劉俊萍

（太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山西 太原 030024）

0 引 言

制品為醫(yī)用藥瓶的瓶蓋，具有兩圈半連續(xù)的內(nèi)螺紋，螺紋大徑：50 mm，螺距：3 mm。制品外表面有數(shù)個(gè)半圓柱形的阻滑紋，成型時(shí)可起止轉(zhuǎn)作用，止轉(zhuǎn)高度大于螺紋高度，如圖1。材料是高密度聚乙烯，屬于結(jié)晶型熱塑性塑料，熔體流動(dòng)性能好，易于注塑成型。下面談一些成型模具設(shè)計(jì)和使用方面的經(jīng)驗(yàn)。

圖1 塑料瓶蓋

1 模具工作過(guò)程

圖2 模具結(jié)構(gòu)圖

模具的結(jié)構(gòu)如圖2[1，2]，采用點(diǎn)式澆口，一模兩腔，螺紋型芯成型內(nèi)螺紋，利用開(kāi)模力脫模。經(jīng)過(guò)合模、注塑、保壓和冷卻后開(kāi)模，在彈簧32的作用下，A分型面先分型，用分流道末端的斜面拉斷點(diǎn)澆口，利用球頭拉料桿4將凝料拉出脫落，在A(yíng)分型面分型凹模后退的同時(shí)，齒條也隨之后退，當(dāng)齒條端部的凸肩與定模接觸時(shí)，齒條停止運(yùn)動(dòng)，齒輪16在開(kāi)模力作用下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)錐齒輪10、18和中心齒輪22，驅(qū)動(dòng)兩個(gè)型芯齒輪24轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)螺紋型芯25轉(zhuǎn)動(dòng)，型芯被軸套27和型芯壓板8壓住只能原地旋轉(zhuǎn)，這樣制件沿型芯軸向脫出。直到限位釘33的頭部受到凹模7的阻擋，凹模停止運(yùn)動(dòng)。B分型面開(kāi)始快速分型，制品自由跌落，完成一次成型過(guò)程。

2 脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

制件螺紋要求精度較高，采用旋轉(zhuǎn)脫模方式,即采用螺紋型芯旋轉(zhuǎn)，制品后退的方式?？紤]到要盡量使模具的結(jié)構(gòu)緊湊、成本低，應(yīng)該利用開(kāi)模力作為旋轉(zhuǎn)動(dòng)力。脫模系統(tǒng)主要由三根軸、一對(duì)圓柱齒輪、一對(duì)錐齒輪和兩對(duì)齒輪-齒條構(gòu)成。軸17兩端用滾動(dòng)軸承支撐，受力均勻并且轉(zhuǎn)動(dòng)阻力小。軸21上裝有錐齒輪，一端用滾動(dòng)軸承支撐，另一端裝有中心齒輪22，由于空間小采用了一端有凸緣的銅軸套23，既能承受徑向力，又可承受軸向力。同樣螺紋型芯25也用一對(duì)軸套26、27支撐。中心齒22與型芯齒輪24的齒數(shù)比為2.5:1，錐齒輪18與錐齒輪10的齒數(shù)比為2:1，齒條長(zhǎng)度大于制品脫出時(shí)齒輪16滾動(dòng)的長(zhǎng)度。鑲塊28成型瓶蓋外表面的阻滑紋并在脫模時(shí)起止轉(zhuǎn)作用，為方便凹模的加工，做成鑲塊嵌在凹模中。

