端盖双滑块+斜顶3次复合抽芯机构注射模设计

0 前言

塑件在型腔内的外壁成型时，如有一处或者多处倒扣使用定模斜顶顶出时，需要在定模一侧设置定模同步顶出机构[1-3]。塑件外壁侧壁上，侧抽芯槽内设置有垂直于槽侧抽芯方向的单个或者多个二级侧孔时，一般使用需要使用多层多次侧抽芯机构[4-7]，其中较为实用的是，在滑块上设置二级斜顶侧抽芯机构-即滑块式斜顶机构。塑件内壁上的直面倒扣多使用斜顶机构来抽芯，斜顶使用时，若侧抽芯距离较长，一般使用万能斜顶机构来实施侧抽芯[8-9]。塑件内壁上有斜孔倒扣多使用T型块驱动的内藏式斜抽芯机构来实施斜抽芯脱模，机构动作的执行，需要增加一次模板的打开来进行驱动[10]。因而，针对塑件上同时存在上述4种特征的塑件，机构的设计、模具结构的设计都需要做较大程度的创新设计。本文结合某端盖塑件的结构特点，设计了一副这样的模具，模具中，使用了1个定模斜顶机构、2个滑块式斜顶创新机构、1个万能斜顶机构、1个模板驱动的T型块斜顶机构，来实现塑件的自动化注射成型。

1 端盖塑件

端盖塑件结构如图1所示，端盖为圆盘状塑件，直径φ162 mm。

塑件的正面中央部位A2区域，设置有K1～K6共6个倒扣。侧边上，在A1区域的铰接板上，设置有H1、H2这2个对向侧盲孔。在A3区域的侧板上，设置有凹槽B1，B1内设置有2个垂直筋位J1、J2，J1为直壁筋，J2为“十”筋；在B1槽的两个侧壁，分别设置有侧孔H3、H4这2个盲孔。

塑件反面的内壁上，设置有多个槽位B2。反面上，在A4区域，设置有直的矩形通孔D1，在D1的出口边上，设置有3处J3斜筋。塑件材料使用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），收缩率为4.8%～5.5%。

本塑件模具设计的最难点在于A1区域H1、H2孔的脱模，及A3区域H3、H4孔的脱模。

图1 塑件形状
Fig.1 Shape of plastic parts

2 模腔分型

2.1 单腔分型设置

单个塑件模腔的分型设置如图2所示，分型线使用塑件的最大外沿轮廓线，用分型线在水平面内进行延拓，而获得如图2中所示的平面水平分型面，这样有利于简化成型件的加工[11-12]。单腔模腔的打开拟按Z-方向来进行打开。

图2 单腔分型面设置
Fig.2 Parting surface setting of single chamber

2.2 单腔成型件设置

分型所得的单腔成型件构成如图3所示。单腔成型件中，型腔、型芯都使用镶件方式[13-15]，型腔材料使用合金钢S136、S136为退火状态，粗加工后需进行真空淬火及回火处理，热处理硬度至HRC48～50。型腔的成型面须抛光至Ra0.8。型芯使用预硬态合金钢2738。针对塑件正面6个倒扣，设置了X1～X6共6个斜顶镶件，以及针对正面多处凹槽特征，设置了多个小镶件，以便于这些地方的成型件加工，如图3（a）所示。型芯一侧的成型件除型芯镶件外，使用了S1、S2这2个滑块机构、机构D1的斜顶杆、机构D2的斜滑块来参与成型，如图3（b）所示。

图3 成型件设计
Fig.3 Design of formed parts

2.3 浇注

单腔模腔的浇注使用潜伏式单点浇口进行浇注，浇口开设于顶针上。流道使用图3（b）中所示的“S”形流道，以提高浇口的进口温度。

2.4 冷却

模腔的冷却是模具设计中的一个重点，针对型腔镶件，鉴于其内需要开设6个斜顶的缘故，水路的布局空间变得狭小，因而设置了如图4（a）中所示的单一“Z”形水路W1，管道直径使用φ12 mm，以加大冷却效果。型芯镶件的边沿部位使用W2、W4这2条φ8 mm水路，中央部位使用5个水井构成的水路W3进行冷却。水井直径φ14 mm，如图4（b）所示。

图4 成型件冷却水路
Fig.4 Cooling water path of formed parts

3 机构设计

为实现塑件的成型和自动脱模，模具单腔中，需要设置以下5个机构来解决此问题。5个机构分别为：

（1）针对塑件正面A1区域6个倒扣K1～K6自动脱模而设置的定模斜顶顶出机构。（2）针对塑件侧面A1区域特征脱模而设置的滑块机构S2。（3）针对塑件侧面A3区域特征脱模而设置的滑块机构S1。（4）针对塑件反面A4区域矩形通孔D1而设置的动模斜顶机构D1。（5）针对塑件反面A4区域3处J3斜筋而设置的动模斜抽芯机构D2。机构设计的难点在于机构S1、机构S2的设计。5个机构的具体设计分别如下。

