耳塞蓋點(diǎn)澆口注塑模設(shè)計*

于盛睿，曾蘭玉，韓文（.景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江西景德鎮(zhèn) 333403； .景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)教務(wù)處，江西景德鎮(zhèn) 333403）

耳塞蓋點(diǎn)澆口注塑模設(shè)計*

于盛睿1，曾蘭玉2，韓文1
（1.景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江西景德鎮(zhèn) 333403； 2.景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)教務(wù)處，江西景德鎮(zhèn) 333403）

通過對典型電子數(shù)碼類產(chǎn)品耳塞蓋的結(jié)構(gòu)與成型工藝問題分析，確定了其注塑模具的整體設(shè)計方案。為了適應(yīng)產(chǎn)品批量大、外觀質(zhì)量要求高的特點(diǎn)，確立了一模八腔的點(diǎn)澆口三板式注塑模具結(jié)構(gòu)形式，重點(diǎn)介紹了分型面的設(shè)計、澆口形式與位置的確定、型腔數(shù)量及排布、產(chǎn)品頂出方式、模具型芯與鑲件設(shè)計等內(nèi)容，介紹了耳塞蓋注塑模具的結(jié)構(gòu)及其工作原理。采用此模具結(jié)構(gòu)不僅滿足了產(chǎn)品批量及外觀質(zhì)量要求，而且實(shí)現(xiàn)了從注射到開模頂出過程的自動化生產(chǎn)，塑料件與凝料實(shí)現(xiàn)自動分離。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果表明，模具結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動平穩(wěn)可靠，設(shè)計方案合理，生產(chǎn)效率高，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

耳塞蓋；注塑模；一模八腔；點(diǎn)澆口；三板式；分型面

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，越來越多的電子數(shù)碼類產(chǎn)品進(jìn)入人們的生活，使得由注塑生產(chǎn)的工程塑料產(chǎn)品在該領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［1］。電子數(shù)碼類產(chǎn)品一般具有外觀質(zhì)量高、批量大、生產(chǎn)周期短的特點(diǎn)。因而從模具結(jié)構(gòu)、工藝過程設(shè)計等環(huán)節(jié)保證該類產(chǎn)品的外觀質(zhì)量并提高生產(chǎn)效率以及降低生產(chǎn)成本是這類模具設(shè)計成敗的關(guān)鍵［2-3］。筆者以一款典型的電子數(shù)碼類產(chǎn)品耳塞蓋多型腔點(diǎn)澆口注塑模具設(shè)計為例，介紹了電子數(shù)碼類產(chǎn)品塑料件注塑模具的主要設(shè)計過程及模具工作原理，從而為電子數(shù)碼類塑料件注塑模具的設(shè)計提供解決方案和參考。

1　塑料件工藝分析

圖1為某小家電公司生產(chǎn)的耳塞蓋3D圖，其2D圖與主要尺寸如圖2所示。該塑料件材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料（ABS），需要大批量生產(chǎn)。塑料件厚度為1.2～1.4 mm，屬于外觀件，表面質(zhì)量要求較高，外觀要求咬花處理，毛邊不大于0.05 mm，不得有脫模拉傷、頂白、熔接痕、縮水及油污等缺陷。該耳塞蓋為上蓋，將與下蓋裝配成一副完整的耳塞。為了達(dá)到與下蓋的裝配目的，其外徑裝配尺寸為?14.80-0.2mm，精度要求較高。在耳塞蓋表面沿著直徑為2.8，5.6，8.4，11.2 mm的中心圓上均勻分布著63個直徑為0.7 mm的小孔，為聲音通道（見圖2）。由于該塑料件尺寸較小，而批量又非常大，因此擬采用多型腔模具實(shí)現(xiàn)塑料件的成型。根據(jù)塑料件的批量，將模具型腔設(shè)計為一模八腔較為合適。根據(jù)耳塞蓋的外形特點(diǎn)，擬設(shè)定從耳塞蓋中心進(jìn)澆。

