細小微孔相貫塑件注射模設計

唐 磷，田仕興

（貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽 550009）

1 引言

微小相貫基座二次機加側面缺口時存在毛刺去除效率低、質量差等問題，通過分析加工工藝及存在問題，研究改進，創新模具結構，避免塑件二次加工，一次注射成型，從而達到質量改進和效率提升的目的。

2 塑件材料及結構分析

該塑件材料為液晶高分子聚合物LCP E130i 黑色，具有優異的機械性能，蠕變幾乎為零、線性膨脹率小、耐磨耐熱耐腐蝕、電絕緣性能優良，耐氣候性耐輻射；注射成型性能較好，粘度低、流動性好、注射壓力小，適用于小型復雜薄壁塑件；但該材料成型溫度290℃～310℃，對注塑機要求較高[1]。

塑件尺寸及形狀如圖1 所示，在高度方向兩側有0.6×0.5mm缺口，沿高度分中排列9個微小孔，塑件下部有長5.8mm 寬0.9mm 深1mm 沉腔。該塑件有兩個成型難點，一是孔間最小壁厚僅有0.09mm，注射成型難度大，不易成型完全，表現為最薄處缺口，影響塑件使用要求，產生質量隱患；二是側面缺口，該缺口與孔相貫，由于塑件過小，缺口更小，不管是注射成型還是二次機加，難度都較大。

圖1 塑件圖

3 塑件注射成型工藝性分析

塑件材料為液晶高分子聚合物LCP E130i黑色，該材料成型性好。本塑件最大難點在兩側缺口，需采用抽芯結構成型。由于缺口尺寸小且為通槽，側槽成型型芯固定部分為通方腔，采用慢走絲線切割加工方腔，會在尖角處產生電極絲過渡R角，而R角會在注射成型過程中成型在塑件上，影響槽成型尺寸和成型質量，產生凸起毛刺，不易去除；又加之缺口與型芯相貫對接，成型難度大，對接精度要求高，否則，成型缺口型芯長，則會將孔成型型芯變形，影響塑件孔成型垂直度和塑件脫模；成型缺口型芯短，則會與孔型芯出現間隙，出現毛刺，表現為側面缺口未貫通，深度不足。產品研發時，考慮到該注射成型難點，故而工藝要求側面缺口二次機加工，以降低模具注射成型風險，滿足產品研制。

4 成型工藝分析

原工藝采用注射成型后機加二次加工兩側缺口，缺口二次機加，注射模結構簡單，加工成本低，易注射成型，生產周期短，滿足研制要求[2]。但二次機加缺口后，缺口與孔相貫處毛刺嚴重，由于LCP材料高度規整的纖維鏈狀結構，材料具有優異的機械強度和彈性模量，使得飛邊毛刺不易去除，特別是相貫處，缺口小，只能用鉆頭沿孔切除，但鏈狀結構粘合，毛刺受鉆頭旋轉力翻出在缺口處，需要多次反復才可去除，加工效率低[3]；機加加工缺口過程中夾持塑件，由于塑件中間孔及沉腔，強度差，塑件極易在夾持處凹坑，且受機加加工刀痕及飛邊毛刺去除影響，缺口處表面狀態差，劃傷嚴重，塑件質量差，機加二次加工缺口和去除毛刺后狀態見圖2所示。

圖2 二次機加缺口處狀態

由于該塑件無外殼，該基座為外觀產品，隨著質量要求越來越嚴格，用戶對該處成型質量提出要求，必須控制刀痕和夾持痕，以提高塑件外觀質量，降低塑件隱患。加之該塑件二次機加后，由于塑件小缺口小孔小，銑削毛刺只能采用手工去除，毛刺工只能采用多次反復通孔刮缺口去除，去除效率極其低下，嚴重制約塑件生產效率。該工藝方法無論是加工質量還是加工效率均不能滿足現生產要求，必須創新改進。

5 模具結構設計

根據以上分析，一次成型最大的難點在兩側缺口處，要提升該塑件成型質量，提高加工效率，必須避免二次加工，即應做到一次成型[4]。

5.1 一次成型模具結構

由于塑件缺口小且塑件寬度只有1.3mm，側抽芯單獨成型0.6×0.5mm腔會在缺口底部兩側出現慢走絲切割R，影響槽尺寸，另外，側抽芯尺寸過小，成型零件需要不斷的往復運動，強度太低，模具壽命較低。

經過研究思考，并結合模具成型脫模過程模擬分析，考慮將塑件整個側面含缺口槽做成整體側抽成型，模具型腔為通槽，側抽成型型腔在槽內往復運動，成型零件脫開塑件過程，該方法可行，并且可以考慮借用現有的側抽芯通用模架。

