多嵌件外框延時(shí)二次強(qiáng)制側(cè)抽芯注射模設(shè)計(jì)

薛選然，鄭茂鈴，劉錦文，薛鵬輝，楊欽耀

（比亞迪股份有限公司，廣東深圳518118）

1 塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工藝分析

1.1 塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由圖1所示的12個(gè)螺柱、33個(gè)電極、共計(jì)5種45個(gè)金屬零件與PPS+20%～35%GF的塑料通過注射成型成如圖2所示的半成品，然后切除33個(gè)電極的用于在模具中定位的輔助部分便成為如圖3所示的塑件——外框，其外形尺寸為225×137×32mm，呈長方形框體的內(nèi)部兩道橫梁及一邊框內(nèi)側(cè)共有3組6個(gè)懸臂式卡扣（Ⅰ處放大），長邊兩側(cè)有9組18個(gè)水平方向的懸臂式卡扣（去除主電極后Ⅱ處放大）。

圖2 注射成型后外框（半成品）

圖3 外框成品

1.2 塑件成型工藝分析

塑件材料PPS成型溫度280℃～330℃，分解溫度400℃，尺寸穩(wěn)定性好，玻纖增強(qiáng)后具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、耐磨性，結(jié)晶速率低，易起毛邊。塑件外觀質(zhì)量要求高，不能有刮痕、飛邊、收縮痕、裂紋、氣泡、疊層、雜質(zhì)、缺膠、燒焦等缺陷，且圖1主電極、單腳電極、雙腳電極的外露表面、在40倍顯微鏡下不許有影響綁線的可見壓痕。PPS+20%～35%GF的強(qiáng)度與硬度較高，通?？垩b配中只涉及一次性組裝，但該塑件所有卡扣均有數(shù)次拆裝要求，除了嵌件的定位安放外，內(nèi)側(cè)3組與外側(cè)9組卡扣便成為注射成型的關(guān)鍵。

圖1 外框嵌件

（1）內(nèi)部卡扣成型分析。如圖2中Ⅰ處放大所示，最大變形量0.8mm，懸臂長5mm，臂寬1.8mm，臂高1mm，與內(nèi)部橫梁及一邊框的內(nèi)側(cè)有3組6個(gè)懸臂式卡扣相配的零件要求該卡扣最小變形量為0.6mm，卡扣如圖2中Ⅰ處放大所示，內(nèi)部卡扣在與模具開模方向一致，不存在強(qiáng)制脫模致卡扣斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，只需滿足裝配拆裝不折斷的要求，由材料物理特性與經(jīng)驗(yàn)可以確定，最大允許變形量0.6mm的要求可以滿足。

（2）外側(cè)卡扣成型分析。如圖2中Ⅱ處放大所示，最大變形量0.6mm，卡扣懸臂長5.7mm，臂寬1.4mm，臂高1.2mm，與長邊兩側(cè)9組18個(gè)水平方向的懸臂式卡扣相配的零件要求此卡扣最小變形量為0.5mm，同樣由材料物理特性與經(jīng)驗(yàn)可以確定，最大允許變形量0.6mm的要求亦可以滿足。

2 模具結(jié)構(gòu)方案分析與工作過程

2.1 模具結(jié)構(gòu)方案分析

此嵌件注射如圖2中Ⅱ處放大所示長邊兩側(cè)9組18個(gè)水平方向的懸臂式卡扣的脫模為其難點(diǎn)，模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于主電極是按如圖4c所示折彎后注射還是如圖4a所示先注射后折彎成圖4b再折彎成圖4c兩種方案的選擇。

圖4 主電極折彎方案

2.1.1 主電極注射成型后折彎方案

注射成型前主電極為圖4a所示狀態(tài)，注射成型后如圖5所示主電極再折彎如圖4c所示狀態(tài)，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒有強(qiáng)制脫模導(dǎo)致卡扣注射斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，塑件僅滿足與其相配的零件最小變形量為0.5mm的要求即可；但注射成型后的主電極折彎工序需增加兩副沖模，使9個(gè)主電極由圖4a折彎為圖4c，即圖1中主電極1的狀態(tài)；而且外觀不佳，且在注射成型后主電極沖壓折彎工序存在折彎不到位，尤其是折彎工序壓傷外框塑件主體的機(jī)率增大，產(chǎn)生的碎渣殘留在外框上不易清理嚴(yán)重影響綁線，甚至引起價(jià)格不菲的零件報(bào)廢。

