风扇外壳注射模设计

2020-08-24刘海建

模具工业 2020年8期

刘海建

（广东省高级技工学校，广东惠州 516100）

0 引言

图1所示为某工业用风扇后壳盖，采用注射批量生产，塑件外形为贝壳状非规则曲面，外形尺寸为277 mm×317 mm×96 mm，中间为圆环状镂空通风散热孔，圆环直径呈规律向内递减。塑件上有3处特征对模具设计有影响：①侧边直壁T1处19 mm×9 mm的侧孔；②T2处内侧4×φ8 mm带加强筋的螺钉柱，且柱内有倒扣；③T3处φ20 mm的侧孔。从垂直方向上看，塑件有3个台阶，且周边壁上有较多1 mm宽的加强筋。脱模时型腔侧采用0.8°的拔模角，型芯侧采用0.5°的拔模角；成型塑件的材料选用ABS，质量要求为表面无黑点、流纹及潜在或显示的裂纹，且翘曲变形不能超差。

图1 塑件

1 注射工艺分析

待成型塑件注射成型时，主要存在以下问题有待解决。

（1）浇注系统的设计，特别是浇口位置的开设和浇口数量，所开设的浇口须保证中间通风孔格栅的强度，无裂纹和潜在熔接痕产生，这些缺陷容易导致格栅部分首先断裂而使塑件报废。同时注射时型腔内压力应低于综合CAE模流分析，塑件浇口位置如图2所示F处为最佳，采用潜伏式浇口，直径为φ2 mm。

图2 浇注系统设计

（2）翘曲问题。采用图2所示的浇注方案，经CAE保压+流动+翘曲分析后，塑件翘曲最大变形量为1.28 mm，在可接受的范围内，且实际注射时，保压设置还有较大的空间。

（3）脱模问题。由塑件结构分析发现，影响塑件的脱模因素有：①螺钉柱位较深，且柱边带有加强筋，包紧力较大；②塑件在高度方向上的侧壁呈阶梯状，深度较深，周长较长，包紧力较大，需要较大的推出力；③中间格栅部位孔位多，包紧力大，且格栅筋较纤细，推出时易发生变形；④T1、T3处侧孔需要侧边先抽芯；⑤T2处螺钉柱位带有倒扣，需要设计斜推脱模机构以保证其顺利脱模。解决方法：针对①、②、③包紧力较大，可采用多次推出方式，以保证塑件在推出时不变形；针对T1、T3处采用滑块脱模机构解决，对于T2处采用斜推组件机构进行脱模。

（4）成型塑件形状复杂，模具零件加工难度大，成型零件采用镶拼方式，以降低成型零件的加工难度。

2 模具设计方案

依据上述分析，模具结构设计如图3所示。

（1）成型零件设计。成型塑件的分型面设计见图2，考虑T1、T2、T3处脱模机构设计的需要，型腔布局采用1模1腔结构，以保证布局机构的空间。成型塑件的零件采用镶拼方式，即型腔板、型芯各设计1个主镶件，分别镶入型腔板固定板、型芯固定板内，型腔板、型芯上较难加工的位置采用小镶件镶入拼接。型腔板包括的零件有型腔板镶件3，型芯包括的零件有型腔板镶件4、型芯镶件5、小镶件6、二次推杆8以及T1处滑块33、斜推杆45头部、螺钉柱镶件48、T3处成型镶件57等。

（2）浇注系统设计。塑件体积较大，所需注射的熔体较多，依据CAE浇口优化结果选定浇口位置及浇口形式，注射时流道长度较长。一般注射模设计时流道尽可能短，采用冷热流道相结合的浇注方式，热流道喷嘴采用针阀式[1]，普通流道直径为φ8 mm，拉料杆37对其进行拉料。

（3）冷却系统设计。采用随形水路对塑件进行冷却，管道直径为φ8 mm，管道与管道间距为16 mm，管道与型腔壁间距为16 mm，与型芯的间距为16～24 mm。型腔板镶件4上开设8条水路，型芯镶件5上开设2条水路。

（4）排气系统设计。由于型芯镶件较多，有足够的排气空隙，无须设计专门的排气通路，为保证排气畅通，型芯上各镶件间的间隙控制在0.01～0.02 mm。

（5）侧抽芯机构设计。抽芯机构包含3种，分别为T1处双斜导柱滑块机构、T2处斜推组件推出机构、T3处单斜导柱滑块机构[2-4]。T1处双斜导柱滑块机构主要零件包括斜导柱32、滑块33、滑块弹簧34、滑块耐磨板35；T1处斜导柱32的倾斜角为18°，抽芯行程为8 mm。T2处斜推组件机构零件包括斜推杆底座44、斜推杆45，斜推杆45的倾斜角为6°，侧抽芯行程为7 mm。T3处单斜导柱滑块机构零件包括斜导柱53、锁紧块54、滑块55、滑块耐磨板56、成型镶件57；T3处斜导柱53倾斜角为12°，抽芯行程为6 mm。

