婁用夠

(寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江寧波 315800)

在對(duì)小型家用電器的外殼注射成型時(shí)，鑒于外殼塑件外形的特點(diǎn)，其模具結(jié)構(gòu)形式通常采用哈夫滑塊模具結(jié)構(gòu)的形式[1-4]。其優(yōu)點(diǎn)是，既便于塑件外壁的脫模，也便于模腔成型件的加工。其缺點(diǎn)是，塑件外壁殘留哈夫滑塊分型痕跡，注塑控制不當(dāng)時(shí)，有明顯的痕跡線(xiàn)存在，造成塑件外觀的不完美，另外，受制于塑件外壁上附加特征的脫模要求，當(dāng)附加特征的脫模方向與哈夫滑塊的抽芯方向不一致時(shí)，需要有針對(duì)性地設(shè)計(jì)或改進(jìn)哈夫滑塊附加機(jī)構(gòu)，甚至設(shè)置獨(dú)立的附加機(jī)構(gòu)來(lái)先完成附加特征的脫模，這樣，以有效地保證后續(xù)哈弗滑塊脫模動(dòng)作的順利執(zhí)行[5-8]。

哈弗滑塊機(jī)構(gòu)如有改進(jìn)，相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)也要做較多的創(chuàng)新設(shè)計(jì)改進(jìn)，這樣，可以起到降低成本及降低模具加工難度的作用。據(jù)此，筆者針對(duì)此種模具設(shè)計(jì)問(wèn)題，結(jié)合某新款咖啡機(jī)杯體外殼的注射成型需要，設(shè)計(jì)了一副改進(jìn)型哈夫滑塊結(jié)構(gòu)注塑模具，以便于為同類(lèi)塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 咖啡機(jī)杯體外殼結(jié)構(gòu)分析

咖啡機(jī)杯體外殼使用聚碳酸酯(PC)/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS) [臺(tái)灣奇美(CHIMEI)，PC-365]改性塑料合金材料來(lái)進(jìn)行注射成型，該改性塑料合金材料收縮率為0.55%。塑件顏色依據(jù)客戶(hù)要求，需要提供5種顏色以供選用。所應(yīng)用的對(duì)象——杯體外殼的外形如圖1所示。杯體外殼為上口大、下口小的倒錐形杯體。

圖1 咖啡機(jī)杯體外殼外形

塑件內(nèi)壁上按圓周排布，設(shè)置有12個(gè)內(nèi)壁筋，上端口部?jī)?nèi)側(cè)邊緣設(shè)置有用于卡緊用途的3個(gè)間隔筋。塑件外壁上，上端口部設(shè)置有1圈整圈圓環(huán)外凸。

在外壁的右側(cè)面上，在圓環(huán)外凸下方，設(shè)置有對(duì)稱(chēng)布置的2個(gè)鉸鏈臺(tái)——前鉸鏈臺(tái)和后鉸鏈臺(tái)；單個(gè)鉸鏈臺(tái)特征由3個(gè)子特征構(gòu)成，分別為鉸鏈臺(tái)、銷(xiāo)孔及避讓槽。

在兩個(gè)鉸鏈臺(tái)的下方，設(shè)置有1個(gè)矩形階梯孔、1個(gè)扣位臺(tái)。扣位臺(tái)上，設(shè)置有1個(gè)橫卡扣、2個(gè)斜卡扣，2個(gè)斜卡扣與扣位臺(tái)平面之間形成兩處斜倒扣。

在外壁的左側(cè)面上，在圓環(huán)外凸下方，設(shè)置1個(gè)限位扣。限位扣的正下方，設(shè)置有半圈卡位筋，卡位筋兩側(cè)，設(shè)置有2個(gè)橫向卡位銷(xiāo)孔。

2 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)置方案及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1 模腔布局

圖2為分型設(shè)置。塑件為杯體外殼塑件，一般使用哈夫滑塊結(jié)構(gòu)模具來(lái)進(jìn)行成型，采用哈夫滑塊方案成型時(shí)，塑件在模具上的布局使用1模1腔布局，且使用將小端口放置于頂端的倒置式方式，即按圖2a中所示方位放置在模具型芯上[9-12]。

