味精瓶鉸接瓶蓋八次開模九次脫模注塑模具設(shè)計(jì)

閆閔，宋杰，劉鵬厚，趙佳峰，狄金葉

(1.青島工學(xué)院，山東膠州 266300； 2.臨沂科技職業(yè)學(xué)院，山東臨沂 276000)

包裝瓶蓋塑件的注塑生產(chǎn)有以下幾個(gè)特點(diǎn)，其一是需要單模多腔，單次開模塑件的產(chǎn)量多[1-3]；其二是因多層密封的需要，材料需采用韌性較好、能承受較大強(qiáng)制脫模變形的塑料來進(jìn)行成型[4-6]。隨著瓶蓋密封技術(shù)要求的提高，瓶蓋的結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，其模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也提出了許多新的要求，特別是瓶蓋的脫模問題，需要結(jié)合不同的塑件材質(zhì)及壁厚采取不同的脫模措施。瓶蓋的脫?？梢苑譃橐韵聨追N類型：強(qiáng)制方式脫模[7-9]、頂出機(jī)構(gòu)脫模[10]、螺紋機(jī)構(gòu)脫模[11-14]、推板特殊機(jī)構(gòu)脫模等[15-16]。筆者介紹一種味精瓶鉸接瓶蓋的脫模，其相應(yīng)的模具結(jié)構(gòu)中，需要通過模具模板的8次打開驅(qū)動(dòng)成型件進(jìn)行9次脫模，以實(shí)現(xiàn)塑件的自動(dòng)化注塑生產(chǎn)。

1 鉸接瓶蓋

味精瓶鉸接瓶蓋如圖1所示，鉸接瓶蓋塑件的結(jié)構(gòu)可以分為兩部分：右邊的密封蓋和左邊的翻蓋。右邊密封蓋與左邊翻蓋之間采用薄壁鉸接筋連接，筋的厚度為0.3 mm，寬度為3 mm。密封蓋為圓柱筒形蓋，其最大外圓直徑為30.4 mm，總高度19.9 mm。為保證密封蓋的密封效果，在密封蓋的下端內(nèi)壁上設(shè)置了內(nèi)徑為24.7 mm的圓環(huán)，上端則設(shè)置了外徑分別為27.0，22.8，16.7 mm的三層密封圓環(huán)。在翻蓋內(nèi)壁設(shè)置了內(nèi)徑為26.1 mm的圓環(huán)。塑件材質(zhì)為食用級(jí)聚丙烯(PP)塑料。其注射成型的最大難題是上述5處圓環(huán)的脫模，因而，合理地設(shè)計(jì)脫模方案是該塑件注射成型成功的關(guān)鍵。

圖1 味精瓶鉸接瓶蓋

2 分型及脫模方案設(shè)計(jì)

圖2為分型及脫模設(shè)計(jì)。針對(duì)塑件的5處圓環(huán)特征(K1～K5)，其脫模采用強(qiáng)制脫模方式較為合理。在塑件中，K1圓環(huán)(?24.7 mm)的強(qiáng)制脫模高度為1.3 mm，K2圓環(huán)(?16.7 mm)的為1.0 mm，K3圓環(huán)(?22.8 mm)的為1.0 mm，K4圓環(huán)(?27 mm)的 為0.7 mm，K5圓 環(huán)(?26.1 mm)的為0.5 mm。整體脫模方案設(shè)置為：

以PL面為主分型面，在PL面以上的定模型腔中，設(shè)置C1柱形鑲件、C2環(huán)形鑲件對(duì)密封蓋的下端內(nèi)壁進(jìn)行成型和脫模，C2環(huán)形鑲件為K1圓環(huán)的成型件。

脫模時(shí)，先將C1柱形鑲件抽出，再將C2環(huán)形鑲件抽出，C1柱形鑲件先抽出，便于C2環(huán)形鑲件對(duì)K1圓環(huán)實(shí)施強(qiáng)制脫模。

圖2 分型及脫模設(shè)計(jì)

在PL面以下的動(dòng)模型芯中，設(shè)置了C3，C7柱形鑲件，以及C4，C5，C6三個(gè)環(huán)形鑲件，C3柱形鑲件為上層正中央盲孔的成型件，C4環(huán)形鑲件為K2圓環(huán)非成型件，C5環(huán)形鑲件為K3圓環(huán)的成型件，C6環(huán)形鑲件為K4圓環(huán)的成型件，C7柱型鑲件為K5圓環(huán)的成型件。

