某汽車儲物盒二次抽芯倒裝注塑模設(shè)計

劉慶東

(廣州工程技術(shù)職業(yè)學院機電工程系，廣州 510075)

0 前言

所謂倒裝模就是把模架的定、動模顛倒使用，原動模作定模用，原定模作動模用，其結(jié)構(gòu)特點是主流道很長，開模后塑件留在定模，推出機構(gòu)也在定模。因為注塑機在定模一側(cè)沒有推出動力，因此設(shè)計倒裝模的難點是解決主流道很長和定模一側(cè)沒有推出動力的問題。倒裝模作為注塑模具中的一個重要類型，通常用在直接進膠而澆口不能在產(chǎn)品表面的模具上，本文以某汽車儲物盒注塑模為例對倒裝模的設(shè)計要點和結(jié)構(gòu)特點進行了論述。

1 產(chǎn)品工藝性分析

如圖1所示，某汽車儲物盒是一形狀為漏斗狀的殼體，漏斗底部有兩處轉(zhuǎn)軸的卡槽，漏斗兩側(cè)有兩處凸出的支承以及加強筋結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品外觀面有一較深的凹位，凹位內(nèi)部有側(cè)凹結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品外形尺寸為188 mm×181 mm×136 mm(形狀不規(guī)則，指產(chǎn)品在模具中所占的空間尺寸)。該產(chǎn)品外觀要求高，外觀面不允許有進膠痕跡，材料為聚碳酸酯/丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物(PC/ABS)共混物，收縮率為0.5 %。

(a)前面 (b)后面圖1 產(chǎn)品外觀Fig.1 Appearance of the part

分型面選在產(chǎn)品外觀面的最大輪廓處，由于四周皆有影響脫模的側(cè)凸或側(cè)凹結(jié)構(gòu)，因此4個方向都要抽芯，值得注意的是產(chǎn)品外觀面凹位內(nèi)的側(cè)凹結(jié)構(gòu)難以脫模，該產(chǎn)品屬于結(jié)構(gòu)比較復雜的塑件。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

分型面選在產(chǎn)品外觀面的最大輪廓處。由于產(chǎn)品外觀面不允許有進膠痕跡，所以只能在外觀面的背面進膠；外觀面也不能作為推出機構(gòu)的頂出受力面，因此推出機構(gòu)也必須設(shè)計在外觀面的背面，即推出機構(gòu)必須設(shè)計在定模，產(chǎn)品開模后留在定模，倒裝模的結(jié)構(gòu)符合模具設(shè)計的要求。

由于倒裝模的推出機構(gòu)在定模，導致定模的厚度很大，因此主流道的長度很長。如果將澆注系統(tǒng)設(shè)計為普通冷流道，則澆口套會很長(本模具為440 mm)。普通冷流道的澆口套長度一般不宜超過120 mm[1]，澆口套過長會造成澆道凝料多，塑料熔體流動阻力大且充模困難，容易造成廢品。采用熱流道作為澆注系統(tǒng)是倒裝模較好的選擇，雖然增加了模具成本，但節(jié)約原料、產(chǎn)品質(zhì)量好，因此本模具的澆注系統(tǒng)采用熱流道。

推出機構(gòu)設(shè)計在定模一側(cè)，由于定模一側(cè)沒有推出動力，因此要解決推出動力的問題。采用液壓缸作為推出動力是倒裝模較好的選擇。

產(chǎn)品外觀面前、后兩側(cè)有深凹位，必須抽芯；外觀面兩側(cè)有支承結(jié)構(gòu)和許多凸起的加強筋結(jié)構(gòu)，必須抽芯。因此該模具四面都要抽芯。外觀面凹位內(nèi)的側(cè)凹結(jié)構(gòu)必須設(shè)計二次抽芯機構(gòu)，先橫向抽芯再縱向抽芯。外觀面?zhèn)让嬗猩罱罱Y(jié)構(gòu)，為了減小抽芯力以免抽芯時損壞產(chǎn)品，也必須設(shè)計二次抽芯機構(gòu)以分散抽芯力。根據(jù)模具的抽芯方向，產(chǎn)品在模具中的放置方位如圖2所示。模具的外觀如圖3所示。

圖2 產(chǎn)品在模具中的方位Fig.2 Position of the part in the mould

圖3 模具外觀Fig.3 Appearance of the mould

2.2 成型零件設(shè)計

圖4 定模Fig.4 Fixed half of the stationary mould

圖4為模具的定模，由于該產(chǎn)品四面都要抽芯，因此該模具的成型零件由4個滑塊和定模鑲件構(gòu)成。為了提高模具的合模精度，模具除了導柱、導套外，在定、動模板的4個角上設(shè)計了虎口用于外模的定位，在外觀面前后方向的滑塊上設(shè)計了虎口用于內(nèi)模的定位。

