一種薄壁船形車籃成型模具的設(shè)計(jì)

唐聯(lián)耀 侯賢州

(廣東科技學(xué)院, 廣東 東莞， 523083)

薄壁船形車籃在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中常常由于模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不合理,而導(dǎo)致1次料頭切不斷、出現(xiàn)2次進(jìn)料口堵塞、制品表面出現(xiàn)劃痕等現(xiàn)象,從而使注塑生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)效率降低,因此需要對(duì)注塑模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[1-2]。本設(shè)計(jì)針對(duì)船形車籃塑件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),對(duì)模具的主型芯結(jié)構(gòu)、滑塊側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)、冷卻水路進(jìn)行計(jì)算分析,根據(jù)單分型面模具設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和原理,對(duì)注塑模具的側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)、滑塊結(jié)構(gòu)、斜導(dǎo)柱機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 塑件結(jié)構(gòu)的分析

該產(chǎn)品在外觀結(jié)構(gòu)上具有較多的凸起,底部和側(cè)壁也具有較多側(cè)孔,需要采用抽芯結(jié)構(gòu),才能解決脫模過(guò)程中的難點(diǎn)問(wèn)題。該車籃壁厚最大處為4 mm,最小處為3 mm,相對(duì)較為均勻。外形體積較小,流道較短,成型材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)屬于熱塑性材料,熱流動(dòng)性好。產(chǎn)品各部分壁厚較為均勻,故選取同一公差MT4,三維結(jié)構(gòu)見圖1所示。

圖1 塑件三維示意

2 成型結(jié)構(gòu)的確定

該塑件只有一面開口的朝向,故可以將主分型面設(shè)置在船形車籃開口邊緣。塑件的體積相對(duì)較大、結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜,而且需要兩側(cè)斜抽芯,所以初步擬定采用一模一腔的結(jié)構(gòu)形式。該塑件具有階梯分型面,因?yàn)闈部谕耆靡贿叾焕谶M(jìn)料,故采用直接澆口。在Pro/E中進(jìn)行三維建模,得到注塑件的體積為176.24 cm3,注塑件的質(zhì)量為193.8 g。經(jīng)計(jì)算在分型面上的澆注系統(tǒng)投影面積為與主流道凝料(包括澆口)在分型面上的投影面積相等,因此可以按照單型腔模的統(tǒng)計(jì)分析方法來(lái)進(jìn)行接下來(lái)的設(shè)計(jì)。

3 型腔與型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 Pro/E分模

型腔即為材料成型與冷卻凝固的空間,其形狀與產(chǎn)品相同。按照其結(jié)構(gòu)的不同可分為整體式、組合式、鑲拼式和整體嵌入式,本設(shè)計(jì)采用整體嵌入式結(jié)構(gòu),采用Pro/E軟件進(jìn)行分模及模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),三維結(jié)構(gòu)見圖2所示。本模具型芯采用整體式結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)見圖3所示。根據(jù)整體式型芯的結(jié)構(gòu)與塑件結(jié)構(gòu)尺寸,設(shè)計(jì)得到型腔的二維結(jié)構(gòu)見圖4所示。

圖3 主型芯結(jié)構(gòu)

4 抽芯結(jié)構(gòu)及滑塊的設(shè)計(jì)

4.1 抽芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

由于車籃側(cè)壁有較多的側(cè)孔,而且側(cè)孔位置分布不均,所以在側(cè)壁多孔處采用大滑塊抽芯,這樣能解決塑件脫模難的問(wèn)題,在模具開模過(guò)程中,能夠較好的脫出塑件,滿足塑件成型加工的要求,具體設(shè)計(jì)見圖5。

圖5 模具結(jié)構(gòu)中抽芯機(jī)構(gòu)

4.2 滑塊的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的側(cè)型芯為尺寸不大的凸起結(jié)構(gòu),因此為簡(jiǎn)化加工,設(shè)計(jì)整體式滑塊結(jié)構(gòu)?；瑝K的導(dǎo)滑槽設(shè)計(jì)選用常見的T形結(jié)構(gòu)。

