一套几个模具厂都没有搞好的模具...

数控编程教学2018-12-14 15:32:44

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一、产品分析


这是一款医用滴液器,是美国一位朋友所委托,有一些难度,已经几个模具厂制造未果。难点在于头部有一个横向的圆管,圆度要求很高,是装旋阀的,不能渗漏出液体,头部的滴管长度27mm,但是直径很小,只有Φ3.2mm,注塑时容易发生偏芯

 

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从上图可以看到,头部的圆管内空有一条凸筋,是用来扣住旋阀的,旋阀装在滴液器内,见下图。





这个产品几何形状不是很复杂,但是模具结构很复杂,主要是难以控制定模凹腔与动模型芯的同心度,还有定模抽芯时产品受滑块的拉扯产生的变形,并且产品会吸附在滑块上。从图中可以看到,产品的小头有个小圆管,是用来装旋阀的位置,剖视图中可以看到,模具的型芯是一边长一边短的,产品肯定会依附在型芯长的一边的滑块上。从产品的总体看,大端的圆筒状的部分很难控制产品的壁厚均匀度。


二、模具总结构的构想


怎样在模具结构的设计方面避免模芯的漂移和弹性变形?怎样避免在定模滑块外移时制品不跟着滑块向一边跑?进胶形式怎么安排,是本案例的关键。通过思考和推理,模具的总结构应该是这样的,见下图。





三、动模芯的设计


动模芯的设计要点关键是要控制动模芯的刚性,尽量减少它的弹性变形。分二个部分来考虑,一是动模芯与模板的固定方式,二是从所用钢材和热处理状态来考虑。




在上图中我们可以看到,模芯的固定部分比成型部分长,根据我的经验,此类模具一定要达到如此的比例(不能小于1:1),否则动模芯容易被熔融的塑料冲偏。动模芯内部是通冷却水的,利用隔水片从动模底板中进出水。


动模芯的硬度和刚性也很重要,我们采取的是8407,热处理后的硬度是HRC48,由于产品是透明件,表面抛光后,进行了镀铬处理(通过镀层厚度来精确控制产品重量)。不仅如此,动模芯的定位和紧固也非常重要,见下图。




上图中的定位套是紧压入型芯压板的,定位套和型芯压板也可以做成整体,(但是加工比较麻烦)我们可以看到,型芯压板与动模板凹壁的配合,四周都是斜面的,定位套的内壁与动模芯配合的面也是斜面的,这样,当型芯压板和定位套的锥面紧紧地压住动模芯的锥面时,动模芯的定位精度和刚性会达到最佳状态,见下图。




在上图中可以看到,由于型芯压板的外围斜面与动模板的凹壁的斜面是紧密配合的,6个10mm的内六角螺丝可以将动模芯牢牢地固定在动模板上,同时,上图中蓝色的定位套的外圆也是动模滑块的定位。另外,型芯压板的加工要点是定位套压入后,内外斜面要一次性加工出来。否则不能够保证动模芯的定位精度,严重的可能将整套模具产生偏位。

四、动模滑块轨道的设计


我对于此类结构,滑块的轨道都是用加硬的材料“贴”上去的,我不赞成用厚的模板来挖槽,因为那会使得模板变形,严重影响导柱和导套的定位精度,有些厂家硬是要在模板上挖槽,还不贴硬片,试模时是可以的,但是模具的寿命不长,假如开了槽再加硬片,模具的体积就要放大,很不划算。所以用加硬的轨道附加在平的动模板上是经济实惠的做法。一般来说,动模有大滑块的结构,所有的功能性的附件都要做在这个轨道面上,往往位置很紧张,所以,我们在布置位置时要统筹兼顾,因为它是淬火的,改起来很困难,如下图。




上图中的轨道上布置有:尼龙胶钉、内六角螺丝、精定位、双节滑动导套等零件。这个双节滑动导套还起到轨道与动模板的精确定位作用,见下图。




五、限位螺丝的设计


这个医用滴液器产品比较长,有效的顶出距离要110mm,产品才能够顺利地取出,可是设置限位螺丝的空间才50mm,(底板+型芯板-螺丝头-台阶厚度)。也就是说,限位螺丝的空间根本不够,一般的处理方法是在模外加限位拉板,这样做比较麻烦,而且拉板的固定螺丝经常会断,往往会影响生产。我这里介绍一种很简单很方便的方法。供大家参考,见下图。





