轴承座改进型差速滑块机构及注塑模具设计

钟锋良

(深圳技师学院，广东深圳 518100)

塑件上圆环形凹槽特征可分为整圈圆环凹槽特征和圆周均布多个劣弧凹槽特征两种情形，圆环形凹槽可设置在塑件的圆柱外壁上或者圆孔内壁上。对于圆柱外壁上圆环形凹槽特征的脱模，一般采用在外壁圆周上分布多个滑块机构进行侧抽芯脱模[1-2]。而对于圆孔内壁上圆环形凹槽特征的脱模，鉴于圆孔内壁空间的限制，可采用以下几种方法进行脱模：(1)整圈圆环凹槽槽深≤0.3 mm，可采用强制脱模的方式进行脱模[3]，或者借鉴脱螺纹机构的方式进行强制旋出脱模[4]；(2)整圈圆环凹槽槽深≥0.3 mm，不能采用强制脱模的方式，其脱模可采用差速滑块机构进行脱模[5-7]；(3)圆周均布多个劣弧凹槽特征，此类凹槽可用模板驱动内收抽芯机构[8-9]、弹簧片式内收抽芯机构[10]等机构进行抽芯脱模，或者可以用斜顶机构进行内收式侧抽芯脱模[11-14]；(4)特殊半圆凹槽的脱模，需要设置一种翻转式机构进行脱模[15]。对于成型精度要求比较高的内孔壁上整圈圆环凹槽而言，杨素华等[16]设计了一种差速滑块机构，利用两组滑块的斜导向驱动角度差，驱动两组滑块进行差速式抽芯，从而实现整圈圆环凹槽的脱模，但此机构结构设计复杂，且存在制造成本高、装配困难、易磨损而导致可靠性变差等问题。某升降杆轴承座的轴承孔内壁上，设置有整圈圆环凹槽特征，笔者设计一种改进型差速滑块脱模机构，对轴承座的轴承孔内壁上圆环凹槽进行脱模，并设计了轴承座塑件注塑模具。

1 轴承座结构特征

轴承座形状如图1所示，塑件由两部分构成，一部分是带整圈圆环凹槽Q1的轴承孔，另一部分是附加在轴承孔外壁上的支撑台。根据轴承座结构特征脱模要求的不同，其上的特征分布可分为两种类型：(1)轴承孔外壁特征；(2)轴承孔内壁特征。

图1 轴承座结构

对于轴承孔外壁特征，以虚拟的B1～B4四条边界线进行分区后，轴承孔外壁特征包括：①B1-B2边界间的外圆阶梯直壁；②B1-B3边界之间的多层内凹槽A1、组孔K1；③B2-B4边界之间的多层内凹槽A2、组孔K5；④B3-B4边界之间的支撑台父特征，支撑台上设置的子特征有：螺柱K2、组孔K3、单孔K4，凹槽A3、凹槽A4、凹槽A5，以及加强筋J1，J2和Z1。

轴承孔内壁特征组成包括：轴承孔的光滑内壁及位于轴承孔内壁下端的凹槽Q1。

轴承座塑件材料选用收缩率为0.5%的工程塑料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，总产量15万件。塑件结构复杂，其模具设计的难点在于轴承座塑件内、外壁上特征的脱模，特别是轴承孔内壁上圆环凹槽Q1的脱模。

2 脱模分析

塑件上特征的分布影响其主分型面的选择、脱模机构设置及模具结构的布局设计。针对塑件上内、外壁特征的脱模，按如图2所示的开模方向进行分型设计，脱模设置做以下安排：

(1)外壁特征的脱模。

①多层内凹槽A1和A2的脱模如图2中A-A剖视图和H1向视图所示，多层内凹槽A1，A2在轴承座外壁上呈对称分布，都有三层凹槽，单层凹槽所需抽芯距离需2 mm以上。组孔K1与多层内凹槽A1同步实施抽芯，组孔K5与多层内凹槽A2同步实施抽芯。

图2 特征脱模分析

②支撑台特征的脱模如图2中H2向视图所示，支撑台内的凹槽A3，A4，A5需进行同向侧抽芯脱模，其抽芯深度都为14 mm。组孔K3、单孔K4可通过主、次分型面的打开而实现自动脱模，抽芯深度都为2 mm。螺柱K2、加强筋J1，J2，Z1的抽芯方向与凹槽A3，A4，A5的抽芯方向一致，螺柱K2、加强筋J1的抽芯深度小于14 mm，加强筋J2，Z1的抽芯深度为16.5 mm。