圖5 主電極未折彎注射方案外框

2.1.2 主電極折彎后注射成型方案

主電極直接成形如圖4c所示形狀后再注射成型，但由于卡扣處空間限制，模具無法采用順序抽芯機(jī)構(gòu)，卡扣只能采用強(qiáng)制脫模。若不采用強(qiáng)制脫模，與此卡扣最小變形量為0.5mm即可滿足與外框相配零件的要求，但選擇了強(qiáng)制脫模，如圖2中Ⅱ處放大所示，卡扣變形量首先要滿足順利脫模的要求，卡扣尺寸0.6mm必須要滿足從模具中脫出的要求，即卡扣最小變形量必須大于0.6mm方可從模具中順利脫出，而且由于圖4c主電極在此方案中模具中的安裝定位方式，增加了與抽芯零件干涉的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)橐话闱都谧⑸淠Ｖ星都砻媾c模具零件無相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但此方案?jìng)?cè)抽芯零件要滑過圖4a主電極表面，若圖4c主電極沖壓變形，模具抽芯零件可能會(huì)被擦傷甚至碰撞而損壞模具，因此，對(duì)圖4c主電極的沖壓件與模具的制造精度要求均會(huì)提高。但由于圖4a主電極不必增加折彎為圖4c的工序，減少了兩道工序，節(jié)省兩副模具，主電極與塑料結(jié)合牢固，生產(chǎn)成本降低。

2.2 模具結(jié)構(gòu)

經(jīng)上述分析，外框長邊外側(cè)卡扣的抽芯決定采用主電極折彎后注射成型的方案，外側(cè)卡扣采用強(qiáng)制脫模，由圖2中Ⅱ處放大可知先抽出7.2mm距離即可讓出卡扣向外變形的空間，模具設(shè)計(jì)第一次抽芯距離為10mm，第二次抽芯20mm，保證側(cè)抽芯距離安全可靠。為了嵌件的定位與放置可靠，模具必須安裝在立式注塑機(jī)上使用；由于影響此塑件注射成型周期最大的是嵌件的安放時(shí)間，為此制造兩套下模以提高生產(chǎn)率，采用型號(hào)為FCH-4555-A70-B110-C120的標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)易型小水口模架，模具結(jié)構(gòu)如圖6所示。

“孩子，我對(duì)不起你……”范堅(jiān)強(qiáng)失聲道，“本來，你是不應(yīng)該活著的，但你是我在這世上唯一的親人了，當(dāng)我看到你脖子上戴的玉佩時(shí)，我就知道，你是那個(gè)我找了二十多年的親人。所以，才把你關(guān)在石屋里。你不知道，我每天在石屋外面徘徊，心里有多難過。”范堅(jiān)強(qiáng)的話里帶著幾份凄涼。

圖6 模具結(jié)構(gòu)1.一次抽芯2.二次抽芯3.導(dǎo)軌4.限位銷5.球頭頂絲6.球窩座7.墊圈8.限位柱9.復(fù)位桿10、11.主電極定位銷12、15、58、60.耐磨塊13、62.二次抽芯延時(shí)滑塊14、59.一次抽芯滑塊16.二次抽芯延時(shí)滑塊鎖緊塊17、23.二次抽芯固定座18、26、46、47、53成型鑲件19.拉料銷20.定位環(huán)21、28.澆口套22.內(nèi)卡扣鑲件24.斜導(dǎo)柱25.止動(dòng)螺釘27.48.螺母定位針29.定模30.動(dòng)模31.阻尼銷32.阻尼銷用套33、45.隔熱板34.定模座板35.推板36、37、39、42、43.導(dǎo)套38.定模固定板40、41導(dǎo)柱44.動(dòng)模座板49.頂桿固定板50.頂桿墊板51.支撐柱52.錐面定位銷組件54.螺釘拉桿55.頂桿56.模腳 57.動(dòng)模固定板61.一次抽芯滑塊鎖緊塊63.水管接頭

