徐文慶，熊建武，陳黎明，劉少華，胡智清，張?jiān)?/p>

(1.湖南財(cái)經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,湖南衡陽 421002； 2.湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,長(zhǎng)沙 410208)

小型旋鈕塑件內(nèi)螺紋的脫模一般有4 種方式,分別為螺紋型芯旋轉(zhuǎn)+移動(dòng)方式、螺紋型芯旋轉(zhuǎn)+推板推出方式、螺紋型芯旋轉(zhuǎn)+中央頂桿頂出方式、差速滑塊內(nèi)收抽芯方式。不同方式的應(yīng)用,依據(jù)旋鈕內(nèi)螺紋直徑大小及旋鈕的塑料材料來確定[1-3]。螺紋型芯旋轉(zhuǎn)+推板推出方式是旋鈕多腔注射成型工藝中,內(nèi)螺紋脫模的常用方式,此種方式中,螺紋型芯的旋轉(zhuǎn)一般通過油缸或者電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺紋型芯轉(zhuǎn)動(dòng),螺紋型芯在型芯軸向方向上不移動(dòng),只做轉(zhuǎn)動(dòng)；配合螺紋型芯的轉(zhuǎn)動(dòng),推板推動(dòng)旋鈕塑件沿螺紋型芯螺紋前進(jìn)的反方向脫出,推板的推動(dòng)力一般使用彈簧來驅(qū)動(dòng)。此種內(nèi)螺紋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有一個(gè)致命的缺點(diǎn),就是在模具實(shí)際使用時(shí),彈簧的驅(qū)動(dòng)力變化大,難以精確控制,導(dǎo)致螺紋型芯在旋轉(zhuǎn)抽芯時(shí),對(duì)旋鈕塑件的內(nèi)螺紋形成一定的擠壓力而破壞螺紋成型精度。筆者針對(duì)此問題,對(duì)一種三板式點(diǎn)澆口多腔旋鈕注射模具的螺紋型芯旋轉(zhuǎn)+彈簧推板式內(nèi)螺紋脫模機(jī)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn),設(shè)計(jì)了一種螺紋型芯旋轉(zhuǎn)+升舉螺桿式同步推出型脫螺紋機(jī)構(gòu),保證了旋鈕塑件的內(nèi)螺紋成型精度要求。

1 旋鈕塑件

塑件的形狀如圖1 所示。塑件由兩段構(gòu)成,上端為高度22 mm 的旋柄,下端為高度11 mm,外徑為24 mm的內(nèi)螺紋蓋,底端面設(shè)置有多個(gè)卡孔。內(nèi)螺紋蓋內(nèi)壁的內(nèi)螺紋有較高的成型精度要求,精度為MT5。塑件產(chǎn)量為50萬件。塑件材料選用時(shí),結(jié)合塑件的強(qiáng)度及使用性能要求,選用玻纖改性尼龍PA66+40%GF,該材料有較好的強(qiáng)度和耐磨性能,能滿足塑件外觀要求高、使用壽命長(zhǎng)、有一定的緊固結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等要求。該材料經(jīng)混料、烘料等處理措施后,測(cè)得該材料的綜合縮水率為0.58%。

圖1 塑料件

塑件模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)有以下幾個(gè)[4-7]：第一,塑件高度相對(duì)較高,且下端高度11 mm內(nèi)螺紋蓋的外表為滾花紋,在模腔中的包緊力大,比較難脫模。第二,內(nèi)螺紋蓋內(nèi)壁的內(nèi)螺紋需要使用螺紋抽芯機(jī)構(gòu),特別是在多腔布局下,螺紋抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮多個(gè)螺紋機(jī)構(gòu)的并行使用,模具整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在兼顧制造成本和機(jī)構(gòu)工作可靠性兩種情況下更為困難。

2 旋鈕模具設(shè)計(jì)

