给排水管三通接头旋转抽芯机构注塑模具设计

简忠武 ，苏曦 ，王品 ，柳美玲 ，熊建武

(1.湖南工业职业技术学院，长沙 410208； 2.马鞍山学院，安徽马鞍山 243111； 3.芜湖瑞鹄模具有限公司，安徽芜湖 241000)

排水管道及其接通零件都使用聚氯乙烯(PVC)进行成型[1–3]。该类零件采用PVC注射成型时，其注塑工艺条件需要设置如下[4]：熔化温度为185～190℃，模具温度为50～70℃，注塑压力为70～95 MPa，保压压力为60 MPa，一般采用低速注射以避免材料降解。在选用浇口时，所有常规的浇口都可以使用。如果加工较小的部件，最好使用针尖型浇口或潜入式浇口；对于较厚的部件，最好使用扇形浇口。针尖型浇口或潜入式浇口的最小直径应为1 mm；扇形浇口的厚度不能小于1 mm。对于管道的多通道PVC关节塑件–管道接头，在模具结构设计方面，存在不少实际难题，特别是多管道出口接头内壁的脱模，需要在脱模机构设计方面做较多的创新设计[5–7]。笔者结合PVC塑料的成型工艺特点，设计了一种复杂给排水管三通接头注塑模具，以供参考。

1 塑件

图1为建筑给排水管常用的三通接头塑件，塑件使用改性PVC材料，收缩率为0.58%。用注塑模具生产时的难度在于塑件的脱模，主要有以下几个方面：

图1 塑件

①塑件由五段管结合而成(W1～W5)，其中W1，W2，W3构成主体直身管，且W1，W3分置于两端，中间的W2口径略小，因而，直身管内的内壁需要从两头进行抽芯脱模。

②W4垂直于W1～W3构成的直身管，其内壁的脱模需要从另外一个方向设置抽芯机构脱模。

③W5为圆弧弯管，其成型型芯既不能从沿W1～W3直身管的中心线方向抽出，又不能沿W4的中心线抽出。

④W5中心线的圆弧中心角度为90º，依据图1b所示的塑件结构尺寸可以看出，W5弯管型芯的转动抽芯机构的设计难度比较大。

2 分型设置

2.1 分型面选取

塑件模具设计的最大难点在于W1～W5共5段内壁管型芯的脱模，显然，主分型面的选用，将直接影响到各段脱模机构设计的难易程度[8–10]。图2为分型设置，选用图2a中所示的P0面作为外壁的主分型面，再对内壁的成型件进行二次分型分割，分别以P1，P2，P3三个内壁分型面分割出 C1，C2，C3，C4共4个内壁成型块(滑块)，对应的内壁成型件的抽芯方向为：C1按F1向侧抽芯，C2按F2向侧抽芯，C3按F3向侧抽芯，C4按T4转动方向转动抽芯，如图2所示。

图2 分型设置

2.2 成型件设置

如图2所示，在模腔的组成零件中，外壁成型零件包括图2a中P0面所分割出型腔、型芯；内壁成型零件包括图2b所示的C1滑块、C2滑块、C3滑块及C4滑块。

2.3 脱模设置

塑件的脱模过程可以通过以下步骤来实现：①P0面以上的外壁从型腔中先脱模，塑件留于P0面以下的型芯上；②C1滑块抽芯抽出；③C3滑块抽芯抽出；④C4滑块转动抽芯抽出；⑤由顶针将塑件从型芯上顶出，实现塑件的完全脱模。需要指出的是，C3滑块和C4滑块抽芯时，由于两者在塑件的同侧，其抽芯方向和抽芯方式不一样，因而需要进行机构设计，才能实现二者的抽芯抽出。

塑件的脱模过程可以通过以下步骤来实现：①P0面以上的外壁从型腔中先脱模，塑件留于P0面以下的型芯上；②C1滑块抽芯抽出；③C3滑块抽芯抽出；④C4滑块转动抽芯抽出；⑤由顶针将塑件从型芯上顶出，实现塑件的完全脱模。

2.4 浇口设置

浇口设置在塑件的侧边G位置处，采用单一侧浇口形式进行浇注。

3 模具结构

3.1 模具结构

脱模机构选用是否得当，是影响模具结构布局及整体结构设计的关键因素[11–15]。结合成型件设计及脱模方式的设置，塑件使用由一模两腔布局进行模具设计，其结构如图3所示。模腔在模具中的布局使用镜像式布局，这样可以最大限度地节省模架使用空间[13–14]，同时，也可以简化脱模机构的结构，便于模具中浇注系统及冷却系统的开设。在模具单腔中，使用三个脱模机构实现塑件内壁的脱模。塑件的最终完全顶出由推板13推动其上的顶针顶出来实现。

