藥盒下蓋模內(nèi)熱切注塑模設計

李本威，朱傳林，文建洲

( 河南駝人醫(yī)療器械研究院有限公司, 河南省醫(yī)用高分子材料技術(shù)與應用重點實驗室，河南 長垣 453400)

傳統(tǒng)的大部分塑料模在開模后塑件與澆口相連，需要人工進行二次修剪去除料頭，料頭的二次去除常常因修剪不一致造成產(chǎn)品視觀不良或影響產(chǎn)品裝配質(zhì)量，因此如何實現(xiàn)自動切除料頭、提高制品一致性成為很多企業(yè)面臨的問題。

模內(nèi)熱切技術(shù)作為一種先進的注塑技術(shù)，在歐美國家已經(jīng)得到了普及，國外許多塑膠模具廠所生產(chǎn)的模具50% 以上采用了模內(nèi)熱切技術(shù)[1～3]。在我國，由于人力成本的增長與產(chǎn)品品質(zhì)的提升，模內(nèi)熱切技術(shù)正逐步得到推廣。本文以側(cè)向進膠為例，針對藥盒下蓋產(chǎn)品，設計了一種模內(nèi)熱切注塑模，實現(xiàn)了產(chǎn)品的高質(zhì)量、高效率生產(chǎn)。

1 模內(nèi)熱切技術(shù)

1.1 模內(nèi)熱切技術(shù)原理

模內(nèi)熱切就是在塑膠模具未開模前，剪切或擠斷澆口，從而實現(xiàn)在塑膠模具開模后產(chǎn)品與澆口分離的一種模具注塑自動化工藝。簡而言之，模內(nèi)熱切就是一種開模前實現(xiàn)塑料件的料頭與產(chǎn)品的自動分離技術(shù)。其原理如圖1 和圖2 所示。

圖1 為是模內(nèi)熱切系統(tǒng)示意圖，由圖中可知，模內(nèi)熱切系統(tǒng)主要由切刀、微型油缸、復位彈簧和油路組成。模具生產(chǎn)時，從模具合模至保壓階段，切刀處于“ 切除前” 狀態(tài)，如圖2（a）所示。當保壓完成后，超高壓時序控制系統(tǒng)提供超高油壓推動微型油缸活塞，微型油缸活塞推動切刀，切刀對產(chǎn)品和料頭施加剪切力使得產(chǎn)品和料頭分離，如圖2（b）所示。當保壓完成時，塑件仍處于冷卻階段初期，此時熔體仍屬于粘流態(tài)，因此迫于切刀壓力造成的熔體回流對產(chǎn)品無不良影響。此外，根據(jù)產(chǎn)品大小和模具結(jié)構(gòu)的實際情況，可以通過改變超高壓時序控制系統(tǒng)的壓力、時間等參數(shù)，來達到產(chǎn)品與料頭分離的最佳效果。

圖1 模內(nèi)熱切系統(tǒng)示意圖[2]

圖2 切刀切斷示意圖[2]

1.2 模內(nèi)熱切應用主要技術(shù)關(guān)鍵

一個成功的模內(nèi)熱切模具應用項目需要多個環(huán)節(jié)予以保障。其中較重要的有以下三個技術(shù)因素。

1.2.1 切刀精度的控制

在模內(nèi)熱切模具應用中切刀精度的控制顯得極為重要。許多生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量問題直接源于模內(nèi)熱切系統(tǒng)切刀加工精度的控制。如開模后產(chǎn)品與料不分離問題，切完產(chǎn)品毛邊嚴重問題，產(chǎn)品澆口切不干凈問題等。出現(xiàn)此類問題只能提高切刀加工精度。

1.2.2 模內(nèi)熱切切刀公差與切刀的裝配工藝

在模內(nèi)熱切系統(tǒng)模具正常生產(chǎn)中，切刀需來回反復進行動作，因此不同塑料采取不同的裝配公差與裝配工藝。否則就會出現(xiàn)切刀卡死，切刀不能回位，塑料流入切刀與模具裝配間隙，甚至切刀蹦斷。對于此類問題需要找專業(yè)有經(jīng)驗的模內(nèi)熱切廠家提供專業(yè)的解決方案。

