一、產(chǎn)品分析
此產(chǎn)品是用在太陽(yáng)能熱水器上的的節(jié)止閥，材料是POM，外形見(jiàn)下圖。
產(chǎn)品看來(lái)脫模比較困難，因?yàn)閮?nèi)螺紋中間的部分是轉(zhuǎn)不了的，但是內(nèi)螺紋必須用機(jī)械的方法轉(zhuǎn)出來(lái)，而且產(chǎn)品的中間部分比較厚，內(nèi)螺紋的中間部分必須要冷卻。這2項(xiàng)要求好像有點(diǎn)相互矛盾。是一套典型的螺紋旋轉(zhuǎn)抽芯結(jié)構(gòu)的注塑模具，但又要將旋轉(zhuǎn)部分的中間布置成為不轉(zhuǎn)的，這個(gè)不轉(zhuǎn)的部分還要通冷卻水，這個(gè)案例對(duì)模具設(shè)計(jì)師是個(gè)很大的挑戰(zhàn)，案例來(lái)自河北黃驊模具城某模具廠。
二、澆口的設(shè)計(jì)
這個(gè)案例在考慮模具結(jié)構(gòu)以前，首先先要考慮好澆口怎么安排，用什么形式，在哪里進(jìn)膠？因?yàn)楸井a(chǎn)品的脫模要向四面抽芯，做一模多腔比較困難，只能考慮用小機(jī)型，做一模一腔。但是澆口的安排比較麻煩，一般的來(lái)講，本產(chǎn)品有三種進(jìn)膠方法：1熱流道，2點(diǎn)澆口，3大澆口。但是由于注塑機(jī)比較小，模具的總厚度受到限制，從這點(diǎn)考慮，我認(rèn)為優(yōu)先采用大澆口，因?yàn)榇鬂部诘哪＞吆穸茸钚 ?/strong>
大澆口雖然最簡(jiǎn)單，但是進(jìn)膠點(diǎn)放在哪里呢？由于制品安排澆口的最佳位置是凹下去的，普通的大澆口將難以實(shí)現(xiàn)，切除也困難，假如放棄大澆口，做點(diǎn)澆口或者熱流道，則模具的高度很大，顯然不合理，而且模具的成本也增加很多，注塑機(jī)也要大一號(hào)，直接就增加了生產(chǎn)成本，所以，必須考慮大澆口。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的考慮，我設(shè)想了一種變種的大澆口，見(jiàn)下圖。
從上圖可以看到，將成型產(chǎn)品上端的圓凹坑的圓凸臺(tái)直接做成澆口套的一部分，這樣，澆口總長(zhǎng)度才10mm，小頭2.5mm，大頭3mm,這時(shí)的注塑成型的阻力最小，脫模的阻力也最小，用一把專用的刀很容易切除，用了這個(gè)澆口的設(shè)計(jì)，定模大大簡(jiǎn)化了，定模的厚度也大大減小了，適合小機(jī)型生產(chǎn)，騰出空間給動(dòng)模安排合理的脫模機(jī)構(gòu)。經(jīng)過(guò)Moldex 3D公司的模流分析，這個(gè)澆口的設(shè)計(jì)是非常合理的，見(jiàn)下圖。
三、螺紋芯的設(shè)計(jì)
螺紋芯是中空的，為了模具結(jié)構(gòu)的緊湊和螺紋型芯有足夠的強(qiáng)度，我將齒輪和螺紋型芯做成一體的,螺紋型芯的另外一端有導(dǎo)向的螺紋，導(dǎo)程與造型的螺紋的導(dǎo)程是一致的，見(jiàn)下圖。
導(dǎo)向的螺紋與定制的螺母相配合。當(dāng)螺紋芯上的齒輪被傳動(dòng)時(shí)，這個(gè)導(dǎo)向螺紋在螺紋型芯旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，使得整個(gè)螺紋芯邊旋轉(zhuǎn)邊向后退，因?yàn)槁菽甘且杏捕鹊?，合理的硬度為HRC48~52，在這樣的硬度時(shí)，內(nèi)螺紋的加工是很困難的，為了方便加工和裝配，我將這個(gè)螺母分為二半來(lái)做，做完后二半裝在相應(yīng)的一個(gè)穴中就成為一個(gè)整體。螺母的材料是用CrWMn，見(jiàn)下圖。
螺紋是用電極加工出來(lái)的。加工螺母的螺紋的電極是由數(shù)控車床加工出來(lái)的。電極的固定端銑一基準(zhǔn)面，當(dāng)加工完一半螺母后，將電極反過(guò)來(lái)再打表分中后，加工另外一半螺母，見(jiàn)下圖。
