打印機(jī)送紙架復(fù)雜抽芯大型精密注塑模設(shè)計(jì)

張維合

(廣東科技學(xué)院機(jī)電工程系，廣東 東莞 523083)

0 前言

送紙架是打印機(jī)送紙機(jī)構(gòu)中的主要塑料零件，其固定在打印機(jī)機(jī)體上，與送紙架上的框件、導(dǎo)輥、將導(dǎo)輥推向主動(dòng)輥的彈簧以及上、下移動(dòng)的凸輪組成送紙機(jī)構(gòu)。送紙架必須保證送紙力度和間隙均勻合理，以確保連續(xù)式紙張或切開(kāi)式紙張既不會(huì)一次進(jìn)多張紙，也不會(huì)發(fā)生卡紙或紙張送不進(jìn)去的情況，故對(duì)尺寸的精度要求很高。

本文介紹了某名牌打印機(jī)送紙架注塑模具的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和要點(diǎn)。

1 制件結(jié)構(gòu)及成型工藝分析

打印機(jī)送紙架尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高，長(zhǎng)寬高最大尺寸為402.20 mm×132.10 mm×106.70 mm，精度要求達(dá)到MT3(GB/T 1486—2008)。塑件兩側(cè)面和前面均有大面積倒扣，必須側(cè)向抽芯。由于加強(qiáng)筋多，不但使熔體填充困難，而且成型塑件對(duì)側(cè)抽芯和動(dòng)模型芯的包緊力也大，脫模很困難，塑件結(jié)構(gòu)如圖1所示。塑件材料為中國(guó)臺(tái)灣奇美實(shí)業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯三元共聚物(ABS)，收縮率取0.5 %[1]。ABS塑件的強(qiáng)度高，剛性、硬度、耐沖擊性、塑件表面光澤性、耐磨性好，但熔體流動(dòng)性中等。

(a)主視圖 (b)側(cè)視圖 (c)立體圖圖1 打印機(jī)送紙架零件圖Fig.1 Feeding frames of printers

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)打印機(jī)送紙骨架的結(jié)構(gòu)和尺寸大小，模具采用點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)，模架采用標(biāo)準(zhǔn)型三板模DCI-5085-A240-B180-580-O，即模具長(zhǎng)850 mm、寬500 mm、定模A板厚240 mm、動(dòng)模B板厚180 mm、長(zhǎng)導(dǎo)柱長(zhǎng)580 mm，長(zhǎng)導(dǎo)柱布置在短導(dǎo)柱外側(cè)。針對(duì)成型塑件對(duì)側(cè)向抽芯包緊力大，易致塑件變形拉裂的問(wèn)題，模具的上、下側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)內(nèi)均設(shè)計(jì)了5支橫向頂桿。模具總質(zhì)量約為2.5 t，屬于大型注塑模具[2]，其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.1 成型零件設(shè)計(jì)

模具的分型面較復(fù)雜，成型零件采用分體式結(jié)構(gòu)，主要由定模鑲件6、動(dòng)模鑲件20、動(dòng)模型芯19和3個(gè)側(cè)向抽芯組成。考慮到型腔內(nèi)有大量氣體排出，成型零件間的配合間隙取0.01～0.02 mm，分型面之間也要開(kāi)設(shè)排氣槽，槽深為0.02 mm。動(dòng)模鑲件及型芯采用耐磨性好、拋光性好的預(yù)硬塑料模具鋼材718H。由于定模型腔多處需要采用電火花加工，故定模鑲件采用電蝕性好、高硬度、高拋光性的模具鋼NAK80[3]。

2.2 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

成型塑件有3個(gè)較大面積的側(cè)面倒扣S1、S2和S3，需要采用側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)?；诘箍鄣纳疃群臀恢?，3個(gè)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)均采用“斜導(dǎo)柱+滑塊”的組合結(jié)構(gòu)，抽芯動(dòng)力零件分別為斜導(dǎo)柱18、36和42，為減小長(zhǎng)度，斜導(dǎo)柱全部通過(guò)螺釘固定在定模B板上。在滑塊定位方面，如圖2(b)所示，S1和S2的定位零件均采用了“擋塊+彈簧”的組合結(jié)構(gòu)，如圖2(a)所示，S3的定位零件則是“動(dòng)模B板+彈簧”，3個(gè)滑塊的鎖緊零件均為定模A板3。

