高精密繼電器透明薄壁外殼注射模設(shè)計

聶建輝

（廈門宏發(fā)電聲股份有限公司，福建廈門 361021）

1 引言

隨著我國制造業(yè)現(xiàn)代化水平不斷提高，繼電器在電氣工程及其自動化低壓電器中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。由于繼電器可以有非常好的響應(yīng)輸入變量感應(yīng)機(jī)制，因此，在工業(yè)生產(chǎn)、運輸、自動化控制過程中起電流防護(hù)作用，在日常生活和軍事中應(yīng)用廣泛，特別是對開關(guān)控制起著非常重要的作用，繼電器模具也起了重要作用，下面以繼電器外殼為例詳細(xì)介紹繼電器外殼注射模設(shè)計。

2 繼電器外殼工藝性分析

（1）材料性能。

外殼結(jié)構(gòu)如圖1所示，側(cè)面厚度0.8mm，壁厚較薄，材料為PC IR2200，收縮率0.7%，PC 無色透明，耐熱，抗沖擊，具有良好的機(jī)械性能，具有高度透明性及自由染色性，但塑料熔體流動性差，耐磨性欠佳，成型壓力高，易粘模，PC也是應(yīng)用最廣泛的一種材料之一。

圖1 外殼結(jié)構(gòu)

（2）成型特點及條件。

PC樹脂的工藝特點:聚集態(tài)特性屬于無定型非結(jié)晶性塑料，無明顯熔點，熔體黏度較高。玻璃化溫度140°～150℃，熔融溫度 215℃～225℃，成型溫度250℃～320℃；在正常加工溫度范圍內(nèi)熱穩(wěn)定性較好，300℃長時停留基本不分解，超過340℃開始分解，粘度受剪切速率影響較??；流變性接近牛頓性液體，表觀黏度受溫度的影響較大，受剪切速率的影響較小，相對分子質(zhì)量的增大而增大。PC 分子鏈中有苯環(huán)，所以分子鏈剛性大；PC 的抗蠕變性好，尺寸穩(wěn)定性好；但內(nèi)應(yīng)力不易消除；PC 高溫下遇水易降解，成型時要求水分含量在0.02%以下；制品易開裂。

（3）塑件尺寸及質(zhì)量。

塑件尺寸為21.18×27.42×34.96mm，外形公差為：正負(fù)0.05mm。

借助UG8.5 軟件直接測出單個塑件條件V=3.55cm3。質(zhì)量M=4.26g。

（4）結(jié)構(gòu)工藝性。

塑件壁厚基本均勻，平均壁厚為0.85mm，為透明塑料件，兩側(cè)為鏡面透明另外兩側(cè)內(nèi)表面為細(xì)花紋，頂面3個透光柱為鏡面，對外觀和尺寸要求很高，4個卡扣壁厚很薄只有0.43mm，成型極困難，高壓力才能填充完整，還有一側(cè)壁厚只有0.59mm 又位于兩股熔融液體匯合之處和澆口末端易產(chǎn)生熔接痕跡和燒焦困氣。客戶要求點澆口進(jìn)澆，故采用三板模具。

3 繼電器外殼注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 分型面的確定

模具上用以取出塑料制品和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的解除表面，稱為分型面，也可稱為分模面。選擇分型面的基本原則是：分型面應(yīng)選擇在塑件斷面輪廓最大位置處，以便于順利脫模，同時還應(yīng)考慮以下幾個因素：

（1）分型面選擇應(yīng)便于塑料制件脫模和簡化模具結(jié)構(gòu)，為此，選擇分型面應(yīng)盡可能使塑料制件開模時留在動模。

（2）分型面應(yīng)選擇在不影響塑件外觀質(zhì)量和便于清理塑料毛屑的部位。

（3）分型面選擇應(yīng)有利于排氣，為此應(yīng)盡可能使其分型面與流料末端重合。

（4）分型面簡單便于加工并盡量減少斜面對插。

根據(jù)上述原則，繼電器外殼注射模的分型面形狀及位置如圖2所示。

圖2 塑件分型面

3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計澆注系統(tǒng)時，通過模流分析軟件MoldFlow和設(shè)計經(jīng)驗確定最佳的進(jìn)澆位置和數(shù)量，但很多實際情況中結(jié)構(gòu)限制往往不能選擇在最佳的位置，只能做出讓步，通過分析結(jié)果顯示4個卡扣壁薄處和一側(cè)壁薄的處是填充末端出現(xiàn)填充困。如圖3所示，確保塑件能順利填充在壁薄處通過增加0.08mm壁厚加以改善，故澆口放置在塑件頂部中間位置，澆口大小為直徑φ1.3mm可以順利完成填充。澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口、冷料井四部分組成，采用“工”字流道，“工”字流道理論上是平衡流道但實際上內(nèi)4腔比外4腔流動更快，為了保證流道相對平衡內(nèi)4腔流道一般為外4腔0.8～0.9D（外4腔的流道大小）。如圖4所示。