2.3 模具工作過程

如圖6所示，經(jīng)過預(yù)熱的45個(gè)金屬嵌件放入模具后，立式注塑機(jī)上模板下降，斜導(dǎo)柱24推動(dòng)一次抽芯滑塊14、59及固定在其上的一次抽芯1；二次抽芯延時(shí)滑塊13、62及分別固定在其上的二次抽芯固定座17、23與二次抽芯2合模后，塑料熔體經(jīng)噴嘴、澆口套進(jìn)入模具型腔，完成注射、保壓、冷卻成型凝固之后開模。立式注塑機(jī)上模板帶動(dòng)模具定模座板上升，由于阻尼銷31的作用，套在止動(dòng)螺釘25與螺釘拉桿54上的彈簧使得推板35與定模固定板38分開，完成Ⅰ-Ⅰ第一次分型，接著澆口凝料被推板35從拉料銷19上脫下，完成Ⅱ-Ⅱ第二次分型；上模繼續(xù)上升，Ⅲ-Ⅲ第三次分型開始，阻尼銷用套32脫開阻尼銷31，同時(shí)由于二次抽芯延時(shí)滑塊13、62延時(shí)作用，斜導(dǎo)柱24帶動(dòng)一次抽芯滑塊14、59使如圖6中K處放大A-A剖視中的一次抽芯1向塑件外側(cè)移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)距離足夠讓開塑膠卡扣后，使得二次抽芯2強(qiáng)制脫?？塾辛俗冃蔚目臻g，當(dāng)斜導(dǎo)柱24完成一次抽芯繼續(xù)向外抽出，當(dāng)裝在二次抽芯延時(shí)滑塊13、62的球頭頂絲5滑入外移的一次抽芯滑塊14、59內(nèi)的球窩座6定位時(shí)，裝在二次抽芯延時(shí)滑塊13、62內(nèi)的限位銷4限制一次抽芯滑塊14、59向外移動(dòng)，第一次抽芯距離L1完成，如圖7a所示。之后斜導(dǎo)柱24帶動(dòng)二次抽芯延時(shí)滑塊13、62與一次抽芯滑塊14、59一起向外移動(dòng)，從而使得二次抽芯2從卡扣上強(qiáng)制脫開，距離為L2的第二次抽芯完成，如圖7b所示，對(duì)于一次抽芯1，移動(dòng)距離為L=L1+L2。最后注塑機(jī)頂桿推動(dòng)頂桿墊板50與頂桿固定板49、頂桿55頂出塑件，取出塑件和澆口凝料，復(fù)位桿在彈簧與重力的作用下后退，模具一個(gè)工作行程結(jié)束。

圖7 第一次抽芯與第二次抽芯距離

3 模具設(shè)計(jì)

3.1 側(cè)抽芯

圖8為脫出塑件外側(cè)9組18個(gè)卡扣的側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)，圖8a為抽芯前一次抽芯1與二次抽芯2狀態(tài)，圖8b為第一次抽芯L1距離后一次抽芯1與二次抽芯2的狀態(tài)，此時(shí)一次抽芯1完全脫開卡扣，為二次抽芯2強(qiáng)制脫開卡扣留出變形空間。為了防止一次抽芯1作首次抽芯時(shí)引起二次抽芯2的動(dòng)作導(dǎo)致卡扣其斷裂，圖6中二次抽芯延時(shí)滑塊13、62結(jié)構(gòu)作了延時(shí)設(shè)計(jì)。圖8a一次抽芯1前端凸出是為放置螺母的塑件清角，而凸出部分作圓角設(shè)計(jì)是為了一次抽芯1合模時(shí)不致撞壞圖4c主電極，主電極與一次抽芯1首先接觸端亦作倒角處理。

圖8 側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)

9個(gè)一次抽芯1由螺釘分別固定在一次抽芯滑塊14、59上，9個(gè)二次抽芯2分別由螺釘固定在二次抽芯固定座17、23上，二次抽芯固定座17、23由螺釘分別固定在二次抽芯延時(shí)滑塊13、62上，調(diào)整容易，便于維修。

3.2 嵌件定位

嵌件在模具中的定位安放問題也是模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，如圖9分別為圖1中主電極、單腳電極、雙腳電極、M2mm銅柱、M3mm銅柱在模具中的定位設(shè)計(jì)，圖9a主電極由動(dòng)模的2個(gè)螺母定位針1與1個(gè)螺母定位針2定位，圖9b為單腳電極由動(dòng)模鑲件3上的槽定位，圖9c為雙腳電極由動(dòng)模鑲件4上的槽定位，圖9d為M2mm銅柱由定模的螺母定位針5與動(dòng)模上的螺母定位針6定位，圖9e為M3mm銅柱由定模的螺母定位針7與動(dòng)模的螺母定位針8定位。其中主電極與單腳電極、雙腳電極亦由模具鑲件的放置面定位，在合模時(shí)由定模的分模面壓緊，確保不因高速融膠沖擊移位。

圖9 嵌件定位

3.3 澆注系統(tǒng)

外框塑料主體容積為100cm3，澆注系統(tǒng)容積51cm3，外框如圖10所示上平面的陰影部分不允許設(shè)置進(jìn)膠點(diǎn)，由于嵌件較多，給澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來難度，經(jīng)過反復(fù)分析權(quán)衡，最終選擇在如圖10所示G處以點(diǎn)澆口6處進(jìn)膠，澆口直徑φ2mm，澆注系統(tǒng)如圖11所示。

圖10 進(jìn)膠點(diǎn)及避開位置

圖11 澆注系統(tǒng)

3.4 模溫控制系統(tǒng)[1]

