環氧樹脂作為電器材料具有介電性能、力學性能、粘接性能、耐腐蝕性能優越,固化收縮率和線膨脹系數小,尺寸穩定性好,工藝性好,綜合性能極佳的優點。環氧樹脂澆注是一門綜合性技術,其中材料選擇、配方設計、產品零件設計、模具制造技術、澆注工藝方法等都能給制件的質量產生很大的影響。目前高壓電器對澆注絕緣產品的要求越來越高,因而必須系統地研究澆注技術才能得到符合要求的制件[1~3]。

現介紹一種用于生產環氧樹脂絕緣拉桿類零件的立式澆注模,采用高壓氣體加壓,增加制件的力學性能,為此類制件的生產提供一種經濟、實用的方法。

2·制件工藝分析

制件如圖1所示,澆注部分(剖面線處)為圓錐形狀,形成1∶17.5的錐度,同時端部有明顯的圓角存在。環氧樹脂連接的兩端嵌件有嚴格的位置度要求(同軸度0.03mm),所以可以利用制件的自然錐度來實現零件的脫模,可將分型面設置在零件局部的最大輪廓線上(即圓角R處)[4]。

3·模具設計

制件外觀是否光滑、尺寸是否合格、力學性能及絕緣性能是否達標都將受限于模具結構、精度以及澆注工藝的合理性。模具結構如圖2所示。

3.1分型面選擇及收縮率確定

根據零件最大截面在端部,并且兩端都有圓角的特點,決定采用雙分型面、立式結構(開模方向與零件軸線一致),主要考慮了兩方面的因素:①此處既不影響制件的外觀,又便于去飛邊;②有利于脫模。充分利用制件自身錐度的特點,采用立式結構使澆注和開模都在同一方向進行,便于零件的脫模。

3.2澆注系統

澆注系統如圖3所示,作用就是將環氧樹脂注入模腔。因為是重力澆注,為避免零件產生缺陷,澆注系統設計在型腔的頂部,經實驗論證,此類零件在固化成型時約需型腔體積1/4的澆注材料才可滿足補縮需要。

3.3定位及開模機構

從模具各個零件定位的可靠性、加工制造的工藝性及可操作性入手,模具中盡可能多地采用標準件(如螺釘、定位銷等)定位,以縮短制造周期。各模板之間采用導柱、導套定位,螺釘軸向鎖緊的方法,如圖4所示。

開模機構采用以頂絲螺母副為主,斜面缺口為輔的方式,如圖5所示,在開模時直接旋轉頂絲,開模方便、可靠。為了提高模具型腔的密封效果,不使澆注料溢出,在型腔與模板之間嵌入了O形密封圈。

3.4支撐結構和冷卻裝置

因真空澆注的技術要點就是盡可能減少澆注制品中的氣隙、氣泡,所以為利用澆口部位補縮以消除澆注成型的缺陷,在模具下模板上增加了支腳,以確保澆口始終處于高點位置(傾斜約15°~20°),并開設了暗置水箱(即水箱直接開設在模板上),來延遲澆口部位澆注材料的固化速度,以達到更好的補縮效果。水箱采用暗置方式可避免在操作過程中將其碰傷,致使其漏水,降低冷卻效果,同時在澆口頂部增加加壓裝置,如圖6所示,在澆注固化20 min左右時接上0.8 MPa壓力氣體,使模具型腔受壓,從而保證零件的致密性[5]。

4·模具材料及表面處理

模具主要采用人工操作,為便于搬運,材料選用LY12(材質較輕)。但因硬度偏低,對材料進行表面硬質陽極氧化處理,氧化層深50μm,表面硬度提高到400~500HV,也提高了模具的耐磨性和抗腐蝕性能。由于制件前后端嵌件均為淬火的鋼質材料,模具中相應的定位零件采用鋼件或銅件,降低了模具在使用過程中的磨損,延長了模具的使用壽命。

5·結束語

通過增加冷卻水箱來延遲澆口部位的固化速度,消除制件內部的氣孔缺陷;通過加壓裝置,保證制件內部組織的致密性,提高零件的強度。實踐證明,零件抗彎強度達到13.4 MPa;拉伸強度達到104.3 MPa。