王 鑫，王 靜，楊林康，李立堯

(河南工程學院機械工程學院，河南 鄭州 451191)

0 前言

與兩板模模具相比，三板模模具可以通過模具的多次開模，從而實現(xiàn)澆注系統(tǒng)凝料與產(chǎn)品的直接分離，避免了切除料頭的后續(xù)工時，節(jié)約了人力成本，同時又保護了產(chǎn)品，避免產(chǎn)品在去料頭時的二次損傷，在模具中的應用越來越廣泛。但是三板模模具僅適用于點澆口進膠的產(chǎn)品，而對于適合使用側(cè)澆口、潛伏式澆口等兩板模常用澆口類型的產(chǎn)品并不適用，這也限制了三板模的應用[1-3]。針對這一情況，本文以某汽車雨刷器用不完全齒輪產(chǎn)品為例，通過對三板模進膠系統(tǒng)進行改進，實現(xiàn)了對該產(chǎn)品的側(cè)澆口進膠，同時又保證了澆注系統(tǒng)凝料與產(chǎn)品在開模時的直接分離，提高了生產(chǎn)效率，擴大了三板模的應用范圍。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

該產(chǎn)品為汽車雨刷器用不完全齒輪，材料為聚甲醛(POM)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和尺寸如圖1所示。不完全齒輪的齒數(shù)為14，模數(shù)為2，其主要功能是雨刷器機構(gòu)的分度調(diào)節(jié)，沒有外觀要求，主要就是保證齒輪輪齒齒形的成型一致性和輪轂部位的裝配要求。分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，要達到這兩點要求，塑件外表面并沒有合適的點澆口位置，比較適合側(cè)澆口進膠，進膠點選擇在產(chǎn)品右側(cè)輪轂側(cè)壁的中心處，如圖1所示。這樣進膠可以使塑料均勻平衡的充填在齒輪輪齒上，保證每個輪齒的收縮和齒形一致，又能保證輪轂的成型精度[4]。同時為節(jié)約后期人工切除料頭的成本和時間，將模具設計成三板模結(jié)構(gòu)，在開模時自動將產(chǎn)品與料頭分開。

(a)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) (b)產(chǎn)品尺寸 (c)三維結(jié)構(gòu)圖1 不完全齒輪產(chǎn)品Fig.1 Intermittent gear products

2 澆注系統(tǒng)設計

1—水口鉤針 2—主流道 3—一級分流道 4—上模仁 5—塑件 6—下模仁 7—側(cè)澆口鑲件 6—二級分流道圖2 澆注系統(tǒng)設計Fig.2 Gate system design

圖3 側(cè)澆口鑲件Fig.3 Side gate insert

本次側(cè)澆口設計，要保證兩點要求，一要實現(xiàn)分模時側(cè)澆口凝料與產(chǎn)品分離，二要保證分模時側(cè)澆口凝料被分流道凝料順利扯出，不發(fā)生斷裂。根據(jù)實踐經(jīng)驗和反復試驗，最終將側(cè)澆口設計為與分流道成30 °傾斜，長度僅為2 mm的短側(cè)澆口形式，如圖2所示。同時為保證安全扯出側(cè)澆口凝料，在設計時，相對于分流道尺寸，將側(cè)澆口直徑尺寸變小，半徑縮小了0.2 mm。而為了便于制造，本次將側(cè)澆口設計在側(cè)澆口鑲件7上，側(cè)澆口鑲件7通過螺釘固定在上模仁4上，如圖3所示。這樣在開模過程中，側(cè)澆口凝料就可以隨其余澆注系統(tǒng)凝料留在定模部分，一并被取出。經(jīng)過實驗，成功的實現(xiàn)了上述兩點要求。

其他澆注系統(tǒng)均參照三板模設計原則進行設計，尺寸如圖2所示。其中水口鉤針中心與二級分流道中心一致，抓料高度設計為3 mm。二級分流道穿過定模板和上模仁，但定模板和上模仁在加工過程中會產(chǎn)生中心偏差，因此在設計二級分流道時，在兩零件之間要做偏移設計，從定模板到上模仁，二級分流道尺寸向內(nèi)偏移0.2 mm，以保證二級分流道凝料可以順利從定模板和上模仁中拉出來[5]。

3 限位機構(gòu)設計

為保證三板模能夠按順序開模，必須要設計一套限位裝置，以精確控制相關(guān)各板的移動距離，保證產(chǎn)品及澆注系統(tǒng)凝料的脫出。三板模有3個分型面，分別在動模板與定模板、水口推板與定模板、水口推板與定模座板之間，因此每個分型面都要設計限位裝置。

