薄壁继电器外壳注塑模具设计

聂建辉

(厦门宏发电声股份有限公司 ,福建 厦门 361021)

0 引言

对于较大壁薄的外壳,生产时常常会出现口部内凹变形大、毛边、烧焦、熔接痕等问题。这些问题严重影响继电器的使用寿命,本文提出一种改善外壳内凹变形的方案并提供了解决外壳毛边、斜顶顶伤产品和注射冷料等问题的方案,下面以继电器外壳模具为例详细阐述。

1 继电器外壳工艺性分析

1.1 材料性能

零件尺寸为65.4 mm×46.1 mm×35.3 mm,外形公差为:±0.10 mm。平均壁厚为0.85 mm左右,壁厚较薄,材料为PA66 A3GF 25 VOXI(黑),单边内凹变形不大于0.35。外壳结构如图1所示。

图1 产品图

1.2 成型特点及条件

PA66 A3GF 25 VOXI的工艺特点:虽具有优越的机械强度性和耐高温性,但产品含有大量玻纤,增加产品的刚性的同时也增加产品注射的难度,导致产品易烧焦缺损、压力大、毛边、发白等问题。

2 零件模流分析

2.1 填充分析

采取点浇口直径1.6进行模流分析,发现零件填充不平衡,一边已经填充完成另外三边未填充完,会导致一边过保压和产生毛边,另外一边可能会出现注射不满。图2为原始方案和填充分析。

图2 原始方案和填充分析

在不影响产品功能性能的情况下,通过增加引流筋条使另一边达到相对平衡。通过填充分析,最慢的一边已明显改善,基本达到四边平衡。更改方案和填充分析如图3所示。

图3 更改方案和填充分析

2.2 外壳口部变形分析

模流分析发现:原始方案的产品的一长边面内凹变形(约0.24 mm),而另一长边面外鼓变形(约0.38 mm),这种方案不可取,如图4所示。原因有两种:a.外壳外鼓过大会导致继电器塑封点胶时胶水会漏胶到继电器,影响继电器性能;b.同时出现一边内凹变形和外鼓变形时,在实际成型参数调节时,如果一边平面度调试比较好,另一边内凹就非常大。

图4 原始方案和变形分析

提出两种解决方案:一种是引流筋条,另一种加强筋条。方案一:变形分析如图5所示,产品的两长侧面会外鼓变形(约0.16～0.30 mm),两边外鼓会影响产品质量,此处方案不可取。方案二:变形分析如图6所示,产品的一长侧面内凹(约0.05 mm),而另一长侧面则会外鼓变形(约0.27 mm),根据之前的经验,方案二长边一侧外鼓变形,实际上零件是不会产生外鼓而往往会出现内凹变形。综合填充分析和变形分析得出方案二更好,模具设计选择方案二进行设计。

图7 试模零件

图5 方案一和变形分析

图6 方案二和变形分析

第一次试模零件(图7)发现实际变形与理论存在差异,理论分析时一边(B侧)内凹变形0.05 mm,但是实际口部内凹变形数据为0.46～0.48 mm,理论分析另一边外鼓0.27 mm,但实际口部内凹变形数据为0.28～0.34 mm,此次的产品变形满足不了客户需求。

根据试模零件提出改善方案:在变形最大处增加高度13 mm的筋条。第二次试模的产品,A侧的内凹变形实际数据为0.13～0.15 mm,B侧的内凹变形实际数据为0.23～0.30 mm,更改后的产品内凹变形得到明显改善。改善方案和改善后的零件如图8所示。

图8 改善方案和改善后零件

3 继电器外壳注塑模具结构设计

3.1 确定模具腔数和布局

模具腔数通常根据客户需求和零件结构与精度确定,本零件主要从精度、产量和结构考虑,因此采用1X4的半热流道模具。

3.2 流道系统设计

设计流道系统时,通过模流分析软件和设计经验确定最佳的进浇位置,但很多实际情况中结构限制往往不能选择在最佳的位置,只能做出让步,通过分析,浇口放置在外壳顶部中间位置是最佳位置,图9为填充分析。