圖1　耳塞蓋3D圖

圖2　耳塞蓋2D圖與主要尺寸

2　模具設(shè)計要點(diǎn)

2.1分型面的設(shè)計

塑料件為淺碟形，主分型面PL應(yīng)設(shè)置在最大直徑（?14.8 mm）處的下緣，又由于?0.7 mm的聲音通道小孔的圓角在凸面上，所以孔的分型面應(yīng)該在塑料件內(nèi)側(cè)，如圖3所示。塑料件上小孔很多，成型后，其將包覆在小孔型芯上，由此可以斷定，塑料件將留在圖3所示分型面下邊。故在模具設(shè)計中塑料件按照圖3所示的方位放置，采用推板頂出可以實(shí)現(xiàn)脫模頂出。

圖3　塑料件分型面

2.2澆口形式、位置的確定

可供選擇的澆口形式主要有3種方案：（1）點(diǎn)澆口；（2）側(cè)澆口；（3）潛伏澆口［4］。

方案1：點(diǎn)澆口。又名細(xì)水口，它是一種尺寸很小的澆口，澆口的位置位于塑料件中心，在多型腔模具中大多采用此種澆口形式。成型時，能夠保證塑料熔體均勻地向各個方向流動，成型后塑料件不容易產(chǎn)生翹曲變形；困氣區(qū)域在主分型面的附近，排氣性能良好；采用點(diǎn)澆口開模時澆注系統(tǒng)與塑料件自動分離，生產(chǎn)過程易實(shí)現(xiàn)自動化。缺點(diǎn)是點(diǎn)澆口模具的設(shè)計與加工較兩板式模具結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。

方案2：側(cè)澆口。采用這種澆口形式的模具結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是從澆口至塑料件各處的距離不等，屬于非均勻填充，成型后塑料件容易產(chǎn)生翹曲變形。由于小孔型芯不高，多而密，不便設(shè)置鑲件，因而容易在困氣區(qū)域發(fā)生排氣不良。

方案3：潛伏澆口。由于潛伏澆口設(shè)在外表面，影響表面質(zhì)量，加工難度大，只有在無法采用其它澆口形式的方案時才采用。

綜合上述考慮，模具采用方案1點(diǎn)澆口形式。該類模具又被稱為細(xì)水口模具或三板式模具，由于點(diǎn)澆口的采用，模具結(jié)構(gòu)具有一定的特殊性，其有兩個分型面，成型后模具開模時分兩次打開［5-6］。首先從第一分型面打開，取出與塑料件自動切斷的澆注系統(tǒng)；接著，模具從第二分型面打開，將塑料件取出。塑料件從注塑到最終頂出實(shí)現(xiàn)自動化的生成過程，生產(chǎn)效率較高［7］。因而結(jié)合產(chǎn)品的批量要求，選擇點(diǎn)澆口（三板式）注塑模具的結(jié)構(gòu)形式［8］是與耳塞蓋產(chǎn)品的生產(chǎn)要求吻合的。

2.3型腔數(shù)量及排布方式的確定

鑒于產(chǎn)品的批量及其體積（單個產(chǎn)品體積為97 mm3），故采用一模多腔［9］。產(chǎn)品為圓形塑料件，一般采用圓形陣列星形分布。型腔邊緣之間距離應(yīng)為8～12 mm，分流道末端到主流道的長度為30 mm左右較合理［10］。故采用一模八腔的模具排布形式，如圖4所示。

圖4　塑料件在型腔中的布局

2.4頂出方式的確定

因?yàn)楫a(chǎn)品的外觀面朝下，如果使用頂針頂出，必然會在產(chǎn)品凹凸面（外觀面）上留下頂針痕，影響產(chǎn)品外觀，因此考慮采用脫料板頂出方式，如圖5所示。脫料板兼有成型的功能，脫料板頂出后，產(chǎn)品還將留在脫料板內(nèi)不脫落，需要在產(chǎn)品中心位置增設(shè)頂桿進(jìn)行頂出。

