榨汁机外壳注射模设计

2021-05-03董越

模具制造 2021年3期

董越

广东格美淇电器有限公司（广东中山528425）

1 引言

塑料模具制造的难易程度与塑件的形状密切相关，也与塑料模具上的抽芯机构的结构、位置、及数量有关[1～3]。塑件结构决定了塑料模具的分型面，也决定了模具的开模方向，在开模方向已设定的情况下，塑料模具上一些特殊的抽芯机构，由于其运动方向与开模方向不相同，需要设计一种机构，将开模方向的动力转化成使这些特殊抽芯机构运动的动力，以使这些抽芯机构实现脱模[4～7]。在模具结构设计中，合理设计这些特殊的抽芯机构是模具结构设计中的一个重点和难点。特别是在设计这些抽芯机构时，应结合塑件成形的需要，在保证塑件完整成形的基础上，不但要保证抽芯机构的动作顺畅，可靠性高，而且还应尽可能地简化抽芯机构的结构，降低模具的故障率，减少模具的维修率，使模具能够稳定的生产[8～11]。以某品牌的榨汁机外壳塑件为例，针对其结构特征的复杂性，外表面不能由滑块痕的问题，设计了一种定模滑块抽芯机构和动模斜顶机构，以供模具设计同行参考。

2 榨汁机外壳结构分析

某品牌的榨汁机塑料外壳结构如图1所示，外形呈圆筒状，轮廓的最大尺寸为φ246.7×109.7mm，底部有一个直径为φ147.3mm的通孔，材料为ABS，壁厚为2.0mm。

图1 外壳结构图

该塑件的立体造型如图2所示，在塑件的底部有4个螺钉孔和10条小槽，小槽的底面是胶位，两侧有通孔，小槽侧孔的作用是排出塑件里面的积水。在塑件内表面的4个不同方向各有一个扣位。塑件外表面的4个不同方向中，有3个凹陷的槽和一个方形的孔，3个凹陷槽的中间还有若干个沉头通孔。其中外表面的两个椭圆槽在相对的位置，用来安装提手，一个圆形槽用来安装电控开关，一个方形孔用来按钮电源插座。内、外表面的这些特征不能正常脱模，都需要用抽芯机构才能脱模，合理设计这些特征的抽芯机构，是该注射模设计偏难的一个重要原因。

图2 塑件的3D造型图

3 分型面设计

合理选择分型面，对于模具的成功与否非常重要。在注射成型时，塑件能否顺利脱模、抽芯机构的结构及模具零件加工的难易程度取决于这些特征的分型面。为实现塑件的自动化注射成型，对图2中所标识的特征，都需要慎重选择合理的分型面。在优先考虑模具方便脱模的前提下，选择塑件的外表面为定模，内表面为动模。对于本文所研究的塑件，主分型面如图3所示。在确定主分型面的前提下，塑件的脱模机构按以下几种类型来进行设置[12]：①针对塑件底部的4个螺柱孔，采用定模镶件结构；②针对塑件底部10个凹槽上的侧孔，采用定、动模插穿结构，并且凹槽底部的胶位出在动模型芯上；③针对塑件周围的3个槽和一个方形孔，设置4个定模滑块机构来实施脱模，胶位出在定模滑块上；④针对塑件内表面的4个扣位，采用4个斜顶机构来实施脱模；⑤针对塑件侧面的通孔，采用定模滑块与动模斜顶碰穿的结构。

图3 主分型面设计

4 浇注系统设计

塑件的布局采用1模1腔布局。采用3个侧浇口进行浇注，侧浇口位于塑件底部内孔的侧壁。主流道位于浇口套内，3个分流道的横截面为圆形，浇口为扇形。这是因为在横截面积相等的情况下，圆形的周长最短，因此圆形流道对熔体的流道性影响最小。扇形浇口的厚度很薄，对塑件的影响最小，有利于人工修剪浇口料。浇注系统的设置如图4所示。

图4 浇注系统

5 抽芯机构设计

塑件外表面的3个凹陷的槽和一个方形的孔不能正常脱模，必须以滑块结构形式才能脱模。如果用动模滑块脱模，将会在塑件的外表面留下滑块轮廓痕，这是塑件外观所不允许的，因此，塑件外表面的3个凹陷的槽和一个方形的孔特征选择定模滑块脱模。对于塑件内表面的4个扣位，需要以动模斜顶结构脱模。在该塑件的注射模中，共需要4个定模滑块和4个动模斜顶，如图5所示。在塑件周围的孔位，需要以斜顶与滑块碰穿的形式才能实现。为了保证不在塑件外表面上产生披锋，这些孔位在动模处碰穿。模具中的4个定模滑块和4个动模斜顶直接影响该模具的结构设计和制造的难度。定模滑块的斜楔在定模板的装配孔内上、下滑动，定模板的装配孔起加强斜楔刚性强度的作用，在合模时可以防止斜楔发生扭曲。这种滑块和斜顶机构，结构简单，可靠性高，同时也易于加工，非常实用。

5.1 滑块结构

常见的滑块结构是动模滑块，由滑块、斜导柱和斜楔组成，其中斜导柱和斜楔安装在定模，滑块在动模的滑槽内滑动。但在该模具中的滑块机构是定模滑块，没有斜导柱，仅由滑块和斜楔组成。在定模板上开设滑槽，滑块在定模的滑槽内滑动。斜楔的前、后面都有斜度，由斜楔代替斜导柱引导滑块运动[9]，如图6所示。当开模时，斜楔的A面带动滑块向远离塑件的方向运动，当合模时，斜楔的B面带动滑块向接近塑件的方向运动。滑块的最大轮廓线是凹槽的边线，圆孔的型芯位于滑块上，斜楔通过螺栓连在定模座板上，由定模座板带动滑块斜楔运动，从而带动滑块运动。

