吳 磊，余 寧，丁立剛

（1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東中山 528436；2.廣東省機(jī)械研究所，廣東廣州 510635）

塑料螺紋蓋注塑模具設(shè)計*

吳 磊1，余 寧2，丁立剛1

（1.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東中山 528436；2.廣東省機(jī)械研究所，廣東廣州 510635）

通過對塑料螺紋蓋結(jié)構(gòu)的工藝分析，介紹了該塑件注塑模具的設(shè)計要點(diǎn)，重點(diǎn)闡述了成型零件、模架、澆注系統(tǒng)、脫模機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)等主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路，并設(shè)計出該塑件的注塑模具結(jié)構(gòu)。生產(chǎn)實(shí)踐證明該模具結(jié)構(gòu)合理、動作可靠、操作方便。

塑料螺紋蓋；注塑模具；螺紋脫模機(jī)構(gòu)

塑料螺紋件可用于飲料瓶、洗滌劑瓶、藥瓶、油箱等中空制品的封裝，也可用于管件零件的固定聯(lián)結(jié)，隨著塑料制品在日常生活與生產(chǎn)中的進(jìn)一步推廣，塑料螺紋件成了日常生活中經(jīng)常接觸到的物品。本文涉及的是一款用于密封速印機(jī)油墨的塑料螺紋蓋，速印機(jī)油墨筒如圖1所示。

圖2 塑料螺紋蓋

1 塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析

速印機(jī)油墨筒塑料螺紋蓋的主要結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示，材料為聚丙烯（Polypropylene，簡稱PP），產(chǎn)品注塑成型后表面要求色澤均勻、清潔，無刮痕、毛刺等機(jī)械損傷及斷裂等表面質(zhì)量缺陷，產(chǎn)品生產(chǎn)類型屬于批量生產(chǎn)。通過對塑件的尺寸結(jié)構(gòu)分析，可知設(shè)計其注塑模具結(jié)構(gòu)時必須注意以下幾點(diǎn)。

（1）塑件內(nèi)表面口部有一梯形螺紋，規(guī)格為Tr12×2，螺紋長度為l=10 mm。通常情況下，塑件內(nèi)螺紋的脫模方式包括采用強(qiáng)制式螺紋脫模、手動式螺紋脫?；驒C(jī)動式螺紋脫模。根據(jù)塑料螺紋蓋的尺寸結(jié)構(gòu)、材料性能及產(chǎn)品的生產(chǎn)類型，從簡化模具結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，確定在本模具中采用手動式螺紋脫模。

（2）該塑件為一外包裝的蓋體類零件，為了不影響產(chǎn)品的外觀，模具中以采用點(diǎn)澆口的進(jìn)料形式為宜，即模具需采用三板式結(jié)構(gòu)。

（3）由于聚丙烯收縮率較大，且塑件脫模斜度較小，結(jié)合塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模具中應(yīng)考慮采用推板推出機(jī)構(gòu)，確保塑件能順利頂出不變形。

（4）聚丙烯是一種半結(jié)晶的熱塑性塑料，冷卻成型過程中釋放出的熱量多，因此模具中必須加強(qiáng)對成型零件的冷卻[1]。

本模具采用一模兩穴的型腔布置方式，模具設(shè)計的關(guān)鍵在于確保澆注系統(tǒng)、手動式螺紋脫模機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)合理性以及三板式模具的動作可靠性。本文將對該模具關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的設(shè)計作詳細(xì)闡述。

2 模具結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計

2.1 成型零件的設(shè)計

根據(jù)塑件為一圓蓋形零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，基于優(yōu)化模具加工與裝配工藝的考慮，成型零件宜采用鑲拼結(jié)構(gòu)，并設(shè)計成圓柱形。在此基礎(chǔ)上確定出成型零件的主要裝配尺寸，其中，型腔邊與鑲件邊的間距為15～30 mm，型腔頂部與鑲件背面間距為15～30 mm，由此設(shè)計出型腔鑲件的外形尺寸為?82 mm×35 mm；而型芯的主要裝配尺寸應(yīng)結(jié)合零件的鑲拼位置來確定。另外，成型零件的其他結(jié)構(gòu)需結(jié)合模具其他相關(guān)機(jī)構(gòu)綜合考慮設(shè)計。結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)尺寸，初步設(shè)計出各成型零件的結(jié)構(gòu)草圖，如圖3所示。

2.2 模架結(jié)構(gòu)的確定

如前所述，本模具采用點(diǎn)澆口進(jìn)料方式的三板式模具結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)選用帶水口推板的細(xì)水口模架；另外模具中塑件采用推板推出的脫模方式，模架的下模部分必須配置推板，綜合考慮鑲件的結(jié)構(gòu)尺寸及其固定方式、流道的設(shè)置、塑件的推出及模具的冷卻等因素，確定選用的模架規(guī)格型號是：DBI-2030-A50-B25-C90。其中各參數(shù)的含義如下[2]：

