童車骨架熱流道注塑模設(shè)計(jì)

華麗霞，劉沛龍，郭興

(1.義烏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江義烏 322000； 2.山東省教育發(fā)展服務(wù)中心，濟(jì)南 250011)

童車骨架塑件是童車塑件中最為復(fù)雜的塑件之一，該塑件注塑模具設(shè)計(jì)有以下難點(diǎn)：(1)塑件上所設(shè)置的功能附加特征結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形式多樣，特別是側(cè)抽芯脫模時(shí)成型件容易拉壞塑件，且側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)受限制條件也比較多[1-2]；(2)由于塑件尺寸大，采用冷流道澆注系統(tǒng)很難達(dá)到模腔充填飽滿的效果，容易產(chǎn)生諸如缺料、熔接線、裂紋等注塑品質(zhì)缺陷[3-5]。因而，在設(shè)計(jì)童車骨架塑件的注塑模具時(shí)，如何保證模腔得到充足充填和實(shí)施有效保壓，如何使復(fù)雜特征的脫模無損、可靠，如何簡(jiǎn)化脫模機(jī)構(gòu)和模具整體結(jié)構(gòu)，以降低模具制造成本，是設(shè)計(jì)人員必須慎重考慮的綜合性問題。

1 童車骨架結(jié)構(gòu)

童車骨架結(jié)構(gòu)如圖1所示。該童車骨架采用30%玻纖(GF)增強(qiáng)聚丙烯(PP)材料進(jìn)行注射成型，縮水率為0.4%～0.5%。童車骨架外形基本尺寸為350.6 mm×162.6 mm×86.0 mm。童車骨架的結(jié)構(gòu)特征構(gòu)成較為復(fù)雜，主要表現(xiàn)為：塑件4個(gè)側(cè)面上的子特征設(shè)計(jì)各不相同，種類構(gòu)成多且復(fù)雜；4個(gè)側(cè)面的外壁上，A側(cè)面及C側(cè)面?zhèn)瓤锥?，B側(cè)面有2個(gè)過孔座，過孔座側(cè)邊設(shè)置有側(cè)槽，D側(cè)面整體為1個(gè)龍門槽；塑件內(nèi)壁上，中間部位加強(qiáng)筋多，中間部位靠近B側(cè)面一端設(shè)置有1個(gè)雙圓槽，雙圓槽的每個(gè)單個(gè)圓槽側(cè)壁上設(shè)置有4個(gè)卡扣槽，共8個(gè)卡扣槽，卡扣槽為矩形通孔槽，每個(gè)卡扣槽外側(cè)都設(shè)置有1個(gè)錯(cuò)層槽筋，共8個(gè)錯(cuò)層槽筋。

圖1 童車骨架

結(jié)合塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及同類塑件模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以判斷塑件成型模具設(shè)計(jì)有以下要求：(1)模腔的澆注須采用多個(gè)澆口進(jìn)行澆注，以保證模腔各充填末端獲得充足的充填和有效保壓，較好的辦法是采用多點(diǎn)熱嘴進(jìn)行充填；(2) 4個(gè)側(cè)面的脫模需要設(shè)置4個(gè)側(cè)面抽芯脫模機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，且須滿足4個(gè)側(cè)面上各種不同特征的無損脫模；(3)雙圓槽側(cè)壁上8個(gè)卡扣槽的每個(gè)卡扣槽都需要使用一個(gè)內(nèi)收抽芯機(jī)構(gòu)在狹窄空間內(nèi)對(duì)其實(shí)施側(cè)抽芯脫模；(4)塑件局部特征的成型，如錯(cuò)層槽筋等，采用整體式成型件進(jìn)行成型時(shí)，整體式成型件的加工難度大，成型件需要使用多個(gè)小鑲件進(jìn)行鑲拼組合，以降低成型件加工難度。模腔的澆注、塑件4個(gè)側(cè)面的脫模、卡扣槽的脫模、局部區(qū)域復(fù)雜特征成型件的設(shè)計(jì)是塑件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)[6-7]，因而，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須從澆注系統(tǒng)、脫模機(jī)構(gòu)、成型件設(shè)置、冷卻系統(tǒng)及整體結(jié)構(gòu)布置等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，以完成塑件的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 模具結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的塑件模具結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 模具結(jié)構(gòu)