四、整套模具的動(dòng)作原理
這套模具的出模比較難理解，讓我慢慢地給大家解釋。第一步，在模具沒(méi)有打開(kāi)前，螺紋芯通過(guò)液壓馬達(dá)的帶動(dòng)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，順著導(dǎo)向螺母運(yùn)動(dòng)，使得這部分螺紋脫離產(chǎn)品。這時(shí)，螺紋內(nèi)芯是不動(dòng)的，因?yàn)槁菁y內(nèi)芯的頭部造型是非旋轉(zhuǎn)體，見(jiàn)下圖。
第二個(gè)動(dòng)作，動(dòng)模墊板與動(dòng)模底板之間先分開(kāi)15mm，見(jiàn)下圖。
在上圖中可以看到，螺紋型芯的螺紋部分已經(jīng)旋出，由于在分型面上設(shè)置了尼龍拉釘，開(kāi)模時(shí)主分型面先不打開(kāi)，而是動(dòng)模底板與動(dòng)模底板間先打開(kāi)15mm。這時(shí)4個(gè)滑塊還緊緊地包住產(chǎn)品，一起向前移動(dòng)15mm，使得螺紋內(nèi)芯不可旋轉(zhuǎn)的部分脫離。然后主分型面打開(kāi)，由于斜導(dǎo)柱的作用，二個(gè)大滑塊分開(kāi)。第三個(gè)動(dòng)作是模具二側(cè)的液壓油缸抽出二側(cè)的模芯，見(jiàn)下圖。
由于第一次開(kāi)模僅僅15mm，產(chǎn)品已經(jīng)與螺紋內(nèi)芯松開(kāi)，但是還有部分螺紋內(nèi)芯伸在產(chǎn)品的中間。這樣會(huì)使得滑塊分開(kāi)時(shí)產(chǎn)品不會(huì)粘在滑塊上，假如第二個(gè)動(dòng)作打開(kāi)得多，使得螺紋型芯內(nèi)部的不旋轉(zhuǎn)的內(nèi)芯完全離開(kāi)產(chǎn)品，則產(chǎn)品有可能在油缸拉動(dòng)二側(cè)的型芯時(shí)，隨型芯一起運(yùn)動(dòng)，也就是粘在型芯上，機(jī)械手無(wú)法將產(chǎn)品夾出。第四個(gè)動(dòng)作，是用機(jī)械手將產(chǎn)品取出。整個(gè)四個(gè)動(dòng)作是連貫的。
五、下模的設(shè)計(jì)
這套模具的構(gòu)思的核心是下模，我這里說(shuō)的下模不是指整個(gè)動(dòng)模部分，是指一個(gè)單獨(dú)的零件。我以前沒(méi)有見(jiàn)過(guò)，自己也沒(méi)有設(shè)計(jì)過(guò)這樣一個(gè)零件，它也不是動(dòng)模仁，但是它也參與了成型，它又是本套模具最核心的結(jié)構(gòu)性零件，我不知道怎么給它命名，但是這是個(gè)“奇思妙想”。我暫且稱它為多功能下模，簡(jiǎn)稱下模吧。它的外形有點(diǎn)象法國(guó)的凱旋門，象征著我們這套模具的勝利，見(jiàn)下圖。
它在動(dòng)模部分的裝配狀況是這樣的，見(jiàn)下圖。
3、對(duì)4個(gè)滑塊進(jìn)行定位和限位，見(jiàn)下圖。
由于前面講到，模具的第二個(gè)動(dòng)作中，活動(dòng)模板與動(dòng)模底板會(huì)分開(kāi)15mm。而很快是布置在活動(dòng)模板上的，多功能下模是布置在動(dòng)模底板上的，也就是說(shuō)，在這個(gè)動(dòng)作中，滑塊會(huì)與多功能下模分開(kāi)15mm。合模時(shí)，滑塊又要回到多功能下模上這就需要對(duì)滑塊與多功能下模之間布置精密的定位，而且一定是3面有斜度的。我在多功能下模上設(shè)計(jì)了4處帶斜度的凹槽，見(jiàn)下圖。
4、活動(dòng)模板與動(dòng)模底板的精定位，見(jiàn)下圖。
