將定模板28改為增長(zhǎng)型模板，以滿足液壓缸22驅(qū)動(dòng)中心孔滑塊1的長(zhǎng)距離抽芯行程需要。采用如下機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)單腔脫模的動(dòng)作[6-10]。

圖6 模具結(jié)構(gòu)

（1）H1孔脫模機(jī)構(gòu)。設(shè)置2個(gè)H1孔斜向抽芯機(jī)構(gòu)分別為機(jī)構(gòu) M1、M1′，機(jī)構(gòu) M1、M1′的鎖緊塊 11 通過螺釘緊固在定模座板27上，斜滑塊10安裝在定模板28上的T形槽內(nèi)，并由其尾部的限位螺釘12對(duì)其進(jìn)行抽芯行程限位。

（2）H2孔脫模機(jī)構(gòu)。設(shè)置M2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行脫模，H2斜推桿5由推出板7通過其上的斜頂槽推動(dòng)，推出板7由導(dǎo)柱24導(dǎo)向，推出板7上裝有拉桿25，拉桿25下端設(shè)置有一個(gè)孔，與安裝在動(dòng)模板29上的拉模扣35配合，模具在P1面打開時(shí)，拉模扣35通過拉桿25拉動(dòng)推出板7一起下行，從而驅(qū)動(dòng)2個(gè)H2斜推桿5將塑件從型腔板主鑲件18中推出，實(shí)現(xiàn)H2孔的側(cè)抽芯脫模。推出板7被推出后，由彈簧26先將其推回復(fù)位到P2面位置。

（3）H3孔的脫模。設(shè)置脫模機(jī)構(gòu)M3，液壓缸22安裝在定模板上，由其驅(qū)動(dòng)1個(gè)大滑塊中心孔滑塊1滑動(dòng)，帶動(dòng)型腔內(nèi)的中央型芯2、H3型芯3、G6鑲件4同時(shí)實(shí)現(xiàn)側(cè)抽芯動(dòng)作。

（4）G1段彎管的抽芯脫模。設(shè)置了連桿式彎管抽芯機(jī)構(gòu)M4進(jìn)行抽芯，G1段彎管內(nèi)壁由轉(zhuǎn)動(dòng)塊15驅(qū)動(dòng)其上的G1彎管型芯14轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)抽芯，轉(zhuǎn)動(dòng)塊15由轉(zhuǎn)動(dòng)軸16驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸16由活動(dòng)滑塊21驅(qū)動(dòng)，活動(dòng)滑塊21則在P1面打開時(shí)由定模板28上的拉桿19驅(qū)動(dòng)動(dòng)模板29上的曲軸20驅(qū)動(dòng)。該設(shè)計(jì)可避免復(fù)雜的彎管抽芯驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低模具制造成本。

（5）塑件的最終脫模由推板31推動(dòng)其上的推桿32將塑件從型芯主鑲件17上推出而實(shí)現(xiàn)完全脫模。

4 模具工作過程

結(jié)合圖6、圖7可知，模具的工作過程為：①模具合模注射，經(jīng)保壓、冷卻后，等待開模；②M3機(jī)構(gòu)先抽芯，模具打開前，液壓缸22驅(qū)動(dòng)中心孔滑塊1先完成中央型芯2、H3型芯3、G6鑲件4同步抽芯動(dòng)作；③P0面打開，模具動(dòng)模按開模方向下行打開，在彈簧33的作用下，模具首先在P0面處打開，M1、M1'兩個(gè)機(jī)構(gòu)的鎖緊塊11驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的斜滑塊10及其上的H1斜型芯8完成斜抽芯動(dòng)作；④P1面打開，動(dòng)模繼續(xù)下行到一定距離后，定模板28被定距拉桿33拉住，不能繼續(xù)下行，從而模具的P1面打開。P1面打開時(shí)，有2個(gè)抽芯動(dòng)作同步進(jìn)行，如圖7所示，一是拉模扣35拉動(dòng)拉桿25，從而拉動(dòng)推出板7將H2斜推桿5同步推出，將塑件從型腔板主鑲件18中推出脫模；二是拉桿19帶動(dòng)曲軸20轉(zhuǎn)動(dòng)，曲軸20帶動(dòng)活動(dòng)滑塊21移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)軸16向左逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)G1彎管型芯14轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)抽芯。

圖7 模具工作零件

5 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合注塑機(jī)氣槍手柄塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了1副1模2腔、2次開模的兩板模對(duì)其進(jìn)行注射成型。針對(duì)塑件薄壁注射困難的問題，塑件選用添加了增流劑的PC材料，在澆注系統(tǒng)末端增設(shè)冷料穴以保證熔料流動(dòng)充分，并設(shè)置了5種脫模機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)成型塑件的脫模，在合理選用澆注系統(tǒng)和布置脫模機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，模具結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，降低了模具制造成本。