图9 填充分析

流道和布局如图10,因外壳较大,冷却时间和周期长,生产时偶尔出现有一腔浇口被嘴头冷料堵住,导致其余腔内进料过多过保压,零件粘在动模内无法顶出,原因是流道藏冷料的容量太小,冷料直接冲入型腔堵住浇口,解决方案是改成S型流道(图11),先让冷料注进藏冷料区域、S型流道摩擦产生的热量也可消耗一部分冷料,改进后浇口没有出现冷料堵住的现象,零件不再出现缺胶、粘模、表面发白等问题。

图10 浇口流道 图11 “S”型流道

3.3 斜顶机构和镶件设计

外壳两侧面有4个卡扣并且卡扣内部倒R0.4,故考虑设置四支斜顶脱出倒扣,第一次试模发现斜顶面把零件顶面铲伤(图12),原因是斜顶顶出时斜顶受力陷入产品内部,同时斜顶水平运动时把零件铲伤,根据陷入深度,将斜顶面磨矮0.03 mm,斜顶铲产品的现象得到良好改善,斜顶结构如图13所示。

图12 斜顶机构 图13 改进后斜顶结构

4 动模镶件变形和筋条毛边关系分析

4.1 筋条底部毛边的产生和原始动模镶件的拆分

外壳的内部筋条高度为15.94 mm,筋条深度很深,原始方案为了便于加工和排气采取镶件拼接的形式设计,试模时筋条底部总是有毛边(图14),通过注射工艺调整和加大流道改善毛边效果不明显。原始设计方案如图15,动模镶件1、动模镶件2、动模镶件3是拆分开的镶件。

图14 筋条底部毛边 图15 原设计方案

4.2 筋条底部毛边产生的原因分析

若两侧完全同时充满,则型腔受到单边的注塑压力的合力等于0,就不会产生毛边。由于填充可能存在先后,注塑的某一瞬间两侧的填充并不平衡,但又并非完全填充一侧后再填充另一侧,通过模流软件分析,筋条两侧确实填充存在不平衡(图16),动模镶件可近似为在离顶部1/3处受到单向的注塑压力,使镶件产生变形,迫使动模镶件产生变形偏移而产生毛边,变形情况分析如图17 所示(由于镶件变形量较小,为了便于说明,图中把变形量做放大处理)。

图16 筋条填充分析 图17 变形分析

4.3 毛边产生的解决方案

第一种解决方案是增加一侧的壁厚使两侧的填充保持平衡,改善动模镶件的变形和偏移而解决筋条的底部毛边问题,因产品使用的功能限制不允许增加壁厚。

第二种解决方案是将3个镶件合成一个整体的镶件(图18),使镶件不产生变形偏移而解决毛边的产生,试模效果良好,毛边问题得以解决,但筋条底部有些许烧焦,客户确认同意使用。

图18 更改前镶件和整体镶件

5 产品顶出系统

为了塑件顺利顶出脱模,顶出位置尽量设置深包紧力较大的地方,设置5支圆顶针和4支斜顶顶出,试模时零件顶部顶鼓,分析原因是产品边缘抱紧力过大和顶出力不平衡所致,故口部增加4支扁顶杆,试模后顶鼓现象已解决。顶出系统如图19所示。

图19 顶出系统

6 注塑模具结构

通过以上分析,可以确定模架的大小为富特巴MDC FA3335 A70 B100 C90 SOH 330和半热流模具结构,该案例模具结构如图20所示。

图20 模具结构图

7 结论

本文通过外壳研究分析和实际论证:有效解决了外壳长期难解决的内凹变形问题、毛边问题和冷料等问题,现模具已生产200多万模次,结构设计合理,脱模机构可靠,动作平稳。对于今后类似问题的模具参考下列方案:①对于薄壁外壳可以通过调整零件填充平衡或增加相应筋条改善变形;②对于筋条较深而且两侧填充不平衡的零件拆分镶件易产生毛边,需改成整体镶件;③成型周期长的大外壳,塑胶不能直接注进型腔,需要加长冷料段,防止生产时冷料堵住浇口;④斜顶顶面不宜与镶件表面同高,需要做低0.02～0.04 mm。