圖2 分型設(shè)置

2．2 哈夫滑塊脫模設(shè)置

結(jié)合塑件外壁的脫模需要，需要使用3個(gè)分型面來(lái)對(duì)塑件的外壁進(jìn)行分型。外壁的頂端使用上外分型面分型，底端使用下外分型面進(jìn)行分型。中間哈夫滑塊的分型，使用圖2b所示的中分分型面來(lái)進(jìn)行分型，分割出左側(cè)面和右側(cè)面2個(gè)側(cè)面哈弗成型塊。內(nèi)壁的分型使用上內(nèi)分型面進(jìn)行分型。此種分型辦法，有利于塑件上附加特征的脫模及塑件的整體脫模。具體設(shè)置方案如下。

(1)左側(cè)面哈夫滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)置。

圖3為左側(cè)面哈夫滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)置。如圖3a所示，在圖1中所示的左側(cè)面上，外壁上的附加特征，限位扣和卡位筋之間形成的倒扣區(qū)域，必須使用左側(cè)面哈夫滑塊來(lái)實(shí)施側(cè)抽芯脫模；而卡位筋上的2個(gè)卡位銷(xiāo)孔的抽芯脫模方向與左側(cè)面哈夫滑塊的抽芯方向垂直，須分別使用前卡位銷(xiāo)孔鑲件、后卡位銷(xiāo)孔鑲件2個(gè)鑲件實(shí)施側(cè)抽芯脫模(如圖3b所示)。前卡位銷(xiāo)孔鑲件、后卡位銷(xiāo)孔鑲件分別由2個(gè)鑲件滑塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，2個(gè)鑲件滑塊安裝在左側(cè)面哈夫滑塊上。

圖3 左側(cè)面哈夫滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)置

左側(cè)面哈夫滑塊機(jī)構(gòu)脫模順序如圖3c所示，必須先保證2個(gè)鑲件滑塊帶動(dòng)前卡位銷(xiāo)孔鑲件、后卡位銷(xiāo)孔鑲件分別按F1向、F2向完成抽芯動(dòng)作，然后再由機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)左側(cè)面哈夫滑塊按F3向?qū)嵤﹤?cè)抽芯動(dòng)作，來(lái)對(duì)塑件的左側(cè)面實(shí)施抽芯脫模。左側(cè)面哈夫滑塊的冷卻方式中，采用單條水路上設(shè)置多個(gè)冷卻水井的冷卻水路結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行冷卻，以保證塑件左側(cè)面的冷卻效果。

(2)右側(cè)面哈夫滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)置。

圖4為右側(cè)面哈夫滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)置。如圖4a所示，在圖1中所示的右側(cè)面上，外壁上的附加特征有2處形成倒扣區(qū)域，一處為倒扣區(qū)域I，一處為倒扣區(qū)域II。針對(duì)此兩處倒扣區(qū)域的脫模，必須先使用定模先抽芯機(jī)構(gòu)完成倒扣區(qū)域II的抽芯脫模后，才能針對(duì)倒扣區(qū)域I實(shí)施哈夫滑塊側(cè)抽芯脫模。針對(duì)倒扣區(qū)域II，使用右側(cè)面哈夫滑塊來(lái)實(shí)施側(cè)抽芯脫模，這樣可以對(duì)圖1中所示的矩形梯形孔、2個(gè)鉸鏈臺(tái)實(shí)施側(cè)抽芯脫模。而2個(gè)鉸鏈臺(tái)的2個(gè)鉸鏈銷(xiāo)孔的脫模方向與右側(cè)面哈夫滑塊的抽芯方向垂直，須分別使用前銷(xiāo)孔鑲件、后銷(xiāo)孔鑲件2個(gè)鑲件實(shí)施側(cè)抽芯脫模(圖4b所示)。前銷(xiāo)孔鑲件、后銷(xiāo)孔鑲件必須在右側(cè)面哈夫滑塊抽芯前先完成抽芯動(dòng)作。前銷(xiāo)孔鑲件、后銷(xiāo)孔鑲件分別由2個(gè)鑲件滑塊驅(qū)動(dòng)，2個(gè)鑲件滑塊安裝在右側(cè)面哈夫滑塊上。

