淋浴噴水手柄旋轉(zhuǎn)式抽芯脫模機(jī)構(gòu)及注塑模設(shè)計(jì)

楊安，肖國華，肖鐘理，華明偉

（1.杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院友嘉機(jī)電學(xué)院，杭州 310018； 2.浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江寧波 315012；3.寧波陽超模具有限公司，浙江寧波 315012； 4.寧波華寶塑膠模具有限公司，浙江寧波 315600）

淋浴噴水手柄旋轉(zhuǎn)式抽芯脫模機(jī)構(gòu)及注塑模設(shè)計(jì)

楊安1，肖國華2，肖鐘理3，華明偉4

（1.杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院友嘉機(jī)電學(xué)院，杭州 310018； 2.浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江寧波 315012；3.寧波陽超模具有限公司，浙江寧波 315012； 4.寧波華寶塑膠模具有限公司，浙江寧波 315600）

介紹一種淋浴噴水手柄旋轉(zhuǎn)式抽芯脫模機(jī)構(gòu)及注塑模具設(shè)計(jì)。結(jié)合產(chǎn)品尾端帶有圓弧手柄、圓槽頭部有側(cè)凹孔以及手柄末端帶有外螺紋特征的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，巧妙地在圓槽中央孔位處設(shè)計(jì)了點(diǎn)澆口+圓片護(hù)耳澆注系統(tǒng)，有效地解決了澆口開設(shè)困難問題，保證了產(chǎn)品注塑質(zhì)量。針對產(chǎn)品圓槽部位深管壁位特征，脫模方式采用鑲件式推管脫模；彎管處采用電機(jī)驅(qū)動進(jìn)行大角度、大行程彎管內(nèi)型芯脫模；手柄末端外螺紋處則采用哈夫滑塊抽芯脫模；有效地降低了模具設(shè)計(jì)及加工難度；用簡單的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的零缺陷自動化模塑生產(chǎn)，有效地保證了產(chǎn)品成型質(zhì)量，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定、可靠。

注塑模具；螺紋脫模；彎管抽芯；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；淋浴噴水手柄

為了滿足消費(fèi)者對產(chǎn)品的造型、外觀、接觸質(zhì)感、品味層次等諸多方面的追求，淋浴專用噴水手柄的外觀設(shè)計(jì)一改過去簡單直線形、單一化、棱角化特點(diǎn)，整個手柄進(jìn)行了圓潤柔和處理，特別是出水蓮蓬頭和手柄握持段的過渡設(shè)計(jì)，其截面連續(xù)變化，握持段亦變?yōu)榇髨A弧流線造型，更具握持飽滿感，外形也更協(xié)調(diào)。這就要求手柄的注塑模應(yīng)具備優(yōu)弧圓弧抽芯能力，相應(yīng)的抽芯脫模機(jī)構(gòu)及模具結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜［1–5］，筆者結(jié)合一種淋浴專用噴水手柄的新結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種新穎、結(jié)構(gòu)簡單的旋轉(zhuǎn)式抽芯脫模機(jī)構(gòu)及注塑模。

1 塑料件結(jié)構(gòu)

塑料件的結(jié)構(gòu)如圖1所示，噴水手柄表面造型優(yōu)美，外觀質(zhì)量要求高，外形上不允許有任何澆注痕跡、紋路和熔接痕等注塑缺陷，塑料件采用注射成型方式成型。圖1中，左端為噴水手柄噴水多層圓槽位，有較深的槽圓壁脫模位，其特征包括：（1）外直徑分別為?67 mm，?65 mm，?62 mm，內(nèi)直徑為?58 mm，深度為7 mm的三層外延扣位唇邊；（2）內(nèi)部有直徑為?37 mm、深度達(dá)18 mm的中央安裝槽；（3）中心部位有直徑為?8 mm、深度達(dá)24 mm的中心孔，中心孔上端為直徑分別為?17 mm，?12 mm的階梯沉孔，圓槽部位的上述幾個特征，環(huán)環(huán)相扣，圓槽管壁比較深，因而脫模時包緊力較大。右端為手柄部位，手柄部位有兩個特征，其一是半徑為R160 mm、張角角度為57°的外截面為變截面，內(nèi)截面為恒定?13 mm的通水管，需采用彎管抽芯方式脫模；其二是其尾端為M22的螺紋聯(lián)接端，局限于中心彎管抽芯的限制，因而需要設(shè)計(jì)特殊的脫螺紋機(jī)構(gòu)完成螺紋脫模。所以，塑料件有兩處需側(cè)向抽芯，其中一處是握持段大角度優(yōu)弧圓弧抽芯，另一處是M22外螺紋脫模抽芯?；谒芰霞纳鲜鎏攸c(diǎn)，脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是模具設(shè)計(jì)的一個重要難點(diǎn)，需設(shè)計(jì)合理的模具結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)塑料件的自動化注塑生產(chǎn)［6–7］。

