五腳正裝限制件注射模設(shè)計(jì)

張建雷，王玉忠，孟玉喜

（1.南通蘇禾車燈配件有限公司，江蘇南通 226000；2.南通開放大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇南通 226006）

1 引言

在汽車電路中，接插件一般由插頭和插座組成，插頭與插座都安裝固定在其對(duì)應(yīng)的護(hù)套內(nèi)，“埋”在絕緣體中，人體不易觸摸到帶電接插件，相對(duì)來說比較安全。工作時(shí)通過插頭、插座的插合和分離來實(shí)現(xiàn)電路的連接和斷開，考慮到接插件在規(guī)定頻率和加減速條件下的振動(dòng)、沖擊、顛簸、碰撞時(shí)的觸點(diǎn)的電連接性，工程設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)插頭、插座與其對(duì)應(yīng)絕緣護(hù)套之間的保持力提出了要求，為確保保持力滿足技術(shù)條件，在絕緣護(hù)套中大多增設(shè)了限制件，來保證接插件與護(hù)套的可靠連接，實(shí)現(xiàn)行車安全。

2 塑件成型工藝分析

圖1為某汽車熔斷器盒體中使用的五腳限制件，裝配時(shí)是從盒體的正面插入的，因而俗稱五腳正裝限制件。塑件最大外形輪廓尺寸19.9×14.6×13.0mm，在19.9×14.6×1.4mm的平臺(tái)內(nèi)設(shè)有5個(gè)孔，2個(gè)7.1×1.25mm和3個(gè)6.2×1.2mm的孔，所有的孔口部均需工藝倒角；高度方向上設(shè)有5個(gè)3.3×1.05mm長(zhǎng)矩形腳，長(zhǎng)度為11.6mm，起限制作用，達(dá)到增強(qiáng)接插件與護(hù)套保持力的目的，所有矩形腳均設(shè)有1.1°的脫模斜度；塑件的側(cè)面另設(shè)有一對(duì)左右鎖扣，用于限制件自身與盒體護(hù)套的固定。塑件顏色為黃色，材料為聚酰胺-6（尼龍PA6），需求量20萬件/年左右。

3 模具零部件設(shè)計(jì)

3.1 塑件成型收縮率的確定

在進(jìn)行該五腳正裝限制件的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，必須首先確定塑件的成型收縮率。影響塑件收縮率變化的因素很多，而且相當(dāng)復(fù)雜，不同品種的塑料，其收縮率各不相同，即使同一品種而批號(hào)不同的塑料，或同一塑件的不同部位，其收縮率也經(jīng)常不同。通常設(shè)計(jì)手冊(cè)中提供的PA6收縮率不是一個(gè)定值，而是在一定范圍（1.0%～1.5%）內(nèi)變化的，這個(gè)波動(dòng)范圍越小，塑件尺寸精度就越容易保證，否則就難于控制。在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)以下因素綜合考慮選取塑料的收縮率。

（1）塑件結(jié)構(gòu)。塑件的形狀、尺寸、壁厚、有無嵌件、嵌件數(shù)量及其分布對(duì)收縮率的大小也有很大影響。該限制件塑件的形狀不算復(fù)雜，壁薄、有5個(gè)矩形通孔、孔的相對(duì)數(shù)量多且對(duì)稱分布，所以設(shè)計(jì)選擇收縮率時(shí)要盡量選小的收縮率。

（2）模具結(jié)構(gòu)。模具的分型面，澆口形式、尺寸及其分布等因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補(bǔ)縮作用及成型時(shí)間。采用直接澆口和大截面的澆口，可減小收縮，但方向性強(qiáng)；澆口寬且短，則方向性小，距澆口近的或與料流方向垂直的部位收縮大。

（3）成型工藝條件。模具溫度高，熔料冷卻慢，則密度低，收縮大。成型壓力及保壓時(shí)間對(duì)收縮也有較大影響，壓力高，時(shí)間長(zhǎng)的收縮小，但方向性大。注射壓力高，熔料粘度小，層間切應(yīng)力小，脫模后彈性回跳大，故收縮也可相應(yīng)減小。料溫高，則收縮大，但方向性小。因此，在成型時(shí)調(diào)整模溫、壓力、注射速度及冷卻時(shí)間等因素也可適當(dāng)改變塑件收縮情況。

