發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣蓋熱流道注塑模設(shè)計(jì)

樊薇，王春艷

(江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南昌 330013)

在發(fā)動(dòng)機(jī)塑料零配件中，一些大型塑件一般都使用熱流道注塑模具進(jìn)行生產(chǎn)[1-2]，此類大型塑件的模具結(jié)構(gòu)多使用兩板熱流道結(jié)構(gòu)，以降低模具成本；模具模腔的澆注常使用兩種澆注系統(tǒng)形式，一種是單點(diǎn)或多點(diǎn)熱嘴直接澆注形式，另一種是熱嘴+冷流道延伸澆注方式(熱嘴可以是單點(diǎn)或多點(diǎn))[3-5]。常用熱嘴有兩種形式：開放式熱嘴和針閥式熱嘴。設(shè)計(jì)該類塑件的脫模機(jī)構(gòu)時(shí)，針對(duì)淺側(cè)孔或淺側(cè)凹特征多使用斜導(dǎo)柱滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行脫模，而對(duì)于深側(cè)孔或深側(cè)凹特征，多使用油缸驅(qū)動(dòng)的滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行脫模，在保證脫?？煽啃缘耐瑫r(shí)，也能有效簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。筆者結(jié)合某發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣蓋塑件的注射成型，設(shè)計(jì)了一副兩板、單腔、兩點(diǎn)熱嘴、順序注塑熱流道模具，其結(jié)構(gòu)布局合理，機(jī)構(gòu)選用恰當(dāng)，可為同類塑件的模具設(shè)計(jì)提供有益參考。

1 進(jìn)氣蓋塑件

進(jìn)氣蓋塑件結(jié)構(gòu)如圖1 所示，塑件平均壁厚2.7 mm，塑件外形尺寸為450 mm×385 mm×148 mm，其構(gòu)成可以劃分為4 部分：排氣斜孔、側(cè)面端蓋、底直管和歧管端座。排氣斜孔部分由4 個(gè)形狀類似的矩形截面斜孔構(gòu)成，斜孔分別為斜孔A、斜孔B、斜孔C 和斜孔D，4 個(gè)斜孔的底端設(shè)置5 個(gè)同軸橫孔，分別為軸孔E、軸孔F、軸孔G、軸孔H 和軸孔K，排氣斜孔通過加強(qiáng)筋與側(cè)面端蓋的1 個(gè)側(cè)邊連接在一起。側(cè)面端蓋的1 個(gè)側(cè)邊設(shè)置有1 個(gè)加強(qiáng)筋支架，1 個(gè)大孔徑歧管孔，2 個(gè)銷孔和1 個(gè)螺柱。底直管為圓柱形底直管，其管中心線與歧管孔中心線垂直，管外壁設(shè)置兩層圓環(huán)加強(qiáng)筋。歧管端座設(shè)置在側(cè)面端蓋部分的前端，其管端口側(cè)面結(jié)構(gòu)為矩形法蘭結(jié)構(gòu)，設(shè)置有多個(gè)螺桿過孔及減薄結(jié)構(gòu)槽，端座一側(cè)的外壁上設(shè)置有多種直徑的螺柱，另一側(cè)設(shè)置有1 個(gè)耳孔座。塑件選用30%玻纖增強(qiáng)尼龍6。

圖1 進(jìn)氣蓋塑件

2 模腔分型、布局及澆注系統(tǒng)

2.1 模腔分型及布局

限于注塑機(jī)的注塑能力及脫模機(jī)構(gòu)布置的空間要求，大型塑件模具模腔布局一般使用一模一腔布局，模具結(jié)構(gòu)也優(yōu)先使用兩板模結(jié)構(gòu)，以降低模具制造難度和成本[6-8]。進(jìn)氣蓋塑件的模具結(jié)構(gòu)采用兩板模結(jié)構(gòu)，一模一腔布局，模腔分型如圖2 所示，分型面PL的分型線使用塑件的最大外沿輪廓線。

圖2 模腔分型

2.2 澆注系統(tǒng)

