塑料旋钮注塑模具螺纹脱模机构的设计
2014/12/1 13:04:35
塑料螺纹件可用于饮料瓶、洗涤剂瓶、药瓶、油箱等瓶罐产品的封装，也可用于管件零件的固定联结。随着塑料制品在日常生活与生产中的进一步推广，塑料螺纹件成了日常生活中经常接触到的物品。本文涉及的是一款用于联结管状零件用的塑料旋钮。
1 塑件结构工艺性分析
塑料旋钮的主要结构尺寸如图1所示，塑件的材料为尼龙66+30%玻纤，产品注塑成型后表面要求色泽均匀、清洁，无刮痕、毛刺等机械损伤及断裂等表面质量缺陷。纵观塑料螺纹盖的尺寸结构，可知塑件整体结构比较简单，但设计其模具结构时必须注意以下几点。
(1)塑件的材料为尼龙66+30%玻纤，其中尼龙66属于结晶性塑料，冷却成型过程中释放出的热量大，因此模具中必须加强对成型零件的冷却；
(2)塑件外表面顶部有一环形槽，其大端宽度为2.2mm，两边夹角为90°，槽深为0.3mm，成型该部位的型腔应采用拼合式结构(即哈夫模)。
(3)塑件内表面口部有一细牙内螺纹，规格为M64×3，螺纹长度为l=9mm，可知螺纹圈数为n＝3。通常情况下，塑件内螺纹的脱模方式包括采用强制式螺纹脱模机构、手动式螺纹脱模机构、或机动式螺纹脱模机构。根据塑料旋钮的尺寸结构、材料性能及产品的自动化生产程度，确定在本模具中采用机动式螺纹脱模机构。
本模具采用一模两腔的型腔布置方式，模具设计的关键在于侧向抽芯机构、机动式螺纹脱模机构、冷却系统的结构合理性以及模具整体的动作可靠性。其中，机动式螺纹脱模机构的结构设计尤为重要，是设计整套模具结构的重点与难点，本文将对该部分的设计做详细阐述。
2 机动脱螺纹机构的分析与设计
2.1 驱动方式的确定
机动式螺纹脱模机构通常可利用注塑机开模力驱动、液压与气压驱动或电机驱动等，综合考虑各种驱动方式的特点，确定在本模具中采用气压驱动。采用气压驱动的螺纹脱模动作与模具的开闭模动作无关，驱动部件的驱动行程不受模具闭合高度的限制，但螺纹部分长度受到气缸活塞行程的限制。
脱模动作过程是：模具开模结束后，开启气压阀，压缩空气进入气缸5，推动气缸活塞杆，并驱动齿条4作直线运动，齿条带动双联齿轮1，双联齿轮通过齿轮3带动螺纹型芯2旋转，使螺纹型芯脱离塑件的螺纹结构。
2.2 成型零件的设计
根据产品的结构特点，结合机动式螺纹脱模的动作原理，设计出的模具成型零件结构，主要由上模型腔镶件、下模型腔镶件、下模型芯、推杆、螺纹型芯及滑块等零件构成。其中滑块6用于成型环形槽，并在开模时实现该部位的侧向分型；螺纹型芯5用于成形塑件的内螺纹结构，并在脱模机构带动下完成螺纹脱模动作；推杆3用于成形塑件的顶部结构，并在完成螺纹脱模动作后推出塑件。
2.3 传动部件的设计
传动部件的作用是将气缸的直线驱动运动转换为螺纹型芯的旋转运动，并通过齿轮的变速与变向，实现螺纹型芯的脱模与复位。传动部件主要由螺纹型芯、螺套、双联齿轮、大齿轮、圆锥滚子轴承、齿条及导滑座构成。
(1)螺纹型芯与导向螺套的设计
根据机动式螺纹脱模机构的工作原理，脱模时螺纹型芯将在双联齿轮的带动下旋转，因此必须在螺纹型芯上设置啮合齿，结合螺纹型芯的结构尺寸，在螺纹型芯上设置模数为m=2、齿数为z1=38的齿轮，齿宽为B1=28mm。另外，螺纹型芯在旋转脱模的同时也作轴向移动，以逐渐脱离塑件，而且螺纹型芯每转一周的轴向移动距离应与塑件内螺纹的螺距一致，因此根据塑件的螺距在螺纹型芯上设置相应螺纹结构。与此同时，为了方便导向螺孔的加工、维护及模具的装配，在螺纹型芯下方设置一件导向螺套，以对螺纹型芯作脱模导向。
(2)双联齿轮的设计