3.1 定模斜顶顶出机构

如图5所示，定模斜顶顶出机构主要针对K1～K6倒扣特征，X1～X6这6个斜顶杆的顶出而设置，X1～X6这6个斜顶杆通过各自的斜顶销6安装在斜顶盖板2的槽内，并由定模斜顶推板1压住。油缸3用于驱动定模斜顶推板1和斜顶盖板2沿导柱4运动，从而来推动X1～X6这6个斜顶杆向下将塑件从型腔镶件9中顶出。斜顶销6主要限制6个斜顶杆在开模方向上的移动，而垂直于开模方向的平面内，斜顶销6可以移动。

3.2 机构S1的设计

图5 定模斜顶机构
Fig.5 Fixed mould lifter mechanism

针对塑件A3区域C2槽及其内结构特征的特点，使用如图6所示的双滑块+斜顶3次复合抽芯机构来实施成型与自动抽芯脱模。机构S1按以下方案来设计：在型芯镶件上，以P1侧分型面分割出S1滑块11的成型头部，并设计S1滑块11，S1滑块11由S1斜导柱10驱动，S1滑块11通过其两侧边的S1压条12安装在S1副滑块15内，能跟随S1副滑块15一起移动，S1副滑块15再通过其两侧的S1副压条16安装在模具动模板上。S1副滑块15的滑出行程由S1螺钉18限制，S1滑块11在S1副滑块15上的滑出行程由S1副滑块15尾部的凸台限制。S1滑块11内部开设有2个斜顶杆孔以用于安装H3孔斜顶杆13和H4孔斜顶杆14。H3孔斜顶杆13和H4孔斜顶杆14的尾端都设有导槽，通过该导槽，对应的，安装于S1副滑块15尾端的H3导轨块20和H4导轨块19，通过其底面的导轨对H3孔斜顶杆13和H4孔斜顶杆14进行导向。S1滑块11的成型面用于C2槽、J1、J2筋位的成型与抽芯脱模，H3孔斜顶杆13和H4孔斜顶杆14则分别用于H3孔和H4孔的成型与侧抽芯脱模。

图6 机构S1的结构组成
Fig.6 Structure of mechanism S1

机构S1的动作原理为：当S1斜导柱10驱动S1滑块11按F1向向外抽芯移动t1距离后，S1滑块11被S1副滑块15尾端的凸台挡住，在此过程中，由于H3孔斜顶杆13和H4孔斜顶杆14的尾端在F1方向上，被H3导轨块20和H4导轨块19挡住，故而，两者只能沿H3导轨块20和H4导轨块19上的导轨，被迫分别做N1向、N2向所示的相向内收抽芯运动，从而实现H3孔斜顶杆13和H4孔斜顶杆14的头部从H3孔、H4孔内的抽芯抽出，此动作，刚好在S1滑块11被S1副滑块15挡住时完成。S1斜导柱10继续驱动S1滑块11向外移动时，将推动S1滑块11、S1副滑块15、H3孔斜顶杆13和H4孔斜顶杆14同步向外抽出，为塑件A3区域在开模方向上的出模让出空间，直到S1副滑块15被螺钉18挡住。复位时，S1滑块11先按F1向的反向移动推动H3孔斜顶杆13和H4孔斜顶杆14向N1、N2向的反向外侧移动，通过移动t1距离后，S1滑块11通过此两根斜顶杆拉动S1副滑块15复位。最后，闭模时，由S1锁紧块对2个滑块的尾端进行锁紧。

3.3 机构S2的设计

机构S2主要针对A1区域的H1、H2这2个孔而设置，机构S2同机构S1类似，不同的是该机构为单滑块斜顶2次抽芯机构。机构S2的结构如图7所示。机构中，H1插条28、H2插条31安装于模具定模板上，与S2斜导柱21保持同步运动；H1挡板27、H2挡板30安装于模具动模板上，两者有2个作用，其一是对S2滑块22的F2向抽芯滑出进行限位，其二是，两者上端开设的导向槽用于H1孔斜顶杆26、H2孔斜顶杆29的内收抽芯导向。S2滑块通过两侧的S2压条25安装于动模板上，其内部设置有H1孔斜顶杆26、H2孔斜顶杆29用于塑件H1孔、H2孔特征的成型与抽芯脱模。S2滑块内同时还装有一个驱动销24，用于H1孔斜顶杆26、H2孔斜顶杆29分别按N3向、N4向内收抽芯完毕后，被S2滑块带动一起向F2移出，以让出塑件A1区域的出模空间。

