賀柳操1 ，肖國華2 ，沈忠良2 ，卞 平3
( 1. 湖南機電職業(yè)技術(shù)學院機械工程學院，湖南，長沙 410151;
2. 浙江工商職業(yè)技術(shù)學院現(xiàn)代模具學院，浙江，寧波 315012; 3. 湖北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機電工程系，湖北，十堰 442000)
摘要 : 結(jié)合產(chǎn)品的注塑成型過程，設計了一模兩腔兩次分型二板模模具結(jié)構(gòu)，單個模腔澆注采用1個側(cè)澆口進行澆注。針對產(chǎn)品脫模困難問題，設計4種脫模機構(gòu)，實現(xiàn)了難脫模特征的脫模，4種機構(gòu)分別為定模彈簧型針先抽 芯脫模機構(gòu)、定模推板斜頂脫模機構(gòu)、曲連桿驅(qū)動旋轉(zhuǎn)脫模機構(gòu)、定模油缸抽芯機構(gòu)。曲連桿驅(qū)動旋轉(zhuǎn)脫模機構(gòu)的設計中，運用模具模板的開閉動作驅(qū)動彎管型芯進行旋轉(zhuǎn)抽芯，實現(xiàn)了彎管內(nèi)壁的脫模，合理利用了模具模板的運動功能，降低了機構(gòu)設計對模架結(jié)構(gòu)的要求，降低了旋轉(zhuǎn)抽芯機構(gòu)的復雜性，有效地節(jié)省了模具制造成本。
關(guān)鍵詞 : 斜孔抽芯;前模斜頂;彎管抽芯;結(jié)構(gòu)設計; 注塑模具
0 引言
脫模機構(gòu)的設計是模具結(jié)構(gòu)布局中機構(gòu)設計的重點，也是難點［1－5］，特別是對于脫模比較困難的產(chǎn)品而言，脫模機構(gòu)在模 具結(jié)構(gòu)中的布局及機構(gòu)本身的結(jié)構(gòu)布局，都需要進行較多的結(jié) 構(gòu)創(chuàng)新設計［6－9］，文章針對某醫(yī)療導流管頭脫模困難的實際生產(chǎn)問題，針對性地設計了1種兩板式冷流道側(cè)邊澆口注塑模具，模具采用假三板模架結(jié)構(gòu)，分兩次分型打開。模具結(jié)構(gòu)中，采用彈簧驅(qū)動型針實現(xiàn)了產(chǎn)品上斜孔的先抽芯脫模；通過在定模側(cè)設置推板推出前模斜頂機構(gòu)，實現(xiàn)了產(chǎn)品上型腔一側(cè)倒扣孔的先抽芯脫模 ;利用模具主分型面打開的動力，驅(qū)動彎管抽芯機構(gòu)，實現(xiàn)了產(chǎn)品一端彎管內(nèi)壁的抽芯脫模；在前模定模板設置油缸抽芯機構(gòu)，實現(xiàn)了產(chǎn)品一端長內(nèi)孔壁的抽芯脫模。脫模機構(gòu)設計中，特別是彎管抽芯機構(gòu)的設計，機構(gòu)結(jié)構(gòu)設計新穎，能有效 降低模具的生產(chǎn)制造成本;模具整體布局合理，機構(gòu)動作可靠，能較好地滿足產(chǎn)品的自動化生產(chǎn)要求，具有較好的設計借鑒意義。
1 塑件特征分析
某醫(yī)療導流管頭產(chǎn)品如圖 1 所示，產(chǎn)品材質(zhì)采用工程改性塑料合金 ABS + PC，縮水率 0. 5%；影響產(chǎn)品脫模的特征包括如圖所示的 F1 ～ F5 共5個特征。F1 、F2 為位于左邊的2個側(cè)孔，兩者都為長距離深孔，且 F1 為階梯孔，F(xiàn)2 為細長孔；F3 、F4 位于管壁上端，F(xiàn)3 為短距離孔，F(xiàn)4 為斜孔；F5 為細彎管孔，彎管扇形角度27°。以上特征，都是難脫模特征，結(jié)合產(chǎn)品的分型設計， 綜合分析特殊的分型及脫模機構(gòu)設計，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的自動化注塑生產(chǎn)。
