接頭保護套模具的設計

陳智勇，黃仲庸，吳光明

東莞市高技能公共實訓中心 廣東東莞 523466

1 序言

注塑模具結構設計中，內部卡位脫模結構的設計是模具設計中的難點，特別是針對一模多穴且表面質量要求較高的外觀件，在保證表面質量的同時，需要采用合理的脫模結構進行強制脫模，并保證模穴的數量以提高效率。本文以一套一模多穴接頭保護套注射模具為設計案例，介紹一種新穎的注射模強制脫模結構，做到了結構可靠且兼顧效率。

2 塑件工藝分析

接頭保護套產品2D工程圖如圖1所示，零件外觀尺寸為φ19mm×28mm，材料為PE，收縮率2.5%。技術要求有兩點：一是產品整體表面飛邊在0.05mm以下；二是一般公差按0.15mm標準判定。塑件的曲面過渡圓滑，表面質量要求較高。塑件頂部分別刻有數字“1～24”，字體大小1.5mm，凸起高度0.1mm。零件外形尺寸不大，結構也不算復雜，難點是塑件內部有一個環狀內凸卡位，頂部有一個φ1mm的小孔，該特征為脫模帶來了較大的困難。

圖1 保護套產品

3 分型面與型腔布局的選擇

3.1 分型面的選擇

選擇分型面時，一般選擇塑件截面尺寸最大的的位置，以使模具結構簡化，從而降低成本。如圖2所示，橫截面尺寸最大的位置有兩處——截面1與截面2。由于截面1的位置與圓弧面光滑過渡，為了避免在分型面處出現溢料而產生飛邊，降低后模芯的加工及裝配的難度，所以選擇截面2作為分型面。

圖2 分型面的選擇

3.2 型腔布局

根據客戶要求，產品為電器上的保護套，分為24組，需要頂部刻有數字“1～24”以進行區分，所以要在前模型腔中加工24個不同的數字。使刻有24個不同數字的塑件在型腔中均勻分布，如圖3所示。

圖3 塑件的型腔布局

4 澆注系統設計

澆注系統的結構形式有很多種，從圖3塑件的型腔布局來看，只有側澆口和點澆口兩種進膠方式能滿足要求。此套模具中，若使用側澆口進膠，選用二板模即可，但是會使模具的尺寸變大，并且在分型面處會在產品側面留下很明顯的澆口痕跡，影響產品外觀質量。若使用點澆口，則選用三板模，從產品的上表面進膠，會在表面上形成輕微的凹坑，但在不影響字碼的情況下，并不影響產品的外觀要求，因此選用點澆口進膠最為合適。

分流道的布局方面，盡可能選擇平衡式的布局。由于該模具的塑件數量較多，同時要滿足塑件間的合理距離以保證散熱速度、模具的結構尺寸等問題。因此，該模具分流道選擇綜合式（輻射＋H形）的布局形式最為妥當，使流道排列緊湊，對稱平衡，流道設計如圖4所示。

開模時，產品自動掉落，點澆口廢料由機械手取出。

5 頂出機構設計

由圖1可知，產品的壁厚只有1mm，深度為25mm，且產品內圈有一圈內倒扣。在生產過程中，塑件在收縮的影響下產生很大的包緊力，加大了脫模難度。考慮到塑件的壁薄、腔體較深，若利用頂桿頂出，單位面積上的壓力較大，力分布不均勻，塑件容易變形、損壞，因此不考慮頂桿頂出。因為產品材料為PE，適合采用強制脫模的機構頂出脫模，所以這里選用的是頂管二次頂出機構，其結構如圖5所示。在頂出時能保證頂出力均勻，不會在產品底部出現明顯的頂出痕跡。

圖5 頂管二次頂出機構

6 冷卻及排氣系統設計

6.1 冷卻系統的設計

由于該模具塑件產品多，在布置冷卻水路時，應盡可能使冷卻管道到各處型腔表面的距離相等，冷卻介質的冷卻路線相等，降低入水口和出水口的溫差。同時還要考慮加工工藝、密封等方面的問題。

