汪建武 ，肖國華 ，張麗靜 ，梁蓓 ，陳永剛

(1.浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江寧波 315012；2.山東省塑料研究開發(fā)中心，濟(jì)南 250002)

1 內(nèi)螺紋塑件分析

圖1所示塑件為一種“寶塔”形內(nèi)螺紋蓋，塑件頂面設(shè)置有1個橢圓形凹槽和1個?1 mm直孔，內(nèi)壁頂端設(shè)置有2處半徑為16 mm的扇形凹槽，頂端側(cè)面設(shè)置有11 mm×9 mm的加強(qiáng)筋，頂端以下的內(nèi)壁上設(shè)有管牙螺紋，螺紋節(jié)距4 mm，螺紋總長10 mm。塑件材料使用聚碳酸酯(PC)改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，收縮率0.56%～0.59%。塑件采用注塑方式進(jìn)行成型，塑件外壁的分型面使用PL面進(jìn)行分型，塑件模腔使用單點點澆口G0進(jìn)行澆注。塑件總產(chǎn)量為100萬件，對模具的要求為高產(chǎn)量、長壽命、操作方便。

圖1 塑件結(jié)構(gòu)

2 成型件設(shè)計

塑件的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方案主要受高產(chǎn)量、長壽命、操作方便等要求影響，機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案則受內(nèi)壁上內(nèi)螺紋特征的影響[1-4]。因塑件的內(nèi)壁上有橢圓形凹槽、扇形凹槽、加強(qiáng)筋等特征的存在，內(nèi)螺紋的脫模不能采用常規(guī)的“螺紋型忒軸向不動、周向轉(zhuǎn)動+推板輔助推出”方式脫螺紋，而只能采用“螺紋型忒軸向移動+周向轉(zhuǎn)動”方式脫螺紋。因而，單個塑件成型模腔的設(shè)計如圖2所示，模腔采用鑲件鑲拼形式進(jìn)行組合。在PL面分型下，模腔的成型件構(gòu)成包括型腔鑲件、外環(huán)型忒、內(nèi)型忒及螺紋型忒等4個主要成型件。型腔鑲件、外環(huán)型忒成型塑件的外壁，內(nèi)型忒成型塑件頂部內(nèi)壁，螺紋型忒成型塑件的內(nèi)螺紋及內(nèi)壁圓柱面。型腔鑲件、外環(huán)型忒使用H13鋼材，內(nèi)型忒、螺紋型忒使用S136鋼材。

型腔鑲件為圓環(huán)形鑲件，其上設(shè)置具有?1 mm孔的小型針，也開設(shè)有單點點澆口G0及其垂直流道，還設(shè)置有1條內(nèi)部直管水道和1條外壁環(huán)形水道。外壁環(huán)形水道使用上、下兩個型腔密封膠圈進(jìn)行密封。型腔鑲件通過其外壁的圓環(huán)臺肩，使用上壓板壓緊的方式安裝在定模板內(nèi)。

圖2 模腔成型件設(shè)計

外環(huán)型忒同樣為圓環(huán)形鑲件，用下壓板固定安裝于模具的推板上。外環(huán)型忒的內(nèi)圓孔設(shè)置成錐孔形狀，與螺紋型忒外壁的配合形式為錐面配合。

螺紋型忒頂端設(shè)置成圓錐口形式，與內(nèi)型忒頂部下端圓錐面配合。螺紋型忒通過其中央內(nèi)孔套裝于內(nèi)型忒外壁上，其下端設(shè)置有與塑件內(nèi)螺紋同螺徑的螺紋，該螺紋與螺紋環(huán)內(nèi)螺紋的配合為螺紋副配合，傳動精度為6級。螺紋型忒內(nèi)壁設(shè)置有1個下軸承與內(nèi)型忒進(jìn)行組裝，外壁設(shè)置有1個上軸承與該位置處的模板內(nèi)孔進(jìn)行組裝。螺紋型忒由型忒齒輪驅(qū)動。模腔閉合時，螺紋型忒上端圓錐面與內(nèi)型忒頂部下端圓錐面在軸向上的閉合精密程度由軸向定位件型忒定位桿保證，以防止模腔內(nèi)熔料的注塑壓力將螺紋型忒往下推移而導(dǎo)致圓錐配合面出現(xiàn)過大間隙，產(chǎn)生漏膠。PL面以下的零件組成模腔的螺紋型忒機(jī)構(gòu)。

