基于多向侧抽芯机构的防毒面罩注塑模具设计

Design of Injection Mold for Gas Mask Based on Multi-directional Side Core-pulling Mechanism

摘要

防毒面罩的塑料部件是一种典型的深壳类零件，包含斜向圆周、凸台、盲孔、侧孔、卡扣等复杂结构，这些结构与开模方向存在不一致的情况。为实现顺利脱模，采用多组斜导柱与滑块相结合的侧抽机构，并对侧抽机构之间的装配关系进行精心设计。在冷却方式的选择上，定模采用导流板式冷却水路，动模则采用直通式冷却方式。模具设计为三次分型，借助顶杆顶出实现脱模。这种设计具有结构紧凑、动作可靠的特点。

Abstract

The plastic components of a gas mask are typical deep-shell parts, featuring complex structures such as inclined circumferential surfaces, bosses, blind holes, side holes, and latches, which are inconsistent with the direction of the mold opening. In order to achieve smooth demoulding, the side pumping mechanism combining multiple groups of inclined guide pillars and sliders is adopted, and the assembly relationship between the side pumping mechanisms is carefully designed. In the selection of cooling methods, the fixed mold adopts the deflector cooling water channel, and the moving mold adopts the straight-through cooling method. The mold is designed as a cubic parting and is demolded with the help of ejector rod ejection. This design has the characteristics of compact structure and reliable action.

Graphical abstract

关键词

防毒面罩 / 多向抽芯 / 组合滑块 / 三次分型 / 注塑模具

Key words

Gas mask / Multi-directional core pulling / Combination slide / Three-step parting / Injection mold

在注塑模具中，塑件存在与开模方向不一致的孔或侧壁有凹凸形状时，除极少数情况可以强制脱模外，通常需要采用侧向抽芯机构实现脱模^[1]。赵利平等^[2]针对电动工具塑件设计一副包含三边侧向抽芯的复杂注塑模具，通过侧向复合二次抽芯机构解决塑件倒扣和内扣的脱模问题。王君等^[3]基于对讲机塑件结构特点，采用四面侧向抽芯机构和内侧抽芯机构及斜顶结构，实现塑件的成型与脱模。王静等^[4]利用多向斜角度组合式滑块抽芯机构实现复杂弯管倒扣及弯孔的成型。多向侧抽芯机构设计的难点在于需考虑多个侧抽机构之间以及侧抽机构与模具零件之间的位置及装配关系^[5]。

实验针对防毒面罩的塑件结构，设计一副能够多向抽芯、三次分型的三板模具。该模具根据塑件结构采取一模一腔、点浇口的结构，利用阻尼自闭器和拉杆结构实现三次顺序分型，最终借助推杆顶出塑件实现脱模^[6]。

1 塑件结构分析

防毒面罩塑件为曲面形壳体类零件，塑件壁厚较均匀，平均壁厚为1.5 mm，最大壁厚在底部圆孔处，为2.5 mm，最大外形尺寸122 mm×95 mm×70 mm。防毒面具塑件的材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，具有强度高、韧性好、易于加工成型的优点，收缩率为0.3％~0.8％。塑件精度为MT4，且塑件不存在料流充填特别困难的位置^[7]。图1为防毒面罩塑件结构。防毒面罩的两个进气阀与开模方向(呼气阀轴线方向)存在70°夹角，两侧进气阀外表面S1处及S1圆周上均布的三处凸台S3处不能直接开模，且进气阀侧面有S5侧孔，S3凸台内部有S4矩形盲孔，呼气阀S2处圆周均布有三处卡扣，均需采用侧抽机构实现脱模。

2 模具结构设计

2.1 分型面及模架设计

外壳整体为曲形件，为简化模具结构、降低型腔内熔体所受阻力、减小塑件脱模难度，选取塑件投影面积最大的位置作为分型面^[1]。图2为分型面位置。

根据塑件外形尺寸及侧抽芯结构，确定型腔尺寸为160 mm×190 mm×80 mm，型芯尺寸为160 mm×190 mm×100 mm，从而确定定模板尺寸为300 mm×300 mm×90 mm，动模板尺寸为300 mm×300 mm×110 mm，根据塑件推出距离确定支撑块的高度为120 mm，最终确定模具最大的外形尺寸长(L)×宽(W)×高(H)为350 mm×300 mm×420 mm。选用依据GB/T 12555—2006的3030-A90-B110-C120规格的FCI型(点浇口式)模架。

