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模具技术

巧用制品公差简化二极管塑封模具结构

发布日期:2014-08-30 15:09:49

长期以来,人们在进行二极管塑封模的设计时均采用型腔带有推杆以完成脱模的设计。然而由于推杆的存在,使模具的制造和维护既繁琐又增加了成本。目前,一种巧用制品公差的方法克服了“推杆”所带来的难题。二级管是目前最常见也是最常用的电子器件,其塑料封装后的制品如图1所示。

 
图1 塑料封装二极管外形尺寸图

如图2所示,对于像二级管封装件这样的圆形塑料制品,传统的是在其成型时从型腔的直径处(即圆形断面在X-X方向通过圆心的最大处)分型,也就是说,上半圆R4在上模型腔中成型,下半圆R4在下模型腔中成型。

 
图2 塑料封装二极管模具的型腔和分型面的传统设计

由于其R4为同一圆心,从而共同组成了ø8的整圆。此外,为了有利于制品的脱模(该模具的脱模性极其不好,不是粘在上模就是粘在下模型腔中),还必须在每个型腔的正中央,加上一根的推杆(同时配一个推杆孔),以用来将制品从型腔中强行推出。这种模具的加工方法是:首先在精密平面磨床上,将上、下型腔的分型面磨平,使之密合(其平面度应小于塑封料的溢边值,一般应<0.02mm,以确保其塑封时不会出现飞边甚至溢料),再以分型面密合处为圆心,同时加工出上、下型腔的两个半圆R4,最后磨出ø8的引线固定槽,也是上、下两型腔各磨R0.4,对其要求是既不能压伤引线,又不能在塑封时导致溢料飞边。型腔中的推杆与推杆孔需达到H7/f7的配合要求,表面粗糙度要达到Ra(0.8~1.2mm)。 

长期以来,二极管塑封模无一例外都是按照上述方法设计制造的。而且,凡是塑料制品中的圆形部分,也都是无一例外地这样设计分型和制造的。然而由于型腔中的推杆和推杆孔的存在,给二极管塑封模的制造和使用及维护带来了很多麻烦,且成本较高。以一模300腔的二极管塑封模为例,首先要在300个型腔中加工出300个推杆孔并配以推杆,并且必须达到高精度的公差配合。这是因为推杆在型腔中,若配合松了(间隙大了),就会出现溢料,导致产品出现飞边,出模后必须予以去除,这样既费工又费时,增加了成本。而若配合紧了,则加剧了推杆与推杆孔之间的相互磨损,并且往往造成推杆变弯甚至折断。其次,塑封模在长期进行大批量的生产过程中,每塑封一次,推杆与型腔中的推杆孔之间都要互相磨损两次——推出制品时磨损一次,复位时再磨损一次。这样孔就越磨越大,而推杆则越磨越细,即它们相互之间的间隙将越来越大。即使型腔和推杆都经过良好的热处理,表面硬度均达到HRc50~55,在正常情况下也只能连续使用10~12个月。当间隙值一旦超过塑料的溢边值,就会出现溢边,从而影响产品质量,此时必须更换推杆,而且仍要达到H7/f7的配合要求。显然这是一件令模具维修人员头痛的工作。据估算,仅这300根推杆和300个推杆配合孔的精加工以及在长期生产过程中对它们所进行的维护、修理和拆卸更换,就使该塑封模的制造和维修成本增加了约30%左右。此外,由于推杆的存在,还使制品的外圆表面不可避免地形成一个推杆的印痕,从而影响制品的外观。 

既然型腔中推杆的存在会导致如此多的弊端,那么如何将型腔中的推杆取消呢?据笔者分析,图2中正对圆心的直径处是没有出模斜度的,即出模斜度为零,是个“死点”。这与将直线往复运动转变为圆周旋转运动的四连杆机构运动中的“死点”有异曲同工之处。正是此原因才使得诸多从事二极管塑封和制造的同行们多年来虽然做了大量的设计改进和试验工作,却不能将型腔中这令人头痛的推杆取消。因此,要想将型腔中的推杆取消,就必须使型腔具有出模斜度,也就是必须改变型腔(制品)的尺寸公差,以消除型腔的死点。然而能否改变型腔(制品)的尺寸公差吗? 

笔者认为,塑封的目的只在于绝缘。因此,其封装外圆尺寸大一些(0.1~0.2mm)或小一些(0.1~0.2mm),对其绝缘性能都不会造成影响。即产品的尺寸公差可定为?±0.2。为证明此分析判断的正确性,笔者特地做了一次例行试验:将10个包封外径为ø8的塑封二极管和10个包封外径为ø2的塑封二极管(用同一种封装塑料和同一种熔融塑封温度)在例行实验室进行绝缘性能测试。测试结果表明,它们的绝缘性能的差异很小,完全可以忽略不计,根本不会影响使用中的绝缘性能。 

基于上述分析,笔者设计了一副一模56腔的“型腔无推杆二极管塑封模”试验模具。该模具一经试模便获得了成功。 

这种经改进后的模具型腔尺寸和分型面如图3所示,即将上模型腔R4.1的圆心往分型面以下移动0.2mm,将下模型腔R4.1的圆心往分型面以上移动0.2mm。这样,分型面就脱离了“死点”,出模斜度自然而然也就产生了。

 
图3 塑料封装二极管模具的型腔和分型面的新设计

在加工时,仍然按原来的加工方法加工,所不同的是,待ø.19的型腔孔加工好以后,将上模型腔和下模型腔的合模分型面再分别磨去0.2mm。ø8的引线固定孔仍然是上、下模型腔中各一半(R0.4)。按产品尺寸公差ø8±0.2的要求,产品尺寸为.ø8~ø.2时均为合格。在紧靠上、下型腔的两侧,即在上、下型腔镶件的两端套有上、下两块引线夹板,其作用一是引线装入型腔时,因夹板上有引线固定和定位槽而得以正确定位;二是合模后,上、下夹板共同将引线夹紧并封堵住型腔两端,以防止塑封时的熔融塑料从型腔两端溢出,进而使引线上粘裹塑料;三是在产品塑封之后脱模时,设置在夹板之下的推杆可将夹紧引线的上、下夹板连同引线和产品一起像抬“轿子”那样将产品从已具有出模斜度的型腔中抬将出来。推杆因为不在型腔里,故对其没有严格的配合要求。对于?0或?2的推杆,用普通麻花钻在钻床上配钻ø0.2或ø2.2的推杆孔即可。由于它们之间的磨损很小,一般情况下不用更换。对于一副300腔的塑封模而言,使用8根ø2的推杆就可以满足要求。 

由于取消了型腔中的推杆,模具结构得到了简化,无须每年更换推杆,而且废品率也大大减少(从未超过5‰),同时产品外观也没有了推杆印痕。尽管其外圆略呈椭圆状,但这并不影响美观。

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