圖3 填充過程

圖4 澆注系統(tǒng)

3.3 確定模具腔數(shù)和布局

模具型腔的數(shù)量通常是根據(jù)客戶產(chǎn)量和塑件的結(jié)構(gòu)，塑件的精度，塑料制品的大小，及材料來確定的，型腔數(shù)量越多，塑件的一致性精度越低，成型工藝越復(fù)雜，并且保養(yǎng)和維修越困難，故障發(fā)生率越高，本塑件主要從精度、產(chǎn)量和結(jié)構(gòu)考慮因此采用1模8腔，即一次注射成型8個塑件，為了減小模具大小塑件分兩排相互錯開排位。布局方案如圖5所示。

圖5 模具布局

3.4 內(nèi)滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計

外殼外側(cè)面4 個面為鏡面而內(nèi)側(cè)有4 個卡扣，故考慮設(shè)置4個內(nèi)滑塊脫出倒扣。整個滑塊機(jī)構(gòu)由滑塊本體、滑塊鑲件、導(dǎo)向塊、斜導(dǎo)柱、楔緊塊、滑塊壓塊、連接塊、限位塊，定位珠組成?；瑝K鑲件材料為S163，熱處理硬度為52～54HRC，其余部件材料為SKD11 熱處理硬度為59～61HRC，內(nèi)滑塊結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 內(nèi)滑塊結(jié)構(gòu)

外殼內(nèi)滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)計注意事項：

（1）在合模狀態(tài)下為了使滑塊與定位緊密貼合，確?？巯虏克芰喜粫叱鰞?nèi)側(cè)平面而形成倒勾而拉傷卡扣。

（2）考慮滑塊鑲件寬度只有4mm，為了保證滑塊鑲件不會斷裂厚度最少保證6mm。

（3）在注射時卡扣部分壁薄只有0.43mm 滑塊所承受射壓力較大，為防止滑塊被注射壓力撐開，而拉壞卡扣，斜導(dǎo)柱需要做反鏟與動模板對插。

3.5 動、定模型芯設(shè)計

（1）為了減少凸模偏心，塑件錯位和保護(hù)型腔內(nèi)較小的對插面不至于快速磨損。動、定模型芯會設(shè)計XY方向設(shè)計斜度定位凸臺，定位凸臺的角度不宜過大，理論上角度應(yīng)小于型腔內(nèi)對插面的角度，才能更好的起到保護(hù)的作用。故定位凸臺的角度取1°，如圖7所示。

圖7 動、定模鑲結(jié)構(gòu)

（2）因凸模經(jīng)常需要拆裝清理框槽盡量磨床加工減少磨損，又因側(cè)面裝拆鑲塊框槽磨損更小，故采取3塊動模鑲塊夾住凸模型芯再用螺絲固定的方式，這樣減少框槽磨損而使凸模型芯偏移使塑件壁厚偏心影響塑件質(zhì)量和尺寸，也利于模具排氣，塑膠流動模末端和困氣的地方需要拆鑲件。

（3）對碰和對插的地方盡量采用磨床加工工藝，能保證其精度，磨床加工的面比放電或慢走絲的面更耐磨。

（4）為了減少流道廢料和流道對模板腐蝕故設(shè)計流道板鑲塊和脫模板鑲塊。

（5）為了凸模設(shè)置水路和拆裝時鑲件不會掉出，故需要增加動模墊塊。

（6）為便于加工、模具排氣和清理在結(jié)構(gòu)應(yīng)許時盡量拆鑲件。如圖8所示。

圖8 動模鑲件

（7）動、定鑲塊和脫料板鑲塊、流道板鑲塊采用SKD11，熱處理為59～61HRC，因塑件是透明鏡面故凸模型芯采用S136熱處理為52～54HRC，S136具有良好的拋光性能。

