陳劍玲（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機(jī)械工程系，廣西南寧，530007）

茶飲杯螺旋底蓋側(cè)抽芯熱流道注塑模設(shè)計(jì)

陳劍玲（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機(jī)械工程系，廣西南寧，530007）

基于茶飲分離杯螺旋底蓋的結(jié)構(gòu)及工藝要求，設(shè)計(jì)了外側(cè)抽芯熱流道注塑模，根據(jù)該模具的設(shè)計(jì)過程，側(cè)重對(duì)模具的工作原理、成型零件、熱流道澆注系統(tǒng)、外側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)及冷卻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 實(shí)際生產(chǎn)表明，該模具結(jié)構(gòu)合理、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)。

螺紋件；熱流道；熱嘴；外側(cè)抽芯

1 前言

在當(dāng)前“后危機(jī)時(shí)代”，世界各國紛紛將新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)放在新能源和環(huán)保產(chǎn)業(yè)上，隨著我國工業(yè)化進(jìn)程加快及國內(nèi)自主品牌的開發(fā)，作為“綠色技術(shù)”的熱流道注射成型以其高效率、高品質(zhì)、高產(chǎn)量、低損耗的優(yōu)點(diǎn)備受關(guān)注和青睞，近年來得到迅速推廣及應(yīng)用，熱流道模具在塑料模具中所占比重已達(dá)20%，并以8%～10%的速率逐年遞增。在我國模具行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃中更明確提出將熱流道注射模所占比重提高到40%左右，中長(zhǎng)期發(fā)展進(jìn)而達(dá)到60%左右[2]。

本文以茶飲分離杯底蓋的生產(chǎn)為例，介紹外螺紋側(cè)抽芯熱流道注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程和相關(guān)計(jì)算。

2 產(chǎn)品工藝性分析

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示，底蓋外徑尺寸為Φ 90.4m m，高55m m，平均壁厚1.2m m，重25g。原材料為PP，耐沖擊性較高，機(jī)械性質(zhì)強(qiáng)韌，但由于結(jié)晶所致，收縮率高達(dá)2.0%。加工時(shí)熔體流動(dòng)性好，成型后尺寸穩(wěn)定，注射工藝性優(yōu)良。該塑件為茶葉分離杯的螺旋托底組件，上部需成型外螺紋，底面有四條寬7.5m m深1.5m m的45°狹槽，并設(shè)計(jì)有一圈邊腳作為支撐面。此外觀結(jié)構(gòu)件，對(duì)尺寸精度、機(jī)械性能及外觀要求高。

圖1 茶飲分離杯螺旋底蓋產(chǎn)品圖

圖2 外螺紋側(cè)抽芯熱流道注塑模具的結(jié)構(gòu)

3 模具結(jié)構(gòu)確定

因制品年產(chǎn)量較高（500000件/年），故采用熱流道注射成型可節(jié)約澆注凝料，降低能耗，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短成型周期。該塑件尺寸不大，考慮模具制造成本和生產(chǎn)效率，選用一模四腔的模具結(jié)構(gòu)，H型熱流道系統(tǒng)。采用點(diǎn)澆口由產(chǎn)品中心進(jìn)澆，保證產(chǎn)品外觀及機(jī)械性能要求，品質(zhì)均勻穩(wěn)定。產(chǎn)品外側(cè)螺紋部分需使用斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)成型，故模具機(jī)構(gòu)較多，設(shè)計(jì)難度增大，模具裝配總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

熱流道系統(tǒng)組件疊加于兩板模的型腔板上，熔融塑料從主噴嘴39進(jìn)入熱流道板3，經(jīng)H型分流道均衡流入4個(gè)安裝在熱嘴固定板5上的熱噴嘴31，最后通過澆口，填充由定模鑲件6、動(dòng)模鑲件9及成型螺紋的滑塊26所構(gòu)成的型腔。

塑件保壓、冷卻、定型后，模具動(dòng)、定模在分型面打開。開模的同時(shí)，滑塊26在斜導(dǎo)柱30的作用下實(shí)現(xiàn)螺紋外側(cè)抽芯，由彈簧鋼珠23限制滑塊抽拔距離。合模時(shí)，推出機(jī)構(gòu)由復(fù)位桿51帶動(dòng)回位，滑塊26由斜導(dǎo)柱30及鎖緊楔27作用保證復(fù)位。