模具為一種多板式熱流道模具。模架選用龍記標(biāo)準(zhǔn)模架，規(guī)格為L(zhǎng)KM AI6080-A120-B240-C260，在模架動(dòng)模一側(cè)增加了動(dòng)模墊板9，使得模具成為一種多板式結(jié)構(gòu)模具。之所以選用多板式模架結(jié)構(gòu)，是由于塑件雙圓槽特征側(cè)壁上的8個(gè)卡扣槽的每個(gè)卡扣槽都需要使用側(cè)抽芯脫模，需要增加一次開模(PL1面)，用以驅(qū)動(dòng)8個(gè)卡扣槽的成型件實(shí)施側(cè)抽芯脫模[9-11]。之所以選用3點(diǎn)式熱嘴熱流道澆注系統(tǒng)進(jìn)行澆注，主要是因?yàn)樗芗叽巛^大，使用冷流道澆注系統(tǒng)澆注時(shí)，因流動(dòng)路徑過長(zhǎng)而容易產(chǎn)生冷料堵塞流道和澆口問題，使模腔充填困難，所以，為縮短澆注系統(tǒng)流道長(zhǎng)度及便于實(shí)施多點(diǎn)澆注，使用3點(diǎn)式熱嘴熱流道澆注系統(tǒng)對(duì)模腔實(shí)施澆注，熱嘴使用開放式熱嘴。因塑件尺寸較大，模具規(guī)格尺寸也較大，模具需要使用容模尺寸較大的注塑機(jī)。因模腔四面需要設(shè)置4個(gè)側(cè)抽芯脫模機(jī)構(gòu)，模腔布局只能使用1模1腔布局。鑒于熱流道澆注系統(tǒng)開設(shè)的需要，模架上需要單獨(dú)安裝熱流道板19，且該板需采取絕熱措施，因而定模座板2和定模板4之間需要加裝隔空墊板3，加裝此板后，定模座板2、隔空墊板3和定模板4三塊模板之間的安裝定位使用4個(gè)均衡布置的定位導(dǎo)柱22進(jìn)行定位，這樣做的好處是，定位導(dǎo)柱22是標(biāo)準(zhǔn)件，可以直接選用而無需另外加工，并且導(dǎo)柱本身的加工精度相對(duì)較高，定位精準(zhǔn)，尺寸較大(?32 mm)，強(qiáng)度好，能有效保證熱嘴的安裝精度。動(dòng)模板8和動(dòng)模墊板9之間有一次開模打開(PL1面)，需要借助4個(gè)均衡布置的彈簧29進(jìn)行撐開，彈簧29在PL1面閉合時(shí)處于壓縮狀態(tài)，預(yù)壓縮量為10%。

3 成型件

成型鑲件設(shè)置如圖3所示。

為便于成型零件加工，節(jié)省貴重鋼材用量，以降低模具的制造成本，模腔由多個(gè)成型件鑲拼組合而成[12-15]。其中，主成型件由型芯鑲件32、型腔鑲件35組成，兩者的分型面設(shè)置如圖3a所示。對(duì)于分型面的設(shè)置，不能以塑件的最大外沿輪廓線來進(jìn)行設(shè)置，而是結(jié)合塑件側(cè)面成型及脫模所需的成型件形狀來進(jìn)行設(shè)置，因而，在設(shè)置了圖3a所示的分型線后，模腔的分型面由多個(gè)高度不同的局部分型面組合而成。型芯鑲件32、型腔鑲件35閉合時(shí)由4角的4個(gè)錐臺(tái)進(jìn)行定位，每個(gè)錐臺(tái)的錐面斜度為5°，型芯鑲件32、型腔鑲件35兩主要成型件的4角使用R20圓角，以便于兩者在各自對(duì)應(yīng)的模板框槽中安裝。主成型件加工時(shí)，都統(tǒng)一以L形基準(zhǔn)標(biāo)識(shí)所在位置的兩個(gè)側(cè)面作為加工基準(zhǔn)，這樣能有效減小成型件之間的裝配誤差，保證模腔閉合精度。鑒于主成型件型芯鑲件32、型腔鑲件35中心部位有較多的細(xì)小而突兀的成型部位，兩者材料都選用合金工具鋼DIN1.2738，該材料能滿足兩個(gè)成型件細(xì)小突兀成型部位的高應(yīng)力使用要求，且DIN1.2738能進(jìn)行滲氮、鍍鉻、火焰硬化表面等處理，有良好的機(jī)械加工、拋光性能，能滿足塑件材料對(duì)成型件表面的硬度、耐磨性等要求。

