32腔內(nèi)螺紋塑料產(chǎn)品模具方案設(shè)計(jì)及應(yīng)用

羅昆鵬 朱傳林 文建洲 朱萌恩

摘 要：本研究結(jié)合內(nèi)螺紋產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量需求，設(shè)計(jì)了一種先脫螺紋再頂出的模具結(jié)構(gòu)，有效防止螺牙損傷。最終成功研發(fā)出一模32腔的自動脫螺紋量產(chǎn)模具，其有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：注塑模具;熱流道;內(nèi)螺紋抽芯;頂出機(jī)構(gòu);脫模

中圖分類號：TQ320.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）02-0048-03

Design and Application of Mould Scheme for 32-cavity Thread Plastic Products

LUO Kunpeng ZHU Chuanlin WEN Jianzhou ZHU Mengen

（Henan Key Laboratory of Medical Polymer Materials Technology and Application， Henan Tuoren Research Institute of Medical Devices Co.， Ltd.，Changyuan Henan 453400）

Abstract： In this study， combining the structure and output requirements of internal thread products， a mold structure was designed that first unthreaded and then ejected to effectively prevent thread damage. In the end， a 32-cavity automatic unthreading mass production mold was successfully developed， which had huge economic benefits.

Keywords： injection mold;hot runner;internal thread core pulling;ejection mechanism;demoulding

內(nèi)螺紋塑料產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于日常生活中，起到連接、裝配和密封的作用。內(nèi)螺紋因?yàn)槠浔旧淼慕Y(jié)構(gòu)問題，在注塑模具成型時存在脫出困難、高腔成型困難等問題。參考相關(guān)模具設(shè)計(jì)資料[1]，結(jié)合相關(guān)專家學(xué)者的研究，本文進(jìn)行了防菌帽產(chǎn)品的模具方案設(shè)計(jì)。

1 產(chǎn)品分析

產(chǎn)品為防菌帽，結(jié)構(gòu)如圖1所示，其應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，和其他產(chǎn)品旋合密封裝配，要求內(nèi)螺紋牙型完整、尺寸穩(wěn)定、滅菌不開裂，有安裝配合和密封性能要求，滅菌后，在使用過程中不能漏液。產(chǎn)品外觀要求光滑無毛刺。

其外形尺寸為[Φ]9.7 mm×8.9 mm，平均壁厚為1.2 mm，質(zhì)量為2.5 g。材料選用丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物（ABS）。

產(chǎn)品的主要特點(diǎn)為：產(chǎn)品的重點(diǎn)為成型其內(nèi)部的螺紋，牙形為梯形螺紋，雙邊斜向角度均為25°，采用雙頭螺紋，牙距為2.5 mm，導(dǎo)程S為5.0 mm，公稱直徑D=3.5 mm，牙深為0.5 mm，牙寬為1.0 mm，有效螺紋為1.2圈;產(chǎn)品表面有50條止轉(zhuǎn)條紋，在注塑時相對旋轉(zhuǎn)脫模運(yùn)動，起止轉(zhuǎn)和固定產(chǎn)品作用，在裝配時增加產(chǎn)品摩擦力，防滑;產(chǎn)品外觀要求鏡面，表面光滑無毛刺，必須依螺紋的走向進(jìn)行脫模，保證螺紋的完整性和表面光滑。

2 模具方案設(shè)計(jì)

2.1 分型面確認(rèn)

產(chǎn)品的分型面一般為產(chǎn)品本身的最大截面，減少倒扣，方便加工，利于脫模，利于排氣，綜上，選擇產(chǎn)品分型面，如圖2所示，產(chǎn)品表面上的50條筋條留1 mm在動模，作為齒輪軸和模仁相對轉(zhuǎn)動時的止轉(zhuǎn)定位。

2.2 模具設(shè)計(jì)方案確認(rèn)

該產(chǎn)品市場需求量大，是幾個零件的共用件，年需求量近4 000萬件。設(shè)計(jì)方案為1出32腔。4個熱嘴為一組，模具排布緊湊。一排有4組熱嘴，共兩排。產(chǎn)品排布4列8行，如圖3所示。采用側(cè)進(jìn)澆全熱流道進(jìn)澆系統(tǒng)，減少流道水口料，塑化更均勻，充填壓力更小，產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力也小，減少開裂風(fēng)險。側(cè)澆排位，產(chǎn)品更緊湊，可以在更小的注塑機(jī)注塑。進(jìn)膠口直徑只有0.8 mm，成型后的澆口印跡不明顯，保證產(chǎn)品有良好的外觀面。

內(nèi)螺紋成型在動模部分，在脫模方向?yàn)榈箍郏瑥?qiáng)制脫模會拉傷產(chǎn)品。為保證產(chǎn)品螺紋的完整性，采用油缸的液壓提供動力，和齒條連接，帶動齒條做往復(fù)運(yùn)動，齒條帶動齒輪和齒輪軸，齒輪軸通過牙套導(dǎo)向自動脫出螺紋，螺紋脫出后通過頂針頂出產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)模具自動化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。模具總體裝配如圖4所示。

成型產(chǎn)品內(nèi)螺牙的齒輪軸17在動模部分，其頭部和動模仁15配合，中部由齒輪軸套16導(dǎo)向，下端和螺紋牙套20配合。選用自潤滑和強(qiáng)度兼顧的材料，防止出輪軸旋轉(zhuǎn)脫模時卡死和咬傷。導(dǎo)程S為5.0 mm，螺紋牙套的螺牙導(dǎo)程和產(chǎn)品放完縮水后的導(dǎo)程保持一致，當(dāng)齒輪軸和螺紋牙套有相對運(yùn)動時，由于螺紋牙套定位塊21將螺紋牙套20固定到模板上，所以齒輪軸只能沿螺紋牙套的螺紋槽導(dǎo)向上下運(yùn)動。另外，安裝時可以通過螺紋牙套定位塊調(diào)節(jié)齒輪軸的封膠高度，如圖5所示。

