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          塑料旋鈕注塑模具螺紋脫模機構的設計

           塑料螺紋件可用于飲料瓶、洗滌劑瓶、藥瓶、油箱等瓶罐產品的封裝,也可用于管件零件的固定聯結。隨著塑料制品在日常生活與生產中的進一步推廣,塑料螺紋件成了日常生活中經常接觸到的物品。本文涉及的是一款用于聯結管狀零件用的塑料旋鈕
          1  塑件結構工藝性分析
                  塑料旋鈕的主要結構尺寸如圖1所示,塑件的材料為尼龍66+30%玻纖,產品注塑成型后表面要求色澤均勻、清潔,無刮痕、毛刺等機械損傷及斷裂等表面質量缺陷。縱觀塑料螺紋蓋的尺寸結構,可知塑件整體結構比較簡單,但設計其模具結構時必須注意以下幾點。
                  (1)塑件的材料為尼龍66+30%玻纖,其中尼龍66屬于結晶性塑料,冷卻成型過程中釋放出的熱量大,因此模具中必須加強對成型零件的冷卻;
                  (2)塑件外表面頂部有一環形槽,其大端寬度為2.2mm,兩邊夾角為90°,槽深為0.3mm,成型該部位的型腔應采用拼合式結構(即哈夫模)。
                  (3)塑件內表面口部有一細牙內螺紋,規格為M64×3,螺紋長度為l=9mm,可知螺紋圈數為n=3。通常情況下,塑件內螺紋的脫模方式包括采用強制式螺紋脫模機構、手動式螺紋脫模機構、或機動式螺紋脫模機構。根據塑料旋鈕的尺寸結構、材料性能及產品的自動化生產程度,確定在本模具中采用機動式螺紋脫模機構。
                  本模具采用一模兩腔的型腔布置方式,模具設計的關鍵在于側向抽芯機構、機動式螺紋脫模機構、冷卻系統的結構合理性以及模具整體的動作可靠性。其中,機動式螺紋脫模機構的結構設計尤為重要,是設計整套模具結構的重點與難點,本文將對該部分的設計做詳細闡述。
          2    機動脫螺紋機構的分析與設計
          2.1    驅動方式的確定
                  機動式螺紋脫模機構通常可利用注塑機開模力驅動、液壓與氣壓驅動或電機驅動等,綜合考慮各種驅動方式的特點,確定在本模具中采用氣壓驅動。采用氣壓驅動的螺紋脫模動作與模具的開閉模動作無關,驅動部件的驅動行程不受模具閉合高度的限制,但螺紋部分長度受到氣缸活塞行程的限制。
                  脫模動作過程是:模具開模結束后,開啟氣壓閥,壓縮空氣進入氣缸5,推動氣缸活塞桿,并驅動齒條4作直線運動,齒條帶動雙聯齒輪1,雙聯齒輪通過齒輪3帶動螺紋型芯2旋轉,使螺紋型芯脫離塑件的螺紋結構。
          2.2    成型零件的設計
                  根據產品的結構特點,結合機動式螺紋脫模的動作原理,設計出的模具成型零件結構,主要由上模型腔鑲件、下模型腔鑲件、下模型芯、推桿、螺紋型芯及滑塊等零件構成。其中滑塊6用于成型環形槽,并在開模時實現該部位的側向分型;螺紋型芯5用于成形塑件的內螺紋結構,并在脫模機構帶動下完成螺紋脫模動作;推桿3用于成形塑件的頂部結構,并在完成螺紋脫模動作后推出塑件。
          2.3    傳動部件的設計
                  傳動部件的作用是將氣缸的直線驅動運動轉換為螺紋型芯的旋轉運動,并通過齒輪的變速與變向,實現螺紋型芯的脫模與復位。傳動部件主要由螺紋型芯、螺套、雙聯齒輪、大齒輪、圓錐滾子軸承、齒條及導滑座構成。
                  (1)螺紋型芯與導向螺套的設計
                  根據機動式螺紋脫模機構的工作原理,脫模時螺紋型芯將在雙聯齒輪的帶動下旋轉,因此必須在螺紋型芯上設置嚙合齒,結合螺紋型芯的結構尺寸,在螺紋型芯上設置模數為m=2、齒數為z1=38的齒輪,齒寬為B1=28mm。另外,螺紋型芯在旋轉脫模的同時也作軸向移動,以逐漸脫離塑件,而且螺紋型芯每轉一周的軸向移動距離應與塑件內螺紋的螺距一致,因此根據塑件的螺距在螺紋型芯上設置相應螺紋結構。與此同時,為了方便導向螺孔的加工、維護及模具的裝配,在螺紋型芯下方設置一件導向螺套,以對螺紋型芯作脫模導向。
                  (2)雙聯齒輪的設計
                  為了方便雙聯齒輪的加工,將與螺紋型芯相嚙合的大齒輪作為單獨零件加工,齒輪模數為m=2、齒數為z2=60,為了確保脫模過程中能與螺紋型芯上的齒輪完全嚙合,大齒輪的齒寬設計為B2=40mm。雙聯齒輪上與齒條嚙合傳動的小齒輪模數為m=2、齒數為z3=25、齒寬為B3=30mm。
