基于自動(dòng)旋轉(zhuǎn)脫螺紋的紅酒瓶蓋注塑模具設(shè)計(jì)

趙利平 張寧 王樹勛 李云義 黃賢頁

(1.廣東科技學(xué)院,廣東 東莞,523083;2. 湖南九嶷職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 永州,425000;3. 懷化職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 懷化,418000)

紅酒瓶蓋,這類蓋類零件,都有內(nèi)螺紋,如果選擇強(qiáng)制脫模,那么必然對螺紋有損壞,多螺牙,及后期的安裝配合都有影響。由于塑件批量較大,一模四腔,模具采用螺紋自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)。塑件為筒狀零件,從頂部中心進(jìn)料便于排氣和熔體流動(dòng),是保證外觀成型質(zhì)量的最佳選擇,故模具采用點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)。塑件為圓形回轉(zhuǎn)體,故成型零件亦采用圓形回轉(zhuǎn)體。參考相關(guān)模具設(shè)計(jì)資料[1],在國內(nèi)外很多專家學(xué)者自動(dòng)旋轉(zhuǎn)脫螺紋方面也做出了比較多的探索[2],綜合相關(guān)專家學(xué)者的研究,進(jìn)行了基于自動(dòng)旋轉(zhuǎn)脫螺紋技術(shù)的紅酒瓶蓋注塑模具設(shè)計(jì)。

1 塑件結(jié)構(gòu)分析

圖1是一個(gè)塑料紅酒瓶蓋的模型。

圖1 塑件結(jié)構(gòu)示意(單位:mm)

由圖1可以看出,在進(jìn)行該瓶蓋設(shè)計(jì)的過程中,其內(nèi)部進(jìn)行了一圈矩形螺紋的設(shè)計(jì)。因此在進(jìn)行該紅酒瓶蓋脫模的過程中,必須要依據(jù)螺紋的走向進(jìn)行脫模,而不能采用蠻力強(qiáng)制完成脫模的工作。由此可見,在進(jìn)行紅酒瓶蓋設(shè)計(jì)的過程中,必須要依據(jù)其基本的設(shè)計(jì)要求,在滿足瓶蓋設(shè)計(jì)的需求上,同時(shí)還要具備一定的美觀性,這也促使瓶蓋的脫模注塑設(shè)計(jì)成為該課題研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。因此結(jié)合瓶蓋設(shè)計(jì)的需求和標(biāo)準(zhǔn),以下在實(shí)現(xiàn)瓶蓋自動(dòng)脫模注塑模的打造上,采用ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)材料。

2 模具零件設(shè)計(jì)

2.1 分型面的確定

由于塑件的側(cè)面不是垂直的,不屬于圓柱形,一頭大,切有圓弧相切,圓弧切點(diǎn)為最高點(diǎn),所以這里可以作為分型線。在進(jìn)行分型面選擇的過程中,必須要符合以下幾個(gè)基本的要求,首先分型面的選擇必須以有助于脫模為最終標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)在進(jìn)行選擇的過程中,必須要充分保證塑件設(shè)計(jì)外觀質(zhì)量及精度達(dá)標(biāo)。同時(shí)也必須充分滿足成型零件的制造需求,而且分型面還必須有良好的排氣功能。因此,在設(shè)計(jì)的塑件結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,所確定的分型面如圖2所示。