4 模具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 熱流道澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖3所示，本例澆注系統(tǒng)采用H型熱流道板及點(diǎn)澆口熱噴嘴的熱流道結(jié)構(gòu)，主要由主流道噴嘴1、熱流道板13、熱噴嘴8、加熱器7、支承元件及模外溫控器等組件構(gòu)成。使用中心定位墊塊10和銷釘12將熱流道板可靠定位，4顆緊固螺釘14將其安裝固定在定模板上。

圖3 H型熱流道系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖

澆注系統(tǒng)保持熔融和溫度控制是運(yùn)用熱流道技術(shù)成功與否的關(guān)鍵，熱流道板13采用4根400W盤條加熱器，熱噴嘴8采用215W管型加熱器供熱，分別安置熱電偶共設(shè)6個(gè)區(qū)（熱流道板2個(gè)、熱噴嘴4個(gè)）由外置溫控器實(shí)時(shí)精確監(jiān)測(cè)，保證熔體均勻一致流入型腔。熱流道澆注系統(tǒng)的溫度、壓力損失小，產(chǎn)品殘余應(yīng)力小，質(zhì)量穩(wěn)定。

澆口中心間距為250m m，熱噴嘴長(zhǎng)度為40m m，流道直徑為Φ 6m m，需考慮模具工作時(shí)鋼材受熱膨脹變形，澆口易被伸長(zhǎng)的熱嘴堵塞，故在設(shè)計(jì)和安裝時(shí)需考慮預(yù)留膨脹間隙0.08～0.10m m，并在調(diào)試及生產(chǎn)中注意防止熔體泄露。

4.2 澆口設(shè)計(jì)

澆口是澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，其形狀、位置、尺寸對(duì)制品的影響尤為重大?？紤]產(chǎn)品對(duì)外觀和效率的要求，采用中心進(jìn)料的點(diǎn)澆口設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)生產(chǎn)。熱流道模具的澆口要使熔料以較快的速度進(jìn)入并充滿型腔，同時(shí)在型腔充滿后適時(shí)冷卻封閉，并確保不漏料。精確的溫度控制及合理澆口尺寸設(shè)計(jì)是產(chǎn)品成型和質(zhì)量保證的關(guān)鍵，故熱嘴的熱電偶位置設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能靠近澆口的嘴尖處，且澆口附近加設(shè)冷卻水道加強(qiáng)冷卻。

根據(jù)原料特性及產(chǎn)品重量，澆口尺寸設(shè)計(jì)為Φ 0.8m m。點(diǎn)澆口斷面因溫度稍高，易留殘料凸出，為避免影響外觀，可在澆口正對(duì)面設(shè)置下沉波頭位，如圖4所示，點(diǎn)澆口高0.75m m，沉入產(chǎn)品表面下0.4m m，保證澆口斷裂后的殘料不高于產(chǎn)品外表面。

圖4 點(diǎn)澆口尺寸設(shè)計(jì)圖

4.3 成型零件設(shè)計(jì)

由塑件工藝分析，分型面設(shè)在產(chǎn)品底端最大投影處?？紤]加工及修配因素，模具成型零件采用鑲嵌式設(shè)計(jì)，如圖2所示，定模鑲件6、動(dòng)模鑲件9及滑塊26直接參與模具表面成型。成型零件均采用718H，熱處理硬度達(dá)48～52HRC以提高模具壽命。

4.4 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

該螺紋底蓋件模具采用斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯結(jié)構(gòu)，如圖5所示。產(chǎn)品上螺紋為粗牙M 86，所需抽拔力較大，故斜導(dǎo)柱1直徑為Φ 20m m，α斜角為18°，材料為45鋼，熱處理硬度≥55HRC，與定模板固定孔采用H7/m 8過渡配合；鎖緊楔5采用預(yù)硬鋼，鎖緊角度為20°；滑塊2與滑槽的導(dǎo)滑部位采用H8/g7，采用718H料，熱處理48～52HRC。

圖5 斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的組成

4.4.1 抽芯距設(shè)計(jì)

抽拔距需超出螺紋型孔深度2～3mm，如圖5所示，本例滑塊抽拔距離需12m m，采用彈簧鋼珠3定位。

4.4.2 抽拔力計(jì)算

脫模瞬間側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)所需抽拔力最大，需克服產(chǎn)品冷卻收縮時(shí)對(duì)型芯的包緊力及摩擦阻力，一般按下式計(jì)算：

