保持架注塑模具的排氣設(shè)計(jì)

寧仲，張煒，丁幸波，孫小波

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039； 2.總參工程兵科研三所，河南 洛陽 471922 )

塑料保持架注塑成型后無需機(jī)械加工，生產(chǎn)效率高，成型簡單快捷，軸承裝配方便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；保持架具有質(zhì)輕、耐磨、耐腐蝕、防磁和低摩擦等優(yōu)良性能，因此塑料保持架應(yīng)用范圍和使用場合越來越廣泛[1-2]。

塑料保持架注塑成型是將干燥粒狀的工程塑料置于料筒內(nèi)，經(jīng)加熱熔化成半液體狀態(tài)，借助柱塞或移動(dòng)螺桿加壓，使半液態(tài)原料從噴嘴注入保持架成型模具內(nèi)，經(jīng)過保壓保溫、冷卻定型后獲得所需要的保持架[3-4]。當(dāng)保持架塑料熔體填充型腔時(shí)，必須排除型腔和澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣以及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，若不能及時(shí)有效地將這些氣體排出，保持架產(chǎn)品上會(huì)出現(xiàn)氣泡、接縫和缺料等缺陷；型腔內(nèi)的氣體驟然受壓后會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)局部高溫，使塑料熔體分解變色，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)碳化燒焦；同時(shí)被壓縮的氣體還會(huì)產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，使注塑成型困難，影響保持架外觀質(zhì)量。設(shè)計(jì)保持架注塑模具時(shí)必須考慮排氣問題并設(shè)計(jì)合適的排氣系統(tǒng)，注塑保持架模具排氣槽的設(shè)計(jì)極為重要。

1 排氣系統(tǒng)的作用

保持架注塑模具排氣系統(tǒng)的合理設(shè)置，能在保持架注塑成型時(shí)有效排除模腔內(nèi)的空氣，排除物料在加熱過程中反應(yīng)分解產(chǎn)生的氣體及水蒸氣，平衡脫模過程中型腔內(nèi)、外氣壓。保持架壁越薄，越是遠(yuǎn)離澆口的位置和在兩股料流匯合的部位，排氣槽的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。對(duì)于精密注塑保持架，開設(shè)排氣槽能避免制品表面產(chǎn)生灼傷和熔接痕，消除保持架的各種缺陷，保證其尺寸精度和形位公差，實(shí)現(xiàn)塑料保持架生產(chǎn)的批量化和自動(dòng)化。因此，保持架注塑模具排氣系統(tǒng)合理設(shè)置是保證保持架產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵之一。一般來說，在高壓最高速注射熔料時(shí)，如果保持架表面未產(chǎn)生焦斑，則說明模具的排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)是合理的。

2 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.1 排氣系統(tǒng)尺寸設(shè)計(jì)原則

保持架注塑模具排氣系統(tǒng)的尺寸設(shè)計(jì)要以有利于排氣但不溢料為原則。對(duì)于黏度低流動(dòng)性好的塑料熔體開設(shè)較小的排氣槽高度，并防止氣流堵塞。排氣槽截面積應(yīng)按所需排氣量確定，先確定排氣槽高度，然后計(jì)算排氣槽寬度，氣流方向的排氣槽長度應(yīng)不超過2 mm。排氣槽后的導(dǎo)氣溝應(yīng)適當(dāng)加深、加寬，以減少排氣阻力。

2.2 排氣系統(tǒng)位置設(shè)計(jì)原則

一般排氣槽開設(shè)在分型面上，因?yàn)樵诜中兔嫔先粢蛟O(shè)置排氣槽而產(chǎn)生飛邊，很容易隨保持架一起脫模。在實(shí)際生產(chǎn)中排氣槽開設(shè)位置主要考慮產(chǎn)品的薄壁處；流程的最終點(diǎn)；兩股料流的匯合處，尤其是保持架相鄰窗口或兜孔之間；型腔中容易滯留氣體的部位和型腔中盲孔的底部。由于保持架為圓周對(duì)稱等分結(jié)構(gòu)，形位公差要求高，排氣槽的開設(shè)需要考慮產(chǎn)品成型時(shí)各部位的均一性和排氣槽的對(duì)稱均勻性。