圖5為模具的動模，由于注塑時漲模力較大，直接在模板上加工出滑塊的鎖緊結(jié)構(gòu)以承受注塑時產(chǎn)生的漲模力。為了保證制件外觀面品質(zhì)，產(chǎn)品該部位的成型采用整體結(jié)構(gòu)，即由整體滑塊成型產(chǎn)品的外觀面，如圖6所示。

圖5 動模Fig.5 Moving half of the movable mould

圖6 成型外觀面的滑塊結(jié)構(gòu)Fig.6 Slide structure for forming appearance surface

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計

圖7所示為模具的澆注系統(tǒng)，由于產(chǎn)品尺寸較大且四面都需要抽芯，因此模具設(shè)計為一模一腔結(jié)構(gòu)。由于主流道很長，所以本模具采用熱流道澆注系統(tǒng)。基于推出機構(gòu)頂針分布和產(chǎn)品外觀質(zhì)量的考慮，采用單嘴的熱流道轉(zhuǎn)冷流道的澆注系統(tǒng)。熱嘴采用開放式，價格相對便宜，轉(zhuǎn)梯形截面的分流道，在產(chǎn)品側(cè)面搭底側(cè)澆口進膠，分流道開在定模鑲件上，既滿足產(chǎn)品外觀要求，又滿足注射成型的要求。

1—定位環(huán) 2—熱嘴 3—冷流道 4—澆口 5—產(chǎn)品 6—面板 7—頂針底板8—頂針面板 9—定模板 10—頂針 11—定模鑲件 12—滑塊 13—動模板(a)外觀圖 (b)剖視圖圖7 澆注系統(tǒng)Fig.7 Gating system

如果模具設(shè)計為多嘴的熱流道系統(tǒng)，由于多了一塊分流板，分流板占用很大的安裝空間，安裝困難，且分流板與推出機構(gòu)在同一側(cè)，在設(shè)計推出機構(gòu)時要注意分流板與推出機構(gòu)不能干涉，模具設(shè)計相對困難，同時也大大增加了模具成本，這也是模具設(shè)計為單嘴的原因之一。如果模具設(shè)計為針閥式熱流道系統(tǒng)，因為每個熱嘴上多了一個汽缸機構(gòu)，汽缸機構(gòu)要占用很大的安裝空間，安裝精度也要求較高，汽缸安裝孔和熱嘴安裝孔必須保證同軸。

2.4 抽芯機構(gòu)

產(chǎn)品外觀面前、后兩側(cè)抽芯距大，必須采用液壓缸抽芯；外觀面兩側(cè)有支承結(jié)構(gòu)和許多凸起的加強筋，抽芯面積大、抽芯力大，也必須采用液壓缸抽芯。因此，該模具為四面液壓缸抽芯機構(gòu)，產(chǎn)品四周由4個大滑塊圍成，如圖3所示。

2.4.1產(chǎn)品外觀面凹位內(nèi)側(cè)凹的二次抽芯機構(gòu)

二次抽芯機構(gòu)主要應(yīng)用于以下場合：一、包緊力大的抽芯機構(gòu)，一次抽芯會使產(chǎn)品被拉壞或變形，通過二次抽芯分散抽芯力；二、沿抽芯方向有倒扣，無法一次抽芯，必須先脫開倒扣再抽芯[2]。

產(chǎn)品外觀面凹位內(nèi)的側(cè)凹結(jié)構(gòu)必須先橫向抽出側(cè)凹部位才能縱向抽芯[見圖1(a)]，此處必須設(shè)計二次抽芯機構(gòu)才能脫模。由于該部位空間較小，采用了在滑塊內(nèi)設(shè)計斜頂?shù)姆桨?。如圖8(a)所示，其結(jié)構(gòu)為：大滑塊由液壓缸驅(qū)動，在大滑塊內(nèi)加工一個空腔用來安裝斜頂機構(gòu)，導向套鑲在大滑塊內(nèi)作為斜頂運動的導向，斜頂座固定在彈板上作為斜頂橫向運動的導向，彈板可沿4根彈板導柱在大滑塊空腔內(nèi)運動。如圖8(b)所示，其工作原理為：開模后，液壓缸帶動大滑塊向后運動，此時斜頂扣住凹位內(nèi)的側(cè)凹，同時在彈簧作用下連同斜頂座以及彈板不隨大滑塊向后運動，而是在導向套的斜通道作用下橫向運動抽出側(cè)凹部位的型芯，當完成側(cè)凹部位的橫向抽芯后，斜頂隨大滑塊一起向后運動完成縱向抽芯。頂桿的作用是承受注塑時產(chǎn)生的漲模力。

(a)斜頂抽芯前 (b)斜頂抽芯后圖8 滑塊內(nèi)設(shè)計斜頂Fig.8 Lifter in the slide

2.4.2產(chǎn)品外觀面?zhèn)让孓D(zhuǎn)軸卡槽處的二次抽芯機構(gòu)