图7 机构S2结构组成
Fig.7 Structure of mechanism S2

机构S2的动作原理为：当模具动模下行时，S2斜导柱21驱动S2滑块22按F2向抽芯抽出，此时，由于H1插条28、H2插条31的阻挡，H1孔斜顶杆26、H2孔斜顶杆29被迫只能分别按N3向、N4向左内收抽芯移动，内收距离为t3，其尾端由H1挡板27、H2挡板30导向。当H1孔斜顶杆26、H2孔斜顶杆29抽芯完毕，此时，H1插条28、H2插条31失去对H1孔斜顶杆26、H2孔斜顶杆29的限制，S2滑块22滑出t2距离后，S2滑块22通过驱动销24带动H1孔斜顶杆26、H2孔斜顶杆29继续向外滑出，为塑件A1区域的出模让出空间。闭合时，过程相反，闭合后，由S2锁紧块对S2滑块22进行锁紧。

3.4 动模斜顶机构D1和动模斜抽芯机构D2

如图8所示，针对塑件反面A4区域的矩形通孔D1，及其末端边的3处J3斜筋，使用动模斜顶机构D1来对D1孔实施侧抽芯脱模，机构使用万能斜顶方式，即将D1斜顶杆32缩短，由安装于模具推板上延长顶杆33来推动，两者之间使用T型导轨方式联结，即将延长顶杆33的顶端设置成T型导轨形式，这样做的好处是能有效缩短斜顶杆32的长度，减小模架模脚的使用高度，节省模架成本。顶出时，延长顶杆33推动斜顶杆32边沿其上端导轨移动，边按F4向斜向顶出。

图8 机构D1、D2结构组成
Fig.8 Structure of mechanism D1 and D2

针对3处J3斜筋，使用动模斜抽芯机构D2来实施斜抽芯，机构中，T型槽驱动块35安装于模具动模垫板上，而隧道斜滑块34则安装于动模板内相应的隧道槽内，当动模板、动模垫板分离时，驱动块35按F6向移动，将通过T型槽驱动隧道斜滑块34按F5向实施抽芯。

4 模具

4.1 结构布局

模具的结构布置如图9所示，模具为1模2腔布局，结构形式为两板冷流道结构形式，分2次分型打开，1次定模顶出和1次动模顶出。模具2次打开顺序由4个扣机39进行控制。

图9 模具结构
Fig.9 Structure of the mould

4.2 工作原理

模具装配于注塑机上后，工作时，随着注塑机动模板的驱动运动，及模板开闭顺序控制机构扣机39、动模板定距拉杆46的协同控制下，模具按以下动作顺序来实施其自动注塑功能，如图10所示。

（1）模具闭合完成注塑后，准备开模。

（2）K1面打开，注塑机动模板拉动K3面以下的动模按Z-方向下行，模具开始打开，由于扣机39的定序控制，模具首先在K1面处打开，打开距离为t4后，动模板40被拉住，此时，扣机39解除动模板40与定模板38之间的锁闭，K3面准备打开。此过程中，T型槽驱动块35拉动隧道斜滑块34完成斜孔抽芯动作。K1面打开距离t4。

图10 模具工作原理
Fig.10 Working principle of the mould

（3）K3面打开，（K2）面闭合，动模继续下行，模具在K3面处打开，打开时，S1斜导柱10驱动S1滑块11、S2斜导柱21驱动S2滑块22同步完成机构S1、机构S2的抽芯功能。同步地，定模推出机构的油缸3驱动定模的6根斜顶杆同步顶出，将塑件从型腔镶件9中推出（K2面闭合，闭合距离为t5），而留于型芯镶件36上。

（4）顶出，模具打开完毕，注塑机顶杆顶住推板43，使其保持不动，动模继续下行，塑件将被顶针47、D1斜顶杆从型芯镶件36上顶出，而实现完全脱模。

（5）模具复位，模具的复位过程与开模过程完全相反。

5 结论

（1）设计了一副两板单点潜伏式浇口注射模具用于端盖塑件的注射成型；

（2）模具中，为解决塑件生产自动化生产问题，在机构设计和模具结构布置方面做了以下6个设计措施来进行保证：①塑件正面的6个倒扣特征，使用油缸驱动的定模顶出机构驱动6根斜顶杆来实施成型和侧抽芯脱模；②侧面的侧板特征，使用了一种双滑块+斜顶3次复合抽芯机构实施成型和3次侧抽芯脱模；③侧面铰接板上侧孔特征，使用了一种单滑块斜顶2次抽芯机构来实施成型和2次侧抽芯脱模；④塑件反面的矩形通孔，使用了一种万能斜顶机构来实施成型和侧抽芯脱模；⑤针对3处斜筋特征，使用了一种隧道滑块斜抽芯机构来实施成型和斜抽芯脱模；⑥对两板模架进行了三板式改造，在动模一侧增加1次模板开模打开来驱动，以满足隧道滑块斜抽芯机构的驱动需要。