由于PPS材料結(jié)晶度差，需要高模溫方能達(dá)到理想結(jié)晶度，采用熱油使模具溫度保持在150℃左右。模具上模部分如圖12a所示，設(shè)有推板油路1、定模固定板油路2、定模油路3；下模部分如圖12b所示，設(shè)有動(dòng)模油路4及動(dòng)模固定板油路5，有效保證了模具的成型溫度與塑件表面質(zhì)量；圖6所示隔熱板33、45是為避免熱量傳遞給注塑機(jī)造成熱損。

圖12 模具油路

3.5 頂出系統(tǒng)

因塑件嵌件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，頂針布置不易平衡，采用了φ2～φ7mm共29個(gè)頂針，最大限度地實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)頂出。

3.6 定模動(dòng)模及鑲件

塑件尺寸公差尤其是中心距要求較高，為了應(yīng)對(duì)可能的中心距調(diào)整及嵌件定位部分的加工，定模與動(dòng)模均以鑲件設(shè)計(jì)，圖13所示為定模及其鑲件，圖14所示為動(dòng)模及其鑲件。

圖13 定模及其鑲件

圖14 動(dòng)模及其鑲件

3.7 排氣系統(tǒng)

除了通過如圖13與圖14的大量鑲件排氣外，定模與動(dòng)模的分模面及四周都設(shè)計(jì)了深度0.1mm寬度為6mm的排氣槽（圖中未畫出），有效避免了氣體受壓體積縮小后產(chǎn)生高溫，導(dǎo)致塑件局部炭化或燒焦以及氣泡、熔接痕、表面不清、充填缺料等缺陷。

3.8 導(dǎo)向與定位

模具模架由圖6所示導(dǎo)柱40、導(dǎo)套36、37、39導(dǎo)向，頂桿固定板49與頂桿墊板50由導(dǎo)柱41、導(dǎo)套42、43導(dǎo)向，所有導(dǎo)套為自潤滑銅合金導(dǎo)套。除了動(dòng)模定模利用其延伸的分模面結(jié)構(gòu)自身定位外，還設(shè)置了如圖6的錐面定位銷組件52精密定位。

3.9 模具材料

定模與動(dòng)模材料采用抗蝕耐磨拋光性好的S136熱處理理硬度52HRC，鑲件用SKD11，對(duì)定模易磨損部位以小澆口套鑲件設(shè)計(jì)，以便更換。

3.10 收縮率

PPS+20%～35%GF塑料密度1.6～1.67g/cm3，成型收縮率流動(dòng)方向0.3%～0.4%，垂直流動(dòng)方向0.6%～0.7%，開模收縮率一般取0.1%～0.5%，由于塑件的框形結(jié)構(gòu)及較多的金屬嵌件，類比相似塑件的模塑經(jīng)驗(yàn)，對(duì)外框模型長寬方向收縮率均取0.2%，高度方向尺寸較小不考慮收縮率，注射成型后的塑件所有尺寸的檢測(cè)證明此收縮率的選取值非常正確。

4 注射成型工藝參數(shù)[2]

模具安裝在雙滑板160t立式注塑機(jī)上使用，注射工藝參數(shù)為：料筒溫度后段310℃；中段312℃；前段320℃；噴嘴溫度315℃；模具溫度150℃；注射壓力110～115MPa。

5 結(jié)束語

主電極第一道沖壓方案由圖4a形狀設(shè)計(jì)為圖4c形狀，不經(jīng)過由圖4b壓彎為圖4c的工序，避免了壓傷外框塑件主體甚至損壞模具的風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了兩副模具，減少了兩道工序，不僅降低了成本，而且提高了塑件質(zhì)量。

該模具側(cè)向抽芯采用延時(shí)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)二次抽芯強(qiáng)制脫模，動(dòng)作平穩(wěn)可靠，頂出平穩(wěn)順暢，一次試模成功，塑件精度、表面質(zhì)量經(jīng)測(cè)試符合要求，尤其是建立在對(duì)類似結(jié)構(gòu)塑件材料收縮率豐富經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的估算和處理，避免了尺寸超差的反復(fù)修模，使得塑件中心距的公差控制在±0.03mm之內(nèi)。而經(jīng)一年量產(chǎn)驗(yàn)證，嵌件定位可靠，模具動(dòng)作穩(wěn)定，塑件質(zhì)量良好，卡扣超過10次以上拆裝而不斷裂。

該模具的成功為多嵌件注射模尤其是模具零件與嵌件有運(yùn)動(dòng)關(guān)系的模具、強(qiáng)制側(cè)抽芯模具設(shè)計(jì)與類似材料塑件卡扣的設(shè)計(jì)提供了良好的借鑒。