（6）导向定位机构设计。模具主要由导柱26、导套27导向，为保证型腔板注射熔体时不偏移，在成型镶件周围设计了模板锥面定位耐磨板49，以保证塑件的成型精度。

（7）模架选用LKM-CI6070-A200B200C240标准模架。

（8）推出机构设计。由于塑件的包紧力大，塑件的推出分二次完成[5]。第一次推出主要实现塑件侧壁周边、4×φ8 mm螺钉柱的推出，因螺钉柱的顶部存在倒扣，设计了T2处斜推组件机构后再设计推管机构推出4×φ8 mm螺钉柱。因推管机构将会与T2处斜推机构干涉，故φ8 mm螺钉柱的脱模依靠T2处斜推机构强行推出。第二次推出主要为中央部位格栅的脱模及T2处斜推组件机构对螺钉柱位倒扣的推出脱模。推出机构由推杆固定板10和11、推板12、斜面推杆14、耐磨锁片15、螺钉16、耐磨锁钩17、锁钩螺钉18、导正销19、转动销20、转动摇臂21、支座螺钉22、转动销支座23、摇臂锁弹簧24、导向块25等构成。第一次推出由推出零件8、14、37、45、46完成，第二次推出由零件8、37、45完成。

图3 模具结构

为保证二次推出的顺利进行，推杆固定板10、11组合为第二次推出板，推板12为第一次推出板。为保证二次推出板的开启与闭合，设计了第二次推出板开闭控制机构，其组成零件包括耐磨锁片15、螺钉16、耐磨锁钩17、锁钩螺钉18、导正销19、转动销20、转动摇臂21、支座螺钉22、转动销支座23、摇臂锁弹簧24、导向块25。耐磨锁片15通过螺钉16安装于推板12的槽内，与耐磨锁钩17配对构成锁闭组件。耐磨锁钩17通过锁钩螺钉18安装于转动摇臂21底端；耐磨锁钩17右端开设弹性孔，其内安装导正销19；导正销19中间部分安装于耐磨锁钩17的弹性孔内，两端与导向块25的右端导向面接触。转动销支座23通过支座螺钉22安装于推杆固定板11上，其上设置转动销20的销孔，为转动摇臂21的转动提供支点。转动摇臂21通过转动销20安装于转动销支座23上，上端开设有弹簧孔槽，下端安装耐磨锁钩17。摇臂锁弹簧24一端安装于推杆固定板10的弹簧孔槽内，一端安装于转动摇臂21上端孔槽内，为转动摇臂21提供动力；导向块25通过螺钉与销钉紧固安装在垫块上。

模具零件推出塑件时如图4所示，其工作原理如下。

（1）开模后推出塑件时，在注塑机推杆43的推动下，推杆固定板10、11、推板12推动斜推杆45、二次推杆8、斜面推杆14向上推出以及二次推出控制组件中除导向块25以外的其他零件一起向上运动。此时导正销19将沿导向块25导向面上路径a-b-c-d运动，a点在摇臂锁弹簧24的推压下，耐磨锁钩17勾住耐磨锁片15，推杆固定板10、11、推板12组成的组合推板被锁闭在一起随注塑机推杆向上运动。当导正销19运动到b点时，导向面上b-c段开始压迫导正销19，从而转动摇臂21以转动销20为中心压迫摇臂锁弹簧24逆时针转动。当导正销19越过c点后，耐磨锁钩17脱离耐磨锁片15，推板12不能继续跟随推杆固定板11上行，斜面推杆14完成一次推出。随后注塑机推杆43继续推着推杆固定板11上行，直到推杆固定板10碰到动模板为止，推杆固定板10上的e点接触动模板上的f点，此时导正销19由c点运动到d点，斜推杆45、二次推杆8推出行程为H，实现机构的二次推出功能。

（2）复位时，在注塑机推杆43的带动下，推杆固定板11将带动推杆固定板10、推板12下行复位。复位结束时，推板12右端通过耐磨锁钩17的左端斜坡面迫使转动摇臂21以转动销20为中心，压迫摇臂锁弹簧24逆时针转动，直到耐磨锁钩17勾住耐磨锁片15，锁住推杆固定板11与推板12，模具闭合，等待下一次注射循环的开始。