泵壳双层滑块脱模机构注塑模具设计

Design of Injection Mold of Pump Housing with Double-layer Slider Ejection Mechanism

摘要

针对泵壳顶部和底部侧向分布的两个管道，确定两管道间的结构部分成型为模具设计难点，进而设计一副单型腔双层滑块脱模机构的注塑模具。在定模侧设计弯销+滑块的脱模机构，实现两管道间结构部分的第一次脱模，其滑块运动距离为16 mm。同时，设计独立的抽芯油缸，抽芯行程至少为41 mm，实现泵壳顶部的侧向管道成型。在动模侧设计弯销+滑块以及油缸+滑块的脱模机构，实现两管道间结构部分的第二次脱模，滑块运动最大距离为39 mm。同时，设计弯销+滑块抽芯机构，抽芯行程至少为34 mm，实现泵壳底部管道成型。通过合理控制分型顺序以及两个油缸的运动顺序，成功实现塑件脱模，可为类似塑件注塑成型及双层滑块脱模机构设计提供参考。

Abstract

A single-cavity injection mold with a double-layer slider ejection mechanism was designed for the pump housing, which featured two laterally distributed pipes at the top and bottom. The molding of the structural section between the two pipes was identified as the critical design challenge in mold development. On the fixed mold side, a bent pin+slider ejection mechanism was designed to achieve the first ejection of the structural section between the two pipes, with a slider travel distance of 16 mm. Meanwhile, an independent core-pulling hydraulic cylinder was designed with a core-pulling stroke of at least 41 mm to realize the molding of the lateral pipe at the top of the pump housing. On the movable mold side, a bent pin+slider and a hydraulic cylinder+slider ejection mechanism were designed to achieve the second-stage ejection of the structural section between the two pipes, with a maximum slider travel distance of 39 mm. Simultaneously, a bent pin+slider core-pulling mechanism was designed with a core-pulling stroke of at least 34 mm to realize the molding of the pipe at the bottom of the pump housing. By reasonably controlling the parting sequence and the motion sequence of the two hydraulic cylinders, successful ejection of the plastic part was achieved, which could provide a reference for the injection molding of similar plastic parts and the design of double-layer slider ejection mechanisms.

Graphical abstract

脱模机构与塑件结构形状密切相关^[1-3]，其设计是否合理对模具结构及塑件的推出质量影响重大^[4-5]。在模具整体结构中，针对复杂塑件的脱模机构设计，除推杆、推管等常规结构外，还需采用复合型脱模机构。典型方案包括：斜导柱+滑块^[6-11]、弯销+滑块^[12-14]、斜顶机构^[15-19]以及液压油缸抽芯^[20-24]等。研究人员针对不同塑件提出相应的脱模设计方案。苗乃明等^[2]设计电水壶壳体模具，采用哈夫式滑块结构，利用弹簧弹开滑块完成侧抽芯动作，但弹簧驱动难以满足大行程脱模需求。张文超等^[3]采用“弹簧+滑块”“斜顶杆+斜顶块”及“油缸+滑块”等机构进行侧向抽芯及脱模，但该方案不适合用于成型塑件同一部位的双层脱模机构集成。彭贤峰等^[4]在定模侧设计两个独立抽芯油缸，在动模侧整体设计5组滑块抽芯结构，但其大滑块内部设计了复杂的多级抽芯结构，不适合同一部位大面积结构特征的双层协同脱模。张利华^[5]将塑件内壁整圈圆环凹槽分成4段，采用内收滑块和斜顶实施抽芯脱模，塑件外壁半圆环凹槽则使用弹簧驱动的两个定模侧哈夫滑块实施侧抽芯脱模，但不适合大行程的双层脱模。

泵壳存在侧向高度不同的双管道结构，两侧向管道间结构部分的脱模机构设计为模具设计难点。针对该难点提出双层滑块脱模机构，定模侧采用弯销+滑块机构实现第一次脱模，动模侧采用弯销+滑块以及油缸+滑块机构实现第二次脱模。同时，兼顾侧向管道成型的抽芯结构布局，合理控制两次分型及油缸运动顺序，最终实现塑件的可靠脱模。

