线圈骨架注射模设计

包荣华

（上海诚泰精密模具工业有限公司，上海 201812）

1 塑件结构及成型工艺分析

图1 所示为绕线用的线圈骨架，采用高强度和高刚度的PC+ABS-GF10%合金材料成型，收缩率为0.3%，质量约为795 g。制品特征形状比较简单，但性能要求较高。圆柱面B 用来绕制线圈，其相对于2 个法兰面的垂直度公差为+0.05 mm。成型后对制品进行跳动试验，试验方法如图2所示，将法兰底面平均分成16 份，再使用百分表分别对16 等份的圆柱面上测定9 个部位，跳动公差在0.2 mm 内为合格。2 个法兰面的内侧尺寸为（94±0.2）mm，成型时该尺寸会因收缩变形而变小，所以模具制造时该尺寸要考虑公差并加上收缩率，即94.2×1.003=94.48 mm，以免后期该尺寸超差导致模具需要进行烧焊处理。

图1 线圈骨架结构

图2 跳动试验

成型机台为HTF470W1，目标成型周期拟为65 s。塑料成型温度为240～270 ℃，模具温度控制在80 ℃左右。模具钢材采用德国Buderus 的预硬钢BPM 2738，镍的含量约为1%，硬度均匀，为28～32 HRC，具有优越的加工性能与抛光性能。因塑料中含10%的玻璃纤维，需将BPM 2738 氮化，在氨气中氮化处理后的硬度可达650 HV，获得较硬的表层和较好的耐磨性及腐蚀性，从而延长模具使用寿命。

2 浇注系统设计

为了实现全过程的自动化生产，模具采用潜伏浇口。根据制品的特点，将浇口位置设在制品中间φ54 mm孔的侧壁，同时避开侧面筋条以避免型腔出现填充不足现象。为了熔体填充平衡以保证成型制品性能，设置8 个浇口，如图3 所示。注射成型过程中，流道的压力损失较大，因圆形截面的比表面积小（流道表面积与其体积之比），分流道中熔体与模具零件接触面最小，压力和温度损失最小，有利于熔体的流动和压力传递，所以选用圆形截面的分流道。流道的直径如果尺寸偏小，会降低单位时间内填充量，并使填充时间延长，成型制品常出现缺料、波纹等缺陷，影响制品成型质量；而流道的直径过大不仅积存空气增多，制品容易产生气泡，而且会增加熔体的用量，延长冷却时间。

图3 流道及浇口的形状

根据塑料性能、熔体最大流程比及经验，流道的直径选用φ5 mm。浇口是连接分流道和型腔的通道，对流入型腔的熔体起控制作用，注射完毕后封锁型腔，使型腔中尚未冷却固化的熔体不倒流。浇口尺寸对制品成型的影响较大，如果浇口尺寸过大，导致熔体流动性过低，使成型制品的内应力增高，浇口凝料冷却慢，切断后易产生外观痕迹；小浇口有利于改变熔体非牛顿流体的表观黏度，增加剪切速率，从而提高型腔熔体的温度，以增加流动性，同时也可以控制和缩短补料的时间，降低成型制品的内应力，缩短成型周期。但浇口过小，则浇口处压力损失过大，导致熔体填充不足。综合以往的经验，浇口尺寸设计为φ1 mm。

3 冷却系统设计

3.1 冷却系统的重要性

注射模中，冷却系统的设计对制品成型质量与生产成本有着重要影响。制品冷却时间约占整个成型周期的2/3，当冷却系统设计不合理时会造成生产周期过长，生产成本增加；另一方面，不均匀的冷却效果会影响成型制品表面光泽度，使制品表面光泽不一致，同时成型制品因成型阶段填充和保压时产生的残余应力而产生翘曲变形，影响制品尺寸的稳定性。有效的冷却回路设计可以减少冷却时间，提高制品生产效率，减少残余应力，保证制品尺寸和形状，从而提高制品成型质量，满足性能要求。

3.2 流道冷却

制品中间的圆柱状筋条深度为50 mm，需设计镶件成型，成型筋条的零件中间进行分割以便加工、排气及抛光。为了消除A处内孔侧壁的段差，定模镶件3 和动模镶件6 在分型面采用锥度定位，圆形分流道沿分型面开设。主流道的长度为145 mm，需要对浇口套1进行冷却，否则主流道凝料易断，不便于机械手取出，且定模镶件3 和动模镶件6 成型的筋条也需冷却。为了在定模镶件3 和动模镶件6中设计冷却水路，分别设置了定模冷却镶件2 和动模冷却镶件7，材质为Be-Cu 或Al，冷却水路采用双头螺旋槽形式，如图4所示。

图4 流道冷却水路设计

3.3 模板及镶件冷却

为了使模具冷却均匀并将模具冷却水路的进出口温度差控制在5 ℃以内，根据制品的形状在动、定模板及镶件各设置4 条水路，采用直通水路加水塔的形式，水路直径为φ12 mm，水路间距为50 mm。为了保证模具的冷却效果，隔水片和水路堵头与B处接触不能有间隙，如图5所示。隔水片尽量长，其前端应开缺口以保证水流量，隔水片材质一般采用不锈钢，以免生锈影响模具的冷却效果。

