胡恒瑜，高瑾，龐建軍

(浙江水利水電學(xué)院機(jī)械學(xué)院，杭州 310018 )

螺紋聯(lián)接是塑件零件之間聯(lián)接的一種重要方式，塑件設(shè)計(jì)中，所使用的塑料制品螺紋的類型有：①標(biāo)準(zhǔn)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(lián)接與緊固，螺紋聯(lián)接強(qiáng)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(qiáng)度聯(lián)接。③梯形螺紋，主要用于泵殼等的高強(qiáng)度聯(lián)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(lián)接效率和V 形螺紋的強(qiáng)度，沿軸向有較高的應(yīng)力，用于單向受力及軟質(zhì)瓶口聯(lián)接，應(yīng)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(chǎn)生應(yīng)力集中，旋出旋入十分方便，其成型時(shí)可采用強(qiáng)制脫模。螺紋的脫模是帶螺紋塑件模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，針對不同類型的螺紋，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)，其脫模方式的選擇及脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)須區(qū)別對待[1–3]。

塑件螺紋模塑成型時(shí)，有內(nèi)、外螺紋之分。對外螺紋而言，脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)相對較為簡單，可以通過型腔、型芯分型面設(shè)置而實(shí)現(xiàn)上、下開模，或者通過滑塊前、后開模來自然脫模[4]，或者旋轉(zhuǎn)抽芯脫模[5]。而對內(nèi)螺紋而言，如果孔內(nèi)僅有單一內(nèi)螺紋，且成型精度一般，可以采用旋轉(zhuǎn)螺紋型芯的方式來脫模，對應(yīng)的脫模機(jī)構(gòu)有馬達(dá)驅(qū)動(dòng)螺紋型芯式[6–9]、齒輪齒條驅(qū)動(dòng)螺紋型芯式[10–11]以及蝸桿模板驅(qū)動(dòng)螺紋型芯式等機(jī)構(gòu)[12–13]。若內(nèi)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(jī)構(gòu)[14–15]，其二是將螺紋型芯劈分成四個(gè)內(nèi)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(nèi)，當(dāng)其上、下層都設(shè)置有內(nèi)螺紋，且上、下層螺紋為兩種不同類型的內(nèi)螺紋時(shí)，在孔內(nèi)同軸的兩個(gè)反向方向須設(shè)置兩個(gè)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(jié)合螺紋的類型，設(shè)計(jì)不同的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。筆者以帶上、下層不同類型內(nèi)螺紋特征的螺紋蓋塑件為例，論述其脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路和方法，為同類塑件的模具設(shè)計(jì)提供參考。

1 塑件特征

螺紋蓋塑件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 塑件結(jié)構(gòu)

塑件為圓臺(tái)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(nèi)環(huán)中，設(shè)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(nèi)環(huán)中，設(shè)置有普通細(xì)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(zhì)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(chǎn)量要求5 萬個(gè)。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(qiáng)制脫模(一般用于軟質(zhì)塑料成型)[17]。顯然，本塑件的成型適用第①種方式來進(jìn)行成型。

模塑成型前，對塑件結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下的前處理：

①對螺紋節(jié)距和螺紋配合長度進(jìn)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(chǔ)上，設(shè)計(jì)螺紋型芯時(shí)，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(shè)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(nèi)、外壁的脫模斜度分別為：上層蓋內(nèi)壁的拔模錐度α≥2°，下層蓋內(nèi)壁的拔模錐度α≤ 1.5°。

3 分型及脫模設(shè)計(jì)

3．1 分型面的選擇

塑件在模具的布局設(shè)計(jì)如圖2 所示。

從螺紋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)看，梯形管螺紋G50 旋轉(zhuǎn)脫模時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)少，較為容易脫模，因此需要的脫模機(jī)構(gòu)組成零件相對較少；而M20 螺紋的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)多，包緊力相對較大，不容易脫模，故其脫螺紋機(jī)構(gòu)組成零件相對較為復(fù)雜一些?？紤]到動(dòng)模一側(cè)有利于多零件的安裝以及模具開模后塑件必須留于動(dòng)模一側(cè)，因此，為了便于上、下內(nèi)螺紋的脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，同時(shí)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(dòng)化生產(chǎn)的需要，注塑的自動(dòng)脫模應(yīng)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(shè)置螺紋型芯活動(dòng)機(jī)構(gòu)，故模腔的澆注只能采用側(cè)澆口形式，若考慮到澆口的自動(dòng)剪除，則圖2 中澆口g0 應(yīng)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(yīng)的成型螺紋型芯后，塑件可以按以下步驟實(shí)現(xiàn)脫模：①G50 型芯先旋轉(zhuǎn)抽芯；②PL面打開；③M20 螺紋型芯旋轉(zhuǎn)抽芯，依靠旋轉(zhuǎn)螺紋所產(chǎn)生的軸向推力將塑件從型芯鑲件上推出而脫模。

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 模架結(jié)構(gòu)

模架中，G50 型芯需要設(shè)置旋轉(zhuǎn)抽芯機(jī)構(gòu)，因而其定模需要增加一塊結(jié)構(gòu)板即定模墊板3，同樣，動(dòng)模需要增加一塊結(jié)構(gòu)板即動(dòng)模墊板6。模架不設(shè)置專門的頂出板機(jī)構(gòu)?？紤]到G50 螺紋型芯和M20 螺紋型芯同軸要求，模架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由導(dǎo)柱11、上導(dǎo)套10、下導(dǎo)套9 組成。設(shè)置通氣套8，一則保護(hù)導(dǎo)柱11，另一則便于導(dǎo)柱11 插入下導(dǎo)套9 時(shí)排氣。模架依照PL單次分型打開。