5.2 模具設計

側抽芯整體模架為單脫模具結構，沒有二次頂出機構，由于該塑件過窄，孔數量少，且灌膠腔只能置于上模，采用單脫模具結構有一定風險，從而使得塑件無法脫離模具型腔[5]。按此設計思路，模具總裝圖如圖3所示。

圖3 模具結構總裝圖

故必須精密控制模具各個零部件，以保證塑件成型脫模。

（1）型腔設計。

塑件灌膠腔尺寸長5.8mm寬0.9mm深1mm，由于塑件整個型腔和灌膠腔成型位于上模，塑件粘上模風險大，故而必須嚴格控制成型型腔脫模斜度和表面粗糙度值。而型腔成型寬度只有1.3mm，成型側壁的抽芯需要在槽內往復運動，故而型腔需采用慢走絲切割加工，以保證粗糙度值和加工尺寸精度；另外，成型腔對塑件包覆力大，塑件粘模大，需要增加脫模斜度，以保證塑件順利隨型芯脫出型腔。采用慢走絲加工，在腔底有電極絲過渡半徑R，為了保證配合精度，保證塑件成型毛刺，設計時明確過渡R 尺寸要求，考慮到塑件使用及要求，取值R0.1mm。

為了保證型腔加工粗糙度值，采用慢走絲切割加工，尾部灌膠腔成型結構采用鑲嵌結構，而其寬度僅有0.8mm，為保證強度，需加寬固定部分，以保證強度，防止損壞和加工應力釋放變形。另外，為保證脫模，將成型深度1mm尺寸增加脫模斜度。

（2）型芯設計。

該塑件型芯間距微小，型芯直徑小且有多個臺階，加工難度大，型芯加工直線度和變形量的控制，對塑件成型質量和毛刺影響很大，故而加工時要求嚴格按照尺寸加工。

塑件脫模過程為塑件隨型芯脫出上模型腔，然后再通過脫件機構如頂桿和脫件板方式脫出型芯，完成塑件脫模。一般模具設計為了保證塑件脫模，常在型芯上增加倒錐斜度，以加強型芯粘料力，保證脫模，但該塑件由于兩型芯與側通槽相貫，模具合模成型時，型芯與槽成型部為緊密貼合，以保證成型飛邊毛刺。

（3）側抽芯設計。

側抽芯是整副模具成功與否的關鍵，其成型側壁與槽，加工難度大，而型腔斜度的存在，進一步加大了側抽芯的設計與加工難度。圖4所示為側型芯，其成型塑件側面與槽，槽與成型孔型芯配合成型，槽與孔的配合精度和位置度直接影響塑件的成型質量和成型毛刺。型腔斜度和其R角，使得設計時必須配合增加斜度和R 角，為了保證加工精度，要求孔與外形及外形斜度一同加工出，慢走絲加工凸筋留在尾部掛臺兩端面，保證不影響塑件運動與成型。（4）澆口設計。

圖4 側型芯

由于塑件大面需要標刻商標、型號、批次號等，且由于孔間間隙最小壁厚僅有0.09mm，注射不易成型，故而不采用點澆口進料。本次設計采用大面扇形澆口進料，考慮到塑件小且進料面形狀規整，扇形澆口采用寬4mm深0.25mm設計，足夠滿足注射成型需要，保證進料速度，降低注射壓力。

5.3 試模效果及分析

經過以上細節設計控制，模具加工成型后試模，塑件成型較好（見圖5），孔間壁厚成型較好無缺陷，側面通槽與孔相貫處成型較好，毛刺小，孔貫通無毛刺。但由于LCP材料高度一致的鏈狀結構，扇形澆口較長，澆口毛刺不易一次削掉去除，且正面進料，塑件表面流痕較重，影響標刻，須改進澆口。

圖5 注射成型后塑件成型效果

5.4 模具改進

通過將扇形澆道改為側面直澆道進料，有效避免了上述問題。但由于側面為整個側抽型芯成型，而側抽型芯在合模脫模過程中不斷運動，對流道和澆口的開制影響較大，甚至無法開制。通過分析模擬，在側型芯底部開制斜直澆口，流道開制在脫件板上，這樣塑件脫模過程中，兩側型芯往外抽出，不會拉出澆口損傷塑件。

經過改進，塑件成型質量好，孔間距成型完整，大面外觀一致無流痕，澆口寬度變窄后易去除，滿足產品使用要求。

6 結論

通過對微小相貫塑件加工工藝分析，結合塑件結構及材料特性，創新模具成型工藝，提出了一次成型模具結構，解決了該塑件長期二次加工效率低下、質量較差等問題。