贺柳操1 ，肖国华2 ，沈忠良2 ，卞 平3
( 1. 湖南机电职业技术学院机械工程学院，湖南，长沙 410151;
2. 浙江工商职业技术学院现代模具学院，浙江，宁波 315012; 3. 湖北工业职业技术学院机电工程系，湖北，十堰 442000)
摘要 : 结合产品的注塑成型过程，设计了一模两腔两次分型二板模模具结构，单个模腔浇注采用1个侧浇口进行浇注。针对产品脱模困难问题，设计4种脱模机构，实现了难脱模特征的脱模，4种机构分别为定模弹簧型针先抽 芯脱模机构、定模推板斜顶脱模机构、曲连杆驱动旋转脱模机构、定模油缸抽芯机构。曲连杆驱动旋转脱模机构的设计中，运用模具模板的开闭动作驱动弯管型芯进行旋转抽芯，实现了弯管内壁的脱模，合理利用了模具模板的运动功能，降低了机构设计对模架结构的要求，降低了旋转抽芯机构的复杂性，有效地节省了模具制造成本。
关键词 : 斜孔抽芯;前模斜顶;弯管抽芯;结构设计; 注塑模具
0 引言
脱模机构的设计是模具结构布局中机构设计的重点，也是难点［1－5］，特别是对于脱模比较困难的产品而言，脱模机构在模 具结构中的布局及机构本身的结构布局，都需要进行较多的结 构创新设计［6－9］，文章针对某医疗导流管头脱模困难的实际生产问题，针对性地设计了1种两板式冷流道侧边浇口注塑模具，模具采用假三板模架结构，分两次分型打开。模具结构中，采用弹簧驱动型针实现了产品上斜孔的先抽芯脱模；通过在定模侧设置推板推出前模斜顶机构，实现了产品上型腔一侧倒扣孔的先抽芯脱模 ;利用模具主分型面打开的动力，驱动弯管抽芯机构，实现了产品一端弯管内壁的抽芯脱模；在前模定模板设置油缸抽芯机构，实现了产品一端长内孔壁的抽芯脱模。脱模机构设计中，特别是弯管抽芯机构的设计，机构结构设计新颖，能有效 降低模具的生产制造成本;模具整体布局合理，机构动作可靠，能较好地满足产品的自动化生产要求，具有较好的设计借鉴意义。
1 塑件特征分析
某医疗导流管头产品如图 1 所示，产品材质采用工程改性塑料合金 ABS + PC，缩水率 0. 5%；影响产品脱模的特征包括如图所示的 F1 ～ F5 共5个特征。F1 、F2 为位于左边的2个侧孔，两者都为长距离深孔，且 F1 为阶梯孔，F2 为细长孔；F3 、F4 位于管壁上端，F3 为短距离孔，F4 为斜孔；F5 为细弯管孔，弯管扇形角度27°。以上特征，都是难脱模特征，结合产品的分型设计， 综合分析特殊的分型及脱模机构设计，可以实现产品的自动化注塑生产。
图 1 产品结构(单位 : mm)
F1 ～ F5 －特征
2 分型设计
结合产品的特点，对产品进行如下的布局及分型设计，如图 2 所示，模具采用一模两腔布局，单腔的分型设计为:(1)主分型面采用 PL1 分型线所在的分型面，将产品外壁的成型件一分为二，为上、下成型镶件，即图中所示的 C1 型芯主镶件和 C2 型腔主镶件2 个成型块;(2)在 C1 型芯镶件的侧边分离出 F1 、F2 2 个特征的侧抽芯滑块头镶件 I1 ;实施对 F1 、F2 特征的脱模;(3) 在 C2 型腔镶件上再分割出 I3 、I4 2 个镶件，用于 F3 、F4 特征的成 型与脱模;(4)在 C1 型芯成型镶件和 C2 型腔镶件内再分割出 I1 滑块，实施对产品弯管内壁上的 F5 特征的脱模。产品采用四点 侧浇口方式进行浇注。
图 2 分型设计
(a)分型分区 (b)分型面 3D 图
F1 ～ F5 －产品特征 PL1 －分型线 C1、C2 －成型镶件块编号 I1 ～ I5 －分割成型镶件编号
图 3 模具结构