式中，—抽拔力，N

4.5 頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，由于此螺紋底蓋屬中等制件，塑件的脫模阻力主要集中在盒底凹槽，采用Φ 20m m長(zhǎng)252m m的托盤頂桿（件12）推出塑件，并在推出機(jī)構(gòu)中增加導(dǎo)向零件（推桿導(dǎo)套10、推板導(dǎo)柱52、推板導(dǎo)套53）及支撐零件（支撐柱56）實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)推出。

5 模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在熱流道模具中，恰當(dāng)?shù)哪乜杀３至鞯纼?nèi)的熔料在成形溫度范圍內(nèi)，使熔體滿足成形要求，并有較高的生產(chǎn)效率。同時(shí)，PP料的收縮率和結(jié)晶程度主要由模具溫度決定，合理控制模溫，可提高制品的尺寸精度。如圖2所示，該模具采用動(dòng)、定模鑲件分別冷卻，在定模鑲件6開設(shè)長(zhǎng)型環(huán)形水槽，動(dòng)模鑲件9則采用柵板8冷卻噴射的辦法，針對(duì)產(chǎn)品內(nèi)側(cè)及螺紋成型部分加強(qiáng)冷卻。

冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需著重考慮運(yùn)水循環(huán)路線，在動(dòng)、定模板開設(shè)Φ 6m m的冷卻水道，構(gòu)成回型循環(huán)水路，充分帶走鑲件中的熱量。冷卻水道采用深孔鉆四面加工，注意在水道經(jīng)過的每?jī)蓚€(gè)零件間添加密封圈防漏。

6 結(jié)語

依據(jù)茶飲分離杯底蓋的結(jié)構(gòu)、性能及工藝要求的分析，設(shè)計(jì)了外螺紋側(cè)抽芯的熱流道注射模，模具采用點(diǎn)澆口4點(diǎn)熱流道系統(tǒng)平衡進(jìn)料、斜導(dǎo)柱抽芯脫出螺紋型環(huán)、托盤頂桿推出機(jī)構(gòu)及環(huán)形噴射冷卻方式，并對(duì)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)和部件進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算。該模具已投入生產(chǎn)，機(jī)構(gòu)運(yùn)行順暢、生產(chǎn)效率比普通冷流道成型提高20%，塑件成型質(zhì)量良好。

[1] 丹尼爾·弗倫克勤，享里克·扎維斯托夫斯基，徐佩弦譯.熱流道模具技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2O O 5.110-139

[2] 中國模具工業(yè)協(xié)會(huì).模具行業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃[J]，模具工業(yè)，2011，37(1)：1-8

[3] 陳劍玲，李昌雪，Calle Helldin.透明殼蓋側(cè)抽模熱流道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]，中國塑料，2014，28(5)：115-118

[4] Rousseau, Bill.Reduce Hot-Runner Dow ntim e W ith Proper Troubleshooting [J]，Plastics Technology，2014,60(9)：46-49

[5] 楊海鵬，武曉紅.花灑手柄熱流道注射模設(shè)計(jì)[J]，塑料制造，2014（3）：61-65

[6] Kovacic, Craig.Seven Tips to M axim ize Hot-Runner Perform ance [J]，Plastics Technology，2013,59(9)：60-61

[7] Tzu-Chau Chen,Chao-Tsai Huang,Yan-Chen Chiu,et al.M aterial saving and product quality im provem ent with the visualization of hot runner design in inj ection m olding [J]，International J ournal of Precision Engineering and M anufacturing，2013,14(3)：1109-1112

Design of the Injection Mold with Core-pulling mechanism and Hot Runner System for Screwed-bowl-cover

Chen Jianling （Mechanical Engineering Department, Guangxi Technological College of Machinery and Electricity, Nanning, Guangxi 530007, China）

Based on the structure and processing requirements of the screwed-bowl-cover for separating tea, the injection mold with side-core-pulling mechanism and hot runner system has been designed.The mold operation principle, molding components, hot runner system, out-side core-pulling mechanism, ejection system and cooling system are especially been designed and calculated in detail.As the production test proves, the mold structure is reasonable so that the production rate and parts’ qualities are improved.

srewed-cover； hot runner； nozzle； out-side core-pulling mechanism

陳劍玲，女，廣西柳州人，碩士，從事模具設(shè)計(jì)及制造（CAD/CAE/CAM）方面的科研工作。