彭力明，姚幼培，夏 天

（1.寧波職業(yè)技術(shù)學院機電學院，浙江寧波315800；2.貝發(fā)集團股份有限公司模具部，浙江寧波315801）

機械與模具

自動脫螺紋的筆尖多型腔注塑模具設計

彭力明1，姚幼培2，夏 天1

（1.寧波職業(yè)技術(shù)學院機電學院，浙江寧波315800；2.貝發(fā)集團股份有限公司模具部，浙江寧波315801）

采用“內(nèi)螺紋型芯旋轉(zhuǎn)＋塑件止轉(zhuǎn)＋塑件軸向移動”作為筆尖注塑模的動作組合，實現(xiàn)成型筆尖塑件完整內(nèi)螺紋的要求。采用“四列多行”式矩形多型腔布局方式，并配合多級齒輪傳動，提高了同一模具幅面下的型腔數(shù)量，使模具結(jié)構(gòu)更加緊湊。在此基礎上設計了一副24腔的筆尖注塑模具結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)實踐表明，自動化生產(chǎn)可靠，筆尖螺紋品質(zhì)好，適合批量生產(chǎn)。

注塑模具；筆尖；內(nèi)螺紋脫模；多型腔布局

0 前言

含內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)的塑料件在注塑模具中采用何種方式進行脫模，與螺紋的結(jié)構(gòu)和品質(zhì)、模具自動化生產(chǎn)要求等多方面密切相關，是模具結(jié)構(gòu)設計的重點和難點。

王成［1］以帶內(nèi)螺紋的塑料瓶蓋為例，設計了一種直接利用開模動作驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動實現(xiàn)內(nèi)螺紋脫模的結(jié)構(gòu)，模具采用1模8腔的圓形布局。池寅生等［2］以水杯蓋為實例，探討了具有內(nèi)螺紋和側(cè)孔的杯蓋類產(chǎn)品注塑模具設計方法、要點和工作過程，模具在動模側(cè)采用液壓缸通過齒條驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)方式實現(xiàn)內(nèi)螺紋的自動旋脫，模具為1模4腔的矩形布局。張維合［3］根據(jù)連接管零件的結(jié)構(gòu)特點，采用“馬達＋鏈條＋鏈輪”的方式，實現(xiàn)內(nèi)螺紋的自動脫模，模具也是1模4腔的矩形布局。沈忠良等［4］針對體積細小的筆帽塑件，設計了1模4腔直線分布、錐齒輪驅(qū)動齒輪輪系轉(zhuǎn)動的自動完整脫螺紋塑料注塑模具。譚小紅等［5］則通過把筆尖內(nèi)螺紋優(yōu)化設計成三段軸向開槽結(jié)構(gòu)，采用內(nèi)縮式螺紋型芯和二次頂出相結(jié)合，實現(xiàn)了內(nèi)螺紋的自動脫模，型腔數(shù)量達到了1模16腔。這些典型的內(nèi)螺紋脫模模具方案，對筆尖多型腔模具的設計具有很好的借鑒意義，但并不滿足筆尖模大批量生產(chǎn)的實際需要。

本文從脫螺紋動作方案和型腔布局方案分析入手，確定了“四列多行式”矩形布局＋“齒輪傳動式”旋轉(zhuǎn)螺紋型芯的筆尖塑件最優(yōu)模具設計方案。在此基礎上，設計了一副24腔的筆尖模具結(jié)構(gòu)。

1 產(chǎn)品開模分析

中性筆筆尖塑件的外觀造型簡單，內(nèi)部有定位筋和內(nèi)螺紋（M7×0.75），螺紋高度為4.5 mm（圖1）。產(chǎn)品成型精度要求較高，外觀面不能有縮癟、毛刺、飛邊等缺陷，內(nèi)螺紋要求旋入順滑，不能滑扣。產(chǎn)品最大外徑為φ8.25 mm，最大高度為16.3 mm，質(zhì)量約為0.22 g。材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），成型收縮率為0.005。大批量生產(chǎn)，要求模具出數(shù)盡量多，且滿足自動化生產(chǎn)的需要。

圖1 筆尖產(chǎn)品圖Fig.1 Pen tip part

2 模具方案設計

2.1 脫螺紋動作方案

內(nèi)螺紋如何脫模是筆尖模具方案的重點考慮內(nèi)容。筆尖內(nèi)螺紋的牙型、長度等因素不允許采用螺紋強脫方式。而筆尖內(nèi)部狹小的空間和成型完整螺紋的要求，也導致很難采用內(nèi)縮式螺紋型芯進行內(nèi)螺紋脫模。

