注射模來復(fù)線退螺紋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

李回庭，趙桂花

（東莞市機(jī)電工程學(xué)校，廣東東莞 523846）

1 引言

有螺紋特征的塑件，要求旋轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)加直線運(yùn)動來完成脫模動作，這些塑件的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造維護(hù)成本較高。經(jīng)過長期的實(shí)踐，利用來復(fù)線工作原理設(shè)計(jì)來復(fù)線螺紋退牙機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)巧妙，工作穩(wěn)定、可降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)競爭力及經(jīng)濟(jì)效益。

2 塑件要求及工藝性分析

現(xiàn)有圖1 所示杯蓋塑件，材料為ABS，收縮率：5‰。要求1 模4 腔，有較高的耐沖擊性，機(jī)械性質(zhì)強(qiáng)韌。塑件內(nèi)孔側(cè)壁上有內(nèi)螺紋，模具需設(shè)計(jì)退螺紋結(jié)構(gòu)。塑件外型有防滑槽，內(nèi)孔里有幾條防轉(zhuǎn)筋，螺紋是3線螺紋，每線螺紋不到一圈（只有320°）。

圖1 杯蓋

方案一：利用塑件牙結(jié)構(gòu)退螺紋，螺紋軸原地旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。塑件在防轉(zhuǎn)槽的作用下不能旋轉(zhuǎn)只能直線運(yùn)動，但是防轉(zhuǎn)槽太淺，只要退出微小距離，塑件就不能止轉(zhuǎn)，塑件會跟著螺紋軸旋轉(zhuǎn)，這樣就不能自動退牙。所以這種情況就要增加推板，推板在彈簧作用下，推板跟著塑件一起運(yùn)動，使其一直起到定位作用，直到塑件完全退出螺紋軸。推板也可以輔助退牙，減輕塑件對螺紋軸的包緊力，避免損壞塑件牙型。

方案二：通常設(shè)計(jì)螺紋圈數(shù)很少可以使用牙套退螺紋，可以利用齒輪齒條退牙，行程不大，螺紋軸旋轉(zhuǎn)在牙套螺旋線的作用下退出塑件，這樣相對而言防轉(zhuǎn)力不需要太大。模具動作：動定模開模之后，油缸驅(qū)動齒條直線運(yùn)動，齒條的直線運(yùn)動驅(qū)動齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動螺紋軸旋轉(zhuǎn)，螺紋軸在螺紋套作用下旋轉(zhuǎn)加直線運(yùn)動，從而退出塑件。如果先退牙再開動定模，塑件可能會粘定模。

方案三：螺紋圈數(shù)不到一圈可以使用牙套退螺紋，采用來復(fù)線退螺紋機(jī)構(gòu)。螺紋軸旋轉(zhuǎn)，牙套螺旋線的作用下退出塑件，這種結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定，制造成本低廉。

對于該塑件，動模防轉(zhuǎn)槽太淺，只有0.2mm，不能保證轉(zhuǎn)動過程不損壞防轉(zhuǎn)槽，所以選擇方案三。①相比油缸齒條結(jié)構(gòu)，縮短成型周期，退螺紋與進(jìn)螺紋與動定模開模合模同步從而縮短周期；②第二不用接油缸，從而避免油缸漏油，第三節(jié)省模架空間，模具外形美觀；③需要設(shè)計(jì)動定模要定距開模，要把動定模分開要把整副模拆掉。從加工技術(shù)考慮，利用數(shù)控車床來加工復(fù)線不再困難，簡單方便。另外為了減少螺紋套承受的注射力，要把動模一圈環(huán)形骨位鑲出來，同時防止動模R0.2mm 的防轉(zhuǎn)槽不反轉(zhuǎn)，可以在環(huán)形骨位內(nèi)圈上增加平位防轉(zhuǎn)（從塑件結(jié)構(gòu)分板環(huán)形骨位內(nèi)圈沒作用只是美觀），不過這樣又會有新問題產(chǎn)生，螺紋軸退出塑件后，塑件會留在動模鑲件上，需要增加頂桿，頂出塑件。

3 設(shè)計(jì)模具開模順序

根據(jù)方案三設(shè)計(jì)開模順序，模具動作：動定模開模，開模的同時絲桿拉動牙套旋轉(zhuǎn)，牙套上的齒輪跟著旋轉(zhuǎn)，螺紋軸上的齒輪使螺紋軸旋轉(zhuǎn)在牙套的作用下旋轉(zhuǎn)+直線運(yùn)動，從而退出塑件,推板頂出塑件。開模順序如圖2所示。

圖2 開模順序

4 來復(fù)線運(yùn)動過程

來復(fù)線是利用固定不能旋轉(zhuǎn)的絲桿軸線直線運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)槁菽篙S線固定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，絲桿往反直線運(yùn)動轉(zhuǎn)換為螺母正反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，設(shè)計(jì)來復(fù)線如圖3所示。

