張楊1，張海鷗1，黃漩1，王桂蘭2
（1. 華中科技大學 數字制造裝備與技術國家重點實驗室，湖北武漢，430074
2. 華中科技大學 材料成型與模具技術國家重點實驗室，湖北武漢，430074）
摘要：本文針對現有耳機插頭產品注塑生產工藝中出現的生產效率低、成品率不高、工人勞動強度大等問題，選取了一種常見的耳機插頭產品注塑生產過程作為自動化改造對象。改造后結果表明，使用本文開發的自動化裝置，生產成品率不低于98%，注塑生產效率提高達到216%，工人勞動強度大幅降低，證明該設備具有廣闊的應用前景。
關鍵詞：注塑自動化; 耳機插頭; 多功能復合模具裝置; 自動定位與理線
中圖分類號：TQ320.66
Development of Injection Molding Automation Equipment for Earphone Plug
Yang Zhang1, Haiou Zhang1, Xuan Huang1, Guilan Wang2
1. State Key Laboratory of Digital Manufacturing Equipment and Technology, Huazhong University of
Science and Technology, Wuhan 430074, PR China
2. State Key Laboratory of Material Processing and Die and Mould Technology, Huazhong University
of Science and Technology, Wuhan 430074, PR China
Abstract: In this paper, the injection production process of a common headphone plug products was selected as the research object, the automated production equipment was developed to solve the problem such as low productivity, low yield and high labor intensity, etc. The test results showed that by using this set of automation equipment, the production yield is no less than 98%; it significantly improved the efficiency of the earphone plug injection up to 216% and at the same time reduced labor intensity.
Key words: Injection molding automation; Earphone plug; Multifunctional composite mold structure; Automatic positioning and cable management agencies
1. 引言
近幾年來，中國塑料機械工業飛速發展，年增長率都在30%左右，是中國機械行業中增長最快的產業
之一。目前，雖然國內生產的塑料加工機械基本可以滿足國內的生產需要，但與世界先進水平相比，中國
塑料加工機械在產品質量穩定性、產品精度，特別是自動化程度等方面還有一定差距[1-4]。
某公司主要生產通訊與高頻高速傳輸連接器及其相關配套材料，屬于勞動密集型企業，出口低附加值
的產品，大部分生產線都是手工作業。如今越來越高的人力成本，嚴重制約了公司的發展，迫切需要進行
注塑生產線的自動化改造。
基于上述背景，本研究室受該公司的委托，在國內率先開展了耳機插頭產品高效注塑自動化設備與控
制系統的開發。先針對一種耳機注塑產品，開發出對應的自動化設備，試制成功后再擴展到其它注塑產品，
以提高注塑生產效率、穩定塑料產品質量、降低廢品率、降低生產成本，同時增強企業的競爭力。
2. 某公司耳機插頭注塑工藝現狀
圖1 為耳機插頭三維視圖。插頭前端材料為銅，注塑部分材料為PVC 工程塑料。自動化改造前，該公司耳機插頭注塑成形工藝流程如圖2 所示：
改造前在生產中主要存在以下問題：
(1) 在生產過程中，所有工序均為手工操作，一模兩件，生產效率低，勞動強度較大；
(2) 手工操作不可避免地產生誤差，使得插頭的尺寸精度無法達到預定要求；
