王 成

（蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電與信息技術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州215009）

0 前言

精密注塑模具是塑料產(chǎn)品成型加工的關(guān)鍵技術(shù)，是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備，當(dāng)前在用工成本、原材料等價(jià)格的日益增長(zhǎng)下，許多模具制造企業(yè)開始追求生產(chǎn)效率，縮短研發(fā)周期及制造周期，從而降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)利潤(rùn)。現(xiàn)有的抽芯機(jī)構(gòu)有水平側(cè)抽芯、斜向側(cè)抽芯，還有一些模具中使用齒輪齒條與滑塊連桿相結(jié)合機(jī)構(gòu)、斜導(dǎo)柱圓弧抽芯機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)不僅加工復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，而且都需要一個(gè)附加動(dòng)力來完成抽芯動(dòng)作。為了提高塑料產(chǎn)品成型加工質(zhì)量、縮短模具制造加工周期、降低生產(chǎn)成本，本文針對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上的技術(shù)缺陷，以塑料壓頭為例，設(shè)計(jì)出一種無(wú)需外力作用就能實(shí)現(xiàn)槽輪導(dǎo)向圓弧自動(dòng)抽芯的機(jī)構(gòu)，以及螺紋導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)脫模等結(jié)構(gòu)改進(jìn)以滿足多種異型復(fù)雜精密產(chǎn)品成型的需要，該結(jié)構(gòu)具有較好的經(jīng)濟(jì)效益及應(yīng)用前景。

1 產(chǎn)品分析

產(chǎn)品為乳白色，材質(zhì)為PBT／PP／30%GF，產(chǎn)品壁厚均勻，內(nèi)、外整體結(jié)構(gòu)呈錐度，產(chǎn)品右端有一個(gè)弧形管道，內(nèi)孔與外徑都呈錐度變化，其右端部外徑為6.6mm，內(nèi)徑為4.34mm，產(chǎn)品下方有一個(gè)薄壁（壁厚1.4mm）螺紋，牙型近似梯形（螺紋大徑為14 mm，導(dǎo)程為5 mm）的雙頭螺紋，產(chǎn)品總高22.15 mm，總長(zhǎng)57.65mm。外觀上表面有一個(gè)文字標(biāo)示，為產(chǎn)品使用方向指示，外觀要求表面光滑、無(wú)瑕疵，如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品圖Fig.1 Schematic of the parts

產(chǎn)品材質(zhì)采用PBT、PC 與30%GF 復(fù)合而成，具有較好的絕緣性能，較好的強(qiáng)度、剛度及耐沖擊性、采用GF填充改性，提高拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及熱變形溫度，滿足產(chǎn)品使用要求。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)分析

該塑件量產(chǎn)情況為大批量，為節(jié)約模具成本、模具結(jié)構(gòu)和模具成型零件的加工難度等綜合考慮，該模選用1模8腔布局方式，模具基本結(jié)構(gòu)采用普通三板二開式結(jié)構(gòu)。

（1）澆注系統(tǒng)采用產(chǎn)品頂端中心進(jìn)入，采用對(duì)稱式流道設(shè)計(jì)，潛伏式點(diǎn)澆口進(jìn)澆，以保證產(chǎn)品的一致性；

（2）產(chǎn)品右端伸出的弧形管道，端部是非規(guī)則弧形彎曲，近端則是直線，反應(yīng)在模具上是一個(gè)長(zhǎng)距離抽芯并伴隨弧形彎曲結(jié)構(gòu)，此處筆者采用近似產(chǎn)品彎曲的弧形抽芯、并伴隨微量的強(qiáng)制脫模方法來實(shí)現(xiàn)此處的脫模，相應(yīng)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用對(duì)稱式槽輪導(dǎo)向弧形抽芯機(jī)構(gòu)（模具開模時(shí)自動(dòng)抽芯），以保證運(yùn)動(dòng)的可靠性及抽芯質(zhì)量；

（3）薄壁螺紋部分因其壁厚較薄，無(wú)拼接痕，螺紋根部與內(nèi)部加強(qiáng)筋連接，低于外圓端面，故此處不能選用對(duì)拼結(jié)構(gòu)，故筆者采用整體式螺紋導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)、絲筒針復(fù)合結(jié)構(gòu)相結(jié)合，以解決產(chǎn)品拼接痕及壁薄易損的問題；