D——帶刮料板的細(xì)水口模架形式；

B——下模部分設(shè)置有推板及托板；

I——工字模；

2030——模架寬度200 mm、長度300 mm；

A50——上模板厚度50 mm；

B25——下模板厚度25 mm；

C90——墊板厚度90 mm；

190——拉桿長度190 mm。

模架剖視結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 成型零件

圖4 模架剖視結(jié)構(gòu)

2.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本模具確定采用點(diǎn)澆口的進(jìn)料方式，分別在兩個型腔中間各開設(shè)一個進(jìn)膠點(diǎn)，結(jié)構(gòu)中結(jié)合三板式模具的動作原理設(shè)計相關(guān)機(jī)構(gòu)，由此實(shí)現(xiàn)開模過程中塑件與澆注系統(tǒng)凝料自動分離脫落，確保塑件的外觀質(zhì)量，減少后處理工序，降低操作者的勞動強(qiáng)度。

（1）設(shè)計澆口

根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析可知，本模具以采用點(diǎn)澆口的進(jìn)料方式為宜。結(jié)構(gòu)形式及形狀尺寸如圖5所示，結(jié)合塑件的尺寸大小設(shè)計出點(diǎn)澆口的結(jié)構(gòu)尺寸，分別為l=1.2 mm、d=?1.2 mm、R= 2 mm，a=6°。

圖5 點(diǎn)澆口

（2）設(shè)計分流道

根據(jù)三板式模具的動作原理及澆注系統(tǒng)凝料的脫模形式可知，模具的分流道只能設(shè)置在水口推板與上模板結(jié)合面處，通常只在上模板一側(cè)單邊開設(shè)。本例中確定采用半圓形的分流道截面，截面半徑為R=5 mm；結(jié)構(gòu)中兩個型腔的中心距為100 mm，分流道的長度結(jié)合型腔布局并適當(dāng)延長，以作為分流道的冷料穴。

（3）選用澆口套與定位環(huán)

結(jié)合常用標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格型號，本模具中選取直徑為?16 mm的澆口套及?120 mm的定位環(huán)。并根據(jù)三板式模具的動作原理，將澆口套與水口推板的配合段設(shè)置為錐度α=10°的配合錐面。澆注系統(tǒng)及相關(guān)零部件結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 澆注系統(tǒng)

2.4 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計

（1）設(shè)計螺紋脫模機(jī)構(gòu)

由于塑件的螺紋部分采用手動式螺紋脫模方式，模具中螺紋型芯應(yīng)設(shè)置成活動鑲件的結(jié)構(gòu)形式，為了實(shí)現(xiàn)活動鑲件的可靠定位及快速裝卸，螺紋型芯應(yīng)采

用彈性的固定方式，因此，結(jié)構(gòu)上在下模鑲件中設(shè)置一彈簧波珠，并在螺紋型芯的對應(yīng)部位開設(shè)一圓弧槽，以起固定作用。與此同時，為了減少螺紋型芯與下模鑲件的配合長度，方便螺紋型芯的安裝、脫模以及在模外的拆卸，將螺紋型芯的底端部分設(shè)置成錐面，并在其周邊開設(shè)4個平面，螺紋型芯結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 螺紋型芯

（2）設(shè)計推板推出機(jī)構(gòu)

根據(jù)推板推出機(jī)構(gòu)的工作原理，為防止推板刮傷下模型芯，推板內(nèi)孔應(yīng)比下模型芯成型部分大，并將推板與下模型芯的配合面設(shè)計成單邊斜度為10°的錐面，以防止因推板偏心而出現(xiàn)飛邊。除此之外，為了避免推板推出行程過大而脫離導(dǎo)柱，必須根據(jù)模具的推出行程設(shè)置推板推出機(jī)構(gòu)的限位裝置，結(jié)構(gòu)中采用限位螺釘?shù)南尬环绞健?/p>

（3）設(shè)計先復(fù)位機(jī)構(gòu)

由于采用活動鑲件的結(jié)構(gòu)形式，螺紋型芯必須在合模之前放置到模具里面，因此必須在模具中設(shè)置先復(fù)位機(jī)構(gòu)。先復(fù)位機(jī)構(gòu)主要包括彈簧式先復(fù)位機(jī)構(gòu)與機(jī)械式先復(fù)位機(jī)構(gòu)，考慮到推出機(jī)構(gòu)中推桿較少，摩擦力較小，因此確定選用彈簧式先復(fù)位機(jī)構(gòu)。彈簧長度的算法[3]：

其中：i——壓縮比，通常取0.4～0.5之間；

s——總行程，mm；

圖8 模具裝配圖

l——預(yù)壓量，通常為15 mm左右；

L——彈簧自由長，mm；

根據(jù)本模具結(jié)構(gòu)，確定出相關(guān)參數(shù)，分別取i＝0.45，l＝15 mm，s＝20 mm，由此可計算出L：

取L＝78 mm。

復(fù)位彈簧一般套裝在回程桿上，由于模具回程桿直徑為?15 mm，結(jié)合模具的推出行程及彈簧的自由長度，確定復(fù)位彈簧的規(guī)格尺寸為TL35 mm×17.5 mm×78 mm。

