電機軸承半圓盒狀頂蓋翻轉(zhuǎn)式頂出脫模機構(gòu)設(shè)計*

海爭平，楊志紅

（湖南交通職業(yè)技術(shù)學院，長沙 412004）

電機軸承半圓盒狀頂蓋翻轉(zhuǎn)式頂出脫模機構(gòu)設(shè)計*

海爭平，楊志紅

（湖南交通職業(yè)技術(shù)學院，長沙 412004）

針對電機軸承半圓盒狀頂蓋塑料件在其型芯一側(cè)兩端同時存在結(jié)構(gòu)相同并向中間凸出的半圓狀扣位難以頂出脫模的結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計出特殊的旋轉(zhuǎn)式頭部成型組件及其控制組件，在控制組件的控制下實現(xiàn)成型轉(zhuǎn)動塊的圓弧路徑翻轉(zhuǎn)式型芯脫模，簡化了塑料件兩端型芯采用傳統(tǒng)機構(gòu)脫模帶來的機構(gòu)復雜性，所設(shè)計機構(gòu)能在同一注塑模具內(nèi)一次整體成型塑料件，有效地降低了模具的生產(chǎn)制作成本，結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙，工作穩(wěn)定可靠。

轉(zhuǎn)動塊型芯；脫模；機構(gòu)設(shè)計；注塑模具；電機軸半圓盒狀頂蓋

某家電用小型精密電機軸承半圓盒狀頂蓋如圖1所示，其注射成型生產(chǎn)時主要的難點是該塑料件蓋的脫模問題：（1）塑料件兩端內(nèi)側(cè)面上存在2個半圓形軸承安裝槽，半圓形軸承安裝槽與塑料件圓殼體之間構(gòu)成圖1所示的扣位，塑料件頂出時需要考慮斜頂側(cè)抽芯頂出；（2）半圓形軸承安裝槽與塑料件側(cè)邊殼體之間存在一寬度為2 mm的半圓形凹槽，此凹槽的脫模非常困難，原因是如果扣位處采用斜頂頂出，且半圓形凹槽成型鋼塊與扣位處成型鋼塊做成一個整體，則沿斜頂側(cè)抽芯方向，半圓形凹槽又構(gòu)成倒扣，斜頂側(cè)抽芯動作時，半圓形凹槽成型鋼塊會直接將半圓形軸承安裝槽拉壞，造成塑料件損壞；（3）塑料件中央部位存在的沉臺孔+螺絲孔位，限制了斜頂方式頂出的設(shè)計空間，斜頂頭無法在有限的空間內(nèi)完成兩端半圓形軸承安裝槽扣位的脫模。

圖1 小型精密電機軸承半圓盒狀頂蓋

針對上述問題，如果采用傳統(tǒng)的斜頂頂出脫模方式來完成塑料件的半圓形軸承安裝槽及半圓形凹槽部位的脫模，其技術(shù)可實現(xiàn)性較差，目前暫無相關(guān)的模具機構(gòu)設(shè)計技術(shù)資料對此種情形的整體式脫模進行設(shè)計說明；如果依照傳統(tǒng)經(jīng)驗，采用復雜的多次斜頂滑塊相結(jié)合頂出的脫模技術(shù)來實現(xiàn)該塑料件的完全脫模，將會給生產(chǎn)和加工帶來諸多不便，且機構(gòu)復雜、可靠性差，這就需要設(shè)計特殊的兩端端部扣位及半圓形半圓凹槽的抽芯脫模機構(gòu)，以實現(xiàn)塑料件的完全脫模及自動化生產(chǎn)［1–3］；同時需優(yōu)先考慮抽芯機構(gòu)簡單且模具易加工，以降低模具生產(chǎn)制作成本的原則［4–7］。筆者針對該塑料件的內(nèi)側(cè)脫模及自動化生產(chǎn)要求，創(chuàng)新性地提出了一種頭部翻轉(zhuǎn)式頂出脫模機構(gòu)設(shè)計方案，解決了上述問題。