图3 模具结构

3.2 抽芯机构

如图3b所示，模具中单腔的抽芯脱模机构包括3种6个机构，第一腔的抽芯机构分别为M1，M2和M3机构，第二腔的抽芯机构分别为M1′，M2′和M3′机构。其中，M1和M1′机构为两个独立、结构相同的斜导柱驱动滑块机构；M2和M2′机构为结构相同的油缸驱动滑块机构；M3和M3′机构为结构相同的直线抽芯+圆弧旋转抽芯复合机构。M2和M2′两个机构共同使用一个油缸14进行驱动；M3和M3′机构共同使用一个油缸24进行驱动，3种机构的设计分别如下。

(1)M1机构 (M1′机构 )。

M1机构为一种双斜导柱驱动滑块机构，机构组成零件包括图3a中的两个M1斜导柱4和图3b中的C1滑块27。模具开模时，由M1斜导柱4驱动C1滑块27按图4中所示的F1向实施侧抽芯。

图4 机构工作原理

(2)M2 机构 (M2′机构 )。

M2机构的滑块由图3b中所示的C2滑块油缸14进行驱动，C2滑块17的锁紧由图3a中所示的定模板2上加工的斜面进行锁紧，模具开模后，由C2滑块油缸14驱动C2滑块17按图4中所示的F2向同步实施抽芯。

(3)M3 机构 (M3′机构 )。

M3和M3′两个机构由共同的驱动油缸C4滑块座油缸24进行驱动。以M3机构为例，如图4所示，M3机构中综合了C3滑块的直线抽芯和C4滑块的圆弧旋转抽芯两个抽芯动作。其动作实现步骤为：模具打开时，由两根M3斜导柱5驱动C3滑块19按F3向先在C3滑块座18上实施直线侧抽芯，抽芯完毕后，C3滑块19停留在C3滑块座18上，而C4滑块20的尾端通过一个中心杆紧固安装在C3滑块座18上，因而，当C3滑块座18绕转动销转动时，即可以带着C3滑块19、C4滑块20同步做T4向的转动，实现C4滑块20的旋转抽芯动作。C3滑块座18的旋转动作由C4滑块座油缸24驱动，其原理为：C4滑块座油缸24先驱动拉杆滑块22做F1向的直线运动，再通过拉杆滑块22上的圆柱销拉动C4滑块座拉杆21，从而驱动C3滑块座18转动。

4 模具工作原理

模具工作原理如图5所示。模具在闭模注塑完毕后，在注塑机动模板的拉动下，模具在K1面处打开，从而使模具动、定模打开，打开时，M1和M1′机构的滑块、M3和M3′机构的滑块被斜导柱驱动，同步实施侧抽芯；而后，C4滑块座油缸24动作，驱动M3和M3′机构的C4滑块20和20′同步完成旋转抽芯动作；再后，C2滑块油缸14拉动M2和M2′机构的滑块实施侧抽芯；最后由注塑机顶杆推动推板13上的顶针将塑件从型芯镶件26上顶出，从而实现完全脱模。

图5 模具工作原理

5 结论

针对三通接头塑件的注射成型，设计了一副侧浇口两板模具用于其自动注射成型：

(1)塑件的模腔布局设计为一模两腔，使模具的结构空间得到充分利用，提高了注塑生产效率；单腔模腔的浇注方式使用单点侧浇口进行浇注。

(2)对塑件的自动脱模进行了分步脱模设计，并依靠模具的开模／顶出动作和机构驱动的分步配合动作使其得到实现。模具一次开模打开，一次顶出。设计了三种脱模机构：一种为斜导柱驱动滑块机构，一种为油缸驱动滑块机构，一种为直线抽芯+圆弧旋转抽芯的复合机构。

(3)设计的直线抽芯+圆弧旋转抽芯复合机构的特点为：先借助于开模动力，驱动C3滑块座18上的斜导柱滑块直线抽芯机构进行侧抽芯，然后再由油缸驱动C3滑块座18转动，驱动圆弧旋转抽芯机构实施旋转抽芯。机构能有效借助模具的开闭动作及油缸的驱动，按步骤有序实现塑件的自动脱模，具有较好的模具结构设计借鉴价值。