圖3 成型鑲件設(shè)置

為保證模腔的強(qiáng)度，針對(duì)塑件4個(gè)側(cè)面的側(cè)抽芯成型件的設(shè)計(jì)做以下設(shè)置：(1)針對(duì)A側(cè)面、C側(cè)面和B側(cè)面三個(gè)側(cè)面的成型與脫模要求，A側(cè)面和C側(cè)面的每個(gè)側(cè)孔、B側(cè)面的過孔座成型件都使用一個(gè)單獨(dú)的鑲件成型，然后由設(shè)置在型芯鑲件32外周的3個(gè)滑塊機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)而實(shí)施抽芯，這樣能非常有效地保證型芯鑲件32的整體強(qiáng)度，同時(shí)，又能防止側(cè)面成型件側(cè)抽芯脫模時(shí)將塑件側(cè)面拉拽變形而損壞塑件，如圖3b所示。A側(cè)面的成型件即A側(cè)面滑塊6上鑲嵌有A側(cè)面?zhèn)瓤阻偧?和鑲件a1～a6；C側(cè)面的成型件即C側(cè)面滑塊17上鑲裝有C側(cè)面?zhèn)瓤阻偧?6和鑲件c1～c6；B側(cè)面的成型件即B側(cè)面滑塊41上鑲裝有鑲件b1和b2。(2)針對(duì)D側(cè)面，只能使用一個(gè)整體式成型件——D側(cè)面龍門槽滑塊43進(jìn)行成型和抽芯脫模。

針對(duì)錯(cuò)層槽筋特征，因其正面特征和反面特征形狀都比較尖銳、突兀，直接從型芯鑲件32、型腔鑲件35上加工出其成型特征時(shí)，加工難度非常大，因而采用鑲件組合的方式來獲得其成型件，故型芯鑲件32內(nèi)設(shè)置鑲件e1(零件38)～e6共6個(gè)鑲件，如圖3b所示，型腔鑲件35內(nèi)設(shè)置鑲件g1～g8共8個(gè)鑲件，如圖3c所示。鑲件g9和g10為成型兩個(gè)小孔的鑲件。

針對(duì)雙圓槽內(nèi)壁上的8個(gè)卡扣槽，設(shè)置8個(gè)卡扣槽活動(dòng)鑲件f1～f8，以其中的鑲件f5即圖3d中的卡扣槽活動(dòng)鑲件23為例，將該鑲件結(jié)構(gòu)設(shè)置成橫向抽芯滑塊形式，由驅(qū)動(dòng)插桿24進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)插桿24按F1向向下移動(dòng)時(shí)，將通過T型槽驅(qū)動(dòng)卡扣槽活動(dòng)鑲件23按F2向做4.5 mm的側(cè)向抽芯，實(shí)現(xiàn)卡扣槽特征的抽芯脫模。

4 澆注系統(tǒng)

模腔的澆注采用3點(diǎn)式熱嘴熱流道澆注系統(tǒng)進(jìn)行澆注，如圖4所示，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如下：

圖4 熱流道澆注系統(tǒng)

(1)熱嘴內(nèi)徑。G1熱嘴36，G2熱嘴37及G3熱嘴42選用AESB16型熱嘴，經(jīng)計(jì)算，澆口直徑為4.75 mm，為便于加工，取澆口直徑為6 mm。澆口長(zhǎng)度對(duì)注塑過程的順利進(jìn)行有明顯的影響，為防止熱嘴的澆口出現(xiàn)拉絲流延問題，澆口長(zhǎng)度與澆口直徑之比應(yīng)小于1，因而，3個(gè)熱嘴的澆口長(zhǎng)度取5 mm。

(2)熱膨脹誤差。澆注系統(tǒng)加熱到模具工作狀態(tài)時(shí)，熱流道板19和3個(gè)熱嘴因溫度升高將會(huì)產(chǎn)生熱膨脹變形，這將涉及到兩個(gè)問題：①熱流道板19變形會(huì)導(dǎo)致該板上的3個(gè)熱嘴安裝孔的中心線與3個(gè)熱嘴的中心線錯(cuò)位，主要體現(xiàn)為圖4b中L1，L2，L3尺寸的變化；②3個(gè)熱嘴長(zhǎng)度發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為熱嘴36、熱嘴37的長(zhǎng)度L4變長(zhǎng)，熱嘴42的長(zhǎng)度L5變長(zhǎng)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮室溫狀態(tài)和注塑溫度狀態(tài)下L1～L5尺寸的變化。

(3)加熱功率。在澆注系統(tǒng)中，熱流道板19和3個(gè)熱嘴外殼使用膨脹系數(shù)小的合金鋼材S136材料，經(jīng)計(jì)算，熱流道系統(tǒng)總體所需加熱功率約為5 kW。

(4)密封。熱嘴與熱流道板之間的流道外圍須采取密封措施，防止溢料。

(5)防堵塞。GF增強(qiáng)PP的熔融黏度增大，流動(dòng)性變差，須提高注塑壓力；盡量避免或少使用回料/顆粒污染料，以防堵塞熱流道。GF增強(qiáng)后，PP的吸濕性能增大，注塑時(shí)應(yīng)烘干。