如圖1(b)所示，產(chǎn)品側(cè)面轉(zhuǎn)軸卡槽處為深筋結(jié)構(gòu)難以脫模，為了減小脫模力以免抽芯時損壞產(chǎn)品，采用先抽出轉(zhuǎn)軸卡槽處的型芯，再抽出其余部分的方案，本處采用了斜導柱+液壓缸的二次抽芯機構(gòu)。如圖9(a)所示，其結(jié)構(gòu)為：大滑塊由液壓缸驅(qū)動，負責整個側(cè)面的抽芯，在大滑塊內(nèi)加工一個空腔用來安裝小滑塊，成型轉(zhuǎn)軸卡槽的小型芯固定在小滑塊上，由斜導柱驅(qū)動。如圖9(b)所示，其工作原理為：開模時，裝在動模的斜導柱驅(qū)動小滑塊帶動小型芯向后運動，抽出轉(zhuǎn)軸卡槽處的小型芯，開模后，液壓缸驅(qū)動大滑塊向后運動抽出其余部分。注意：必須液壓缸先驅(qū)動大滑塊復位后才能合模，否則合模時斜導柱會和小滑塊發(fā)生碰撞。

(a)小滑塊抽芯前 (b)小滑塊抽芯后圖9 大滑塊內(nèi)設(shè)計小滑塊Fig.9 Little slide in the large slide

2.5 推出機構(gòu)

如圖10所示，產(chǎn)品為漏斗狀殼體形狀，由于產(chǎn)品四周是抽芯滑塊，很難設(shè)計推板推出機構(gòu)，考慮到產(chǎn)品頂出面為非外觀面，對表面質(zhì)量要求不高，因此采用頂針推出機構(gòu)，成本低，結(jié)構(gòu)簡單且滿足產(chǎn)品表面質(zhì)量要求。

圖10 推出機構(gòu)Fig.10 Ejector

產(chǎn)品開模后留在定模，由于定模一側(cè)沒有推出動力，因此要解決推出動力的問題。定?？梢赃x擇的推出動力有：開模動力、彈簧、液壓缸等。選擇開模動力作為推出動力要使用拉桿結(jié)構(gòu)，開模時由安裝在動模上的拉桿套帶動拉桿(安裝在頂針板上)從而帶動頂針板運動實現(xiàn)推出動作，一般用于產(chǎn)品深度較淺或模具厚度不大的場合；彈簧一般用于頂出力不大的場合，可靠性較差；液壓缸推出動力大、推出行程長且控制靈活，本模具采用液壓缸作為動力推出是較好的選擇。因為模具較大且頂出力不均衡，須設(shè)計4根頂針板導柱作為頂針板運動的支承導向。為了增加定模板的剛性，在定模板下設(shè)計了許多支撐柱。

使用液壓缸作為推出動力時需注意液壓缸的頂出和復位必須同步，否則容易卡死。要做到同步，首先四個液壓缸的型號規(guī)格必須完全一樣，其次連接4個液壓缸的油路也必須完全一樣。

由于推出和復位時頂針板與熱嘴之間有相對運動，因此設(shè)計推出機構(gòu)時還必須注意頂針板與熱嘴不能接觸，否則會損壞熱嘴。

2.6 冷卻系統(tǒng)

產(chǎn)品尺寸較大且為熱流道模具，因此模具的散熱很重要。模具散熱包括型腔周圍零件的散熱和熱嘴周圍零件的散熱。如圖11所示，模具采用直通式環(huán)繞冷卻水道，模具的型腔由4個抽芯滑塊和定模鑲件構(gòu)成，由于滑塊較大，必須在四個滑塊和定模鑲件以及動模板內(nèi)設(shè)計冷卻水道，針對熱嘴周圍零件的的冷卻，必須在定模板內(nèi)設(shè)計冷卻水道。

圖11 冷卻系統(tǒng)Fig.11 Cooling system

2.7 模架的選擇

熱流道模具一般選用大水口模架。本模具模架型號為6570-CT-A275-B280，模具厚度為726 mm。

3 試模結(jié)果

根據(jù)前文設(shè)計制造出的注塑模具經(jīng)過試模， 現(xiàn)已投入批量生產(chǎn)，制造的產(chǎn)品經(jīng)檢驗符合設(shè)計要求，塑件品質(zhì)穩(wěn)定。表明本文所設(shè)計的注塑模結(jié)構(gòu)合理，動作可靠，可滿足生產(chǎn)要求。

4 結(jié)論

(1)倒裝模的主流道很長，采用熱流道系統(tǒng)是較好的選擇，要注意頂針板運動時不能碰到熱嘴；

(2)倒裝模的產(chǎn)品開模后留在定模，定模一側(cè)沒有推出動力，采用液壓缸作為推出動力是較好的選擇，要注意液壓缸運動時的同步；

(3)可采用在滑塊內(nèi)設(shè)計斜頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)解決側(cè)凹內(nèi)的側(cè)凹的抽芯問題，采用在大滑塊內(nèi)設(shè)計小滑塊，用液壓缸和斜導柱分別驅(qū)動大滑塊和小滑塊的結(jié)構(gòu)解決二次抽芯的問題。