(2)内壁特征的脱模。

在轴承孔内壁中，圆环凹槽Q1的环槽深度为0.5 mm，显然采用强制脱模方式对圆环凹槽Q1进行脱模不合适，只能采用特殊的脱模机构——差速滑块机构进行脱模。考虑到圆环凹槽Q1位于轴承孔内壁上，距离孔底端10 mm的位置，且轴承孔上端并无其它特征，其内径为53 mm，相对较大，机构能设计的空间大，较适合应用文献[16]中所设计的差速滑块机构进行脱模，为避免文献[16]的差速滑块机构存在的问题，通过对其进行结构改进，设计了一种改进型差速滑块机构对圆环凹槽Q1进行脱模。

3 分型及脱模机构设置

结合第2节所述，对塑件做如图3所示分型及脱模设计，以实现塑件的自动脱模。

塑件的脱模分为轴承孔外壁脱模特征和内壁特征脱模两种情况。

(1)轴承孔外壁特征的脱模。

轴承孔外壁特征的脱模按以下分型方式进行：

①在图3a所示的开模方向，设置PL1分型面作为模腔的主分型面，分型出型腔和型芯成型件。

图3 分型和脱模方案设置

②在型腔成型件中，在主分型面PL1以上，由分型面PL2再次对型腔成型件进行局部分型，主分型面PL1结合分型面PL4分型出外滑块1，主分型面PL1结合分型面PL5分型出外滑块2，主分型面PL1结合分型面PL6分型出外滑块3。外滑块1～外滑块3用于塑件外壁特征的脱模，分别按F3，F2，F4方向进行侧抽芯，三者的结构相同，都采用斜导柱驱动滑块体结构形式，如图3b所示。外滑块1～外滑块3的作用为：外滑块1用于A1，K1特征的脱模，外滑块2用于A2，K5特征的脱模，外滑块3用于K2，A3，A4，J1，J2，Z1特征的脱模。

③K3特征由主分型面PL1打开自动脱模(F5向)，K4特征由分型面PL2打开而自动脱模(F1向)。

(2)轴承孔内壁特征的脱模。

轴承孔内壁特征的脱模主要针对内壁上整圈圆环凹槽Q1的脱模，设计了一种改进型差速滑块机构进行脱模，即将文献[16]的差速滑块机构中的3个慢滑块替换成3个斜顶块，以降低机构的加工制造及安装难度，机构设计如下：

①设置PL3作为轴承套内孔的分型面。

②将分型面PL3结合PL1所分型出的型芯成型件分成8个成型块，分别为：内滑块1～内滑块3、斜顶块1～斜顶块3、中央镶件及型芯主镶件，如图3b所示。

③在成型块中，3个内滑块(内滑块1～内滑块3)的形状相同，为轴承孔内壁的第一组成型件；3个斜顶块(斜顶块1～斜顶块3)的形状相同，为轴承孔内壁的第二组成型件。将第一组的3个内滑块与第二组的3个斜顶块间隔排列，构成轴承孔内壁的成型件，如图4a所示，3个内滑块上都设置有相同尺寸和斜度的斜燕尾导轨，相应地，中央镶件上对应地设置3个与之滑动配合的斜燕尾槽。3个斜顶块的底端尾部都设置有一个尾台，尾台上加工有T型斜槽，由对应的3个T型斜导轨进行导向，3个T型斜导轨都通过螺钉紧固安装于型芯主镶件上。3个斜顶块的尾台T型斜槽与对应T型斜导轨的配合为滑动配合，3个斜顶块由各自底端的顶杆进行顶出驱动。

图4 改进型差速滑块机构

如图4b所示，改进后的差速滑块机构的动作原理为：当中央镶件按F5向向下抽芯时，将驱动3个内滑块沿轴承套内孔径向(F6向)往中心做收缩运动，先实现3个内滑块所对应位置轴承孔内壁的分段抽芯脱模。待3个内滑块抽芯完成后，再将与之间隔安装的3个斜顶块通过3根顶杆按F5向的反向向上顶出，3个斜顶块由各自对应的T型斜导轨进行导向，迫使其按F7向斜向顶出。3个斜顶块顶出时，通过斜顶块成型壁上对应的环槽型芯的带动，将塑件从型芯主镶件上顶出，实现3个斜顶块边将塑件顶出，边对圆环凹槽Q1的3处凹槽分段实施侧抽芯脱模。

4 模具结构

4.1 结构布局

结合第3节所述，改进型差速滑块机构需要依靠中央镶件向下拉动3个内滑块完成抽芯，同时也需要将另外3个斜顶块进行顶出，才能实现塑件轴承孔内壁的脱模，因而模具结构设计时，需选用能多次开模的模架来进行动作驱动，模架选用能两次开模的两板式热流道模架。在综合塑件的浇注、脱模、排气及冷却需要的基础上，所设计的模具结构如图5所示。模腔布局采用1模1腔布局。

图5 模具结构

浇注设计中，为了缩短冷流道长度，浇注系统采用冷、热流道相结合的复合流道进行浇注；模腔浇口采用潜伏式浇口，开设于型腔镶件17上，浇口进料口直径为1.0 mm。料流进入成型腔内后，腔内气体的排出通过成型件之间的安装配合间隙及排气槽排出，排气间隙小于0.02 mm。