圖5　產(chǎn)品的頂出方式

2.5型芯及鑲件設(shè)計

脫料板的尺寸為100 mm×100 mm×12 mm。為了使頂出更順暢，推板和動模型芯配合面需做出3°的斜度，與動模型芯鑲件配合做成1°的斜面。動模型芯尺寸設(shè)計為140 mm×140 mm×35 mm；定模型芯尺寸設(shè)計為140 mm×140 mm×25 mm；為了方便加工，定模型芯與動模型芯分別設(shè)計了鑲件，如圖6所示，這樣可簡化復(fù)雜工作零部件的結(jié)構(gòu)與工藝，降低成本，方便維修。

圖6　動、定模型芯鑲件

2.6模坯的選用

選用簡化細(xì)水口模架，型號為FCI 2525 A50 B70 C80。為了提高模具的導(dǎo)向精度，在模坯的四周增加4套直鎖。

2.7澆注系統(tǒng)尺寸設(shè)計

根據(jù)模坯、模具型芯的尺寸，設(shè)計澆注系統(tǒng)，沿著以型腔中心為圓心、直徑為70 mm的中心圓上均布8模，型腔中心夾角為45°。主流道位于模具中心，塑料熔體從中心進(jìn)澆后，將沿著截面直徑為4.5 mm的圓形分流道分流。最后通過點(diǎn)澆口進(jìn)入模具型腔。

2.8動作輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計

主要包括：（1）留模機(jī)構(gòu)，采用PL16留模橡膠塞，由留模橡膠及留模釘組成，是點(diǎn)澆口模具常用的有效防止A板與B板提前分離的裝置；（2）限位機(jī)構(gòu)，模具較小，采用直徑為10 mm的限位螺釘；（3）頂出限位柱，為了防止頂桿頂出行程太大，增加了兩個16 mm×25 mm的限位柱；（4）復(fù)位彈簧，選用較小載荷型彈簧TF30×15×70，脫料板推力需要大一些，故選用TL16×7×25的彈簧。

2.9冷卻系統(tǒng)的設(shè)計

模具較小，冷卻要求不高，模具型芯上有很多鑲件，故綜合考慮，采用最簡單的間接冷卻方式，即冷卻水道僅通過模具中的A板與B板，如圖7所示。

3　模具結(jié)構(gòu)及工作過程

模具的結(jié)構(gòu)如圖7所示，采用點(diǎn)澆口（三板式）注塑模，因而具有兩個分型面，分別位于圖7中的I，III處，模具為一模八腔結(jié)構(gòu)。模具的工作原理與動作過程包括如下步驟。

（1）水口板4與A板5的分離。圖7所示為點(diǎn)澆口模具合模的狀態(tài)，在熔體注射進(jìn)模具型腔且經(jīng)過冷卻固化成型后，注塑機(jī)動、定模板上的動、定模將在注塑機(jī)的開、合模機(jī)構(gòu)的作用下進(jìn)行開模動作。開模時，由于B板7上的4個留模橡膠31擠在A 板5的留?？變?nèi)，在摩擦阻力的作用下，A板5和B板7之間分開的阻力明顯大于水口板4和A板5分開的阻力。所以，水口板4和A板5首先分開（如圖7所示的I處），點(diǎn)澆口被拉斷，澆注系統(tǒng)留在定模上，分開120 mm （大于整個澆注系統(tǒng)的長度15～20 mm）后，拉桿18的頭部將碰到A板5，水口板4和A板5的相對移動停止。

（2）水口板4和定模座板1的分離。水口板4 和A板5分離后，水口板4和定模座板1開始相對移動（圖7所示的II處），水口板4將澆注系統(tǒng)從拉料桿23中拉脫出，澆注系統(tǒng)自動掉落，完成澆注系統(tǒng)的脫模，水口板4和定模座板1分開9 mm后，限位釘22頭部碰到定模座板1，它們之間的相對移動停止。