圖 1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)(單位 : mm)
F1 ～ F5 －特征
2 分型設計
結(jié)合產(chǎn)品的特點，對產(chǎn)品進行如下的布局及分型設計，如圖 2 所示，模具采用一模兩腔布局，單腔的分型設計為:(1)主分型面采用 PL1 分型線所在的分型面，將產(chǎn)品外壁的成型件一分為二，為上、下成型鑲件，即圖中所示的 C1 型芯主鑲件和 C2 型腔主鑲件2 個成型塊;(2)在 C1 型芯鑲件的側(cè)邊分離出 F1 、F2 2 個特征的側(cè)抽芯滑塊頭鑲件 I1 ;實施對 F1 、F2 特征的脫模;(3) 在 C2 型腔鑲件上再分割出 I3 、I4 2 個鑲件，用于 F3 、F4 特征的成 型與脫模;(4)在 C1 型芯成型鑲件和 C2 型腔鑲件內(nèi)再分割出 I1 滑塊，實施對產(chǎn)品彎管內(nèi)壁上的 F5 特征的脫模。產(chǎn)品采用四點 側(cè)澆口方式進行澆注。
圖 2 分型設計
(a)分型分區(qū) (b)分型面 3D 圖
F1 ～ F5 －產(chǎn)品特征 PL1 －分型線 C1、C2 －成型鑲件塊編號 I1 ～ I5 －分割成型鑲件編號
圖 3 模具結(jié)構(gòu)
1 －定位圈 2 －面板 3 －定模板 4 －定模鑲件 5 －動模鑲件 6 －動模板 7 －頂針 8 －模腳 9 －支撐柱 10 －推板蓋板 11 －推板 12 －底板 13 －拉料桿 14 －復位彈簧 15 －復位桿 16 －澆口襯套 17 －拉桿 18 －尼龍扣 19 －前模推板導柱 20 －前模推板導套 21 －前模推板 22 －前模斜頂桿 23 －前模油缸 24 －前模滑塊 25 －導軌螺絲 26 －滑塊鑲件 27 －導軌 28 －長型芯 29 －小型芯 30 －側(cè)鑲件 31 －斜抽芯針 32 －斜型芯彈簧 33 －斜型針滑塊 34 －斜針 滑塊驅(qū)動塊 35－定模轉(zhuǎn)銷 36－定模連桿 37－連桿銷 38－動模曲連桿 39－動模轉(zhuǎn)銷 40－ 曲連桿驅(qū)動銷 41－ 曲連桿驅(qū)動滑塊 42－驅(qū)動轉(zhuǎn)軸 43－旋轉(zhuǎn)滑塊 44 －旋轉(zhuǎn)滑塊鎖緊塊 45 －彎管型芯 46 －模具導柱 47 －模具導套 48 －定模板限位拉桿 49 －快速水嘴 C1、C2、C3、C4 －水路編號 PL1、PL2 －模具開模面
3 模具設計
依據(jù)上述分型設計，模具整體結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。模具模架采用龍記標準模架 LKM CI 型標準模架。模具模腔布局為一模兩腔。模具采用兩板模假三板模架結(jié)構(gòu)，分兩次分型打開，模具分型面有2個，分別為 PL1 和 PL2 。澆注系統(tǒng)采用冷流道側(cè)邊澆口澆注，流道開設于型芯鑲件 5 和動模板 6 上，流道直徑8mm，側(cè)邊澆口為扇形澆口，澆口尺寸為 2 mm ×4 mm × 3 mm；定 位圈 1 和澆 口襯套16采用標準件，其規(guī)格分別為 LＲB120、SBC20。冷卻采用水冷方式，冷卻管道直徑采用 8 mm 管道；2 個型芯鑲件5和2個型腔鑲件4上單獨開設 2 條水路；長型芯 28 上單獨開設水井式水路進行冷卻。