（4）模具的推出機(jī)構(gòu)，采用定距限位方式與開閉器相結(jié)合方式進(jìn)行二次推出，既保證了產(chǎn)品推出時(shí)的質(zhì)量，又簡(jiǎn)化了模具結(jié)構(gòu)。

3 模具結(jié)構(gòu)難點(diǎn)設(shè)計(jì)

3.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主流道采用錐度為3°垂直式模具中心進(jìn)澆，分流道截面形狀采用直徑4mm 圓形截面，塑料零件采用平衡對(duì)稱排列方式，每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)澆處流道下方都設(shè)有拉料桿，產(chǎn)品選用潛伏式點(diǎn)澆口，點(diǎn)澆口設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的左端（非抽芯）位置，澆口處流道錐度為20°，澆口直徑為2.44mm。該設(shè)計(jì)方法對(duì)改善熔融塑料的流動(dòng)性有較好的效果，可有效地保證塑料產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品尺寸的一致性，產(chǎn)品在脫模時(shí)能順利將產(chǎn)品與凝料切斷并將凝料拉出，不容易出現(xiàn)融接痕，模具的排氣好［1］，如圖2所示。

3.2 弧形抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

筆者設(shè)計(jì)采用槽輪導(dǎo)向圓弧抽芯機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)內(nèi)長(zhǎng)孔的脫模［2］，該機(jī)構(gòu)無(wú)需外加動(dòng)力裝置，利用其本身注塑機(jī)開模力即可實(shí)現(xiàn)薄壁管道的成型及抽芯運(yùn)動(dòng)，可有效地避免塑件的變形，且具有較好的產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約了成本。導(dǎo)向板7左右兩端對(duì)稱開設(shè)2 個(gè)導(dǎo)向槽，根據(jù)結(jié)構(gòu)緊湊、弧形抽芯角度以及受力情況綜合考慮，此處設(shè)計(jì)成斜度為16°水平位移尺寸為19.38mm 高度尺寸為83.34mm 的導(dǎo)向槽，其裝配關(guān)系是導(dǎo)向板7固定安裝在定模板1上，鎖緊塊2通過螺釘固定在定模板1上，滑塊導(dǎo)向塊5固定安裝在動(dòng)模板6上。擺動(dòng)件9通過擺動(dòng)件銷釘10與動(dòng)模板6連接（只保留一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度），一端通過導(dǎo)向銷4與導(dǎo)向板7 連接，形成槽輪機(jī)構(gòu)；另一端通過滑塊銷釘8與滑塊3連接（可繞銷相互轉(zhuǎn)動(dòng)），同時(shí)滑塊3與導(dǎo)向塊5配合聯(lián)接，可沿滑塊導(dǎo)向塊5進(jìn)行圓弧滑動(dòng)。開模時(shí)帶動(dòng)動(dòng)模板6等整體運(yùn)動(dòng)，鎖緊塊2與滑塊3鎖緊斜面脫開，導(dǎo)向銷4沿導(dǎo)向板7內(nèi)的槽滑動(dòng)，在導(dǎo)向槽的作用下擺動(dòng)件9 繞擺動(dòng)件銷釘10轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使得滑塊3沿滑塊導(dǎo)向塊5作圓弧滑動(dòng)，從而完成抽芯動(dòng)作（注：合模運(yùn)動(dòng)相反），詳見圖3、圖4。

3.3 螺紋旋轉(zhuǎn)脫模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 澆注系統(tǒng)Fig.2 The gating system

圖3 弧形抽芯結(jié)構(gòu)Fig.3 The arc core pulling device

圖4 抽芯結(jié)構(gòu)3D 圖Fig.4 Core pulling structure of 3Dstructure

筆者設(shè)計(jì)采用齒輪傳動(dòng)螺紋導(dǎo)向結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)螺紋旋轉(zhuǎn)脫模，能夠在有限條件下實(shí)現(xiàn)整個(gè)螺紋的成型，可有效地避免塑件的變形，無(wú)拼接痕且具有完整螺紋。它的裝配關(guān)系是鏈輪A 固定安裝在外置動(dòng)力馬達(dá)軸上，鏈輪B固定安裝在中心軸5上，齒輪A 固定安裝在中心軸5上，齒輪B 與齒輪C 同時(shí)固定安裝在傳遞軸7上，齒輪D 固定安裝在螺紋軸9上，螺紋套12通過螺釘固定安裝在動(dòng)模板上，鏈輪A 與鏈輪B 傳動(dòng)比為1的鏈傳動(dòng)，齒輪A 與齒輪B、齒輪C與齒輪D 為齒輪傳動(dòng)并計(jì)算好傳動(dòng)比，螺紋軸9 與螺紋套12 為螺紋連接，需保證螺紋軸9 上方的螺紋成型部分的導(dǎo)程5.08mm（雙頭螺紋螺距為2.54mm）與螺紋軸下方導(dǎo)向螺紋部分的螺距5.08一致（即旋轉(zhuǎn)一圈兩者的移動(dòng)距離相同）。由于該模為1模8腔布局，動(dòng)力馬達(dá)通過鏈傳動(dòng)傳遞給中心軸5上，通過齒輪傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給2個(gè)傳遞軸7上，傳遞軸7通過齒輪傳動(dòng)的方式分別帶動(dòng)各自4個(gè)螺紋軸9作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在螺紋套12的導(dǎo)向下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品螺紋脫模，詳見圖5［3］。