1 塑件结构及模具设计难点

1.1 塑件结构分析

制件所用塑料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)。图1为泵壳三维结构及尺寸。从图1可以看出，泵壳整体结构为管状，顶部和底部有侧向分布的G1管道(进水口)和G2管道(出水口)。G1管道位于泵壳顶部，呈90°弯管状结构，向下连接至泵壳底部；G2管道位于泵壳底部位置，其轴线偏离泵壳底部中心位置，偏离距离为14.9 mm。两管道在高度方向间距35.0 mm，空间上呈26.5°交错分布。两管道内孔径分别为8.7 mm和10.0 mm，外孔径为10.0 mm，G1管道侧向抽芯长度为41.0 mm，G2侧向抽芯长度为34.0 mm，抽芯距较大。泵壳底部外径为25.8 mm，其上有4个均匀分布在凸台上的安装通孔，孔深10.5 mm。基于塑件以上结构特征分析，考虑脱模机构设计，G1和G2管道间的结构部分成型是模具设计的难点所在。

1.2 模具设计难点

为成型G1和G2管道间的结构部分，需要设置双层滑块脱模机构。图2为双层滑块脱模机构。从图2可以看出，定模滑块脱模机构安装在定模部分，其整体式滑块(H1和H2)的拼合面通过G1管道侧向部分的轴线，与滑块运动方向垂直。同样，动模滑块脱模机构安装在动模板上，其组合式结构设计的H3滑块和H4瓣合模块拼合面通过G2管道轴线，并与瓣合模块运动方向垂直。基于双层滑块脱模机构运动以及G1和G2管道抽芯机构设计，除动模和定模间的主分型面P2外，模具还需要在定模部分设置一个分型面，以满足定模滑块脱模机构的运动。

2 模具结构设计

根据塑件的结构特点，本模具采用一模一腔设计。图3和图4分别为定模结构和动模结构。

图5为浇注系统、冷却系统及推出机构。从图5可以看出，浇注系统设计采用潜伏式浇口，开设在定模镶块19上。脱模时，由推料杆46推出浇注系统凝料切断浇口。在冷却系统设计中，水路直径为8 mm，定模部分冷却系统开设在定模镶块19上，冷却水从定模板2进入，在定模镶块19上循环一周后，又从定模板2流出。动模部分冷却系统开设在动模镶块25上，冷却水从动模板30进入，在动模镶块25上循环一周后，又从动模板30流出。在推出机构设计中，塑件脱模完成后，由8根推杆47将塑件推出，推杆位置设置在塑件底部周边。

3 脱模机构设计

3.1 定模滑块脱模机构

定模滑块脱模机构完成G1和G2管道间结构部分的第一次脱模，图6为定模滑块脱模机构。从图6可以看出，脱模机构由H1弯销13和H2弯销3、H1滑块14、H2滑块4、滑槽导板5、滑槽导板16、滑槽导板21、限位钉22构成。弯销固定在定模座板1上，滑槽导板安装在定模镶块19上，形成T型导滑槽结构。模具在分型面P1处打开，定模板2随动模部分运动。固定在定模座板1上的H1弯销13和H2弯销3，分别驱动H1滑块14和H2滑块4沿滑槽导板完成脱模运动，滑块运动方向与G1管道轴线垂直。同时，在定模镶块19内开设足够距离保证塑件脱模，实现对滑块定位。合模时，由弯销进入滑块孔中并驱动滑块实现复位，弯销设计的楔面结构压紧滑块，以免滑块位移。弯销倾角20°，滑块运动距离16 mm。加上安全距离2~3 mm，经计算，分型面P1处开模距离至少52 mm。

3.2 动模滑块脱模机构

动模滑块脱模机构完成G1和G2管道间结构部分的第二次脱模，需考虑模具整体结构设计及零部件布局。图7为动模滑块脱模机构。从图7可以看出，动模滑块脱模机构由弯销+滑块以及油缸+滑块构成，即由H3弯销15、瓣合模块23和24、滑块28和45、滑槽导板29和43、油缸42等构成。模具在分型面P2处打开，固定在定模板2上的H3弯销15，驱动H3滑块28和H3瓣合模块24沿H3滑槽导板29完成脱模动作。同时，液压油缸42驱动H4滑块45和H4瓣合模块23沿H4滑槽导板43完成脱模动作。H4瓣合模块23采用液压油缸驱动滑块实现脱模，以确保足够的脱模距离，使塑件能够安全推出。H3滑块28采用H3弯销15驱动，弯销倾角为20°，长度为120 mm，截面尺寸为20 mm×20 mm。由文献[25]可知，对于头部是圆弧形的瓣合模块，理论抽芯距离(S_{\mathrm{1}})计算公式为：