3 定模結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)合螺紋型忒的螺紋抽忒需要，使用一種新型的具有動模多板結(jié)構(gòu)的無頂出三板模架來承載功能機(jī)構(gòu)件，以實現(xiàn)塑件的自動化生產(chǎn)[5-8]。

如圖3所示，塑件的模腔布局為1模4腔，4腔分別為A1，A2，A3，A4腔。定模部分的基本結(jié)構(gòu)同普通三板模相同，不同之處在于：

(1)4個模腔所成型的塑件必須具有一致性，須保證具有相同的內(nèi)螺紋起始點，因而，模腔內(nèi)塑件的擺放位置應(yīng)一致，故四腔的布置應(yīng)采用平移形式布置，而不能采用軸對稱或鏡像形式布置。

圖3 定模機(jī)構(gòu)設(shè)置

(2)為防止流道廢料粘模，流道廢料除使用脫料板推出脫模以外，還使用氣動推塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行輔助脫模，因而，脫料板上對應(yīng)于單個模腔的拉料桿位置，設(shè)置了1個氣動推塊機(jī)構(gòu)(氣動推塊機(jī)構(gòu)T1～T4)。

(3)點澆口流道的末端必須設(shè)置排氣槽，槽深0.02 mm，寬度與流道寬度相同。主流道R1和支流道R2的流道截面均使用梯形截面，R1流道梯形截面的長底邊為8 mm，高度6 mm，斜度20°；R2流道的長底邊為7 mm，高度5 mm，斜度20°。

(4)為確保流道廢料快速凝固，流道板上開設(shè)水路增強(qiáng)冷卻，管道編號分別為IN5-Out5，IN6-Out6。

(5)模具閉合時，為防止模腔導(dǎo)柱燒死，面板下底面對應(yīng)于模腔導(dǎo)柱頂端位置處須開設(shè)通氣槽，通氣槽深度0.5 mm，寬度10 mm，起始端使用圓角過渡，便于加工。

(6)定模板與動模板的閉合，需要設(shè)置4個“腰”型精定位塊來增強(qiáng)閉合時的定位精度，“腰”型精定位塊的槽向按水平和垂直兩個方向進(jìn)行布置。

(7)為防止模具裝配時裝錯，4個定模板導(dǎo)柱及4個模腔導(dǎo)柱中，各安排1個導(dǎo)柱做偏心布置。

4 動模結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于4個模腔的外環(huán)型忒、內(nèi)型忒、螺紋型忒、及螺紋型忒驅(qū)動機(jī)構(gòu)的功能動作需要對動模結(jié)構(gòu)布局進(jìn)行設(shè)計[9-13]。動模機(jī)構(gòu)布置中，除了需要設(shè)置4個圖2中所示的4個螺紋型忒機(jī)構(gòu)以外，還需要設(shè)置螺紋型忒機(jī)構(gòu)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)M1、中間傳動齒輪機(jī)構(gòu)M2、4個外環(huán)型忒氣動推塊機(jī)構(gòu)(N1～N4)、潤滑系統(tǒng)、內(nèi)型忒冷卻機(jī)構(gòu)及模具開閉控制機(jī)構(gòu)，具體設(shè)置如圖4所示。

(1)驅(qū)動機(jī)構(gòu)M1。

該機(jī)構(gòu)為一種精密型油缸齒條驅(qū)動機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)主要由件1～件11構(gòu)成，機(jī)構(gòu)中，由油缸1驅(qū)動推板6來推動方桿齒條7上下移動，方桿齒條7再驅(qū)動中間傳動齒輪機(jī)構(gòu)M2轉(zhuǎn)動，中間傳動齒輪機(jī)構(gòu)M2用于驅(qū)動4個圖2中所示的型忒齒輪同步轉(zhuǎn)動。