圖5 螺紋旋轉(zhuǎn)脫模結(jié)構(gòu)Fig.5 Thread demoulding mechanism

該脫模結(jié)構(gòu)是采用鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及螺紋傳動(dòng)相結(jié)合，采用螺紋套上螺紋導(dǎo)向方式及在齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的作用下將實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品螺紋的脫模，在絲筒針推管頂針的作用下將產(chǎn)品順序頂出，此結(jié)構(gòu)在多型腔產(chǎn)品成型時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊，外形體積小，但對(duì)加工制造精度要求較高，適用于中、大批量的塑料成型產(chǎn)品的生產(chǎn)［1］。

3.4 脫模結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算

參考圖5所示結(jié)構(gòu)，成型螺紋為雙頭螺紋，導(dǎo)程（L）＝5.08mm，螺距（P）＝2.54mm，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品螺紋精度要求，同時(shí)考慮到加工制造方便程度，輔助導(dǎo)向的螺紋套12應(yīng)選用與成型部分一致的導(dǎo)程，即選用單頭螺紋，螺距（Pdx）＝5.08mm，詳見圖6［4］。根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸要求，該塑件脫模時(shí)需要的垂直移動(dòng)距離為10.71mm，考慮運(yùn)動(dòng)間隙等因素，取螺紋軸向移動(dòng)距離（H）＝15 mm，由此可計(jì)算出螺紋軸9 旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)（即齒輪D 所旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)）（N1）：

圖6 螺紋軸與螺紋套結(jié)構(gòu)Fig.6 Threaded shaft and screw sleeve parts

選取齒輪D 模數(shù)mD＝2 mm，齒輪D 齒數(shù)ZD＝18，齒輪C模數(shù)mC＝2mm，齒輪C 齒數(shù)ZC＝27，齒輪A 模數(shù)mA＝2mm，齒輪A 齒數(shù)ZA＝24，齒輪B 模數(shù)mB＝2mm，齒輪B 齒數(shù)ZB＝24，鏈輪A 齒數(shù)ZLA＝15，節(jié)距PLA＝9.525mm，鏈輪B 齒數(shù)ZLB＝15，節(jié)距PLB＝9.525mm。則傳動(dòng)比（iDC）為［5］：

由此可得出齒輪C所轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)N2＝iDC×N1＝0.67×2.95＝1.97（圈）［5］。

此處鏈傳動(dòng)的節(jié)距PL與齒數(shù)ZL都相等，齒輪A與齒輪B的齒數(shù)Z 與模數(shù)m 相等，傳動(dòng)比均為1，當(dāng)成型產(chǎn)品螺紋旋轉(zhuǎn)脫模時(shí)，安裝在固定座101上的馬達(dá)只需帶動(dòng)動(dòng)力軸2轉(zhuǎn)動(dòng)1.97圈即可完成該產(chǎn)品的螺紋脫模。

3.5 絲筒針復(fù)合頂出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

筆者在該模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，采用絲筒針復(fù)合二次頂出結(jié)構(gòu)，通過摩擦力將運(yùn)動(dòng)傳遞，從而帶動(dòng)推出裝置同時(shí)移動(dòng)，通過限位桿的尺寸設(shè)計(jì)控制先后順序頂出，實(shí)現(xiàn)復(fù)合頂出。保證了制品的順利脫模，有效地避免了因單次推出時(shí)制品受力過大而導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢的問題，該結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形尺寸小，節(jié)約制造成本。該結(jié)構(gòu)主要由2個(gè)限位桿、橡膠開閉器、絲筒針推管及各推板固定板裝配而成，當(dāng)產(chǎn)品注塑完成后，外部推桿推動(dòng)上推板固定板6，在橡膠開閉器13摩擦力作用下帶動(dòng)推出機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)，當(dāng)下限位桿3 與動(dòng)模座板2下表面接觸后，下推板7、下推板固定板8及與之固定的零件將停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)橡膠開閉器13停止運(yùn)動(dòng)并與之配合的孔脫離，上推板5、上推板固定板6、上限位桿4及推管11繼續(xù)移動(dòng)，直至上限位桿4與動(dòng)模座板2接觸后停止，產(chǎn)品順利推出，詳見圖7。