排氣主要采用鑲件間間隙排氣位置，鑲件間閉合間隙控制 在0. 005 ～0. 015 mm，以便排氣。單模腔產(chǎn)品的頂出采用四根頂針7進行頂出，頂針7與型芯鑲件5的上端配合段長度12 mm，配合間隙 0. 01～0. 015 mm，頂針中段與動模板6的壁孔間隙單邊為 0. 5 mm，底端與推板11的避空間隙為0. 05 mm。模具導向由導柱 46和模具導套47的軸套滑動配合進行導向；導 柱導套有4副，其中，針對模具基準角位置的導柱導套進行了偏心設計，以防止定模、動模裝配過程中裝錯而損壞模具成型零件。成型的冷卻過程依靠4條環(huán)繞型水路進行，為C1 ～ C4 4 條水路，其中，C1 、C2 對應于第一模腔的冷卻，C3 、C4 對應于第二 模腔的冷卻；4 條水路的管道直徑一樣，都采用 8 mm 圓形管道；管道在模板和成型件界面處的密封采用“O”形橡膠圈進行密封，橡膠圈的放置槽開設于模板上，不能開設于成型件上。模具中，定模部分設置3個特殊的斜向脫模機構(gòu)，動模部分設置1個特殊側(cè)向抽芯脫模機構(gòu)，可以實現(xiàn)塑件上特殊特征的抽芯脫模；模具動模、定模的動作原理為：模具的開模按 PL1 →PL2 依次 分型打開；結(jié)合圖 2a 中的分型設計，第一次開模為 I4 斜型芯 (斜抽芯針 31)的先抽芯 ;第二次開模為塑件被 I3 鑲件(前模斜 頂桿 22)從定模鑲件 4 中頂出脫模，使塑件留在動模鑲件5上， 以及動模側(cè)2個特殊滑塊抽芯機構(gòu)的滑塊鎖緊的解除；模具打開后，動模一側(cè)設置的2個特殊側(cè)抽芯機構(gòu)的油缸動作，分別驅(qū)動I1成型鑲件(側(cè)鑲件 30)、I2成型鑲件(彎管型芯45)實現(xiàn)側(cè)抽芯脫模，塑件的最后頂出為頂針推板推動頂針7 將塑件從動模鑲件5上頂出而完全脫模。脫模機構(gòu)是本模具設計的重點和難點，機構(gòu)的設計如第 4 節(jié)所述。
4 脫模機構(gòu)
綜上所述，為實現(xiàn) F1 ～ F5 特征的脫模，依據(jù)第 2 節(jié)所述的 分型布局設計，采用 4 種不同的脫模機構(gòu)可以實現(xiàn)［10－ 15］ 。4 種 機構(gòu)分別為：(1)定模油缸抽芯機構(gòu)；(2)定模彈簧型針先抽芯脫模機構(gòu)；(3)定模側(cè)推板斜頂脫模機構(gòu)；(4)動模曲連桿驅(qū)動旋轉(zhuǎn)脫模機構(gòu)。各機構(gòu)的 3D 結(jié)構(gòu)圖如圖 4 所示。
圖 4 脫模機構(gòu)
17 －拉桿 18 －尼龍扣 19 －前模推板導柱 20 －前模推板導套 21 －前模推板 22 －前模斜頂桿 23 －前模油缸 24 －前模滑塊 25 －導軌螺絲 26 －滑塊鑲件 27 －導軌 37 －連桿銷 28 －長型芯 29 －小型芯 30 －小鑲件 31 －斜抽芯針 32 －斜型芯彈簧 33 －斜型針滑塊 34 －斜針滑塊驅(qū)動塊 35 －定模轉(zhuǎn)銷 36 －定模連桿 38 －動模曲連桿 39 －動模轉(zhuǎn)銷 40 － 曲連桿驅(qū)動銷 41 － 曲連桿驅(qū)動滑塊 42 －驅(qū)動轉(zhuǎn)軸 43 －旋轉(zhuǎn)滑塊 44 －旋轉(zhuǎn)滑塊鎖緊塊 45 －彎管型芯
