汽車旋鈕升舉螺桿式推板同步推出機構(gòu)注射模改進設(shè)計

徐文慶，熊建武，陳黎明，劉少華，胡智清，張云

(1.湖南財經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機電工程系,湖南衡陽 421002； 2.湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院,長沙 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驅(qū)動螺紋型芯轉(zhuǎn)動,螺紋型芯在型芯軸向方向上不移動,只做轉(zhuǎn)動；配合螺紋型芯的轉(zhuǎn)動,推板推動旋鈕塑件沿螺紋型芯螺紋前進的反方向脫出,推板的推動力一般使用彈簧來驅(qū)動。此種內(nèi)螺紋機構(gòu)的設(shè)計有一個致命的缺點,就是在模具實際使用時,彈簧的驅(qū)動力變化大,難以精確控制,導致螺紋型芯在旋轉(zhuǎn)抽芯時,對旋鈕塑件的內(nèi)螺紋形成一定的擠壓力而破壞螺紋成型精度。筆者針對此問題,對一種三板式點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)螺紋脫模機構(gòu)進行了改進,設(shè)計了一種螺紋型芯旋轉(zhuǎn)+升舉螺桿式同步推出型脫螺紋機構(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,結(jié)合塑件的強度及使用性能要求,選用玻纖改性尼龍PA66+40%GF,該材料有較好的強度和耐磨性能,能滿足塑件外觀要求高、使用壽命長、有一定的緊固結(jié)構(gòu)強度等要求。該材料經(jīng)混料、烘料等處理措施后,測得該材料的綜合縮水率為0.58%。

圖1 塑料件

塑件模具設(shè)計的難點有以下幾個[4-7]：第一,塑件高度相對較高,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構(gòu),特別是在多腔布局下,螺紋抽芯機構(gòu)設(shè)計需考慮多個螺紋機構(gòu)的并行使用,模具整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計在兼顧制造成本和機構(gòu)工作可靠性兩種情況下更為困難。

2 旋鈕模具設(shè)計

依據(jù)塑件的產(chǎn)量及精度要求,結(jié)合材料特點,設(shè)計了三板點澆口模具,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)動機構(gòu)安裝的動模墊板7。推板4、動模板5為活動板,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。動模板5與動模墊板7組合在一起,主要用于驅(qū)動齒輪14 等機構(gòu)件的安裝。定模板3 與推板4之間在P3面處閉合時,需要設(shè)置精定位塊進行定位。推板4與動模板5在P4面處閉合時依靠導套和導柱的運動副進行定位。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,針對單腔模腔,使用單點單澆口進行澆注,澆口開設(shè)于塑件頂部中心位置,點澆口直徑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 個開模面P1,P2,P3,P4 閉合時,模具處于閉合狀態(tài),即合模狀態(tài)。注塑機通過其噴嘴對模具的各模腔進行注塑,注塑后,經(jīng)保壓、冷卻等過程后準備開模。

(2)開模時,注塑機動模板帶動動模下行,模具按P1→P2→P3→P4的次序依次打開。

(3)P1 面打開時,流道廢料在點澆口處與塑件分離,P2 面打開時,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脫落,P3 面打開時,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的張力推動下,將推動推板4 向上頂起,P4 面準備開啟。此時,驅(qū)動齒輪14 的驅(qū)動電機啟動,推動螺紋型芯12轉(zhuǎn)動,塑件在其底端面孔特征的成型凸臺限制下不能轉(zhuǎn)動,在螺紋型芯12 旋轉(zhuǎn)抽芯的同時,推板4 推動其上的外套型芯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而自動脫落。模具閉合時,P4面最后閉合。

3 模具生產(chǎn)問題

上述模具應(yīng)用于實際生產(chǎn)后,出現(xiàn)了以下問題：第一個是塑件成型的內(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?。第二個是模具成型塑件約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,導致塑件被外套型芯13向上抬頂時,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,機構(gòu)工作的可靠性將會降低。因而,針對此問題,針對推板4的頂出,改進設(shè)計了一種同步推出型脫螺紋機構(gòu),來解決此問題,機構(gòu)的改進方案如下。

