基于解決塑件頂裂問題的延遲頂出的特殊應用

李孔富，陳佳斌，黃金香

（廣州導新模具注塑有限公司，廣東廣州 511430）

1 引言

在經濟轉型升級，節能環保，低碳可持續發展的背景下，塑件的輕量化在促進塑件行業的節能減排、進而實現綠色發展，推動相關制造產業轉型升級、降本增效、向高質量發展具有重要意義。塑件的輕量化其中一個非常有效的途徑是在保證塑件使用性能的基礎上，改變塑件傳統結構設計，減少塑件的相對壁厚，達到減少塑料使用量，降低塑件重量，從而達到節能環保，綠色發展的目標。結構的變化通常是變復雜了，而壁厚的減薄使單位面積的強度減弱，受力也會變差，因此，對塑件的生產提出了更高的要求，即對塑料模具的技術水平提出了更高的要求，那么塑料模具只有不斷向高端化發展才能滿足這樣的要求。這一變化對塑料模具的一個重要影響就是如何保證塑件能順利脫模。而在實際應用研究當中，通常的做法是設計更多的頂出支點、增加頂出支點位置壁厚、降低注射壓力犧牲塑件表面質量或增加注射成型周期等手段。本文基于實際應用在不改變模具成熟頂出系統的前提下，通過調整塑件局部壁厚及延時頂出距離方式反復試模驗證，研究受力支點強度、受力動態變化的配合來實現塑件在不出現由于頂出造成的開裂、不出現塑件表面質量不符合要求、不出現變形量不符合設計標準等缺陷的前提下可以順利脫模，實現輕量化塑件發展及高效生產需求。這一研究成果為塑件的輕量化發展起到了積極的促進作用，為相關產業的轉型升級，低碳環?？沙掷m發展注入強大動力和保障。

2 問題描述

2.1 塑件脫模機構

注射模必須設計有準確可靠的脫模機構，以便在每一循環中將塑件從型腔內或型芯上自動地脫出模外，脫出塑件的機構稱為脫模機構或推出機構。脫模機構有多種結構形式，如簡單脫模機構，順序脫模機構，二級脫模機構（頂出時采用兩次動作才能把塑料脫模的機構），雙脫模機構，帶螺絲塑件脫模機構等，而每一類脫模機構又會有若干種不同的形式。本文應用的延時（脫模）機構為二次脫模機構中的一種比較特殊的應用形式。

在塑料模具中頂出系統（脫模機構）設計是否合理，是衡量模具質量的重要指標，也是塑料模具重要的組成部分，設計中對脫模機構的要求主要有：①結構相對優化、動作可靠，機構盡可能簡單，零部件制造方便，修配更換容易，成本相對較低；②不影響塑件外觀質量，不能造成塑件變形；③讓塑件可靠地留在動模等。

2.2 頂出開裂問題

塑件的輕量化大部分是通過減薄壁厚來實現，那么塑件的剛度強度相對會變弱，模具中設計頂出系統難度大大增加，通常會在頂出位置出現一些難以預估的頂出應力發白，頂穿，開裂破損或塑件非頂出部分結構開裂等問題，特別是有表面外觀質量要求的透明類塑件，頂出位置受到非常大的限制，頂出夾線又不可出現在可見位置。

本文以汽車車燈內透鏡為案例，研究分析塑件頂出開裂問題。圖1所示為透明導光類塑件，有非常高的外觀要求，同時由于是汽車車燈功能類零部件，有嚴格的配光要求，對塑件的輪廓度及變形要求也非常高。

圖1 塑件3D造型圖

基于塑件的特點結合實際情況，通過綜合的評估檢討，設計了一套相對可靠的脫模結構：一是設計內抽滑塊對深型骨位進行先行抽芯脫模，最大限度減少塑件粘模力；二是設計一套可靠的頂出系統，其包含在抽芯側一側設計3支方形推桿，塑件中間位置設計4支扁頂，非抽芯一側4支方形推桿，如圖2所示。設計出來的這一組合結構，是經過對這類塑件的充分檢討評估后所確認的方案，均可判定為安全可靠的設計方案。模具制造生產完成后，在進行試模調試過程中，出現的問題卻比預估的嚴重得多，在確保塑件質量的情況下，塑件出現嚴重的頂裂問題，如圖3所示，塑件合格率非常低。在試模中出現這個問題，并沒有引起團隊太多的重視，認為按常規的方式解決即可。