結(jié)構(gòu)與工作過程：絲杠與螺母連接，在絲桿一段與導(dǎo)套安裝配合，螺母兩端安裝圓錐滾子軸承，中間安裝齒輪。動力來自注塑機(jī)，絲桿同時做直線往復(fù)運(yùn)動與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，驅(qū)動螺母做直線與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，進(jìn)而帶動齒輪工作，從而帶動進(jìn)退螺紋工作。

圖3 來復(fù)線

結(jié)構(gòu)要求如下：

（1）絲桿直徑，在滿足強(qiáng)度條件下盡可能小，絲桿的直徑直接影響絲桿的導(dǎo)程，導(dǎo)程不能小于直徑的3倍，最少要4線螺紋。絲桿的長度要保證開模之后，還與螺母有1/2 絲桿直徑的長度配合，不能分離。分離有可能在慣性作用下螺母繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致合模時絲桿對不上螺母的牙從而損壞螺母，即便對上螺母，螺紋軸也不能復(fù)位，需要重新配模，所以要定距拉板或定距拉桿來限位。

（2）導(dǎo)套導(dǎo)向作用，導(dǎo)套長度最少要絲桿直徑的1倍，如果沒有位置放導(dǎo)套，也可以取消，但是需要保證絲桿與螺母開模之后的配合長度，最少等于一倍絲桿直徑長度。

（3）軸承最好用一組圓錐滾子軸承定螺母軸線位置，也可以用一組推力軸承或者一組深溝球軸承也定位，這樣太麻煩會增加模具厚度。

（4）螺母材料最好用鈹銅、鋁青銅、石墨等，要求螺母長度最短等于有1.5倍絲桿直徑。

5 來復(fù)線退牙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)塑件特征和開模順序，設(shè)計(jì)退牙結(jié)構(gòu)，由螺紋套、卡環(huán)、齒輪、導(dǎo)套、鑲件、螺紋軸等零件組成，具體設(shè)計(jì)如圖4所示。

工作過程：動力來自于注塑機(jī)，由齒輪組傳遞給齒輪4，齒輪4帶動螺紋軸作旋轉(zhuǎn)加直線運(yùn)動，從而將螺紋軸退出塑件，實(shí)現(xiàn)退牙。

圖4 來復(fù)線退牙機(jī)構(gòu)

主要零件的作用和數(shù)值：

（1）螺紋套。螺紋套所承受的注塑壓力是靠這段螺紋來承受的。投影面積越大，螺紋的牙要越粗長度越長。太長了會增加模厚，加大成型機(jī)臺的尺寸。所在面積大的塑件盡量考慮中間鑲件來承受注塑壓力，同時減少摩擦力。

（2）卡環(huán)?？ōh(huán)用于齒輪的軸向定位?？ōh(huán)是標(biāo)準(zhǔn)件，所以設(shè)計(jì)軸時要按卡環(huán)的標(biāo)準(zhǔn)尺寸來設(shè)計(jì)，齒輪與螺紋軸一體，不用設(shè)計(jì)卡環(huán)，還可以在齒輪上鉆螺絲孔用無頭螺絲固定齒輪。根據(jù)卡環(huán)槽的深度來定，一定要大于卡環(huán)槽的深度。鑲件、承受注塑壓力，便于走運(yùn)水冷卻。

（3）齒輪。齒輪起精密傳動，力的傳遞作用。齒輪模數(shù)是根據(jù)包緊力來定，盡可以把螺紋軸上的齒輪做小，減少排位從而減少流道。一般取1mm、1.25mm、1.5mm、2mm、2.5mm。

（4）導(dǎo)套。導(dǎo)套起導(dǎo)向定位作用。這種結(jié)構(gòu)不可以用軸承，因?yàn)檫@個軸要旋轉(zhuǎn)加直線運(yùn)動。

（5）鑲件。鑲件主要考慮需要成型的內(nèi)孔形狀，尺寸越小采用的材料機(jī)械性能越高。

（6）螺紋軸。螺紋軸主要是定螺紋軸在模具中的位置，防止螺紋軸錐度面與模仁卡死，導(dǎo)致螺紋軸扭力過大，一般3～6mm。

6 來復(fù)線退螺紋傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

按照塑件形狀特征，來復(fù)線退牙機(jī)構(gòu)，主要由成型螺紋、塑件、固定塊、導(dǎo)套、齒輪、螺紋套、鑲件、導(dǎo)套、卡簧、軸承、齒輪、軸承、絲桿組成，具體如圖5所示。

圖5 來復(fù)線退螺紋傳動機(jī)構(gòu)

工作過程：動力來自于注塑機(jī)，驅(qū)動絲杠13 做旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動，在絲杠的運(yùn)動下，驅(qū)動齒輪組嚙合運(yùn)動，齒輪同時傳給動傳給齒輪5運(yùn)動（4組），帶動成型螺紋進(jìn)行退螺紋工作。

