价值10万模具设计费!苹果手机iphone护套双色模具

模具资料库2018-07-15 10:40:45


这是一款手机护套,如下图:




此款为某品牌手机的外圈护套,由二种塑料(PC+TPE)组成。由于要求外形美观光滑,分模线必须做在内侧圆弧切点,所以外模要四面滑开,再看内侧,四周全部是内扣的,必须全方位内抽芯,也就是俗称的“爆炸芯”。

关于“爆炸芯”的模具结构,假如是普通的注塑模具,已经有非常经典的机构,作者下面将有详细的介绍。现在问题是双色模具,有二组动模和二组定模,二组动模的所有部件是完全一致的,要在双色注塑机的转盘上进行180度旋转,二种不同的塑料分别射进模腔,注射硬胶(PC)时动模的顶出机构和抽芯机构不动作,再注射软胶(TPE)并开模后,对准软胶料筒的一侧的动模的抽芯机构和顶出机构才开始动作,将完整的双色制品顶出。由于动模旋转后,交换又合模后的浇口必须在同一位置,所以软胶和硬胶的浇口的处理显得令人困惑。



由于模具必须四周都要进行“内外同抽”,内、外滑块怎样排列,轨道设置在哪里?这个问题同样有被逼入墙角的感觉。

且不谈模具滑块机构的复杂性,我们从双色模具的基本原理来考虑,硬胶部分的成型和内外同抽机构是一定要设置在定模一侧的,软胶部分的成型机构也要设置在定模。而且这个部分是由内外同抽的机构组成的凸起插入到动模的凹槽中。转盘旋转180度后,这组凸起刚好插入到另外一个动模的凹槽中。也就是说,二个定模上的由内外同抽滑块组成的凸起的外部形状和尺寸是完全相同的。仅仅是成型软胶和硬胶的型面不同而已。


问题的难点是,这个凸起会分成上下二层,一层向外移动,另一层向内移动,也就是俗称的“内外同抽”,合成的凸起的侧面是一个统一的斜面,但是,传统的滑块必须要有滑动轨道等必要的条件,怎样设置轨道?这便成了本案例的核心问题。

设计方案


作者是这样设置动模部分的凹槽和定模部分凸起的。

(1)定模部分凸起



(2)动模的凹槽




具体方案


(1)定模部分的设计

1.01定模内外同抽的设计



当A板和定模底板分开35mm后拨块拨动内滑块,同时通过齿轮的传动,外滑块向外移动。如下图



基本构想是用上图的拨块(图中玫瑰红色)拨动内滑块(图中绿色),在内滑块内滑的同时,通过齿轮的传动,使得外滑块(图中黄色)向外滑动。这样就可以实现制品软胶部分与模具型面的分离。同样的方法,相应的制品的硬胶部分的缺口也可以用同样的方法和模具的型面分离。所有的这些机构都是设置在定模一侧的。动模的每一次旋转,与定模间的配合都是吻合的。

内滑块的运动轨道(图中淡黄色)是很稳固地设置在A板上的,然而与之相对应的外滑块的轨道着落在哪里?岂不是无本之木?

作者利用内滑块的轨道上增加了一个凸起,兼起到了轴承的作用,见下图。



轴的另外一端是利用锁紧块,上面做了一条半圆槽,起到轴承的作用,并设置了一个小的挡块防止轴的轴向移动。见下图。


作者设计了一个内置的轨道(单轨),有点象“工字钢”同时它又是齿轮轴的固定处。正可谓充分利用资源。因为齿轮轴被限制移动,只能转动,所以内置轨道等于被固定在定模板上了。



内滑块比较复杂,如下图。



内置轨道如下图



为了实现拨块拨动内滑块的动作,A板与底板之间必须先分开一段距离(35mm),使得在二板分开的同时,拨块向内拨动内滑块。这个动作是靠设置在动模上的尼龙胶钉来实现的,导向是靠设置在底板与A板间的附加小导柱来保证。



