楊 鴻

(廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程系，廣東 佛山 528216)

0 引言

現(xiàn)代相機(jī)逐漸朝輕型化方向發(fā)展，相機(jī)內(nèi)部很多零部件都由金屬材質(zhì)改為塑料材質(zhì)，而塑料部件的質(zhì)量的好壞及產(chǎn)品尺寸精度直接影響到相機(jī)產(chǎn)品的功能。對(duì)相機(jī)所使用的塑料制品的基本要求為：尺寸精確、無(wú)翹曲變形、機(jī)械強(qiáng)度高等[1]。對(duì)基座零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝分析可知，零件最薄處只有0.3 mm，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多處細(xì)小凸臺(tái)，中部鏤空。對(duì)制造過(guò)程中的翹曲變形及零件的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)有充分考慮。本文介紹某款相機(jī)基座的注塑模設(shè)計(jì)及加工過(guò)程，采用該模具完成了產(chǎn)品批量生產(chǎn)任務(wù)。

1 塑件結(jié)構(gòu)工藝分析

基座產(chǎn)品是某款相機(jī)內(nèi)部重要的結(jié)構(gòu)部件，尺寸精度要求高，需具有一定的強(qiáng)度及剛度以滿足結(jié)構(gòu)受力要求。該產(chǎn)品材料選用EnCom公司的GF30 PC(聚碳酸酯加30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))玻璃纖維增強(qiáng)材料)，這種材料具有尺寸穩(wěn)定、高剛性、高抗沖擊性、耐高溫、加工性能好，適用于薄壁零件注塑。材料的物性及注塑工藝推薦參數(shù)見表1。

表1 GF30 PC的物性及注塑工藝參數(shù)

圖1 產(chǎn)品二維工程圖(單位mm)

圖2 產(chǎn)品三維示意圖

2 塑件CAE模擬分析

注塑成型過(guò)程是決定注塑制品質(zhì)量的重要因素，塑料熔體在模具中的流動(dòng)行為是關(guān)鍵[2]，因此對(duì)充模過(guò)程進(jìn)行有效分析是非常重要的。利用Moldflow軟件對(duì)塑件的充填、壓力、溫度等各因素進(jìn)行預(yù)分析，從而為后續(xù)模具設(shè)計(jì)提供有效支撐。

圖3 充填時(shí)間(0.083 s)

圖4 速度/壓力切換時(shí)的壓力(4.871 MPa)

圖5 氣穴

圖6 所有效應(yīng)變形(比例因子為1.000)

圖7 回路冷卻液溫度(25.74 ℃)

圖8 零件達(dá)到頂出溫度的時(shí)間(8.817 s)

從上述模流分析結(jié)果可知：采用兩點(diǎn)進(jìn)澆方案可滿足產(chǎn)品注塑生產(chǎn)要求。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基座塑件是相機(jī)內(nèi)的承力構(gòu)件，要求邊緣光順、表面光滑。因側(cè)壁邊緣需要與其他零件的部位進(jìn)行裝配，所以不允許側(cè)壁留有澆口痕跡，不能采用側(cè)邊進(jìn)膠或者潛伏式進(jìn)膠方式。依據(jù)塑件要求，選擇點(diǎn)澆口進(jìn)膠方式[3]，去除澆口以后,塑件上留下的痕跡不明顯,不影響塑件表面的美觀，而且點(diǎn)澆口可自動(dòng)拉斷，利于后續(xù)注塑生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化操作。從批量和成本方面考量，模具采用一模四腔三板模結(jié)構(gòu)，采用H型平衡產(chǎn)品布局排列結(jié)構(gòu)，如圖9所示。

圖9 模具澆注系統(tǒng)

3.2 分型面設(shè)計(jì)

基座零件分型面選擇會(huì)影響到后續(xù)產(chǎn)品的脫模效果。原則上，需選擇零件的最大投影面處作為分型面，但分模后塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部分在動(dòng)模側(cè)，結(jié)構(gòu)稍微簡(jiǎn)單的部分在定模側(cè)，分型面設(shè)計(jì)如圖10所示。

圖10 產(chǎn)品分型面

3.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖11 模具冷卻系統(tǒng)

3.4 頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖12 單塑件頂針分布圖

4 模具結(jié)構(gòu)及其工作過(guò)程

圖13所示為基座模具裝配圖。

4.1 模具結(jié)構(gòu)