3 排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 模具自然排氣結(jié)構(gòu)

塑料保持架在軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)繞內(nèi)圈高速公轉(zhuǎn)，如果保持架有飛邊和毛刺,就會(huì)在工作過程中脫落，殘留物粘附在軸承滾道和滾動(dòng)體表面，將嚴(yán)重?fù)p害軸承的使用壽命。因此，保持架模具設(shè)計(jì)中必須考慮模具的配合緊密性，避免飛邊、毛刺的產(chǎn)生。由于模具配合良好，單純通過模具零件的間隙來排氣效果不佳。對(duì)于有推桿頂出的保持架模具應(yīng)設(shè)計(jì)盡可能多的頂桿和盡可能大的配合間隙來提高模具排氣效果。如深溝球軸承和調(diào)心球軸承冠形保持架模具可以利用模具自然排氣，如圖1所示。

圖1 模具自然排氣形式

3.2 排氣槽排氣

排氣槽由于開設(shè)簡單，便于操作，是各種保持架模具常用的排氣方式。排氣槽應(yīng)盡可能開設(shè)在分型面上型腔一側(cè)，排氣槽與澆口一一對(duì)應(yīng)，由于保持架圓周方向結(jié)構(gòu)均勻，排氣槽應(yīng)均勻布置，圖2所示為圓柱滾子軸承保持架模具排氣形式。排氣槽由內(nèi)向外呈梯形，截面形狀由窄變寬，保證注塑時(shí)氣體低速排出模具，封膠處深度必須小于材料的溢邊值，一般為0.01～0.03 mm，后段深度可加深至0.1～0.3 mm。

圖2 排氣槽排氣形式

3.3 溢流槽排氣

在模具排氣充分，產(chǎn)品沒有明顯缺陷的情況下通常不設(shè)置溢流槽，但當(dāng)某些保持架的工作轉(zhuǎn)速高，尺寸和形位公差要求較嚴(yán)，而產(chǎn)品在成型過程中又易出現(xiàn)明顯的熔接痕跡，影響外觀又嚴(yán)重破壞各兜孔共面性，應(yīng)在開設(shè)澆口的對(duì)稱方向兩股料流匯合處開設(shè)溢流槽。溢流槽下利用推桿拉料并推出溢流槽內(nèi)的冷凝料，在推桿與孔配合5 mm后開設(shè)大的排氣環(huán)，使溢流槽排氣良好，從而消除保持架上的熔接痕跡。溢流槽排氣結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 溢流槽排氣形式

3.4 整體圓環(huán)排氣

保持架越大，排氣量越大，要求排氣越充分。如筐形保持架尺寸大，模腔空間大，模具內(nèi)的氣體在注塑成型時(shí)不容易排出模具，保持架上熔接痕跡明顯且圓周方向形變量大，很難保證圓度。為了保證保持架良好的精度，模具設(shè)計(jì)時(shí)開設(shè)了多個(gè)澆口，注塑過程中料流時(shí)間短，模腔內(nèi)氣體壓強(qiáng)大，如果排氣不理想就無法保證產(chǎn)品質(zhì)量。保持架模具在排氣時(shí)僅僅依靠頂桿與孔配合間隙排氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，為此在料流的末端設(shè)計(jì)出如圖4所示的圓環(huán)排氣結(jié)構(gòu)，在封膠處設(shè)計(jì)整個(gè)薄圓環(huán)，高度一般控制在0.01～0.02 mm，封膠寬度5～8 mm，在薄圓環(huán)外緣上設(shè)計(jì)深的排氣圓環(huán)實(shí)現(xiàn)整體排氣。

圖4 整體圓環(huán)排氣

4 結(jié)束語

注塑保持架模具排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式及尺寸會(huì)直接影響保持架外觀和尺寸、形位公差，選用一種排氣方式還是多種排氣方式，需根據(jù)注塑生產(chǎn)過程中產(chǎn)品情況兼顧考慮。