3 脫模過(guò)程分析

脫模時(shí)螺紋型芯只旋轉(zhuǎn)，制件后退，由凹模止轉(zhuǎn)，螺紋型芯與制件之間是螺紋副關(guān)系。正是依據(jù)這個(gè)原理，制件才能順利脫模。動(dòng)定模之間的開(kāi)模速度與制件脫出速度要很好的配合，才可以達(dá)到既能止轉(zhuǎn)又能將制件從凹模脫出的效果。設(shè)動(dòng)定模之間的開(kāi)模速度為v1，制件脫出的速度為v2，當(dāng)v1＞v2時(shí)，就意味著B(niǎo)分型面以很快的速度打開(kāi)，而制品與型芯還沒(méi)有完全脫開(kāi)，這時(shí)止轉(zhuǎn)長(zhǎng)度減小或完全沒(méi)有了，制品就會(huì)部分或全部包在型芯上不能順利脫出。反過(guò)來(lái)如果v1＜v2，即制件已經(jīng)從型芯上脫出，但B分型面還沒(méi)有打開(kāi)，分型面之間沒(méi)有能容納制件的空間，制品會(huì)遭到破壞。當(dāng)v1=v2時(shí)，動(dòng)定模之間的開(kāi)模距離與制件脫出的長(zhǎng)度相適應(yīng)，制件脫出時(shí)既不會(huì)受到干涉，又不會(huì)失去止轉(zhuǎn)無(wú)法脫落，因此，v1=v2是制品順利脫模而又保證質(zhì)量的條件。

在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，如何保證v1=v2，圖3是脫模機(jī)構(gòu)的原理圖，由齒條、齒輪Z1,一對(duì)錐齒輪Z2與Z3、中心齒輪Z4和驅(qū)動(dòng)型芯的齒輪Z5組成。開(kāi)模時(shí)假定齒條不動(dòng)，在動(dòng)模向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，齒輪1沿齒條滾動(dòng)動(dòng)定模之間的開(kāi)模速度：

圖3 脫模機(jī)構(gòu)原理圖

式中：d1、n1—齒輪Z1的分度圓直徑和轉(zhuǎn)速，其他轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為：

圖4 凹模差動(dòng)

制件脫出的速度為：V2，經(jīng)整理得就是定模，這種情況下v1?v2，現(xiàn)在設(shè)兩個(gè)分型面如圖4，讓凹模在A(yíng)分型面打開(kāi)時(shí)也處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來(lái)補(bǔ)償速度差，凹模的運(yùn)動(dòng)有效地減小了動(dòng)模與定模之間的相對(duì)開(kāi)模速度v1，創(chuàng)造了有利條件，充分滿(mǎn)足順利脫模的條件，確保制件的成型質(zhì)量。

筆者建議以下情況都應(yīng)采用兩個(gè)分型面，一是同類(lèi)模具采用側(cè)面澆口，只有一個(gè)分型面；二是對(duì)止轉(zhuǎn)長(zhǎng)度較短而螺紋圈數(shù)較多的制件。

式中：l為螺紋螺距，如果要求v1=v2，則必須使：Z3Z5πd1/Z2Z4l=1.分析上式不難發(fā)現(xiàn)，分子是各被動(dòng)齒輪的齒數(shù)與齒輪Z1沿齒條轉(zhuǎn)一圈的周長(zhǎng)πd1的乘積，分母是各主動(dòng)齒輪的齒數(shù)與型芯螺距l(xiāng)的乘積，要滿(mǎn)足上式是很困難的，因?yàn)棣衐1遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于l.而齒輪的齒數(shù)比是有一定范圍的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必然受到限制，過(guò)度減小各被動(dòng)齒輪的齒數(shù)或增大各主動(dòng)齒輪的齒數(shù)都是不現(xiàn)實(shí)的。問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是動(dòng)、定模之間的開(kāi)模速度v1太大了，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于制件脫出的速度v2,既然v1太大，就應(yīng)當(dāng)想辦法減小，前面是假定齒條不動(dòng)的情況，凹模

4 結(jié)束語(yǔ)

螺紋成型的關(guān)鍵是保證止轉(zhuǎn)，使制件順利脫出。而明確動(dòng)、定模之間的開(kāi)模速度與制件脫出速度之間的關(guān)系是非常重要的，筆者在這方面做了一定的嘗試，對(duì)同類(lèi)模具設(shè)計(jì)有一定的參考價(jià)值和借鑒作用。

[1] 沈開(kāi)智.塑料成型模具[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2006.

[2] 塑料模具手冊(cè)編寫(xiě)組.塑料模具手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.