本套模具采用的水路結構如圖6所示。為了提高澆注系統的冷卻效率，在澆口板內也適當地布置了冷卻水路。考慮到塑件的型芯由頂管頂出機構的型芯代替，將型芯中間挖空，并安裝螺旋式分流板，設計水井結構進行冷卻，以優化塑件內部的冷卻效果，提高生產效率。

圖6 水路結構

6.2 排氣系統設計

排氣系統的作用是在注射過程中，將型腔中的氣體有序而順利地排出型腔外，避免塑件產生氣泡、疏松等缺陷。由于分型面在塑件的中間截面位置，為了避免產生飛邊，需要控制好排氣槽的深度。塑件的材料為PE，排氣槽的深度為0.2mm即可。注射過程中，熔融的塑料從頂部向底部流動，塑料流體末端也要考慮排氣，該模具的型芯末端設計有頂管頂出機構，頂管與型芯之間加工精度高、間隙小、耐磨性好，可進行排氣，且不易產生飛邊。

7 成型零件設計

模具成型零件的結構如圖7所示。此套模具的設計壽命為100萬次，模具模架選擇LKM，前模、后模及鑲件都選用高強度NAK80模具鋼。

圖7 模具成型零件結構

前模采用局部鑲拼結構，成型孔鑲件2的成型塑件頂部有φ1mm的小孔，為易損件，將其設計成鑲件，安裝在前模型芯中，不會對塑件脫模產生影響。

綜合考慮后模型芯冷卻及頂出結構，設計后模頂桿承擔后模型芯的作用，通過頂管將塑件頂出，如圖8所示。

圖8 后模設計

8 模具開模工作過程

模具3D結構如圖9所示，模具開模過程如圖10所示。

圖9 模具3D結構

圖10 模具開模

1）開模時，在彈簧3和開模力的作用下，首先在分型面Ⅱ處分型。主流道凝料在水口拉針的作用下拉離模具型腔。

2）前模板打開，在拉桿5限制距離后，暫停運動。隨后，拉動脫料板9在分型面Ⅰ處開始第二次分型。水口凝料脫離澆口套主流道，且水口針倒扣部分被強行從流道膠料中拉出。此時水口凝料完全處于自由狀態，有利于后續機械手取出水口凝料（取料在產品完成頂出后的穩定狀態下進行）。在限位螺釘6的作用下，脫料板9停止運動，完成第二次分型。

3）在開模力繼續作用下，模具在分型面Ⅲ處開始第三次分型，在拉板2行程的限制下，模具完成第三次分型。后模塑膠件的包緊力和倒扣的作用力將產品留在動模型腔，便于頂出機構頂出產品。

4）注塑機頂棍頂動頂板墊塊。頂板墊塊與第一組頂針板連接，第一組頂針板通過鎖板掛鉤與第二組頂針板連接。第一組頂針板帶動第二組頂針板一同向前頂出。完成第一次頂出過程。

5）當產品頂出后模型腔為強制脫扣留下足夠變形空間后，鎖板掛鉤打開。由于頂桿型芯固定在第二組頂針板上，所以此時第二組頂針板和頂桿型芯同時停止運動。頂出推管固定在第一組頂針板上，第一組頂針板帶動頂出推管繼續向前頂出。直到塑膠產品脫離頂桿型芯，完成頂出。二次頂出機構如圖11所示。

圖11 二次頂出機構

6）在彈簧22的作用下，頂出機構復位。隨后注塑機合模，準備進入下一注塑周期。

9 結束語

本案例模具總體結構并不復雜，采用細水口點進膠、螺旋式水井冷卻和推管二次頂出等高效合理結構，保障了模具開合動作的穩定可靠，較好地解決了本產品薄壁深腔、高表面質量的塑件產品要求。對于這種內圈倒扣的產品，若設計內縮模具結構，會造成內縮結構復雜且占用空間大，極大地縮減模穴數量，嚴重降低模具制造的經濟性和后續注塑生產效率，不適用于本類產品。由于PE塑料的軟質特性，通過對比多種模具結構方案，確定該推管強脫結構最優，極大地降低了模具制造成本，提升了注塑生產效率。經注塑生產驗證，成型件達到設計技術要求，可為同類型模具設計提供參考。