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高效自动脱螺纹及凝料注射模具设计 周细枝,钱应平,刘秋菊 (湖北工业大学机械工程学院,湖北 武汉430068) 摘要:以带内螺纹的护手霜瓶盖为例,通过分析制品的结构和注塑成型工艺,采用齿轮齿条机构,设计了高效自 动脱螺纹和浇注系统凝料的注射模具。重点在于精确计算并校核了齿轮齿条机构,实现了开模行程最小化,成型过程 高效化,可为类似塑件的注射模具设计提供有价值的参考。 关键词:瓶盖;内螺纹;塑料模设计 中图分类号:TQ320166+2 文献标识码:A 文章编号:1005-5770(2008) 11-0033-02 DesignofInjectionMouldwithAutomaticandEffectiveRemovingof ScrewThreadandRunner ZHOUXi2zhi,QIANYing2ping,LIUQiu2ju (SchoolofMachineryEng.,HubeiPolytechnicUniversity,Wuhan430068,China) Abstract: Takingahandcreambottlecapwithinternalscrewthreadasanexample,thestructureandinjec2 tionmoldingprocessoftheproductwereanalyzed.Theinjectionmouldwithautomaticandhigheffectiveremoving ofscrewthreadandrunnerwasdesignedbymeansofrackandpinionmechanism.Thekeypointwastheaccurate calculationandcheckout,themouldstrokegotsmallerandtheefficiencywashigher.Themoulddesigncouldbe takenasavaluablereferencetothesimilarplasticsproducts. Keywords:BottleCap;InternalThread;InjectionMouldDesign 模具内螺纹的成型一般有自动脱模机构和模外手 动脱模机构两种。模外手动脱模机构模具设计相对较 简单,但是生产效率不如自动脱模机构高。自动脱模 机构包括瓣合式螺纹型芯结构、旋转脱模机构等。瓣 合式螺纹型芯结构成型后容易出现拼缝溢料痕 迹1-2。旋转脱模机构主要是利用模具上的齿条齿轮 传动或依靠液压传动驱动旋转零件等2-4。传统设计 中采用的齿轮齿条机构主要是根据经验设计,其开模 行程较长,生产效率不高。本文以某护手霜用瓶盖为 例,通过对齿轮齿条机构的精确计算和校核,设计了 利用卧式注塑机顶出动作,由齿条驱动齿轮,带动螺 纹型芯旋转的自动脱内螺纹注射模,减小了开模行 程,提高了生产效率。 1 模具结构设计 111 制品的结构工艺性分析 护手霜塑料瓶盖如图1所示,材料为ABS,要求 较好的表面光洁度,其外表侧面为球面,瓶盖口部壁 很薄,内部有一带内螺纹的圆环形结构,使用时起旋 紧和密封作用,圆环形结构外表面有四个小凸台。 图1 护手霜瓶盖结构图 Fig1Structureofhandcreambottlecap 112 浇注系统设计和分型面选择 因使用上要求瓶盖外表面光滑,故采用针点浇口 33 第36卷第11期 2008年11月 塑料工业 CHINAPLASTICSINDUSTRY 作者简介:周细枝,女,1973年生,讲师,主要从事模具设计和材料成型方面的研究。zhouman 207131631com 形式,浇口设置在制品上表面中心,这样塑件在圆周 方向的收缩情况相同,可减小变形,并可保证制品内 螺纹及圆环形结构的尺寸精度,提高制品质量。通常 情况下多采用一模两腔设计,本设计为提高成型效率 采用一模四腔设计,采用平衡式浇注系统,型腔布局 为圆周形,在主轴周围呈行星式均布,如图2所示, 模具整体对称。由于采用点浇口进料,相应地采用双 分型面模具,以分别取出浇注系统凝料和制品。 图2 模具结构图 Fig2Structureschematicdrawingofmould 1-齿轮轴;2-主齿轮轴;3-主齿轮;4-套筒;5-轴承; 6-动模垫板;7-导柱;8-导套;9-动模板;10-定模板; 11-导套;12-冷却水道;13-伞齿轮轴;14-定模底板; 15-浇口套;16-限位螺钉;17-型芯;18-型芯齿轮轴; 19-齿条支撑块;20-齿条;21-支撑块;22-轴套; 23-套筒;24-动模底板 113 传动系统设计与计算 自动脱螺纹的原理是在开模时,齿条20带动齿 轮轴3转动,由于齿轮轴1与主齿轮轴2上的伞齿轮 是啮合的,故主齿轮轴2同时转动,主齿轮3也转 动,从而带动型芯齿轮轴18转动,因为制品内部圆 环形结构外表面上有四个止转工艺凸台,故在开模过 程中制品始终不转,直至脱出螺纹。 塑件的内螺纹长度为L=10mm,螺距为P=215 mm,线数n=1,则导程S=nP=215mm,故螺纹完 全脱出时螺纹型芯需要转动的转数N1为: N1=L/ S=10/215=4 (转) 齿条20的模数为m0=015,开齿部分长度为L0 =19mm,齿轮轴1上的直齿轮部分的模数为m1= 015、齿数为Z1=17,齿距P1=m1=1157mm,伞 齿轮部分的模数为m2=1、齿数为Z2=40;主齿轮 轴2上的伞齿轮部分的模数为m3=1、齿数为Z3= 20;主齿轮3的模数为m4=1、齿数为Z4=51;型芯 齿轮轴18上的行星齿轮的模数为m5=1、齿数为Z5 =17。