脫模時(shí)，鑲件往下抽出順序依次為C3→C4→ C5和C7 (C7與C5同步)→C6，只有按此順序抽出，才能保證C4，C5和C7，C6鑲件能依次實(shí)施強(qiáng)制脫模。這是因?yàn)閺?qiáng)制脫模時(shí)，圓環(huán)所在的環(huán)壁材料被強(qiáng)制擠壓，圓環(huán)壁至少需要一側(cè)有變形空間。

塑件最終留于型芯鑲件上，塑件最終的脫模通過推板將塑件從型芯鑲件上推出實(shí)現(xiàn)完全脫模。塑件從C2，C4，C5和C7，C6鑲件上的脫模都為強(qiáng)制脫模。

鑒于成型件的設(shè)置需要，以及塑件多腔布局需要，流道廢料最好能自動(dòng)脫模，因而，單個(gè)模腔的澆注采用單點(diǎn)點(diǎn)澆口進(jìn)行澆注，澆口G開設(shè)在圖2所示的密封蓋正中央位置。

3 單腔脫模動(dòng)作設(shè)計(jì)

在圖2所示脫模布置下，單腔成型零件設(shè)置如圖3所示，單腔成型件的脫模過程可以分以下步驟進(jìn)行：

第①步，流道與塑件的分離(第一次脫模)。

第②步，流道廢料自動(dòng)脫模(第二次脫模)。

第③步，塑件下端局部從型腔鑲件中脫模(第三次脫模)，由PL面打開來實(shí)現(xiàn)，PL面打開時(shí)，塑件留于動(dòng)模型芯上。PL面以下的動(dòng)模按“開模方向”下行時(shí)，C1柱形鑲件1、型腔鑲件3與塑件分離(第三次脫模)，而C2環(huán)形鑲件2跟隨塑件下行而暫時(shí)先不分離。

圖3 單腔成型零件設(shè)置

第④步，塑件下端完全從型腔鑲件中脫模(第四次脫模)，動(dòng)模下行距離為13 mm時(shí)，C2環(huán)形鑲件2被型腔鑲件3拉住，C2環(huán)形鑲件2被強(qiáng)制從塑件中抽出(第四次脫模)。

第⑤步，C3柱形鑲件12抽芯(第五次脫模)。

第⑥步，C4環(huán)形鑲件11抽芯(第六次脫模)。

第⑦步，C5環(huán)形鑲件13和C7柱形鑲件5抽芯(第七次脫模)。

第⑧步，C6環(huán)形鑲件14抽芯(第八次脫模)，塑件留于型芯鑲件上。

第⑨步，塑件從型芯鑲件上被推板強(qiáng)制推出(第九次脫模)。

上述9個(gè)步驟中：第①步～第④步為定模一側(cè)的脫模，第⑤步～第⑨步為動(dòng)模一側(cè)的脫模，即單腔主分型面PL面打開前，第①步和第②步脫模；PL面打開時(shí)，第③步和第④步脫模，PL面打開后，第⑤步～第⑧步脫模。

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 模具布局

圖4為模具結(jié)構(gòu)布局。如圖4a所示，模腔布局為1模24腔。T1～T3為單腔的三級(jí)流道，三級(jí)流道的截面均采用U型截面流道。單腔在模具中的安裝如圖4b所示。基于成本考慮，為保證第3節(jié)中第一次～第九次脫模動(dòng)作過程按順序?qū)崿F(xiàn)，通過所用模架模板的打開動(dòng)作進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。因而，模架設(shè)計(jì)時(shí)，以P3面作為模具的主開模面，模架模板的打開做以下安排：

(1)定模打開。在P3面及其以上，定模需設(shè)置3次打開，完成單腔脫模動(dòng)作的第①步～第④步動(dòng)作。

(2)動(dòng)模打開。在P3面以下，動(dòng)模需要設(shè)置5次打開，完成第⑤步～第⑨步動(dòng)作。

圖4 模具結(jié)構(gòu)布局

4.2 模架設(shè)計(jì)