（3） A板5和B板7分離。水口板4和定模座板1分離后，動模繼續(xù)向遠(yuǎn)離定模方向移動，A板5由于有拉桿18的作用留在定模上，B板7則可以隨動模向遠(yuǎn)離定模方向移動，從而實(shí)現(xiàn)A板5和B板7的分離（圖7的III處）。A板5和B板7分開的過程中，留模釘32和留模橡膠31逐漸從A板5的留?？字谐槌?。同時，脫料板17在脫料板彈簧29的作用下，向上彈起，彈起3.85 mm后停止。B板7繼續(xù)移動，直到A板5和B板7之間的空間足以取出塑料件，最終距離由注塑機(jī)的行程決定。

（4）塑料件的頂出。A板5和B板7分離完成后，注塑機(jī)上的頂出油缸通過頂桿推動頂針底板11向前移動15 mm，頂桿14隨同前移將塑料件頂出，最終完成塑料件的脫模。

圖7　模具結(jié)構(gòu)

（5）合模。動模向靠近定模方向移動，直至B 板7與A板5合攏，頂出系統(tǒng)復(fù)位，此時A板5與水口板4合攏，然后，水口板4和定模座板1合攏，整幅模具壓緊，完成合模動作，準(zhǔn)備進(jìn)行下一周期的注塑工作。

4　結(jié)語

以典型的電子數(shù)碼產(chǎn)品為案例，針對大批量生產(chǎn)條件下的要求，從模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度說明如何快速、高效的實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)與產(chǎn)品質(zhì)量要求。通過設(shè)計多型腔排布的點(diǎn)澆口模具并利用三板式注塑模具的雙分型面結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了從注塑到開模落料的全自動生產(chǎn)過程、產(chǎn)品與凝料自動分離，提高了生產(chǎn)效率；通過將產(chǎn)品的外觀凸面倒置背向于定模，巧妙地實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品留于動模型腔的工藝要求；同時為了保證產(chǎn)品頂出過程中外觀面不會留下頂針痕，采用了脫料板與頂桿相結(jié)合的復(fù)合頂出方式。經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐證明，該套模具的開、合模過程符合設(shè)計要求，在二次分型的過程中，能夠按照預(yù)期的設(shè)計步驟實(shí)現(xiàn)開、合模動作，運(yùn)動過程中無碰撞、干涉現(xiàn)象。成型得到的塑料件具有良好的表觀質(zhì)量，適用于大批量生產(chǎn)，可為企業(yè)贏得一定的經(jīng)濟(jì)效益。

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Design of Pin-point Gate Injection Mould for Covers of Earplugs

Yu Shengrui1， Zeng Lanyu2， Han Wen1
（1. School of Mechanical and Electronic Engineering， Jingdezhen Ceramic Institute， Jingdezhen 333403， China；2. Office of Academic Affairs， Jingdezhen Ceramic Institute， Jingdezhen 333403， China）

The whole design scheme of injection mould for covers of earplugs was determined by analyzing its structure and injection molding technology. In order to adapt to the high product batch and high requirements for appearance quality，a type of pin-point gate three-plate injection mould with one module and eight cavities were employed. The selection of parting surfaces，the determination of the gate type and location，the calculation of the cavity number and layout，the design of ejecting mechanism，mould core and insert were mainly introduced. The mould structure and movement principle were illuminated in details. Through application of the mould structure，the requirements of the product batch and appearance quality can be met，moreover，the automatic production can be realized from injecting to opening and ejecting，an automatic separation of the runner system and the parts can be achieved. The practical use result of the mould indicates that the designed mould has a compact structure suitable for stable and reliable movement，the design scheme of the mould is reasonable，its production efficiency and economic benefit are improved.

covers of earplugs；injection mould；one module and eight cavities；pin-point gate；three-plate；parting surface

TQ320.662

A

1001-3539（2016）08-0078-05

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.08.017

*景德鎮(zhèn)市科技局項(xiàng)目（10-1-10）

聯(lián)系人：于盛睿，副教授，博士，主要研究方向?yàn)楦叻肿硬牧铣尚团c加工、智能成型工藝與裝備

2016-05-10