圖2 頂出示意圖

圖3 頂裂位置示意圖

在模具上就按部就班地啟動了再優化方案嘗試去解決出現的問題。首先，采用追加頂出的穩妥方案，如圖4所示，模具優化完成之后再安排試模確認效果，然而這一改動并沒有起到多大的作用。這時團隊的解決方案轉向了塑件的強度及剛度方面考慮，畢竟這是塑件輕量化后所產生的問題點，從這點出發，首先采用了增加塑件受力位置的壁厚來對應，由于沒有實際的數據去支持和需要盡最大要求去保留塑件原有的設計，這個方案優化進行了多次，然而，結果與團隊期望的仍有很大的差距，雖然對開裂有一定的改善，但并不能從根本上去解決問題，塑件合格率與目標仍有很大的差距。這一問題看似簡單但卻成了這類模具最為棘手的問題之一，這也成了團隊對這類塑件模具設計問題點中一個全新的課題。

圖4 改善頂出示意圖

改善方案詳細說明：在以往實際生產中，塑件頂出時發生變形或斷裂問題大多由于頂出不足或頂出不均而引起的。模具頂出系統布置情況如圖3所示。

參照以往同類問題發生的處理經驗，優化方案分別采取了以下方法嘗試去解決此問題：

措施一：在容易開裂的這一側，增加額外的方頂及扁頂各一支，增加這一側的頂出受力，也進一步使頂出力更加平衡，如圖4所示，更改完成之后，試模驗證效果不明顯。

措施二：這一措施分為多次進行，每次把出模角度增加0.5°，一共增加到5°，通過增大Ⅰ區膠位的出模度以減?、駞^所受的包緊力（見圖5中Ⅰ處放大圖）；每次更正試模驗證，有一些效果，但不明顯。

措施三：同樣在斷裂處加厚斷裂處膠位以增加受力強度（見圖5中Ⅱ處放大圖），每次增0.2mm來驗證，有一些效果，但不明顯。

措施四：增加Ⅱ處R角以改善Ⅱ處受力強度及韌性（見圖5中Ⅱ處放大圖），試模驗證，有一些效果，但

圖5 改善塑件強度示意圖

經過以上措施多次嘗試優化，頂裂的問題雖稍有改善但問題依舊存在。此類問題如果得不到解決，必將嚴重影響模具的生產進度及增加模具生產成本，同時也會影響公司在客戶心中的良好形象。把這一問題解決好，無疑成了當務之急。

這也讓團隊認識到這個問題并不簡單，于是組織隊員重新研究總結分析審核這類塑件的頂出方案，從頂出受力、塑件強度剛度、頂出平衡性等指標進行更加細化的分析研究。

3 分析問題與解決方案

從塑件結構來看，塑件整體上主要呈殼狀，對模具動模有較大的包緊力。而且主要分布在A區（見圖6）。從模具的頂出設置情況來看（見圖3）理論上足以將塑件安全平衡頂出型腔。在后繼的措施當中還采取了增加頂出來加強頂出受力及平衡，也通過多次試驗增加出模角的方式來減小A區對動模型腔的包緊力；其次加大斷裂處塑件壁厚以加大受力強度、增加R角過渡來加強塑件開裂處頂出時的受力韌性，通過這些措施驗證效果并不是很顯著。這說明頂出過程中塑件開裂必有前面未能考慮到的情況阻礙塑件的頂出。這樣團隊組織安排重新分析此塑件在頂出時的受力變形情況以便盡快找出其中的原因及相應的解決方案。