图5 模板及镶件冷却

3.4 滑块冷却

滑块冷却如图6 所示，根据制品的形状沿制品周边设置水路，水路到制品面距离为10～15 mm，沿开模方向设置4 层水路，水路直径为φ10 mm，水路间距为20～30 mm。

图6 滑块冷却

4 滑块机构设计

4.1 滑块结构

滑块驱动一般采用斜导柱、方形斜导块和液压缸等。为了保证滑块动作顺畅，滑块的尺寸设计满足L/H≥1.8、L/W≥1.5、150 mm≤W≤450 mm 时，滑块要增加1个中间导向块C；当450 mm≤W时滑块要增加2 个导滑块。开模后滑块要有2/3L的支撑面，为防止滑块无法锁紧，须满足H2≥2/3H。采用A 型滑块时L/H≥1.5，采用B 型滑块时L/H＜1.5且L/H1≥1.8，如图7所示。

4.2 滑块机构设计要点

滑块的倒扣量为47 mm，为便于制品取出，滑块行程设计为60 mm。滑块若按常规设计，其尺寸与模具外形将会单侧增加100 mm。为了合理减小模具尺寸与降低模具制造成本，滑块驱动采用导杆和滑槽的形式，如图8所示。

导杆3 固定在滑块1 上，导杆3 在导板2 的滑槽内滑动。导杆3埋入滑块1的深度为导杆直径的1.5倍，为了保证导杆强度，导杆直径（经验值）一般要大于导杆超出滑块长度的1/6（即130/6≈22 mm），取φ30 mm，导杆材质与斜导柱都采用SKD61（高频淬火）。导板滑槽的形状及尺寸如图9 所示，由A、B、C、D四个区域组成。为了防止制品粘结定模致使内侧拉伤，导杆3 在A 区域内滑动时，滑块保持不动，相当于滑块延时构造。B 区域滑块抽芯角度从10°过渡到C 区域滑块抽芯角度20°，D 区域滑块停止不动。A、B、C区域抽芯阶段滑槽的宽度为31 mm。导柱长度一般比A、B、C 区域合模方向高度高出15 mm，导板固定在定模侧，起保护导柱与支撑定模的作用，导板比导柱长10 mm左右，因此D区域的槽宽要进行避空处理，槽宽设计为40 mm。滑块通常设置在模具的操作与反操作侧，导杆和导板设置在天侧（注塑机安装模具一侧为天侧）。为使模具起吊方便，需要在天侧设置吊环辅助块8。吊环辅助块和前端螺纹设计整体式，以免模具起吊过程中螺纹处断裂，发生安全事故。

图7 滑块结构

图8 滑块机构设计

图9 导 板

4.3 滑块定位

滑块为常见的哈弗滑块，如图10所示。为了消除成型制品内部圆柱的段差，2 个滑块间采用锥度定位块9 定位，为了便于后期抛光和调整成型制品内部圆柱的段差，2 个滑块间要设置定位销和固定螺钉。滑块压板6 固定在动模板上，因固定压板的螺钉与孔存在间隙，为了防止螺钉锁紧位置的变化影响滑块运动顺畅，在滑块压板和动模板中间设置定位块7。因2 个哈弗滑块共用1 个滑块压板，压板长度较长，可在其两端再设置定位销定位，确保滑块运动顺畅。滑块压板材质采用P20，并进行氮化处理，同时滑块与定模镶件插穿角度为3°，以防止滑块拉伤，并在滑动部位开设油槽。线圈类制品的外形多为圆形，滑块外形也设计成圆形和定模板相配，配合角度为10°。

图10 滑 块

5 模具工作过程

模具结构如图11 所示，其工作过程为：熔融塑料通过注塑机喷嘴流入模具流道，然后进入型腔，经保温、保压、冷却后开模，开模时定模板4 和动模板7 打开，导板19 带动固定在滑块5 上的导杆24 滑动完成抽芯动作；注塑机顶杆推动推板12带动推杆15 推出制品，最后机械手取出制品，开模动作完成；合模时注塑机顶杆复位，在复位弹簧的作用下推杆15复位，注塑机接收行程复位开关10的信号使模具合模，导杆24 先进入导板19 的D 区，导柱进入导套后继续合模，导杆24 依次通过导板19 的C、B、A 区，从而推动滑块5 复位，定模板4 将滑块锁紧，形成封闭型腔，合模完成，准备下一次注射成型。

图11 模具结构

6 结束语

根据线圈骨架的结构性能和特点，采用普通流道转8 个潜伏浇口进浇和哈弗滑块成型，通过导杆在导板滑槽内移动实现滑块运动。圆形类线圈骨架的滑块采用此方式驱动，可以不受常规尺寸限制，在保证模具强度的前提下，可以有效减小模具尺寸以满足注塑机的安装要求，降低模具制造成本。生产实践证明，模具生产效率高，运行稳定，可为同类制品模具设计提供参考。