依據(jù)塑件的產(chǎn)量及精度要求,結(jié)合材料特點(diǎn),設(shè)計(jì)了三板點(diǎn)澆口模具,其結(jié)構(gòu)如圖2 所示。該模具用于塑件的成型。模腔布局使用1模8腔。模具的定模跟普通三板模結(jié)構(gòu)一樣[8-11],由面板1、脫料板2、定模板3 構(gòu)成,但動(dòng)模依據(jù)塑件下端內(nèi)螺紋蓋內(nèi)的內(nèi)螺紋脫模需要,加裝了用于塑件推出脫模的推板4,以及用于螺紋型芯12 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝的動(dòng)模墊板7。推板4、動(dòng)模板5為活動(dòng)板,推板4 用于將塑件在脫螺紋后從螺紋型芯12上推出,推板4由推板彈簧6推動(dòng)。動(dòng)模板5與動(dòng)模墊板7組合在一起,主要用于驅(qū)動(dòng)齒輪14 等機(jī)構(gòu)件的安裝。定模板3 與推板4之間在P3面處閉合時(shí),需要設(shè)置精定位塊進(jìn)行定位。推板4與動(dòng)模板5在P4面處閉合時(shí)依靠導(dǎo)套和導(dǎo)柱的運(yùn)動(dòng)副進(jìn)行定位。塑件的外壁成型件使用圓柱形型腔鑲件10,這樣便于加工和裝配,同樣,塑件的底端平面成型件使用外套型芯13進(jìn)行成型,該鑲件也為圓柱形鑲件。

圖2 模具結(jié)構(gòu)圖

模具中,針對(duì)單腔模腔,使用單點(diǎn)單澆口進(jìn)行澆注,澆口開設(shè)于塑件頂部中心位置,點(diǎn)澆口直徑1.0 mm。

單腔模腔的成型件由型腔鑲件10、螺紋型芯12、外套型芯13構(gòu)成。型腔鑲件10為圓柱狀鑲件,通過壓板壓緊安裝在定模板3所開設(shè)的鑲件圓柱孔內(nèi)。外套型芯13也為圓柱形鑲件,通過其下端的肩臺(tái)用螺絲緊固安裝在推板4 的圓柱孔內(nèi),外套型芯13用于塑件底端外圓邊緣的成型,其中心設(shè)置有錐度孔,該錐度孔與螺紋型芯12上端的錐形圓柱在其復(fù)位時(shí)閉合,有復(fù)位限位的作用。

模具的工作原理如下[12-15]：

(1)4 個(gè)開模面P1,P2,P3,P4 閉合時(shí),模具處于閉合狀態(tài),即合模狀態(tài)。注塑機(jī)通過其噴嘴對(duì)模具的各模腔進(jìn)行注塑,注塑后,經(jīng)保壓、冷卻等過程后準(zhǔn)備開模。

(2)開模時(shí),注塑機(jī)動(dòng)模板帶動(dòng)動(dòng)模下行,模具按P1→P2→P3→P4的次序依次打開。

(3)P1 面打開時(shí),流道廢料在點(diǎn)澆口處與塑件分離,P2 面打開時(shí),流道板2 將流道廢料從拉料桿上推出而使其從模具上自動(dòng)脫落,P3 面打開時(shí),模腔打開,塑件留于螺紋型芯12、外套型芯13上。

(4)P3面打開完成后,推板4在彈簧6的張力推動(dòng)下,將推動(dòng)推板4 向上頂起,P4 面準(zhǔn)備開啟。此時(shí),驅(qū)動(dòng)齒輪14 的驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng),推動(dòng)螺紋型芯12轉(zhuǎn)動(dòng),塑件在其底端面孔特征的成型凸臺(tái)限制下不能轉(zhuǎn)動(dòng),在螺紋型芯12 旋轉(zhuǎn)抽芯的同時(shí),推板4 推動(dòng)其上的外套型芯13 向上頂起,從而螺紋型芯12能逐步從塑件內(nèi)螺紋孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)抽芯而出。螺紋型芯12抽芯完畢,塑件留于外套型芯13而自動(dòng)脫落。模具閉合時(shí),P4面最后閉合。