綜上所述，該塑件的成型收縮率選為1.2%。

3.2 型腔排布與澆注系統(tǒng)布置

現(xiàn)代注射成型生產(chǎn)中，從提高生產(chǎn)效率和降低塑件生產(chǎn)成本上考慮，大多數(shù)小型塑件的成型模具都考慮多型腔的布局結(jié)構(gòu)，根據(jù)該塑件20萬件的年需求量和注射設(shè)備的實(shí)際條件，設(shè)計(jì)為1模8腔的多型腔排布形式。同時(shí)要考慮到澆注系統(tǒng)的布置方式又是多型腔模具設(shè)計(jì)的重要問題之一，由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān)，因而型腔的排布在多型腔模具設(shè)計(jì)中應(yīng)加以綜合考慮，型腔的排布應(yīng)使每個(gè)型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等地分得所需的足夠壓力，以保證塑料熔體同時(shí)均勻地充滿每個(gè)型腔，使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能最短，同時(shí)采用平衡的流道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。合理的型腔排布可以避免塑件尺寸的差異、應(yīng)力形成及脫模困難等問題。型腔排布與澆注系統(tǒng)布置如圖2所示，橫向中心距離為27.5mm，縱向中心距離為35.0mm，平衡進(jìn)料形式。

圖2 型腔排布與澆注系統(tǒng)布置

3.3 主要大鑲塊設(shè)計(jì)

由塑件圖可知，該塑件結(jié)構(gòu)上主要由19.9×14.6×1.4mm的平臺(tái)和5只矩形腳組成，顯而易見，模具的分型面選在平臺(tái)與矩形腳交界處，平臺(tái)部位設(shè)于上模，5只矩形腳留在下模。由于平臺(tái)內(nèi)還有5個(gè)通孔，這樣就使得定動(dòng)模的包緊力相當(dāng)，為了使塑件注射成型過程中始終留于動(dòng)模并順利實(shí)現(xiàn)脫模，將定模設(shè)計(jì)成兩部分。

3.3.1 定（上）模固定大鑲塊設(shè)計(jì)

定模固定大鑲塊主要用于固定3種型芯，分別為：成型2個(gè)7.1×1.25mm孔的型芯、3個(gè)6.2×1.2mm孔的型芯和成型鎖扣孔的型芯；大鑲塊的外形輪廓尺寸為120×95×25mm，四角中3個(gè)倒成R7.5mm的圓角，一個(gè)角倒成7.5×7.5mm的45°斜角，起裝配防錯(cuò)作用。其內(nèi)設(shè)有8組固定3種型芯的型孔，中心位置有?12mm的澆口套過孔，4個(gè)中心距離為100×75mm的?6.5mm螺釘固定用孔，沉孔?11mm深7mm，左右兩側(cè)面中心分別設(shè)有R7mm的半圓通孔（起讓位作用），定模固定大鑲塊如圖3所示。

圖3 定模固定大鑲塊

3.3.2 定（上）模型腔大鑲塊設(shè)計(jì)

定模型腔大鑲塊外形輪廓尺寸為120×95×20mm，該鑲塊其實(shí)是在上模固定大鑲塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行的增加設(shè)計(jì)，增設(shè)的內(nèi)容主要是型腔的設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)中分流道和澆口的設(shè)計(jì)。型腔尺寸20.14×14.76×1.42mm，采用加工中心進(jìn)行加工（也可采用電火花成型加工）；為了便于機(jī)械加工及凝料脫模，分流道設(shè)置在分型面上，分流道的截面形狀為R2mm的半圓形，分流道的X方向總長(zhǎng)67mm，Y方向總長(zhǎng)33.8mm，總長(zhǎng)中包含冷料穴的尺寸。澆口亦稱為進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的通道，它的位置、形狀及尺寸對(duì)塑件的性能和質(zhì)量的影響很大，根據(jù)塑件型腔深度僅為1.42mm的實(shí)際情況，將澆口設(shè)計(jì)成點(diǎn)澆口狀的側(cè)澆口，澆口寬0.9mm，深0.4mm，三面斜度，每面斜16°，這種結(jié)構(gòu)形式結(jié)合了側(cè)澆口和點(diǎn)澆口的優(yōu)點(diǎn)，壓力損失不是太大，收縮小，去除澆口后殘留痕跡小，易取得澆注系統(tǒng)的平衡也利于注射過程中的自動(dòng)化操作。定模型腔大鑲塊的設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 定模型腔大鑲塊

3.3.3 動(dòng)（下）模大鑲塊設(shè)計(jì)