4. 1 定模油缸抽芯機構(gòu)
機構(gòu)用于 F1 、F2 特征的先抽芯脫模，可通過普通型油缸抽芯機構(gòu)實現(xiàn)，機構(gòu)整體倒裝于定模板3 一側(cè)，其機構(gòu)組成零件包括件23～件30；長型芯28用于F1 特征的成型，小型芯 29 用于 F2 特征的成型。長型芯 28、小型芯 29 通過側(cè)鑲件30 合并安裝于滑塊鑲件26上，通過前模油缸23驅(qū)動前模滑塊 24，實現(xiàn)了產(chǎn)品上 F1 、F2 特征的脫模。機構(gòu)的動作在PL1開啟前完成，便于塑件從定模鑲件4 中被前模斜頂桿22頂出。裝配過程中，滑塊鑲件26 安裝于導軌27上，便于滑塊鑲件26 的靈活抽芯運動，滑塊鑲件26設置楔緊槽，便于閉模時，動模板上的楔緊塊對其 進行鎖緊，以防止前模油缸23 的鎖緊力不夠，導致高壓注塑壓力對長型芯 28、小型芯29進行沖擊時，滑塊鑲件 26 出現(xiàn)松退，使塑件產(chǎn)生飛邊缺陷。
4. 2 定模推板斜頂脫模機構(gòu)
機構(gòu)用于F3特征的成型件－前模斜頂桿22，在定模鑲件4 內(nèi)的先頂出側(cè)向抽芯；可通過定模推板推出機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)，機構(gòu)組成零件包括件17 ～ 件22；機構(gòu)中，前模推板導柱19通過壓板及螺釘緊固安裝于面板2上，其下端插入定模板 3 對 應的導柱孔內(nèi)，以保證其導向的穩(wěn)定性，其導柱本體通過與前模 推板導套20 滑動配合為前模推板21的運動提供導向。拉桿 17通過螺釘緊固安裝于前模推板21上，尼龍扣18通過螺釘緊固安裝于動模板6上，兩者在閉模時吸緊，當 PL1打開時，尼龍扣18通過吸緊拉桿17拉住前模推板 21，使其保持靜止，從而保證 PL1 開模面打開時，前模斜頂桿 22 在定模鑲件 4 內(nèi)無相對頂出 動作。直到模具在 PL2 打開時，由于定模鑲件4 對塑件的包緊力小于動模鑲件 5 對塑件的包緊力，從而使塑件在 PL2 開模面 打開時，將留于動模鑲件5上；與此同時，尼龍扣18 拉緊拉桿17，使驅(qū)動前模推板 21 向下推出，前模推板21通過驅(qū)動安裝于其上的前模斜頂桿 22 將產(chǎn)品從型腔鑲件4中同步頂出，從而實 現(xiàn) F3 特征在定模鑲件 4 內(nèi)的先頂出側(cè)向抽芯脫模。
4. 3 定模彈簧型針先抽芯脫模機構(gòu)
機構(gòu)用于 F4 特征的斜向抽芯脫模，可通過帶 T 型槽楔緊塊 驅(qū)動滑塊實施斜側(cè)向抽芯的結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)，機構(gòu)的組成零件包 括件31～件34；斜抽芯針31 套裝斜型芯彈簧 32 后，其前端參與 F4 特征的成型，尾端安裝于斜型針滑塊33上，斜型針滑塊33與斜針滑塊驅(qū)動塊34通過T型槽滑動配合聯(lián)結(jié)；機構(gòu)由斜針滑塊驅(qū)動塊34在模具的PL1 分型面打開時驅(qū)動斜型針滑塊33實施抽芯動作，完成F4特征的脫模。抽芯動作時，斜型芯彈簧32反彈輔助斜針滑塊驅(qū)動塊34驅(qū)動斜抽芯針 31和斜型針滑塊33；PL1 開模面閉合時，則由斜針滑塊驅(qū)動塊 34 對斜型針滑塊33進行壓緊鎖緊定位，PL1 打開時，斜型針滑塊33在斜型芯彈 簧32反彈推動下由其尾端的滑塊限位螺絲擋住而限位，以保證復位時，斜針滑塊驅(qū)動塊34 能準確地插入斜型針滑塊33背面的T型槽內(nèi)，并對其進行復位驅(qū)動。