由于S1和S2的抽芯面積大，塑件對(duì)側(cè)向抽芯的包緊力大，抽芯時(shí)塑件容易受拉力變形，甚至斷裂，因此在側(cè)向抽芯37和40內(nèi)均設(shè)計(jì)了5支橫向頂桿52,見(jiàn)圖2和圖3。在模具分型面3打開(kāi)過(guò)程的前12 mm，由于抵住橫向頂桿52的鎖緊塊有一段與開(kāi)模方向平行的鎖緊面，頂桿52相對(duì)于成型塑件保持靜止，不會(huì)跟隨滑塊后退，成型塑件受到頂桿的推力作用也不會(huì)跟隨側(cè)向抽芯運(yùn)動(dòng)，可以有效防止塑件變形和拉裂。分型面3打開(kāi)12 mm后，側(cè)向抽芯已經(jīng)脫離了成型塑件，對(duì)塑件沒(méi)有了黏附力，在彈簧53的作用下，頂桿52再緊貼擋塊54跟隨滑塊同步側(cè)向運(yùn)動(dòng)。

1—定模固定板 2—脫料板 3—定模A板 4—定位圈 5—澆口套 6—定模鑲件 7—直身定位塊 8—復(fù)位桿 9—復(fù)位彈簧 10—扁推桿 11—定位銷 12—方鐵 13—?jiǎng)幽９潭ò?14—推件底板 15—推件固定板 16—?jiǎng)幽板 17—耐磨板 18—斜導(dǎo)柱 19—?jiǎng)幽Ｐ托?20—?jiǎng)幽ｈ偧?21—側(cè)向滑塊 22—耐磨塊 23—螺釘 24、25、26—導(dǎo)套 27—短導(dǎo)柱 28—長(zhǎng)導(dǎo)柱 29—尼龍塞 30—小拉桿 31—開(kāi)模彈簧 32—限位套 33—上擋塊 34—上定位彈簧 35—上滑塊 36—上斜導(dǎo)柱 37—上抽芯 38—螺釘 39—拉料桿 40—下抽芯 41—螺釘 42—下斜導(dǎo)柱 43—支撐 44—下彈簧 45—下?lián)鯄K 46—下滑塊 47—頂棍連接套 48—撐柱 49—圓推桿 50—推件板導(dǎo)套 51—推件板導(dǎo)柱(a)動(dòng)模排位圖 (b)A—A剖視圖 (c)B—B剖視圖 (d)導(dǎo)向系統(tǒng)和定距分型機(jī)構(gòu)圖2 打印機(jī)送紙架模具結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Injection mold stracture of the feeding frame

2.3 澆注系統(tǒng)及定距分型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

打印機(jī)送紙架為大型復(fù)雜塑件，熔體填充困難，為減小塑件變形，提高塑件的尺寸精度，模具采用點(diǎn)澆口、6點(diǎn)進(jìn)料的澆注系統(tǒng)[4]，其結(jié)構(gòu)和尺寸詳見(jiàn)圖4。點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)模具需采用三板模架，共有3個(gè)分型面。為保證澆注系統(tǒng)凝料自動(dòng)脫模，3個(gè)分型面的開(kāi)模順序必須是Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ。根據(jù)模架和塑件尺寸，分型面Ⅰ的開(kāi)模距離為255 mm，分型面Ⅱ的開(kāi)模距離為13 mm，分型面Ⅲ的開(kāi)模距離為300 mm[5]。為控制3個(gè)分型面開(kāi)模順序和開(kāi)模距離，模具設(shè)計(jì)了定距分型機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)由尼龍塞29、小拉桿30、彈簧31和限位套32組成[圖2(d)]。

2.4 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

送紙架注塑模具共設(shè)計(jì)了18組冷卻水道，其中動(dòng)模11組，定模7組，如圖5所示，每一組冷卻水道都由直通式水管和隔片式水井組成。直通式水管直徑均為10 mm，動(dòng)模水井直徑為12 mm，定模水井直徑為16 mm[6]。良好的溫度控制系統(tǒng)使模具冷卻充分，溫度均衡，有效保證了塑件的成型品質(zhì)和模具勞動(dòng)生產(chǎn)率。投產(chǎn)后注射周期成功控制在35 s以內(nèi)，比同類型塑件縮短約8 %，成型塑件無(wú)變形，尺寸精度達(dá)到了MT3(GB/T 1486—2008)。

2.5 脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

打印機(jī)送紙架屬于大型多加強(qiáng)筋板類零件，成型后的塑件對(duì)模具包緊力大，脫模時(shí)容易變形甚至開(kāi)裂，所以頂出力必須大而均勻[7]。模具除了在上下兩側(cè)的滑塊內(nèi)各設(shè)計(jì)了5支直徑為5 mm的橫向頂桿外，還在動(dòng)模一側(cè)設(shè)計(jì)了38支直徑為5 mm和3支直徑為4 mm的圓推桿以及11支1.5 mm×8 mm的扁推桿(圖2)。成型后塑件脫模安全平穩(wěn)，無(wú)變形和粘?，F(xiàn)象，完全符合設(shè)計(jì)要求。