惰輪組如圖6 所示，設(shè)計(jì)特別是處：齒輪11 作為主動輪，齒輪16作為從動輪，齒輪15相對于齒輪14是是從動輪，但是相對于齒輪16（4個）是主動輪角色，在整個傳動機(jī)構(gòu)中，齒輪14、齒輪15 均為惰輪，可以靈活改變傳動方向，方便左右旋向螺紋設(shè)計(jì)，同時可以靈活根據(jù)塑件螺距大小，對于不同的傳動比進(jìn)行選擇齒輪齒數(shù)及更換。

圖6 惰輪組

7 模具開模距離計(jì)算

來復(fù)線退牙結(jié)構(gòu)，絲桿導(dǎo)程以及定距開模距離計(jì)算：塑件螺牙只有320°，旋轉(zhuǎn)不到一圈，那么螺紋軸轉(zhuǎn)1圈就可以，可以改變齒輪齒數(shù)達(dá)到改變傳動比，實(shí)現(xiàn)精確定位，主動輪齒數(shù)32，從動輪齒數(shù)24，那么傳動比是32/24＝1.333，因此主動輪只要傳一圈就可以完全退牙，此模具是大水口模胚，絲桿裝在定模板上，開模距離就是絲桿拉開距離，塑件高11mm 高，頂出20mm，那么開模距離在110～150mm就可以，所以導(dǎo)程用140mm，定距開模130mm，如圖7所示。

8 牙套定位方式

牙套要調(diào)試裝配，主要原因是螺紋加工時螺旋線相對于牙套外型不能按設(shè)計(jì)的那樣準(zhǔn)確。車床在旋轉(zhuǎn)加工螺紋時很難對準(zhǔn)外型基準(zhǔn)，可以采用環(huán)型槽定位，如圖8所示。環(huán)型槽可以先加工，多槽時可能調(diào)配角很大，而要加大環(huán)型角度，也可以設(shè)計(jì)2組環(huán)型槽。即使法蘭強(qiáng)度不好，環(huán)型槽定位也可以精準(zhǔn)定位，但是生產(chǎn)過程可能會松動，需配合銷釘一起使用，當(dāng)牙套磨損后可以調(diào)整角度繼續(xù)使用。

圖8 牙套定位圖

9 模具裝配圖及工作過程

模具結(jié)構(gòu)如圖9所示。模具開模時，在注塑機(jī)頂棍的作用下，力傳遞給絲桿（梯形螺紋），絲桿同時做旋轉(zhuǎn)、直線運(yùn)動，同時與絲桿配合的螺母做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過惰輪傳遞給齒輪組運(yùn)動，最后驅(qū)動成型螺紋旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，到達(dá)限位裝置1，彈簧處于拉伸狀態(tài)，從而將螺紋成型。

合模時，模具到達(dá)限位裝置后，注塑機(jī)頂桿不工作，彈簧恢復(fù)自由狀態(tài)，帶動模具合模，首先成型螺紋反轉(zhuǎn)，同時退螺紋齒輪組反轉(zhuǎn)，力傳遞給螺母驅(qū)動絲桿反轉(zhuǎn)，到達(dá)極限位置2，避免超行程撞壞模具，從而完成模具合模過程。

10 來復(fù)線退牙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

來復(fù)線退牙機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要注意以下5點(diǎn)：

（1）計(jì)算螺紋軸退牙圈數(shù)，根據(jù)圈數(shù)以及螺紋軸上的齒輪計(jì)算傳動比，然后傳動比計(jì)算來復(fù)線上的主動輪要旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，根據(jù)主動輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，確定定距開模的距離。需要根據(jù)注塑機(jī)臺塑件、高度、絲桿的導(dǎo)程、模具的厚度綜合考慮。

（2）絲桿最少要用4線螺紋，導(dǎo)程要根據(jù)直徑還有開模距離來確定，也可以選用HASCO標(biāo)準(zhǔn)的來復(fù)線，導(dǎo)程最少要是絲桿直徑的3倍，倍數(shù)越大角度越小所需要的開模力越小，如果導(dǎo)程變大，定距開模的距離就越大，綜合考慮，在滿足強(qiáng)度的條件下，絲桿直徑盡量小。

（3）模胚導(dǎo)柱一定要裝在定模，要跟絲桿在同一側(cè)，導(dǎo)柱的長度要高出絲桿最少30mm。

（4）動定模之間要設(shè)計(jì)定距拉板或定距拉桿，防止不小心把動定模拉開了損壞螺紋軸或牙套或都齒輪，拉開動定模之后就要重新裝模。拉開動定模之前，先把牙套拆掉，否則會損壞模具零件。

（5）檢查螺紋轉(zhuǎn)旋方向以確定絲桿是左旋還是右旋螺紋，也可以增加惰輪更改方向。

11 結(jié)論

經(jīng)過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和試模證明，本塑件螺紋模具的退牙機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，簡化了模具結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定了生產(chǎn)過程，降低了生產(chǎn)成本，且操作簡便，極大提高了生產(chǎn)效率，具有一定的推廣價值。

圖9 模具結(jié)構(gòu)