動(dòng)模大鑲塊的外形輪廓尺寸為120×95×30mm，外形結(jié)構(gòu)與上模一致，其內(nèi)主要有五腳成型型芯固定型孔結(jié)構(gòu)尺寸和塑件頂出位置排布兩部分的設(shè)計(jì)。五腳成型型芯固定型孔由4個(gè)型孔組成，分別為：兩并排的長(zhǎng)矩形腳設(shè)為一個(gè)型孔、3并排的長(zhǎng)矩形腳設(shè)為一個(gè)型孔、左鎖扣型孔和右鎖扣型孔各一個(gè)。其中右鎖扣（見圖1標(biāo)記）型孔與長(zhǎng)矩形三腳型孔的平面位置距離非常接近，考慮到此大鑲塊的結(jié)構(gòu)工藝性和制造成本，設(shè)計(jì)時(shí)有意將右鎖扣型孔的尺寸放大延伸至與長(zhǎng)矩形三腳型孔相貫通，同時(shí)為便于裝配，必須要使左鎖扣與右鎖扣的型孔尺寸一致。塑件的頂出設(shè)計(jì)也是該下模大鑲塊設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，頂桿位置分布得合理，塑件就不會(huì)產(chǎn)生變形或被頂壞現(xiàn)象。為此，首先頂桿要設(shè)在脫模阻力大的地方，其次頂桿應(yīng)力求均勻布置，保證塑件被頂出時(shí)受力均勻，頂出平穩(wěn)不變形，最后頂桿應(yīng)設(shè)在塑件強(qiáng)度較高剛度較好處，據(jù)此綜合考慮，設(shè)計(jì)了6根頂桿，如圖5中A部放大圖中的陰影標(biāo)識(shí)，分別為：2根?2.0mm的圓頂桿、3根3.0×0.8mm的頂片、1根3.0×1.6mm的頂片。動(dòng)模大鑲塊的設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 動(dòng)模大鑲塊

3.3.4 5只矩形腳及鎖扣成型型芯設(shè)計(jì)

該模具的型芯設(shè)計(jì)包含：平臺(tái)內(nèi)五孔成型型芯、平臺(tái)外5只矩形腳成型型芯和鎖扣部位成型型芯的設(shè)計(jì)，其中5只矩形腳成型型芯設(shè)計(jì)是主要部分。矩形腳成型型芯設(shè)計(jì)的可選方法有兩種，一種是整體式，一種是哈夫（half）式；整體式矩形腳成型型腔的加工只能通過電火花成型加工，由于加工的電極截面尺寸較小，而深度較深，加工時(shí)排屑困難容易發(fā)生拉弧現(xiàn)象，而且后續(xù)注塑時(shí)還會(huì)發(fā)生排氣不暢，造成塑件注塑不全的缺陷；哈夫式設(shè)計(jì)是將每個(gè)矩形腳成型型腔一分為二，可以有效的將整體式的封閉高度尺寸變成敞開式的長(zhǎng)度尺寸，使電火花成型加工變得順暢且制造效率提高，而且哈夫型芯由于拼縫之間微間隙的存在，可幫助后續(xù)注塑過程進(jìn)行排氣，有效提高塑件的合格品率，綜上采用哈夫（half）式型芯設(shè)計(jì)方案。5只矩形腳及鎖扣成型型芯的設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 矩形腳及鎖扣成型型芯a——矩形腳成型型芯Ⅰ b——矩形腳成型型芯Ⅱ c——矩形腳成型型芯Ⅲ d——鎖扣成型型芯

4 模具結(jié)構(gòu)及其工作過程

模具結(jié)構(gòu)如圖7所示，模具工作過程：注塑機(jī)合模工作后，熔融耐高溫PA6塑料通過注塑機(jī)噴嘴進(jìn)入模具的澆口套13，并通過分流道和澆口進(jìn)入模具型腔，經(jīng)保溫保壓冷卻后，注塑機(jī)進(jìn)行開模動(dòng)作。模具打開時(shí)，因塑件抱緊力的作用，定模型腔板18跟隨動(dòng)模一起移動(dòng)且首先與定模固定板10在I-I處進(jìn)行第一次分型，模具繼續(xù)打開，當(dāng)限位塊28接觸到限位螺釘29時(shí)，定模型腔板18停止運(yùn)動(dòng)，由于澆道拉桿2的作用，使得澆道廢料和塑件全部留在動(dòng)模，定模型腔板18與動(dòng)模板19在II-II處二次分型，開模結(jié)束后，注塑機(jī)頂出系統(tǒng)開始工作，固定在固定板25上的小圓頂桿5和頂片23共同作用頂出塑件，拉料桿2頂出澆道料，塑件和澆道廢料同時(shí)被頂出，機(jī)械手隨即取走澆道廢料和塑件，模具一個(gè)工作回合結(jié)束。

圖7 模具總裝配簡(jiǎn)圖

5 結(jié)束語

塑件的質(zhì)量在很大程度上是依靠注射模的合理結(jié)構(gòu)和模具成型零件的正確形狀、精確尺寸及有效精度保證的，該五腳正裝限制件注射模設(shè)計(jì)過程中，巧妙地運(yùn)用模外限位塊進(jìn)行二次分型，再在成型大鑲塊中鑲嵌哈夫型芯，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)精度要求，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)證明，模具結(jié)構(gòu)合理可行，能滿足大批量生產(chǎn)的需求。

圖8 實(shí)際生產(chǎn)的五腳正裝限制件a——塑件正面 b——塑件背面