依據(jù)第3節(jié)所述，為滿足點(diǎn)澆口設(shè)置的需要，初始模架選用三板式模架，但結(jié)合塑件在模具動(dòng)模一側(cè)需多次脫模的需要，需對(duì)模架進(jìn)行改進(jìn)，模架最終改進(jìn)設(shè)計(jì)為如圖4b所示的六板式點(diǎn)澆口模架。在模架中，定模模板由三塊板構(gòu)成，分別為面板27、脫料板26和定模板25，其中定模板25內(nèi)增設(shè)一塊定模推板29；動(dòng)模模板由動(dòng)模板24、第六分型板23、第五分型板22、第四分型板21、底板19及墊塊20構(gòu)成。蓋板17、推板18構(gòu)成頂出推板，在動(dòng)模板24內(nèi)增設(shè)動(dòng)模推板28，第六分型板23內(nèi)增設(shè)C5／C7柱形鑲件拉板9。

4.3 成型件的安裝

零件在模架上的安裝情況為：

(1)定模成型件的安裝。

如圖4b所示，C1柱形鑲件1、型腔鑲件3安裝于定模板25上；C2環(huán)形鑲件2套裝于C1柱形鑲件外圓柱上后，安裝于型腔鑲件3的圓槽內(nèi)，其尾端安裝于定模推板29上，定模推板29能上下活動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)在C1柱形鑲件1、型腔鑲件3與塑件分離一定距離后，延時(shí)對(duì)塑件進(jìn)行強(qiáng)制脫模；閉模時(shí)，由安裝于第六分型板23上的定模復(fù)位推桿30將其頂回復(fù)位。

(2)動(dòng)模成型件的安裝。

C3柱形鑲件12，C4環(huán)形鑲件11，C5環(huán)形鑲件13及C6環(huán)形鑲件14從外到里依次套裝好后，安裝于型芯鑲件4內(nèi)；每個(gè)鑲件的底部安裝情況為：

①C3柱形鑲件12安裝于第四分型板21上。

②C4環(huán)形鑲件11通過C4環(huán)形鑲件壓板10壓緊，安裝于第五分型板22的下底面上。

③C7柱形鑲件5，C5環(huán)形鑲件13分別安裝于C5／C7柱形鑲件拉板9上，C5／C7柱形鑲件拉板9為活動(dòng)板，其可以在第六分型板23底面所開設(shè)的槽內(nèi)上下移動(dòng)。

④C6環(huán)形鑲件14用螺絲緊固安裝于第六分型板23上。

⑤型芯鑲件4安裝于動(dòng)模板24上。

⑥動(dòng)模推板28通過螺釘與復(fù)位桿16的上端緊固連接，與蓋板17、推板18一起組成塑件的最終脫模頂出機(jī)構(gòu)，用于將塑件從型芯鑲件4上推出而實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模。

4.4 模具工作原理

為實(shí)現(xiàn)第3節(jié)中所需的脫模動(dòng)作順序，在模架上設(shè)置了開閉控制機(jī)構(gòu)、定距控制元件對(duì)模板的開閉進(jìn)行控制，如圖5所示。模具按P1→P2→P3→P4→P5→P6→P7→P8次序依次分8次打開，以驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的成型件完成塑件的9次脫模動(dòng)作。

圖5 模具工作原理

(1)定模的打開(第一次～第四次脫模)。

第一次～第三次開模為定模的打開，實(shí)現(xiàn)第一次～第四次脫模。模板打開的順序?yàn)镻1→P2→P3。

①P1面打開。第一次開模時(shí)，P3面以下的動(dòng)模通過注塑機(jī)動(dòng)模板的驅(qū)動(dòng)下行，此時(shí)，動(dòng)模側(cè)4塊板(零件21～24)處于閉合狀態(tài)，直到P3面打開后才能依次打開(由機(jī)構(gòu)S1，S2進(jìn)行鎖閉)。安裝于第四分型板21上的長拉桿36，依靠其上端樹脂開閉器37的吸緊摩擦力，將定模板25拉著一起下行，因而，模具首先在P1面處打開，流道廢料與塑件在澆口G處崩斷而分離，此為第一次脫模。P1面打開距離由第一定距拉板38和定距螺絲39控制，為140 mm。

②P2面打開。P1面打開140 mm后，定模板25拉動(dòng)脫料板26繼續(xù)下行，P2面打開，P2面打開用于流道廢料的脫模，此為第二次脫模。P2面打開距離由第二定距拉桿40控制，為10 mm。

