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发表于 2020-1-2 17:39:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车阀体零件热流道双色注塑模具设计
徐超辉,王 涛
(天津职业技术师范大学,天津 300222)
摘 要: 介绍了某汽车阀体零件热流道双色注塑模具的设计过程。针对双色模具特点和产品特性,选择聚丙烯/40 %聚苯乙烯共混物(PP/40 %PS)和热塑性聚烯烃弹性体(TPO)两种塑料作为产品的基材。为了满足外观要求,模具采用两板模热流道点浇口形式,保证产品和浇口熔融材料在开模过程中的自动分离。本套模具设计了一种弹簧力驱动的侧抽芯机构,使得滑块与限位柱产生相互运动的同时不发生脱离,滑块运动更加稳定和准确。模具还利用独立的液压抽芯系统解决了产品上特殊位置孔的成型问题。经过实际生产检验,该模具结构合理,产品性能稳定,满足生产要求。
关 键 词: 汽车阀体零件;热流道;双色注塑模具;弹簧力
[size=1em]双色注塑模具是塑料注塑模具中的一种,其特点是在一次注射工作循环中,完成两种不同材料的注射成型,但产品只顶出一次,且需要在专用的双色注塑机上使用。所选用的两种材料通常具有不同的熔点和硬度,在首次注射时完成熔点较高的硬胶类材质成型,二次注射成型熔点较低的软胶类材料,以确保成型后产品性能稳定。此类模具常用于家用电器、手柄式电动工具、汽车内外饰件及医疗器械类产品的成型加工[1],双色注塑模具比单色或简单注塑模效率更高,但其设计和制造要求较高,造价昂贵。

[size=1em]刘庆东在设计双色注塑模具中采用顶针板抽芯机构,避免使用开模动力抽芯的问题[2]。洪建明等选用油缸驱动的滑块内外侧抽芯机构,同样不利用开模动力抽芯以确保模具复位前滑块的准确位置[3]。陆建军等运用弹块式定模抽芯机构,开模后滑块与铲机分离[4]。周建安等设计两套独立的顶出机构分别顶出一次注射的浇注系统和二次顶出的产品及浇注系统[5]。李桂金等则设计了压缩弹簧和T形扣分型的哈夫滑块结构[6]。结合现有双色注塑模具的特点,本文以某汽车阀体零件为例,介绍了一种特殊的双色模具结构。

1 产品结构分析

[size=1em]本产品为某汽车阀体零件,主要使用在汽车涡轮增压器上,两件产品的外形尺寸分别为:162.6 mm×116.8 mm×61.4 mm和128.3 mm×108.9 mm×59.9 mm。产品要求具有一定的刚性和耐热性,并且要求与金属材料有较好的密闭性,因此本产品选用了PP/40 % PS和TPO。其中PP/40 % PS作为产品主体部分,具有良好的刚性,高温抗应力松弛性能良好,耐热性能较好,可在100 ℃以上使用,如无外力150 ℃也不变形。TPO作为产品周边的密封材料,是一种高性能弹性材料,性能类似橡胶,为橡胶的换代产品而应用于轿车、电缆、轻纺、建筑、家电等领域,具有密度低,节能环保等优点,产品如图1所示。

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[size=0.8em](a)PP/40 % PS (b)TPO
图1 双色塑料分布
Fig.1 Distribution of the bicolor plastics

[size=1em]产品整体呈现圆弧状,两侧都有孔结构,与主分型面开模方向垂直,需要利用侧抽芯机构完成产品的特征成型。产品PP/40 % PS一侧的侧抽芯部分有一个矩形小孔需要在侧向分型前完成型芯脱模,以免侧向抽芯机构运动对该特征造成损伤。产品四周密封材料成型位置有凹槽,产品细节特征如图2所示。

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[size=0.8em]图2 产品细节特征
Fig.2 Product detail characteristics

2 模具结构设计2.1 浇注系统设计

[size=1em]模具浇口位置及浇口形式直接决定了模具的类型,设计时应考虑多方面影响因素[7],如浇口凝料的脱模、二次注射浇口痕迹的去除,两次浇注材料融合等问题。双色模具的浇注系统是两套独立的系统,首次注射成型后浇口凝料必须与半成品材料分离,以便进行二次注射,同时二次成型时又要考虑成品的外观质量,因此双色模具的浇口形式多选择点浇口或潜伏式浇口。

[size=1em]本产品外形规则,左右结构基本对称,两次浇注时浇口位置设计在产品顶部中心区域的相同坐标点,均为热流道点浇口形式。注射成型后产品可与浇口熔融材料自动分离,不会在产品表面留下明显痕迹,满足外观要求,如图3所示。喷嘴排布采用平行排列方式,中心距离160 mm,选用住友德马格SE230HS-CI全电动双色注塑机进行注射成型。

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[size=0.8em]图3 浇注系统设计
Fig.3 Design of injection system

2.2 成型零件设计

[size=1em]双色模具成型零件设计应参照模具结构的选择,本套模具采用整体式两板模结构,成型零件被设计在一套模具中。模具动模部分需要在每次注射结束后旋转180 °交换工位,故两次注射的动模型芯部分完全相同,模具的导向部分对称分中设计,以保证模具运动的准确和平稳。

[size=1em]双色模具定模型腔设计是注射成型的关键,除两次成型型面不同外,还应考虑首次成型后的材料收缩导致半成品尺寸变化对二次成型的影响。为满足模具开合过程中不划伤、不破坏产品的要求,二次成型的部分非成型型面应略大于首次成型型面尺寸,即产品与二次成型型面有一定的间隙,不对首次成型的外形产生影响,同时还要确保二次注射成型时不产生漏胶现象,如图4所示。