2.6 導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

打印機(jī)送紙架注塑模具導(dǎo)向零件包括動(dòng)定模之間的4支短導(dǎo)柱27、導(dǎo)套26，定模內(nèi)的4支長(zhǎng)導(dǎo)柱28、導(dǎo)套24、25以及推件板中導(dǎo)柱51、導(dǎo)套50，詳見(jiàn)圖2(b)、2(d)。根據(jù)模具的大小、分型面的開(kāi)模距離以及側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的要求，長(zhǎng)導(dǎo)柱的直徑為50 mm、長(zhǎng)580 mm，其主要對(duì)脫料板2和定模A板3的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向和定位；短導(dǎo)柱直徑為40 mm、長(zhǎng)370 mm，其主要對(duì)動(dòng)定模的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向和定位；推件板導(dǎo)柱直徑為30 mm、長(zhǎng)240 mm，其主要對(duì)動(dòng)定模中推件及其固定板的脫模運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向和定位。

如圖2(a)、2(c)所示，除導(dǎo)柱導(dǎo)套外，打印機(jī)送紙架模具還設(shè)計(jì)了兩副直身定位塊7，它們布置在分型面Ⅰ上，是動(dòng)定模之間最主要的定位零件。良好的導(dǎo)向定位系統(tǒng)有效保證了成型塑件的尺寸精度和模具的注射壽命。

52—橫向頂桿 53—彈簧 54—擋塊(a)橫向推桿結(jié)構(gòu) (b)橫向推桿位置 (c)W處放大圖3 模具側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)Fig.3 Side core pulling mechanisms

(a)主視圖 (b)俯視圖圖4 模具澆注系統(tǒng)圖Fig.4 Gating systems of the mold

(a)動(dòng)模 (b)定模圖5 模具溫度控制系統(tǒng)圖Fig.5 Temperature control systems

3 模具工作原理

模具完成注射成型后，在彈簧31和尼龍塞29的作用下，首先從分型面Ⅰ處打開(kāi)，6個(gè)點(diǎn)澆口斷裂,澆注系統(tǒng)凝料與成型塑件自動(dòng)分離。打開(kāi)距離為255 mm，由4根小拉桿30的控制。接著模具再?gòu)姆中兔姊蛱幋蜷_(kāi)，脫料板2將澆注系統(tǒng)凝料強(qiáng)制從拉料桿39中推出并自動(dòng)脫落。在4個(gè)限位套32控制下打開(kāi)距離為13 mm。模具最后從分型面Ⅲ處打開(kāi)，成型塑件脫離定模型腔，同時(shí)側(cè)向滑塊21、35、46分別在斜導(dǎo)柱18、36、42的作用下進(jìn)行側(cè)向抽芯。分型面Ⅲ的打開(kāi)距離為300 mm，由注塑機(jī)控制。完成全部開(kāi)模行程后，注塑機(jī)頂棍通過(guò)模具底板13上的二個(gè)K.O.孔推動(dòng)推件固定板15和推件底板14，進(jìn)而推動(dòng)41支圓推桿和11支扁推桿將打印機(jī)送料架推離動(dòng)模型芯。塑件脫模后，復(fù)位彈簧9推動(dòng)各推件及其固定板先復(fù)位，最后注塑機(jī)推動(dòng)動(dòng)模合模，同時(shí)斜導(dǎo)柱18、36、42分別推動(dòng)滑塊21、35、46復(fù)位。模具繼續(xù)下一次注射成型。

4 結(jié)論

(1)通過(guò)采用“橫向頂桿+縱向推桿”組合脫模機(jī)構(gòu)，解決了塑件對(duì)側(cè)向抽芯和動(dòng)模型芯包緊力大、易引致塑件變形的問(wèn)題；

(2)通過(guò)采用“導(dǎo)柱導(dǎo)套+直身定位塊”組合導(dǎo)向定位系統(tǒng)，大大提高了模具的剛性和精度，塑件尺寸精度達(dá)到了MT3(GB/T 1486—2008)；

(3)模具溫度控制系統(tǒng)布置均衡、數(shù)量充分、尺寸合理，模具成型周期控制在35 s以內(nèi)，比同類型塑件縮短約8 %;模具尺寸大，精度高，結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，投產(chǎn)后運(yùn)行安全平穩(wěn)，其成功經(jīng)驗(yàn)可為同行設(shè)計(jì)大型、精密、長(zhǎng)壽命、復(fù)雜抽芯注塑模具提供有益參考。

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