為盡可能縮短熔料流動(dòng)長(zhǎng)度，塑件模腔使用熱流道+冷流道復(fù)合澆注系統(tǒng)進(jìn)行澆注[9-12]，如圖3所示。復(fù)合澆注系統(tǒng)由2 個(gè)熱嘴(H1和H2)和4 個(gè)冷澆口(G1～G4)構(gòu)成，1 個(gè)熱嘴給2 個(gè)冷澆口供料，熱嘴H1對(duì)應(yīng)的冷澆口為冷澆口G1和G2，熱嘴H2對(duì)應(yīng)的冷澆口為冷澆口G3和G4；設(shè)置4 個(gè)冷澆口的作用是保證4 個(gè)斜孔都獲得充分充填，4 個(gè)冷澆口都采用矩形截面?zhèn)葷部冢瑢?duì)應(yīng)的充填區(qū)域分別為：冷澆口G1為A1區(qū)域，冷澆口G2為A2區(qū)域，冷澆口G3為A3區(qū)域，冷澆口G4為A4區(qū)域；各澆注區(qū)域占塑件總體積的百分比分別為：A1區(qū)域40%，A2區(qū)域18%，A3區(qū)域17%，A4區(qū)域25%；A2的體積和A3相當(dāng)，A1的體積與A4區(qū)差別較大，對(duì)模腔的平衡充填有一定影響。

圖3 澆注系統(tǒng)

在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，首先需要針對(duì)4 個(gè)冷澆口進(jìn)行平衡及冷流道選用設(shè)計(jì)，其次是確定熱嘴結(jié)構(gòu)形式及熱澆口直徑，最后是熱流道電加熱功率計(jì)算及選用[13-16]。經(jīng)計(jì)算，4 個(gè)冷澆口的長(zhǎng)度和深度均分別為2 mm 和1.35 mm，寬度分別為8.72，5.92，5.79，7.49 mm，4 個(gè)冷澆口對(duì)應(yīng)的冷流道直徑均為8 mm，熱嘴H1、熱嘴H2的澆口直徑均為7 mm，長(zhǎng)度均為6 mm，熱流道系統(tǒng)的加熱功率為5.4 kW。

3 脫模機(jī)構(gòu)

結(jié)合圖2 所示分型，塑件的脫模需要設(shè)置多個(gè)成型鑲件及相應(yīng)的抽芯機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)塑件的自動(dòng)脫模，設(shè)計(jì)的成型鑲件如圖4a 所示，包括：(1)用于成型4 個(gè)斜孔的鑲件I1～I(xiàn)4；(2)用于成型側(cè)柱孔、斜凹的鑲件I5和I6；(3)用于成型歧管孔的鑲件I11；(4)用于成型歧管端座外壁兩側(cè)的鑲件I8，I9和I12；(5)用于成型5 個(gè)軸孔(軸孔E、軸孔F、軸孔G、軸孔H 及軸孔K)的鑲件I7和I10；設(shè)計(jì)的相應(yīng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖4b 所示，各驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如下。

(1)機(jī)構(gòu)M1。

機(jī)構(gòu)M1為定模斜孔油缸先抽芯機(jī)構(gòu)。如圖1和圖4b 所示，針對(duì)塑件上4 個(gè)斜孔(斜孔A、斜孔B、斜孔C 和斜孔D)內(nèi)壁的脫模，4 個(gè)斜孔的內(nèi)壁都須單獨(dú)設(shè)置1 個(gè)成型鑲件，塑件整體脫模前，4 個(gè)斜孔的內(nèi)壁成型鑲件須通過機(jī)構(gòu)M1先抽芯，4 個(gè)斜孔鑲件的斜抽芯距離都為80 mm。4 個(gè)斜孔的內(nèi)壁成型鑲件用1 個(gè)油缸驅(qū)動(dòng)的中間驅(qū)動(dòng)滑塊帶動(dòng)，從而使油缸能在其軸心線方向與4 個(gè)斜孔的內(nèi)壁成型鑲件的抽芯方向成一定夾角的情況下，換向驅(qū)動(dòng)4 個(gè)斜孔的內(nèi)壁成型鑲件抽芯，以避免油缸按4 個(gè)斜孔的內(nèi)壁成型鑲件的抽芯方向抽芯時(shí)，需要更高的模具高度尺寸。