圖1 塑料件結(jié)構(gòu)

2 模具結(jié)構(gòu)分析

結(jié)合塑料件的基本特征，模具布局為一模兩腔，澆注方式采用點(diǎn)澆口澆注方式，模架選用LKMFCI5560標(biāo)準(zhǔn)模架，并對其進(jìn)行改造，在其底板上增加了下墊板；左端部位采用常規(guī)大推管推出脫模方式，右端手柄中間通水管部位采用圓弧彎管脫模方式脫模，手柄末端采用哈夫滑塊脫模方式脫模，盡量避免旋轉(zhuǎn)脫螺紋機(jī)構(gòu)，以減少模具的制造成本及難度［8–11］，最終的模具結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 模具結(jié)構(gòu)

2.1 分型設(shè)計(jì)

塑料件分型設(shè)計(jì)如圖3所示，為保證其外觀成型精度，并使塑料件成型冷卻收縮后留于型芯上，選取塑料件曲面最大外沿輪廓來設(shè)計(jì)分型面，此分型面的選用基于以下考慮，有利于保證塑料件脫模，后續(xù)電鍍工藝除痕。

圖3 分型設(shè)計(jì)

2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)采用點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)，依據(jù)塑料件成型要求，進(jìn)澆位置沒有直接設(shè)計(jì)在塑料件上，而是選擇在?8 mm中心圓孔中央部位增加一厚度為1 mm的圓形進(jìn)澆護(hù)耳，進(jìn)澆點(diǎn)開設(shè)于護(hù)耳正中央點(diǎn)上，成型后進(jìn)行二次加工時將中央護(hù)耳去除，從而在塑料件表面不會留下影響外觀的澆口痕跡，如圖4所示。

圖4 澆注系統(tǒng)

為提高澆注性能，點(diǎn)澆口入水直徑由?0.8 mm提高到?2 mm，垂直流道設(shè)計(jì)于流道鑲件25上，流道初始直徑?10 mm，錐度4°，垂直流道在型腔固定板4內(nèi)下端與在流道鑲件25內(nèi)上端的段差為1 mm，單邊0.5 mm，即模板上的流道孔直徑為?7 mm，鑲件上的流道孔直徑?6 mm，以利流道脫模；水平流道采用梯形流道，末端設(shè)置冷料余段，點(diǎn)澆口的拉斷由設(shè)置于垂直流道中中央上方的拉料桿61輔助完成。

2.3 成型零件設(shè)計(jì)

模具為一模兩腔，單腔的成型零件包括M22的螺紋、側(cè)抽芯滑塊28及29、型腔鑲件26、型芯主鑲件27、內(nèi)圓型芯鑲件22、外圓型芯鑲件24、推管23、流道鑲件25、彎管型芯50。型腔鑲件26采用S136鋼材，淬火至其硬度（HRC）為45～52，型芯主鑲件27采用2736鋼材，淬火至其硬度（HRC）為42～48。型腔鑲件26的最大尺寸為340 mm×400 mm×106 mm，型芯主鑲件27的最大尺寸為340 mm×400 mm×110 mm。側(cè)抽芯滑塊28及29、內(nèi)圓型芯鑲件22、外圓型芯鑲件24、流道鑲件25、彎管型芯50采用SKD61鋼材，淬火至其硬度（HRC）為42～48。