2.5 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計

由于型腔與型芯均采用鑲拼結(jié)構(gòu)，因此模具中只需針對型腔鑲件與下模鑲件進(jìn)行冷卻。從結(jié)構(gòu)上分析，型腔鑲件中間設(shè)置了澆口，而型芯鑲件中間設(shè)置了螺紋型芯，結(jié)構(gòu)中只能通過在鑲件周邊開設(shè)冷卻槽，以通入冷卻水實(shí)現(xiàn)冷卻。結(jié)合鑲件的結(jié)構(gòu)尺寸，確定在鑲件圓周上設(shè)置一條6 mm×6 mm的冷卻水槽及兩條3 mm×2 mm的密封圈槽，并在相應(yīng)模板的對應(yīng)位置上開設(shè)進(jìn)出水孔即可。冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)詳見圖8。

3 模具的整體結(jié)構(gòu)及工作原理

根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)方案及三板式模具的動作原理，對模具的相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行完善，設(shè)計出模具的整體結(jié)構(gòu)，如圖8所示。模具的工作原理如下。

（1）注塑充型

塑料熔料經(jīng)件37（澆口套）的主流道、件33（壓板）上的分流道、件32（型腔鑲件）上的澆口充填型腔，并在注塑壓力作用下保壓、冷卻。

（2）開模分型

在注塑機(jī)動、定模板的帶動下，模具依次實(shí)現(xiàn)分型：

第一次分型：模具在Ⅱ處打開，利用分流道凝料對件34（拉料釘）的包緊力，將澆注系統(tǒng)凝料從件32、件33中拉出，并使其與塑件分離，直至件11（限位釘）拉住件15（上模板）。

第二次分型：模具在Ⅰ處打開，件11拉動件14（水口推板）運(yùn)動，將澆注系統(tǒng)凝料從主流道刮出，并使其脫離件34，直至件12（限位釘）拉住件13（頂板）。

第三次分型：模具在Ⅲ處打開，件38（尼龍鎖模器）脫離件15（上模板），塑件隨下模運(yùn)動并脫離件32，直至模具打開足夠行程。

（3）推出塑件及螺紋型芯

模具在Ⅳ處打開，下模停止運(yùn)動，件23（推桿墊板）、件21（推桿固定板）在注塑機(jī)頂出桿作用下，帶動件17（推板）及件27（推桿）運(yùn)動，并分別推動塑件及件28（螺紋型芯），完成塑件與件28的整體推出。

（4）螺紋脫模

在模外借助手工工具，將件28從塑件上拆卸，完成塑件的螺紋脫模。

（5）推出機(jī)構(gòu)復(fù)位

推出動作完成后，注塑機(jī)頂出桿回抽，件21、件23在件20（復(fù)位彈簧）的作用下，帶動件22（回程桿）、件27完成復(fù)位動作。

（6）放置螺紋型芯

將件28放入到模具中，并利用件16（彈簧波珠）定位。

（7）模具合模

在注塑機(jī)動、定模板的帶動下，模具上的各模板分別合攏，完成一個注塑周期。

4 結(jié)論

在設(shè)計塑料螺紋蓋注塑模具的過程中，主要通過設(shè)計其成型零件、澆注系統(tǒng)、脫模機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)，并結(jié)合塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選用合適的模架規(guī)格，最終設(shè)計出模具的整體結(jié)構(gòu)。目前，該模具已投入使用，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，塑料螺紋蓋模具結(jié)構(gòu)合理、動作可靠、操作簡便，產(chǎn)品質(zhì)量符合設(shè)計要求。

［1］陳志剛.塑料模具設(shè)計［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［2］王鵬駒，張杰.塑料模具設(shè)計師手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［3］張維合.注塑模具設(shè)計實(shí)用手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

Design of Injection Mould for Plastic Screw Cap

WU Lei1，YU Ning2，DING Li-gang1
（1.Zhongshan Torch Institute of Technology，Zhongshan528436，China；2.Guangdong Mechanical Research Institute，Guangzhou510635，China）

Based on the analysis of the structure of plastic screw cap，the design points of the injection mould of the plastic part were introduced.The design ideas of the main parts of the mould， such as moulding parts， mould base， gating system， demoulding mechanism，cooling system，were elaborated.And the structure of the injection mould has been designed.The practical production proves that the mould structure is reasonable，reliable in action，and convenient for operation.

plastic screw cap；injection mould；screw demoulding mechanism

TG76

：B

：1009－9492(2014)11－0040－05

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.11.011

吳 磊，男，1979年生，碩士研究生，講師/高級技師。研究領(lǐng)域：模具CAD/CAM、機(jī)電一體化。已發(fā)表論文6篇。

(編輯：阮 毅)

*2010年廣東省中山市科技計劃項(xiàng)目（編號：20103A263）

2014－08－07