具有内螺纹的红酒瓶盖注塑模具设计研究

　　摘要：针对红酒瓶盖具有较多的内螺纹而导致脱模困难的问题, 根据红酒瓶盖的形状结构, 设计了一套基于自动旋转脱螺纹的红酒瓶盖注塑模具。在设计分析的过程中, 采用“油缸+齿条+齿轮”结构进行模具设计。在该模具结构中, 采用液压动力, 并依据注塑模的工作原理进行打造。模具设计时采用二次脱模的结构, 在进行脱模的过程中, 螺纹芯片依循导向螺母的引导, 边旋转边完成塑件的脱离工作。其最终脱模工作的实现通过导管推出达成。采用的二次脱模结构, 设计思路新颖, 而且还能够有效缓解因塑件包紧力过大而带来的一系列问题。

　　关键词：红酒瓶盖; 内螺纹; 自动脱模; 二次脱模; 模具设计;

　　Abstract：Aiming at the difficult problem of mold release caused by more internal threads of red wine bottle cap, a set of injection mould for red wine bottle cap was designed based on the shape and structure of red wine bottle cap.In the process of design analysis, the structure of“oil cylinder+rack+gear”is used to design the mould.In this mould structure, hydraulic power is used based on the working principle of injection mould.The mould design adopts the structure of the secondary ejection.In the process of stripping, the thread is guided by the guide nut, and the disengagement of the plastic part is completed by the side rotating edge.The ultimate deformable work is achieved through a catheter.The second type of die structure is adopted, and the design idea is novel, and it can also effectively alleviate the problems caused by the over-tightening of the plastic parts.

　　Keyword：red wine bottle cap; internal thread; automatic stripping; secondary ejection; mould design;

　　红酒瓶盖, 这类盖类零件, 都有内螺纹, 如果选择强制脱模, 那么必然对螺纹有损坏, 多螺牙, 及后期的安装配合都有影响。由于塑件批量较大, 一模四腔, 模具采用螺纹自动脱模机构。塑件为筒状零件, 从顶部中心进料便于排气和熔体流动, 是保证外观成型质量的最佳选择, 故模具采用点浇口浇注系统。塑件为圆形回转体, 故成型零件亦采用圆形回转体。参考相关模具设计资料[1], 在国内外很多专家学者自动旋转脱螺纹方面也做出了比较多的探索[2], 综合相关专家学者的研究, 进行了基于自动旋转脱螺纹技术的红酒瓶盖注塑模具设计。

　　1、塑件结构分析

　　图1是一个塑料红酒瓶盖的模型。

图1 塑件结构示意 (单位:mm)

　　由图1可以看出, 在进行该瓶盖设计的过程中, 其内部进行了一圈矩形螺纹的设计。因此在进行该红酒瓶盖脱模的过程中, 必须要依据螺纹的走向进行脱模, 而不能采用蛮力强制完成脱模的工作。由此可见, 在进行红酒瓶盖设计的过程中, 必须要依据其基本的设计要求, 在满足瓶盖设计的需求上, 同时还要具备一定的美观性, 这也促使瓶盖的脱模注塑设计成为该课题研究的重点和难点所在。因此结合瓶盖设计的需求和标准, 以下在实现瓶盖自动脱模注塑模的打造上, 采用ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物) 材料。

　　2、模具零件设计

　　由于塑件的侧面不是垂直的, 不属于圆柱形, 一头大, 切有圆弧相切, 圆弧切点为最高点, 所以这里可以作为分型线。在进行分型面选择的过程中, 必须要符合以下几个基本的要求, 首先分型面的选择必须以有助于脱模为最终标准。同时在进行选择的过程中, 必须要充分保证塑件设计外观质量及精度达标。同时也必须充分满足成型零件的制造需求, 而且分型面还必须有良好的排气功能。因此, 在设计的塑件结构基础上, 所确定的分型面如图2所示。

图2 塑件分型面

　　2.2、模具整体装配图的设计方案

　　塑件是一种圆形薄壁壳状零件, 因此其对外表面要求高, 并且两侧面没有孔或者任何形状, 直接上下分模就可以, 由于该塑件产品内表面有一段内螺纹, 故不适合采强行脱模方式, 也不适合侧向抽芯机构脱模, 综合考虑后决定采用螺纹自动脱模机构设计该模具, 模具总装示意如图3所示。中小型凹模设计通常是整体式凹模。该设计中间抽芯只有一个芯棒, 所以采用整体凹模, 在进行塑件设定上, 选择筒状模式, 在具体的操作上, 可以从顶部中心进料。这种设计一方面是有助于更好的排气效果, 同时还可以充分促使材料在浇注过程中实现充分流动。因此在进行浇注系统的选择上选用的是点浇口浇注系统。本套模具采用J54-S200/400注射机。定模座板是整套模具固定的板, 材料为45钢。两座板之间是成形的模具, 为使得模具工作, 必须要装在机器上, 这时需要夹具等把机器与座板固定牢。用于固定的型芯, 经计算厚度为22mm, 动座板是移动工作台面和固定工作台面接触的模板, 对刚度与强度要求不高, 一般可采用Q235或45钢材料。塑件为圆形回转体, 故成型零件亦采用圆形回转体。其中定模成型零件为圆形定模镶件32, 它通过压板33固定在定模板31上。动模成型零件则由动模镶件28、29、推管型芯13以及螺纹芯型24组合而成。动模镶件28, 29通过螺钉固定在动模板上, 是非常巧妙的设计方案, 由此可以减少一块模板, 推管型芯13固定在模具底板12上。