(2)中間傳動齒輪機(jī)構(gòu)M2。

該機(jī)構(gòu)由上、下兩個同軸齒輪構(gòu)成。

(3)外環(huán)型忒氣動推出機(jī)構(gòu)(N1～N4)。

不同于常用型動模推板推出機(jī)構(gòu)，模具的動模推板使用機(jī)構(gòu)N1～N4來推動，此4個機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動動模推板及其上的4個外環(huán)型忒進(jìn)行頂出和復(fù)位，實現(xiàn)塑件從4個內(nèi)型忒上的脫模。這樣做的好處是能對動模推板推出力進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止出現(xiàn)過大的頂出力將塑件頂壞。

圖4 動模機(jī)構(gòu)設(shè)置

(4)潤滑系統(tǒng)。

為防止4個螺紋型忒機(jī)構(gòu)及中間傳動齒輪機(jī)構(gòu)M2因磨損而造成傳動精度降低，5個機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動零件都使用潤滑油進(jìn)行潤滑，對應(yīng)的5個潤滑油進(jìn)口分別為加油孔1#～加油孔5#。

(5)內(nèi)型忒冷卻機(jī)構(gòu)。

模腔A1，A2的內(nèi)型忒共用IN1-Out1管道進(jìn)行冷卻，模腔A3，A4的內(nèi)型忒共用IN2-Out2管道進(jìn)行冷卻。

(6)模具開閉控制機(jī)構(gòu)。

模具的開閉模機(jī)構(gòu)使用拉桿、樹脂開閉器、橡膠墊、彈簧等機(jī)構(gòu)件來進(jìn)行順序控制。

5 模具結(jié)構(gòu)組裝

將圖3所示定模和圖4所示動模組裝在一起，各機(jī)構(gòu)件在模具中的安裝剖面如圖5所示。

(1)模架組裝。

如圖5a所示，模架的定模部分由上座板12、脫料板13、定模板15構(gòu)成，脫料板13、定模板15分別裝設(shè)有導(dǎo)套，由定模導(dǎo)柱16進(jìn)行導(dǎo)向。模架的動模部分由板17～板21構(gòu)成，與普通三板模的動模模架不同，其不設(shè)置頂針推板機(jī)構(gòu)。動模部分中，動模板18、型環(huán)固定板19、下墊板20通過螺釘緊固組合在一起用于4個模腔螺紋型忒機(jī)構(gòu)的安裝；底板21用于安裝驅(qū)動機(jī)構(gòu)M1。模架分5次打開，分別在P1～P5面處打開，第一次在P1面處用于型忒定位桿撤除對螺紋型忒的定位鎖緊；第二次在P2面處用于點澆口與塑件的分離；第三次在P3面處用于脫料板13將塑件從拉料桿34上推出；第四次在P4面處用于模腔的打開(PL分型面)；第五次在P5面處用于動模推板17將塑件從內(nèi)型忒上頂出。

圖5 模具中各機(jī)構(gòu)的組裝

(2)外環(huán)型忒氣動推塊機(jī)構(gòu)(N1～N4)組裝。

外環(huán)型忒氣動推出機(jī)構(gòu)N1～N4中，四個機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同，以N1機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)為例，其組成件包括件22～件28，件22～件28組裝后構(gòu)成一個氣缸機(jī)構(gòu)，缸桿28的頂端通過螺絲與動模推板17緊固組裝在一起；缸體則安裝在動模板18與型環(huán)固定板19組合板內(nèi)的腔槽中。

(3)氣動推塊機(jī)構(gòu)(T1～T4)組裝。

以A4腔的T4機(jī)構(gòu)為例，模具在P2面打開時，流道廢料與塑件在點澆口位置處被崩斷，而后P3面打開，脫料板13將流道廢料從拉料桿34的下端及澆道法蘭35的主澆道內(nèi)推出。但水平流道廢料易粘附在脫料板13的下底面，有時不能完全脫離，因而設(shè)置氣動推塊機(jī)構(gòu)T4將水平流道廢料從脫料板13的下底面推離。機(jī)構(gòu)的構(gòu)成零件包括件30～件33。通過向充氣管道4內(nèi)注入高壓氣體，由高壓氣體和推塊彈簧31共同將推塊30推出。

(4)模具開閉控制機(jī)構(gòu)組裝。

如圖5b所示，P1～P5面的打開由以下機(jī)構(gòu)件控制：件37～件40用于定模部分P2、P3、P4面的控制，件55、件56、件57用于P1面的控制，機(jī)構(gòu)N1～N4用于P5面的控制。