对于轴承孔外壁的脱模，使用图5所示的3个滑块机构S1～S3进行脱模，3个滑块机构的结构相同，分别为图3所示的外滑块1、外滑块2和外滑块3。以滑块机构S3为例，其结构组成包括零件53～60。模具在开模面P1处打开时，由S3斜导柱53驱动S3滑块体54实施塑件侧面抽芯，S3滑块体54滑出后的定位由S3滑块弹簧57和滑块限位螺钉59共同保证。为保证塑件外壁冷却平衡，滑块机构S1～S3中的滑块体都需设置冷却水管进行冷却。

对于轴承孔内壁的脱模，结合图4所示脱模机构的设计，考虑到中央镶件34作为该脱模机构的主动驱动件，在动模板21下增设了一块动模垫板62，动模板21与动模垫板62之间能打开，以实现模架对中央镶件34抽芯动作的驱动，即模具在开模面P1处打开时，动模板21和动模垫板62分离，动模垫板62带动中央镶件34驱动第一组的3个内滑块33做同步抽芯动作，第二组的3个斜顶块则由顶针推板28驱动3根顶杆35，从而驱动3个斜顶块36实施顶出和侧抽芯脱模动作。

需要指出的是，模具必须在开模面P1打开后，才能将顶针盖板27和顶针推板28顶出，即只有等3个内滑块33完成内抽芯动作，为3个斜顶块让出运动空间后，3个斜顶块才能顶出。为保证此逻辑顺序，设计了一个安装在顶针盖板27和顶针推板28侧边的顶出控制机构，该机构组成件包括零件22～26，其工作原理为：当开模面P1打开后，开锁插杆23将锁芯22压入动模板21内，从而限位插杆26才能被顶针盖板27和顶针推板28推着向上顶出，否则限位插杆26会被伸出动模板21的锁芯22挡住，顶针盖板27和顶针推板28无法向上顶出，即顶针盖板27和顶针推板28不能被顶出，从而顶杆不能将斜顶块向上顶出。顶针盖板27和顶针推板28的复位状态需设置行程复位微动开关51进行提示，以免模具闭合时因复位不到位，损坏3个斜顶块与3个内滑块之间的良好滑动配合。

4.2 模具工作原理

如图5所示，模具分2次分型打开，具体工作原理为：

①开模面P1打开。模具开模时，注塑机动模板驱动模具动模朝开模方向运动，模具首先在开模面P1处打开，中央镶件34驱动3个内滑块33动作，先局部完成圆环凹槽Q1的局部抽芯脱模。P1打开的同时，开锁插杆23解开锁芯22的限位，为顶针盖板27和顶针推板28的顶出做准备。

②开模面P2打开。模具打开一定距离后，小拉杆30拉住动模板21一起后退，动模板21克服树脂开闭器46的摩擦阻力而将动模板21与定模板18间的开模面P2打开，打开时，滑块机构S1，S2，S3的斜导柱分别驱动各自对应的滑块实施侧抽芯，完成塑件轴承孔外壁的脱模。

③顶出。开模面P2打开后，模具继续下行，注塑机顶杆顶住顶针盖板27和顶针推板28，推动3个斜顶块在各自导轨的导向下，将塑件从型芯主镶件20上顶出，完成圆环凹槽Q1剩余部分的抽芯脱模，并实现整个塑件从主型芯镶件20上的顶出脱模。

④模具复位。复位时，顶针盖板27、顶针推板28先复位，模具再按P1→P2顺序复位。

5 结论

结合轴承座塑件的结构特点，设计了1模1腔两板冷、热复合流道注塑模具。模腔通过两级流道及潜伏式浇口进行充填，开模分两次分型打开。针对轴承座塑件轴承孔内、外壁脱模困难的问题，设计了3个结构相同的斜导柱滑块机构对轴承孔外壁的侧抽芯脱模；设计了一种改进型差速滑块机构对轴承孔内壁自动脱模。在改进型差速滑块机构中，针对轴承孔内壁上的整圈内环凹槽特征，将轴承孔内壁成型件分成两组成型块进行抽芯脱模，第一组以3个内滑块的形式实施先抽芯，第二组以3个斜顶块的形式实施后抽芯。相应的驱动力设置为：由动模板和动模垫板的分型打开，驱动中央镶件带动第一组3个内滑块先抽芯，完成内壁的部分脱模；再由顶针推板推动第二组3个斜顶块将塑件顶出，实现内壁剩余部分的脱模及塑件的完全脱模。改进后的机构具有零件加工简单、易于装配、磨损小，可靠性高等优点，能有效降低模具制造成本，对同类塑件的脱模机构、模具结构设计等都具有较好的设计借鉴价值。