1.2.3 模內(nèi)熱切廠商提供對于模內(nèi)熱切模具方案的精準設計

對于模具行業(yè)來說，提供一個準確的設計方案起著事半工倍的作用。模內(nèi)熱切供應商對于不同的產(chǎn)品不同的材料需提供較佳的設計方案，否則就會出現(xiàn)油缸力量不足，切刀切不斷產(chǎn)品，切刀回位不順暢等一系列問題。

2 塑件結(jié)構(gòu)特點

圖3(a) 為藥盒下蓋外觀面的形狀圖。產(chǎn)品左右對稱，整體尺寸為98 mm×97 mm×18 mm，整體壁厚為1.5 mm。產(chǎn)品的成型材料選擇聚碳酸酯（PC），該材料的收縮率為0.5%～0.7%（本次設計中模具收縮率定為0.5%），水口+ 產(chǎn)品克重為45.3 g。圖3（b）為產(chǎn)品非外觀面形狀圖，產(chǎn)品上影響模具結(jié)構(gòu)設計的難點特征有：①產(chǎn)品上分布八個倒扣結(jié)構(gòu)，分別為A1～A8（左右對稱）；②產(chǎn)品兩側(cè)端部各分布一處復雜筋位，分別為B1、B2（左右不對稱）。此外，產(chǎn)品四周分布六處加強筋。根據(jù)產(chǎn)品情況，澆口宜采用側(cè)向搭接式澆口，布置于G處。

圖3 藥盒下蓋產(chǎn)品示意圖

3 模具設計

3.1 模仁結(jié)構(gòu)設計

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和形狀，分型面選擇在產(chǎn)品內(nèi)表面上，采用一模兩腔進行設計。為了模具加工和配模的方便，前、后模仁都平均分成兩部分進行設計，具體結(jié)構(gòu)如圖4 所示。產(chǎn)品兩側(cè)端部各分布一處復雜筋位，采用鑲件進行成型，具體結(jié)構(gòu)如圖5 所示。此外，為了安全定位，在模仁四角均設計了虎口結(jié)構(gòu)。

圖4 模仁結(jié)構(gòu)

3.2 澆注系統(tǒng)設計

根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和型腔布局，本次澆口選取側(cè)向搭接澆口，對應分布在2 個產(chǎn)品的側(cè)邊中間位置。為了方便加工、便于維修，模具的澆注系統(tǒng)以流道塊形式進行設計，產(chǎn)品的分流道和澆口均設置在流道塊上，分流道設計為圓形分流道，直徑為6 mm ；澆口的搭接寬度為6 mm，搭接深度為1 mm。分流道與澆口之間設計冷料穴，作用如下：①容納料流的前鋒冷料，以免這些冷料注入型腔；②容納切刀剪切澆口時發(fā)生回流的熔體。模具澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖5 后模鑲件結(jié)構(gòu)

圖6 模具澆注系統(tǒng)示意圖

3.3 模具頂出機構(gòu)的設計

針對制品的脫模問題，如圖7 所示，制品的脫模機構(gòu)做如下設計: 制品上A1～A8八個倒扣結(jié)構(gòu)都采用斜頂機構(gòu)來進行成型和脫模頂出；B1和B2兩個復雜筋位采用鑲件形式進行成型；在產(chǎn)品的的其余位置及筋位區(qū)域布置直徑為5 mm 的頂針來進行頂出。

圖7 脫模機構(gòu)