4. 4 動模曲連桿驅(qū)動旋轉(zhuǎn)脫模機構(gòu)
機構(gòu)用于F5特征的旋轉(zhuǎn)抽芯脫模，可通過連桿驅(qū)動彎管型芯旋轉(zhuǎn)實施旋轉(zhuǎn)側(cè)向抽芯的結(jié)構(gòu)形式實現(xiàn)，如圖 5 所示，機構(gòu)的組成零件包括件35～件 45；定模連桿36的上端通過定模轉(zhuǎn)銷35鉸接安裝于定模板3上，定模連桿36的上端可以繞定模轉(zhuǎn)銷35的中心 O1 轉(zhuǎn)動；定模連桿 36 的下端、動模曲連桿 38 的上端通過連桿銷 37 鉸接連接，兩者的轉(zhuǎn)動中心為 O2；動模曲連桿 38 的中部通過動模轉(zhuǎn)銷 39 鉸接安裝于動模板 6 上，以動模轉(zhuǎn)銷 39 的中心 O3 為轉(zhuǎn)動支撐點；動模曲連桿 38 的尾端通過曲連桿驅(qū)動銷 40 與連桿驅(qū)動滑塊 41 的右端鉸接連接，兩者的轉(zhuǎn)動 中心為 O4 ；連桿驅(qū)動滑塊 41 的左端制成圓柱側(cè)邊削平形狀，插入驅(qū)動轉(zhuǎn)軸 42 的扁平孔內(nèi)，使驅(qū)動轉(zhuǎn)軸 42 發(fā)生轉(zhuǎn)動，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸 42 的轉(zhuǎn)動中心為 O5；驅(qū)動轉(zhuǎn)軸 42 的兩端各緊固連接一個旋轉(zhuǎn)滑塊 43，驅(qū)動轉(zhuǎn)軸42 繞O5 轉(zhuǎn)動，驅(qū)動旋轉(zhuǎn)滑塊 43 轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)彎管型芯 45 的旋轉(zhuǎn)脫模。
機構(gòu)工作原理為：模具在 PL2 開模面打開時，定模連桿 36 被動模曲連桿 38 拉住，使其繞 O1 中心，并朝 T1 方向轉(zhuǎn)動，反之，定模連桿 36 拉動動模曲連桿38，使其繞O3 沿 T2 方向轉(zhuǎn)動， 因而，動模曲連桿 38 可以驅(qū)動滑塊 41 在驅(qū)動轉(zhuǎn)軸 42 的扁平孔 內(nèi)一邊滑動，一邊繞中心 O5 沿 T3 方向轉(zhuǎn)動，從而使驅(qū)動轉(zhuǎn)軸 42 帶動其兩端的旋轉(zhuǎn)滑塊 43 轉(zhuǎn)動，達到驅(qū)動彎管型芯 45 沿 T3 方 向旋轉(zhuǎn)脫模的目的，實現(xiàn) F5 特征的彎管抽芯脫模。閉模時，由旋轉(zhuǎn)滑塊鎖緊塊 44 對彎管型芯 45 進行鎖緊，以防止因其注塑 轉(zhuǎn)動而導致塑件成型失敗。
圖 5 彎管抽芯機構(gòu)工作原理
