摘要：针对某艺术网格形状塑件注塑成型和脱模困难的注塑成型难题，设计了一种单腔点浇口三板模具。模具分4次开模，2次顶出来实现塑件的自动化注塑生产。浇注系统采用20个点浇口对单腔进行分区同步浇注，采用8条水路进行仿形冷却以保证塑件的充分充填和防止注塑后翘曲变形。设计了4种机构来实现塑件的自动脱模，为解决塑件模腔内狭小空间内内壁的脱模机构设计提供了一种新思路。
关键词：艺术曲面;网格塑件;成型;结构设计;注塑模;三板模
随着消费者审美要求越来越高，塑件的工业设计已从简单形状设计偏重于采用工业美术独特形状设计。因此，塑件设计一般先通过3Dmax、犀牛等3D艺术造型设计软件构造塑件的艺术外观，而后再进行塑件的结构设计，其艺术外观的要求对塑件模具设计提出了更高要求，艺术薄筋体塑件就是其典型代表。从模具成型的角度而言，塑件形状设计应尽量壁厚均匀和形状简单化，避免侧向抽芯脱模等特征的设置，以降低模具的制造难度和制造成本［1－2］；但对于有艺术外观要求的工业艺术曲面造型的塑件，消费者往往将审美放在第一位，成型模具设计时不可更改，故塑件的模具设计十分困难，需从机构设置及模具结构上解决塑件的浇注、冷却及脱模问题。
1塑件分析
艺术网格造型鸟巢塑件的形状如图1所示。塑件仿实物建筑而设计，塑件的主体由截面为2mm×2mm筋条交叉结合构成，塑件材料为聚碳酸酯（PC）改性丙烯腈－丁二烯－苯乙烯塑料（ABS），收缩率0．6％。塑件外形为一种艺术曲面构造而成，上顶边为椭圆投影于外凸圆弧曲面上所构成的最大外形主筋，下底边也为位于平面上的椭圆构成。中间为椭圆，该椭圆投影于内凹的圆弧面上构成。塑件最大椭圆长径为333mm，最大椭圆短径为256mm，内部凹陷椭圆最大长径为179mm，短径为119mm。塑件高度为73mm，最大外沿往下倒锥为11°。各筋在塑件上的分布设计为：以内凹陷椭圆为相切椭圆，分正反向按30°，12mm等距构造切线，辐射出去与最大外沿椭圆相交并延伸到下底椭圆，因此构成如图1中所示的艺术网格造型。
2分型设计
2．1浇注系统
为解决塑件浇注困难问题，将塑件按20个区域进行划分，每个区域采用点浇口进行浇注，点浇口浇注系统如图2所示。软件中将塑件切分为20个区域，这20个区域按区域等体积来进行位置的切分，G1～G20浇口设置于单区域的主要筋上，以便于每个区域能做到等效充填，这样，能保证每个浇口对所填充区域内薄筋的充分充填。塑件中，塑料的流长比直接影响到塑料制品的进浇点数量和分布情况，同时也会影响到塑料的壁厚，不同的塑料的流长比都会不同，往往流长比越少的塑料，其流动性也就会越差［3－4］。参照塑件的材料流长比特点（ABS的流长比是190；PC的流长比是90）计算分析，可以推断，在图2中所设置的G1～G20共20个浇口中，最大流动距离为85mm，流长比为42．5，远低于PC的流长试验测定值90，故认为20个浇口对各自区域的充填是有效的。
2．2分型设置
塑件内、外壁顶部四周都为倒扣，脱模机构应设置于模具动模一侧有利于机构的结构设计，结合塑件20个浇口的开设，对塑件做如图3所示的分型设置。分型中，主分型面PL0设置于塑件的底端面上，上层分型面设置塑件的最大外沿轮廓处，分型线为PL1。对于塑件外壁的位于PL0－PL1之间的倒扣形状的脱模，只能采用分区滑块来进行侧抽芯脱模，经侧面各侧孔的位向分析后，将塑件的外壁划分为如图3中所示的16个区域，设置16个独立滑块进行侧抽芯脱模。内壁的脱模则设置如图4（a）所示的9个成型块分别脱模，脱模过程为：第一步，中央驱动块先与塑件的中央部位内壁分离；第二步，中央驱动块通过T型槽驱动四个内收滑块先将椭圆形内壁的4个中间部位先抽芯脱模；第三步，四角的4个平推顶块先将塑件从四个滑块上顶出，然后4个平推顶块向椭圆圆心中央收缩，使塑件与之分离，而实现塑件的完全脱模。塑件的内壁成型件只能设置成光顺平面形式，不能将塑件的筋槽特征设置于4个平推顶块及中央驱动块及4个滑块上［5］。塑件的筋位成型槽只能设置于型腔镶件一侧，在型腔镶件一侧，依靠前模顶杆先将塑件从型腔镶件中顶出。