                  在模具的動作過程中,雙聯齒輪只做旋轉運動,因此必須對該零件進行固定,結合零件的尺寸結構,在雙聯齒輪兩端選用型號為32006X2的圓錐滾子軸承進行支承固定。
                  (3)齒條及其導滑座的設計
                  齒條在氣缸的驅動下帶動齒輪旋轉,在螺紋型芯脫模與復位過程中,齒條與齒輪相嚙合,因此齒條的模數為m=2,同時考慮到雙聯齒輪中小齒輪的齒寬為B3=30mm,齒條的齒寬設計為B4=26mm。
                  即氣缸的最小驅動行程為299mm,機構中氣缸的驅動行程確定為L=320mm。
                  為了提高齒條滑動的運動精度,在模具中設置一個導滑座,以對齒條進行滑動導向。
          2.4    驅動部件的設計
                  驅動部件的作用是為脫模機構的運動提供動力,主要由氣缸、導滑塊、支座、行程開關、接觸桿等組成。
                  (1)氣缸的選用
                  氣缸是脫模機構的驅動零件,在壓縮空氣的作用下引導活塞作直線往復運動,從而驅動傳動部件完成螺紋脫模與復位動作,其中,氣缸的驅動行程必須能滿足齒條的行程要求。綜合齒條的驅動行程及模具的結構,確定氣缸的規格型號為QGA-FQ50×320-L2,其中各參數的含義如下:
                  QG——氣缸;
                  A——無緩沖;
                  FQ——前法蘭式;
                  50——氣缸缸徑(mm);
                  320——氣缸行程(mm);
                  L2——桿式連接件。
                  (2)氣缸支座與導滑塊的設計
                  氣缸支座用于安裝固定氣缸,由前后端板及側板拼接而成,結構中氣缸利用其前法蘭安裝在支座后端板上,并通過支座前端板與模具聯結固定。導滑塊用于聯結氣缸活塞桿和齒條,為確保齒條平穩運動,應在支座兩塊側板上開設導滑槽,以實現對導滑塊的導向,同理,支座導滑槽的長度應能滿足氣缸驅動行程的要求。
                  (3)驅動行程的控制
                  在塑件脫模與復位的過程中,齒條行程不足將導致脫模困難或復位不完全,而行程過大則容易造成模具零件之間的干涉,因此為了避免類似情況發生,模具結構中必須設置相關裝置對滑塊行程加以限制。機構中分別在支座的前后端板上各安裝一個行程開關,并在導滑塊上固定一件接觸桿,用于限定導滑塊的極限位置,控制氣缸的驅動行程。
          3    機動脫螺紋機構的整體結構與動作原理塑
                  料旋鈕機動式螺紋脫模機構的整體結構及主要零部件,其工作原理與動作過程如下。
                  (1)機構的脫模動作
                  塑件螺紋脫模動作必須在模具開模、滑塊5完成塑件外部環形槽的側向抽芯之后進行。開始脫模時,氣缸12進氣口A進氣,氣缸活塞桿驅動導滑塊14、齒條27做直線運動,齒條帶動雙聯齒輪23做逆時針旋轉,并通過大齒輪22帶動螺紋型芯7做順時針旋轉,在導向螺套的導向下螺紋型芯向下運動,逐漸脫離塑件螺紋結構。脫模到位時,接觸桿10接觸到行程開關B并通過控制系統發出停止信號,進氣口A停止進氣,脫模動作結束。
                  (2)機構的復位動作
                  恰好相反,機構的復位動作必須在模具合模之前完成。開始復位時,氣缸進氣口B進氣,氣缸的活塞桿驅動導滑塊、齒條復位,齒條帶動雙聯齒輪做順時針旋轉,并通過大齒輪帶動螺紋型芯做逆時針旋轉,在螺套的導向下螺紋型芯向上運動,逐漸完成復位動作,螺紋型芯恢復原位時,接觸桿接觸到行程開關A并通過控制系統發出停止信號,進氣口B停止進氣,復位動作結束。
          4    結論
                  在塑料旋鈕注射模具機動式螺紋脫模機構的結構設計中,通過選擇確定合適的脫模驅動方式,設計合理的成型零件、傳動部件及驅動部件等結構,有效地解決了機動式螺紋脫模動作的工藝難題。實際生產證明,該模具的機動式螺紋脫模機構結構合理、動作可靠、操作簡便,塑件質量符合設計要求。


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