3 －定模板 6 －動模板 35 －定模轉(zhuǎn)銷 36 －定模連桿 37 －連桿銷 38 －動模曲連桿 39 －動模轉(zhuǎn)銷 40 － 曲連桿驅(qū)動銷 41 － 曲連桿驅(qū)動滑塊 42 －驅(qū)動轉(zhuǎn)軸 43 －旋轉(zhuǎn)滑塊 44 －旋轉(zhuǎn)滑塊鎖緊塊 45 －彎管型芯 PL1、PL2 －模具開模面 O1 ～ O5 －旋轉(zhuǎn)中心 T1 ～T3 －轉(zhuǎn)動方向
5 模具工作原理
模具開模時，結(jié)合圖 3、4、5 所示，產(chǎn)品的脫模動作主要包括 以下幾個步驟:
(1)注塑完畢。前模油缸 23 先動作，對長型芯 28、小型芯 29 進行抽芯驅(qū)動，先完成 F1 、F2 特征的脫模。
(2)PL1 打開。動模后退，流道廢料從澆口襯套 16 中拔出， 留于動模一側(cè)；斜針滑塊驅(qū)動塊34驅(qū)動斜抽芯針31和斜型針滑塊 33，完成F4特征的脫模。
(3)PL2 打開。動模繼續(xù)后退，尼龍扣 18 拉緊拉桿17，驅(qū)動 前模推板21同步后退，從而推動前模斜頂桿 22，將產(chǎn)品從型腔 鑲件4中頂出，從而實現(xiàn) F3 特征的先脫模。同步地，動模板6 上的動模曲連桿 38 被定模連桿 36 拉住，驅(qū)動動模曲連桿38 轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)軸 42 轉(zhuǎn)動，使驅(qū)動彎管型芯 45 發(fā)生旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn) 了 F5 特征的脫模。開模過程中，在 PL2 打開前，模具需滿足 F1、F2、F4 特征完成脫離制件的要求 ;PL2 打開后，定模推板斜頂脫 模機構(gòu)和動模曲柄連桿機構(gòu)同步動作，完成了 F3 特征的脫模和 F5 特征的脫模。
(4)頂出。分型面完全打開后，注塑機頂桿驅(qū)動四根頂針7，將產(chǎn)品及流道廢料從型芯鑲件5上頂出，實現(xiàn)產(chǎn)品的完全脫模。
(5)復位。復位時，動作過程完全相反，模具閉合，等待下 一個注塑循環(huán)過程。
6 結(jié)論
結(jié)合某醫(yī)療導流管頭產(chǎn)品的注塑成型過程，設計了一模兩腔、4個側(cè)澆口澆注、兩次分型二板模模具結(jié)構(gòu)。針對產(chǎn)品多個特征的脫模困難問題，設計了4種脫模機構(gòu)實現(xiàn)了難脫模特征的脫模。4種機構(gòu)中，包括前模彈簧型針先抽芯脫模機構(gòu)、定模側(cè)推板斜頂脫模機構(gòu)、曲連桿驅(qū)動旋轉(zhuǎn)脫模機構(gòu)、前模油缸抽芯機構(gòu)；模具脫模機構(gòu)設計中，特別是曲連桿驅(qū)動旋轉(zhuǎn)脫模機構(gòu)，充分地利用模具模板的開閉動作驅(qū)動彎管型芯進行旋轉(zhuǎn)抽芯，實現(xiàn)了彎管內(nèi)壁的脫模，機構(gòu)無需另外設計動力機構(gòu)，合理利用了模具模板的運動功能，減小了機構(gòu)設計對模具模架結(jié)構(gòu)的要求，降低了旋轉(zhuǎn)抽芯機構(gòu)的復雜性，有效地節(jié)省了模具制造成本。模具布局合理，結(jié)構(gòu)簡單實用，機構(gòu)設計新穎，有較好的設 計借鑒意義。
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