(3) 產品缺陷比較多，特別是銅針壓花、壓線、雜物、黑底、起鼓、缺膠等現象比較常見。
因此，在自動化改造中，需要解決生產效率低，廢品率高等主要問題。
3. 耳機插頭注塑自動化裝置的開發
3.1. 總體要求及方案
注塑自動化裝置所要達到的主要性能指標如下：
產品精度：生產出的產品精度達到圖紙設計要求
成品率：產品成品率不低于98%
生產效率：產能至少提高100%，能精確的控制生產量
工作可靠性：要求能24 小時不間斷正常工作
安全性：可保障操作人員和機構的安全，能自動檢測并提示故障點
為實現生產效率的大幅提高，自動化裝置采用雙工位一模六件生產代替原有的單工位一模兩件生產，注塑機在工位1 注塑時，工人在工位2 完成取件和裝 件的工作，當六個插頭更換完畢時，等待工位轉換，不斷循環。
改造后的工藝流程如圖3 所示：
3.2. 機械結構設計
3.2.1. 注塑模具的設計
圖4 為模條結構圖。如圖所示，模條在自動化裝置的作用是固定六個耳機插頭，使之在工位上完成注塑，并實現工位轉換。為使耳機插頭銅針插入模條炮筒而不脫落，在模條炮筒內設計了壓緊裝置，利用銅針的斜面使銅針得到有效定位，并可承受一定擾動。
由于模具要與模條相配合，因此上下模均應設計出相應配合槽與銷釘孔，同時流道采用了分體式設計，為使模條離開模具時澆注系統凝料自動留在模條上以方便工人操作，上模的主流道長度設計成短粗型，型腔在后期用電火花加工，如圖5 所示，模具材質為STK-11，淬火硬度為HRC59～61。
3.2.2. 模條移動部分的結構設計
對于模條移動裝置，由于采用兩個模條分別注塑，所以設置了兩個工位。一號模條在注塑時，二號模條可進行耳機插頭的裝入工作，這樣可以優化工序，提高生產效率。模條要實現在下模中的正確定位，需要有三個方向的運動，分別為左右、前后、上下。
對于執行原件，由于工廠在注塑機周圍布置了壓縮空氣管道，而本套裝置所需要的驅動力不大，故可直接采用氣缸作為執行元件。每個氣缸配置兩個磁性開關，用于檢測氣缸的運動位置，方便后續電路部分的控制。為實現模條運動的平穩與準確定位，在每個氣缸上均安裝油壓緩沖器，并使用導軌滑塊，降低裝置運行時的阻力，同時也起到導向作用。
模條移動機構共有5 個氣缸，用于控制兩個模條的左右、升降、前后動作。其中橫移缸控制兩個模條同時左右運功，升降缸控制模條的上下運動，進退缸控制模條的前后運動，這樣可以使得模條能夠正確的運動到與模具對應的位置。
3.2.3. 耳機插頭注塑自動化裝置整體效果
耳機插頭注塑自動化裝置的三維模型經運動模擬和干涉檢測證明裝置運動正常，流暢。圖7 為經加工，組裝后的裝置實物圖。
3.3. 電路及控制系統
本電路系統的開發主要是針對直線運動機構，在機構工作時，運用多個雙作用氣缸，使模條和線梳按照給定的路徑循環動作。通過分析運動要求、注塑機通信和檢測氣缸運動位置的研究，得出設備一共需有35 個輸出點和輸入點。考慮到注塑用設備的工作環境，本系統采用單片機作為控制核心。圖8 為基于單片機的硬件控制結構圖。
4. 結果分析
通過在現場進行的生產試運行發現，注塑過程中設備運行穩定。運行結果表明：使用本套自動化設備，將插拔模具和理線等準備時間由7s 縮短到2s，而且由單工位一模兩件作業拓展到雙工位一模六件同時作業，由此能在保證成品率不低于98%的條件下，顯著提高該耳機插頭注塑生產效率達216%，同時降低工
人勞動強度。這種多功能復合模具注塑自動化機構，不僅適用于插頭類帶線產品高效率優質的自動化注塑生產，而且適用于帶剛性金屬鑲嵌件與軟質線材的復合材料產品的注塑成型，具有廣闊的應用前景。
參考文獻：
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[4] J.Edward Colgate, Paul F. Decker, Stephen H. Klostermeyer. Methods and apparatus for manipulation of heavy payloads with intelligent arrist devices.US 0026349.2004-02-12.
作者簡介：
張楊，男，1987 年出生，碩士。
張海鷗，男，1955 年出生，博士，教授，博士生導師。主要從事特種加工、數字化成形技術與裝備方面的科研和教學工作。發表論文百余篇。
通信地址：湖北省武漢市華中科技大學東三樓207. 電話：15072471843; 027-87543493
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