③P3面打開。動(dòng)模繼續(xù)下行，脫料板26、定模板25被第二定距拉桿40拉住，不能繼續(xù)下行，開模動(dòng)力將克服樹脂開閉器37吸緊摩擦力而迫使定模板25與動(dòng)模板24分離，模具在P3面(PL面)處打開。此時(shí)，塑件成型件與塑件的分離情況為：塑件留于動(dòng)模型芯鑲件4上，塑件先與型腔鑲件3和C1柱形鑲件1分離，此為第三次脫模。

C2環(huán)形鑲件2的安裝板定模推板29失去了其下端頂桿定模復(fù)位推桿30的頂住，C2環(huán)形鑲件2在包緊力的作用下，被塑件拉著一起下行，直到型腔鑲件3，C1柱形鑲件1脫離完畢。P3面打開13 mm后，C2環(huán)形鑲件2被型腔鑲件4拉住，強(qiáng)制從塑件中抽出，此為塑件的第四次脫模(強(qiáng)制脫模)。

(2)動(dòng)模的打開(第五～第九次脫模)。

第四次～第八次開模為動(dòng)模的打開，其順序?yàn)镻4→P5→P6→P7→P8。

模具P3面以下的動(dòng)模模板第四分型板21～推板24之間的閉合狀態(tài)，必須等到P1→P2→P3打開完成后才能開啟。P3面打開后，動(dòng)模部分模板的開啟順序?yàn)镻4→P5→P6→P7→P8，為保證此開啟順序，相應(yīng)地，設(shè)置了用于此順序控制的機(jī)構(gòu)S1和機(jī)構(gòu)S2，如圖5b、圖5c所示，機(jī)構(gòu)S1用于第四分型板21～動(dòng)模板24之間的鎖緊，機(jī)構(gòu)S2用于第五分型板22～動(dòng)模板24之間的鎖緊。

①P4面打開。定模、動(dòng)模在P3面處打開分離后，動(dòng)模繼續(xù)下行，機(jī)構(gòu)S1將第四分型板21和動(dòng)模板24之間的閉合打開(此時(shí)，機(jī)構(gòu)S2處于鎖緊狀態(tài))，在第四次開模彈簧41的撐開下，動(dòng)模首先在P4面處打開，第四分型板21拉動(dòng)其上的C3柱形鑲件12抽出，此為塑件的第五次抽芯脫模。

②P5面打開。P4面打開距離12 mm后，第四分型板21上S2機(jī)構(gòu)的開鎖插桿42已將第五分型板22、第六分型板23之間的鎖閉打開，動(dòng)模繼續(xù)下行時(shí)，第四分型板21上的第四定距拉桿43將拉動(dòng)第五分型板22一起下行，此時(shí)，P5面打開，P5面打開時(shí)，C4環(huán)形鑲件11從塑件中抽出，此為塑件的第六次抽芯脫模(強(qiáng)制脫模)。

③P6面打開。P5打開后，第五分型板22下行距離為6 mm后，第五分型板22拉動(dòng)第五定距拉桿44下行，從而拉動(dòng)C5／C7柱形鑲件拉板9下行，C5／C7柱形鑲件拉板9下行6 mm后，被第六分型板23內(nèi)的第六定距拉桿45拉住。C5／C7柱形鑲件拉板9與第六分型板23分離，此為P6面打開。P6面打開時(shí)，C5／C7柱形鑲件拉板9上的C7柱形鑲件5，C5環(huán)形鑲件13從塑件中強(qiáng)制抽出，此為塑件的第七次抽芯脫模(強(qiáng)制脫模)。

④P7面打開。待P6面打開后，S2機(jī)構(gòu)的開鎖插桿42已經(jīng)下行12 mm+6 mm+6 mm=24 mm，開鎖插桿42將第六分型板鎖芯46推向左邊，將第六分型板23與動(dòng)模板24的鎖閉打開，第六分型板23與動(dòng)模板24處于臨界分離狀態(tài)，動(dòng)模繼續(xù)下行，第六分型板23下行，帶動(dòng)C6環(huán)形鑲件14抽出，此為塑件的第八次抽芯脫模(強(qiáng)制脫模)。

⑤P8面打開。注塑機(jī)頂桿頂住頂出板(蓋板17與推板18)先不動(dòng)，動(dòng)模繼續(xù)下行時(shí)，第六分型板23通過第七開模定距拉桿59拉動(dòng)動(dòng)模板24下行，P8面打開，此時(shí)，動(dòng)模推板28將塑件從型芯鑲件4上推出，實(shí)現(xiàn)塑件的第九次完全推出脫模。