2.4 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

塑料件的成型質(zhì)量、成型周期受冷卻系統(tǒng)的影響較大。本模具型腔鑲件26、型芯主鑲件27各采用兩股?10 mm冷卻水冷卻，內(nèi)圓型芯鑲件22采用?6 mm中心噴水管進(jìn)行冷卻。

2.5 螺紋側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，M22螺紋采用哈夫滑塊側(cè)向抽芯，其單邊側(cè)向抽芯滑塊結(jié)構(gòu)由側(cè)抽芯滑塊28、限位彈珠30、滑塊壓條31、耐磨T型塊32、楔緊塊33組成；側(cè)抽芯滑塊28的鎖緊、抽芯和復(fù)位都由楔緊塊33完成，楔緊塊33合模后插入型芯主鑲件27中，有利于提高側(cè)抽芯滑塊28的鎖模力。側(cè)抽芯滑塊28所用的材料為S136，并淬火至其硬度（HRC）為48～52。

2.6 彎管抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，彎管部位的抽芯由特殊的彎管抽芯機(jī)構(gòu)完成，其設(shè)計(jì)原理是利用塑料件手柄部位中心線為R160 mm、張角為57°優(yōu)弧的特點(diǎn)，利用電機(jī)馬達(dá)來驅(qū)動的大距離圓弧抽芯；其組成機(jī)構(gòu)零件包括：抽芯動力電機(jī)41、電機(jī)齒輪42、中心軸43、止推軸承44、從動齒輪45、支座46、中心軸套47、搖柄48、搖臂滑塊49、彎管型芯50、鎖塊51、壓塊52、轉(zhuǎn)動銷53、限位彈銷54、鎖緊插桿55、微動開關(guān)56。抽芯動力電機(jī)41、中心軸43、止推軸承44及軸承蓋安裝于支座46上；支座46通過螺釘及銷安裝于型芯固定板5上；中心軸43通過止推軸承44安裝于支座46上；搖柄48安裝于中心軸43上；搖臂滑塊49安裝于搖柄48上；彎管型芯50安裝于搖臂滑塊49上，搖臂滑塊49可在型芯固定板5開設(shè)的圓弧槽內(nèi)滑動。工作時，抽芯動力電機(jī)41通過帶動電機(jī)齒輪42、從動齒輪45、中心軸43及搖柄48轉(zhuǎn)動，以帶動搖臂滑塊49及彎管型芯50轉(zhuǎn)動，完成彎管型芯50的轉(zhuǎn)動抽芯。電機(jī)齒輪42與從動齒輪45的嚙合布局如圖5a所示。

圖5 彎管抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的鎖止功能實(shí)現(xiàn)如圖5b所示。鎖塊51、轉(zhuǎn)動銷53、限位彈銷54、鎖緊插桿55組合實(shí)現(xiàn)搖臂滑塊49的閉模狀態(tài)鎖止功能。其原理為，閉模時，鎖緊插桿55壓緊鎖塊51的一端，從而迫使鎖塊51的另外一端壓緊搖臂滑塊49，防止注塑時注塑壓力將彎管型芯50推出；注塑后開模時，模具第一次分型打開后，鎖緊插桿55失去對壓緊鎖塊51的壓緊作用，從而，搖柄48能帶動搖臂滑塊49進(jìn)行抽芯動作；為防止壓緊鎖塊51的誤動造成搖臂滑塊49不能順利滑動，特設(shè)置了限位彈銷54，其作用是當(dāng)閉模鎖緊時，限位彈銷54的中心銷子被鎖緊插桿55向右壓回，但銷子圓頭部分露出，能對鎖塊51進(jìn)行有限的限位，開模后，搖臂滑塊49順時針滑動抽芯時，其能壓迫鎖塊51繞轉(zhuǎn)動銷53逆時針轉(zhuǎn)動，從而迫使中心銷子向右退回，隨后，限位彈銷54的彈簧將中心銷子向左推出，從而限制了鎖塊51的順時針轉(zhuǎn)動空間，讓其停留在一定位置，以便閉模時搖臂滑塊49逆時針復(fù)位時，不被鎖塊51阻礙，待搖臂滑塊49逆時針復(fù)位通過鎖塊51后，鎖緊插桿55再次壓迫鎖塊51將中心銷子向右推回，鎖塊51再次鎖緊搖臂滑塊49。微動開關(guān)56的作用是發(fā)出位置信號控制抽芯動力電機(jī)41，以控制搖臂滑塊49的抽芯行程。