圖2 塑件分型面

2.2 模具整體裝配圖的設(shè)計(jì)方案

塑件是一種圓形薄壁殼狀零件,因此其對外表面要求高,并且兩側(cè)面沒有孔或者任何形狀,直接上下分模就可以,由于該塑件產(chǎn)品內(nèi)表面有一段內(nèi)螺紋,故不適合采強(qiáng)行脫模方式,也不適合側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)脫模,綜合考慮后決定采用螺紋自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)該模具,模具總裝示意如圖3所示。中小型凹模設(shè)計(jì)通常是整體式凹模。該設(shè)計(jì)中間抽芯只有一個(gè)芯棒,所以采用整體凹模,在進(jìn)行塑件設(shè)定上,選擇筒狀模式,在具體的操作上,可以從頂部中心進(jìn)料。這種設(shè)計(jì)一方面是有助于更好的排氣效果,同時(shí)還可以充分促使材料在澆注過程中實(shí)現(xiàn)充分流動(dòng)。因此在進(jìn)行澆注系統(tǒng)的選擇上選用的是點(diǎn)澆口澆注系統(tǒng)。本套模具采用J54-S200/400注射機(jī)。定模座板是整套模具固定的板,材料為45鋼。兩座板之間是成形的模具,為使得模具工作,必須要裝在機(jī)器上,這時(shí)需要夾具等把機(jī)器與座板固定牢。用于固定的型芯,經(jīng)計(jì)算厚度為22 mm,動(dòng)座板是移動(dòng)工作臺(tái)面和固定工作臺(tái)面接觸的模板,對剛度與強(qiáng)度要求不高,一般可采用Q235或45鋼材料。塑件為圓形回轉(zhuǎn)體,故成型零件亦采用圓形回轉(zhuǎn)體。其中定模成型零件為圓形定模鑲件32,它通過壓板33固定在定模板31上。動(dòng)模成型零件則由動(dòng)模鑲件28、29、推管型芯13以及螺紋芯型24組合而成。動(dòng)模鑲件28，29通過螺釘固定在動(dòng)模板上,是非常巧妙的設(shè)計(jì)方案,由此可以減少一塊模板,推管型芯13固定在模具底板12上。

2.3 螺紋旋轉(zhuǎn)脫模結(jié)構(gòu)

因?yàn)榧t酒瓶蓋注塑模屬于深腔類模具,塑件對動(dòng)模型芯的包緊力較大,塑件內(nèi)部有一凸起圓管,脫模時(shí)很容易斷裂。為解決這一問題,模具采用二次脫模結(jié)構(gòu)。第一次脫模時(shí),塑件相對于動(dòng)模不動(dòng)(既不轉(zhuǎn)動(dòng),也不作軸向運(yùn)動(dòng)),而螺紋型芯24在大齒輪8的帶動(dòng)下一邊旋轉(zhuǎn),一邊后退脫離塑件。當(dāng)螺紋型芯24完全脫離塑件后,推管16最后將塑件推離模具,完成第二次脫模。推管16固定在推桿固定板15上,和螺紋型芯24配合公差取H7/h6。螺紋旋轉(zhuǎn)脫模結(jié)構(gòu)示意如圖4所示,大齒輪結(jié)構(gòu)示意如圖5所示。

圖3 模具總裝示意(單位：mm)1—導(dǎo)柱;2—導(dǎo)套1;3—導(dǎo)套2;4—尼龍塞;5—導(dǎo)套3;6—軸承;7—定位銷;8—大齒輪;9—齒輪軸;10—限位柱;11—方鐵;12—底板;13—型芯;14—推桿底板;15—推桿固定板;16—推管;17—放松螺母;18—螺母導(dǎo)向套;19—托板;20—軸承;21—齒條;22—導(dǎo)向螺母固定板;23—齒條擋塊;24—螺紋型芯;25—齒輪藏板;26—鑲套;27—鑲套固定板;28—?jiǎng)幽ｈ偧?;29—?jiǎng)幽ｈ偧?;30—?jiǎng)幽０?31—定模板;32—定模鑲件;33—鑲件壓板;34—脫料板;35—拉料桿;36—面板;37—油缸;38—連接柱;39—油缸固定柱;40—齒條導(dǎo)向套;41—小拉桿;42—定位圈;43—澆口套;44—限位釘;45—復(fù)位彈簧;46—復(fù)位桿

圖4 螺紋旋轉(zhuǎn)脫模結(jié)構(gòu)示意(單位：mm)

在進(jìn)行脫模的過程中,借助螺紋的旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)脫模目標(biāo),而且塑件最終成型是通過頂出方式實(shí)現(xiàn)的。由圖3可知,借助這種脫模方式盡可能保證塑件的外觀和造型。在進(jìn)行塑件脫模設(shè)計(jì)上,首先是啟模,此時(shí)螺紋型芯實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。而其退出同時(shí)推動(dòng)滑塊外移,然后頂板通過拉料桿,頂套將澆點(diǎn)頂斷,并將料頭和制品頂出。合模前,在彈簧作用下,頂套先復(fù)位,合模時(shí),齒條帶動(dòng)螺紋型芯空轉(zhuǎn),由契緊塊推動(dòng)滑塊使螺紋型芯復(fù)位。采用這種結(jié)構(gòu)進(jìn)行脫模不僅緊湊,而且容易操作。而且借助這種方式還能夠有效地節(jié)約生產(chǎn)成本。因此,這種方式比較適合進(jìn)行批量生產(chǎn)的塑件。內(nèi)螺紋的螺距是3.2 mm,脫模時(shí)塑件移動(dòng)距離25 mm,小齒輪模數(shù)1.5 mm,小齒輪數(shù)z1為20齒,大齒輪數(shù)z2為90齒,大小齒輪的壓力角均取20°。此時(shí)的傳動(dòng)比i為0.222(z1與z2比值),其中螺紋型芯24既是成型零件,又是螺紋自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)核心零件。這套模具由油缸37、連接柱38、油缸固定座39、齒條21、齒輪軸9、大齒輪8以及齒輪型芯24組成。

