防止型芯滑动磨损的浮动镶件设计

年宝鹏，李园园，王 浩

（河南天海电器有限公司，河南 鹤壁 458030）

0 引 言

塑料模生产过程中，成型零部件之间存在较多配合，动、定模之间的配合面通常设计一定斜度，可以有效避免型芯配合面之间的磨损，如图1 所示。在汽车连接器类产品中，由于结构限制，斜度A只能设计0.05°。但对于带方孔的塑件，方孔由动模型芯和侧抽型芯配合成型时，仅靠0.05°～0.1°的斜度难以保证。侧抽型芯和动模型芯之间存在（0.01～0.02 mm）间隙容易出现飞边，轻微过盈时，长期生产容易磨损、烧伤配合面，在生产中难以保证既不使成型塑件产生飞边，又不使模具零件磨损、烧伤配合面。现通过实例阐述此类配合面在生产中的问题与相应解决方案。

1 存在的问题

塑件结构如图2 所示，有12 个方孔，材料为PBT GF10，由侧抽型芯和动模型芯配合成型。侧抽型芯2和动模型芯3的位置关系如图3所示，第一次试模生产时成型塑件方孔周边存在飞边，经测量产生的飞边宽度为0.05～0.08 mm，如图4 和图5 所示，不满足质量要求，需要整改。

图1 斜面配合

2 原因分析

2.1 飞边产生的原因

第一次试模产生飞边后，测量型芯尺寸，符合图纸加工要求，侧抽型的动模型芯间隙为0.01～0.02 mm。试模时降低注射压力，成型塑件方孔飞边减小，但是待成型塑件其他位置出现填充不足。为了减小配合间隙，将动模型芯3底部增高0.03 mm后发现成型塑件飞边减小，但是注射300 次后成型塑件飞边变大，打开模具发现型芯配合面已经磨损。动模型芯3 增加0.03 mm 后，侧抽型芯2 和动模型芯3之间过盈配合，侧抽型芯2在开合模过程中，与动模型芯3摩擦，造成配合面磨损后产生间隙，导致成型塑件方孔周边出现飞边。

图2 塑件结构

图3 模具结构

图4 飞边宽度测量

通过以上2次试模，得出结论：①成型塑件方孔的配合位置合模后不能有间隙；②成型塑件方孔的配合型芯在开合模过程中应避免磨损。

图5 测量仪放大飞边

2.2 磨损原因

接触面磨损是由于型芯活动过程中摩擦力过大造成，摩擦力计算如下：

其 中，f为 摩 擦 力；μ为 动 摩 擦 因 数；Fn为 正压力。

摩擦力f与动摩擦因数μ和正压力Fn成正比，要减小摩擦力，应减小正压力Fn和动摩擦因数μ。动摩擦因数μ是物体固有属性，其大小与接触面的材料和粗糙度有关，动摩擦因数μ的影响因素主要有以下3个方面。

（1）表面粗糙度。侧抽型芯2 和动模型芯3 的配合面均由平面磨床加工，表面粗糙度为Ra0.4～0.8 μm，平面磨床加工的粗糙度比电加工的粗糙度低。虽然抛光接触面会降低粗糙度值，但是会影响尺寸精度，成型塑件方孔的型芯容易产生塌角缺陷。

（2）温度。试验证明将金属放在真空中加热到一定温度，并保持一段时间后去除表面污物，冷却后测定的动摩擦因数远大于常温状态测定的动摩擦因数。PBT 材料的料筒温度为230～260 ℃，模具生产过程中温度会不断升高，虽然有冷却水降温，但动摩擦因数的增大不可避免。

（3）材料表面的分子结构。不同材料接触面上分子间内聚力不同，其摩擦因数也不同，影响物体之间的摩擦力。现使用的模具钢牌号为SKD61，硬度为46～52 HRC，如采用铜-钢组合，能降低摩擦因数，但是铜的硬度不足，不满足模具使用要求，可以考虑增加模具型芯硬度或对型芯涂层，以增加型芯耐磨性能。但是批量生产中，随着模具温度的升高，接触面磨损不可避免，不能解决根本问题。

通过以上分析，动摩擦因数μ没有可优化的空间，需考虑降低正压力Fn以减小摩擦力f。

模具中侧拼块由导轨固定，作用于侧抽型芯2的正压力Fn来源于侧抽拼块4，注射过程中，正压力Fn有助于侧抽型芯2 贴紧动模型芯3，避免产生飞边。但是在开、合模过程中，侧抽型芯2和动模型芯3 存在相对运动，正压力Fn会加剧配合面的磨损，此时正压力Fn是不利的。所以问题的关键在于消除或减小开、合模过程中的正压力Fn。

2.3 更改方案

基于上述分析，将侧抽型芯2 与动模型芯3 配合的位置设计单独的浮动镶件，在侧抽型芯1 中设计浮动镶件3，浮动镶件3 装配后需高出侧抽型芯0.02 mm，并在浮动镶件3 和侧抽型芯1 的挂台之间设计0.1 mm 间隙，在侧抽型芯2 中设计浮动镶件4，装配关系如图6所示。

图6 浮动镶件

合模状态如图7 所示，浮动镶件3、4 在定模型芯1 作用下与动模型芯6 贴紧，合模时由注塑机锁模系统保证压紧，注射过程中成型塑件不产生飞边。开模后，定模型芯1 离开，由于浮动镶件3 和侧抽型芯2 的挂台之间存在0.1 mm 间隙，此时浮动镶件3、4 在开模方向处于活动状态，相互接触的浮动镶件4 和动模型芯6 之间的正压力Fn≈0，开模过程中的摩擦力f≈0，开、合模过程中则不会发生接触面磨损。如果空间允许，在浮动镶件3、4中设置弹簧，开模后没有定模型芯1 的作用，浮动镶件也能在弹簧作用下上浮，不与动模型芯接触，避免摩擦力产生，模具零件使用寿命更长，塑件成型质量也有保证。

图7 合模状态

3 试模验证

根据以上分析对模具进行整改，试模后发现成型塑件方孔处没有产生飞边（见图8），模具生产24 h后的塑件在投影仪上检验没有发现飞边（见图9），质量合格，检查模具型芯也未见磨损。

图8 整改后试模生产的样件

图9 投影仪检验

4 结束语

通过生产实例中成型塑件出现的方孔飞边问题，从力学摩擦原理的角度，分析成型塑件飞边产生的机理，找出了解决的关键因素是降低正压力。设计的浮动镶件结构，在保证注射过程成型塑件不产生飞边的同时，消除了合模过程中导致模具型芯磨损的正压力，达到批量生产合格塑件的目的。鉴于此次模具更改的成功案例，在之后类似模具设计中可以采用这种浮动镶件结构，避免型芯之间的磨损，提高成型塑件质量，延长模具零件使用寿命。