內(nèi)螺紋自動(dòng)脫模注射模創(chuàng)新設(shè)計(jì)

溫煌英

廣東科技學(xué)院（廣東東莞 523000）

1 塑件結(jié)構(gòu)分析及成型工藝分析

1.1 塑件結(jié)構(gòu)分析

圖1所示為某塑件上的連接器，材料ABS，塑件最大外形尺寸為長(zhǎng)為40mm，寬39mm，高18mm，重量約10.4g。這是一個(gè)小型塑件，連接器塑外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但內(nèi)部有一段M12mm的螺紋，螺孔深10mm。

圖2為塑件三維圖，從圖2中可以分析得到：圖2a中標(biāo)注處“A”表明塑件有4個(gè)小定位止口，圖2b中“B”所示為6條加強(qiáng)筋，圖2c中“C”所示為2個(gè)定位止口，圖2c中“D”所示為塑件外側(cè)半圓小凸位，圖2d中“E”所示為螺紋倒扣。

圖1 塑件二維圖

圖2 塑件三維圖

塑件中的加強(qiáng)筋既可以提高塑件剛性，又可以起定位作用，防止螺紋型芯脫模時(shí)塑件同時(shí)旋轉(zhuǎn)。塑件中的螺紋倒扣需要采用螺紋型芯通過(guò)齒輪傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)脫模。因?yàn)椴捎靡簤河透滋峁﹦?dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)齒條，固定位置的齒輪軸在旋轉(zhuǎn)脫模的過(guò)程中，需要同步產(chǎn)生軸向推力來(lái)推出塑件，所以需要采用彈簧的作用力推動(dòng)活動(dòng)型芯的結(jié)構(gòu)來(lái)輔助螺紋脫模，以保證螺紋旋轉(zhuǎn)和塑件脫模同步進(jìn)行。該圓柱形的小塑件，無(wú)合適側(cè)澆口進(jìn)料平位，為了提高生產(chǎn)效率，采用定模潛伏式澆口進(jìn)膠，在開(kāi)模的瞬間可以將澆口拉斷，推出塑件的時(shí)候自動(dòng)分離塑件和澆口，有利于塑件的自動(dòng)化成型。

1.2 塑件材料選擇及工藝分析

如圖3所示，該塑件要求外表面光潔、無(wú)毛刺、無(wú)飛邊、且無(wú)明顯縮痕；內(nèi)螺紋部分不可拉花，有足夠的螺紋強(qiáng)度，能承受一定的扭矩力，塑件要有良好的穩(wěn)定性能。根據(jù)上述分析，滿足以上要求，材料選用ABS塑料，縮水率為0.5%。ABS塑料是丙烯腈（A）-丁二烯（B）-苯乙烯（S）的三元共聚物，又稱(chēng)ABS樹(shù)脂，是一種強(qiáng)度高、韌性好、易于加工成型的熱塑型高分子材料結(jié)構(gòu)。一般的ABS熔點(diǎn)為170℃左右，分解溫度為260℃；注射成型溫度的可調(diào)區(qū)間比較大；丁二烯具有抗沖擊性和韌性；苯乙烯具有表面高光澤性、易著色性和易加工性、高強(qiáng)度的特性。ABS塑料成為一種“質(zhì)堅(jiān)、性韌、剛性大”的綜合性能良好的熱塑性塑料，它綜合了3種組分的性能，其中丙烯腈具有高的硬度和強(qiáng)度、耐熱性和耐腐蝕性等。

圖3 塑件表面要求

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 分型面設(shè)計(jì)

分型面設(shè)計(jì)。根據(jù)3D分型面的設(shè)計(jì)原則：盡量使塑件保留在動(dòng)模內(nèi)側(cè)，且容易脫模；盡量設(shè)計(jì)平整的大分型面，盡量避免使用插穿分型面，盡量避免使用小枕位；分型面外觀要平整、且易加工，從而保證加工尺寸精度。

如上述圖2a的A處，該塑件主平面上有4個(gè)小定位止口；圖2c的D處，塑件有半圓小凸位；該塑件的分型面會(huì)有多個(gè)大臺(tái)階分型面和4個(gè)小定位止口臺(tái)階分型面組成。

圖4 塑件分型面設(shè)計(jì)

如圖4a所示，A處是一個(gè)大的主分型面，是決定塑件上模及下模開(kāi)模方向的主分型面；B處是一個(gè)進(jìn)料位置的分型面，是用來(lái)輔助開(kāi)設(shè)定模側(cè)面潛澆口的分型面；C處是一個(gè)小定位止口的分型面，是采用枕位分型面來(lái)替代插穿分型面，可以防止模具插穿磨損跑毛刺。如圖4b所示，四周延伸出來(lái)的洋紅色面是該塑件的分型面；塑件青色面是定模型腔面；綠色是圓形流道和定模潛伏式澆口，如圖4c所示，塑件黃色面是動(dòng)模型腔面。

2.2 運(yùn)用MoldFlow軟件對(duì)塑件進(jìn)行模流分析

將連接器塑件模型以IGES格式導(dǎo)入，并對(duì)導(dǎo)入的瓶蓋模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖5所示，然后設(shè)定分析類(lèi)型為“澆口位置”，由于塑件要求表面光潔，所以考慮采用定模潛伏式澆口進(jìn)澆，優(yōu)點(diǎn)是能滿足塑件的注射成型需求，同時(shí)在開(kāi)模的時(shí)候塑件與流道料自動(dòng)分離，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，提高效率、節(jié)省人工時(shí)間，還能保證塑件的外觀要求。