圖4 右側(cè)面哈夫滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)置

右側(cè)面哈夫滑塊機(jī)構(gòu)的脫模順序如圖4b所示，先保證2個(gè)鑲件滑塊帶動(dòng)前銷(xiāo)孔鑲件、后銷(xiāo)孔鑲件分別按F4向、F5向完成抽芯動(dòng)作，然后再由機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)右側(cè)面哈夫滑塊按F6向?qū)嵤﹤?cè)抽芯動(dòng)作，對(duì)塑件的右側(cè)面實(shí)施抽芯脫模。同左側(cè)面哈夫滑塊一樣，右側(cè)面哈夫滑塊的冷卻，也同樣使用單條水路上設(shè)置多個(gè)冷卻水井的冷卻水路結(jié)構(gòu)方式來(lái)進(jìn)行冷卻，以保證塑件右側(cè)面的冷卻效果。

2．3 定模先抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)置

圖5為倒扣區(qū)域II的定模先抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)置。倒扣區(qū)域II需要分2個(gè)方向、設(shè)置2個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)施定模先抽芯脫模，這樣才能保證右側(cè)面哈夫滑塊按F6向?qū)嵤﹤?cè)抽芯脫模。圖5a中，斜抽芯區(qū)域A、斜抽芯區(qū)域C合并使用1個(gè)共同的定模斜抽芯機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)施先抽芯動(dòng)作，即使用圖5b中所示的斜抽芯滑塊，實(shí)施抽芯脫模。而針對(duì)側(cè)抽芯區(qū)域B，則在圖5b中所示的型腔主鑲件內(nèi)，設(shè)置一個(gè)彎銷(xiāo)驅(qū)動(dòng)的側(cè)抽芯滑塊機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)施側(cè)抽芯脫模，該側(cè)抽芯滑塊及其功能附件安裝在型腔主鑲件內(nèi)[13-15]。

圖5 倒扣區(qū)域II的定模先抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)置

2．4 內(nèi)壁脫模設(shè)置

圖6為內(nèi)壁脫模設(shè)置。如圖6所示，對(duì)于塑件內(nèi)壁上按圓周排布設(shè)置的12個(gè)內(nèi)壁筋，使用型芯主鑲件成型并直接抽芯脫模。

圖6 內(nèi)壁分型設(shè)置

2．5 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對(duì)于圓柱形殼類(lèi)塑件，一般使用多點(diǎn)均衡式側(cè)澆口進(jìn)行澆注，該塑件使用如圖6中所示的G1，G2兩個(gè)側(cè)澆口實(shí)施澆注。在型芯主鑲件頂端，設(shè)置有一個(gè)定位錐臺(tái)，用于保證模具閉合時(shí)圖5b中所示的型腔主鑲件和圖6中所示的型芯主鑲件閉合時(shí)的定位精度。流道使用截面為“U”形的流道，開(kāi)設(shè)于型芯主鑲件的頂端面上。流道廢料在脫模時(shí)，由2個(gè)彈料塊輔助彈出，以防止其粘附型腔主鑲件，造成塑件從型腔主鑲件內(nèi)脫模困難的現(xiàn)象。

3 模具功能機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

3．1 自動(dòng)化脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)，須基于實(shí)現(xiàn)澆注、冷卻、脫模等功能的需要來(lái)進(jìn)行，而其中對(duì)于塑件脫模自動(dòng)化功能的需要，則是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和主要內(nèi)容。基于前述各脫模機(jī)構(gòu)的動(dòng)作需要，設(shè)計(jì)了如圖7a所示的簡(jiǎn)化型非標(biāo)模具。

圖7 模具整體結(jié)構(gòu)及自動(dòng)化脫模機(jī)構(gòu)

基于前述定模先抽芯機(jī)構(gòu)的動(dòng)作需要，在模具中，定模座板1和定模板2之間需要實(shí)現(xiàn)一次分型打開(kāi)，以驅(qū)動(dòng)圖5b中所示的斜抽芯滑塊和側(cè)抽芯滑塊在型腔主鑲件內(nèi)先進(jìn)行抽芯動(dòng)作。斜抽芯滑塊18由安裝于定模座板1內(nèi)的驅(qū)動(dòng)導(dǎo)塊19進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，側(cè)抽芯滑塊16由安裝于定模座板1內(nèi)的彎銷(xiāo)17進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如圖7b所示。