4．2 模具機(jī)構(gòu)布置

模具采用兩板模結(jié)構(gòu)方式，布局為一模一腔，如圖4 所示。圖5 為模具成型件的設(shè)置(其為圖4的A-A剖面)。對應(yīng)于塑件的脫模需要，定模一側(cè)需要布置G50 型芯驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，動(dòng)模一側(cè)需要布置M20 型芯驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)施塑件螺紋的脫模。

圖4 模具布局

(1)澆注系統(tǒng)。

采用潛伏澆口以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)脫廢料的方式，流道采用?6 mm 圓形流道，將澆口襯套12 設(shè)置于定模板4 上，以縮短澆注系統(tǒng)的流道長度。采用定位螺絲對澆口襯套12 進(jìn)行定位和緊固，以防止其工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。澆口的開設(shè)位置偏離模具的中心，為偏心設(shè)置方式。

(2)冷卻系統(tǒng)。

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(jìn)行冷卻。

(3)排氣系統(tǒng)。

采用鑲件間隙排氣方式進(jìn)行排氣，排氣間隙δ≤ 0.02 mm。

(4)導(dǎo)向系統(tǒng)。

模具為兩板模結(jié)構(gòu)，因而其導(dǎo)向機(jī)構(gòu)較為簡單，即采用四副導(dǎo)柱11／下導(dǎo)套9 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)即可實(shí)現(xiàn)模具模板開閉的導(dǎo)向功能。

(5)頂出系統(tǒng)。

塑件流道廢料的頂出由件13～件18 所構(gòu)成的頂出機(jī)構(gòu)頂出。

4．3 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5 模具成型件設(shè)置

塑件在模具模腔內(nèi)的完全脫模分為四個(gè)步驟，涉及到兩個(gè)螺紋脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。具體的四個(gè)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(zhuǎn)脫出。

從塑件的脫模過程設(shè)計(jì)中可以看出，塑件的脫模過程為：①注塑完畢，油缸內(nèi)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(qū)動(dòng)拉料桿13 將流道廢料從型芯鑲件30 頂出，實(shí)現(xiàn)流道廢料與塑件分離；④馬達(dá)31 驅(qū)動(dòng)M20 型芯37 旋轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)M20 螺紋脫模，同時(shí)將塑件從型芯鑲件30 上脫出，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)塑件的脫模。因而，本模具的兩個(gè)脫模機(jī)構(gòu)G50 內(nèi)螺紋脫模機(jī)和M20內(nèi)螺紋脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)顯得尤為重要，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下所示。

(1) G50 管螺紋脫模機(jī)構(gòu)。

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(shè)計(jì)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(lián)接，即上螺紋套22 給管螺紋軸23 提供螺紋旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，并且，管螺紋軸23 的轉(zhuǎn)動(dòng)與止動(dòng)由上螺紋套22 進(jìn)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(nèi)；上螺紋套22 安裝于模具面板2 上；油缸19 通過帶動(dòng)齒條20，從而帶動(dòng)上齒輪26 及管螺紋軸 23，G50 型芯 28 轉(zhuǎn)動(dòng)，完成塑件上 G50 梯形螺紋的脫模。

(2) M20 細(xì)牙螺紋脫模機(jī)構(gòu)。

M20 細(xì)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(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)模上；馬達(dá)31 通過中間傳動(dòng)齒輪33、下芯軸齒輪39、下芯軸38 帶動(dòng)M20 型芯37 轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)際工作時(shí)，結(jié)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(dòng)作，帶動(dòng)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(dòng)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(fù)位彈簧14 頂回復(fù)位。

③型芯脫螺紋。模具在注塑機(jī)動(dòng)模板的帶動(dòng)下，模具在I–I面處開模，型腔打開，馬達(dá) 31 動(dòng)作，帶動(dòng)M20 型芯37 轉(zhuǎn)動(dòng)，將塑件從型芯鑲件30 旋出，完成塑件的全部脫模。

④復(fù)位。復(fù)位時(shí)，馬達(dá)31 無須動(dòng)作，模具在I–I面處閉合，油缸19動(dòng)作，帶動(dòng)G50型芯28轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)位，模具完全閉合，等待下一個(gè)注塑循環(huán)的開始。

6 結(jié)語

針對帶上下不同類型內(nèi)螺紋的螺紋蓋塑件自動(dòng)化注塑生產(chǎn)要求，設(shè)計(jì)了兩種脫螺紋機(jī)構(gòu)。在塑件上層管螺紋的脫螺紋機(jī)構(gòu)中，采用油缸先驅(qū)動(dòng)齒條、再由齒條驅(qū)動(dòng)螺紋型芯轉(zhuǎn)動(dòng)的方式，達(dá)到對塑件上層管螺紋脫模的目的，為保證螺紋抽芯時(shí)，塑件內(nèi)管螺紋不變形，螺紋型芯的轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置有相應(yīng)的梯形螺紋導(dǎo)套進(jìn)行導(dǎo)向和旋轉(zhuǎn)控制。針對塑件下層細(xì)牙內(nèi)螺紋的脫螺紋機(jī)構(gòu)，采用直接由電機(jī)驅(qū)動(dòng)中間傳動(dòng)齒輪的方式驅(qū)動(dòng)螺紋型芯旋轉(zhuǎn)而實(shí)施脫螺紋，塑件的完全脫模也依靠螺紋型芯的旋出而實(shí)現(xiàn)。模腔的澆注采用潛伏式澆口澆注，流道廢料由油缸驅(qū)動(dòng)的拉料桿和頂針直接頂出以實(shí)現(xiàn)廢料與塑件的自動(dòng)分離以及廢料的自動(dòng)脫模。模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)安全可靠，能有效地保證塑件的成型質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了塑件的零缺陷自動(dòng)化模塑生產(chǎn)。