基于CAE分析的弹扣盖斜抽芯机构注塑模设计

吴炳进

(黎明职业大学航空学院，福建 泉州 362000)

0 引言

家用电器、生活用具、电子产品中，经常要用到自弹性卡扣，以起到对两个塑件之间的卡紧作用。卡扣体塑件多使用ABS+PC合金、PET塑料或者TPU弹性体塑料制作，起到自我膨胀型卡紧功能。卡扣体塑件中的卡扣，一般采用折弯型卷叶式卡扣，卷弯部位需要有足够的折弯寿命，以保证塑件的使用功能。本文针对某电子产品带卡扣的弹扣盖塑件设计了一副注塑成型模具，模具中，设计了一种三次转向定模抽芯机构，保证了卡扣部位的成型及自动脱模，模具结构布局合理，机构动作可靠，有较好的模具及机构设计参考意义。

1 弹扣盖塑件

弹扣盖塑件的形状如图1所示。塑件的结构由外盖、弹性扣、短筋、螺丝柱、加强筋、搭接台等特征构成。塑件要有一定的耐磨性和硬度，为了使其有多色性和美观性，且颜色不会快速褪色，材料也要具备良好的着色性，还要有一定的耐冲击性。因此，塑件成型材料使用ABS+PC塑料合金，ABS/PC熔体的黏度高而流动性差，成型过程中温度可取为： 成型温度200～250℃，模具温度35～70℃，脱模温度75～90℃。模具使用水冷。塑件外形规格为35 mm×42 mm×28 mm。

图1 机顶盒产品结构

2 注射成型难点

塑件的特征结构对塑件模具结构设计的影响有以下几点：

(1) 依据塑件的脱模难度，应优先安排塑件的开模方向同加强筋、螺丝柱、短筋的脱模方向一致，因而塑件在模具中布局摆放后，选取螺丝柱的脱模方向作为开模方向。

(2) 在主开模方向下，弹性扣特征的中间部位的脱模为斜向脱模，且成型件位于模具型腔一侧，需要在定模一侧设置斜抽芯机构。

(3) 在主开模方向下，短筋与卡扣之间存在一个倒扣区域，该区域的脱模比较困难。

(4) 螺丝柱的包紧力比较大，加上边上的加强筋包紧力也比较大，需要增加脱模手段。

3 模塑成型方案

模具拟采用以下方案进行成型。

(1) 浇注及冷却方案。如图2(a)所示，浇注系统采用冷流道侧浇口进行浇注，浇口位置开设在塑件上端侧边的两个搭接台中间，浇口形式使用矩形截面侧浇口，尺寸为2 mm×1 mm。流道使用φ5 mm圆形流道。冷却使用水冷方式进行冷却，管道直径使用常用型φ8 mm管道。对于本塑件而言，模腔的充填效果是保证塑件成型质量的关键所在。塑件模腔充填效果CAE分析如图2所示。从图2(a)中可以看出，塑件的模腔的充填时间为0.5 s左右，非常短，前锋与末端冷却差异性小，且各末端无充填不满问题。从图2(b)中可以看出： 充填末了时末端的充填压力在13 MPa以上，充填压力充足。从图2(c)可以看出： 熔接线的夹角都在70°以上，提高模温可以有效消除熔接线。从图2(d)可以看出： 料流流动平稳，无紊流、湍流等问题，冷却后收缩方向一致性好，塑件变形小，特别是弹性扣折弯部位及弹性扣与外盖搭接部位，料流流动方向一致性好，凝固后该两处的分子结合力较好，且稳定。结合其余分析结果后，可以判定，所开设的浇注系统能满足本塑件的成型要求。

(a) 充填时间

(b) 充填末端压力

(c) 熔接线

(d) 平均速度图2 模腔充填CAE分析

(2) 分型。分型面是动、定模具的分界面，是分开模具、取出塑件及取出流道凝料的面。分型面的位置影响着成型零部件的结构形状，它对塑件的质量、模具结构及模具加工的难易程度影响很大[15-17]。由于塑件脱模困难，设置塑件的主开模方向为本塑件图1中所示“开模方向”后，使用在该方向下塑件的最大外形轮廓线作为分型线，所设置的分型面PL如图3(a)所示。分型面PL的外侧延拓部分使用平面，以利于排气槽的开设。模腔的排气间隙小于0.02 mm，塑件分型线外圈周边都设置排气间隙。

(a) 分型及成型件设计

(b) 定模斜抽芯机构工作原理

(c) 斜抽芯机构在定模中的安装注： F1～F3： 抽芯移动方向；F4开模方向图3 成型件设计

(3) 成型件设计。如图3(a)所示，PL面分型下，塑件模腔的构成零件分别为型腔镶件、型芯镶件、斜滑块头、顶杆。成型零件的材料选用中，型腔镶件、斜滑块头使用合金钢718H，热处理硬度至HRC48，表面抛光至Ra0.4。型芯镶件、顶杆使用合金钢P20，硬度HRC38～42，表面数控铣加工至Ra1.6即可。