为了方便双联齿轮的加工，将与螺纹型芯相啮合的大齿轮作为单独零件加工，齿轮模数为m=2、齿数为z2=60，为了确保脱模过程中能与螺纹型芯上的齿轮完全啮合，大齿轮的齿宽设计为B2=40mm。双联齿轮上与齿条啮合传动的小齿轮模数为m=2、齿数为z3=25、齿宽为B3=30mm。
在模具的动作过程中，双联齿轮只做旋转运动，因此必须对该零件进行固定，结合零件的尺寸结构，在双联齿轮两端选用型号为32006X2的圆锥滚子轴承进行支承固定。
(3)齿条及其导滑座的设计
齿条在气缸的驱动下带动齿轮旋转，在螺纹型芯脱模与复位过程中，齿条与齿轮相啮合，因此齿条的模数为m=2，同时考虑到双联齿轮中小齿轮的齿宽为B3=30mm，齿条的齿宽设计为B4=26mm。
即气缸的最小驱动行程为299mm，机构中气缸的驱动行程确定为L=320mm。
为了提高齿条滑动的运动精度，在模具中设置一个导滑座，以对齿条进行滑动导向。
2.4 驱动部件的设计
驱动部件的作用是为脱模机构的运动提供动力，主要由气缸、导滑块、支座、行程开关、接触杆等组成。
(1)气缸的选用
气缸是脱模机构的驱动零件，在压缩空气的作用下引导活塞作直线往复运动，从而驱动传动部件完成螺纹脱模与复位动作，其中，气缸的驱动行程必须能满足齿条的行程要求。综合齿条的驱动行程及模具的结构，确定气缸的规格型号为QGA-FQ50×320-L2，其中各参数的含义如下：
QG——气缸；
A——无缓冲；
FQ——前法兰式；
50——气缸缸径(mm)；
320——气缸行程(mm)；
L2——杆式连接件。
(2)气缸支座与导滑块的设计
气缸支座用于安装固定气缸，由前后端板及侧板拼接而成，结构中气缸利用其前法兰安装在支座后端板上，并通过支座前端板与模具联结固定。导滑块用于联结气缸活塞杆和齿条，为确保齿条平稳运动，应在支座两块侧板上开设导滑槽，以实现对导滑块的导向，同理，支座导滑槽的长度应能满足气缸驱动行程的要求。
(3)驱动行程的控制
在塑件脱模与复位的过程中，齿条行程不足将导致脱模困难或复位不完全，而行程过大则容易造成模具零件之间的干涉，因此为了避免类似情况发生，模具结构中必须设置相关装置对滑块行程加以限制。机构中分别在支座的前后端板上各安装一个行程开关，并在导滑块上固定一件接触杆，用于限定导滑块的极限位置，控制气缸的驱动行程。
3 机动脱螺纹机构的整体结构与动作原理塑
料旋钮机动式螺纹脱模机构的整体结构及主要零部件，其工作原理与动作过程如下。
(1)机构的脱模动作
塑件螺纹脱模动作必须在模具开模、滑块5完成塑件外部环形槽的侧向抽芯之后进行。开始脱模时，气缸12进气口A进气，气缸活塞杆驱动导滑块14、齿条27做直线运动，齿条带动双联齿轮23做逆时针旋转，并通过大齿轮22带动螺纹型芯7做顺时针旋转，在导向螺套的导向下螺纹型芯向下运动，逐渐脱离塑件螺纹结构。脱模到位时，接触杆10接触到行程开关B并通过控制系统发出停止信号，进气口A停止进气，脱模动作结束。
(2)机构的复位动作
恰好相反，机构的复位动作必须在模具合模之前完成。开始复位时，气缸进气口B进气，气缸的活塞杆驱动导滑块、齿条复位，齿条带动双联齿轮做顺时针旋转，并通过大齿轮带动螺纹型芯做逆时针旋转，在螺套的导向下螺纹型芯向上运动，逐渐完成复位动作，螺纹型芯恢复原位时，接触杆接触到行程开关A并通过控制系统发出停止信号，进气口B停止进气，复位动作结束。
4 结论
在塑料旋钮注射模具机动式螺纹脱模机构的结构设计中，通过选择确定合适的脱模驱动方式，设计合理的成型零件、传动部件及驱动部件等结构，有效地解决了机动式螺纹脱模动作的工艺难题。实际生产证明，该模具的机动式螺纹脱模机构结构合理、动作可靠、操作简便，塑件质量符合设计要求。
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