3布局设置
鉴于塑件的脱模机构设置的空间需求，特别是塑件外壁需要设置16个独立的滑块机构进行侧抽芯脱模，模腔在模具中的布局只能采用一模一腔形式布局。
4模具结构
模具结构设计如图5所示，模架选用LKMDDI标准模架并做局部改进。模架上，为保证动模板向上浮动时，板12、板13能同步向上浮动，复位杆34的上端加装了一个复位杆锁块32。模架中，模架分4次分型打开，分别为P1～P4开模面，分2次顶出，分别为跟随动模板8的一次浮动顶出和注塑机顶杆的一次顶出。模架按P1，P2，P3，P4的顺序依次打开，闭合顺序则相反。模具的脱模机构包括4种类型。第一种为斜导柱滑块机构，共16个，如图5中所示机构S1～S16。第二种为前模推出机构，机构组成件包括件21～件25，模具在P4打开时，前模推板弹簧25推动前模顶杆21将塑件从型腔主镶件49中推出。第三种为动模先抽芯机构，机构组件包括件15～件17、件36、件37。第四种为平移式成型块顶出机构，结合图4（a）及图5中所示，机构共有4个结构相同的机构，以C－C剖面位置的机构为例，机构组件包括件43～件48。模腔共设计4条相同的W1水路对型腔主镶件49进行冷却，4条独立的W2，W3，W4，W5水路对中央驱动块16进行冷却，由于机构结构空间的限制，16个外壁抽芯滑块及8个内壁镶件未做冷却，但将前述8条水路设置为直径8mm的冷却水路后，冷却效果得到有效保证。
5模具工作原理
1）注塑模具闭合，模腔经充填、保压、冷却等过程后，准备开模。2）模具动模开始打开时，先在P1开模面处打开，流道废料与塑件分离。3）模具动模后退到P2打开时，流道废料从模板2上自动脱落。4）动模继续后退，P3打开，中央驱动块16拉动4个斜滑块做内收抽芯动作，先完成内壁局部区域脱模。5）动模继续后退，P4打开，塑件被前模顶出机构从型腔主镶件49中推出，留于动模一侧，同步地，16个滑块的斜导柱驱动外壁16个成型滑块同步侧抽芯，完成外壁脱模。6）第一次顶出，该顶出为虚拟顶出，与P4打开同步，维持平推顶块43不动。7）第二次顶出，注塑机动模继续下行，注塑机顶杆将顶出板12、板13顶出，推动平推顶杆44和平推顶块43顶出并向心内移动，实现塑件完全脱模。8）复位闭合，复位过程为开模过程的反过程。
6结论
设计了艺术曲面造型网格鸟巢塑件的一种一模一腔三板4次开模、2次顶出结构的点浇口三板模具，解决了塑件成型与脱模困难的问题。为保证塑件的充分充填和防止注塑后翘曲变形，浇注设置上采用20个点浇口对单腔进行分区同步浇注，并采用8条水路进行仿形冷却。塑件的自动脱模由4种机构完成，分别为圆周上均布16个斜导柱滑块机构实施外壁的侧抽芯脱模，前模的前模顶出机构将塑件从前模腔中顶出脱模，动模的动模侧中央驱动块驱动4个内收斜滑块实施内壁局部区域脱模，以及平移式成型块顶出机构实施内壁剩余部分的完全脱模。
参考文献
［1］张建卿．L10面条机主体盖前模多重脱模机构及其注塑模具设计［J］．塑料，2016，45（5）：83－86．
［2］张维合．汽车前大灯透镜大型精密注塑模具设计［J］．中国塑料，2016，30（10）：91－96．
［3］许傲，黄力．医用接插头前模四面抽芯脱模注塑模具设计［J］．塑料，2017，46（2）：110－113．
［4］沈洪雷，刘峰，袁毅．洗衣机门饰圈叠层式注塑模具结构设计［J］．现代塑料加工应用，2017，29（3）：50－52．
［5］张维合．汽车中央通道储物盒大型倒装注塑模设计［J］．现代塑料加工应用，2017（5）：52－56．
作者:何成战 梁松 单位:柳州职业技术学院 柳州城市职业学院