3 模具生產(chǎn)問題

上述模具應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)后,出現(xiàn)了以下問題：第一個(gè)是塑件成型的內(nèi)螺紋在初始階段有明顯的擠壓痕跡,并伴有推板4 被彈簧6 彈頂?shù)脑肼暋５诙€(gè)是模具成型塑件約20萬件后,所成型塑件的內(nèi)螺紋成型精度明顯變差,與塑件的配合件的旋合配合性明顯變差。

究其原因,主要是彈簧6的彈頂推力過大,導(dǎo)致塑件被外套型芯13向上抬頂時(shí),使塑件內(nèi)螺紋的螺紋面緊壓在螺紋型芯的螺紋面上,因擠壓的壓力過大,導(dǎo)致塑件內(nèi)螺紋產(chǎn)生變形和磨損。調(diào)整彈簧6的彈頂力是解決問題的關(guān)鍵所在。但怎樣調(diào)整彈簧6的彈頂力也是一個(gè)難題。彈簧6的彈頂力大小與其彈性系數(shù)和壓縮行程成正比關(guān)系,也跟推板4與其它結(jié)構(gòu)零件的摩擦力大小相關(guān),彈簧6 的彈頂力大小的選用還要考慮螺紋型芯12 對(duì)塑件內(nèi)螺紋的剪切力。顯然,單純通過調(diào)節(jié)彈簧6 的彈頂力大小來解決塑件內(nèi)螺紋變形問題,需要控制的因素較多,機(jī)構(gòu)工作的可靠性將會(huì)降低。因而,針對(duì)此問題,針對(duì)推板4的頂出,改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種同步推出型脫螺紋機(jī)構(gòu),來解決此問題,機(jī)構(gòu)的改進(jìn)方案如下。

4 升舉螺桿式同步推出脫螺紋機(jī)構(gòu)

4.1 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成

螺紋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3所示。將推板4的上升速度改為與塑件在螺紋型芯12的上升速度相同,即推板4 的上升運(yùn)動(dòng)與螺紋型芯12 旋轉(zhuǎn)抽芯時(shí)塑件在其上的上升同步。要達(dá)到此目的,需要將圖2 中的彈簧6 去除,改裝一種同步推出升舉機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)的組成件包括件16～件22。螺紋型芯12通過軸承安裝在動(dòng)模板5上,其中間段外周套裝有耐磨銅套15,下端按序依次安裝有螺紋型芯齒輪24 和底端端面軸承。端面軸承使用推力球軸承,能承擔(dān)一定的軸向推力,其軸向不能移動(dòng)。螺紋型芯齒輪24由中間齒輪16驅(qū)動(dòng)。中間齒輪16由螺桿齒輪17驅(qū)動(dòng)。

圖3 螺紋機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

中間齒輪16為螺紋型芯齒輪23與螺桿齒輪17之間的傳動(dòng)齒輪,通過軸承安裝在動(dòng)模板5內(nèi),螺桿齒輪17 的外圓為齒輪,其中心內(nèi)孔上設(shè)置有內(nèi)螺紋,該內(nèi)螺紋的螺距與螺徑都與螺紋型芯12上端的外螺紋螺距、螺徑相同,但螺紋長(zhǎng)度不一樣。螺桿齒輪17 套裝在升舉螺桿18 上,升舉螺桿18 的下端設(shè)置的外螺紋與螺桿齒輪17中心的內(nèi)螺紋配合,其上端套裝在止轉(zhuǎn)滑套19 內(nèi),頂端通過鎖緊螺絲20與推板4 緊固組合在一起。升舉螺桿18 在止轉(zhuǎn)滑套19 內(nèi)只能沿孔軸上下移動(dòng)而不能旋轉(zhuǎn)。止轉(zhuǎn)滑套19 用壓緊塊21 壓緊安裝在動(dòng)模板5 上的對(duì)應(yīng)槽內(nèi)。螺桿齒輪17、螺紋型芯齒輪24 的模數(shù)、齒數(shù)相同。升舉螺桿18 向下復(fù)位時(shí),通過壓下杠桿22 的右端而將復(fù)位位置信息傳遞給行程開關(guān)23,行程開關(guān)23 用于孔控制螺紋型芯12 的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)(停止信號(hào))。這樣,能保證推板4 在上升過程中,其上升的速度始終由升舉螺桿18與螺桿齒輪17之間螺紋副的關(guān)系進(jìn)行控制,而不是由原始設(shè)計(jì)中的推板彈簧6頂出進(jìn)行控制,這樣能避免推板彈簧6多出的頂出力直接附加在塑件內(nèi)螺紋上,造成塑件內(nèi)螺紋的成型缺陷。機(jī)構(gòu)在模具中的組裝重點(diǎn)為：止轉(zhuǎn)滑套19與螺桿配合面有一平位,裝模時(shí)可以把升舉螺桿18調(diào)節(jié)到與推板4底面平齊；行程開關(guān)23要調(diào)整到升舉螺桿18剛好復(fù)位時(shí)能動(dòng)作。