⑥模具的閉合過程同開模過程相反。

(3)機(jī)構(gòu)S1、機(jī)構(gòu)S2的工作原理。

①機(jī)構(gòu)S1工作原理。機(jī)構(gòu)S1為翹板式鎖扣機(jī)構(gòu)，其組件包括零件47～52，P3面打開后，隨著動(dòng)模的下行，導(dǎo)桿47的導(dǎo)槽驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)銷48運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)搖臂擺桿49克服擺臂彈簧52的彈力，使搖臂擺桿49繞轉(zhuǎn)動(dòng)銷51的中心轉(zhuǎn)動(dòng)，直到導(dǎo)桿47將驅(qū)動(dòng)銷48驅(qū)動(dòng)到其頂面，使搖臂擺桿49上端的掛鉤與動(dòng)模板24解鎖脫離，將動(dòng)模板24、第六分型板23和第五分型板22與第四分型板21之間的鎖閉打開。導(dǎo)桿47的導(dǎo)槽開鎖距離為32 mm，能保證塑件的頂出設(shè)置距離(12 mm+20 mm)。

②機(jī)構(gòu)S2工作原理。機(jī)構(gòu)S2為鎖芯滑動(dòng)式鎖扣機(jī)構(gòu)，P4面打開后，第五分型板22、第六分型板23、動(dòng)模板24由機(jī)構(gòu)S2繼續(xù)鎖閉，該鎖扣機(jī)構(gòu)由開鎖插桿42、第六分型板鎖芯46及零件53～58組成，其工作原理為：模具閉合時(shí)，鎖閉插桿53通過其上的兩個(gè)掛鉤分別將第六分型板鎖芯46、第五分型板鎖芯57勾住，而將動(dòng)模板24、第六分型板23、第五分型板22鎖緊在一起，當(dāng)?shù)谒姆中桶?1與第五分型板22分離打開后(P4面)，開鎖插桿42下行，依次驅(qū)動(dòng)第五分型板鎖芯57、第六分型板鎖芯46克服下彈簧58、上彈簧55的張力而向左邊移動(dòng)，從而依次解開第五分型板鎖芯57、第六分型板鎖芯46與鎖閉插桿53的鎖閉，將模板按P5→P6→P7次序打開。閉合時(shí)，其鎖閉順序剛好相反。P5面在P4面打開12 mm距離后才能完全打開，P7面在P5面打開12 mm后才能完全打開，所以，P4打開24 mm后，P7面才能完全打開。

5 結(jié)論

針對(duì)味精瓶鉸接瓶蓋塑件的成型需要，設(shè)計(jì)了一種8次開模9次脫模六板式點(diǎn)澆口模具。模具模腔布局為1模24腔，單腔采用單點(diǎn)點(diǎn)澆口進(jìn)行澆注。

(1)在模具中，塑件下層的脫模分4次進(jìn)行，其中包含1次強(qiáng)制抽芯脫模；上層則分5次進(jìn)行脫模，其中包含3次強(qiáng)制脫模。為實(shí)現(xiàn)塑件9次脫模動(dòng)作的依次進(jìn)行，模架結(jié)構(gòu)由三板模改進(jìn)為六板模；并在定模一側(cè)的定模板內(nèi)增設(shè)定模推板，以增加一次強(qiáng)制脫模動(dòng)作；在動(dòng)模一側(cè)的第六分型板內(nèi)增設(shè)一塊內(nèi)鑲模板，以增加一次強(qiáng)制脫模動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)塑件9次脫模所需的8次開模模架的需要。依靠模板順序開閉控制機(jī)構(gòu)和定距元件進(jìn)行控制，將不同次序抽芯的成型件安裝于相應(yīng)模板上，依靠模架的8次順序開啟動(dòng)作，達(dá)到成型件依次抽芯和塑件9次脫模目的，實(shí)現(xiàn)了塑件的自動(dòng)化注塑生產(chǎn)。

(2)設(shè)計(jì)了兩種機(jī)械式控制機(jī)構(gòu)對(duì)動(dòng)模四塊模板之間的順序開閉進(jìn)行控制，分別為翹板式鎖扣機(jī)構(gòu)和鎖芯滑動(dòng)式鎖扣機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)由模具開模動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)巧妙，動(dòng)作穩(wěn)定可靠，降低了模具的復(fù)雜程度和制造成本。