為保證滑塊具有滑動(dòng)穩(wěn)定性,滑塊長(zhǎng)度與滑塊寬度之比要大于1.5。而且為了保證抽心動(dòng)作完成后滑塊始終位于滑道內(nèi),導(dǎo)滑槽內(nèi)部留有的長(zhǎng)度不小于滑塊全長(zhǎng)的2/3。根據(jù)上面的要求設(shè)計(jì)滑塊長(zhǎng)度為50 mm,寬度為24 mm,導(dǎo)滑槽長(zhǎng)度為114 mm。抽芯距離經(jīng)計(jì)算為5 mm,保證全部過(guò)程中滑塊整體全部位于滑槽內(nèi),工作過(guò)程穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)采用的定位結(jié)構(gòu)是有彈簧、螺釘和擋板構(gòu)成的常見結(jié)構(gòu)。

5 冷卻系統(tǒng)

動(dòng)模側(cè)對(duì)型芯進(jìn)行冷卻的水路條數(shù)(X)按照公式(1)～(6)計(jì)算。

(1)

(2)

(3)

△θ=θm-(θ1+θ2)/2

(4)

(5)

(6)

式(1)～(6)中,v表示冷卻水的流速；qv表示水的體積流量,qv=1.02×10-2m3/min;d為冷卻水路的最佳直徑,d=12 mm；h表示水壁交界處轉(zhuǎn)熱系數(shù)；水的密度ρ=1 000 kg/m3,f為傳熱系數(shù),為0.672；A表示冷卻水管道的導(dǎo)熱總面積；C表示水的比熱容為4.187 kg/ (kg·℃),查閱參考文獻(xiàn)[3],ABS的單位熱流量Qs取350 kJ/kg,△θ表示冷卻水變化的溫度；θm表示冷卻水最大的溫度,其中出水口的水溫為θ1=25 ℃；冷卻水道進(jìn)水口的水溫θ2為22 ℃；L表示冷卻水管道的長(zhǎng)度,L=100 mm。計(jì)算得X=1.94,因此取值水路條數(shù)為2。具體冷卻水道見圖6所示。

圖6 模具中的冷卻水道

6 模具工作過(guò)程

模具工作的步驟:1)首先烘干塑料ABS,并且把其裝入料斗中;2)對(duì)模具的型腔進(jìn)行必要的清理,另外在其表明涂抹脫模劑,對(duì)其進(jìn)行必要的加熱;3)通過(guò)合模以及鎖緊模具加緊模具;4)對(duì)塑料進(jìn)行預(yù)塑化處理,準(zhǔn)備注射裝置,開始注射;5)注射過(guò)程主要包括充模、保壓、倒流、澆口凍結(jié)后的冷卻、脫模;6)脫模過(guò)程,定模板在4個(gè)強(qiáng)力彈簧的回復(fù)力作用下首先分離,側(cè)型芯能夠在斜導(dǎo)柱的作用下,向預(yù)定的方向?qū)崿F(xiàn)抽芯,假如滑塊能夠進(jìn)入抽芯的范圍,那么定位裝置就不再向下運(yùn)動(dòng),在4個(gè)限位螺釘?shù)淖饔孟碌谝环中兔嫱耆珠_,與此同時(shí),推板在注射機(jī)頂桿的作用下,能夠帶動(dòng)推桿工作,從而工件能夠從模具上面脫落。

模具在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作過(guò)程中,工作較穩(wěn)定,而且模具在投產(chǎn)后進(jìn)行了大批量生產(chǎn),生產(chǎn)周期為每件20 s,在生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)次品的幾率較小,模具工作穩(wěn)定可靠。

7 結(jié)論

針對(duì)車籃內(nèi)部結(jié)構(gòu)多深孔,側(cè)壁多側(cè)孔的情況下,為了達(dá)到籃形塑件的結(jié)構(gòu)精度要求,設(shè)計(jì)了一副成型過(guò)程較穩(wěn)定的模具。1)側(cè)壁結(jié)構(gòu)采用大滑塊抽芯,滿足了車籃塑件側(cè)壁成型的要求,使塑件能夠成功脫模。2)為了避免進(jìn)料難的問(wèn)題,同時(shí)考慮抽芯機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng),采用直接澆口,使模具運(yùn)動(dòng)更加趨于穩(wěn)定。3)針對(duì)模具抽芯滑塊導(dǎo)滑槽和冷卻水道設(shè)計(jì)進(jìn)行精確計(jì)算,使模具運(yùn)動(dòng)更精確。4)運(yùn)用Pro/E造型分模,數(shù)據(jù)化分析更精確。經(jīng)過(guò)以上對(duì)模具的成型結(jié)構(gòu)、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)、滑塊結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì),模具投產(chǎn)后,大批量生產(chǎn),效率較高。