圖6 型腔剖示圖

從塑件斷裂的位置和方向來看，可推斷開裂的主要原因是塑件的深腔骨位頂出時無法從型腔中脫出（有受真空吸附原因）,而在方頂向上推動過程中，B區膠位發生趨勢變形（見圖7），而當變形大到一定程度超過塑件屈服強度時，Ⅱ處便會出現開裂。

圖7 側壁變形趨勢圖

理論上頂出是平衡的，塑件就可以平穩的脫離型腔的，目前，塑件無法順利脫離，必然是有什么阻礙了深腔骨位的脫模。這樣團隊對深腔骨位的受力及可能發生的變形現象進行分解分析：若不考慮動模鑲件的影響，塑件作為一個整體考慮，由于塑件中間粘模力相對較大，在頂出時從受力分布確認塑件有發生圖8所示的變形情況，據此可以判斷，深腔骨位有向外變形的趨勢，而動模鑲件恰恰又阻止了這一變形趨勢的發生，同時由于真空吸附效應，深腔骨位更加難以脫離型腔，在這些因素的綜合影響下，塑件Ⅱ處的受力是非常集中的，那么出現斷裂的機率就會很大了。

因此，要解決這一問題的關鍵就是要解決深腔骨位的受力變形及粘模風險。在前面的優化方案中可知，增加塑件受力強度還達不到這一目標，說明單依靠塑件自身強度是無法抵消頂出時塑件向外變形及粘模的受力，要解決這一問題，最好借助外力改變塑件受力發生的彈性變形趨勢才有可能解決這個問題，如圖9所示，也只有這個改變才能從根本上抵消頂出時塑件因發生變形而開裂的情況，當然，在模具中需要使塑件脫離型腔可利用的外力只有頂出力，因此，要達到這樣的目的在頂出系統中檢討解決方案是最適合的，綜合各種機構的功能及其優缺點，采用延遲頂出的機構理論上可以實現這一變形控制。

圖8 深腔骨位理論變形趨勢圖

圖9 深腔骨位優化變形趨勢圖

如圖10所示，模具上對B區所有的方頂設計成延遲動作頂出（見圖11），方案是在方頂杯頭下方增設一限位塊，限位塊杯頭與頂桿墊板開框處留有間隙避空，這個間隙距離就是延時頂出的距離，這一設計方案對調整這處的間隙非常方便，通過多次的研究及實驗，當設計間隙為1.5mm，即延遲頂出行程為1.5mm時，塑件頂出開裂問題基本解決，塑件合格率大幅度提高，也不會因這個問題出現塑件報廢的情況。

延時頂出動作原理：頂出時B區頂出機構因與頂針板設計了間隙，在間隙距離內不受力，沒有運動，這樣A區在頂出力驅動下先行頂出1.5mm后；頂桿墊板才與限位塊貼合受力，驅動B區所有的方頂運動參與頂出塑件；這樣塑件A區部分先受力脫離型腔時塑件發生輕微的彈性變形，深腔骨位也會如前面預想一樣產生趨勢變形效果（見圖9），深腔骨位也可以從型腔側壁離開，避免真空吸附，繼而在塑件B區受力脫離型腔過程中，彈性變形會隨之恢復，塑件順利脫出型腔，塑件頂裂問題得到解決。

圖10 頂出結構剖面圖

圖11 延時方頂位置圖

4 結束語

本文采用在塑料模具中設計延時頂出系統，解決了塑件由于輕量化發展要求而出現塑件頂出開裂的問題，分析指出了塑料輕量化設計發展要求減薄塑件壁厚是導致頂出開裂的主要原因。本文提出延時頂出的特殊使用方法，以及分析了其改進措施。該方法利用了生產模具優化改造方式，采用各種方案各自分步驗證的模式進行驗證，并根據生產合格率的提升程度來確認并獲得最終的結果。最后，通過多次試模驗證尋找最合理的延時距離，證明在合理的延時距離可以達到設計目標，也證明了這一方法的有效性。本文方法具備成本低、執行快、驗證方便，安全可靠，推廣容易等特點，可以繼續開展其它塑件模具因頂出開裂問題的研究。