(4) 脱模机构设计。部分成型件的安排依据塑件脱模困难程度设置。

① 弹性扣特征的中间部位的脱模为斜向脱模，使用斜滑块头进行成型和脱模，斜滑块头的驱动零件包括斜滑块、中间滑块、锁紧块。如图3(b)所示，斜滑块头通过T形导轨由斜滑块驱动，斜滑块再通过T形导轨由中间滑块进行驱动，中间滑块再次通过T形导轨由锁紧块进行驱动，该机构为一种三次转向型斜抽芯机构。机构设计中，斜滑块头抽出后不阻挡塑件从型腔镶件脱出，抽出后最少要远离塑件最大边界1～2 mm，斜滑块头插入塑件中的头部侧面需要拔模1°～2°，不做拔模角度会使抽芯滑出困难。机构的工作原理如图3(b)和3(c)所示，中间滑块通过压条安装在模具定模板内，斜滑块直接安装在定模板内对应的滑块槽内，斜滑块头插入型腔镶件对应的槽孔内；中间滑块、斜滑块、斜滑块头三者都安装在定模板内，在模具打开时，跟随模具按开模方向F4向下行，此时，安装在模具定模座板上的锁紧块保持不动，锁紧块通过T形导轨依次联动驱动中间滑块、斜滑块、斜滑块头分别按F3、F2、F1向联动抽芯，实现塑件弹性扣特征的斜抽芯脱模。

②在主开模方向下，短筋与卡扣之间存在倒扣区域，该区域采用强制脱模方式脱模，即该处的成型件顶杆被顶出后，塑件留于其上，由塑件重力驱动其从顶杆上脱落。

③螺丝柱不方便设置推管顶出，直接设置圆柱镶件。在加强筋包紧力大的外侧设置2根顶针，来加大顶出力，保证塑件的脱模。

4 模具结构

(1) 模具整体结构。如图4所示： 模具为一种单腔布局两板模具，分2次开模打开。第1次打开为P1面打开，第2次打开为P2面打开。模架使用龙记LKM标准模架。主要成型件型腔镶件、型芯镶件使用镶拼件形式安装于对应模板内。使用前述侧浇口浇注系统进行浇注。使用2条回环水路分别对型腔镶件、型芯镶件进行冷却。弹性扣特征使用前述定模三次抽芯机构进行抽芯脱模。塑件的脱模使用9根∅3顶针及1根顶杆进行顶出。

1—定模座板；2—型腔镶件；3—型芯镶件；4—圆柱镶件；5—树脂扣；6—锁模块；7—定位环；8—浇口套；9—牛力胶；10—拉杆；11—水嘴；12—密封圈；13—铜堵；14—边锁；15—锁紧块；16—中间滑块；17—压条；18—斜滑块；19—斜滑块头；20—顶杆；21—支撑柱；22—顶杆座；23—垃圾钉；24—模脚；25—动模板；26—定模板；27—复位杆；28—复位弹簧；29—拉料杆；30—顶针图4 模具结构

(2) 塑件缩水率。缩水是制作模具之前必须要做的步骤，由于热胀冷缩原理，制件冷却后会比理想状态要小一些，如果没有放缩水，模具最终做出来也是要报废的，产品都不会合格。本模具中，ABS+PC材料的缩水率为0.58%～0.61%，所以分型时模腔应依据塑件体积放大1.006倍。

(3) 模架选用。模架是整个模具最基本的部件，各模板的厚度经过计算得出，通过定模仁、动模仁和顶出的尺寸来计算ABC板的尺寸，最终得出： 定模板(A板)厚度80 mm，动模板(B板)厚度70 mm，模脚(C板)高度100 mm，推出距离留有40 mm。因为制件为非对称形状，对同心精度要求较高，还需使用边锁以提高定位精度，并加了锁模块，锁模块的作用是使模架的A、 B板连接起来，不使模架脱落，运输方便。

(4) 模具开模动作。模具分2次打开，第一次打开为P1面打开，用于三次抽芯机构驱动斜滑块头实施斜抽芯；第二次打开用于模腔的打开。一次顶出动作用于9根顶针、顶杆、拉料杆的顶出。

(5) 模具工作原理。模具工作时，待模具闭合、注塑、冷却等过程完成后，模具在注塑机动模板驱动下，动模下行，模具打开。模具在P1面打开，直至完毕时，三次抽芯机构驱动斜滑块头完成斜抽芯。随着动模的继续下行，模具在P2面处打开，塑件从型腔镶件内脱出，留于型芯镶件上。随着动模的继续下行，顶杆将模具顶出板顶出，推动顶出板上的9根顶针、顶杆、拉料杆将塑件及流道废料顶出；顶出后，模具复位闭合，等待下一注塑循环。

5 结论

针对塑件的结构特点，设计了一副两板式两次开模注塑模具，用于塑件的注射成型。运用CAE分析了浇注系统的成型效果，从而确定了模塑成型方案。模具中，设计了一种锁紧块驱动的三次抽芯机构用于塑件弹性扣特征的斜向抽芯脱模；设计了一种强制顶座顶杆，用于塑件难脱模部位的强制顶出脱模，塑件的最终脱模使用顶针顶出脱模，针对螺丝柱特征使用顶针顶出方式脱模。