頂出機(jī)構(gòu)中彈簧自定位頂桿的設(shè)計與應(yīng)用

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1 頂出機(jī)構(gòu)概述

彈簧作為一種常用標(biāo)準(zhǔn)件,具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、使用方便等特點。將彈簧和定位部件進(jìn)行組合,應(yīng)用于橡膠模具頂出機(jī)構(gòu)中,可以解決頂桿的對中問題,降低廢品率。

在頂出機(jī)構(gòu)中,頂桿頂出機(jī)構(gòu)是最常用、最簡單的形式,具有設(shè)計靈活、操作簡單、成本低廉、更換方便等優(yōu)點[1-5]。頂桿頂出機(jī)構(gòu)由頂出部件、頂出導(dǎo)向部件及復(fù)位部件等構(gòu)成。頂出部件由頂桿、加長桿等組成,是直接與中模接觸的部件,設(shè)備開模后將橡膠產(chǎn)品頂出。加長桿是連接頂桿和脫模架的一個部件,與頂桿和脫模架間均采用螺栓連接。為了使頂出過程平穩(wěn),保證頂桿與產(chǎn)品的對中性,避免產(chǎn)品彎曲卡死,在頂出機(jī)構(gòu)中設(shè)置頂出導(dǎo)向部件。通常而言,頂出導(dǎo)向部件通過導(dǎo)柱、導(dǎo)套來起頂出導(dǎo)向的作用。橡膠產(chǎn)品被頂出、取下后,通過復(fù)位部件使頂出機(jī)構(gòu)恢復(fù)原狀。復(fù)位部件一般采用脫模架,結(jié)合機(jī)臺的相對運(yùn)動,可以完成頂出機(jī)構(gòu)的復(fù)原。

2 問題分析

在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),某一橡膠產(chǎn)品在頂出過程中出現(xiàn)彎曲情況。檢查頂出機(jī)構(gòu),發(fā)現(xiàn)中模與頂桿不對中,如圖1所示。

圖1 中模與頂桿不對中

在現(xiàn)場使用法國Rep機(jī)臺,開模后,載有中模的中模板從型腔中引出至型腔外部。在設(shè)備油缸的作用下,中模板向下移動。中模板與脫模架相接觸,并繼續(xù)向下移動,直至橡膠產(chǎn)品被頂出。從理論上分析,由于導(dǎo)柱、導(dǎo)套的導(dǎo)向作用,中模板各個型腔與脫模架上各頂桿的位置處于同一直線,即存在對中性。通過現(xiàn)場實際應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn),這一過程中的頂出實際上只是由中模板與脫模架的相對位移而產(chǎn)生的。

頂出部件如圖2所示,采用頂桿連接加長桿模式,兩者之間為螺栓連接。頂出導(dǎo)向部件如圖3所示,由脫模架上的導(dǎo)柱及中模板上的導(dǎo)套組成,可以實現(xiàn)中模板與脫模架上型腔板的定位。位于脫模架上的型腔凸起臺起固定中模的作用,當(dāng)中模板向下移動時,脫模架上的導(dǎo)柱及中模板上的導(dǎo)套實現(xiàn)定位與配合,脫模架上的型腔板與中模板重合,加之型腔凸起臺的作用,限制中模板中的中模垂直于平面方向的自由度。

復(fù)位部件如圖4所示。復(fù)位部件采用脫模架,脫模架由底板、壓縮彈簧、限位桿、加熱板、型腔板等組成[6-10]。底板是脫模架上所有組件的載體,壓縮彈簧使加熱板及型腔板存在上下移動的自由度,限位桿則限制加熱板與型腔板的向下移動最大行程。當(dāng)中模板下落至脫模架時,中模板暴露在型腔外部,溫度會降低。為了保持中模板的溫度不降低,設(shè)置了一塊加熱板。設(shè)置加熱板的溫度高于型腔內(nèi)溫度10～20 ℃。型腔板上的型腔與中模板上的型腔相對應(yīng)。

圖2 頂出部件

圖3 頂出導(dǎo)向部件

圖4 復(fù)位部件

針對生產(chǎn)中出現(xiàn)的中模與頂桿不對中情況,分析認(rèn)為,中模與頂桿的對中是由脫模架上的導(dǎo)柱與中模板上的導(dǎo)套直接決定的,頂桿與加長桿之間為螺栓連接,兩者之間存在對中性誤差,底板安裝孔與加長桿間同樣采用螺栓連接,也存在對中性誤差。兩個影響因素累積,增大了中模與頂桿間的對中誤差。中模與頂桿對中性影響因素分析如圖5所示。

