滾焊機(jī)潤(rùn)滑油箱蓋熱流道注塑模設(shè)計(jì)

何暉

(景德鎮(zhèn)學(xué)院機(jī)械電子工程學(xué)院，江西景德鎮(zhèn) 333032)

為提高生產(chǎn)效率，滾焊機(jī)潤(rùn)滑組件中的某些零件常用“以塑代鋼”的方法制成，該類塑件多采用玻纖增強(qiáng)尼龍66 塑料成型，使用熱流道澆注[1-3]。實(shí)際生產(chǎn)中，為降低模具制造成本和加工難度，模具結(jié)構(gòu)一般使用兩板模，在兩板模結(jié)構(gòu)設(shè)定的前提下，塑件復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征的脫模及脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難題之一，需要進(jìn)行更多的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)塑件的自動(dòng)化注射成型[4-6]。鑒于此，筆者結(jié)合某滾焊機(jī)潤(rùn)滑油箱蓋的成型要求，設(shè)計(jì)了一副帶3 個(gè)脫模機(jī)構(gòu)的兩板熱流道模具，順利實(shí)現(xiàn)了塑件的自動(dòng)注塑生產(chǎn)。

1 潤(rùn)滑油箱蓋塑件

1.1 塑件結(jié)構(gòu)

滾焊機(jī)潤(rùn)滑油箱蓋塑件結(jié)構(gòu)如圖1 所示，該箱蓋外形尺寸為194 mm×105 mm×67 mm。其結(jié)構(gòu)主要由5 部分構(gòu)成，分別為盒蓋、斜管、左支架、右支架和插孔槽。盒蓋用于罩住傳動(dòng)機(jī)構(gòu)金屬零件，斜管用于過濾潤(rùn)滑油，左支架、右支架用于塑件在潤(rùn)滑油箱箱體上的安裝以及與其它設(shè)備零件的連接。插孔槽內(nèi)設(shè)置有2 個(gè)插孔，用于兩個(gè)管接頭的接插。塑件平均壁厚2.8 mm。

圖1 潤(rùn)滑油箱蓋塑件結(jié)構(gòu)

1.2 材料選用

潤(rùn)滑油箱蓋塑件的工作環(huán)境相對(duì)較為惡劣，需要使用綜合力學(xué)性能好、強(qiáng)度較高的材料，美國(guó)杜邦公司生產(chǎn)的牌號(hào)為54G35HSL 的35%玻纖增強(qiáng)尼龍66 (縮水率0.5%～0.8%)可滿足潤(rùn)滑油箱蓋的使用要求，但其最大的缺點(diǎn)則是吸濕性大，影響尺寸穩(wěn)定性，為此需改進(jìn)加工工藝：(1)注塑前將35%玻纖增強(qiáng)尼龍66 顆粒在80℃溫度下烘干4 h，以確保水含量在0.25%以下；(2)成型后塑件采用蒸氣法逐漸冷卻，以降低成型后的收縮并減小內(nèi)應(yīng)力；(3)熱流道采用閉環(huán)溫度控制。

2 模腔設(shè)計(jì)