圖5 大齒輪結(jié)構(gòu)示意(單位：mm)

2.4 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該模具的冷卻系統(tǒng)由直通式冷卻水管和環(huán)形冷卻水道組成,定模冷卻水通過定模板31進(jìn)入定模鑲件32的環(huán)形水道;動(dòng)模冷卻水通過動(dòng)模板30分別進(jìn)入圓形動(dòng)模鑲件28，29。冷卻水繞圓形鑲件一圈后再通過模板流出。圓形鑲件上的水道和密封圈設(shè)計(jì)如圖6所示。

圖6 鑲件冷卻系統(tǒng)

3 模具的工作過程

如圖3所示,螺紋型芯24為浮動(dòng)的結(jié)構(gòu),開模后,它在油缸的推動(dòng)下一邊旋轉(zhuǎn),一邊后退脫離塑件,實(shí)現(xiàn)螺紋自動(dòng)脫模。具體工作過程如下。

1) 模具完成注射成型后,注塑機(jī)拉動(dòng)動(dòng)模,模具首先從分型面Ⅰ處開模,此時(shí)拉料桿35拉住流道凝料脫離定模鑲件32,實(shí)現(xiàn)流道凝料和塑件的自動(dòng)分離。

2) 分型面Ⅰ的開模距離為10 mm,由限位釘44控制。之后模具再從分型面Ⅱ處打開,脫料板34將流道凝料強(qiáng)行推離拉動(dòng)料桿35,實(shí)現(xiàn)流道凝料自動(dòng)脫離模具。分型面Ⅱ開模距離為120 mm,由小拉桿41控制。

3) 最后模具從分型面Ⅲ處打開,動(dòng)定模分離。完成開模行程后,液壓油缸37推動(dòng)齒條21,齒條21推動(dòng)齒輪軸9,齒輪軸9通過鍵帶動(dòng)大齒輪8,大齒輪8再帶動(dòng)4支螺紋型芯24轉(zhuǎn)動(dòng),螺紋型芯24一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊在齒輪導(dǎo)向套18的導(dǎo)向下后退脫離塑件。

4) 當(dāng)螺紋型芯完全脫離塑件后,模具完成第一次脫模后,液壓油缸活塞運(yùn)動(dòng),注塑機(jī)頂棍通過模具的K.O.孔推動(dòng)推桿底板14和推桿固定板15,最后由推管16將塑件推出動(dòng)模鑲件29。模具至此完成一次注射成型。

合模時(shí),液壓油缸37拉動(dòng)齒條21,通過齒輪傳動(dòng)使螺紋型芯24完全復(fù)位,接著模具開始下一次注射成型。

4 結(jié)論

a) 該模具采用內(nèi)螺紋自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu),動(dòng)力來源為液壓,這樣就需要齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),方便實(shí)現(xiàn)塑件的自動(dòng)脫落。型芯在脫模的過程中,在導(dǎo)向螺母的作用下一邊旋轉(zhuǎn)一邊推動(dòng),這樣更加穩(wěn)定,塑件在最后的過程由推管推出來。

b) 模具采用“油缸+齒條+齒輪”的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),脫模時(shí)螺紋型芯在導(dǎo)向螺母的導(dǎo)引下一邊旋轉(zhuǎn),一邊脫離塑件。這種二次脫模的方法,成功解決了脫模內(nèi)螺紋脫模難的問題,經(jīng)濟(jì)效率更好。

[1] 朱光力,萬金保. 塑料模具設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003.

[2] ZHOU X, QIAN Y, LIU Q. Design of injection mould with automatic and effective removing of screw thread and runner[J]. China Plastics Industry, 2008, 38(11): 33-36.