1 －定位圈 2 －面板 3 －定模板 4 －定模镶件 5 －动模镶件 6 －动模板 7 －顶针 8 －模脚 9 －支撑柱 10 －推板盖板 11 －推板 12 －底板 13 －拉料杆 14 －复位弹簧 15 －复位杆 16 －浇口衬套 17 －拉杆 18 －尼龙扣 19 －前模推板导柱 20 －前模推板导套 21 －前模推板 22 －前模斜顶杆 23 －前模油缸 24 －前模滑块 25 －导轨螺丝 26 －滑块镶件 27 －导轨 28 －长型芯 29 －小型芯 30 －侧镶件 31 －斜抽芯针 32 －斜型芯弹簧 33 －斜型针滑块 34 －斜针 滑块驱动块 35－定模转销 36－定模连杆 37－连杆销 38－动模曲连杆 39－动模转销 40－ 曲连杆驱动销 41－ 曲连杆驱动滑块 42－驱动转轴 43－旋转滑块 44 －旋转滑块锁紧块 45 －弯管型芯 46 －模具导柱 47 －模具导套 48 －定模板限位拉杆 49 －快速水嘴 C1、C2、C3、C4 －水路编号 PL1、PL2 －模具开模面
3 模具设计
依据上述分型设计，模具整体结构如图 3 所示。模具模架采用龙记标准模架 LKM CI 型标准模架。模具模腔布局为一模两腔。模具采用两板模假三板模架结构，分两次分型打开，模具分型面有2个，分别为 PL1 和 PL2 。浇注系统采用冷流道侧边浇口浇注，流道开设于型芯镶件 5 和动模板 6 上，流道直径8mm，侧边浇口为扇形浇口，浇口尺寸为 2 mm ×4 mm × 3 mm；定 位圈 1 和浇 口衬套16采用标准件，其规格分别为 LＲB120、SBC20。冷却采用水冷方式，冷却管道直径采用 8 mm 管道；2 个型芯镶件5和2个型腔镶件4上单独开设 2 条水路；长型芯 28 上单独开设水井式水路进行冷却。
排气主要采用镶件间间隙排气位置，镶件间闭合间隙控制 在0. 005 ～0. 015 mm，以便排气。单模腔产品的顶出采用四根顶针7进行顶出，顶针7与型芯镶件5的上端配合段长度12 mm，配合间隙 0. 01～0. 015 mm，顶针中段与动模板6的壁孔间隙单边为 0. 5 mm，底端与推板11的避空间隙为0. 05 mm。模具导向由导柱 46和模具导套47的轴套滑动配合进行导向；导 柱导套有4副，其中，针对模具基准角位置的导柱导套进行了偏心设计，以防止定模、动模装配过程中装错而损坏模具成型零件。成型的冷却过程依靠4条环绕型水路进行，为C1 ～ C4 4 条水路，其中，C1 、C2 对应于第一模腔的冷却，C3 、C4 对应于第二 模腔的冷却；4 条水路的管道直径一样，都采用 8 mm 圆形管道；管道在模板和成型件界面处的密封采用“O”形橡胶圈进行密封，橡胶圈的放置槽开设于模板上，不能开设于成型件上。模具中，定模部分设置3个特殊的斜向脱模机构，动模部分设置1个特殊侧向抽芯脱模机构，可以实现塑件上特殊特征的抽芯脱模；模具动模、定模的动作原理为：模具的开模按 PL1 →PL2 依次 分型打开；结合图 2a 中的分型设计，第一次开模为 I4 斜型芯 (斜抽芯针 31)的先抽芯 ;第二次开模为塑件被 I3 镶件(前模斜 顶杆 22)从定模镶件 4 中顶出脱模，使塑件留在动模镶件5上， 以及动模侧2个特殊滑块抽芯机构的滑块锁紧的解除；模具打开后，动模一侧设置的2个特殊侧抽芯机构的油缸动作，分别驱动I1成型镶件(侧镶件 30)、I2成型镶件(弯管型芯45)实现侧抽芯脱模，塑件的最后顶出为顶针推板推动顶针7 将塑件从动模镶件5上顶出而完全脱模。脱模机构是本模具设计的重点和难点，机构的设计如第 4 节所述。
4 脱模机构
综上所述，为实现 F1 ～ F5 特征的脱模，依据第 2 节所述的 分型布局设计，采用 4 种不同的脱模机构可以实现［10－ 15］ 。4 种 机构分别为：(1)定模油缸抽芯机构；(2)定模弹簧型针先抽芯脱模机构；(3)定模侧推板斜顶脱模机构；(4)动模曲连杆驱动旋转脱模机构。各机构的 3D 结构图如图 4 所示。
图 4 脱模机构