4 升舉螺桿式同步推出脫螺紋機構(gòu)

4.1 機構(gòu)結(jié)構(gòu)組成

螺紋機構(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 的上升運動與螺紋型芯12 旋轉(zhuǎn)抽芯時塑件在其上的上升同步。要達到此目的,需要將圖2 中的彈簧6 去除,改裝一種同步推出升舉機構(gòu)。機構(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,能承擔一定的軸向推力,其軸向不能移動。螺紋型芯齒輪24由中間齒輪16驅(qū)動。中間齒輪16由螺桿齒輪17驅(qū)動。

圖3 螺紋機構(gòu)結(jié)構(gòu)

中間齒輪16為螺紋型芯齒輪23與螺桿齒輪17之間的傳動齒輪,通過軸承安裝在動模板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而不能旋轉(zhuǎn)。止轉(zhuǎn)滑套19 用壓緊塊21 壓緊安裝在動模板5 上的對應(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,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)動馬達(停止信號)。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)系進行控制,而不是由原始設(shè)計中的推板彈簧6頂出進行控制,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。機構(gòu)在模具中的組裝重點為：止轉(zhuǎn)滑套19與螺桿配合面有一平位,裝模時可以把升舉螺桿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)位時能動作。

4.2 機構(gòu)工作原理

機構(gòu)的工作原理如圖4 所示。螺紋型芯12 被其驅(qū)動馬達驅(qū)動實施轉(zhuǎn)動抽芯時,其上的螺紋型芯齒輪24 驅(qū)動中間齒輪16 轉(zhuǎn)動,從而驅(qū)動螺桿齒輪17 做同步轉(zhuǎn)動,螺桿齒輪17 的轉(zhuǎn)動,通過其中心孔內(nèi)的內(nèi)螺紋傳動,驅(qū)動升舉螺桿18 上升,從而驅(qū)動推板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。從而達到塑件脫螺紋時推板4的同步推出。合模前,螺紋型芯12 的驅(qū)動馬達反轉(zhuǎn),先把升舉螺桿18 旋回復(fù)位。升舉螺桿18 復(fù)位要準確,復(fù)位時壓下杠桿22,杠桿22 觸動行程開關(guān)23使螺紋型芯12的驅(qū)動馬達停止。復(fù)位時,動作與推出時相反,但驅(qū)動馬達的控制則需在模具的P3面閉合前提前動作,以免定模板強迫驅(qū)動推板4 完成復(fù)位而損壞升舉機構(gòu)。

圖4 機構(gòu)工作原理

4.3 機構(gòu)在模具中的排位

機構(gòu)在模具中的布置如圖5所示。

圖5 機構(gòu)在模具中的布置

螺紋型芯和升舉螺桿的布置采用對稱式均衡布置,以保證機構(gòu)動作時能平穩(wěn)地推動推板進行頂出。模具中,有8個螺紋型芯12,分2組進行本機構(gòu)設(shè)置。1 組中,如圖5 所示,1 個中間齒輪16 驅(qū)動2個螺桿齒輪17,和4 個螺紋型芯齒輪24。2 個同步推出機構(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)螺紋脫模機構(gòu)改進為螺紋型芯旋轉(zhuǎn)+升舉螺桿同步推出式脫螺紋機構(gòu),解決了內(nèi)螺紋最后脫模脫出時螺紋受力較大,易產(chǎn)生變形、甚至損壞的生產(chǎn)問題。由于推板同步推出,不會像彈簧彈推板那樣對螺紋較細的內(nèi)螺紋產(chǎn)品有損壞,從而適合螺紋較細和螺紋要求較高的螺紋產(chǎn)品。模具結(jié)構(gòu)布置合理,機構(gòu)動作可靠、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)計和機構(gòu)設(shè)計提供了有益借鑒。