我在原来设置限位螺丝的位置加了一个套,一切就变得非常简单了。这个方法可以延伸,假如需要顶出的距离更长,可以做双层的加长套,甚至三层,详细结构请看下图。




六、动模滑块的设计


这个滑块是非常传统的设计,我在这里做了一点点改进,见下图。




一般的模具设计师在滑块的外侧都是采用斜面,但是我在这里留了一点点平面,这样做的好处是没有增加加工成本,但是有了这个平面,火花机加工的时候非常方便,另外水接头可以做在这个平面上,避免了在斜面上攻螺纹的麻烦。滑块拨开的动力是靠固定在定模一侧的斜导柱作上的斜导柱来实现的,见下图。




七、动、定模之间的精定位的设计


动、定模之间的精定位的设计见下图。




动模侧的精定位是直接做在动模轨道上的,动模轨道是用Cr12Mov做的,硬度是HRC52~56。定模侧的凸起的精定位是镶件式的,见下图。



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这个精定位很重要,直接决定产品内外圆的同心度,我采取的方法是在动、定模全部组装好以后,直接以型腔为基准来加工精定位的。


八、浇口的设计


这个零件的浇口设置有点特殊性,不同于其他“试管”类的模具,因为在产品的尾部的通孔直径很小,根本谈不上刚性,经熔融的塑料流一冲就偏了。所以我采用了一种特别的浇口,是“爪形”浇口的变种,见下图。




这个爪形浇口在出模时是与横流道断开的,并会连在产品上,以后有一道切浇口的工艺,并且要做一个专门的切断工具,这看起来好像很麻烦,但是我认为,要得到合格的产品,这是必须的,我见过以前不成功的模具试模的样品,是用的潜伏式浇口,虽然会自动断浇口,但是产品的残余应力太大,头部的圆管的圆度不稳定,虽然想追求完美,但是目的没有达到,我想通过这个案例与年轻的模具设计师交流一下设计的理念。以下图是Moldex 3D公司的模流分析结果。




我设计模具第一考虑的是保证用我设计的模具生产出来的产品是合格的,客户可以接受的,第二才是在保证模具合理寿命的前提下尽量减少成本。再看定模小型芯,直径仅仅3.2mm,见下图。


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我是这样设计的,虽然定模型芯的直径很小,但是由于被定模滑块夹紧,在根部有很大强度的,相当于在材料力学里“简支梁”的计算公式里,简支梁的长度为零。从理论上讲,这个时间点上小型芯的强度是无穷大的。然后当熔融的塑料流从端面进入后,抱着小型芯向里进胶,先进去的塑料就抱紧了型芯,填充的塑料使得型芯在瞬间就有了强度,我做过很多类似的模具,这种浇口有很好的效果。


九、定模滑块的设计


定模滑块是这样分型的,外分模线肯定在中间,内分模面一定是在型芯的台阶处。见下图。




根据产品的特征,产品的外分模面一定是在中间的。但是由于侧抽芯是一边长一边短,所以,分出来的滑块1是这样的,见下图。

 


滑块1对应的滑块镶针比较短,但是滑块2的镶针比较长,见下图。




可以肯定,二个滑块在分开时,产品是会粘在定模滑块2 上的,并且会随着滑块2一起拉扯,由于产品中间有动模芯挂住,产品一定会拉伤,因为定模滑块2一侧的造型的特征,内外的型面都在一侧,而滑块针是不允许有脱膜斜度的(因为是装配旋阀的),包紧力很大,这也是以前的模具多次失败的主要原因。所以我在定模滑块2一侧设置了止推装置,首先,有一个推管,在滑块分开时,它是不动的,顶住产品,将产品强制性地留在中间,见下图。




图中,止推管是固定在定模上的,相对于产品是不动的。而滑块2 镶针是固定在滑块2 上的,是随着滑块2 运动的。这样就可以有效地防止产品在脱模时随滑块2运动。导致制品被拉伤。滑块2 上的止推管是这样固定的,见下图。




