雙層不同類型螺紋蓋雙內螺紋脫模機構及模具設計

胡恒瑜，高瑾，龐建軍

(浙江水利水電學院機械學院，杭州 310018 )

螺紋聯接是塑件零件之間聯接的一種重要方式，塑件設計中，所使用的塑料制品螺紋的類型有：①標準螺紋，主要為三角形截面螺紋(V 形螺紋)，這類螺紋裝拆簡便、快速，廣泛用于聯接與緊固，螺紋聯接強度低，螺紋牙尖部分難于充滿成型，小螺距(＜0.7 mm)螺紋不宜模塑成型。②方形螺紋，主要用于管件制品之間的高強度聯接。③梯形螺紋，主要用于泵殼等的高強度聯接，成型較方形螺紋容易。④鋸齒形螺紋，這種螺紋具有方形螺紋的聯接效率和V 形螺紋的強度，沿軸向有較高的應力，用于單向受力及軟質瓶口聯接，應用面較窄。⑤圓弧形螺紋(瓶口螺紋)，由玻璃瓶口螺紋移植而來，螺紋根部不產生應力集中，旋出旋入十分方便，其成型時可采用強制脫模。螺紋的脫模是帶螺紋塑件模具結構設計中的難點，針對不同類型的螺紋，進行模具設計時，其脫模方式的選擇及脫模機構的設計須區(qū)別對待[1–3]。

塑件螺紋模塑成型時，有內、外螺紋之分。對外螺紋而言，脫模機構設計相對較為簡單，可以通過型腔、型芯分型面設置而實現上、下開模，或者通過滑塊前、后開模來自然脫模[4]，或者旋轉抽芯脫模[5]。而對內螺紋而言，如果孔內僅有單一內螺紋，且成型精度一般，可以采用旋轉螺紋型芯的方式來脫模，對應的脫模機構有馬達驅動螺紋型芯式[6–9]、齒輪齒條驅動螺紋型芯式[10–11]以及蝸桿模板驅動螺紋型芯式等機構[12–13]。若內螺紋成型精度要求高，有兩種特殊的脫模方式，其一是采用螺紋型芯分塊差速抽芯機構[14–15]，其二是將螺紋型芯劈分成四個內收分塊，然后采用分步順序抽芯方式[16]。

而對于塑件上同一軸心孔內，當其上、下層都設置有內螺紋，且上、下層螺紋為兩種不同類型的內螺紋時，在孔內同軸的兩個反向方向須設置兩個不同類型的螺紋型芯來脫模；不同類型螺紋型芯的抽芯，則須結合螺紋的類型，設計不同的旋轉驅動機構來進行驅動。筆者以帶上、下層不同類型內螺紋特征的螺紋蓋塑件為例，論述其脫模機構的設計思路和方法，為同類塑件的模具設計提供參考。

1 塑件特征

螺紋蓋塑件結構如圖1 所示。

圖1 塑件結構

塑件為圓臺雙層蓋子，上層蓋子的外徑56 mm，下層蓋子的外徑32 mm。上層蓋子的內環(huán)中，設置有梯形管螺紋G50，螺紋深度9 mm，螺紋節(jié)距5 mm。下層蓋子內環(huán)中，設置有普通細牙螺紋M20，螺紋深度12 mm，螺紋節(jié)距2 mm。中間為?23 mm 的通孔。塑件材質選用改性塑料合金——聚碳酸酯(PC)／丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料(ABS)，其收縮率0.45%。塑件產量要求5 萬個。塑件成型精度MT5 級。

2 模塑成型處理

塑料螺紋注射成型一般用于螺紋外徑大于3 mm、配合長度短(＜30 mm)、精度低的螺紋，其成型方法包括有3 種，分別為：①采用螺紋型芯(螺紋型環(huán))成型；②瓣合成型；③整體型芯(型環(huán))成型，成型后可強制脫模(一般用于軟質塑料成型)[17]。顯然，本塑件的成型適用第①種方式來進行成型。

模塑成型前，對塑件結構進行如下的前處理：

①對螺紋節(jié)距和螺紋配合長度進行了修改，即上、下層螺紋節(jié)距≥0.75 mm，螺紋配合長度≤12 mm，這樣可使兩螺紋都滿足充填飽滿、便于脫模及旋合性良好的成型要求。

