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1、现场成型衬垫模具设计摘 要：随着中国工业不断的发展，模具行业也显得越来越重要。本设计通过多次现场成型工艺试验，分析衬垫模具设计问题，改进设计思路，优化模具设计。 关键词：现场成型衬垫；模具；设计 1 概述 现场成型工艺是将两种液体原料混合，发生化学反应，生成固体的聚氨酯泡沫衬垫。实际包装如图 1 中所示。由于两种材料反应时间较短，该衬垫可根据包装内容现场制作衬垫，即用即做。小批量包装时以纸箱和产品作为衬垫模具，制作贴合产品的衬垫，可满足不同形状的产品需要，较好地保护产品，因此，特别适用于多品种、小批量的产品包装。 包装批量较大时，为提高包装效率，需要设计模具。与纸箱直接制作衬垫相比，模具制作衬
2、垫优势如下： （1）模具箱强度远大于纸箱，制作衬垫时压力更大，填充的成型料更多，成型衬垫密度更大，硬度也更大，能更多的吸收产品跌落时产生的能量，更好的保护产品。 （2）衬垫充满程度高。模具箱做衬垫可以多加成型料，使衬垫完全充满模箱，衬垫棱角明显，各面平整，利于堆叠存放；纸箱承压相对较小，衬垫制作时不能使用太多成型料，成型料反应时流动性不大，有些衬垫边角不能完全充满。 （3）辨识程度高。模具制作衬垫时容易添加标识，使衬垫容易分辨，便于包装。纸箱制作衬垫不易辨识，衬垫容易弄混，再次包装时不易分辨。 2 模具设计 现场成型衬垫模具设计的重点是保证衬垫的使用性和模具的可操作性。 衬垫的使用性是指衬垫应
3、保证产品在包装、装卸、运输过程中安全。体现在本衬垫设计中，主要是使产品从各种位置跌落时有足够的受力面和缓冲厚度，保证产品在跌落过程中不损坏。 模具的可操作性是指设计中需考虑尽量方便用模具制作衬垫，提高衬垫生产效率，减少衬垫制作失败率。最开始从机器中流出的成型料不是非常均匀地平铺在薄膜袋中的，而是如从水龙头中流出一样集合得比较紧密。虽然通过倾斜薄膜袋可以略微影响流向，使成型料在薄膜袋中的分布略微均匀，但之后主要依靠泡沫自身膨胀挤压来充满模具，容易涨破薄膜袋。这要求模具各处应尽量圆滑，方便成型料膨胀填充。 2.1 初样设计 本文以某型电子测量仪器为包装产品设计衬垫模具。其三维模型如图 2 所示。
4、（1）确定模具箱尺寸。包装该仪器所用纸箱内尺寸为650mm630mm320mm。现场成型材料在薄膜袋中反应，薄膜袋宽19 英寸（实际使用宽度 440mm 左右） ，限制了?r 垫宽高之和。综合考虑，采用 4 块衬垫保护仪器，前后各两块，衬垫相应模具箱内尺寸为 650mm220mm160mm。 （2）避让脆弱部分。前后面板中的按键、接头、液晶等处容易在跌落冲击中产生应力集中或容易破坏，这些部分需避让 10mm 左右，防止其在跌落时损坏。 （3）细节设计。为方便泡沫膨胀填充模具，模具各棱角处应留有不小于 R5 的圆角，方便成型料过渡。设计中注意避免既窄又深的槽，这些部分成型料很难膨胀挤压进去，特别
5、容易涨破薄膜袋，使衬垫制作失败。设计衬垫如图 3 所示。 （4）模具材料选择。为方便操作、节省成本，模具箱只做一个即可，模具芯需要更换。为方便使用，模具应该选择密度较小的材料，减轻模具重量。实际操作中可能出现模具表面阻碍薄膜袋沿模具表面滑动，使薄膜袋涨破的现象，所以接触薄膜袋的模具各面应光滑，并且刮蹭后不易起毛刺。综合考虑，模具箱主体采用木板，模具芯和模具箱内侧面采用聚乙烯材料。 2.2 试验 根据 2.1 设计的衬垫做出实物进行多次试验后发现，衬垫能较好地保护仪器，满足跌落要求。但产生衬垫制作成功率较低，薄膜袋经常涨破，漏出成型料，需要经常清理模具箱，生产效率较低。 2.3 原因分析 经过分
6、析，薄膜袋涨破的主要原因如下： （1）成型料用量过大。通过增大薄膜袋长度、减小成型料用量，衬垫成功率有所提高。但即使降低到不能完全充满模具的状态，也没有得到满意的成功率。 （2）成型过程操作困难。观察发现，成型料从机器中流出后的前 5 秒内，成型料还未充分混合，体积变化很小，5 秒-20 秒内成型料混合后体积迅速膨胀，20 秒后成型料基本定型，很难再压缩。为获得符合要求的衬垫，需在前 15 秒内将装入成型料的薄膜袋放在模具中的合适位置，并合上模具箱盖，等待成型料膨胀，充满模具箱。如果 15 秒内没有合上模具箱盖，衬垫会膨胀到凸出箱盖，很难再合上箱盖。本次设计的包装衬垫太长，出料时间约 10 秒
7、，还未将薄膜袋放入模具中，薄膜袋中的成型料就已经开始膨胀；薄膜袋放入模具箱中后，没有足够的时间将薄膜袋展开在模具箱中，然后就必须迅速合上箱盖，这使得薄膜袋分布不理想。在薄膜袋分布过少的地方，成型料很容易涨破薄膜袋。 2.4 改进设计 根据试验分析和应用反馈，对衬垫模具进行了以下修改。 （1）减小衬垫长度。通过对成型过程分析发现，包装衬垫太长，将 4 块衬垫改为 8 块衬垫，减小每块衬垫长度，为薄膜袋在模具箱中展开提供足够时间，增加模具的可操作性。 （2）添加标识。为指导包装，各衬垫增加标识，能简单区分各衬垫，如图 4 所示。 经过多次试验，衬垫成功率提高明显且方便包装。衬垫实物如图 4（b）所示。 3 结束语 通过对衬垫模具进行分析，改进模具设计，增加了衬垫模具的可操作性，提高了制作衬垫的成功率，提高了衬垫的生产效率，为批量包装提供了保证。 参考文献 1塑料模设计手册编写组.塑料模设计手册M.北京：机械工业出版社，2004. 2模具实用技术丛书编委会.塑料模具设计制造与应用实例M.北京：机械工业出版社，2004. 作者简介：孙松海（1987-） ，男，工程师，主要从事系统结构设计工作。