塑件采用如圖2 所示分型方案進(jìn)行成型模腔設(shè)計(jì)。鑒于塑件尺寸較大且各向收縮不一致，塑件收縮率設(shè)置時(shí)采用差異化設(shè)置，即長(zhǎng)度、寬度方向的縮水率為0.46%，高度方向?yàn)?.50%。模腔分型設(shè)置使用主分型面P0將模腔成型一分為二，P0面以上為型腔成型件，P0面以下為型芯成型件，模腔打開時(shí)，按P0面所在開模平面打開，打開方向?yàn)镕0。在模腔開模后，塑件留于型芯成型件上，此后，若欲將塑件從型芯成型件上頂出而實(shí)現(xiàn)完全脫模，必須先完成I 區(qū)、II 區(qū)、III 區(qū)3 個(gè)局部區(qū)域的側(cè)抽芯脫模，3 個(gè)區(qū)域的脫模方向與開模方向F0不同，因而，須從型芯成型件上進(jìn)行二次分型，分型出二次局部成型件后，再按不同方向?qū)嵤﹤?cè)抽芯脫模。各二次分型成型件設(shè)置分別如下：如圖2a 所示，針對(duì)左支架所在的I 區(qū)，設(shè)置1 個(gè)按F1向抽芯的局部成型件。如圖2b 所示，針對(duì)插槽孔和斜管所在的II 區(qū)，因插槽孔和斜管位于盒蓋主體的兩側(cè)，需進(jìn)行二次局部分型出成型件后再按不同方向進(jìn)行抽芯脫模，其設(shè)置如下：首先，結(jié)合斜管上凸臺(tái)的特征，使用P1分型面將II 區(qū)局部成型件一分為二，P1面以下斜管外壁成型件B1成型塊及斜管內(nèi)壁成型件按F6向抽芯脫模；P1面以上的斜管外壁成型件須再次以P2分型面進(jìn)行分型，分型出分別按F4向和F5向抽芯的兩個(gè)成型件B3成型塊和B2成型塊；按F5向抽芯的B2成型塊由于卡箍特征和插槽孔特征的脫模方向一致，因而可以使用同一成型件進(jìn)行成型和抽芯脫模，但按F4向抽芯的B3成型塊由于盒蓋頂端外沿特征的存在，按F4向抽芯時(shí)，將損壞盒蓋頂端外沿，因而須使用P3分型面再次進(jìn)行局部分型，P3面以上局部成型件B4成型塊按F3向抽芯，以下局部成型件(剩余的B3成型塊)則還是按F4向抽芯；B4成型塊抽芯前須將B3成型塊先行抽出。針對(duì)右支架所在的III 區(qū)，先設(shè)置1 個(gè)按F2向抽芯的局部成型件，在此基礎(chǔ)上，鑒于右支架底端兩側(cè)各存在4 個(gè)倒勾的緣故，需要再次設(shè)置2 個(gè)局部成型件分別按F7向和F8向抽芯。

圖2 模腔分型

3 模具結(jié)構(gòu)與工作過程

3.1 模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)如圖3 所示，模具采用1 模1 腔布局，模具結(jié)構(gòu)為單次開模兩板熱流道模具。

圖3 模具結(jié)構(gòu)

如圖3 所示，在定模部分中，型腔中心鑲件56和尾端排氣鑲件36 單獨(dú)加工成型后鑲嵌安裝在型腔成型件57 內(nèi)，然后再組裝到定模板39 內(nèi)。尾端排氣鑲件36 用于料流在模腔充填末端的排氣。冷澆口G1及冷流道都開設(shè)在型腔成型件57 上，熱澆口G2為熱嘴16 的澆口。熱流道組件主要零件包括定位環(huán)13、澆口套14、分流板15、熱嘴16，組合后安裝在定模內(nèi)。定模部分開設(shè)有4 條水路，其中2 條用于型腔成型件57 的冷卻；1 條用于型腔中心鑲件56 的冷卻，1 條用于分流板15 的調(diào)溫控制。模腔的排氣設(shè)置在型腔成型件一側(cè)，排氣槽深度0.015 mm，引氣槽深度0.5 mm。

在動(dòng)模部分中設(shè)置了5 個(gè)抽芯脫模機(jī)構(gòu)，分別為簡(jiǎn)單滑塊機(jī)構(gòu)SA、滑塊驅(qū)動(dòng)斜頂復(fù)合機(jī)構(gòu)SB、彎銷驅(qū)動(dòng)斜滑塊復(fù)合機(jī)構(gòu)SC、斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)斜滑塊二次抽芯機(jī)構(gòu)SD和油缸斜抽芯機(jī)構(gòu)SE。如圖2 和圖3所示，機(jī)構(gòu)SA針對(duì)I 區(qū)左支架按F1向抽芯而設(shè)置，其主要零件包括零件17 和18；機(jī)構(gòu)SB針對(duì)III 區(qū)右支架按F2向抽芯而設(shè)置，其主要零件包括零件3和4 以及零件29～35；機(jī)構(gòu)SC針對(duì)II 區(qū)B2成型塊按F5向抽芯而設(shè)置，其主要零件包括零件59～63；機(jī)構(gòu)SD針對(duì)II 區(qū)B3成型塊按F4向、B4成型塊按F3向兩次抽芯而設(shè)置，其主要零件包括零件49～55；機(jī)構(gòu)SE針對(duì)斜管外壁成型件B1成型塊及斜管內(nèi)壁成型件按F6向抽芯而設(shè)置，其主要零件包括零件45 和零件67～71。動(dòng)模的冷卻水路共設(shè)置5 條，型芯成型件66 上設(shè)置2 條，SB滑塊32、SC斜滑塊59 和SD動(dòng)力滑塊50 上各設(shè)置一條。定模、動(dòng)模中水路管道直徑都設(shè)置為10 mm。

