工控机探头罩气顶内收脱模注塑模设计

李瑞娟 刘恒

（柳州职业技术学院，广西 柳州，545006）

圆筒形薄壁塑件注射成型的模具设计有以下要求：1）型腔、型芯成型件的结构强度要好，加工精度要求相对比较高，装配闭模后型芯面与型腔面之间的相对距离要能保证塑件获得均匀壁厚［1-2］；2）成型后塑件内壁的包紧力比较大，除了采用推板形式进行推出脱模外，还需结合塑件结构特点附加其他的辅助脱模形式，以保证塑件无损脱模；3）塑件内壁如有侧抽芯脱模需要，脱模机构应简化，以保证型芯内有足够空间开设冷却水路，避免因冷却不均而造成塑件内壁更大的包紧残余应力，使塑件脱模更困难［3-4］。

浇注系统均衡开设是保证薄壁塑件模腔填满的关键所在。对于容易充填的小型模腔，一般使用单点点浇口浇注；对于中大型模腔，一般需在塑件外壁圆周上设置3点以上点浇口浇注。以下结合某工控机感应探头罩塑件的成型需要，设计了一副带气顶顶出机构和四面内收侧抽芯机构的三板式点浇口注塑模具，模具中使用了一种T型槽驱动内收抽芯机构。同时，为保证塑件顺利脱模，除使用推板推出方式进行完全脱模外，模具中还设置有气辅顶出，以降低塑件脱模变形程度。

1 塑件结构及成型工艺分析

1．1 塑件结构

图1 是感应探头罩示意。塑件平均壁厚1．8 mm，深度与厚度之比为53．3∶1．0，属于典型的圆筒形薄壁塑件。均匀设置的4个圆凹特征部位在卡壳内壁上的侧面深度为1．0 mm。塑件为质量分数20%玻璃纤维改性聚碳酸酯（PC）材料，其收缩率为0．53%。

1．2 成型工艺分析

塑件成型难点：1）模腔均匀注塑；2）塑件获得均匀壁厚；3）塑件内壁的均衡脱模；4）卡壳内壁4个圆凹特征的脱模；5）内外壁的均衡冷却。因此，模具设计时采取的对策包括：1）使用单点点浇口从塑件顶端几何中心点进行浇注，且充填末端均衡开设排气缝隙；2）型腔、型芯成型件采用整体式镶件，使用高精度数控加工机床，模架使用2套8副导柱机构保证型腔、型芯成型件的闭合精度和闭合后的均匀腔厚；3）使用底边周边推板推出方式和内壁气顶辅助顶出方式进行塑件的完全脱模；4）使用一种四面导槽内收机构针对4个圆凹特征进行脱模，以保证型芯有足够空间开设冷却管道；5）型腔、型芯成型件均开设冷却管道，确保内外壁都能获得有效冷却。

2 模具结构设计要点

2．1 模腔布置

鉴于塑件外壁无需使用侧抽芯机构的特点，模腔布置采用一模两腔方式，如图2所示。模腔分型面选择设置在卡壳特征的下底最大外边沿线。所分型出的定模模腔使用一个整体式型腔镶件。单个模腔周边设置了4条排气通道，排气缝隙厚度为0．02 mm，采用斜坡边过渡斜边向排气槽通气。

2．2 浇注系统

图3是型芯成型件示意。如图3所示，点浇口开设于模腔顶端正中央，浇口使用Ф1．0 mm点浇口，流道尽可能短，垂直流道使用大尺寸锥孔型流道，高度8．6 mm，使用浇口衬套式主浇道，高度45．0 mm，水平流道使用U型截面流道，截面尺寸为10．0 mm×8．0 mm。水平流道末端使用圆锥形拉料槽，保证拉料杆形成足够拉力的同时，能有效防止料流前锋冷料堵塞点浇口。

2．3 成型件设计

成型件组成如图4所示。从图4可以看出，型腔镶件通过两边所设置挂台特征安装在定模板上。推板镶件安装在动模推板上，用于对塑件底端的边缘进行成型和顶出脱模。型芯镶件通过螺钉紧固方式安装在动模板上，2根气顶杆分别安装在型芯镶件对应的气顶杆孔内，4个圆凹型芯分别由4个内收抽芯机构的滑块驱动，可在型芯镶件内开设的4个型芯孔内滑动。考虑到材料中添加有质量分数20%的玻璃纤维，成型件材料使用德国葛利兹1．2083 VICTORY ESR合金钢（气顶杆使用T8A工具钢除外）。考虑到强度和加工难度因素，推板镶件与型芯镶件采用拼合形式进行组合。4个圆凹型芯采用圆柱型芯形式有利于保证型芯镶件的整体强度。成型件安装示意见图5。

