老查做模具一千零一招 - 手机护套双色模具

www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 1 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 《老查做模一千零一招》作者简介： 查鸿达 现任长三角模具城总工程师，有超过 40 多年的模具设计、生 产管理等经验。亲自设计或指导生产的模具总数超过 10000 套，在模 具技术上获得 20 多项国家专利。先后担任过广州林仕豪、华强模具、 长城集团、志和模具等大型模具企业的总工程师或部门经理。于 2009 年编写的《老查做模具一千零一招》模具故事第一卷已出版，并在开 思网（www.icax.org）连载。2010 年在长三角模具城成立模具实验 工厂，专攻国内外模具难题。 联系方式新浪微博： http://s.icax.org/moldstory 《老查做模一千零一招》群组： http://bbs.icax.org/group-265-1.html www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 2 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 第二例 手机护套双色模具 这是一款手机护套，如下图 产品分析： www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 3 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 此款为某品牌手机的外圈护套，由二种塑料（PC+TPE)组成。由 于要求外形美观光滑，分模线必须做在内侧圆弧切点，所以外模要四 面滑开，再看内侧，四周全部是内扣的，必须全方位内抽芯，也就是 俗称的“爆炸芯”。 关于“爆炸芯”的模具结构，假如是普通的注塑模具，已经有非 常经典的机构，我下面将有详细的介绍。现在问题是双色模具，有二 组动模和二组定模，二组动模的所有部件是完全一致的，要在双色注 塑机的转盘上进行 180 度旋转，二种不同的塑料分别射进模腔，注射 硬胶(PC)时动模的顶出机构和抽芯机构不动作，再注射软胶（TPE) 并开模后，对准软胶料筒的一侧的动模的抽芯机构和顶出机构才开始 动作，将完整的双色制品顶出。由于动模旋转后，交换又合模后的浇 口必须在同一位置，所以软胶和硬胶的浇口的处理显得令人困惑。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 4 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 由于模具必须四周都要进行“内外同抽”，内、外滑块怎样排列， 轨道设置在哪里？这个问题同样有被逼入墙角的感觉。 且不谈模具滑块机构的复杂性，我们从双色模具的基本原理来考 虑，硬胶部分的成型和内外同抽机构是一定要设置在定模一侧的，软 胶部分的成型机构也要设置在定模。而且这个部分是由内外同抽的机 构组成的凸起插入到动模的凹槽中。转盘旋转 180 度后，这组凸起刚 好插入到另外一个动模的凹槽中。也就是说，二个定模上的由内外同 抽滑块组成的凸起的外部形状和尺寸是完全相同的。仅仅是成型软胶 和硬胶的型面不同而已。 问题的难点是，这个凸起会分成上下二层，一层向外移动，另一 层向内移动，也就是俗称的“内外同抽”，合成的凸起的侧面是一个 统一的斜面，但是，传统的滑块必须要有滑动轨道等必要的条件，怎 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 5 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 样设置轨道？这便成了本案例的核心问题。 我是这样设置动模部分的凹槽和定模部分凸起的。 动模的凹槽是这样的。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 6 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 下面我们来探讨 定模部分的设计 1.01 定模内外同抽的设计 基本机构是这样的 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 7 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 当 A 板和定模底板分开 35mm 后拨块拨动内滑块，同时通过齿轮 的传动，外滑块向外移动。如下图 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 8 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 基本构想是用上图的拨块（图中玫瑰红色）拨动内滑块（图中绿 色），在内滑块内滑的同时，通过齿轮的传动，使得外滑块（图中黄 色）向外滑动。这样就可以实现制品软胶部分与模具型面的分离。同 样的，相应的制品的硬胶部分的缺口也可以用同样的方法和模具 的型面分离。所有的这些机构都是设置在定模一侧的。动模的每一次 旋转，与定模间的配合都是吻合的。 内滑块的运动轨道（图中淡黄色）是很稳固地设置在 A 板上的， 然而与之相对应的外滑块的轨道着落在哪里？岂不是无本之木？ 我利用内滑块的轨道上增加了一个凸起，兼起到了轴承的作用， www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 9 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 见下图。 轴的另外一端是利用锁紧块，上面做了一条半圆槽，起到轴承的 作用，并设置了一个小的挡块防止轴的轴向移动。见下图。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 10 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 我设计了一个内置的轨道（单轨），有点象“工字钢”同时它又 是齿轮轴的固定处。正可谓充分利用资源。因为齿轮轴被限制移动， 只能转动，所以内置轨道等于被固定在定模板上了。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 11 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 这样一来，外滑块就变得非常简单. www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 12 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 内滑块比较复杂，如下图。