17 －拉杆 18 －尼龙扣 19 －前模推板导柱 20 －前模推板导套 21 －前模推板 22 －前模斜顶杆 23 －前模油缸 24 －前模滑块 25 －导轨螺丝 26 －滑块镶件 27 －导轨 37 －连杆销 28 －长型芯 29 －小型芯 30 －小镶件 31 －斜抽芯针 32 －斜型芯弹簧 33 －斜型针滑块 34 －斜针滑块驱动块 35 －定模转销 36 －定模连杆 38 －动模曲连杆 39 －动模转销 40 － 曲连杆驱动销 41 － 曲连杆驱动滑块 42 －驱动转轴 43 －旋转滑块 44 －旋转滑块锁紧块 45 －弯管型芯
4. 1 定模油缸抽芯机构
机构用于 F1 、F2 特征的先抽芯脱模，可通过普通型油缸抽芯机构实现，机构整体倒装于定模板3 一侧，其机构组成零件包括件23～件30；长型芯28用于F1 特征的成型，小型芯 29 用于 F2 特征的成型。长型芯 28、小型芯 29 通过侧镶件30 合并安装于滑块镶件26上，通过前模油缸23驱动前模滑块 24，实现了产品上 F1 、F2 特征的脱模。机构的动作在PL1开启前完成，便于塑件从定模镶件4 中被前模斜顶杆22顶出。装配过程中，滑块镶件26 安装于导轨27上，便于滑块镶件26 的灵活抽芯运动，滑块镶件26设置楔紧槽，便于闭模时，动模板上的楔紧块对其 进行锁紧，以防止前模油缸23 的锁紧力不够，导致高压注塑压力对长型芯 28、小型芯29进行冲击时，滑块镶件 26 出现松退，使塑件产生飞边缺陷。
4. 2 定模推板斜顶脱模机构
机构用于F3特征的成型件－前模斜顶杆22，在定模镶件4 内的先顶出侧向抽芯；可通过定模推板推出机构的结构形式实现，机构组成零件包括件17 ～ 件22；机构中，前模推板导柱19通过压板及螺钉紧固安装于面板2上，其下端插入定模板 3 对 应的导柱孔内，以保证其导向的稳定性，其导柱本体通过与前模 推板导套20 滑动配合为前模推板21的运动提供导向。拉杆 17通过螺钉紧固安装于前模推板21上，尼龙扣18通过螺钉紧固安装于动模板6上，两者在闭模时吸紧，当 PL1打开时，尼龙扣18通过吸紧拉杆17拉住前模推板 21，使其保持静止，从而保证 PL1 开模面打开时，前模斜顶杆 22 在定模镶件 4 内无相对顶出 动作。直到模具在 PL2 打开时，由于定模镶件4 对塑件的包紧力小于动模镶件 5 对塑件的包紧力，从而使塑件在 PL2 开模面 打开时，将留于动模镶件5上；与此同时，尼龙扣18 拉紧拉杆17，使驱动前模推板 21 向下推出，前模推板21通过驱动安装于其上的前模斜顶杆 22 将产品从型腔镶件4中同步顶出，从而实 现 F3 特征在定模镶件 4 内的先顶出侧向抽芯脱模。
4. 3 定模弹簧型针先抽芯脱模机构
机构用于 F4 特征的斜向抽芯脱模，可通过带 T 型槽楔紧块 驱动滑块实施斜侧向抽芯的结构形式实现，机构的组成零件包 括件31～件34；斜抽芯针31 套装斜型芯弹簧 32 后，其前端参与 F4 特征的成型，尾端安装于斜型针滑块33上，斜型针滑块33与斜针滑块驱动块34通过T型槽滑动配合联结；机构由斜针滑块驱动块34在模具的PL1 分型面打开时驱动斜型针滑块33实施抽芯动作，完成F4特征的脱模。抽芯动作时，斜型芯弹簧32反弹辅助斜针滑块驱动块34驱动斜抽芯针 31和斜型针滑块33；PL1 开模面闭合时，则由斜针滑块驱动块 34 对斜型针滑块33进行压紧锁紧定位，PL1 打开时，斜型针滑块33在斜型芯弹 簧32反弹推动下由其尾端的滑块限位螺丝挡住而限位，以保证复位时，斜针滑块驱动块34 能准确地插入斜型针滑块33背面的T型槽内，并对其进行复位驱动。
4. 4 动模曲连杆驱动旋转脱模机构