1.02双物料(双色)流道的设计

当硬胶注塑完成后,开模后注射满硬胶的动模的抽芯部分和滑块部分是没有任何动作的,主流道和横流道都留在动模部分,并跟随动模由双色注塑机上的转盘转过180度,再次合模时,软胶部分的定模必须给硬胶的主流道留出一个位置,除非将硬胶部分的主流道取掉,但是这需要机械手多做一个动作,大概要多花10秒钟的时间。这是会大大影响生产效率的。

软胶部分的浇口怎样设置?其实这个问题也是这个案例的最难的地方。


作者设计了一个“同床异梦”的方法(比喻可能不恰当)。软胶部分的主流道是在硬胶部分主流道的基础上,加上一个锥度半椭圆的空间作为软胶的主流道,当硬胶的主流道随动模一起转到软胶的定模并合模时,直接插入软胶的浇口套的预留空间,由于软胶的浇口套留出了一个半椭圆的空间,但是硬胶的主流道是圆锥体的,这就形成了截面为一个月牙形的空腔。软胶可以顺利地被射入软胶部分的模腔。



硬胶的浇口套见下图



软胶的浇口套如下图



二种浇口合在一起是这样的



其实,这个浇口套又是内滑块的逼紧块,也是动模一侧内滑块和所有斜顶块的逼紧块。二组定模包括所有定模零部件的尺寸是完全相同的,只是有一点,大家仔细看,二个浇口套与注塑机射头接触的球面的深度是不同的,硬胶的浇口套深了5mm,其实道理很简单,当成型的硬胶的主流道插入软胶的浇口套时会留出5mm空间,让软胶通过,进入截面为月牙形的空腔。在这个浇口套里,成型的软胶和硬胶的主流道各占半壁江山。真是软硬通杀,左右逢源。

再来看横流道的设置



其实,这个浇口套又是内滑块的逼紧块,也是动模一侧内滑块和所有斜顶块的逼紧块。二组定模包括所有定模零部件的尺寸是完全相同的,只是有一点,大家仔细看,二个浇口套与注塑机射头接触的球面的深度是不同的,硬胶的浇口套深了5mm,其实道理很简单,当成型的硬胶的主流道插入软胶的浇口套时会留出5mm空间,让软胶通过,进入截面为月牙形的空腔。在这个浇口套里,成型的软胶和硬胶的主流道各占半壁江山。真是软硬通杀,左右逢源。

作者设计的硬胶的横流道是走下半圆的,这样使得硬胶的流道合模时与软胶的型腔形成一个上半圆的空间,正好是软胶横流道的空间。

这样设计的流道便于今后可以方便地将二种不同塑料的流道分开,以便合理利用。

1.03定模冷却系统的设计

在这个模具的定模部分,仅仅是流道有较多的热量,特别是主流道,它的凝固时间的长短直接影响注塑周期。成型软胶的部分虽然是在定模但是它是伸入到动模的凹槽里的,热量基本是集中在动模的。
因为内外同抽滑块的体积很小,无法安排水路,因此采用导热系数较高的铍铜来做内滑块,我仅仅在与内滑块贴紧的浇口套(兼逼紧块)上做了独立的冷却水回路,主要的作用是冷却主流道与横流道,这样可以缩短注塑周期。见上图。

1.04二组定模的位置安排

二组定模间的距离是由二个因素决定的,第一是双色注塑机的二组平行的料筒的中心距,第二是在这个中心距的约束下,动模的机构可否正常地工作,这个问题我们在下面动模设计部分会有详细的介绍。暂时,我选择的双色注塑机的料筒中心距是480mm。

(2)动模部分的设计

2.01矩形制品四周全部内抽机构的动作原理


矩形制品四周全部内抽机构俗称“爆炸芯”,内抽过程可用一句话来概括,一缩二抽三顶,什么意思呢?一般来说,四周全部内抽机构分三个部分,首先是中间部分可以缩下去,以便让出内抽芯的空间,第二是内抽芯部分,由于缩芯后中间有空位,矩形制品直边部分的内滑块可以向内移动。第三是角部斜顶,由于四面直边的倒扣已经与内抽后的内滑块上的型面分开,角部的斜顶块可以沿45度方向斜顶出,这时制品是跟着斜顶块沿开模方向移动的,直到制品上的倒扣与斜顶块上的型面完全分离。