此齿轮齿条传动为二级传动机构,其传动比i1 =Z2/Z3=40/20=2,i2=Z4/Z5=51/17=3,总传动 比i=i1i2=6,当模具开模时螺纹型芯可转动的转 数N2为: N2=L0i/P1Z1=L0i / ( M1Z1 ) = (19 16)/ (115717) =41 27( 转) 因为N2N1,故该自动脱螺纹机构可以完全脱 出螺纹。 2 模具结构及其工作过程 采用点浇口、双分型面注射模具,模具结构如图 2所示,一模四腔,采用卧式注塑机XS2ZY2125生产。 模具合模、注射、保压、冷却后,在注射机作用 下模具打开,在主齿轮轴2头部拉料杆和弹簧的作用 下,模具首先从A2A处分型,如图3所示,点浇口被 拉断并拉出,注射机动模继续后退,在限位螺钉16 的作用下定模板10停止后移,此时模具从B2B处进 行二次分型,由于包紧力的作用塑件留在动模一侧, 球头拉料杆从浇注系统凝料中拉出,凝料在重力作用 下自动脱落。同时齿条的开齿部分与齿轮轴1啮合, 齿轮齿条传动机构开始工作,型芯齿轮轴18转动, 由于塑件内部设有止转筋,塑件不会随着型芯齿轮轴 18而转动,故从型芯上脱出至完全与螺纹型芯分离, 完成脱模过程。在注射机的作用下,动模部分前进合 模,进入下一个工作循环。 图3 模具分型及脱模过程示意图 Fig3Schematicdrawingofmouldpartinganddemouldingprocess 3 结语 采用齿轮齿条传动系统来实现制品螺纹结构的自 动脱出,重点对齿轮齿条传动系统进行了精确的计算 和校核,解决了传统设计中存在的根据经验估算导致 开模行程不准确及生产效率不高的问题。所设计模具 还可以实现浇注系统凝料的自动脱落,无需设置专用 顶出机构,提高了生产效率,降低了工人的劳动强 度。(下转第45页) 43塑 料 工 业2008年 从图4可以看出,加入分散剂的纳米改性复合材料损 耗模量增加。这可能是加入分散剂后,纳米材料分散 均匀,聚合物分子链进入纳米材料片层结构,纳米粒 子起到填充粒子的补强作用,限制了分子链的运动能 力,分子运动困难。因此,损耗模量增加8。 图3 PTMG/MDI、PTMG/MDI/PU2C5和PTMG/MDI/PU2C5 /ME60储能模量图 Fig3StoragemodulusEcurvesofPTMG/MDI,PTMG/MDI/PU2C5 andPTMG/MDI/PU2C5/ME60 图4 PTMG/MDI、PTMG/MDI/PU2C5和PTMG/MDI/PU2C5 /ME60的损耗模量图 Fig4LossmodulusEcurvesofPTMG/MDI,PTMG/MDI/PU2C5 andPTMG/MDI/PU2C5/ME60 3 结论 PTMG/MDI/BDO体系的耐热水性能明显优于PT2 MG/TDI/MOCA体系的性能。经纳米有机蒙脱土改性 后聚氨酯弹性体耐热水性能有所提高。加入分散剂后 对有机插层蒙脱土的均匀分散具有明显的促进作用。 添加分散剂提高了聚氨酯/纳米复合材料的弹性模量。 参考文献 1宋晓艳,张玉清,张杰,等.聚氨酯弹性体/蒙脱土纳米 复合材料的合成与性能J .高分子学报,2004(5) :640 -644. 2LESZCZY?NSKAA,NJUGUNAJ,PIELICHOWSKIK,etal. Polymer/montmorillonitenanocompositeswithimprovedthermal propertiesPartII.Thermalstabilityofmontmorillonitenanocom2 positesbasedondifferentpolymericmatrixesJ .Thermochimica Acta,2007,454(1) :1-22. 3山西省化工研究所.聚氨酯弹性体手册M.北京:化 学工业出版社,2001:115-117. 4 MOONSY,KIMJK,NAHC,etal.Polyurethane/montmo2 rillonitenanocompositespreparedfromcrystallinepolyols,using 1,42butanediolandorganoclayhybridaschainextendersJ . EurPolymJ,2004,40:1615-1621. 5XIONGJiawen,ZHENGZhen,JIANGHongmei,etal.Rein2 forcementofpolyurethanecompositeswithanorganicallymodified montmorilloniteJ .CompositesPartA,2007,38:132- 137. 6XIONGJiawen,LIUYunhang,YANGXiaohui,etal.Thermal andmechanicalpropertiesofpolyurethane/montmorillonite nanocompositesbasedonanovelreactivemodifierJ .Polym DegradStab,2004,86:549-555. 7吴素霞,吕志平,万兆荣,等.聚氨酯/碳纳米管复合材 料的制备与表征J .聚氨酯工业,2007,22(3) :9-12. 8张志华,沈军,吴广明,等.SiO 2不同的掺杂方式对聚 氨酯树脂材料性能的影响J .材料导报,2003,17:127 -130. (本文于2008-08-06收到) (上接第32页) 2 MASSEH,ARQUISE,DELAUNAYD.Heattransferwithme2 chanicallydriventhermalcontactresistanceatthepolymer2mold interfaceininjectionmoldingofpolymersJ .IntJHeatMass Transfer,2004,47(8-9 ) :2015-

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