图5 抽芯机构设计

图6 滑块结构

5.2 斜顶结构

塑件的内表面有4个扣位，必须由斜顶机构顶出才能脱模。斜顶机构由斜顶杆、导滑块、“T”型块和螺栓组成，塑件周围通孔的碰穿面位于斜顶上，斜顶结构如图7所示。斜顶“T”形块套在推板固定板中，并用螺栓固定的推板上。导滑块镶在动模板的背面，当斜顶上、下运动时，导滑块还可以引导斜顶做水平运动，引导斜顶脱模。

这种斜顶结构有两个优点：第一个优点是斜顶头和斜顶杆是一个整体，可靠性好，方便加工，可以直接组装，非常方便；第二个优点是当斜顶需要维修的时候，可以直接从动模座板底部松开斜顶杆的螺栓，将“T”形块从推杆固定板中取出，然后将斜顶从型芯中取出即可，而不需要将整个动模部分拆开，整个拆装过程非常方便。

图7 斜顶结构

6 模流分析

注射成型材料选用ABS，把熔体的填充时间设为3s，熔体温度设为250℃，模具温度设为70℃，最大注射压力设为80MPa，模流分析结果如图8所示。从图8中可以看出，该塑件末端的注塑时间约为2.5s，如图8a所示。型腔所需注射压力为48MPa，注射成型终了时，塑件边缘的压力为4.8MPa左右，如图8b所示，注射压力和注射时间充足，小型的注塑机可以满足所需的注射压力；在塑件上有若干条熔接痕，熔接痕长度较短，如图8c黑线所示；在塑件上有若干气泡，但气泡较小，而且分布较散，如图8d黑点所示。锁模力—时间曲线体现了注射成型的4个阶段，如图8e所示，在0～0.2s为高速填充阶段，锁模力为0kN；0.2s～2.1s为低速填充阶段，锁模力为0～900kN，逐渐增大；2.1s～2.35s为保压阶段，用于压实熔体，为900～1,100kN，锁模力进一步增大，此段曲线的斜率较大；2.35s～2.6s为冷却阶段，锁模力逐渐减小；主流道压力—时间曲线如图8f所示，与锁模力—时间的曲线基本吻合，在0～0.2s，主流的压力持续上升，在0.2～0.8s，主流道的压力回落后，再持续上升，0.8～2.3s，为保压阶段，主流道压力保持恒定，2.3～2.6s，为冷却阶段，主流道的压力回落。

对于模流分析中所显示出来的塑件上存在熔接痕和气泡等缺陷，解决办法是在模具上可能发生熔接痕和气泡的位置设置顶杆，在注塑时，型腔中的气体可以从顶杆周围的缝隙中排出，从而避免在塑件上产生熔接痕和气泡。因此，可以认为，由主流道转为3条分流道，采用3点进浇，符合本塑件的注射模要求。

图8 模流分析图

7 顶出及复位机构

在本模具中，没有复位弹簧，而是在推板上安装顶出机构复位固定块，再套在注塑机的顶棍上，当注塑机的顶棍顶出时，可以推动推板做顶出运动，当注塑机的顶棍复位时，可以带动推板和顶杆固定板复位，顶出机构复位固定块的结构如图9所示。

图9 顶出、复位机构

8 模具结构及其工作过程

与常见的模具结构不同，在本副模具中，没有复位弹簧，而是在推板上安装顶出机构复位固定块，由注塑机的顶棍复位时带动推板和顶杆固定板复位。采用简化型细水口模架，将导套安装在定模座板上，导柱比较长，延伸至垫块中。模具的开模分为两次，第一次是定模座板与定模板分开，由定模座板带动斜楔运动，第二次是定模板与动模板分开。塑件的顶出是由注塑机的顶棍推动模具的推板做顶出运动，模具的顶出距离为50mm，模具结构如图10所示。

模具工作过程：当注射成型完成后，注塑机带动动模与定模分开，模具首先在I-I处分开，此时定模座板带动斜楔一起与定模板分开。在斜楔A面的作用下，滑块向远离胶位的方向滑动，当滑块完全脱模后，在限位螺栓在作用下，定模座板停止与定模板进一步分开。然后动模板与定模板分开，即模具在II-II处分开。当动模运动到极限位置以后，动模停止运动，在注塑机顶棍的作用下，推板带动推杆和斜顶做顶出运动。斜顶在导滑块的作用下，在做顶出运动的同时，还向侧向运动（即脱模运动），当顶出距离为50mm时，塑件脱离型芯，斜顶也完全脱离模具。当操作工人取出塑件后，在注塑机顶棍和顶出机构复位固定块的共同作用下，带动推板复位，推板带动顶杆固定板、顶杆、斜顶复位。当顶出系统完全复位后，在注塑机的作用下，动模与定模开始合模，合模过程与分模过程正好相反，即定模板与动模板先合模，即在II-II处合模。然后定模座板与动模板合模，即在I-I处合模。当在I-I处合模时，在斜楔B面的作用下，滑块向靠近胶位的方向滑动。当模具完全闭合后，开始下一次注塑周期。