3.6 冷卻系統(tǒng)設(shè)計

在注射成型模具中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計非常重要。這是因為成型塑件只有冷卻固化到一定剛性，脫模后才能避免塑料制品因受到外力而產(chǎn)生變形。

由于冷卻時間占整個成型周期約70%～80%，因此設(shè)計良好的冷卻系統(tǒng)可以大幅縮短成型時間，提高注塑生產(chǎn)率，改善塑件的變形和降低成本，因此模具需要充分冷卻。設(shè)計不當(dāng)?shù)睦鋮s系統(tǒng)會使成型時間拉長，增加生產(chǎn)成本；冷卻不均勻更會進(jìn)一步造成塑件的翹曲變形。

定鑲塊設(shè)計環(huán)繞塑件一圈的水路，如圖9所示，動鑲鑲塊設(shè)計一組水路，脫料板安排一組水路用來冷卻流道，定、動模板都設(shè)置水路冷卻，熱量集中的凸模型芯特別需要冷卻，又因凸模型芯受內(nèi)滑塊機(jī)構(gòu)限制不能設(shè)計一個水塔，故采用鈹銅隔水片，冷水通過導(dǎo)熱性良好的鈹銅帶走凸模型芯的熱量，如圖10所示。

圖9 定模部分水路

圖10 動模部分水路結(jié)構(gòu)

3.7 頂出系統(tǒng)

為了塑件順利頂出脫模，頂出位置盡量設(shè)置在包緊力較大的地方，但也需要考慮塑件頂出平衡。該塑件透明件底面不應(yīng)許有頂桿痕跡，故頂出機(jī)構(gòu)采用8 支扁頂桿頂在外殼的口部而且塑件圓角處需要設(shè)置頂桿。

3.8 模具結(jié)構(gòu)及其工作過程

經(jīng)過上面的滑塊機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)、動、定模型芯的分析可以確定模架的大小為富特巴MDC FA2740A60B85C80S OH280和模具結(jié)構(gòu)，該案例模具結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖11 模具結(jié)構(gòu)圖

模具開模工作過程為：

開模順序Ⅰ-Ⅰ：模具打開在彈簧作用力下，脫料板與定模板先分開距離120mm，切斷澆口。

開模順序Ⅱ-Ⅱ：模具繼續(xù)打開，在定距拉桿的作用力下，動模板與定模板分開即分型面打開，模具動、模部分打開距離為180mm。同時滑塊在斜導(dǎo)柱作用下脫開塑件的倒扣，在注塑機(jī)的頂棍的作用下，頂桿墊板和頂桿固定板板。帶動頂桿一起運動，扁頂桿頂出塑件一段距離的為28mm時確保塑件不掉出。

開模順序Ⅲ-Ⅲ：模具繼續(xù)打開，保證脫料板與分開，拉料銷松開，這時機(jī)械手吸走塑件和取走澆口凝料。

3.9 試模

試模時，塑件上?？赡艹霈F(xiàn)透光柱縮痕、卡扣拉傷、內(nèi)壁細(xì)花紋拉傷填充壓力過大等缺陷，為此必須進(jìn)行原因分析，排除故障。縮痕通過調(diào)整成型條件解決了，拉扣拉傷和內(nèi)壁細(xì)花紋拉傷需要把模具從注塑機(jī)上拆卸下來，拆開模查找原因，卡扣拉傷通過通過斜導(dǎo)柱加了0.2mm厚墊片，內(nèi)壁細(xì)花紋通過精鋼石在拉傷面輕輕過了幾遍。第二次試模時上述問題得到明顯改善，實際試模生產(chǎn)的外殼如圖12所示。

圖12 試模生產(chǎn)的外殼

4 結(jié)束語

通過實際生產(chǎn)驗證，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，脫模機(jī)構(gòu)可靠，動作平穩(wěn)，模具使用壽命長，塑件滑塊分型線漂亮，塑件變形也控制在0.19mm以內(nèi)，塑件沒出現(xiàn)燒焦，缺膠、縮水凹陷、由于塑件內(nèi)側(cè)面是細(xì)花紋而塑件最大脫模角度0.4°，大量生產(chǎn)時偶然輕微拉傷的缺陷，雖然能滿足生產(chǎn)需要，為了改善塑件不拉傷PC透明材料脫模角度在塑件不影響裝配功能盡量大。