对称件一模四腔四面抽芯注射模具设计*

熊 毅 屈保中 董 嫔

(①河南工业职业技术学院，河南 南阳473009；②河南省材料成形装备智能技术工程研究中心，河南 南阳473009)

生产中常将结构对称的两个塑料产品在同一模具中成形[1-3]，不同产品布局在一套模具中称为异腔模，是多腔模中较复杂的一种。多腔模中，当产品相邻侧均有外侧抽芯机构时，需要更大的安装空间。如何设计合理的结构以减小产品间距，对缩小模具尺寸、节约成本具有重要的意义。

侧向凸起和内凹作为塑料制品中的常见结构，常采用斜导柱、弯销、圆弧抽芯及斜顶等抽芯机构进行处理[4-7]。对于模具中有多个抽芯机构时[8]，情况更复杂，需保证各抽芯机构运动一致、避免干涉。针对内外均需抽芯的模具，一般外侧采用弯销、斜导柱抽芯，内侧则用斜顶抽芯，使模具结构更紧凑[9-10]。眭俊煜等[11]采用环形沟槽抽芯机构解决了电器开关支座的多向抽芯问题。冯鲜[12]等设计了一模两腔的三方向抽芯的注射模具，解决了轮椅扶手托架的多向抽芯问题。李云义[13]采用了1个定模外侧斜向抽芯，2个动模外侧抽芯和1个斜顶抽芯解决了复印机底壳的多向抽芯问题。梅益[14]等在动定模分别采用液压、斜滑块等机构解决了某拨动件复杂抽芯问题。这些结构针对具体塑料件解决了多向抽芯问题，但并未针对模具相邻型腔之间抽芯机构尺寸优化提出相应的方法。

文章针对某摩托车左右对称塑料件4方向侧凸凹，各方向均采用斜导柱外侧抽芯机构；在一模四腔的模具布局结构下，通过优化抽芯机构的楔紧装置，以解决抽芯机构安装空间不足的问题。

1 产品分析与模具分型

1.1 产品结构分析

图1为产品的三维模型，材料为PP TD 20，最大外形尺寸为42 mm×144 mm×38.5 mm，适于大批量生产。图1a为左右完全对称的两个塑料件，该产品轮廓复杂、主体由曲面构成，侧孔和细小结构多。图1b为产品的侧向凸凹特征，4处侧向结构分布在产品的4个方向，如图1b中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ位置，需要侧型芯成形。其中，Ⅰ处为侧向凸台，内有一深度为5.21 mm的盲孔，侧向最大凸起高度为11.31 mm；Ⅱ处为6个侧向孔槽，除了A处为圆孔外，其余5处为Ω形状的侧孔，最深处为2.79 mm；Ⅲ处为侧向内孔，孔深为1.93 mm；Ⅳ处为6个Ω形状的侧孔，B为放大效果，孔最深处为2.21 mm。

由产品结构的复杂性可知，模具分型和侧向机构设计是产品成形的关键。

1.2 模具分型

将产品的最大成形区域放在主方向，该方向的最大边界曲线作为分型线。如图2a，其中PL1为产品的3处内环，PL2为分型线，由于轮廓为空间曲线，应综合应用拉伸、有界平面等工具构建分型面[15]，以简化成形零件的配合面，提高动定模的合模精度。

图2b为分型完成后的型腔和型芯，模具的成型零件结构复杂，产品的4处侧向结构全部位于动模，应在型芯上分割出侧抽芯镶件，并设计合理的抽芯机构。型芯中难以加工和易磨损的部位也应拆分为镶件。

根据产品的侧凸凹结构特征，4方向均采用斜导柱外侧抽芯。主要原因是：(1)Ⅰ处有盲孔；(2)Ⅱ、Ⅳ两处成形面积大；(3)Ⅲ处由于轮廓复杂，无法采用斜顶。

图3为4个方向的成形滑块Ⅰ～Ⅳ，与产品的Ⅰ～Ⅳ的侧向结构对应。其中，滑块Ⅰ中有圆形镶件，用于成形产品中该处的盲孔，如图中A所示，镶件采用台阶形式、用一个横向销钉固定在滑块中；滑块Ⅱ、Ⅳ中，由于产品的侧孔尺寸及间距小，因此将6个侧型芯合并到一个滑块体，形成整体结构，避免每处单独设计滑块，此处滑块尺寸较大，用2个斜导柱以增加机构强度。