1 塑料件整體脫模設(shè)計分析

塑料件的形狀為半圓柱狀殼體，其外形基本尺寸為?52 mm×64 mm，其內(nèi)部特征為兩端各存在一個半圓形軸承安裝槽，其基本尺寸為?23 mm×6 mm；中間存在一沉臺孔+螺絲孔組合特征，沉臺孔基本尺寸為?9 mm×15 mm，螺絲孔基本尺寸為?7 mm×4 mm。如上所述，塑料件注射成型時其完整脫模包括兩個部分：塑料件外表面的脫模和塑料件內(nèi)表面的脫模，外表面脫模亦即型腔面?zhèn)鹊拿撃?，?nèi)表面的脫模亦即型芯面?zhèn)鹊拿撃＃恍颓幻鏋橐灰?guī)則的圓柱面，不存在脫模困難；而型芯面一側(cè)除了大部分面是規(guī)則的圓柱面外，還存在5處脫模困難：兩端2個半圓形軸承安裝槽各自形成的扣位、兩端半圓形凹槽以及中央沉臺孔+螺絲孔復合特征。由于半圓形凹槽的形狀特征限制及沉臺孔+螺絲孔位造成的斜頂運動所需空間限制，兩端2個半圓形軸承安裝槽采用通用的斜頂來脫模已無實際可能。因此，為充分結(jié)合半圓形軸承安裝槽、半圓形凹槽形狀為圓形狀的特點，采用鑲件旋轉(zhuǎn)式脫模方式，具體設(shè)計思路如下：

（1）采用鑲件分區(qū)脫模方式，將型芯面的脫模分為5個區(qū)域并分別脫模。如圖2所示，將型芯面的型芯鑲件劃分成各自相對獨立的5個鑲塊，其中，鑲塊1為半圓狀，完成塑料件中間部位的脫模；鑲塊2、鑲塊3、鑲塊4、鑲塊5各為90°扇形狀；鑲塊2和鑲塊5拼合成半圓狀，構(gòu)成圖2中塑料件上端型芯鑲件，可繞塑料件的圓柱中心線O-O轉(zhuǎn)動；鑲塊3和鑲塊4拼合成半圓狀，構(gòu)成圖2中塑料件下端型芯鑲件，鑲塊也可繞塑料件的圓柱中心線O-O轉(zhuǎn)動。脫模時，鑲塊2、鑲塊3按圖2中B-B剖視圖所示逆時針方向繞O-O中心線旋轉(zhuǎn)90°完成脫模；鑲塊4、鑲塊5按圖2中B-B剖視圖所示繞O-O中心線順時針方向旋轉(zhuǎn)90°完成脫模。鑲塊1依靠頂管頂出方式脫模。

圖2 型芯分塊示意圖

（2）各區(qū)域脫模動作過程采用分次順序脫模方式。分區(qū)域脫模區(qū)域劃分后，脫模順序依次按照如下順序脫模：① 塑料件從主型芯上脫模；② 鑲塊2～鑲塊5按照前述（1）中所述旋轉(zhuǎn)動作同步旋轉(zhuǎn)脫模；③塑料件在鑲塊1上被頂管從鑲塊1上頂出脫模。

2 脫模機構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 脫模機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成

結(jié)合前述脫模分析，圍繞該塑料件的型芯內(nèi)側(cè)脫模設(shè)計了一種頭部翻轉(zhuǎn)式頂出脫模機構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)零件組成如圖3a所示，各零件的基本形狀及安裝特征如圖3b～圖3e所示。圖2所示鑲塊1～鑲塊5分別對應結(jié)構(gòu)零件中的中央頂塊1、第一扇形圓弧轉(zhuǎn)塊2、第二扇形圓弧轉(zhuǎn)塊3、第三扇形圓弧轉(zhuǎn)塊4、第四扇形圓弧轉(zhuǎn)塊5。

圖3 脫模機構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 裝配構(gòu)成分析

機構(gòu)的裝配關(guān)系如圖4所示，機構(gòu)各零件連接裝配情況為：中央頂塊1其下端開設(shè)有T型槽，通過T型槽與中央頂塊底座17連接，中央頂塊底座17安裝于模具二次頂出頂板上；中央頂塊1中心開設(shè)有中央頂桿8的通過孔，上端頭部開設(shè)有第一頂桿6、第二頂桿11的頂出方形過孔，在第一頂桿轉(zhuǎn)動銷7、第二頂桿轉(zhuǎn)動銷10垂直方向則分別開設(shè)有與第一頂桿轉(zhuǎn)動銷7對應的上下運動導向圓槽、第二頂桿轉(zhuǎn)動銷10對應的上下運動導向圓槽（見圖4）；中央頂塊1頭部中心部位開設(shè)有中央橫軸塊9安裝的安裝方孔，中央頂桿8通過壓板及螺釘安裝于模具三次頂出頂板上，穿過中央頂塊1中心開設(shè)的中央頂桿8的通過孔，將塑料件頂出；中央頂管8的高度調(diào)整由安裝于模具底板上的中央頂管8的中央頂管型針18進行調(diào)整。中央頂塊1頂出時通過中央橫軸塊9將第一扇形圓弧轉(zhuǎn)塊2、第二扇形圓弧轉(zhuǎn)塊3、第三扇形圓弧轉(zhuǎn)塊4、第四扇形圓弧轉(zhuǎn)塊5一起頂出（見圖4b）。