采用內(nèi)螺紋型芯旋轉(zhuǎn)脫模，需要塑件和內(nèi)螺紋型芯相互運動配合，即“內(nèi)螺紋型芯旋轉(zhuǎn)＋塑件止轉(zhuǎn)＋塑件軸向移動”或者“內(nèi)螺紋型芯旋轉(zhuǎn)＋內(nèi)螺紋型芯軸向移動＋塑件止轉(zhuǎn)”。2種運動配合方式都需要塑件能在內(nèi)螺紋型芯旋轉(zhuǎn)時能止轉(zhuǎn)。從筆尖塑件的結(jié)構(gòu)分析，可以利用筆尖內(nèi)部的定位筋實現(xiàn)塑件的止轉(zhuǎn)功能。因此采用螺紋型芯進行旋轉(zhuǎn)脫模是筆尖塑件內(nèi)螺紋脫模的最佳方案。

運動配合方式如圖2所示。固定型芯固定在模板上不動，筆尖塑件通過內(nèi)部的定位筋結(jié)構(gòu)與固定型芯形成止轉(zhuǎn)。螺紋型芯空套在固定型芯上，通過外力負責脫螺紋轉(zhuǎn)動動作。在脫螺紋轉(zhuǎn)動的同時，推件板負責提供軸向運動，把塑件刮出型芯。

圖2 內(nèi)螺紋脫模運動示意圖Fig.2 Thread demolding motion

2.2 型腔布局方案

推件板沿開模方向的運動動力，通過在推件板下面對稱設置幾個彈簧，就可以較好地解決。但如何驅(qū)動多型腔的內(nèi)螺紋型芯同向轉(zhuǎn)動，則是設計的難點。一般來說，型腔數(shù)量較多時，均采用齒輪輪系方式。

適合多型腔的齒輪脫螺紋傳動布局方式（即模具型腔布局方式），如圖3所示，常用的有3種。圖3（a）為產(chǎn)品型腔布置在中心齒輪圓周上，傳動鏈簡單。隨著腔數(shù)的增加，模具幅面在x和y方向會同時加大。且腔數(shù)越多，模具中心的空間浪費越大。圖3（c）為產(chǎn)品型腔布置在模具y方向，腔數(shù)越多，模具y軸方向越長。實際設計中，一旦超過8腔，傳動鏈就比較復雜，因此腔數(shù)不能太多。圖3（b）為“四列多行”式矩形布局，傳動鏈雖然也比較復雜，但“四列多行”式矩形布局更有利于齒輪傳動鏈的空間對稱布置。

圖3 常用多型腔齒輪脫螺紋布局Fig.3 Typical gear transmission layout for thread demolding

一般來說，安裝在同一臺注塑機上的模具，其幅面的擴大都是沿著y方向進行，而x方向的尺度則不能超過注塑機哥林柱的間距。隨著“四列多行”式矩形布局“行數(shù)”的增加，模具幅面僅在y方向發(fā)生變化，但腔數(shù)卻成4倍的快速增加。因此特別適合筆尖一類的小產(chǎn)品螺旋脫模。需要注意的是，隨著布局“行數(shù)”的增加，傳動鏈也會引起模具高度的迅速增加。根據(jù)經(jīng)驗，筆尖多腔模的常用腔數(shù)為32和24兩種，圖4分別為32腔和24腔筆尖型腔布局的傳動鏈布置形式。

圖4 典型的32腔和24腔傳動鏈布局Fig.4 32/24 cavity gearing chain layout

3 24腔筆尖模具結(jié)構(gòu)設計

3.1 模具結(jié)構(gòu)及動作

模具結(jié)構(gòu)如圖5所示。液壓馬達帶動主軸旋轉(zhuǎn)，固聯(lián)主軸齒輪29嚙合雙聯(lián)下齒輪，帶動同軸的雙聯(lián)上齒輪轉(zhuǎn)動，然后與螺紋型芯齒輪23、34嚙合，產(chǎn)生脫螺紋需要的型芯轉(zhuǎn)動。齒輪20的傳動路線，則需要在齒輪23后面增加惰齒輪21，利用它把運動傳動到齒輪20。

在水口勾針14和樹脂開閉器2作用下，模具首先在脫料板38和A板39之間分型，澆口拉斷。在止動螺栓15和脫料彈頂5的作用下，面板37與脫料板38之間接著分型，料柄脫出。繼續(xù)開模，在拉桿16作用下，A板39與B板40分型。分型結(jié)束后，液壓馬達驅(qū)動螺紋型芯轉(zhuǎn)動，在推件彈頂1和止動螺絲17作用下，產(chǎn)品脫模。

圖5 24腔筆尖的模具結(jié)構(gòu)Fig.5 Pen tip injection mold structure with 24 cavities

3.2 冷卻及澆注系統(tǒng)

上模在分流道上設置有幾字形冷卻回路，下模型芯的冷卻采用噴管式冷卻。

針對1模24腔的設計要求，如果采用多型腔的澆注系統(tǒng)平衡設計，會使得流道很長。由于筆尖產(chǎn)品很小，形狀也不復雜，模塑精度要求中等，采用圖6所示的非平衡澆注系統(tǒng)，更加合理。分流道形狀為U形。采用兩點式進膠，更有利于型腔料流平衡，防止小型芯受沖擊偏心。