拿掉外滑块看,是这样的



内抽和斜顶出后是这样的



为了看得清楚些,上图有点夸张,其实内抽芯仅仅向内移动2.5mm。缩芯仅仅缩下30mm。这时制品的整圈倒扣与模具的型面已经完全分离了。

2.02内滑块的设计

内滑块1和2是对称的,如下图



有一组独立冷却水,齿条和内置轨道,这个内置轨道较难加工,是热处理后用火花机硬打出来的。



材料是用8407,硬度是HRC48度。内滑块1在锁模时是向外撑紧的,是靠定模的浇口套来逼紧。内滑块向内滑的动力是靠外滑块通过齿轮、齿条来传递的。外滑块是靠外置的方形短油缸来拉动的(行程2.5mm)。

有一个细节,为了齿轮轴的装拆,在内滑块的对着齿轮轴的地方开了一条3X3的小槽。要拆齿轮轴时,用一根2.5mm的顶针捅出来就可以了。这个小槽的截面比轴的端面小,还可以有效防止轴的轴向移动。



2.03内滑块的设计二

另外一个方向的内滑块(内滑块3、4)是这样设计的



内滑块3本身带有齿条,利用外滑块的力,通过齿轮传动向内移动(2.5mm)。它被限制在外滑块的凹槽内,所以,不需要另外的轨道。



2.04外滑块3、4的设计

外滑块如下图



反面是这样的



冷却水的设置是这样的



2.05动模轨道的设计

动模轨道是动模部分的重要部件,虽然形状简单,但是在设计上有较大的难度。



作者采用有高硬度且比较便宜的材料Cr12MoV来做,硬度采用HRC52度,它有二个方向的摩擦面,要求垂直度比较高。这是我的设计风格,有很多人喜欢将动模板做得很厚,开槽后再镶硬片,我认为这样做不好,动模板开深槽后变形量很难控制,这样直接贴上去,又简单又方便,而且动模板绝对不会变形。

动模轨道的定位是靠滑动导套和一组销钉来实现的,方便可靠,并且用10毫米的螺丝固定,装拆很方便。尼龙拉钉也是固定在动模轨道上的。



2.06摩擦片和齿轮轴座的设计

如下图



黄色的是摩擦片,其中外围的4件是用Cr12MoV备制,硬度为HRC56.。中间二件兼有斜顶块导向的作用,是用耐磨青铜备制。为了保证斜顶块的稳定,在动模板的反面还有一层青铜做的摩擦片。在齿轮轴座的相应位置用线切割做成穿孔,齿轮轴座直接放入,因为齿轮轴座各个方向都有限制,所以不用安排螺钉。



2.07斜顶块的设计



斜顶块用8407备制,硬度HRC52度。滑座和摩擦片是用Cr12MoV备制。硬度HRC58度。

斜顶块与内滑块、内缩块的配合面都是密配的,要起封胶的作用。

斜顶块的斜顶的角度的选择非常的重要,既要能够将制品的型面分离,制品可顺利取出,又不能与内滑块干涉,具体尺寸可以参考3D图档。



【查鸿达大师编后感

讲心里话,这套模具的难度很大,我已经63岁,眼睛也没有那么好使,但这些画图的工作是别人替代不了的。假如没有那个“雌雄同体”的灵感,整套方案是想不出来的,感谢主给了灵感,使得这么艰难的工作得以完成。期间也犯了几个大大的错误。

第一是刚刚开始的方案,外滑块用了斜导柱,其后果是每一次开模时外滑块都会开一次,这样对制品的外表面有一定的伤害。所幸在团队第一次评估时就看出了问题。

第二是齿轮轴没有固定在模板上,根本不可能进行内外同抽。假如做出来一定会是个大笑话。幸亏后来发现了,做了及时的改正。


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