采用的澆注系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：①節(jié)約塑料，縮短成型周期，降低注射壓力要求；②能獲得持續(xù)的保壓來控制塑件變形；③簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本。

5 冷卻系統(tǒng)

在模具中，模腔的冷卻使用9條冷卻管道進(jìn)行冷卻，其中型腔一側(cè)使用5條水路，型芯一側(cè)使用4條水路。冷卻水水路直徑都為12 mm，以保證模腔獲得足夠冷卻。為達(dá)到較好的冷卻效果，在型腔鑲件32內(nèi)開設(shè)多個(gè)冷卻水井，以使冷卻水盡可能接近外表成型面。在A側(cè)面滑塊6，C側(cè)面滑塊17和D側(cè)面龍門槽滑塊43上，設(shè)置的水路盡可能跟隨滑塊的成型面形狀，以保證模腔冷卻效果均勻。在型芯冷卻水路中，設(shè)置多個(gè)冷卻水井，以加強(qiáng)對(duì)鑲件g1～g8所在區(qū)域的冷卻。

6 脫模機(jī)構(gòu)

脫模機(jī)構(gòu)布置如圖5所示。塑件的脫模設(shè)計(jì)包括4個(gè)部分：(1) 8個(gè)卡扣槽的內(nèi)收抽芯脫模；(2)塑件從型腔鑲件35上脫模；(3) 4個(gè)側(cè)面都需要側(cè)抽芯脫模，(4)塑件須從型芯鑲件32上最終脫模。因而，設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)，在模架上增加了一次開模(PL1面)，用于驅(qū)動(dòng)8個(gè)卡扣槽成型件抽芯脫模；動(dòng)模上設(shè)計(jì)了4個(gè)側(cè)面滑塊抽芯機(jī)構(gòu)，在PL2面打開的同時(shí)完成塑件4個(gè)側(cè)面及其上子特征的側(cè)抽芯脫模。由于A側(cè)面滑塊6，C側(cè)面滑塊17及D側(cè)面龍門槽滑塊43都是體積較大的大滑塊，此3個(gè)滑塊都采用2根斜導(dǎo)柱進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。由于模腔四周都有滑塊機(jī)構(gòu)，相鄰滑塊機(jī)構(gòu)之間須設(shè)置保證閉模精確定位的邊鎖。在動(dòng)模板8上配置有多塊耐磨板，能起配模平衡作用，便于配模，還可以起到防止鎖模力在閉模時(shí)壓壞模腔分型面的作用。塑件的完全脫模由均衡布置的43根頂針頂出，每根頂針的直徑都需在10 mm以上，以確保頂針頂出的剛度。

圖5 脫模機(jī)構(gòu)布置

7 模具工作過程

結(jié)合圖2所示，注塑完成后，模具按以下幾步動(dòng)作完成塑件的脫模：模具開啟時(shí)，在注塑機(jī)動(dòng)模板的驅(qū)動(dòng)下，模具動(dòng)模下行，由于均衡布置的4個(gè)彈簧29的撐開，模具首先在PL1面處打開，打開時(shí)，緊固安裝在動(dòng)模墊板9上的8個(gè)驅(qū)動(dòng)插桿24拉動(dòng)各自對(duì)應(yīng)的卡扣槽活動(dòng)鑲件23完成側(cè)抽芯，PL1面打開距離為34 mm，此距離使用4個(gè)拉桿進(jìn)行定距。動(dòng)模繼續(xù)下行，模具在PL2面處打開，打開過程中，塑件從型腔鑲件35中脫出，同時(shí)，A側(cè)面滑塊6，C側(cè)面滑塊17，B側(cè)面滑塊41和D側(cè)面龍門槽滑塊43完成側(cè)抽芯，PL2面打開距離為285 mm。模具動(dòng)模繼續(xù)下行，注塑機(jī)頂桿頂住推板12而將頂針頂住，從而將塑件從型芯鑲件32上脫出，實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模。復(fù)位過程與此相反。

8 結(jié)語

采用三點(diǎn)式熱流道澆注系統(tǒng)，解決了童車骨架塑件體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜而難以使用冷流道澆注系統(tǒng)進(jìn)行澆注問題。四個(gè)側(cè)面使用側(cè)滑塊抽芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行側(cè)抽芯脫模、模架增加一次開模動(dòng)作驅(qū)動(dòng)8個(gè)卡扣槽成型件實(shí)施側(cè)抽芯脫模等措施的采用，使模具的生產(chǎn)制造難度得到有效降低，塑件的注塑生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化，生產(chǎn)效率得到較大提升。