圖7 絲筒針復(fù)合二次頂出結(jié)構(gòu)Fig.7 Wire cylinder needle with two－step ejecting mechanism

4 產(chǎn)品脫模運(yùn)動(dòng)過程

壓頭模具的脫模過程主要是以雙向?qū)ΨQ圓弧抽芯為先，螺套導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)脫模及絲筒針復(fù)合二次頂出為后的運(yùn)動(dòng)過程，圖8為模具合模時(shí)刻的狀態(tài)圖。塑件經(jīng)充填、保壓和冷卻成型后，進(jìn)行脫模，其脫模流程如圖9所示。產(chǎn)品實(shí)物圖如圖10所示。首先，動(dòng)模部分向后移動(dòng)（定模部分固定），固定在定模上的導(dǎo)向板7 與安裝在動(dòng)模上的擺動(dòng)件9 產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)向銷4沿槽滑動(dòng)下帶動(dòng)擺動(dòng)件9產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品抽芯；動(dòng)模運(yùn)動(dòng)的同時(shí)馬達(dá)啟動(dòng)，在鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)的帶動(dòng)下使螺紋軸9旋轉(zhuǎn)，在螺紋套12的導(dǎo)向下實(shí)現(xiàn)螺紋旋轉(zhuǎn)脫模；動(dòng)模到達(dá)預(yù)定位置停止后，注塑機(jī)頂桿推動(dòng)模具頂出機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品順利脫模，如圖3、圖8、圖10所示［6］。

圖8 壓頭塑件的模具結(jié)構(gòu)Fig.8 Head plastic mold

圖9 脫模流程圖Fig.9 Release process chart

圖10 產(chǎn)品實(shí)物圖Fig.10 The molded parts

該壓頭產(chǎn)品注塑模具結(jié)構(gòu)合理，對(duì)加工制造及安裝精度要求較高，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，產(chǎn)品尺寸一致性好，合格率高，模具損耗小，是一副優(yōu)質(zhì)模具。目前該模具結(jié)構(gòu)已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)（一種運(yùn)動(dòng)變換導(dǎo)軌式圓弧抽芯機(jī)構(gòu)，專利號(hào)：CN201410098363.3；一種導(dǎo)軌式圓弧擺動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)，專利號(hào)：CN201410098362.9）和實(shí)用新型專利授權(quán)1項(xiàng)（一種簡(jiǎn)單二次頂出的復(fù)合推出裝置，專利號(hào)：CN201320098689.7）。

5 結(jié)論

（1）采用1模8腔結(jié)構(gòu)有利于產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，澆注系統(tǒng)流道分布均勻，潛伏式點(diǎn)澆口，有利于熔融塑料的填充，流動(dòng)穩(wěn)定，在產(chǎn)品脫模時(shí)可自動(dòng)切除澆口，省去了后期加工；

（2）采用槽導(dǎo)向弧形抽芯滑塊機(jī)構(gòu)，無(wú)需外加動(dòng)力裝置即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在側(cè)向內(nèi)長(zhǎng)孔弧形抽芯的脫模，結(jié)構(gòu)運(yùn)行可靠，簡(jiǎn)化了模具結(jié)構(gòu)，節(jié)約成本；

（3）螺紋脫模采用齒輪傳動(dòng)方式將一個(gè)中心齒輪帶動(dòng)8個(gè)型腔同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)結(jié)合螺紋套導(dǎo)向齒輪旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了薄壁螺紋的旋轉(zhuǎn)脫模，保證了螺紋產(chǎn)品的質(zhì)量；

（4）推出機(jī)構(gòu)上采用絲筒針復(fù)合二次頂出結(jié)構(gòu)，通過定距推出限位，同時(shí)在彈性開閉器摩擦力的作用下，實(shí)現(xiàn)了二次推出，保證了產(chǎn)品的順利脫落，有效地避免了因制品局部受力過大而導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢的問題，該結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。

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