圖4 機構(gòu)裝配關(guān)系

3 模具結(jié)構(gòu)及脫模機構(gòu)工作原理

3.1 模具整體結(jié)構(gòu)

模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖5所示，采用兩板模結(jié)構(gòu)，模架選用LKMCI3550–A80–B80–C170非標模架；澆注系統(tǒng)為側(cè)澆口冷流道澆注方式，模具冷卻方式采用?8 mm水冷卻方式，塑料件的脫模采用頭部翻轉(zhuǎn)式頂出脫模機構(gòu)，分三次頂出，其控制采用2個三次頂出控制器（前、后）控制。

3.2 脫模機構(gòu)工作原理

實際工作時，模具在圖5中所示的PL分型面處打開后，進行塑料件的頂出脫模動作，PL0，PL1，PL2，PL3四個平面依次閉合，實現(xiàn)頭部翻轉(zhuǎn)式頂出脫模機構(gòu)的各步運動控制，如圖6所示，其運動工作原理如下：圖6中，PL0為模具動模板下底面，PL1為一次頂出頂板面，PL2為二次頂出頂板面，PL3為3次頂出頂板面；S為PL1向上頂出空間距離；M為向上頂出方向；T0，T1為頂桿轉(zhuǎn)動方向；R0、R1為第一頂桿轉(zhuǎn)動銷7、第二頂桿轉(zhuǎn)動銷10相對中央頂塊1頭部上的滑動導向圓槽的運動方向；第一頂桿6、第二頂桿11安裝于PL1面上；中央頂塊底座17安裝于PL2面上；中央頂桿8安裝于PL3面上；本機構(gòu)分3次將塑料件頂出。

圖5 模具結(jié)構(gòu)圖

頂出塑料件時，機構(gòu)分3個步驟完成脫模動作：

（1）塑料件從主型芯27上先脫模。在注塑機頂桿向上的推動下，各面PL1，PL2，PL3及對應的安裝于其上的功能件按圖6所示的M方向向上頂出，從而整體將塑料件從模具型芯鑲件上脫模，此階段向上頂出的距離S0

圖6 脫模機構(gòu)工作原理

（2）兩端扣位的旋轉(zhuǎn)脫模。在一次頂出完成后，PL1面及安裝于其上的功能件在頂出方向上不能繼續(xù)向上運動而停止，PL2，PL3面及其上的功能件則繼續(xù)向上頂出，在頂出過程中，由于第一頂桿轉(zhuǎn)動銷7、第二頂桿轉(zhuǎn)動銷10不能繼續(xù)上行，而中央頂塊1繼續(xù)上行時，導向槽將迫使第一頂桿轉(zhuǎn)動銷7、第二頂桿轉(zhuǎn)動銷10做如圖6所示的以中央橫軸塊9中心線為圓心的R0、R1所示方向的相對運動，最終致使第一頂桿轉(zhuǎn)動銷7將拉動第三扇形圓弧轉(zhuǎn)塊4、第四扇形圓弧轉(zhuǎn)塊5轉(zhuǎn)動脫模，第二頂桿轉(zhuǎn)動銷10將拉動第一扇形圓弧轉(zhuǎn)塊2、第二扇形圓弧轉(zhuǎn)塊3轉(zhuǎn)動脫模；從而完成圖1所示塑料件兩端扣位的脫模，其過程如圖6a、圖6b所示。此為本機構(gòu)的二次頂出。

（3）塑料件被完全頂出。待兩端扣位的旋轉(zhuǎn)脫模完成后，PL2不能繼續(xù)上行，將停止，但PL3能繼續(xù)向上頂出，其上的中央頂管8最后將塑料件完全頂出，如圖6c所示。此為本機構(gòu)的三次頂出。

（4）復位。復位時，PL3上的模具復位桿推回PL3復位，PL3拉動PL2，PL1依次復位，因此可保證PL1，PL2，PL3及其上的功能件依次按PL3–PL2–PL1退回復位。

3.3 三次頂出控制器機構(gòu)的工作原理

圖7 三次頂出控制器結(jié)構(gòu)圖

三次頂出控制器機構(gòu)的基本構(gòu)成零部件如圖7a所示，其中主鎖位塊34通過螺釘上端安裝于模具動模板上，下端安裝于模具底板上；其上設(shè)置有一次頂出、二次頂出移位圓弧凹槽；左支鎖位塊35、右支鎖位塊36依靠其底端螺孔與銷孔通過螺釘與銷定位安裝于模具三次頂出頂板上，其上端依次穿過一次頂出鎖槽37、二次頂出鎖槽39上的上下運動槽口，如圖7b、圖7c所示。