　　2.3、螺纹旋转脱模结构

　　因为红酒瓶盖注塑模属于深腔类模具, 塑件对动模型芯的包紧力较大, 塑件内部有一凸起圆管, 脱模时很容易断裂。为解决这一问题, 模具采用二次脱模结构。第一次脱模时, 塑件相对于动模不动 (既不转动, 也不作轴向运动) , 而螺纹型芯24在大齿轮8的带动下一边旋转, 一边后退脱离塑件。当螺纹型芯24完全脱离塑件后, 推管16最后将塑件推离模具, 完成第二次脱模。推管16固定在推杆固定板15上, 和螺纹型芯24配合公差取H7/h6。螺纹旋转脱模结构示意如图4所示, 大齿轮结构示意如图5所示。

图3 模具总装示意 (单位:mm)

图4 螺纹旋转脱模结构示意 (单位:mm)

　　在进行脱模的过程中, 借助螺纹的旋转从而实现脱模目标, 而且塑件最终成型是通过顶出方式实现的。由图3可知, 借助这种脱模方式尽可能保证塑件的外观和造型。在进行塑件脱模设计上, 首先是启模, 此时螺纹型芯实现转动。而其退出同时推动滑块外移, 然后顶板通过拉料杆, 顶套将浇点顶断, 并将料头和制品顶出。合模前, 在弹簧作用下, 顶套先复位, 合模时, 齿条带动螺纹型芯空转, 由契紧块推动滑块使螺纹型芯复位。采用这种结构进行脱模不仅紧凑, 而且容易操作。而且借助这种方式还能够有效地节约生产成本。因此, 这种方式比较适合进行批量生产的塑件。内螺纹的螺距是3.2 mm, 脱模时塑件移动距离25mm, 小齿轮模数1.5 mm, 小齿轮数z1为20齿, 大齿轮数z2为90齿, 大小齿轮的压力角均取20°。此时的传动比i为0.222 (z1与z2比值) , 其中螺纹型芯24既是成型零件, 又是螺纹自动脱模机构核心零件。这套模具由油缸37、连接柱38、油缸固定座39、齿条21、齿轮轴9、大齿轮8以及齿轮型芯24组成。

图5 大齿轮结构示意 (单位:mm)

　　2.4、冷却系统的设计

　　该模具的冷却系统由直通式冷却水管和环形冷却水道组成, 定模冷却水通过定模板31进入定模镶件32的环形水道;动模冷却水通过动模板30分别进入圆形动模镶件28, 29。冷却水绕圆形镶件一圈后再通过模板流出。圆形镶件上的水道和密封圈设计如图6所示。

图6 镶件冷却系统

　　3、模具的工作过程

　　如图3所示, 螺纹型芯24为浮动的结构, 开模后, 它在油缸的推动下一边旋转, 一边后退脱离塑件, 实现螺纹自动脱模。具体工作过程如下。

　　1) 模具完成注射成型后, 注塑机拉动动模, 模具首先从分型面Ⅰ处开模, 此时拉料杆35拉住流道凝料脱离定模镶件32, 实现流道凝料和塑件的自动分离。

　　2) 分型面Ⅰ的开模距离为10 mm, 由限位钉44控制。之后模具再从分型面Ⅱ处打开, 脱料板34将流道凝料强行推离拉动料杆35, 实现流道凝料自动脱离模具。分型面Ⅱ开模距离为120mm, 由小拉杆41控制。

　　3) 最后模具从分型面Ⅲ处打开, 动定模分离。完成开模行程后, 液压油缸37推动齿条21, 齿条21推动齿轮轴9, 齿轮轴9通过键带动大齿轮8, 大齿轮8再带动4支螺纹型芯24转动, 螺纹型芯24一边转动一边在齿轮导向套18的导向下后退脱离塑件。

　　4) 当螺纹型芯完全脱离塑件后, 模具完成第一次脱模后, 液压油缸活塞运动, 注塑机顶棍通过模具的K.O.孔推动推杆底板14和推杆固定板15, 最后由推管16将塑件推出动模镶件29。模具至此完成一次注射成型。

　　合模时, 液压油缸37拉动齿条21, 通过齿轮传动使螺纹型芯24完全复位, 接着模具开始下一次注射成型。

　　4、结论

　　a) 该模具采用内螺纹自动脱模机构, 动力来源为液压, 这样就需要齿轮传动带动旋转, 方便实现塑件的自动脱落。型芯在脱模的过程中, 在导向螺母的作用下一边旋转一边推动, 这样更加稳定, 塑件在最后的过程由推管推出来。

　　b) 模具采用“油缸+齿条+齿轮”的传动机构, 脱模时螺纹型芯在导向螺母的导引下一边旋转, 一边脱离塑件。这种二次脱模的方法, 成功解决了脱模内螺纹脱模难的问题, 经济效率更好。

　　参考文献
　　[1]朱光力, 万金保.塑料模具设计[M].北京:清华大学出版社, 2003.
　　[2]ZHOU X, QIAN Y, LIU Q.Design of injection mould with automatic and effective removing of screw thread and runner[J].China Plastics Industry, 2008, 38 (11) :33-36.