2 模具总体结构

如图4，总体结构为平衡式的一模四腔单分型面注射模，采用热流道、潜伏式浇口进料。热流道系统中，通过热流道板16中的热流道标准组件保持熔体恒温，隔热板18是为了防止模具的热量传递给注射机。

每个产品4方向均使用了斜导柱抽芯机构，共16个，如图中的12、23、29、46，所有滑块位于动模、斜导柱位于定模，开模时侧抽芯机构开始运动。

产品采用推杆推出，加强筋部位用扁推杆6，其余位置用圆推杆5推出，推出机构设置了导向装置31、33以保证运动平稳，支撑柱34保证了注射和保压过程中动模板7有足够的刚度。由于产品尺寸较大，为了保证冷却均匀，环形冷却水路分别开设在型腔47和型芯44上。

产品经注射、保压、冷却后，模具从分型面打开，动模向后移动。动模侧的滑块12、23、29、46在定模侧的斜导柱13的作用下，向产品外侧运动，完成侧向抽芯。

模具完全打开后，推出机构运动，推杆5、6将产品从型芯44中推出，完成一个成形周期。

3 模具主要结构设计

3.1 侧向抽芯机构设计及尺寸优化

抽芯距一般应大于侧凸凹深度，判断依据是滑块按抽芯距移动后，刚好不阻碍产品脱模。如图5a，滑块Ⅰ的抽芯距等于盲孔的深度，因为滑块只成形圆柱凸台和盲孔；如图5b，滑块Ⅱ的抽芯距1.98 mm，因为侧孔处的壁厚不均，靠近动模侧壁厚最小，为1.98 mm。表1为四方向侧凸凹深度与抽芯距的对比，滑块Ⅲ、Ⅳ的抽芯距与侧凸凹深度相等，滑块Ⅰ、Ⅱ的抽芯距最小。

表1 各处侧向抽芯距离

由于模具为一模四腔、产品四方向抽芯，因此，在产品布局时，除了保证平衡外，还要将抽芯距小的滑块布局在模具内侧，以减小模具尺寸。图4中，滑块Ⅱ位于横向内侧，滑块Ⅲ位于纵向内侧。滑块Ⅰ、Ⅳ抽芯距较大，放在模具外侧。

图6为斜导柱抽芯机构，为了使模具结构紧凑，设计了中心楔紧块11为左件和右件内侧对向滑块Ⅱ共用，使型腔的横向内侧边距减小为76 mm；若参照楔紧块6的尺寸65 mm，内侧滑块采用单独楔紧块，则总尺寸为130 mm，采用中心楔紧块使型腔间距减小了54 mm，降幅为41.5%。同时，中心楔紧块两侧同时受到相等的型腔压力，工作更可靠。同理，纵向相邻产品之间也用共用的中心楔紧块，型腔纵向内侧边距仅为22 mm。

3.2 推杆布局

因产品轮廓复杂，采用推杆推出，推杆类型根据产品推出部位的结构特征应有差异，常用的有圆推杆和扁推杆。推杆应设置在脱模阻力最大的地方[16]，如产品的边缘、加强筋或凸台处；推杆布局应均匀，保证产品推出时受力平衡、不变形。图7为模具的推杆布局，共25个，包括16个圆推杆和9个扁推杆，推杆的选用情况如表2，其中φ5 mm的推杆作用是推出潜伏式浇口。

表2 单个产品推杆规格与数量

3.3 冷却系统设计

均匀的模具温度对产品质量以及成型周期影响很大。如图8，为保证该塑料制品的质量和生产效率，模具中采用了直径为8 mm的圆形管道，动定模均采用了回形循环式立体结构，进水口靠近产品进料一侧，以平衡浇口侧比型腔末端温度高的温度场差异；水管与产品距离尽可能一致，以保证产品的热量被冷却水均匀带走，减小型腔各部分的温差。

4 结语

针对4方向带侧孔的对称塑料件，采用了斜导柱抽芯机构，设计了一模四腔平衡式的热流道注射模具，经实践证明，模具结构紧凑、侧向抽芯机构工作平稳。

(1)对产品的4方向凸凹进行了抽芯距分析，将抽芯距小的滑块放在了模具内侧，以节省型腔之间的滑块安装空间。

(2)在相邻两个产品之间，设计了中心楔紧块用于两个内侧滑块的楔紧，使型腔内边距缩小了41.5%，模具尺寸更紧凑。

(3)采用了4种圆推杆和2种扁推杆，对推杆进行了平衡布局，保证了产品脱模平稳。