2.7 導(dǎo)向定位設(shè)計(jì)

模具導(dǎo)向由兩副導(dǎo)柱導(dǎo)套完成，即模架導(dǎo)柱/導(dǎo)套和模腔導(dǎo)柱/導(dǎo)套，模架導(dǎo)柱/導(dǎo)套由模架導(dǎo)柱17、脫料板導(dǎo)套18、A板第一導(dǎo)套19組成；模腔導(dǎo)柱/導(dǎo)套由A板第二導(dǎo)套20、模腔導(dǎo)柱21組成。另外，在側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)中所有滑塊都由導(dǎo)向槽塊和T形槽導(dǎo)向。定位設(shè)計(jì)分為A板/B板定位和模仁定位。A板/B板的的定位由精定位塊57實(shí)現(xiàn)，精定位塊57共四個，分布于模板開模平面上XY平面的4個方向；而模仁定位由兩種方式實(shí)現(xiàn)，X方向兩個定位依靠上下模仁加工出15°的原身錐面定位，Y方向定位則有兩個35 mm×35 mm的輔助精定位塊58實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。

2.8 脫模頂出設(shè)計(jì)

塑料件的頂出方式為推管推出，即由推管23推出。推管23為非標(biāo)準(zhǔn)件，材質(zhì)選用T10A，淬火至其硬度（HRC）為48～52。推管內(nèi)徑為32.5 mm，外徑為36.5 mm，以便裝配時好修配。

2.9 定距分型控制設(shè)計(jì)

一般點(diǎn)澆口三板模模具共有三個分型面要打開，本模具中分型面PL1和PL2必須在PL3打開之前先打開，讓澆注系統(tǒng)廢料和塑料件分離；最后分型面PL3打開，完成所有M22螺紋部位、彎管部位以及塑料件的最終頂出。模具定距分型機(jī)構(gòu)是為保證以上三個分型面的開模順序而設(shè)計(jì)的，定距分型機(jī)構(gòu)由開鎖拉桿34、A板鎖塊35、鎖芯彈簧36、鎖芯37、閉鎖拉桿38、脫料板拉桿39、A板拉桿40構(gòu)成。PL1分型面能打開的寬度為115 mm，而PL2為10 mm，流道廢料總高度為112 mm。開鎖拉桿34打開A板、B板時的控制距離為122 mm，即優(yōu)先保證料頭脫落而后再打開A板、B板，A板/B板的鎖位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式為插銷移位控制式，如圖2中K向視圖所示。

3 工作分析

模具為三板模具結(jié)構(gòu)，開模動作分三次打開，對應(yīng)的分型面分別為PL1，PL2，PL3，如圖2所示，實(shí)際工作時，其運(yùn)動工作原理如下［6–9］：

（1）模具開模順序。

模具分型面的打開由定距分型控制機(jī)構(gòu)控制，開模時，開模順序?yàn)镻L1→PL2→PL3。

（2）料頭自動脫落。

模具開模時，在模具定距分型控制機(jī)構(gòu)的控制下，模具先在PL1分型面處打開，點(diǎn)澆口被拉斷，而后PL2分型面打開，脫料板3將料頭從模具內(nèi)刮落。

（3） M22螺紋部位脫模。

而后，模具繼續(xù)在PL3分型面處打開，打開時，側(cè)抽芯滑塊28在耐磨T型塊32和楔緊塊33的拉動下向左滑動抽芯，其滑動抽芯位置由限位彈珠30控制，同步地，側(cè)抽芯滑塊29亦在其耐磨T型塊和楔緊塊的拉動下向右滑動抽芯，從而完成M22螺紋部位的脫模，如圖2中B-B圖所示，至此，塑料件手柄部位的兩邊側(cè)抽芯脫模及型腔面的脫模完成。