模腔的組成成型零件包括SA滑塊18，SB滑塊32，SD斜滑塊52，SD直滑塊54，SC斜滑塊59，以及尾端排氣鑲件36、型腔中心鑲件56、型腔成型件57、型芯成型件66、斜管外壁下鑲件67、斜管內(nèi)壁鑲件68、左斜頂3、右斜頂29 和側(cè)型針34，成型件材料都使用模具鋼1.2343，熱處理硬度HRC59～63。

3.2 熱流道澆注系統(tǒng)

熱流道澆注系統(tǒng)如圖4 所示。針對(duì)分流板15設(shè)置了2 條加熱線和1 條冷卻水路，通過熱電偶感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，熱嘴16 和澆口套14 各自單獨(dú)使用一條加熱線進(jìn)行加熱，以便于熱流道系統(tǒng)加溫控制。

圖4 熱流道澆注系統(tǒng)

在分流板15 的流道中，因使用35%玻纖增強(qiáng)尼龍66 材料，流道表面的摩擦力增大，故流道表面粗糙度應(yīng)設(shè)置在0.8 μm 以上。在熱流道澆注系統(tǒng)中，熱膨脹將嚴(yán)重影響其密封性及零件的使用壽命，分流板15 在F1向、熱嘴16 在F0向上的變形是熱膨脹影響的關(guān)鍵。在定模板39 上須設(shè)置定位導(dǎo)向銷與分流板15 上的導(dǎo)向槽進(jìn)行配合，在F1向上為自由狀態(tài)，在其它方向則為限位狀態(tài)。因而，在室溫狀態(tài)下進(jìn)行零件加工時(shí)，分流板15 中F1向尺寸V的誤差為±0.02 mm，F(xiàn)2向尺寸H的誤差為±0.05 mm。

3.3 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

在5 個(gè)抽芯脫模機(jī)構(gòu)中，機(jī)構(gòu)SA按照通用簡(jiǎn)單滑塊斜導(dǎo)柱滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而機(jī)構(gòu)SB、機(jī)構(gòu)SC、機(jī)構(gòu)SD和機(jī)構(gòu)SE則須進(jìn)行有針對(duì)性的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[7-9]。

(1)機(jī)構(gòu)SA。

機(jī)構(gòu)SA為一種簡(jiǎn)單型斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)，抽芯時(shí)，由SA斜導(dǎo)柱17 直接驅(qū)動(dòng)SA滑塊18 完成F1向側(cè)抽芯。

(2)機(jī)構(gòu)SB。

機(jī)構(gòu)SB如圖5 所示，SB滑塊32 本身具有側(cè)面成型和抽芯功能[10-12]，同時(shí)其下端增設(shè)了左斜頂3和右斜頂29 兩功能斜頂，能分別按F8，F(xiàn)7向?qū)嵤┒纬樾久撃?。左斜? 和右斜頂29 必須使用斜頂限位銷73 進(jìn)行位置限制，否則，會(huì)被斜頂彈簧4 和31 頂出而脫落。斜頂彈簧4 和31 須選擇藍(lán)色輕載彈簧，在保證斜頂可靠頂出的同時(shí)，不至于頂出沖擊力過大而損壞斜頂。SB滑塊32 使用限位彈夾30和滑塊夾銷72 進(jìn)行定位，側(cè)型針34 采用單獨(dú)鑲件形式，便于SB滑塊32 加工。兩個(gè)斜頂(零件3 和29)的頂出斜角均取10°，以確保足夠的抽芯距離。

圖5 機(jī)構(gòu)SB

(3)機(jī)構(gòu)SC。

機(jī)構(gòu)SC如圖6 所示，SC斜滑塊59 須設(shè)計(jì)兩個(gè)滑動(dòng)導(dǎo)向?qū)к塂1和D2，以確保其按F5向抽芯。導(dǎo)軌D1與D2之間的夾角為94.3°，以確保兩者之間能產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，SC斜滑塊59 的抽芯方向(F5向)與開模方向(F0向)的夾角取94.3°。