4 模內(nèi)熱切系統(tǒng)設計

如圖8 所示，模內(nèi)熱切系統(tǒng)主要由微型油缸、油路、高速高壓切刀和時序控制器（圖9）組成。其中，高速高壓切刀完成澆口熱切，實現(xiàn)產(chǎn)品與料頭的分離；微型油缸為切刀的運動提供驅(qū)動力量；時序控制器背后連接測試開、合模的信號線，并通過與油缸油路相連接，來控制油缸的壓力和工作時間。整個系統(tǒng)的工作過程為：當模具完成合模后，時序控制器收到信號并開始計時，隨著產(chǎn)品的注射過程完成進入保壓階段，當保壓完成后，時序控制器開始控制油缸，油缸的高壓快速推動切刀裝置，切刀切斷澆口使得產(chǎn)品與澆口分離，在產(chǎn)品經(jīng)過冷卻過程后，模具開模，頂出系統(tǒng)將產(chǎn)品及料頭頂出。待再次合模前，時序控制器控制油缸泄壓，彈簧將切刀退至初始位置，重新開始下一個生產(chǎn)周期。

圖8 模內(nèi)熱切機構(gòu)組成

圖9 時序控制器

4.1 切刀裝置設計

由以上所述，切刀裝置是模內(nèi)熱切系統(tǒng)中最重要的部分。如圖10（a）所示為切刀的底部固定示意圖，為了保證切刀的運動無卡滯現(xiàn)象，除了切刀頂部與動模仁、流道塊的配合外，切刀與模仁、切刀座與模仁的配合均為間隙配合，切刀底部采用單邊固定的結(jié)構(gòu)，起到止轉(zhuǎn)的作用。由于澆口的搭接深度為1 mm，故切刀的剪切距離也設計為1 mm，同時切刀座底部與模仁之間設計限位結(jié)構(gòu)。圖10（b）為切刀頭部示意圖，為了保證切刀能夠?qū)部谇谐蓛?、不留毛邊，切刀面對產(chǎn)品表面過切0.03 mm。為使切刀剪切澆口時不影響產(chǎn)品表面，產(chǎn)品下方的切刀部分應對產(chǎn)品表面進行避空，避空高度為1 mm，當切刀處于切斷狀態(tài)時（如圖10（c）），切刀不會對產(chǎn)品造成影響。需特別指出的是：在澆注過程中，避空區(qū)域內(nèi)先被熔體完全填充，待保壓完成后切刀對澆口施加剪切作用力時，避空區(qū)域內(nèi)的熔體發(fā)生回流至產(chǎn)品和冷料穴內(nèi)。此外，切刀頭部的長度和澆口搭接寬度一致，為6 mm。

5 模具的裝配及試制

5.1 模具的裝配

模具的零部件及前后模仁加工完成后，應該先對模仁、斜頂?shù)炔考M行拋光，前模型腔鏡面區(qū)域需拋光至Ra=0.4 μm，后模型芯需拋光至Ra=0.8 μm。組裝后的定模、動模如圖11 所示。

圖11 模具裝配后實物

5.2 模具的試制

模具裝配完成后在德馬格210T 注塑機上進行試制。選取合理的工藝參數(shù)，得到藥盒下蓋產(chǎn)品，產(chǎn)品實物如圖12 所示。經(jīng)尺寸、外形及裝配檢測后，產(chǎn)品質(zhì)量合格。

對于模內(nèi)熱切系統(tǒng)，時序控制器選用神馬熱流道有限公司生產(chǎn)的超高壓油站，其參數(shù)如表1 所示。試制時，通過改變超高壓時序控制系統(tǒng)的壓力、時間等參數(shù)，最終實現(xiàn)產(chǎn)品與料頭分離的最佳效果，最終時序控制器的參數(shù)如表2 所示。

圖12 產(chǎn)品實物圖

表1 時序控制器參數(shù)

表2 試制時時序控制器設定參數(shù)

6 總結(jié)

模內(nèi)熱切技術(shù)既可以改善產(chǎn)品與料頭分離的效果，提高制品的一致性，又可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、降低人工成本，使得模具實現(xiàn)自動化生產(chǎn)成為現(xiàn)實。就目前模內(nèi)熱切技術(shù)而言，在汽車、家電、醫(yī)療等領(lǐng)域尚未得到廣泛的應用，原因在于其穩(wěn)定性與可靠性需要改進，相信經(jīng)過不斷的改進，模內(nèi)熱切技術(shù)終將成為種成熟穩(wěn)定、廣泛應用的技術(shù)。