（4）彎管部位脫模。

M22螺紋部位脫模完成后，鎖緊插桿55失去對鎖塊51的壓制作用，在行程開關(guān)的控制信號控制下，抽芯動力電機(jī)41動作，帶動搖臂滑塊49繞中心軸43中心線順時針運(yùn)動，直到搖柄48觸發(fā)微動開關(guān)56發(fā)出電機(jī)停止信號，從而完成塑料件彎管部位彎管型芯50的完全抽出脫模。

（5）塑料件完全脫模。

待彎管部位抽芯脫模完畢，注塑機(jī)頂桿推動推板10，從而推動推管23將塑料件從內(nèi)圓型芯鑲件22、外圓型芯鑲件24上推出，完成整個塑料件的全部脫模。

（6）復(fù)位。

復(fù)位時，推管23在復(fù)位彈簧15的反彈力推動下，先復(fù)位，而后抽芯動力電機(jī)41動作，帶動搖臂滑塊49繞中心軸43中心線逆時針轉(zhuǎn)動，搖臂滑塊49到位后，限位彈銷54通過鎖定鎖塊51來臨時鎖住搖臂滑塊49，等待模具完全閉合后鎖緊插桿55壓住鎖塊51完全鎖住鎖緊插桿55；模具依次按PL1→PL2→PL3閉合復(fù)位，在PL3分型面最終閉合復(fù)位時，楔緊塊33和耐磨T型塊32將側(cè)抽芯滑塊28壓回復(fù)位，同步地，側(cè)抽芯滑塊29亦被對應(yīng)零件壓回復(fù)位，最后模具閉合，等待下一個注塑循環(huán)的開始。

4 結(jié)論

在設(shè)計(jì)模具抽芯結(jié)構(gòu)時，巧妙地結(jié)合塑料件圓槽中央孔位特征，設(shè)計(jì)了點(diǎn)澆口+圓片護(hù)耳澆注方式，避免了在塑料件外觀面上開設(shè)澆口，有效地解決了澆口開設(shè)困難的問題；針對塑料件深管壁位采用鑲件式大推管位脫模；彎管部位采用電機(jī)驅(qū)動進(jìn)行大角度、大行程彎管內(nèi)型芯脫模；螺紋位處則采用哈夫滑塊抽芯脫模；有效地降低了模具設(shè)計(jì)及加工難度；用簡單的機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了塑料件零缺陷自動化模塑生產(chǎn)，有效地保證了產(chǎn)品質(zhì)量，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定、可靠。

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Design for Rotary Core Pulling Demoulding Mechanism and Injection Mould of Shower Spray Handle

Yang An1， Xiao Guohua2， Xiao Zhongli3， Hua Mingwei4
（1. Fair Friend Institute of Electromechanics， Hangzhou Vocational and Technical College， Hangzhou 310018， China；2. Zhejiang Business Technology Institute， Ningbo 315012， China； 3. Ningbo Yangchao Automotive Plastic Mould Co.， Ltd.， Ningbo 315012， China；4. Ningbo Huabao Plastic Mould Co.， Ltd.， Ningbo 315600， China）

Design of rotating core pulling demoulding mechanism and injection mold for shower spray handle were introduced. According to the product's structure which has the characteristics with a circular arc handle at the end，side concave hole on the circular groove head and outer threads features at the handle end，and to ensure product quality，the gating system of point gate + wafer earmuffs in the circular groove central hole was ingeniously designed，the problem to open gate effectively solved. According to demoulding need of the deep circular groove wall characteristics，the insert type push pipe demoulding was used. According to demoulding need of handle elbow characteristics， the core demoulding in large angle and large stroke elbow was finished by a motor driving device. According to demoulding need of outside thread feature of the bending tube tail end of the handle，the half slider core pulling demoulding mechanism was used. So，adopting the above schemes，the mold design and processing difficulty are reduced effectively，the zero defect automatic production is realized by a simple mechanism，the production quality is effectively ensured，the structure design is reasonable and the mechanism working is stable and reliable.

injection mould；thread demoulding；bend tube core pulling；mechanism design；shower spray handle

TQ320.66+2

A

1001-3539（2016）07-0089-05

10.3969/j.issn.1001-3539.2016.07.017

聯(lián)系人：楊安，碩士，副教授，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)與制造2016-04-19