聂建辉

（厦门宏发电声股份有限公司，福建厦门 361021）

1 引言

随着我国制造业现代化水平不断提高，继电器在电气工程及其自动化低压电器中得到了越来越广泛的应用。由于继电器可以有非常好的响应输入变量感应机制，因此，在工业生产、运输、自动化控制过程中起电流防护作用，在日常生活和军事中应用广泛，特别是对开关控制起着非常重要的作用，继电器模具也起了重要作用，下面以继电器外壳为例详细介绍继电器外壳注射模设计。

2 继电器外壳工艺性分析

（1）材料性能。

外壳结构如图1所示，侧面厚度0.8mm，壁厚较薄，材料为PC IR2200，收缩率0.7%，PC 无色透明，耐热，抗冲击，具有良好的机械性能，具有高度透明性及自由染色性，但塑料熔体流动性差，耐磨性欠佳，成型压力高，易粘模，PC也是应用最广泛的一种材料之一。

图1 外壳结构

（2）成型特点及条件。

PC树脂的工艺特点:聚集态特性属于无定型非结晶性塑料，无明显熔点，熔体黏度较高。玻璃化温度140°～150℃，熔融温度 215℃～225℃，成型温度250℃～320℃；在正常加工温度范围内热稳定性较好，300℃长时停留基本不分解，超过340℃开始分解，粘度受剪切速率影响较小；流变性接近牛顿性液体，表观黏度受温度的影响较大，受剪切速率的影响较小，相对分子质量的增大而增大。PC 分子链中有苯环，所以分子链刚性大；PC 的抗蠕变性好，尺寸稳定性好；但内应力不易消除；PC 高温下遇水易降解，成型时要求水分含量在0.02%以下；制品易开裂。

（3）塑件尺寸及质量。

塑件尺寸为21.18×27.42×34.96mm，外形公差为：正负0.05mm。

借助UG8.5 软件直接测出单个塑件条件V=3.55cm3。质量M=4.26g。

（4）结构工艺性。

塑件壁厚基本均匀，平均壁厚为0.85mm，为透明塑料件，两侧为镜面透明另外两侧内表面为细花纹，顶面3个透光柱为镜面，对外观和尺寸要求很高，4个卡扣壁厚很薄只有0.43mm，成型极困难，高压力才能填充完整，还有一侧壁厚只有0.59mm 又位于两股熔融液体汇合之处和浇口末端易产生熔接痕迹和烧焦困气。客户要求点浇口进浇，故采用三板模具。

3 继电器外壳注射模结构设计

3.1 分型面的确定

模具上用以取出塑料制品和浇注系统凝料的可分离的解除表面，称为分型面，也可称为分模面。选择分型面的基本原则是：分型面应选择在塑件断面轮廓最大位置处，以便于顺利脱模，同时还应考虑以下几个因素：

（1）分型面选择应便于塑料制件脱模和简化模具结构，为此，选择分型面应尽可能使塑料制件开模时留在动模。

（2）分型面应选择在不影响塑件外观质量和便于清理塑料毛屑的部位。

（3）分型面选择应有利于排气，为此应尽可能使其分型面与流料末端重合。

（4）分型面简单便于加工并尽量减少斜面对插。

根据上述原则，继电器外壳注射模的分型面形状及位置如图2所示。

图2 塑件分型面

3.2 浇注系统设计

设计浇注系统时，通过模流分析软件MoldFlow和设计经验确定最佳的进浇位置和数量，但很多实际情况中结构限制往往不能选择在最佳的位置，只能做出让步，通过分析结果显示4个卡扣壁薄处和一侧壁薄的处是填充末端出现填充困。如图3所示，确保塑件能顺利填充在壁薄处通过增加0.08mm壁厚加以改善，故浇口放置在塑件顶部中间位置，浇口大小为直径φ1.3mm可以顺利完成填充。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料井四部分组成，采用“工”字流道，“工”字流道理论上是平衡流道但实际上内4腔比外4腔流动更快，为了保证流道相对平衡内4腔流道一般为外4腔0.8～0.9D（外4腔的流道大小）。如图4所示。

图3 填充过程

图4 浇注系统

3.3 确定模具腔数和布局

模具型腔的数量通常是根据客户产量和塑件的结构，塑件的精度，塑料制品的大小，及材料来确定的，型腔数量越多，塑件的一致性精度越低，成型工艺越复杂，并且保养和维修越困难，故障发生率越高，本塑件主要从精度、产量和结构考虑因此采用1模8腔，即一次注射成型8个塑件，为了减小模具大小塑件分两排相互错开排位。布局方案如图5所示。

图5 模具布局

3.4 内滑块机构设计

外壳外侧面4 个面为镜面而内侧有4 个卡扣，故考虑设置4个内滑块脱出倒扣。整个滑块机构由滑块本体、滑块镶件、导向块、斜导柱、楔紧块、滑块压块、连接块、限位块，定位珠组成。滑块镶件材料为S163，热处理硬度为52～54HRC，其余部件材料为SKD11 热处理硬度为59～61HRC，内滑块结构如图6所示。