2.2 浇注系统和冷却系统设计

塑件为薄片形零件，表面积较大且形状相对复杂，需采用多点进胶的浇注方式。由于塑件结构对称，采用两个分浇道，这样可以缩短流程、降低流动阻力并减少塑件变形。浇注系统可采用点浇口于产品表面进胶，为避免影响外观，选用面罩内表面作为浇口。根据成型的结构，四面均需设置滑块侧抽芯机构，因此采用一模一腔布局^[8-9]。图3为浇注系统。注塑过程中，塑件的冷却时间约占成型周期的80%^[10]，这样能够保证塑件内外壁均能得到较为均匀的冷却，减少塑件由于冷却不均而产生的较大变形^[11]。冷却系统分别设计了定模冷却水道和动模冷却水道。由于凸模体积较大，为提高冷却效率，需要在凸模上采用导流板式冷却水井来开设冷却水道，动模上则开设回形直通式水道。图4为冷却系统。

2.3 侧抽芯机构设计

塑件的脱模机构直接影响模具的设计难度^[11]，对塑件进行分析发现，塑件有3处位置与脱模方向产生干涉，须设计抽芯机构进行成型与脱模^[12]。抽芯机构由斜导柱与滑块结构组成^[13-17]。针对呼气阀外周端部均布的三处卡扣，设计哈弗结构的侧抽芯进行成型；针对斜向圆周及斜向凸台，设计组合斜向滑块抽芯机构进行成型；针对侧向盲孔、侧向孔，设计组合滑块抽芯机构进行成型；此外，侧向盲孔尺寸较小，其成型时型芯容易损坏，以及滑块结合位置容易溢料，因此，将成型方孔与成型一部分凸台结合。图5为卡扣处侧抽芯机构，图6为斜向圆周、斜向凸台及侧孔处侧抽芯机构，图7为侧抽芯机构整体布局。

3 模具工作原理分析

3.1 开模过程

在注塑模具合模完成注射、保压、冷却等工序后，开模过程为^[18]：借助阻尼器11和拉料杆5使模具先从Ⅰ-Ⅰ处进行分型，拉料杆5使浇道凝料能够留在定模，当开模到一定距离，限位杆12接触凸模固定板10，拉杆8向动模方向推动，在Ⅱ-Ⅱ处进行分型，拉杆8推动退料板9，使浇道脱离模具，待拉杆8推动至极限位置后，模具于Ⅲ-Ⅲ处分开。各抽芯机构均固定在凸模固定板10上，开模时，各侧抽机构完成抽芯，使凸模脱离塑件。动、定模的开模距离由注塑机设定。

3.2 滑块的定位。

图8为防毒面罩注塑模具装配图。为了保证合模时斜导柱准确进入导柱孔，滑块需配备定位机构。从图8可以看出，在滑块机构中，成型卡扣的滑块由定位钉7定位；成型吸气阀侧孔的滑块由限位块15定位；成型吸气阀外圆周的滑块由弹簧钢珠17定位。

3.3 脱模与复位

由于塑件的表面积较大，为实现受力平衡，故而设置3根顶杆顶出塑件，为保证滑块复位时与顶杆不发生干涉，在推板上设置复位杆及弹簧实现复位。

4 结论

文章结合防毒面罩塑件的结构特点，设计一副三板式注塑模具，采取点浇口方式进料，并采用一模一腔的构造，针对塑件的斜向侧孔、凸台以及卡扣结构，采用滑块与导柱多向侧抽的组合滑块结构。该结构的创新点在于内孔侧抽滑块与外周侧抽滑块交叉位置的设计，不仅能够减少溢料，而且使结构更为紧凑，确保运行过程的安全性与可靠性。文章为类似构造的模具设计提供参考。

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基金资助

辽宁省属本科高校基本科研业务费专项(LJ232410144074)