圖5 澆口位置

由圖6a模流分析結(jié)果：塑件的進(jìn)料（Confidence of fill）充填可行性屬于綠色高質(zhì)量的范圍，證明塑件的充填是可行的。

由圖6b模流分析結(jié)果：塑件的進(jìn)料（Quailty Prediction）塑件質(zhì)量屬于綠色高質(zhì)量的范圍，證明塑件的充填成型具有較高質(zhì)量。

由圖6c模流分析結(jié)果：塑件的進(jìn)料（Flow Front Temp）流動(dòng)前沿溫度屬于紅色高230℃～240℃的范圍，證明塑件的充填時(shí)的溫度變化不大，有利于塑件在相對(duì)穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)成型。

由圖6d模流分析結(jié)果：塑件的進(jìn)料（Fill Time）充填時(shí)間約0.48s的范圍，證明塑件有足夠的時(shí)間來(lái)充填。

圖6 模流分析

2.3 型腔布置

如圖7所示，為了防止料流直接沖擊型腔，產(chǎn)生噴射和沖蝕，所以采用S型流道緩沖料流，防止料流沖蝕模具。由于該塑件使用采用齒輪條傳動(dòng)脫模結(jié)構(gòu)和彈動(dòng)模結(jié)構(gòu)，整個(gè)動(dòng)模部分的結(jié)構(gòu)復(fù)雜；如果設(shè)計(jì)1模1腔，模具的使用率太低，性?xún)r(jià)比太低；如果設(shè)計(jì)1模4腔，模具的結(jié)構(gòu)太龐大，需要使用大注塑機(jī)來(lái)生產(chǎn)，成本偏高。所以選擇1模2腔的型腔布局，既可均勻平衡和布局，也可以使用小機(jī)臺(tái)來(lái)成型，還可以使模具得到最大化使用率，實(shí)現(xiàn)模具的最大性?xún)r(jià)比。

3 模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作過(guò)程

依據(jù)上面的分析和查找相關(guān)模具設(shè)計(jì)資料，分析核算出：定模型腔尺寸為120×220×30mm，動(dòng)模型芯尺寸為120×220×65mm，綜合分析選用模架型號(hào)為DI-3525-A50-B90-C80，模具上配備兩套齒輪條螺紋脫模結(jié)構(gòu)，頂桿頂出；頂出結(jié)構(gòu)、螺絲、水路、彈簧等模具結(jié)構(gòu)不能有干涉，齒輪條和齒輪套等運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)要順暢運(yùn)動(dòng)，模具結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖7 型腔布置

圖8 模具整體結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖8、圖9、圖10的模具結(jié)構(gòu)來(lái)分析該模具的整個(gè)注射成型周期的工作過(guò)程為：模具合模注射完成以后，開(kāi)模的同時(shí)拉斷潛伏式澆口；然后通過(guò)液壓油缸17的推出運(yùn)動(dòng)提供原動(dòng)力，直接帶動(dòng)齒輪條22運(yùn)動(dòng)；齒輪條22前進(jìn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪套26，把直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)換為齒輪套26的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其中定位塊21對(duì)齒輪條22起到精確定位作用；再通過(guò)齒輪套26帶動(dòng)齒輪牙軸25產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的螺紋脫模力，螺紋開(kāi)始脫模，軸承27對(duì)齒輪套26起到固定的作用；螺紋脫模的同時(shí)彈簧28產(chǎn)生的作用力來(lái)推動(dòng)活動(dòng)型芯24，以保證塑件與型腔之間的緊密接觸，同時(shí)避免螺紋脫模以后就會(huì)變得松動(dòng)，會(huì)造成塑件與型腔之間的碰撞損壞塑件；螺紋完全脫模以后，行程螺絲柱20碰到行程開(kāi)關(guān)19時(shí)油缸停止運(yùn)動(dòng)，同時(shí)等高螺絲29發(fā)揮作用限制活動(dòng)型芯24的運(yùn)動(dòng)距離，防止它脫離動(dòng)模型芯7，其中導(dǎo)向銷(xiāo)30是用來(lái)保證活動(dòng)型芯24的精確推出和復(fù)位運(yùn)動(dòng)；塑件順利完成螺旋脫模，頂桿頂出塑件；下一個(gè)合模動(dòng)作之前液壓油缸17的復(fù)位先行同時(shí)產(chǎn)生動(dòng)力，直接帶動(dòng)齒輪條22復(fù)位，行程螺絲柱20碰到行程開(kāi)關(guān)19時(shí)油缸停止運(yùn)動(dòng)；慢速合模時(shí)，定模型腔緩緩把活動(dòng)型芯24擠壓回到動(dòng)模型腔內(nèi)；同時(shí)頂桿復(fù)位，所有機(jī)構(gòu)復(fù)位即模具閉合后開(kāi)始下一個(gè)生產(chǎn)周期。

圖9 動(dòng)模三維剖切結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

（1）通過(guò)采用精簡(jiǎn)化的液壓油缸帶動(dòng)齒輪條旋轉(zhuǎn)脫模機(jī)構(gòu)，解決了塑件內(nèi)螺紋模具倒扣難脫模的問(wèn)題。

圖10 脫模機(jī)構(gòu)三維剖切結(jié)構(gòu)

（2）分別采用行程開(kāi)關(guān)輔助控制液壓油缸行程、齒輪條定位塊提高耐磨性和精度、彈動(dòng)模導(dǎo)向銷(xiāo)等結(jié)構(gòu)成功提高了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的精度。

（3）設(shè)計(jì)動(dòng)模板和墊板的組合式動(dòng)模，解決齒輪條槽位的加工難度，方便后期的裝配和維修，該精簡(jiǎn)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)的齒輪條脫模結(jié)構(gòu)既解決了內(nèi)螺紋脫模的問(wèn)題，又能穩(wěn)定生產(chǎn)，模具維護(hù)簡(jiǎn)單方便，節(jié)省成本，該創(chuàng)新設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。