热压注塑一体化模具预压紧结构设计

刘赛科　王一栋　丁宏参　高业汉

摘 要：针对普通麻纤维热压注塑模具在热压注塑过程中麻纤维板材易与挂针分离的情况，设计了带预夹紧结构的热压注塑模具，对带预夹紧结构的热压注塑模具进行了成型工艺分析、模具结构与工作过程介绍，阐述了带预夹紧结构的热压注塑模具的技术要点，通过实际生产应用确定了带预夹紧结构的热压注塑模具设计的合理性，提高了产品质量与生产效率。

关键词：预夹紧结构 成型工艺分析 模具结构

1 引言

麻纤维热压注塑模具在处理麻纤维板材的注塑过程中，首先会通过人工的方式将麻纤维板材挂接到位于热压注塑模具上的挂针上，而挂针仅能用于挂接麻纤维板材。在热压注塑模具的动模组件和定模组件合模的过程中，麻纤维板材经常会与挂针分离，这不仅会影响麻纤维板材与塑料原料的注塑质量，还可能使正常的注塑过程中断。在应对当前技术限制的背景下，本研究提出了一种新型汽车饰件热压注塑模具设计。此设计特别包含了一种麻纤维板材的预紧压缩机构。在进行麻纤维板材和塑料原料的注塑处理之前，这种机构利用气缸的动力，实现了对麻纤维板材的预紧压缩。这一过程有效防止了麻纤维板材在注塑过程中与挂针的分离，从而显著提高了注塑的质量和生产效率。

2 预压紧结构成型工艺分析

热压注塑模具中的预压紧结构通常是为了确保模具在闭合时，动模和定模之间有足够的压力，以防止塑料原料的溢出或气体滞留[1]。这种结构可以增加模具的密封性，从而提高注塑成型的精度和质量。热压注塑模具中出现预压紧结构可通过相关工艺优化：确定预压紧力的需求：预压紧力的大小取决于塑料的特性、模具的尺寸和成型工艺的要求[2]。在设计预压紧结构之前，需要确定所需的预压紧力，以确保模具能够有效地防止塑料溢出和气体滞留。设计合理的预压紧结构：根据模具的结构和尺寸，设计合理的预压紧结构。确保结构紧凑、易于安装和维修，并注意防止预压紧力过大或过小对模具和塑料成型的影响[3]。优化模具布局：在模具设计中，需要考虑预压紧结构的布局。将其放置在适当的位置，以确保预压紧力能够均匀地分布在模具的闭合面上，从而提高成型质量。考虑温度和冷却因素：在注塑过程中，温度和冷却对预压紧结构的影响不容忽视。设计时应考虑温度变化对弹性元件的影响，以及冷却系统对预压紧结构的作用[4]。

因此预压紧结构是热压注塑模具中十分重要结构，可以通过不同的工艺要求与模具特点进行设计。

3 模具结构及工作过程

热压注塑模具结构简介如下：

本研究设计了一种注塑模具，它由动态模块（1）和静态模块（2）组成，两者之间配备了用于预紧麻纤维板材的夹持框架（3）。此框架通过气动缸（4）进行操作，可实现靠近或远离动作，通过与气缸的活塞杆连接的连接柱来固定。在每个气缸的内侧，都装有一个支撑板（5），这些支撑板分别与动态和静态模块相对应并固定。夹持框架上有特别设计的开口槽，而气缸的活塞杆上则固定了一个插入这些槽中的连接柱（6），通过卡接块来实现固定。此外，开口槽（31）的两侧内壁上都设有限位槽（32），卡接块的两端与开口槽两侧的限位槽相嵌合，并通过沉头孔（71）中的螺钉与夹持框架固定，以确保结构的稳定性和精确对齐。每个连接柱被设计为套装在气缸的活塞杆外部，并通过螺纹与活塞杆相连接。为了提升导向精度，我们在每个夹紧框的外侧端面安装了导柱。这些导柱与动模组件及定模组件内侧的相应部分配对，分别是第一导套（12）和第二导套（22）。导柱通过这些导套穿过，并与它们形成滑动连接，从而确保夹紧框在移动过程中的平稳和精确。在每个气缸的内端部，均配备了支撑板，目的是为了提升结构的稳固性。对于动模组件，它被设计成含有第一凹槽（11），这些凹槽与其侧面的各个支撑板相对应。每个支撑板的内端插入到这些第一凹槽中，并且通过螺栓紧固于动模组件上。类似地，定模组件配备了与其侧面的支撑板相对应的第二凹槽（21），支撑板的内端同样嵌入这些凹槽中，并通过螺栓与定模组件连接。此设计显著增强了模具在使用中的稳定性和精确度。每个夹紧框都装备了一个与相应气缸的活塞杆适配的开口槽。在这些气缸的活塞杆上固定有连接柱，每个连接柱都被准确地放置进对应的开口槽内。以增强连接的牢固度，每个连接柱的外围设有一个圆环形状的卡槽（61）。同时，在每个开口槽的入口处安装了特制的卡接块。这些卡接块在内侧边缘被设计为与环形卡槽紧密相合，确保了连接的可靠性和稳定性。每个卡接块在其两端均固定于相应开口槽的两边，以此确保整个结构的稳固和操作的准确性。这一设计方案不只提升了模具使用的效率，还保障了加工过程中的精准对位和稳定性。