圖6 機(jī)構(gòu)SC

(4)機(jī)構(gòu)SD。

機(jī)構(gòu)SD如圖7 所示，該機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)SC類似，所不同的是SD動(dòng)力滑塊50 使用斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)，且結(jié)構(gòu)上增加一次延遲抽芯，延遲抽芯零件為SD直滑塊54。機(jī)構(gòu)SD抽芯時(shí)，分兩步進(jìn)行：第1 步，SD動(dòng)力滑塊50 先按F3向移動(dòng)，與之組合在一起的導(dǎo)軌鑲件53 拉動(dòng)SD斜滑塊52 在F4向的反向上完成一定距離的抽芯，與此同時(shí)，推頂彈簧74 將按F3向的反方向頂住SD直滑塊54，使其與塑件先不分離；第2 步，待SD斜滑塊52 完成斜抽芯后，SD動(dòng)力滑塊50 通過定距桿75 拉動(dòng)SD直滑塊54 一起再完成F3向一定距離的側(cè)抽芯。SD斜滑塊52 的另外一個(gè)功能是其上附加設(shè)置的油缸鎖緊塊51 用于閉模狀態(tài)時(shí)對(duì)斜管外壁下鑲件67 進(jìn)行鎖緊，防止其松退。

圖7 機(jī)構(gòu)SD

(5)機(jī)構(gòu)SE。

機(jī)構(gòu)SE如圖8 所示，在該機(jī)構(gòu)中，必須做好兩個(gè)定位[13-14]，一是斜管內(nèi)壁鑲件68 頂端須設(shè)置定位錐槽，與型腔中心鑲件56 下端對(duì)應(yīng)的凸臺(tái)配合，防止注塑時(shí)斜管內(nèi)壁鑲件68 頂端產(chǎn)生位移；二是必須使用油缸鎖緊塊51 進(jìn)行附加鎖緊定位，防止注塑時(shí)因SE油缸45 鎖緊力不夠而導(dǎo)致斜管外壁下鑲件67、斜管內(nèi)壁鑲件68 產(chǎn)生松退。

圖8 機(jī)構(gòu)SE

3.4 模具工作過程

如圖3 所示，模具工作過程如下：

(1)注塑。注塑機(jī)螺桿啟動(dòng)，通過熱流道系統(tǒng)將熔融塑料注入模腔中，經(jīng)保壓、冷卻等過程后，等待開模。

(2)開模。注塑機(jī)動(dòng)模板后退，拉動(dòng)模具動(dòng)模后退，從而驅(qū)動(dòng)模具動(dòng)模按F0向后退，模具在P開面處打開，SA斜導(dǎo)柱17，SB斜導(dǎo)柱35，SD斜導(dǎo)柱55 和彎銷60 分別驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的滑塊SA滑塊18、SB滑塊32，SD動(dòng)力滑塊50 和SC直滑塊61 完成側(cè)抽芯動(dòng)作。

(3)機(jī)構(gòu)SE斜抽芯。模具打開一定距離后，SE油缸45 動(dòng)作，拉動(dòng)斜管滑塊71、斜管外壁下鑲件67、斜管內(nèi)壁鑲件68 完成斜抽芯。

(4)頂出。隨著模具動(dòng)模的繼續(xù)后退，推板42上的頂針23、拉料桿24 等將塑件及廢料頂住，塑件從型芯成型件66 上逐步分離，直至脫落。

(5)復(fù)位。復(fù)位過程與開模過程相反。

4 結(jié)語

針對(duì)滾焊機(jī)潤(rùn)滑油箱蓋塑件使用35%玻纖增強(qiáng)尼龍66 進(jìn)行注射成型的要求，對(duì)模具結(jié)構(gòu)、材料選用等進(jìn)行了設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

(1)針對(duì)35%玻纖增強(qiáng)尼龍66 材料流動(dòng)摩擦力大的問題，分流板、模腔成型件材料須選用高耐磨模具鋼1.2343。

(2)熱流道表面粗糙度應(yīng)設(shè)置在0.8 μm 以上。

(3)在滑塊斜頂復(fù)合機(jī)構(gòu)中，斜頂必須使用斜頂限位銷進(jìn)行位置限制，頂出斜角取10°。

(4)在彎銷斜滑塊復(fù)合機(jī)構(gòu)、斜導(dǎo)柱斜滑塊二次抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌之間的傾斜角須大于90°，以防驅(qū)動(dòng)夾死。