圖4 成型鑲件及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

(2)側(cè)柱孔/斜凹復(fù)合抽芯機(jī)構(gòu)M2。

機(jī)構(gòu)M2為側(cè)柱孔/斜凹復(fù)合抽芯機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖5 所示，主要針對(duì)K向圖中狹小區(qū)域內(nèi)兩處斜凹和1 個(gè)側(cè)柱孔的抽芯脫模而設(shè)計(jì)。機(jī)構(gòu)的工作原理為：油缸驅(qū)動(dòng)側(cè)柱孔滑塊按F1向?qū)嵤﹤?cè)抽芯，完成側(cè)柱孔特征的抽芯脫模，同時(shí)，側(cè)柱孔滑塊將通過2 個(gè)T 型槽驅(qū)動(dòng)2 個(gè)斜凹滑塊同步進(jìn)行F2向移動(dòng)和F3向抽芯，從而實(shí)現(xiàn)2 個(gè)斜凹特征的脫模。斜凹滑塊在F3向的抽芯距離為42.5 mm，側(cè)柱孔滑塊在F1向移動(dòng)距離為85.6 mm。該機(jī)構(gòu)的好處是：如果使用油缸驅(qū)動(dòng)斜凹滑塊按F3向抽芯，就需要更高的模具高度來安裝油缸，若改為油缸驅(qū)動(dòng)側(cè)柱孔滑塊按F1向抽芯，以側(cè)柱孔滑塊帶動(dòng)斜凹滑塊，此時(shí)油缸對(duì)模具的高度沒有額外要求。

圖5 側(cè)柱孔/斜凹復(fù)合抽芯機(jī)構(gòu)M2

(3)機(jī)構(gòu)M3～M6。

機(jī)構(gòu)M3～機(jī)構(gòu)M6分別為歧管外壁左鑲件滑塊機(jī)構(gòu)、歧管孔鑲件滑塊機(jī)構(gòu)、直管外壁局部鑲件滑塊機(jī)構(gòu)和歧管外壁右鑲件滑塊機(jī)構(gòu)。如圖4 所示，歧管端座需要使用歧管外壁左鑲件I12、歧管外壁右鑲件I8、耳孔座鑲件I9、歧管孔鑲件I11及直管外壁局部鑲件進(jìn)行成型和抽芯脫模。歧管外壁左鑲件I12使用機(jī)構(gòu)M3進(jìn)行抽芯，抽芯距離為75 mm。歧管孔鑲件I11使用機(jī)構(gòu)M4進(jìn)行抽芯，抽芯距離為188 mm。歧管外壁上的耳孔座及直管底端局部特征需要使用耳孔座鑲件I9和直管外壁局部鑲件進(jìn)行成型和抽芯脫模，使用機(jī)構(gòu)M5進(jìn)行抽芯，抽芯距離為98.5 mm。歧管外壁右鑲件I8使用機(jī)構(gòu)M6進(jìn)行抽芯，抽芯距離為76.3 mm。機(jī)構(gòu)M3～M6的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力都為油缸。

(4)機(jī)構(gòu)M7/M8。

機(jī)構(gòu)M7/M8為前/后軸孔鑲件滑塊機(jī)構(gòu)。如圖4 所示，塑件底端的5 個(gè)軸孔(軸孔E，軸孔F；軸孔G；軸孔H 及軸孔K)都是貫穿型直通孔，為縮短抽芯距離，使用2 個(gè)長(zhǎng)軸成型鑲件對(duì)該5 個(gè)軸孔進(jìn)行成型和抽芯脫模。前軸孔鑲件成型軸孔H 和軸孔K，使用機(jī)構(gòu)M7進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，抽芯距離為192 mm；后軸孔鑲件成型軸孔E、軸孔F 和軸孔G，使用機(jī)構(gòu)M8進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，抽芯距離為218 mm。機(jī)構(gòu)M7/M8的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力也都為油缸。