基于左側(cè)面哈夫滑塊、右側(cè)面哈夫滑塊的側(cè)抽芯需要和塑件從模具中脫落的空間需要，以及左側(cè)面哈夫滑塊上2個(gè)鑲件滑塊的先抽芯需要，定模板2和動(dòng)模板4之間必須有一次分型打開(kāi)。

塑件需要從型芯主鑲件上進(jìn)行脫模，但使用常規(guī)頂針無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一功能，因而只能通過(guò)動(dòng)模板4對(duì)塑件底端整個(gè)周邊使用推板推出，進(jìn)而將塑件從型芯主鑲件上推出，以實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模，動(dòng)模板4和動(dòng)模墊板5之間必須設(shè)置一次分型打開(kāi)。在此情況下，型芯主鑲件13必須固定在動(dòng)模墊板5和動(dòng)模座板6構(gòu)成的組合板上。

兩個(gè)哈夫滑塊機(jī)構(gòu)安裝于動(dòng)模板4上，使用油缸來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過(guò)兩者之間的分離打開(kāi)來(lái)完成塑件外壁的側(cè)抽芯脫模。

綜上所述，模具使用如圖7a中所示的簡(jiǎn)化型兩板模結(jié)構(gòu)，通過(guò)4次分型打開(kāi)動(dòng)作，即可以實(shí)現(xiàn)塑件的自動(dòng)脫模功能。模具的4次分型打開(kāi)必須按次序進(jìn)行，使用定模板鎖閉器3和動(dòng)模板鎖閉器4來(lái)進(jìn)行順序控制。

3．2 模板動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖8為模具模板動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)。

圖8 模具模板動(dòng)作控制機(jī)構(gòu)

如圖8所示，模具能實(shí)現(xiàn)4次分型打開(kāi)，其中3次為模板的打開(kāi)，其對(duì)應(yīng)的分型面分別為圖8a中所示的PL1，PL2，PL4，1次為模具內(nèi)部?jī)蓚€(gè)哈夫滑塊的分離打開(kāi)，對(duì)應(yīng)為PL3。打開(kāi)次序?yàn)镻L1→PL2→PL3→PL4，閉合次序則相反。打開(kāi)控制機(jī)理為：模具開(kāi)模時(shí)，彈簧21首先將PL1面撐開(kāi)，撐開(kāi)距離為30 mm時(shí)，導(dǎo)柱26下端的導(dǎo)柱限位墊24將拉住定模板2，不讓它繼續(xù)與定模座板1分離，此時(shí)定模板鎖閉器3的鎖閉被打開(kāi)，定模板2和動(dòng)模板4之間鎖閉打開(kāi)，可以進(jìn)行分離，即PL2面開(kāi)啟。在PL2打開(kāi)時(shí)，哈夫滑塊分離，即PL2面打開(kāi)的同時(shí)PL3面也隨之打開(kāi)。當(dāng)PL2面打開(kāi)距離為60 mm時(shí)，動(dòng)模板鎖閉器7打開(kāi)，動(dòng)模板4和動(dòng)模墊板5之間已可以分離，即PL4面已可以打開(kāi)。當(dāng)PL2面打開(kāi)260 mm后，注塑機(jī)頂桿固定住頂柱22，從而保持動(dòng)模板4維持原位不動(dòng)，PL4面打開(kāi)，其能打開(kāi)的距離為80 mm，由墊板拉桿23進(jìn)行限位定距。

3．3 哈夫滑塊上的復(fù)合子機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

哈夫滑塊子機(jī)構(gòu)的安裝如圖9所示。

圖9 哈夫滑塊子機(jī)構(gòu)的安裝

左側(cè)面哈夫滑塊11上所復(fù)合設(shè)置的2個(gè)鑲件滑塊先抽芯機(jī)構(gòu)的安裝如圖9a所示，2個(gè)鑲件滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊分別為前上銷(xiāo)孔鑲件滑塊29、后上銷(xiāo)孔鑲件滑塊31，由對(duì)應(yīng)的安裝于型腔主鑲件10上的彎銷(xiāo)驅(qū)動(dòng)，在PL2面打開(kāi)時(shí)動(dòng)作。