4.2 機(jī)構(gòu)工作原理

機(jī)構(gòu)的工作原理如圖4 所示。螺紋型芯12 被其驅(qū)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)實(shí)施轉(zhuǎn)動(dòng)抽芯時(shí),其上的螺紋型芯齒輪24 驅(qū)動(dòng)中間齒輪16 轉(zhuǎn)動(dòng),從而驅(qū)動(dòng)螺桿齒輪17 做同步轉(zhuǎn)動(dòng),螺桿齒輪17 的轉(zhuǎn)動(dòng),通過其中心孔內(nèi)的內(nèi)螺紋傳動(dòng),驅(qū)動(dòng)升舉螺桿18 上升,從而驅(qū)動(dòng)推板4 同步上升。保證了推板4 與塑件4 在螺紋型芯12上的上升同步。從而達(dá)到塑件脫螺紋時(shí)推板4的同步推出。合模前,螺紋型芯12 的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)反轉(zhuǎn),先把升舉螺桿18 旋回復(fù)位。升舉螺桿18 復(fù)位要準(zhǔn)確,復(fù)位時(shí)壓下杠桿22,杠桿22 觸動(dòng)行程開關(guān)23使螺紋型芯12的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)停止。復(fù)位時(shí),動(dòng)作與推出時(shí)相反,但驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的控制則需在模具的P3面閉合前提前動(dòng)作,以免定模板強(qiáng)迫驅(qū)動(dòng)推板4 完成復(fù)位而損壞升舉機(jī)構(gòu)。

圖4 機(jī)構(gòu)工作原理

4.3 機(jī)構(gòu)在模具中的排位

機(jī)構(gòu)在模具中的布置如圖5所示。

圖5 機(jī)構(gòu)在模具中的布置

螺紋型芯和升舉螺桿的布置采用對(duì)稱式均衡布置,以保證機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)能平穩(wěn)地推動(dòng)推板進(jìn)行頂出。模具中,有8個(gè)螺紋型芯12,分2組進(jìn)行本機(jī)構(gòu)設(shè)置。1 組中,如圖5 所示,1 個(gè)中間齒輪16 驅(qū)動(dòng)2個(gè)螺桿齒輪17,和4 個(gè)螺紋型芯齒輪24。2 個(gè)同步推出機(jī)構(gòu)分布于兩側(cè),有利于推板4的平衡推出。

5 結(jié)論

針對(duì)旋鈕塑件模具所使用螺紋型芯旋轉(zhuǎn)+彈簧推板推出方式內(nèi)螺紋脫模機(jī)構(gòu)改進(jìn)為螺紋型芯旋轉(zhuǎn)+升舉螺桿同步推出式脫螺紋機(jī)構(gòu),解決了內(nèi)螺紋最后脫模脫出時(shí)螺紋受力較大,易產(chǎn)生變形、甚至損壞的生產(chǎn)問題。由于推板同步推出,不會(huì)像彈簧彈推板那樣對(duì)螺紋較細(xì)的內(nèi)螺紋產(chǎn)品有損壞,從而適合螺紋較細(xì)和螺紋要求較高的螺紋產(chǎn)品。模具結(jié)構(gòu)布置合理,機(jī)構(gòu)動(dòng)作可靠、平穩(wěn),能保證高品質(zhì)內(nèi)螺紋要求塑件的無損成型,為同類塑件的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了有益借鑒。