模具裝配飛模驗(yàn)證好，通過面板1和底板9將模具固定到注塑機(jī)上，運(yùn)水、熱流道等和周邊設(shè)備連接好。具體工作過程如下：模具注塑冷卻完成后，開模，注塑機(jī)拉著動模后退，使模具的動模和前模分開，產(chǎn)品內(nèi)螺紋扣著齒輪軸留在動模;油缸24推動齒條19向下運(yùn)動，齒條19帶動齒輪軸17做旋轉(zhuǎn)脫模運(yùn)動，因?yàn)槁菁y牙套20在模胚上固定，齒輪軸17旋轉(zhuǎn)只能沿螺紋牙套20的螺旋槽向下運(yùn)動，完成內(nèi)螺紋的脫模;注塑機(jī)頂棍和模具上的拉桿連接，通過頂針面板7和頂針底板8上的頂針22將產(chǎn)品頂出;拉桿拉頂針22回位，油缸24拉回齒條19，齒輪軸17前進(jìn)到注塑位置;注塑機(jī)將前動模部分合模，開始下一輪的注塑。

2.3 螺牙自動脫模結(jié)構(gòu)確認(rèn)

本結(jié)構(gòu)的運(yùn)動原理為通過油缸提供動力，拉動齒條。齒條拉動齒輪，齒輪帶動齒輪軸，齒輪軸和螺紋牙套組合。產(chǎn)品有防轉(zhuǎn)槽，螺紋牙套有定位塊固定，二者是固定不動的，通過齒輪軸和螺紋牙套，把橫向的運(yùn)動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)和上下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)先絞出螺牙再頂出產(chǎn)品的過程。螺牙在脫出過程中不受徑向頂出外力影響，螺牙完整，產(chǎn)品應(yīng)力小，結(jié)合從動輪，即可實(shí)現(xiàn)1×32腔的注塑模具。

注意事項(xiàng)如下：從動輪、齒輪軸和軸套、齒輪軸和牙套之間的材料選擇，配合間隙，加工工藝和加工精度等，油缸拉力的選擇，齒輪軸上下運(yùn)動精度的定位等，水路的設(shè)計(jì)，如何保證32腔產(chǎn)品的一致性等。

2.4 模具上的冷卻

合理的冷卻水路既提升了產(chǎn)品外觀效果及尺寸精度，還可以提高生產(chǎn)效率。前模鑲針的冷卻采用運(yùn)水管噴泉式運(yùn)水，其可以充分冷卻前模鑲針。產(chǎn)品膠位大部分都在前模，冷卻好前模，就冷卻好了產(chǎn)品。每一個產(chǎn)品單獨(dú)拆小模仁，圍著產(chǎn)品一圈單獨(dú)走運(yùn)水，保證產(chǎn)品充分冷卻，如圖6所示。

齒輪軸鑲針和動模仁有轉(zhuǎn)動和上下往復(fù)的相對運(yùn)動。后模仁運(yùn)水走雙層水路冷卻，整個動模保持恒溫，防止脫模上下運(yùn)動旋轉(zhuǎn)時卡死或擦傷。在導(dǎo)柱和牙套附近增加運(yùn)水，上述優(yōu)化設(shè)計(jì)縮短了成型周期，提升了產(chǎn)品成型質(zhì)量，如圖7所示。

3 實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證和模具實(shí)物

目前，32腔絞牙模具防菌帽產(chǎn)品已驗(yàn)證合格，注塑車間順利生產(chǎn)。開合模一次生產(chǎn)32個產(chǎn)品，如圖8所示。

模具成型周期為13 s。一天生產(chǎn)20 h的產(chǎn)能有17.7萬件。一個月生產(chǎn)26 d的產(chǎn)能有460.2萬件，一年有5 522.4萬件的產(chǎn)能。一套模具即可滿足目前市場的產(chǎn)量需求。產(chǎn)品一致性得到保證，大幅提高效率，變形減小，品質(zhì)得到改善，降低產(chǎn)品開裂風(fēng)險。模具生產(chǎn)穩(wěn)定，無廢料。這就驗(yàn)證了螺牙新結(jié)構(gòu)在高腔模具上的應(yīng)用。

4 結(jié)論

通過分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和市場的大產(chǎn)量需求，本文設(shè)計(jì)了一套1出32腔的防菌帽塑料模具，在設(shè)計(jì)過程中重點(diǎn)對模具排位、澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、螺牙脫出結(jié)構(gòu)、運(yùn)動傳輸系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)等進(jìn)行了評審驗(yàn)證。模具現(xiàn)在已經(jīng)成功量產(chǎn)，生產(chǎn)穩(wěn)定可靠。產(chǎn)品年產(chǎn)量達(dá)到4 790萬件，產(chǎn)品一致性好，螺牙在脫出過程中保持完好的牙型，內(nèi)應(yīng)力小，滅菌完成，無開裂漏液現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的生產(chǎn)效果。這也為此類內(nèi)螺紋注產(chǎn)品的生產(chǎn)積累了可貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。實(shí)際生產(chǎn)證明，模具工作穩(wěn)定，注射生產(chǎn)工藝合理，各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙利平，張寧，王樹勛，等.基于自動旋轉(zhuǎn)脫螺紋的紅酒瓶蓋注塑模具設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2018（1）：60-63.