S_{\mathrm{1}}=\sqrt[]{R^{\mathrm{2}}-r^{\mathrm{2}}\mathrm{s}\mathrm{i}{\mathrm{n}}^{\mathrm{2}}\left(\frac{\mathrm{180}°}{n}\right)}-r\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{s}\left(\frac{\mathrm{180}°}{n}\right)(1)

式(1)中：R为骨架台台肩半径，mm；r为骨架圆圈的外径，mm；n为瓣合模块数量。

对于H3瓣合模块，R为泵壳底部外径25.8 mm，r为G1管道外径10 mm，n取2，可得S₁=23.8 mm。故H3滑块的脱模距(S)=14.9+23.8≈39 mm，39 mm是H3滑块跟塑件分离至不干涉塑件脱模的距离。为了安全起见，实际脱模距离应比理论脱模距离大2~3 mm，故需要开模距离为(39+3)/tan 20°=115 mm。

3.3 管道抽芯机构

G1管道侧向长度达41 mm，成型时抽芯距较大。因此，G1管道采用液压脱模，油缸Ⅰ 9的锁紧块11固定在定模座板1上，待分型面P1开启至设定行程后，锁紧块11与油缸Ⅰ 9分离并触发液压系统，完成抽芯动作，实现G1管道成型。液压抽芯抽拔力大，抽芯距大，动作平稳，可确保泵壳制件无损伤脱模，满足成型质量要求。G2管道抽芯机构设计，由弯销+滑块构成。由于与成型支管路1的液压缸距离太近，此处不宜再次采用液压抽芯机构。弯销固定在定模板上，分型面P2打开后，由G2弯销12驱动G2滑块26完成侧向抽芯。弯销倾角为20°，长度为164 mm，截面尺寸为20 mm×20 mm，满足大抽芯距成型需求，兼顾动作可靠性与空间约束，从而完成G2管道成型。

4 模具工作原理及注塑成品

图8为模具整体结构。结合定模和动模结构，模具具体工作原理如下：注塑完成后开模，尼龙拉钩将定模板和动模板锁住，在弹簧的作用下，模具先从分型面P1处打开。固定在定模固定板上的弯销，驱动H1和H2滑块完成G1和G2管道间的结构部分的第一次脱模，同时在分型面P1打开一段距离(30 mm)后，定距拉杆未到位之前，液压系统带着侧型芯完成侧向抽芯，实现G1管道成型。当定距拉杆运动到一定位置后，拉住定模板停止运动，同时迫使尼龙拉钩脱离动模板，模具从分型面P2处打开，弯销机构和液压系统分别驱动H3和H4滑块完成G1和G2管道间的结构部分第二次脱模。固定在定模板上的G2弯销驱动G2滑块完成侧向抽芯，实现G2管道成型。之后，动模继续向下运动，由推杆将塑件推出模外。图9为注塑成品。

5 结论

根据塑件结构特点，设计一副具有潜伏式浇口的两次分型注塑模具。针对塑件侧向分布管道的结构特征，确定两侧向管道间结构部分的成型为模具设计难点。为保证塑件顺利脱模，提出两层滑块脱模机构的设计方案，通过设计弯销+滑块的定模脱模机构实现泵壳两侧向管道间结构部分的第一次脱模，设计弯销+滑块及油缸+滑块的动模脱模机构实现泵壳两侧向管道间结构部分的第二次脱模。泵壳顶部侧向管道采用抽芯油缸脱模，底部侧向管道采用弯销+滑块的脱模机构。脱模机构设计合理，能够有效利用模具的两次分型动力来进行二次驱动，以实现侧向脱模，简化了模具脱模机构的设计，降低了模具成本。

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