一次頂出鎖槽37通過螺釘與銷安裝于模具一次頂出板28上；二次頂出鎖槽39通過螺釘與銷安裝于模具二次頂出板29上，一次頂出鎖槽37、二次頂出鎖槽39開設(shè)有供左支鎖位塊35、右支鎖位塊36上下運動的運動槽和供滑動鎖芯38左右水平滑移的鎖芯滑槽；滑動鎖芯38安裝于鎖槽內(nèi)，其結(jié)構(gòu)組成包括滑移塊、軸承Z1、軸承Z2，如圖8a所示。

一次頂出板復位拉桿41、二次頂出板復位拉桿42安裝于模具模板上，一次頂出板復位拉桿41的一端通過螺釘與一次頂出板28連接，其另一端通過沉臺孔與二次頂出板29連接；二次頂出板復位拉桿42的一端通過螺釘與二次頂出板29連接，另一端通過沉臺孔與三次頂出板30連接；復位時，由三次頂出板30通過二次頂出板復位拉桿42拉動二次頂出板29復位，同步地，由二次頂出板29通過一次頂出板復位拉桿41拉動一次頂出板28復位，如圖8b所示。

實際工作時，控制機構(gòu)應用于塑料件時需要三次頂出，其運動工作原理（見圖9）如下：

圖8 三次頂出控制器安裝結(jié)構(gòu)圖及頂出模板裝配圖

圖9 三次頂出控制分析原理圖

（1）一次頂出。在注塑機頂桿按圖9a中K1所示方向?qū)⑷雾敵霭?0頂出時，三次頂出板30將通過左支鎖位塊35、右支鎖位塊36推動二次頂出板29、一次頂出板28同步運動，當一次頂出板28上的滑動鎖芯38上的c點運動到主鎖位塊34上的a點所在的移位圓弧凹槽后，左支鎖位塊35、右支鎖位塊36將迫使滑動鎖芯38向主鎖位塊34上的移位圓弧凹槽內(nèi)移動（如圖9b中F1所示方向），從而一次頂出板28將停留不動，脫模機構(gòu)完成第一次頂出動作功能，如圖9所示。

（2）二次頂出。注塑機頂桿繼續(xù)頂出，二次頂出板29按K1所示方向繼續(xù)向上運動，二次頂出板29上的滑動鎖芯38上的d點運動到主鎖位塊34上的b點所在的移位圓弧凹槽后，左支鎖位塊35、右支鎖位塊36將迫使滑動鎖芯38向主鎖位塊34上的移位圓弧凹槽內(nèi)移動（如圖9c中F2所示方向），從而二次頂出板29將停留不動，機構(gòu)完成第二次頂出動作功能，如圖9a、圖9c所示。

（3）三次頂出。注塑機頂桿繼續(xù)頂出，直到三次頂出板30被二次頂出板29阻擋而停止，如圖9d所示，從而完成機構(gòu)的三次頂出控制功能。

（4）復位。在注塑機頂桿的拉動下，三次頂出板28先被復位，而后由三次頂出板30通過二次頂出板復位拉桿42拉動二次頂出板29復位，同步地，由二次頂出板29通過一次頂出板復位拉桿41拉動一次頂出板28復位，復位完成時，復位行程開關(guān)40發(fā)出復位完成信號。

4 結(jié)論

設(shè)計的頭部翻轉(zhuǎn)式頂出機構(gòu)，簡化了半圓盒狀塑料件位于型芯一側(cè)兩端向中間凸出的半圓狀扣位特征的抽芯脫模機構(gòu)設(shè)計，能在同一模具機構(gòu)內(nèi)一次成型塑料件，降低模具生產(chǎn)成本。經(jīng)實際驗證，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙，工作穩(wěn)定，安全可靠，可為同類塑料件的模具生產(chǎn)實踐提供有益參考。

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Design of Rotary Demoulding Mechanism for Motor Bearing Semicircle Box-Shaped Cover

Hai Zhengping， Yang Zhihong
（Hunan Communication Polytechnic， Changsha 412004，China）

Aimed at the plastic parts of motor bearing semicircle box-shaped cover with the semicircle buckle bits characteristics that there are two same structures and bulges towards the middle in both ends of the core side，which is difficult to demoulding， a special rotary head forming components and their control components were designed. The circular path turning type core demoulding of the forming rotating block under the control components was realized， the demoulding mechanism complexities of the two end core of plastic parts by traditional mechanism was simplified. The integral once-forming plastic part in the same injection mold was formed by the mechanism. The production cost of the mold is effectively reduced. The structure of mechanism has ingenious design，the working is stable and reliable.

rotating block core；demoulding；mechanism design；injection mold； motor bearing semicircle box-shaped cover

TQ320.66

A

1001-3539（2016）07-0084-05

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.07.016

*國家自然科學基金項目（51275165）
聯(lián)系人：楊志紅，高級工程師，從事汽車制造與開發(fā)教學工作

2016-04-14