②在螺紋的配合長度小于1.5 倍螺紋直徑的基礎上，設計螺紋型芯時，為保證旋合性良好，上、下層螺紋中徑上的配合間隙分別增大0.2 mm 和0.15 mm。

③針對螺紋的第一圈易損傷問題，上、下層螺紋的入口處分別設置深度2 mm 和3 mm 的入口槽。

④為保證螺紋型芯的順利脫出，上、下層螺紋的底端延長圓柱面深度分別為1 mm 和6 mm。非螺紋部分內、外壁的脫模斜度分別為：上層蓋內壁的拔模錐度α≥2°，下層蓋內壁的拔模錐度α≤ 1.5°。

3 分型及脫模設計

3．1 分型面的選擇

塑件在模具的布局設計如圖2 所示。

從螺紋結構特點看，梯形管螺紋G50 旋轉脫模時的轉動圈數少，較為容易脫模，因此需要的脫模機構組成零件相對較少；而M20 螺紋的轉動圈數多，包緊力相對較大，不容易脫模，故其脫螺紋機構組成零件相對較為復雜一些。考慮到動模一側有利于多零件的安裝以及模具開模后塑件必須留于動模一側，因此，為了便于上、下內螺紋的脫模機構的設計，同時為了使塑件脫模后在分型面所在平面的外徑最大，選擇了圖2 中所示的分型線PL。

另外，考慮到塑件自動化生產的需要，注塑的自動脫模應包括流道廢料的脫模和塑件本身的脫模，因圖2 中塑件的上、下型芯都需要設置螺紋型芯活動機構，故模腔的澆注只能采用側澆口形式，若考慮到澆口的自動剪除，則圖2 中澆口g0 應用潛伏式澆口較為合適。

3．2 塑件脫模

采用上述分型及對應的成型螺紋型芯后，塑件可以按以下步驟實現脫模：①G50 型芯先旋轉抽芯；②PL面打開；③M20 螺紋型芯旋轉抽芯，依靠旋轉螺紋所產生的軸向推力將塑件從型芯鑲件上推出而脫模。

4 模具結構設計

4．1 模架的選用

本塑件的脫模只需要一次開模即可，因而，模架選用兩板模比較合適，具體的模架結構如圖3 所示。

圖3 模架結構

模架中，G50 型芯需要設置旋轉抽芯機構，因而其定模需要增加一塊結構板即定模墊板3，同樣，動模需要增加一塊結構板即動模墊板6。模架不設置專門的頂出板機構?？紤]到G50 螺紋型芯和M20 螺紋型芯同軸要求，模架的導向機構由導柱11、上導套10、下導套9 組成。設置通氣套8，一則保護導柱11，另一則便于導柱11 插入下導套9 時排氣。模架依照PL單次分型打開。

4．2 模具機構布置

模具采用兩板模結構方式，布局為一模一腔，如圖4 所示。圖5 為模具成型件的設置(其為圖4的A-A剖面)。對應于塑件的脫模需要，定模一側需要布置G50 型芯驅動機構，動模一側需要布置M20 型芯驅動機構來實施塑件螺紋的脫模。

圖4 模具布局

(1)澆注系統。

采用潛伏澆口以實現自動脫廢料的方式，流道采用?6 mm 圓形流道，將澆口襯套12 設置于定模板4 上，以縮短澆注系統的流道長度。采用定位螺絲對澆口襯套12 進行定位和緊固，以防止其工作時轉動。澆口的開設位置偏離模具的中心，為偏心設置方式。

(2)冷卻系統。

采用水冷方式，在型腔鑲件29、型芯鑲件30 上各采用一條?8 mm 的環(huán)繞型水道對其進行冷卻。

(3)排氣系統。

采用鑲件間隙排氣方式進行排氣，排氣間隙δ≤ 0.02 mm。

(4)導向系統。

模具為兩板模結構，因而其導向機構較為簡單，即采用四副導柱11／下導套9 導向機構即可實現模具模板開閉的導向功能。

(5)頂出系統。

塑件流道廢料的頂出由件13～件18 所構成的頂出機構頂出。

4．3 脫模機構設計

圖5 模具成型件設置

塑件在模具模腔內的完全脫模分為四個步驟，涉及到兩個螺紋脫模機構的設計。具體的四個脫模步驟分別為：①塑件上半部分的G50 螺紋先脫模；②塑件從型腔鑲件29 上脫出；③流道廢料與塑件脫離；④塑件下半部分從型芯鑲件30 的螺紋中旋轉脫出。