模具工作过程如下：

初步步骤包括将麻纤维板固定于动模组件的挂钩上。紧接着，所有气缸的活塞杆伸展，使得两个夹紧框对夹在动模组件和定模组件之间的麻纤维板施加初步的压力。随后，热压注塑的动模组件与定模组件闭合。在动定模组件完全合拢之后，它们会对麻纤维板的边缘产生压力。同时，所有气缸的活塞杆开始回缩，导致两个夹紧框外移并返回原位。接下来，热压注塑模具的动模和定模组件将麻纤维板和塑料原料共同进行注塑成型。在注塑过程完成后，热压注塑模具在注塑机的推动下开模，并从模具中取出注塑成型的麻纤维板和塑料原料。此流程的目的是为了确保麻纤维板与塑料原料能够高效、精确地进行一体化注塑，从而提升产品的质量和制造的效率。

4 模具设计要点

本研究介绍了一种用于汽车饰件的热压注塑模具，其独特之处在于具备麻纤维板材的预压紧机制。这种模具由动模组件（1）和定模组件（2）构成。其关键特征是，在动模组件和定模组件之间配备了两个专用于麻纤维板材预夹紧的夹紧框（3）。动模组件和定模组件的上下端各自固定有两个气缸（4），这些气缸呈前后方向间隔排列。每个动模组件上的四个气缸的活塞杆都分别与同侧的夹紧框的上下两端连接，定模组件上的气缸配置也是如此。这些位于动模组件和定模组件上的气缸负责驱动两个夹紧框向彼此靠近或远离。当这两个夹紧框相互靠近时，它们将对夹在两个夹紧框之间的麻纤维板材进行预夹紧，为后续的热压注塑过程提供必要的准备。这种设计增强了模具的功能性，提高了注塑过程中的精度和效率。

每个气缸的内部末端都装有一个稳固的支撑板（5）。这些支撑板在动模组件上与特定的第一凹槽（11）对应，每个支撑板的内端部均精确嵌入其相应的第一凹槽中，并使用螺栓与动模组件牢固连接。同样地，在定模组件上也设有针对每个支撑板设计的第二凹槽（21）。每个位于定模组件一侧的支撑板的内端部同样嵌入相对应的第二凹槽，并通过螺栓与定模组件固定。这种设计的主要目的是为了确保模具各部分的稳定性和精确对齐，从而提高整个注塑过程的效率和质量。通过这种精密的对接和固定方式，模具的各个组件能够在高压和高温的操作条件下保持稳定，从而确保注塑产品的质量。

每个夹紧框上设有专门的开口槽（31），与模具中每个气缸的活塞杆精确对应。这些活塞杆上均安装有连接柱（6），每个连接柱都恰当地插入其相应的开口槽内。为了确保连接的可靠性，每个连接柱的外壁上设计有一个环形卡槽（61）。每个开口槽的入口处则配备了一个卡接块（7）。这些卡接块的内边缘与环形卡槽紧密配合，以实现稳固的卡接。进一步地，每个卡接块的两端都与相应开口槽的两侧牢固固定，以确保整个结构的稳定性和可靠性。这种设计精密而高效，保证了模具在使用过程中的稳定性和注塑产品的质量。

在每个开口槽（31）的两侧内部，都巧妙地设计了限位槽（32）。为了维持结构的稳定性和确保精准的对齐，每个卡接块（7）的两端都与其相对应的开口槽的限位槽紧密结合。另外，每个卡接块的两端均设计有沉头孔（71）。这些卡接块通过安装在沉头孔中的螺钉与夹紧框螺纹连接，从而在各自的夹紧框侧面稳固地固定。这一设计方案不仅确保了模具在使用中的稳定性，而且对精确操作和制造过程提供了关键支持。通过这样的精细组件布局和固定方法，模具在注塑期间能够保持极高的稳定性和精度

每个连接柱都被巧妙地安装在相对应的气缸的活塞杆外侧。这些连接柱与活塞杆之间通过螺纹连接，确保了它们的牢固结合和精确配合。这种配置方式在模具的操作过程中提供了稳定的支撑和精确的导向，从而保证了注塑过程的高效性和产品的质量一致性。

每个夹紧框的外侧表面都安装有四个环形排列的导柱（8）。这些导柱与动模组件内侧表面上的第一导套（12）相匹配，动模组件侧的每个导柱分别穿过一个对应的第一导套，形成滑动配合。同样，在定模组件的内侧表面，也固定了与夹紧框上的四个导柱一一对应的第二导套（22）。定模组件侧的每个导柱则穿过一个相应的第二导套，并与之滑动连接。这种设计确保了模具在注塑过程中的精确导向和稳定运动，从而提高了注塑产品的质量和生产效率。通过这种精密配合的导柱和导套系统，模具在操作过程中能够实现平稳、精确的开闭动作。

5 结束语

本文设计了带预夹紧装置的热压注塑模具。首先从预夹紧装置的成型工艺的方向分析了预夹紧装置的优化方向。再从模具结构与工作过程分析了带预夹紧装置的热压注塑模具中各零件是如何装配工作以及预夹紧装置工作原理。最后分析了模具设计要点，介绍了带预夹紧装置的热压注塑模具的设计关键点与特殊性。本文从三个方面介绍了带预夹紧装置的热压注塑模具，经实际生产应用，充分验证了该带预夹紧装置的热压注塑模具避免麻纤维板材与挂针分离的情况可行性，提高注塑质量与生产效率。

基金项目：宁波市重大科技攻关项目（2022Z010）。

参考文献：

[1]李熹平.快速热循环注塑模具及工艺关键技术研究[D].济南：山东大学，2010.

[2]李学海，勾赵亮，陈璐璐，等.塑料悬臂梁卡子设计方法[J].汽车科技，2023（06）：47-52.

[3]赵永涛.塑料注射成形与金属压铸成形对比研究[D].青岛：青岛理工大学，2008.

[4]陈敬栋.大型汽车用塑件的注射成型工艺研究[D].合肥：合肥工业大学，2009.