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 13 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 内置轨道如下图 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 14 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 为了实现拨块拨动内滑块的动作，A 板与底板之间必须先分开一 段距离（35mm），使得在二板分开的同时，拨块向内拨动内滑块。这 个动作是靠设置在动模上的尼龙胶钉来实现的，导向是靠设置在底板 与 A 板间的附加小导柱来保证。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 15 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 1.02 双物料（双色）流道的设计 当硬胶注塑完成后，开模后注射满硬胶的动模的抽芯部分和滑块 部分是没有任何动作的，主流道和横流道都留在动模部分，并跟随动 模由双色注塑机上的转盘转过 180 度，再次合模时，软胶部分的定模 必须给硬胶的主流道留出一个位置，除非将硬胶部分的主流道取掉， 但是这需要机械手多做一个动作，大概要多花 10 秒钟的时间。这是 会大大影响生产效率的。 软胶部分的浇口怎样设置？其实这个问题也是这个案例的最难 的地方。 我设计了一个“同床异梦”的方法（比喻可能不恰当）。软胶部 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 16 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 分的主流道是在硬胶部分主流道的基础上，加上一个锥度半椭圆的空 间作为软胶的主流道，当硬胶的主流道随动模一起转到软胶的定模并 合模时，直接插入软胶的浇口套的预留空间，由于软胶的浇口套留出 了一个半椭圆的空间，但是硬胶的主流道是圆锥体的，这就形成了截 面为一个月牙形的空腔。软胶可以顺利地被射入软胶部分的模腔。 硬胶的浇口套见下图 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 17 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 软胶的浇口套如下图 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 18 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 二种浇口合在一起是这样的 其实，这个浇口套又是内滑块的逼紧块，也是动模一侧内滑块和 所有斜顶块的逼紧块。二组定模包括所有定模零部件的尺寸是完全相 同的，只是有一点，大家仔细看，二个浇口套与注塑机射头接触的球 面的深度是不同的，硬胶的浇口套深了 5mm，其实道理很简单，当成 型的硬胶的主流道插入软胶的浇口套时会留出 5mm 空间，让软胶通 过，进入截面为月牙形的空腔。在这个浇口套里，成型的软胶和硬胶 的主流道各占半壁江山。真是软硬通杀，左右逢源。 再来看横流道的设置 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 19 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 我设计的硬胶的横流道是走下半圆的，这样使得硬胶的流道合模 时与软胶的型腔形成一个上半圆的空间，正好是软胶横流道的空间。 这样设计的流道便于今后可以方便地将二种不同塑料的流道分 开，以便合理利用。 1.03 定模冷却系统的设计 在这个模具的定模部分，仅仅是流道有较多的热量，特别是主流 道，它的凝固时间的长短直接影响注塑周期。成型软胶的部分虽然是 在定模但是它是伸入到动模的凹槽里的，热量基本是集中在动模的。 因为内外同抽滑块的体积很小，无法安排水路，因此采用导热系 数较高的铍铜来做内滑块，我仅仅在与内滑块贴紧的浇口套（兼逼紧 块）上做了独立的冷却水回路，主要的作用是冷却主流道与横流道， www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 20 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 这样可以缩短注塑周期。见上图。 1.04 二组定模的位置安排 二组定模间的距离是由二个因素决定的，第一是双色注塑机的二 组平行的料筒的中心距，第二是在这个中心距的约束下，动模的机构 可否正常地工作，这个问题我们在下面动模设计部分会有详细的介 绍。暂时，我选择的双色注塑机的料筒中心距是 480mm。 动模部分的设计 2.01 矩形制品四周全部内抽机构的动作原理 矩形制品四周全部内抽机构俗称“爆炸芯”，内抽过程可用一句 话来概括，一缩二抽三顶，什么意思呢？一般来说，四周全部内抽机 构分三个部分，首先是中间部分可以缩下去，以便让出内抽芯的空间， 第二是内抽芯部分，由于缩芯后中间有空位，矩形制品直边部分的内 滑块可以向内移动。第三是角部斜顶，由于四面直边的倒扣已经与内 抽后的内滑块上的型面分开，角部的斜顶块可以沿 45 度方向斜顶出， 这时制品是跟着斜顶块沿开模方向移动的，直到制品上的倒扣与斜顶 块上的型面完全分离。 拿掉外滑块看，是这样的 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 21 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 内抽和斜顶出后是这样的 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 22 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 为了看得清楚些，上图有点夸张，其实内抽芯仅仅向内移动 2.5mm。缩芯仅仅缩下 30mm。这时制品的整圈倒扣与模具的型面已经 完全分离了。 2.02 内滑块的设计 内滑块 1 和 2 是对称的，如下图 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 23 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 有一组独立冷却水，齿条和内置轨道，这个内置轨道较难加工， 是热处理后用火花机硬打出来的。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 24 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 材料是用 8407，硬度是 HRC48 度。 