從塑件的脫模過程設計中可以看出，塑件的脫模過程為：①注塑完畢，油缸內螺紋G50 先脫螺紋；②模具打開，型腔鑲件29 與塑件分離；③頂出油缸15 驅動拉料桿13 將流道廢料從型芯鑲件30 頂出，實現流道廢料與塑件分離；④馬達31 驅動M20 型芯37 旋轉以實現M20 螺紋脫模，同時將塑件從型芯鑲件30 上脫出，從而實現整個塑件的脫模。因而，本模具的兩個脫模機構G50 內螺紋脫模機和M20內螺紋脫模機構的設計顯得尤為重要，其結構設計如下所示。

(1) G50 管螺紋脫模機構。

G50 管螺紋脫模組件包括件19～件28。G50型芯28 通過螺釘緊固安裝于管螺紋軸23 上，管螺紋軸23 的尾端設計有與G50 同節(jié)距的梯形螺紋，并與上螺紋套22 通過梯形螺旋副聯接，即上螺紋套22 給管螺紋軸23 提供螺紋旋轉導向，并且，管螺紋軸23 的轉動與止動由上螺紋套22 進行控制。管螺紋軸23 通過滾柱軸承24、錐形柱定位軸承27 安裝于模具定模內；上螺紋套22 安裝于模具面板2 上；油缸19 通過帶動齒條20，從而帶動上齒輪26 及管螺紋軸 23，G50 型芯 28 轉動，完成塑件上 G50 梯形螺紋的脫模。

(2) M20 細牙螺紋脫模機構。

M20 細牙螺紋脫螺紋組件包括件31～件40。M20 型芯37 通過螺釘安裝于下芯軸38 上，M20 型芯37 無轉動定位控制要求；下芯軸38 通過一對圓球軸承36 安裝于模具動模上；馬達31 通過中間傳動齒輪33、下芯軸齒輪39、下芯軸38 帶動M20 型芯37 轉動完成塑件M20 螺紋脫模，并將塑件從型芯鑲件30 上推出。

5 模具工作原理

實際工作時，結合圖5，模具的工作原理如下所示。

①型腔脫螺紋。模具注塑完畢，開模前，油缸19 動作，帶動G50 型芯28 完成塑件G50 螺紋部分的螺紋脫模。

②流道廢料頂出。頂出油缸15 動作，通過拉料桿13 及流道頂針16 將流道廢料頂出，頂出后，由復位彈簧14 頂回復位。

③型芯脫螺紋。模具在注塑機動模板的帶動下，模具在I–I面處開模，型腔打開，馬達 31 動作，帶動M20 型芯37 轉動，將塑件從型芯鑲件30 旋出，完成塑件的全部脫模。

④復位。復位時，馬達31 無須動作，模具在I–I面處閉合，油缸19動作，帶動G50型芯28轉動復位，模具完全閉合，等待下一個注塑循環(huán)的開始。

6 結語

針對帶上下不同類型內螺紋的螺紋蓋塑件自動化注塑生產要求，設計了兩種脫螺紋機構。在塑件上層管螺紋的脫螺紋機構中，采用油缸先驅動齒條、再由齒條驅動螺紋型芯轉動的方式，達到對塑件上層管螺紋脫模的目的，為保證螺紋抽芯時，塑件內管螺紋不變形，螺紋型芯的轉動設置有相應的梯形螺紋導套進行導向和旋轉控制。針對塑件下層細牙內螺紋的脫螺紋機構，采用直接由電機驅動中間傳動齒輪的方式驅動螺紋型芯旋轉而實施脫螺紋，塑件的完全脫模也依靠螺紋型芯的旋出而實現。模腔的澆注采用潛伏式澆口澆注，流道廢料由油缸驅動的拉料桿和頂針直接頂出以實現廢料與塑件的自動分離以及廢料的自動脫模。模具結構設計合理，機構運動安全可靠，能有效地保證塑件的成型質量，實現了塑件的零缺陷自動化模塑生產。