打印機底殼産品見圖1,産品最大外形尺寸為381.91 mm x 287.33 mm x 99.25 mm, 塑件平均膠位厚度2.00 mm,塑件材料為HIPS,縮水率為1.005,塑件質量為507.40克。塑件技術要求為不得存在披峰、注塑不滿、流紋、氣孔、翹曲變形、銀紋、冷料、噴射紋等各種缺陷。
圖1 打印機底殼産品圖
打印機底殼為日本某品牌打印機的底殼。從圖1可以看出,塑件結構造型為複雜殼體,動定模均有很多骨位和柱位等,尺寸較大,模具為大型模具。塑件産品圖、模具3D圖均見附檔。塑件産品圖除了标注産品尺寸和公差外,還标注了詳細的技術要求,此外,還有表面蝕紋、消光紋的部位,表面抛光的區域等。
對于大型模具,模具設計的難度在于保證塑件尺寸公差和技術要求的同時,注射成型過程穩定,澆注系統設計合理,頂出過程平穩,塑件無變形,注塑周期滿足模具設計式樣書的要求。任何一點的小失誤就會造成很大的損失,因為大型模具的試模成本高昂。
模具設計型腔排位為1出1. 塑件四邊共有7處需要設計滑塊抽芯,将兩處大滑塊分别設計在模具天地側。其中滑塊7和滑塊9由于位置所限,利用滑塊驅動滑塊以改變抽芯方向。
塑件尺寸較大,澆注系統設計也存在很大難度,澆口位置和數量的設計是關鍵。大型塑件,骨位和結構較複雜時,塑料流程較長,澆注系統的平衡非常重要。澆口數量過多,或澆口位置不合理,則會造成注塑壓力過大,塑料變形大,塑料原料浪費,還會延長注塑周期,造成經濟損失。如果澆口過少,也會造成填充困難。
在早期的模具設計中,澆注系統完全依靠模具設計者的經驗來解決問題。由于計算機技術快速發展,模具設計已從傳統的經驗設計轉變為計算機輔助設計、輔助編程與加工。其中最重要的是建立在聚合物流變學基礎上的對塑料熔體在流道和模腔内的充模和流動的模拟,模流分析軟件為正确确定澆注系統提供了便利條件。在大型公司的産品研發部門,已經設立了專門研究模流分析的部門。例如,日本佳能公司,産品研發部門的模流分析工程師,專門對塑件進行模流分析,為産品設計提供技術支撐。
設立專門部門和固定的模流分析人員,便于大數據的積累,也便于确定合理的注塑周期,為精益生産創造了條件。通過應用模流分析軟件,打印機底殼産品需要設計3個澆口,見模具設計圖2. 采用YUDO熱流道系統進膠。
由于采用熱流道系統,模胚為非标模胚7085,為了提高定位精度,在模胚的四角設計了虎口,A闆的虎口凸出,B闆的虎口凹進,虎口角度為5゜~10゜. 大型模具,動定模需要分别設計定位銷,動模的定位銷為ø25,定模的定位銷為ø40,定模的采用導柱代替,主要是對于多層模闆的熱流道模具,由于各模闆的溫差和熱膨脹不同,會産生較大應力,需要采用大直徑的定位銷,以保護熱嘴不受力。以及在裝模時防止熱嘴碰壞。在模胚的操作側,設計了2個斜度定位塊。
對于打印機底殼模具這樣複雜的機殼模具,前後模仁的設計也十分關鍵。在模具設計之前,進行塑件檢讨,對于塑件邊緣形狀有變化處,仔細分析分型面的走向,确定分型面。仔細檢查塑件的脫模斜度,對存在疑問的地方,及時與客戶确認。在日本産品圖中,脫模斜度叫勾配,确定脫模斜度以及段差,一定要得到客戶的确認。一般會召開專門的打合會議,專門研究開模的具體問題。
前後模仁的長寬均為370×500,長寬超過200以上的模仁,下框時存在一定困難,因為尺寸超過一般平面磨床的加工範圍,開精框的尺寸和模仁的尺寸精度都難以保證。在這種情況下,模仁需要采用基準角定位并用擠緊塊壓緊。具體做法就是以模胚基準角為基準,在遠離基準角的兩個框邊做3゜斜度,利用擠緊塊壓緊模仁。B闆精框圖見圖4,針對動模骨位較多的情況,模具注塑時的排氣非常重要。因此,定模為了保證塑件表面質量,隻在局部分割鑲件。動模模仁全部打散做鑲件,在模具設計時,需要根據塑件結構,先确定幾個大塊,再分割細小鑲件。确定大鑲件時,需要與冷卻運水的設計結合起來,盡可能設計直通運水,才能保證冷卻效率。對于無法冷卻的封閉深腔角落,需要設計铍銅鑲件散熱。
分割鑲件和用挂台固定鑲件時日本模具的一大特色。打散做鑲件後,後模仁鑲件很多,需要設計鑲件平面組裝圖,使模具鑲件類似于拼積木式裝配,動模鑲件排列圖見圖3。鑲件在制作時底部需要倒角,模胚精框框底做R6,以增加模具強度和剛度。小鑲件全部采用挂台,隻有大鑲件和底部壓有運水膠圈的鑲件采用螺釘固定。對于大型模具,B闆底部較厚,如果小鑲件采用螺釘固定,則螺釘孔很深,光線較差,容易漏裝螺釘。
為了防止塑件粘定模,在定模也設計了頂出機構,包括頂針闆61和63,驅動元件為彈簧60,利用複位杆碰分型面複位。
所有滑塊全部采用斜導柱驅動,并在滑塊底面和斜面設計了耐磨闆,便于組裝和調節。大滑塊所受的側向漲開力較大,采用原身留的鏟基,其餘小滑塊的鏟基視需要設計。
模具的頂出元件為頂針,司筒,直頂和斜頂。所有斜頂在B闆背面均設計了導向塊,在頂針闆設計耐磨塊,以延長壽命。斜頂采用了防松設計,在螺釘下加了彈簧墊圈。
模具鋼材采用日本模具鋼NAK80,标準件采用日本三住MISUMI品牌标準件。
圖2打印機底殼模具圖
圖3 動模鑲件排列圖
圖4 B闆結構圖
圖5 斜頂鎖緊圖
圖5 斜頂鎖緊圖
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