洗发水瓶盖自动脱螺纹及圆弧抽芯注塑模设计

摘要：根据洗发水瓶盖的结构特点设计了一副注塑模具，模具的动模采用外螺纹自动脱模机构和圆弧侧向抽芯机构，外螺纹自动脱模机构动力来源于油缸液压，而圆弧侧向抽芯机构则不需要任何外部动力。模具结构复杂，巧妙新颖，可供同行参考借鉴。

关键词：洗发水瓶盖；圆弧抽芯；外螺纹自动脱模机构；液压；螺纹型芯；强行脱模

0 前言

螺纹自动脱模机构是塑料注射模具中最复杂的脱模机构之一，它是通过螺纹型芯的转动而使塑件脱离模具。因其适合各种牙型，生产效率高，且易实现全自动化生产而被广泛使用。螺纹自动脱模机构的结构很多，动力来源包括液压油缸，电动马达和注塑机开模的力量^[1]。本文介绍一副通过液压油缸推动齿条，再通过齿轮传动来实现螺纹型芯旋转脱离塑件的塑料注射模具。

1   塑件分析

成型塑件是洗发水瓶的瓶盖，材料为PP，收缩率取1.5/100^[2]。塑件结构复杂，瓶嘴有一段弧形圆孔，圆弧半径88.5mm，需要圆弧侧向抽芯。中间圆柱的内孔有两圈弧形凹槽，凹槽深度0.15mm，可以强行脱模。中间圆柱的外表面有梯形螺纹，牙高1mm，通常外螺纹可以采用哈夫块侧向抽芯机构，但本塑件因结构及尺寸限制，不能采用侧向抽芯机构，也不能采用强行脱模，需要采用外螺纹自动脱模机构。为了防止脱螺纹时塑件被扭断，同时也为了提高塑件刚性，塑件上设计了一个止转面和七个止转骨。塑件的脱模是模具设计的重点和难点。

图1 洗发水瓶盖

2   模具结构设计

客户要求模具一次生产八个塑件，排位时排成两排，瓶嘴朝外，以便于侧向抽芯。瓶嘴弧形圆孔采用圆弧抽芯机构，该机构由圆弧侧抽芯5，圆弧导向块7，锁紧块6和圆弧抽芯推拉块2组成。它不需要任何外部动力，而是由圆弧侧抽芯5、圆弧导向块7和圆弧抽芯推拉块2三个零件在开模时产生的相对运动，使圆弧侧抽芯5产生圆弧运动，实现圆弧抽芯，结构简单，新颖巧妙。外螺纹采用自动脱螺纹机构，脱螺纹时，螺纹型芯13一边转动一边在导向螺母14的引导下后退，实现外螺纹自动脱模^[3]。该机构由螺纹型芯13，齿轮20，齿轮轴19，齿条32，轴承17和油缸30组成，动力来源是液压。塑件最终由推板29和推板镶件4强行推出。

模具结构见图2。

2．1   浇注系统

模具采用普通浇口浇注系统，由于塑件外形为圆形，不宜采用侧浇口，模具采用了潜伏式浇口，从塑件的外圆柱面进料，这样不但可以保证外观质量，而且浇口可以自动切断，提高了模具的劳动生产率，便于模具采用自动化生产^[4]。需要注意的是，由于采用推板推出，流道凝料的拉料杆必须固定在动模板上，而不能固定在其他板上。

2．2   成型零件

本模具的成型零件包括定模镶件44，动模螺纹型芯13，动模型芯11，推板大镶件4，推板小镶件10,圆弧抽芯5和长型芯16等。在模具工作过程中，除了动模长型芯16相对固定不动外，其他成型零件都要作相应的运动^[5]。其中螺纹型芯由齿轮带动，既作回转运动，又作轴向运动。圆弧抽芯5则由推拉块2拉动抽芯及推动复位。推板29既是成型零件又是推出零件。

2．3   外螺纹自动脱模机构

模具的外螺纹自动脱模机构设置在动模内，由液压油缸30推动齿条32，齿条32推动齿轮轴19，再通过齿轮20带动螺纹型芯13转动，螺纹型芯13一边转动一边由导向螺母14导引下后退脱离塑件。模具的齿轮传动详见图3。齿轮传动各参数设计如下：

1.模数：模数的确定须根据国家标准GB1357-87，以及齿条的尺寸，齿轮的尺寸，塑件螺纹圈数等因素确定。注塑模自动脱螺纹机构中的齿轮模数通常取1.5或2，本模中传动齿轮的模数取1.5。