内滑块 1 在锁模时是向外撑紧的，是靠定模的浇口套来逼紧。 内滑块向内滑的动力是靠外滑块通过齿轮、齿条来传递的。 外滑块是靠外置的方形短油缸来拉动的（行程 2.5mm）。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 25 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 有一个细节，为了齿轮轴的装拆，在内滑块的对着齿轮轴的地方 开了一条 3X3 的小槽。要拆齿轮轴时，用一根 2.5mm 的顶针捅出来就 可以了。这个小槽的截面比轴的端面小，还可以有效防止轴的轴向移 动。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 26 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 2.03 内滑块的设计二 另外一个方向的内滑块(内滑块 3、4）是这样设计的 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 27 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 内滑块 3 本身带有齿条，利用外滑块的力，通过齿轮传动向内移动 （2.5mm)。它被限制在外滑块的凹槽内，所以，不需要另外的轨道。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 28 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 2.04 外滑块 3、4 的设计 外滑块如下图 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 29 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 反面是这样的 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 30 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 冷却水的设置是这样的 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 31 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 2.05动模轨道的设计 动模轨道是动模部分的重要部件，虽然形状简单，但是在设计上有较 大的难度。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 32 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 我采用有高硬度且比较便宜的材料 Cr12MoV来做，硬度采用 HRC52度， 它有二个方向的摩擦面，要求垂直度比较高。这是我的设计风格，有 很多人喜欢将动模板做得很厚，开槽后再镶硬片，我认为这样做不好， 动模板开深槽后变形量很难控制，这样直接贴上去，又简单又方便， 而且动模板绝对不会变形。 动模轨道的定位是靠滑动导套和一组销钉来实现的，方便可靠， 并且用 10 毫米的螺丝固定，装拆很方便。尼龙拉钉也是固定在动模 轨道上的。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 33 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 34 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 2.06 摩擦片和齿轮轴座的设计 如下图 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 35 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 黄色的是摩擦片，其中外围的 4件是用 Cr12MoV备制，硬度为 HRC56.。 中间二件兼有斜顶块导向的作用，是用耐磨青铜备制。为了保证斜顶 块的稳定，在动模板的反面还有一层青铜做的摩擦片。在齿轮轴座的 相应位置用线切割做成穿孔，齿轮轴座直接放入，因为齿轮轴座各个 方向都有限制，所以不用安排螺钉。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 36 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 2.07 斜顶块的设计 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 37 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 斜顶块用 8407 备制，硬度 HRC52 度。滑座和摩擦片是用 Cr12MoV 备制。硬度 HRC58度。 斜顶块与内滑块、内缩块的配合面都是密配的，要起封胶的作用。 斜顶块的斜顶的角度的选择非常的重要，既要能够将制品的型面分 离，制品可顺利取出，又不能与内滑块干涉，具体尺寸可以参考 3D 图档。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 38 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 编后感： 讲心里话，这套模具的难度很大，我已经 63 岁，眼睛也没有那 么好使，但这些画图的工作是别人替代不了的。 假如没有那个“雌雄同体”的灵感，整套方案是想不出来的，感 谢主给了我灵感，使得这么艰难的工作得以完成。 期间也犯了几个大大的错误。 第一是刚刚开始的方案，外滑块用了斜导柱，其后果是每一次开 模时外滑块都会开一次，这样对制品的外面有一定的伤害。所幸在 团队第一次评估时就看出了问题。 第二是齿轮轴没有固定在模板上，根本不可能进行内外同抽。假 如做出来一定会是个大笑话。幸亏后来发现了，做了及时的改正。 www.icax.org http://v.icax.org http://cmsa.icax.org 开思网：www.icax.org 39 技术论坛：http://bbs.icax.org CAE 模具:http://cmsa.icax.org CAX 高清视频：http://v.icax.org 模具设计的过程是不可能是一气呵成的，一定要发挥团队的作 用，用集体的智慧，才能够达到最高的境界。 感谢广大网友对我的支持，尽量指出我设计中的缺陷（肯定有 的），使得这套模具的设计方案不断完善。 同时也希望对广大模具爱好者通过本案例，能够在双色模具的设 计方面有一点点帮助。 谢谢大家 查鸿达 2011 年 7 月