图6 内滑块结构

外壳内滑块机构设计注意事项：

（1）在合模状态下为了使滑块与定位紧密贴合，确保卡扣下部塑料不会高出内侧平面而形成倒勾而拉伤卡扣。

（2）考虑滑块镶件宽度只有4mm，为了保证滑块镶件不会断裂厚度最少保证6mm。

（3）在注射时卡扣部分壁薄只有0.43mm 滑块所承受射压力较大，为防止滑块被注射压力撑开，而拉坏卡扣，斜导柱需要做反铲与动模板对插。

3.5 动、定模型芯设计

（1）为了减少凸模偏心，塑件错位和保护型腔内较小的对插面不至于快速磨损。动、定模型芯会设计XY方向设计斜度定位凸台，定位凸台的角度不宜过大，理论上角度应小于型腔内对插面的角度，才能更好的起到保护的作用。故定位凸台的角度取1°，如图7所示。

图7 动、定模镶结构

（2）因凸模经常需要拆装清理框槽尽量磨床加工减少磨损，又因侧面装拆镶块框槽磨损更小，故采取3块动模镶块夹住凸模型芯再用螺丝固定的方式，这样减少框槽磨损而使凸模型芯偏移使塑件壁厚偏心影响塑件质量和尺寸，也利于模具排气，塑胶流动模末端和困气的地方需要拆镶件。

（3）对碰和对插的地方尽量采用磨床加工工艺，能保证其精度，磨床加工的面比放电或慢走丝的面更耐磨。

（4）为了减少流道废料和流道对模板腐蚀故设计流道板镶块和脱模板镶块。

（5）为了凸模设置水路和拆装时镶件不会掉出，故需要增加动模垫块。

（6）为便于加工、模具排气和清理在结构应许时尽量拆镶件。如图8所示。

图8 动模镶件

（7）动、定镶块和脱料板镶块、流道板镶块采用SKD11，热处理为59～61HRC，因塑件是透明镜面故凸模型芯采用S136热处理为52～54HRC，S136具有良好的抛光性能。

3.6 冷却系统设计

在注射成型模具中，冷却系统的设计非常重要。这是因为成型塑件只有冷却固化到一定刚性，脱模后才能避免塑料制品因受到外力而产生变形。

由于冷却时间占整个成型周期约70%～80%，因此设计良好的冷却系统可以大幅缩短成型时间，提高注塑生产率，改善塑件的变形和降低成本，因此模具需要充分冷却。设计不当的冷却系统会使成型时间拉长，增加生产成本；冷却不均匀更会进一步造成塑件的翘曲变形。

定镶块设计环绕塑件一圈的水路，如图9所示，动镶镶块设计一组水路，脱料板安排一组水路用来冷却流道，定、动模板都设置水路冷却，热量集中的凸模型芯特别需要冷却，又因凸模型芯受内滑块机构限制不能设计一个水塔，故采用铍铜隔水片，冷水通过导热性良好的铍铜带走凸模型芯的热量，如图10所示。

图9 定模部分水路

图10 动模部分水路结构

3.7 顶出系统

为了塑件顺利顶出脱模，顶出位置尽量设置在包紧力较大的地方，但也需要考虑塑件顶出平衡。该塑件透明件底面不应许有顶杆痕迹，故顶出机构采用8 支扁顶杆顶在外壳的口部而且塑件圆角处需要设置顶杆。

3.8 模具结构及其工作过程

经过上面的滑块机构、冷却系统、顶出系统、动、定模型芯的分析可以确定模架的大小为富特巴MDC FA2740A60B85C80S OH280和模具结构，该案例模具结构如图11所示。

图11 模具结构图

模具开模工作过程为：

开模顺序Ⅰ-Ⅰ：模具打开在弹簧作用力下，脱料板与定模板先分开距离120mm，切断浇口。

开模顺序Ⅱ-Ⅱ：模具继续打开，在定距拉杆的作用力下，动模板与定模板分开即分型面打开，模具动、模部分打开距离为180mm。同时滑块在斜导柱作用下脱开塑件的倒扣，在注塑机的顶棍的作用下，顶杆垫板和顶杆固定板板。带动顶杆一起运动，扁顶杆顶出塑件一段距离的为28mm时确保塑件不掉出。

开模顺序Ⅲ-Ⅲ：模具继续打开，保证脱料板与分开，拉料销松开，这时机械手吸走塑件和取走浇口凝料。

3.9 试模

试模时，塑件上常可能出现透光柱缩痕、卡扣拉伤、内壁细花纹拉伤填充压力过大等缺陷，为此必须进行原因分析，排除故障。缩痕通过调整成型条件解决了，拉扣拉伤和内壁细花纹拉伤需要把模具从注塑机上拆卸下来，拆开模查找原因，卡扣拉伤通过通过斜导柱加了0.2mm厚垫片，内壁细花纹通过精钢石在拉伤面轻轻过了几遍。第二次试模时上述问题得到明显改善，实际试模生产的外壳如图12所示。

图12 试模生产的外壳

4 结束语

通过实际生产验证，模具结构设计合理，脱模机构可靠，动作平稳，模具使用寿命长，塑件滑块分型线漂亮，塑件变形也控制在0.19mm以内，塑件没出现烧焦，缺胶、缩水凹陷、由于塑件内侧面是细花纹而塑件最大脱模角度0.4°，大量生产时偶然轻微拉伤的缺陷，虽然能满足生产需要，为了改善塑件不拉伤PC透明材料脱模角度在塑件不影响装配功能尽量大。