圖4 尼龍扣塞設計Fig.4 Nylon buckle design

定、動模板的分型設計有尼龍扣塞機構(gòu)，只有開模力大于尼龍扣塞對前模板的摩擦力時，模具才能夠從定、動模處分開。如圖4所示，設計4個直徑為16 mm的尼龍扣塞均勻的固定在上模仁上，為了避免困氣，在尼龍扣塞的下方設計有直徑為5 mm的逃氣孔。

圖5 大、小拉桿組合設計Fig.5 Big and small pull rod composite design

1—鎖扣 2—尼龍扣塞 3—水口鉤針 4—定位圈 5—定模座板 6—水口推板 7—水路 8—定模板 9—上模仁 10—下模仁 11—動模板 12—墊板 13—上頂針板 14—動模座板 15—下頂針板 16—支撐柱 17—頂針 18—側(cè)澆口鑲件 19—復位桿 20—螺釘 21—螺釘 22—小拉桿 23—大拉桿 24—頂出導柱(a)主視圖 (b)側(cè)視圖圖8 模具總裝配圖Fig.8 Mold assembly drawing

水口推板與定模板、定模座板之間的分型采用組合式拉桿結(jié)構(gòu)，即將小拉桿與大拉桿通過螺絲連接在一起的形式，如圖5所示。大拉桿限定水口推板與定模板之間的開模距離，根據(jù)要求，其開模距離應該大于澆注系統(tǒng)總長度，再加上10～20 mm的安全距離，該模具澆注系統(tǒng)設計總長度為92 mm，故本次大拉桿的限位距離設計為120 mm，直徑為13 mm。小拉桿限定水口推板與定模座板之間的開模距離，其開模距離要保證分流道凝料脫離水口鉤針的抓料頭，使主流道凝料脫離澆口套，而抓料頭的高度設計為3 mm，故小拉桿的限位距離設計為8 mm。

4 其他結(jié)構(gòu)設計

頂出系統(tǒng)采用頂針頂出，根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，沿產(chǎn)品周邊布局頂針頂出產(chǎn)品，頂針布局如圖6所示，齒輪輪齒周邊布局3個直徑為5 mm的頂針，輪轂周邊布局4個直徑為2.5 mm的頂針。

圖6 頂出系統(tǒng)設計Fig.6 Ejection system design

冷卻系統(tǒng)采用串聯(lián)循環(huán)的水路分別對產(chǎn)品上下表面進行冷卻，冷卻水路直徑為6 mm，如圖7所示，上、下模水路離產(chǎn)品高度分別為10 mm和12 mm。

圖7 冷卻水路設計Fig.7 Cooling water design

5 模具裝配和工作原理

從圖8可以看出，該三板模共有3個分型面，按照開模順序依次開模。當塑料在模具型腔中冷卻固化后，模具在開模力的作用下開始開模，由于側(cè)澆口比較短小，與產(chǎn)品連接力較小，模具首先沿著第一個分型面開模，開模距離由大拉桿23進行限位。第一次開模時，澆注系統(tǒng)凝料與產(chǎn)品在側(cè)澆口處實現(xiàn)分離，整個澆注系統(tǒng)凝料留在定模部分。當大拉桿23與定模板8接觸后，不能再移動，此時模具在開模力的作用下，沿著第二個分型面打開，二次開模的限位距離由小拉桿22決定，這次開模實現(xiàn)了分流道凝料與水口鉤針3的分離，保證整個澆注系統(tǒng)凝料能夠從模具中取出。當小拉桿22接觸到定模座板5時，小拉桿22不能再移動，此時模具在開模力的作用下，克服尼龍扣塞2的摩擦力，沿著第三個分型面進行開模，打開一定距離后，模具的頂針17在上下頂針板13和15的帶動下，將產(chǎn)品從模具中順利頂出。

如圖9所示為該產(chǎn)品的計算機輔助工程(CAE)分析模型和充填結(jié)果，雨刷器用不完全齒輪能夠進行正常的填充，并且產(chǎn)品齒部充填時間較為同步，沒有過保壓現(xiàn)象，能夠保證齒形成型精度一致。

(a)分析模型 (b)充填結(jié)果圖9 分析模型和充填結(jié)果Fig.9 Analysis model and filling result

6 結(jié)論

(1)通過側(cè)澆口鑲件和三板模澆注系統(tǒng)的改進設計，實現(xiàn)了三板模的側(cè)澆口進膠，擴大了三板模的使用范圍，同時又實現(xiàn)了側(cè)澆口進膠模具澆注系統(tǒng)料頭與產(chǎn)品的自動分離；

(2)通過尼龍扣塞和大小拉桿組合設計，確保模具能夠按照正確的開模順序和開模距離進行打開；該模具設計節(jié)約了人力成本，提高了生產(chǎn)效率；經(jīng)CAE分析和實踐證明，模具結(jié)構(gòu)簡單可靠，可以滿足生產(chǎn)的要求。

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