右側(cè)面哈夫滑塊15上所復(fù)合設(shè)置的2個(gè)鑲件先抽芯機(jī)構(gòu)的安裝如圖9b所示。兩個(gè)鑲件滑塊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，分別安裝于右側(cè)面哈夫滑塊15的兩側(cè)，第一個(gè)構(gòu)件包括件33～件36，第二個(gè)構(gòu)件包括件37～件40。機(jī)構(gòu)的抽芯驅(qū)動(dòng)由機(jī)構(gòu)內(nèi)部所設(shè)置的前彈簧34、后彈簧39推動(dòng)，抽芯完畢由前限位塊33、后限位塊40進(jìn)行限位；閉合時(shí)，由定模板2腔內(nèi)的耐磨鎖片41壓回復(fù)位。兩個(gè)鑲件滑塊的抽芯動(dòng)作也是在模具PL2面打開(kāi)時(shí)完成。

4 模具工作原理

注塑完畢后，模具按以下4個(gè)分步動(dòng)作，來(lái)實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)脫模功能，如圖10所示。

圖10 模具工作原理

①第一步，動(dòng)模按Z-方向下行時(shí)，圖8中所示彈簧21撐開(kāi)，模具首先在PL1面處打開(kāi)，對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)動(dòng)作為，彎銷(xiāo)17驅(qū)動(dòng)側(cè)抽芯滑塊16先抽芯，斜抽芯滑塊18在驅(qū)動(dòng)導(dǎo)塊19的拉動(dòng)下先抽芯。PL1面的打開(kāi)距離d1為30 mm。

②第二步，動(dòng)模繼續(xù)下行，模具在PL2面處打開(kāi)，PL2面打開(kāi)時(shí)，左側(cè)面哈夫滑塊11上的前銷(xiāo)孔鑲件滑塊29和后銷(xiāo)孔鑲件滑塊31由各自的彎銷(xiāo)驅(qū)動(dòng)同步實(shí)施抽芯；同步地，右側(cè)面哈夫滑塊上的前銷(xiāo)孔鑲件滑塊35和后銷(xiāo)孔鑲件滑塊38在各自的耐磨鎖片解除鎖緊后，由各自的彈簧(前彈簧34、后彈簧39)驅(qū)動(dòng)向外完成抽芯動(dòng)作。PL2面打開(kāi)距離d2為260 mm。

③第三步，PL2面打開(kāi)后，左側(cè)面哈夫滑塊11按F3向、右側(cè)面哈夫滑塊按F6向同步實(shí)施側(cè)向抽芯，PL3面打開(kāi)，兩個(gè)滑塊各自抽芯距離d3，d3′均為120 mm。

④第四步，動(dòng)模繼續(xù)后退，注塑機(jī)頂桿頂住圖8b所示的頂柱22，從而頂住動(dòng)模板4讓其保持不動(dòng)，從而，在型芯主鑲件13繼續(xù)下行時(shí)，將塑件從型芯主鑲件13上推出，PL4面打開(kāi)，打開(kāi)距離d4為80 mm，實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模。

⑤復(fù)位，復(fù)位過(guò)程按上述步驟的④→③→②→ ①反向順序進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)并使用了一種簡(jiǎn)化型哈夫滑塊機(jī)構(gòu)兩板模具對(duì)咖啡機(jī)杯體外殼進(jìn)行注射成型。模具分4次分型打開(kāi)，分別用于驅(qū)動(dòng)2個(gè)定模滑塊先抽芯機(jī)構(gòu)、2個(gè)哈夫滑塊機(jī)構(gòu)，以及動(dòng)模板推出脫模機(jī)構(gòu)的動(dòng)作驅(qū)動(dòng)。依據(jù)塑件外壁特征的脫模需要，對(duì)常用的哈夫滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，左側(cè)面哈夫滑塊上增設(shè)了2個(gè)彎銷(xiāo)驅(qū)動(dòng)先抽芯機(jī)構(gòu)，右側(cè)面哈夫滑塊上增設(shè)了彈簧驅(qū)動(dòng)式先抽芯機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了哈夫滑塊的多向抽芯功能，避免了復(fù)雜抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，有效地簡(jiǎn)化了模具結(jié)構(gòu)。