4 模具結(jié)構(gòu)及工作過程

4.1 模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)如圖6 所示，模腔的主要成型件由型腔鑲件4 和型芯鑲件7 構(gòu)成。型腔鑲件4 使用合金鋼NAK55，型芯鑲件7 使用H13。為保證模腔閉合的準(zhǔn)確性，定模板3 和動(dòng)模板8 閉合時(shí)使用4 個(gè)圓柱精定位組件5 進(jìn)行定位。型腔鑲件4 在定模板3 模框槽中的定位、型芯鑲件7 在動(dòng)模板8 ?？虿壑械亩ㄎ痪褂? 個(gè)直壁側(cè)面作為定位基準(zhǔn)，剩余側(cè)面分別使用上斜度鎖緊塊13、下斜度鎖緊塊6進(jìn)行鎖緊定位的方式進(jìn)行定位，以有利于零件的加工和裝配。塑件需要設(shè)置較多頂針14 平衡頂出，頂針14 的直徑為12 mm，以確保頂針有足夠的剛度。推板11 和蓋板10 須使用4 根推板導(dǎo)柱9 進(jìn)行導(dǎo)向。在熱流道澆注系統(tǒng)中，熱流道板15 和熱流道嘴16 中的熱電偶使用單接法接線，熱流道系統(tǒng)需要做防水、防油保護(hù)措施，熱流道的冷卻水路與成型件的冷卻水路分開設(shè)置，不能集成在模具集水塊上。針對(duì)塑件的脫模，設(shè)置了8 個(gè)脫模機(jī)構(gòu)M1～M8，除機(jī)構(gòu)M1安裝在模具定模一側(cè)外，其余7 個(gè)機(jī)構(gòu)都安裝在模具動(dòng)模一側(cè)。8 個(gè)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)都使用油缸，且按照一定的動(dòng)作順序進(jìn)行動(dòng)作，動(dòng)作順序依次為M1→M2→M3→M4→M5→M6→M7→M8，閉合動(dòng)作順序剛好相反。8 個(gè)機(jī)構(gòu)油缸的動(dòng)作順序控制通過外接電磁閥進(jìn)行控制。

圖6 模具結(jié)構(gòu)

4.2 模具工作過程

將模具安裝在注塑機(jī)上，并完成預(yù)熱等準(zhǔn)備工作后，開始注塑，如圖6 所示，注塑過程如下：

(1)模具閉合。模具閉合時(shí)，首先啟動(dòng)熱流道加熱裝置，將熱流道系統(tǒng)加熱至275℃，同時(shí)，熱嘴H1和H2關(guān)閉。

(2)注塑。注塑機(jī)噴嘴將熔融塑料注入熱流道中，熱嘴H1針閥打開，通過冷澆口G1和G2對(duì)模腔的A1和A2區(qū)域進(jìn)行澆注。1.2 s 后，熱嘴H2針閥打開，通過冷澆口G3和G4對(duì)模腔的A3和A4區(qū)域進(jìn)行澆注。注塑完畢，經(jīng)保壓、冷卻等過程后，等待開模。

(3)定模先抽芯。開模前，機(jī)構(gòu)M1先動(dòng)作，完成塑件上4 個(gè)斜孔的先抽芯脫模。

(4)模具開模。機(jī)構(gòu)M1動(dòng)作完成后，動(dòng)模后退，模具在PL面處打開，塑件留于型芯鑲件7 上。

(5)油缸抽芯。機(jī)構(gòu)M2～M8按M2→M3→M4→M5→M6→M7→M8的順序驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的成型鑲件完成抽芯脫模。

(6)頂出。側(cè)抽芯完畢，注塑機(jī)頂桿推動(dòng)推板11 上的頂針14 將塑件從型芯鑲件7 上頂出，實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模。

(7)復(fù)位。復(fù)位前，頂針機(jī)構(gòu)先復(fù)位，而后機(jī)構(gòu)按M8→M7→M6→M5→M4→M3→M2的順序閉合復(fù)位，模具在PL面處閉合，最后機(jī)構(gòu)M1復(fù)位，模具完全閉合，等待下一注塑循環(huán)。

5 結(jié)論

模具采用一模一腔布局、冷/熱復(fù)合式熱流道澆注系統(tǒng)、8 個(gè)油缸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，將模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為兩板熱流道模具。針對(duì)塑件復(fù)雜特征的脫模，使用油缸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)抽芯，能有效地降低模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。特別是定模斜孔先抽芯機(jī)構(gòu)，通過使用油缸驅(qū)動(dòng)中間驅(qū)動(dòng)滑塊，以帶動(dòng)4 個(gè)斜向型芯實(shí)施抽芯，能避免模具高度尺寸的增加，降低模具對(duì)注塑機(jī)在模具高度方向上的容模尺寸要求；側(cè)柱孔/斜凹復(fù)合抽芯機(jī)構(gòu)變斜向抽芯為水平抽芯，也具有同樣的效果，較為有效地降低了模具的整體制造成本。