如圖13所示基座模具結(jié)構(gòu)。定模部分：定模鑲件(1～6)與點(diǎn)水口套33安裝在A板鑲件9上，把點(diǎn)水口加長(zhǎng)套36固定在A板8上，然后把A板鑲件9與A板8用螺釘固定；拉釘套41固定在水口推板3上，然后，水口推板3與A板8依序通過(guò)定模面板2的導(dǎo)柱裝配好；從定模面板2頂面依序裝配澆口套4、活動(dòng)彈出組件7、拉釘43、拉釘墊片42后，把定位環(huán)5用螺釘固定在定模面板2上；小拉桿28通過(guò)A板8的過(guò)孔與階梯螺釘44聯(lián)接。動(dòng)模部分：B板鑲件16通過(guò)螺釘固定B板11上；限位柱22固定在B板11上；頂針18、復(fù)位桿27通過(guò)面針板21對(duì)應(yīng)孔裝配至B板11，用螺釘把底針板20與面針板21固定；再依序把墊鐵13、支撐柱29、動(dòng)模面板14通過(guò)螺釘固定在B板11上。合模后，把鎖緊機(jī)構(gòu)10分別固定在A板8和B板11上。

4.2 模具工作過(guò)程

圖13中，模具動(dòng)作及工作過(guò)程如下：注射完成后，完成保壓、冷卻后，模具開模，在彈簧1的作用下，首先從Ⅰ處分模，同時(shí)拉釘43把分流道凝料拉住，點(diǎn)澆口與塑件分離；分模繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，直至A板8碰到小拉桿28，因鎖緊機(jī)構(gòu)10鎖緊定模和動(dòng)模部分，所以小拉桿28通過(guò)階梯螺釘44帶動(dòng)水口推板3從Ⅱ處分模，從拉釘43脫離冷流道凝料，同時(shí)，在活動(dòng)彈出組件7作用下，把冷流道凝料彈落，達(dá)到自動(dòng)分離流道廢料的目的；后模繼續(xù)運(yùn)動(dòng)把鎖緊機(jī)構(gòu)10拉開，此時(shí)從Ⅲ處分模，打開分型面，塑件因型芯結(jié)構(gòu)部分復(fù)雜而保留在動(dòng)模側(cè)；當(dāng)后模停止運(yùn)動(dòng)后，注塑機(jī)頂桿推動(dòng)底針板20，帶動(dòng)頂針頂出塑件，至此，整個(gè)開模動(dòng)作完成。隨后合模注塑，開始下一個(gè)循環(huán)過(guò)程。

4.3 模具主要部件加工

圖13中，A、B板鑲件是模具主要零部件，由于大批量生產(chǎn)原因，材料選用不銹鋼SUS440, 真空淬火HRC 58～61。由上述模流分析可知，為避免困氣，所以在A板鑲件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，特意分割了多個(gè)定模鑲件來(lái)保證型腔排氣順暢，定模鑲件組件最終裝配位置排列如圖14所示。由圖14可知：A板鑲件上與定模鑲件組件相對(duì)應(yīng)的配合異形孔采用線切割的方式加工。由圖2的產(chǎn)品可知，產(chǎn)品對(duì)應(yīng)腔體部分的尺寸比較小而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如果使用數(shù)控機(jī)床費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所以選用電火花加工方式來(lái)提高效率及保證腔體加工的一致性[4]。運(yùn)用UG三維建模軟件的電極模塊設(shè)計(jì)電火花加工所使用的電極頭，型腔及型芯電極頭的三維造型如圖15所示。

1- 彈簧；2-定模面板；3-水口推板；4-澆口套；5-定位環(huán)；6-定模芯組件；7-活動(dòng)彈出組件；8-A板；9-A板鑲件；10-鎖緊機(jī)構(gòu)；11-B板；12-快速接頭；13-墊鐵；14-動(dòng)模面板；15-動(dòng)模隔熱板；16-B板鑲件；17-頂針套；18-頂針19-垃圾釘；20-底針板；21-面針板；22-限位柱；23-頂柱；24-圓錐柱；25-墊片；26-復(fù)位彈簧；27-復(fù)位桿；28-小拉桿；29-支撐柱；30-定模鑲件1；31-定模鑲件2；32-定模鑲件3；33-點(diǎn)水口套；34-推板導(dǎo)套；35-推板導(dǎo)柱；36-點(diǎn)水口加長(zhǎng)套；37-定模鑲件4； 38-定模鑲件5；39-定模鑲件6；40-定模隔熱板；41-拉釘套；42-拉釘墊片；43-拉釘；44-階梯螺釘；45-銷釘；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ為分模處圖13 基座模具裝配圖

圖14 定模鑲件組件裝配排列

圖15 電極頭三維圖

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)工藝分析，形成了塑件注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。再對(duì)塑件進(jìn)行模流分析，了解塑件成型可能出現(xiàn)的缺陷。針對(duì)這些缺陷，對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生產(chǎn)品注塑缺陷。同時(shí)，分析及選擇模具主要零部件的合理加工方式。整個(gè)設(shè)計(jì)流程可以為相似結(jié)構(gòu)受力塑件模具的設(shè)計(jì)提供借鑒。模具完成后，注塑生產(chǎn)獲得合格的產(chǎn)品，后續(xù)也可考慮在此基礎(chǔ)上把冷流道結(jié)構(gòu)改成熱流道結(jié)構(gòu)。