从上图可以看到,止推管相对于定模板板是不动的,直接用螺丝固定在定模(A)上。但是镶针是固定在镶针固定块上,镶针固定块是用螺丝固定滑块2上的,它会随滑块2 一起外移,与制品分离,见下图。



 

这是一个非常经典的滑块止推机构。合起来是这样的,见下图。




十、定模滑块的定位


一般这种敞开式轨道的大滑块机构,很容易产生滑块的定位性不稳定,因为滑块会受到锁紧块斜面的挤压,极微量的位移也会对制品的外观产生很大的影响。特别是本产品的外形,锥度部分在定模滑块上,直筒部分在定模大镶件上,假如偏位0.05mm,产品外形就会很难看。所以在本套模具里,定模滑块的定位机构对制品的外观品质有举足轻重的作用。.


这个定位机构我是这样设计的,非常简单的结构,但是它起到了定模滑块与定模仁的精确定位作用,同时也使得定模滑块1、定模滑块2之间产生精确定位,见下图。

 


十一、定模滑块的冷却


定模滑块的冷却见下图。




从上图可以清楚地看到定模滑块的冷却水路的设置。前面讲的圆度要求很高的圆管的成型是在定模滑块上的。定模滑块的冷却系统的布置直接影响到这个圆管的圆度,其实定模滑块的冷却系统不单单起冷却作用,(严格的讲应称为热交换系统)我认为为了增加前面讲到的圆管的圆度的稳定性,定模滑块必须保持稳定的模温,应该在50°C左右,定模滑块的冷却系统是采用了一个模温机,设定的温度是48°C,在实际生产中取得了很好的效果。


十二、定模仁的设计


定模仁的结构见下图。




定模仁的设计是非常传统的,没有什么特殊的地方,从上图可以看到,有分成三层的冷却水路。因为我考虑到该制品的特征,产品与另外一个零件(旋阀)之间的配合是要求不漏水的,产品的圆度要求比较高,所以首先要保证模具温度非常稳定,然后再考虑怎样将制品定型。定模仁的型腔加工要与二个大滑块定位在一起,然后才可以加工。最终的抛光也要将定模仁与二个定模滑块定位在一起,不然很难保证结合线不错位。


十三、浇口的取出


浇口的取出方式比较特殊,见下图。




从上图看,按理讲浇口是拿不出来的。它会留在二个滑块中间。这可是非常麻烦的。可是始料不及的是,竟然有意外的惊喜,浇口在相互拉扯时,有一边先断开了,这是肯定的,因为爪形浇口与横流道的连接是一个点浇口,具体形状是小端直径Φ1mm、锥度是30°的的圆锥体,没有断的一边就跟随制品一起出来了,见下图。




模具的总体结构是这样的,下图是模具打开的状况。




小结: 


这是一套很有实用价值的模具,曾经困惑了我的朋友很久,现在这个难题终于被攻破了。但是,仅仅靠文字和图片要切实了解这套模具的详细结构是不够的,我在这里只是表达了我的设计理念和设计思路,希望可以起到抛砖引玉的效果。


设计方案的特点


  • 动模型芯的固定方法,确保了动模型芯的刚性和稳定性以及产品壁厚的均匀性;

  • 定模滑块的止推结构,防止产品粘滑块,是本套模具能够成功的关键;

  • 定模滑块与定模仁的精确定位,确保产品外观的接合线的美观,特点是结构极简单,加工方便;

  • 动模的镶套式限位螺丝的设计,变相扩展了动模的顶出空间;

  • 变相的爪形进料口,有效地保护了定模小型芯不被冲偏。


本案例介绍到这里就差不多结束了,但是还有一个与模具没有直接关系的问题,可是又非常有价值,我在这里补充一下。希望能够对大家将来的工作中有一点帮助和启发。前面讲到,本制品与另外一个零件(旋阀)的配合有较高的要求,这个内孔的圆度要求很高,见下图。




但是这个产品是PP做的,蠕变量比较大,就这样直接注塑成型要达到不漏水是很困难的,我在生产的时候采用了定型的方法,定做了一批芯棒,制品出来后将芯棒插入,10分钟后取出,效果很好见下图。



来源:前沿数控技术(ID:CNC-TEC)

作者:查鸿达,前沿数控技术特约模具技术顾问

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