2.传动比：在确定齿轮齿数时，先必须考虑传动比。传动比与选择哪种驱动方式有关系，当选择电机作为动力来源时，因传动无限制，传动比应取小一点，这样既可以使结构紧凑，节省空间，又有利于降低马达瞬间启动力，还可以减慢螺纹型芯旋转速度，一般取0.25≤i≤1；当用齿条+锥度齿或来福线螺母驱动时，因传动受行程限制，传动比须取大一点，一般取1≤i≤4。本模具采用液压+齿条的驱动方式，为了减小油缸推动齿条的行程，进而减小油缸的长度，传动比宜取大一点，综合考虑后取3^[6]。

3.齿数：根据公式：d=mz,模数确定后，齿轮的齿数则由齿轮分度圆直径决定。

齿轮分度圆直径又取决于排位时确定的齿轮之间的中心距和传动比。

根据模具塑件的大小及排位，确定主动轮和被动轮之间的中心距为60mm，根据所确定的传动比，主动轮半径45mm，被动轮半径15mm。

由此得主动轮齿数：z1=(45×2)÷1.5=60

      被动轮齿数：z2=（15×2)÷1.5=20

一般来说，当中心距一定时，齿数越多，传动越平稳，噪音越低。但齿数多，模数就小，齿厚也小，致使其弯曲强度降低，因此在满足齿轮弯曲强度条件下，尽量取较多的齿数和较小的模数。为避免干涉，齿数一般取Z≥17，螺纹型芯的齿数尽可能少，但最少不少于14齿。基于以上理由，螺纹型芯上的齿轮齿数z3取17。传动比=60÷17=3.53≤4，较合理。

2．4 圆弧侧向抽芯机构

圆弧侧向抽芯机构是本模具最重要的、也是设计中值得推介的机构。它是在动模侧增加一个开模面，利用两个速度不同的直线运动合成一个圆弧运动，从

而使圆弧侧向抽芯5产生一个圆弧运动，实现侧向圆弧抽芯。圆弧抽芯机构的设计步骤如下：

（1）确定圆弧抽芯行程，即抽芯旋转的角度：安全距离取3.5mm，用作图法测得旋转角度为28°。见图4（1）。

（2）确定斜槽的倾斜角度：先确定圆弧侧向抽芯滑动端的尺寸，确定滚动销钉的位置，再连接销钉圆心和侧抽芯圆弧的圆心，连接线的倾斜角度即为斜槽的倾斜角度，用作图法测得该角度为37°。该角度通常取35°～45°^[7]。见图4（2）。

（3）求动模板和推拉块固定板的开模距离，即分模面2的开模距离：当旋转角度和斜槽倾斜角度确定后，用作图法测得该距离为69.62mm，为方便起见取70mm. 见图4（3）。

图4 圆弧抽芯机构的设计

3 模具工作过程:

模具圆弧抽芯及开模过程见图5。

第一步：熔胶通过主流道、分流道，经潜伏式浇口进入模具型腔，在型腔中冷却固化到具有足够的刚性后，油缸30通过液压推动齿条32，齿条32带动齿轮轴19转动，齿轮轴19通过键带动齿轮20，齿轮20带动螺纹型芯13转动。螺纹型芯13一边转动，一边在导向螺母14的导引下后退，脱离塑件。实现外螺纹自动脱模。

第二步：完成螺纹脱模后，注塑机拉动模具动模部分后退，在定距分型机构的作用下，模具先从分型面1处打开，此时锁紧块6脱离圆弧侧向抽芯5，为圆弧抽芯做好准备。分型面1的开模距离为50mm。

第三步：动模继续后退，在弹簧45的作用下，模具再从分型面2处打开，开模距离为70mm。在这一过程中推拉块2通过斜槽拉动圆弧侧抽芯5，圆弧抽芯上的圆销一边随动模后退，一边沿推拉块2上的斜槽运行，最终使圆弧侧抽芯5沿圆弧导向块7内的圆弧形方槽运动，完成圆弧抽芯。

第四步：动模继续后退，拉条8拉动推板29，强行将塑件和浇注系统凝料推离动模长型芯16。模具完成一次注射成型。

第五步：合模前，液压油缸拉动齿条32先将螺纹型芯13推回复位。合模时推板29由定模板推回复位，圆弧侧抽芯5由推拉块2推回复位。

5   注意事项：

（1）必须严格控制自动脱螺纹时间, 保证在分模面2打开之前,螺纹型芯13完全脱离塑件。否则螺纹型芯会将塑件拉断。

（2）塑件上螺纹柱内外面都必须设计止转结构，否则在脱螺纹过程中，螺纹柱受到扭力作用会变形，甚至被扭断。见图1.

6   结束语

模具采用“油缸+齿条”自动脱螺纹机构是常见的机械脱螺纹机构，但在圆弧抽芯方面，没有借助任何外力，而是将开模运动和斜向运动合成为圆弧抽芯，结构简单，设计新颖巧妙，值得同行参考借鉴。该模具试模时一次成功，实践证明这种结构是非常成功的。模具自放产以来动作稳定可靠，制品脱模安全顺利，塑件质量符合设计要求。

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