從上圖中可以看到，活動(dòng)動(dòng)模與動(dòng)模底板是需要精確定位的，但是模具的第二個(gè)動(dòng)作中，活動(dòng)動(dòng)模與動(dòng)模底板是要分開(kāi)15mm的，所以我將多功能下模的下部四周設(shè)計(jì)成帶斜面的，與活動(dòng)動(dòng)模的內(nèi)側(cè)的斜面精密配合，這樣既在合模時(shí)能夠精密定位，而且在活動(dòng)動(dòng)模分開(kāi)時(shí)與多功能下模又不產(chǎn)生摩擦。
多功能下模是固定在動(dòng)模底板上的，見(jiàn)下圖。
5、多功能下模與滑塊底部的配合，見(jiàn)下圖。
在上圖中可以看到，滑塊底面與多功能下模的上面的結(jié)合面是由3°斜度的，這在模具設(shè)計(jì)中是個(gè)細(xì)節(jié)問(wèn)題，而且是個(gè)非常重要的細(xì)節(jié)，很多年輕的設(shè)計(jì)師不注意這個(gè)問(wèn)題，后果會(huì)很嚴(yán)重。因?yàn)榛瑝K底面是帶造型的，假如這個(gè)結(jié)合面沒(méi)有斜度，這個(gè)結(jié)合面很快磨損，在產(chǎn)品上產(chǎn)生飛邊。
為什么會(huì)很快磨損？道理很簡(jiǎn)單，滑塊的鎖緊是靠定模上的鎖緊塊對(duì)滑塊的斜面在合模時(shí)產(chǎn)生擠壓。這個(gè)擠壓的力會(huì)產(chǎn)生向下的壓力，滑塊底面與多功能下模的上面產(chǎn)生擠壓，假如這對(duì)面與運(yùn)動(dòng)方向是平行的，就產(chǎn)生了摩擦力，因?yàn)槟Σ亮Φ拇笮∈钦龎毫εc摩擦系數(shù)所決定的，所以這個(gè)從注塑機(jī)的鎖模力轉(zhuǎn)換來(lái)的正壓力產(chǎn)生的摩擦力很大，所以在這種情況下，滑塊底面與多功能下模上面的磨損會(huì)很快。
現(xiàn)在我將這對(duì)面設(shè)計(jì)為斜面，情況就完全不同了，在滑塊運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，這對(duì)面是騰空的，只有在注塑機(jī)鎖模的最后一剎那，這對(duì)面才碰到，假如模具做得精準(zhǔn)，讓這對(duì)面離開(kāi)0.008mm，用來(lái)排氣，那就更好了，可根本避免磨損。
由此可見(jiàn)，這個(gè)多功能下模在整套模具里的作用是非常重要的。
六、螺紋內(nèi)芯的設(shè)計(jì)
螺紋內(nèi)芯是不可以旋轉(zhuǎn)的，它是靠活動(dòng)動(dòng)模與動(dòng)模底板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成脫模的，動(dòng)力是尼龍拉釘產(chǎn)生的。它是固定在動(dòng)模底板上的，由于產(chǎn)品上對(duì)著螺紋內(nèi)芯的部分非常厚，所以螺紋內(nèi)芯必須有充分的冷卻。我是這樣設(shè)計(jì)的，見(jiàn)下圖。
八、小滑塊抽芯的設(shè)計(jì)
小滑塊是由油缸來(lái)拉動(dòng)的，見(jiàn)下圖。
從上圖中可以看到，型芯是由小滑塊帶動(dòng)的，小滑塊是靠裝在油缸架上的油缸拉動(dòng)的，這是比較簡(jiǎn)單比較傳統(tǒng)的做法。
十、小結(jié)
有些網(wǎng)友跟我講，你講的這個(gè)案例太簡(jiǎn)單了，能不能來(lái)點(diǎn)復(fù)雜的。我認(rèn)為，在日常的模具生產(chǎn)中，絕大多數(shù)是常規(guī)的結(jié)構(gòu)，我這個(gè)案例集中體現(xiàn)的是模具設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)決定成敗。
反過(guò)來(lái)講，這套模具絕不是很簡(jiǎn)單，想出這種方法來(lái)很不容易，說(shuō)這套模具簡(jiǎn)單的人，說(shuō)明還沒(méi)有看懂這套模具。假如構(gòu)思不到那個(gè)多功能下模，整個(gè)的思路是不可能展開(kāi)的。