3 彈簧自定位頂桿

由于影響中模與頂桿對中性的因素很難避免,因此筆者設(shè)計了一種彈簧自定位頂桿,具有自我尋找對中位置的能力。

圖5 中模與頂桿對中性影響因素分析

所設(shè)計的彈簧自定位頂桿,其頂出部件總體結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有普通頂桿相同,頂桿和加長桿間采用螺栓連接。將現(xiàn)有的普通內(nèi)六角螺栓變更為內(nèi)六角軸肩螺栓,公稱長度L由頂桿自身的預(yù)設(shè)長度決定。需要注意的是,當(dāng)選定公稱長度及公稱直徑后,螺栓的型號即確定下來。在設(shè)計中,選定公稱長度L為20 mm、公稱直徑Dt為6 mm的M6內(nèi)六角軸肩螺栓,如圖6所示。查詢國標(biāo)GB/T 5281—1985《內(nèi)六角圓柱頭軸肩螺釘》,可知光桿段直徑D最大為7.987 mm,最小為7.951 mm;螺栓帽直徑A最大為13.27 mm,最小為12.73 mm;螺栓帽高度H最大為5.5 mm,最小為5.32 mm。

在選定軸肩螺栓后,可以確定頂桿上螺栓孔的尺寸。對于通孔的直徑與沉孔的直徑,單邊需分別比軸肩螺栓光桿段直徑D、螺栓帽直徑A大0.5 mm,即通孔直徑為9 mm,沉孔直徑為14.5 mm。當(dāng)螺栓完全擰緊后,沉孔的臺階面比螺栓帽低0.5 mm,這樣可以使頂桿在上下、左右方向均有一定的調(diào)節(jié)范圍。

在橡膠產(chǎn)品頂出的一系列動作過程中,頂桿的底部有可能高于頂出導(dǎo)向部件,復(fù)位時存在頂桿與頂出導(dǎo)向部件對應(yīng)孔不對中的情況。針對這一情況,在頂桿上設(shè)計15°導(dǎo)向,便于頂桿復(fù)位。

軸肩螺栓及頂桿如圖7所示。

對于頂出導(dǎo)向部件,在傳統(tǒng)導(dǎo)柱與導(dǎo)套結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,將型腔凸起臺變更為彈簧和導(dǎo)向部件相結(jié)合的形式,并采用中模與下模配合面作為下模承壓面,如圖8所示。

圖7 軸肩螺栓與頂桿

圖8 中模與下模配合面

考慮到頂出導(dǎo)向部件需長期與中模接觸定位,為不影響中模與下模的配合,選擇中模的非承壓面作為頂出導(dǎo)向部件與中模間的定位面,如圖9所示。這個面在模具正常工作狀態(tài)下同樣存在間隙。

圖9 頂出導(dǎo)向部件與中模定位面

頂出導(dǎo)向部件在所設(shè)計的彈簧自定位頂桿中相當(dāng)于一個定位部件,加之與彈簧的作用,當(dāng)中模向下移動時,頂出導(dǎo)向部件可以自我尋找與中模的配合位置,即具有自定位能力。頂出導(dǎo)向部件與頂桿間的間隙設(shè)計為單邊0.05 mm,頂出導(dǎo)向部件與中模對中,進(jìn)而使頂桿與中模對中。頂出導(dǎo)向部件結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖10 頂出導(dǎo)向部件結(jié)構(gòu)

4 工作原理

彈簧自定位頂桿的頂出動作如下:中模板向下移動,由于脫模架上導(dǎo)柱與中模板上導(dǎo)套的作用,脫模架上的型腔板與中模板處于初步對中狀態(tài);當(dāng)中模接觸到安裝于型腔孔內(nèi)的頂出導(dǎo)向部件時,在彈簧的作用下,頂出導(dǎo)向部件與中模對中,隨即校正頂桿,使之與中模對中;中模板繼續(xù)向下移動,與脫模架上的型腔板接觸,并與型腔板一起向下移動;位于加長桿上的頂桿相對上升,直至橡膠產(chǎn)品被頂出。橡膠產(chǎn)品頂出狀態(tài)如圖11所示。

操作人員將橡膠產(chǎn)品取出,并在頂桿上放置骨架。調(diào)節(jié)設(shè)備,使中模板向上移動,脫模架上的彈簧和型腔孔內(nèi)的彈簧復(fù)位,頂出導(dǎo)向部件向上移動,進(jìn)而使頂出機(jī)構(gòu)恢復(fù)原狀。

5 結(jié)束語

筆者分析橡膠產(chǎn)品頂出過程中中模與頂桿不對中的原因,在原有頂出機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上,模仿中模與下模配合,采用導(dǎo)向部件與彈簧相結(jié)合的方式,設(shè)計了彈簧自定位頂桿,解決了中模與頂桿不對中的問題。這一彈簧自定位頂桿原理簡單,制作方便,可以提高生產(chǎn)效率。

圖11 橡膠產(chǎn)品頂出狀態(tài)