如图5所示，型腔镶件内，针对单腔模腔开设4条圆环水路进行冷却，型芯镶件内的空间只够开设一条井式水路进行冷却。

2．4 脱模机构

塑件需要使用3个脱模机构按次序完成：4个圆凹型芯的内收同步先抽芯机构；推板镶件的推出机构；气顶辅助顶出脱模机构。

1）圆凹型芯的内收同步先抽芯机构。内收同步先抽芯机构［5-6］示意及其工作原理如图6所示。

由图6（a）可知，机构由一个四槽驱动块和4组内收滑块组成。以其中一组内收滑块为例，如图6（b）所示，圆凹型芯的前端插入型芯镶件孔内，其尾端则紧固安装在内收滑块上；型芯镶件通过螺钉紧固安装在动模板上，其内设置用于容纳4个内收滑块的空腔，保证内收滑块可以在型芯镶件的内腔内沿圆凹型芯的轴中心方向移动；内收滑块的一侧设置有T型导轨，其可在四槽驱动块上对应的T型槽内滑动。当动模垫板和动模板之间打开时，动模垫板往下运动，其与动模分离，从而四槽驱动块可通过其上的4个T型槽驱动4个内收滑块做同步的内收移动，带动4个圆凹型芯与塑件上对应的4个圆凹特征分离。四槽驱动块上4个T型槽的斜度设置为5°，只需下行20．0 mm即可保证4个圆凹型芯的抽芯动作完成。

2）推板镶件的推出机构。图7是推板和气顶辅助脱模机构。

由图7可知，该推出机构主要利用模具顶针板上的复位杆推动动模推板顶出，动模推板再带动推板镶件将塑件从型芯镶件上顶出来实现其脱模功能，其结构与一般的推板推出机构相同。所不同的是，因塑件壁薄，通过单一的推板推出机构难以保证塑件从型芯镶件上无损脱模，需增加一个气顶辅助顶出脱模机构以实现塑件的完全脱模。

3）气顶辅助顶出脱模机构。该机构（见图7）在型芯镶件中设置有2组，以其中一组为例，其构成包括气顶杆、弹簧、垫环及密封圈，气顶杆上设置有螺旋气槽。该机构起到2个作用：高压气体会使塑件产生弹性变形而胀大，从而驱动塑件内壁与型芯镶件的外壁分离，降低塑件被推板镶件推出时的摩擦阻力；高压气体能均衡地将塑件往上推，为塑件从型芯镶件上的脱离提供部分脱模力。

3 模具结构及工作原理

模具结构如图8所示。模具的定模部分按通用型三板结构进行设计，而动模部分则需结合机构件的动作要求来进行设计，因此动模部分除动模板5外，增设了动模推板4和动模垫板6。动模推板4用于安装推板镶件14后推动塑件从型芯镶件13上脱模；动模垫板6用于安装四槽驱动块19，以驱动4个圆凹型芯20完成先抽芯动作。

模具增加动模推板4、动模垫板6后，具备5次开模功能。模具动作顺序：开模时，动模按K方向下行，在动模板弹簧24撑开下，模具在第I开模面处打开，四槽驱动块19驱动4个圆凹型芯20完成先抽芯动作。继续下行时，模具在第II开模面处打开，完成流道与塑件分离。再继续下行时，模具在第III开模面处打开，脱料板2将流道废料从拉料杆上推出，保证其自动脱模。随着动模的继续下行，定模板3被小拉杆21、定模板拉杆22拉住，不能继续跟随下行，因此模具只能在第IV开模面处打开，塑件从型腔镶件15的腔内脱出，留于型芯镶件13上。动模下行一定距离后，顶针面板9和顶针推板10被注塑机的顶辊顶住，维持在E面位置不动，不能继续下行，该两板将通过复位杆25顶住动模推板4及推板镶件14，使其保持停止状态，不跟随动模板5继续下行，从而能托住塑件不再使其粘附于型芯镶件13上，塑件完全退出脱模，对应的开模面为第V开模面。在此动作开始的同时，注塑机气动机构开启，向动模推板4的气道内加注高压气体，辅助塑件从型芯镶件13上脱模。模具闭合时的复位过程按照开模面的顺序为V→IV→III→II→I。

4 结论

a） 圆筒形薄壁塑件的成型件需使用整体式结构，使用中央单点点浇口浇注，以保证塑件的成型壁厚均匀。

b） 圆筒形薄壁塑件的完全脱模使用外边沿推板推出方式最为合适，必要时增设气动顶出机构来辅助推出机构顶出，以避免塑件脱模失败。

c） 针对塑件内壁圆凹槽的脱模，使用四面槽驱动块驱动内收同步先抽芯机构来实现成型和脱模，能有效简化模具结构，降低模具制造成本；增设动模推板和动模垫板，使模具具备5次开模功能，保证塑件顺利生产。