(5)螺紋型忒機(jī)構(gòu)組裝。

機(jī)構(gòu)組件包括件42～件54。上軸承44、下軸承49都設(shè)置有相應(yīng)的注油孔用于注油防止磨損。

(6)中間傳動齒輪機(jī)構(gòu)M2組裝。

機(jī)構(gòu)組件包括件58～件63、件66、件67、件69～件72。型忒齒輪46、上齒輪58、中心軸62都采用Cr40制造，制造精度為6級。中心軸62上設(shè)置3個軸承的注油孔，以及一個下端齒輪注油孔。

6 模具工作原理

結(jié)合圖5所示，模具的工作原理為：

①閉模。注塑模具閉合，注塑機(jī)對模腔完成注塑后，等待開模。

②P1面打開。模具動模下行，在撐開彈簧57的撐開作用下，模具首先在P1面處打開，該處打開時，圖5a中所示的型忒定位桿離開螺紋型忒48的下端，為螺紋型忒48的軸向下行讓出空間，完成螺紋型忒去除軸向限位動作。P1面打開距離為30 mm后，勾塊55拉住下墊板20，底板21拉動P1面以上的模板繼續(xù)下行。

③P2面打開。動模下行時，由于樹脂套39、套柱40的作用，模具在P2面處打開，實現(xiàn)塑件與廢料分離，完成澆口崩斷動作。P2面打開距離45 mm。

④P3面打開。動模繼續(xù)下行，P3面打開時，脫料板13將流道廢料從拉料桿34上推出，同時，氣動推塊機(jī)構(gòu)T1～T4動作，保證流道廢料從脫料板13上脫出，實現(xiàn)流道廢料脫模。P3面打開距離15 mm。

⑤P4面打開。動模繼續(xù)下行，由于外環(huán)型忒氣動推出機(jī)構(gòu)N1～N4的閉合，模具在P4面處打開，從而使模腔打開，塑件留于動模上，模腔打開動作完成。此后，驅(qū)動機(jī)構(gòu)M1動作，驅(qū)動螺紋型忒48在螺紋環(huán)52的導(dǎo)向下，邊旋轉(zhuǎn)抽忒，邊下行，完成螺紋抽忒動作。P4面打開距離55 mm。

⑥P5面打開。外環(huán)型忒氣動推出機(jī)構(gòu)N1～N4動作，推動動模推板17及其上的外環(huán)型忒41將塑件從內(nèi)型忒43上頂出，實現(xiàn)塑件完全脫模，從而完成塑件推出脫模動作。P5面打開距離15 mm。

⑦復(fù)位。復(fù)位過程按開模過程的反順序復(fù)位，模具閉合，等待下一注塑循環(huán)。

7 結(jié)語

為實現(xiàn)內(nèi)螺紋塑件高產(chǎn)、長壽、操作方便等生產(chǎn)要求，塑件使用一種改進(jìn)型三板模具進(jìn)行成型，模腔布局為1模4腔。模具動模部分無頂出機(jī)構(gòu)設(shè)置，改進(jìn)為5塊模板組合結(jié)構(gòu)，方便螺紋型忒機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、中間傳動齒輪機(jī)構(gòu)及外環(huán)型忒氣動推出機(jī)構(gòu)的安裝。模具分5次分型打開，對應(yīng)塑件及流道脫模的5個動作需要，5個動作分別為：螺紋型忒去除軸向限位、澆口崩斷、流道廢料脫模、模腔打開、塑件推出脫模。模具中，為滿足模具高產(chǎn)、長壽的要求，改進(jìn)的要點有8個：①模架使用新型具有多板結(jié)構(gòu)的無頂出三板模架，分5次分型打開；②模腔布局使用移動式布局；③螺紋型忒機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)的傳動精度為6級；④使用氣動推塊機(jī)構(gòu)防止流道廢料粘模；⑥模腔導(dǎo)柱頂端開設(shè)通氣槽防燒死，并設(shè)置偏心導(dǎo)柱以防出現(xiàn)裝配錯誤；⑦使用氣動推出機(jī)構(gòu)頂出塑件以確保塑件無損頂出；⑧增設(shè)潤滑系統(tǒng)保證脫螺紋機(jī)構(gòu)的使用壽命。