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[size=0.8em]图4 两次成型定模型腔对比
Fig.4 Comparison of the two molding cavities

[size=1em]本产品二次成型部分为环形密封圈,产品细节特征如图2中A视图所示,定模型面由型腔及左右抽芯滑块组成。该部分在模具型腔内的摆放角度需考虑开模方向,使产品在脱模过程中不发生干涉,如图5所示。本次设计二次成型材料选用了软胶材料,可以在一定程度上缓解脱模时模具本体对产品的影响。

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[size=0.8em]图5 二次成型示意图
Fig.5 The second forming diagram

[size=1em]成型零件选用NIMAX模具钢,此材料是一种常用低碳塑胶模具钢,机械加工性能和抛光性能良好,且具有高硬度、高韧性等特点,结合合理的模具结构设计可使模具性能更加稳定,并延长使用寿命。

2.3 侧抽芯机构设计

[size=1em]双色模具侧抽芯机构设计时,通常一次注射成型侧抽芯不发生移动,在二次成型后再侧向分型,旨在满足二次成型时封胶的要求,同时防止滑块合模时破坏产品,因此一般不选用开模力驱动的侧抽芯机构,即不采用斜导柱抽芯机构。本产品双色模具设计了一种特殊的弹簧力侧抽芯机构。该机构整体由侧滑块、限位柱、导向块、导滑槽等基本组件构成,各组件均安装在定模部分。在限位柱上装有压缩弹簧,在双色模具开闭过程中始终保持压缩状态,如图6所示。

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[size=0.8em]1—导向块 2—限位柱 3—一号模仁滑块 4—压缩弹簧 5—二号模仁滑块 6—导滑槽 7—侧抽芯镶件
图6 侧抽芯结构
Fig.6 Side core-pulling structure

[size=1em]双色模具开模时,滑块3和滑块5在压缩弹簧的弹力作用下沿着导向块滑动,实现侧向分型并脱出产品。限位柱2底部设有垫圈可实现滑块的运动限位。模具开模后,滑块压紧在限位柱底部的垫圈处,并停留在定模部分。限位柱本体不与滑块斜孔接触,不提供侧向分型所需抽芯力。本产品侧孔长度约为41 mm,为了保证抽芯距离,导向块角度选用25 °,设计的有效长度大于102 mm。考虑材料收缩的影响,两次成型的侧抽芯型面也有所区别,在二次成型处,不设置型芯镶件,以免和合模时破坏产品。

2.4 特殊结构及其他系统设计

[size=1em]产品中矩形小孔如图2视图B所示,孔的结构和位置较为特殊,需要在定模部分设计相应的抽芯机构,本套模具独立的斜楔机构并由液压缸驱动控制。在产品注射成型后,活动挡块由液压缸拖动向外侧移动,压缩弹簧弹性回复使成型型芯部分退出矩形小孔区域。在小孔抽芯完成后,双色模具整体再进行开模动作。该斜楔机构还设有限位零件确保型芯的工作位置准确,如图7所示。

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[size=0.8em]图7 斜楔机构
Fig.7 Wedge mechanism

[size=1em]本套双色模具型芯型腔的型面起伏较大,冷却水道设计应该充分考虑冷却的均匀性,因此在模仁较厚的位置设计竖直冷却孔并安装隔板,使得冷却循环水在此处折返流动充满型芯型腔本体,达到良好的冷却效果[8]。冷却系统还包括各模板中的冷却水道,例如在定模座板即热流道安装模板中也设计相应的冷却水道,以保证模具正常工作时候的温度稳定。

3 模具工作过程

[size=1em]双色模具首次合模后,熔融塑料PP+PS40通过热流道浇口注入1号的模仁中,完成硬质材料的一次注射,此时产品的主体部分成型,在2号模仁中软质材料TPO不进行注射。斜楔机构由独立的液压缸驱动先脱离小孔成型区域,模具主分型面再完成开模。产品由包紧力作用停留在动模一侧,弹簧力推动滑块沿导向块运动完成侧抽芯过程,当滑块运动到极限位置时,限位柱仍然停留在滑块中不发生分离,顶出机构不运动,开模运动结束。

[size=1em]模具动模部分旋转180 °后合模并进行二次注射,1#模仁中继续注入PP/40 % PS材料成型主体部分,为下次注射做好准备。2#模仁中注入TPO材料成型环形密封部分,两部分材料在该模仁中融合成一体。经保压冷却后模具开模,注塑机在2#模仁位置顶出最终产品,以后各次注射重复此工作过程[9]。模具整体三维效果图如图8所示。

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[size=0.8em]图8 双色模具结构
Fig.8 Bicolor mold structure

4 结论

[size=1em](1)本产品模具选用热流道双色两板模结构,两次注射的浇口均采用点浇口形式,产品与浇口熔融材料可直接分离,满足产品的外观要求;

[size=1em](2)模具设计了一种特殊的弹簧力侧抽芯机构,将侧滑块、限位柱、导向块、导滑槽等设计安装在定模部分。开模时限位柱与滑块产生相互运动但不发生脱离,有效保证了双色模具在频繁开模旋转过程中的运动稳定性和位置精度;

[size=1em](3)模具利用液压抽芯机构解决产品上特殊位置孔的成型问题,使产品特征完整。

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