机构用于F5特征的旋转抽芯脱模，可通过连杆驱动弯管型芯旋转实施旋转侧向抽芯的结构形式实现，如图 5 所示，机构的组成零件包括件35～件 45；定模连杆36的上端通过定模转销35铰接安装于定模板3上，定模连杆36的上端可以绕定模转销35的中心 O1 转动；定模连杆 36 的下端、动模曲连杆 38 的上端通过连杆销 37 铰接连接，两者的转动中心为 O2；动模曲连杆 38 的中部通过动模转销 39 铰接安装于动模板 6 上，以动模转销 39 的中心 O3 为转动支撑点；动模曲连杆 38 的尾端通过曲连杆驱动销 40 与连杆驱动滑块 41 的右端铰接连接，两者的转动 中心为 O4 ；连杆驱动滑块 41 的左端制成圆柱侧边削平形状，插入驱动转轴 42 的扁平孔内，使驱动转轴 42 发生转动，驱动转轴 42 的转动中心为 O5；驱动转轴 42 的两端各紧固连接一个旋转滑块 43，驱动转轴42 绕O5 转动，驱动旋转滑块 43 转动，从而实现弯管型芯 45 的旋转脱模。
机构工作原理为：模具在 PL2 开模面打开时，定模连杆 36 被动模曲连杆 38 拉住，使其绕 O1 中心，并朝 T1 方向转动，反之，定模连杆 36 拉动动模曲连杆38，使其绕O3 沿 T2 方向转动， 因而，动模曲连杆 38 可以驱动滑块 41 在驱动转轴 42 的扁平孔 内一边滑动，一边绕中心 O5 沿 T3 方向转动，从而使驱动转轴 42 带动其两端的旋转滑块 43 转动，达到驱动弯管型芯 45 沿 T3 方 向旋转脱模的目的，实现 F5 特征的弯管抽芯脱模。闭模时，由旋转滑块锁紧块 44 对弯管型芯 45 进行锁紧，以防止因其注塑 转动而导致塑件成型失败。
图 5 弯管抽芯机构工作原理
3 －定模板 6 －动模板 35 －定模转销 36 －定模连杆 37 －连杆销 38 －动模曲连杆 39 －动模转销 40 － 曲连杆驱动销 41 － 曲连杆驱动滑块 42 －驱动转轴 43 －旋转滑块 44 －旋转滑块锁紧块 45 －弯管型芯 PL1、PL2 －模具开模面 O1 ～ O5 －旋转中心 T1 ～T3 －转动方向
5 模具工作原理
模具开模时，结合图 3、4、5 所示，产品的脱模动作主要包括 以下几个步骤:
(1)注塑完毕。前模油缸 23 先动作，对长型芯 28、小型芯 29 进行抽芯驱动，先完成 F1 、F2 特征的脱模。
(2)PL1 打开。动模后退，流道废料从浇口衬套 16 中拔出， 留于动模一侧；斜针滑块驱动块34驱动斜抽芯针31和斜型针滑块 33，完成F4特征的脱模。
(3)PL2 打开。动模继续后退，尼龙扣 18 拉紧拉杆17，驱动 前模推板21同步后退，从而推动前模斜顶杆 22，将产品从型腔 镶件4中顶出，从而实现 F3 特征的先脱模。同步地，动模板6 上的动模曲连杆 38 被定模连杆 36 拉住，驱动动模曲连杆38 转动，从而驱动转轴 42 转动，使驱动弯管型芯 45 发生旋转，实现 了 F5 特征的脱模。开模过程中，在 PL2 打开前，模具需满足 F1、F2、F4 特征完成脱离制件的要求 ;PL2 打开后，定模推板斜顶脱 模机构和动模曲柄连杆机构同步动作，完成了 F3 特征的脱模和 F5 特征的脱模。
(4)顶出。分型面完全打开后，注塑机顶杆驱动四根顶针7，将产品及流道废料从型芯镶件5上顶出，实现产品的完全脱模。
(5)复位。复位时，动作过程完全相反，模具闭合，等待下 一个注塑循环过程。
6 结论
结合某医疗导流管头产品的注塑成型过程，设计了一模两腔、4个侧浇口浇注、两次分型二板模模具结构。针对产品多个特征的脱模困难问题，设计了4种脱模机构实现了难脱模特征的脱模。4种机构中，包括前模弹簧型针先抽芯脱模机构、定模侧推板斜顶脱模机构、曲连杆驱动旋转脱模机构、前模油缸抽芯机构；模具脱模机构设计中，特别是曲连杆驱动旋转脱模机构，充分地利用模具模板的开闭动作驱动弯管型芯进行旋转抽芯，实现了弯管内壁的脱模，机构无需另外设计动力机构，合理利用了模具模板的运动功能，减小了机构设计对模具模架结构的要求，降低了旋转抽芯机构的复杂性，有效地节省了模具制造成本。模具布局合理，结构简单实用，机构设计新颖，有较好的设 计借鉴意义。
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