3.3 注意事項

為了確保模具設計工作的可靠性，從設計的角度來說，還需要注意以下幾個問題：

（1）理論上齒輪嚙合的中心距為m（Z1＋Z2）/2，但由于模具企業(yè)常常采用線切割加工需要的齒輪，因此齒輪齒形的精度以及齒輪分度圓與中心孔的同軸度，都極大依賴于線切割機床的精度和操作人員的水平。因此設計時，齒輪中心距一般都擴大0.1～0.2 mm，防止齒輪轉(zhuǎn)動卡死；

（2）由于齒輪21和23的每一個齒在每一轉(zhuǎn)中要承受兩次嚙合，更惡劣的工況更容易引起斷齒、疲勞等破壞，因此需要注意齒輪的選材、熱處理等；

（3）務必在上模設置脫料彈頂5，該脫料彈頂需預壓頂在分流道位置。此裝置確保分流道凝料能從脫料板上分離脫落。

圖6 澆注系統(tǒng)Fig.6 Runner and gate system

4 結(jié)論

（1）實際生產(chǎn)驗證了24腔筆尖注塑模具旋轉(zhuǎn)脫螺紋方案和“四列多行”式矩形布局方案，能可靠地獲得高品質(zhì)的筆尖內(nèi)部全螺紋；

（2）筆尖多腔模具結(jié)構(gòu)，在確保實際傳動鏈不過長的情況下，腔數(shù)可高達32腔，大大提高了模具自動化生產(chǎn)效率；為類似產(chǎn)品的注塑模具設計提供了很好的參考。

［1］ 王 成.螺紋旋轉(zhuǎn)脫模內(nèi)螺紋塑件注塑模設計［J］.工程塑料應用，2013，41（2）：52-54.Wang Cheng.Injection Mold Design with Thread Rotating Demoulding Mechanism of Plastic Part with Internal Thread［J］.Engineering Plastics Application，2013，41（2）：52-54.

［2］ 池寅生，陳建鋒，孫慶東，等.自動脫螺紋的水杯蓋三板注塑模具設計［J］.塑料科技，2015，43（5）：77-80.Chi Yinsheng，Chen Jianfeng，Sun Qingdong，et al.A Three-plate Injection Mold Design for the Lid of Cup with the Thread Automatically Demolding Mechanism［J］.Plastics Science and Technology，2015，43（5）：77-80.

［3］ 張維合.連接管自動脫螺紋注塑模具設計［J］.中國塑料，2015，29（9）：96-99.Zhang Weihe.Design of Injection Molds with Automatic Tread Demoulding Systems for Connecting Pipes［J］.China Plastics，2015，29（9）：96-99.

［4］ 沈忠良，肖國華，徐 生，等.自動脫螺紋筆帽模具結(jié)構(gòu)設計［J］.江蘇科技信息，2016，（5）：60-61.Shen Zhongliang，Xiao Guohua，Xu Sheng，et al.Structure Design of Automatic Thread Demoulding Pen Cap Mould［J］.Jiangsu Science＆Technology Information，2016，（5）：60-61.

［5］ 譚小紅，王雷剛，盤周光.筆尖注塑模螺紋脫模機構(gòu)的優(yōu)化設計［J］.工程塑料應用，2008，36（1）：59-61.Tan Xiaohong，Wang Leigang，Pan Zhouguang.Optimization Design of Automatic Threads Demoulding Mechanism of Injection Mould for Pen Tip［J］.Engineering Plastics Application，2008，36（1）：59-61.

Design of Multi-cavity Injection Molds with Automatic Thread Demolding Function for Pen Tip Parts

PENG Liming1，YAO Youpei2，XIA Tian1
（1.Mechanical and Electrical Engineering Department，Ningbo Polytechnic，Ningbo 315800，China；2.Mold Department of Beifa Group Co，Ltd，Ningbo 315801，China）

An injection mold was designed in the cavity layout and internal thread demolding modes for a pen tip part.The mold action consists of the thread sleeve rotation，rotation block and linear translation along the axis of part，which realized a whole internal thread in the pen tip part.Moreover，the four-columns and multi-rows layout and gear transmission were selected for this multi-cavities injection mold when designing，thus making this mold more compact.On the basis of this design idea，an injection mold with 24 cavities for the pen tip part was designed and manufactured.The practical production indicated that the assembly line has a high automation by using this mold and also exhibited a high efficiency in mass production.

injection mold；pen tip part；thread demolding；multi-cavity layout

TQ320.66＋2

：B

：1001-9278（2017）03-0100-04

10.19491/j.issn.1001-9278.2017.03.018

2016-10-12

2015年浙江省教育廳訪問工程師項目

聯(lián)系人，429161309＠qq.com