注射模来复线退螺纹机构设计

1 引言

有螺纹特征的塑件， 要求旋转或旋转加直线运动来完成脱模动作， 这些塑件的模具结构复杂， 制造维护成本较高。经过长期的实践， 利用来复线工作原理设计来复线螺纹退牙机构， 设计机构巧妙， 工作稳定、 可降低生产成本， 提升企业竞争力及经济效益。

2 塑件要求及工艺性分析

现有图 1 所示杯盖塑件， 材料为 ABS， 收缩率：5‰。要求1模4腔， 有较高的耐冲击性， 机械性质强韧。塑件内孔侧壁上有内螺纹， 模具需设计退螺纹结构。塑件外型有防滑槽， 内孔里有几条防转筋， 螺纹是3线螺纹， 每线螺纹不到一圈 （只有320°） 。

图1 杯盖

方案一：利用塑件牙结构退螺纹， 螺纹轴原地旋转运动。塑件在防转槽的作用下不能旋转只能直线运动， 但是防转槽太浅， 只要退出微小距离， 塑件就不能止转， 塑件会跟着螺纹轴旋转， 这样就不能自动退牙。所以这种情况就要增加推板， 推板在弹簧作用下， 推板跟着塑件一起运动， 使其一直起到定位作用， 直到塑件完全退出螺纹轴。推板也可以辅助退牙， 减轻塑件对螺纹轴的包紧力， 避免损坏塑件牙型。

方案二：通常设计螺纹圈数很少可以使用牙套退螺纹， 可以利用齿轮齿条退牙， 行程不大， 螺纹轴旋转在牙套螺旋线的作用下退出塑件， 这样相对而言防转力不需要太大。模具动作：动定模开模之后， 油缸驱动齿条直线运动， 齿条的直线运动驱动齿轮旋转运动带动螺纹轴旋转，螺纹轴在螺纹套作用下旋转加直线运动， 从而退出塑件。如果先退牙再开动定模， 塑件可能会粘定模。

方案三：螺纹圈数不到一圈可以使用牙套退螺纹， 采用来复线退螺纹机构。螺纹轴旋转， 牙套螺旋线的作用下退出塑件，这种结构简单， 稳定， 制造成本低廉。

对于该塑件， 动模防转槽太浅， 只有0.2mm， 不能保证转动过程不损坏防转槽，所以选择方案三。①相比油缸齿条结构， 缩短成型周期， 退螺纹与进螺纹与动定模开模合模同步从而缩短周期；②第二不用接油缸， 从而避免油缸漏油， 第三节省模架空间， 模具外形美观；③需要设计动定模要定距开模， 要把动定模分开要把整副模拆掉。从加工技术考虑， 利用数控车床来加工复线不再困难， 简单方便。另外为了减少螺纹套承受的注射力， 要把动模一圈环形骨位镶出来，同时防止动模R0.2mm的防转槽不反转， 可以在环形骨位内圈上增加平位防转 （从塑件结构分板环形骨位内圈没作用只是美观） ， 不过这样又会有新问题产生，螺纹轴退出塑件后， 塑件会留在动模镶件上， 需要增加顶杆， 顶出塑件。

3 设计模具开模顺序

根据方案三设计开模顺序， 模具动作：动定模开模， 开模的同时丝杆拉动牙套旋转， 牙套上的齿轮跟着旋转， 螺纹轴上的齿轮使螺纹轴旋转在牙套的作用下旋转+直线运动， 从而退出塑件,推板顶出塑件。开模顺序如图2所示。

图2 开模顺序

4 来复线运动过程

来复线是利用固定不能旋转的丝杆轴线直线运动转变为螺母轴线固定的旋转运动， 丝杆往反直线运动转换为螺母正反转旋转运动， 设计来复线如图3所示。

结构与工作过程：丝杠与螺母连接， 在丝杆一段与导套安装配合， 螺母两端安装圆锥滚子轴承， 中间安装齿轮。动力来自注塑机， 丝杆同时做直线往复运动与旋转运动， 驱动螺母做直线与旋转运动， 进而带动齿轮工作， 从而带动进退螺纹工作。

图3 来复线

1.圆锥滚珠轴承 2.齿轮 3.螺母 4.导套 5.丝杆

结构要求如下：

（1） 丝杆直径， 在满足强度条件下尽可能小， 丝杆的直径直接影响丝杆的导程， 导程不能小于直径的3倍， 最少要4线螺纹。丝杆的长度要保证开模之后， 还与螺母有1/2丝杆直径的长度配合， 不能分离。分离有可能在惯性作用下螺母继续旋转， 导致合模时丝杆对不上螺母的牙从而损坏螺母， 即便对上螺母， 螺纹轴也不能复位， 需要重新配模， 所以要定距拉板或定距拉杆来限位。

（2） 导套导向作用， 导套长度最少要丝杆直径的1倍， 如果没有位置放导套， 也可以取消， 但是需要保证丝杆与螺母开模之后的配合长度， 最少等于一倍丝杆

直径长度。

（3） 轴承最好用一组圆锥滚子轴承定螺母轴线位置， 也可以用一组推力轴承或者一组深沟球轴承也定位， 这样太麻烦会增加模具厚度。

（4） 螺母材料最好用铍铜、 铝青铜、 石墨等 ， 要求螺母长度最短等于有1.5倍丝杆直径。

5 来复线退牙机构设计

根据塑件特征和开模顺序， 设计退牙结构， 由螺纹套、 卡环、 齿轮、 导套、 镶件、 螺纹轴等零件组成， 具体设计如图4所示。

工作过程：动力来自于注塑机， 由齿轮组传递给齿轮4， 齿轮4带动螺纹轴作旋转加直线运动， 从而将螺纹轴退出塑件， 实现退牙。

图4 来复线退牙机构

1.螺纹套 2.卡环 3.齿轮 4.导套 5.镶件 6.螺纹轴 7.塑件

主要零件的作用和数值：

（1） 螺纹套。螺纹套所承受的注塑压力是靠这段螺纹来承受的。投影面积越大， 螺纹的牙要越粗长度越长。太长了会增加模厚， 加大成型机台的尺寸。所在面积大的塑件尽量考虑中间镶件来承受注塑压力，同时减少摩擦力。

（2） 卡环。卡环用于齿轮的轴向定位。卡环是标准件， 所以设计轴时要按卡环的标准尺寸来设计， 齿轮与螺纹轴一体， 不用设计卡环， 还可以在齿轮上钻螺丝孔用无头螺丝固定齿轮。根据卡环槽的深度来定， 一定要大于卡环槽的深度。镶件、 承受注塑压力，便于走运水冷却。

（3） 齿轮。齿轮起精密传动， 力的传递作用。齿轮模数是根据包紧力来定， 尽可以把螺纹轴上的齿轮做 小 ， 减 少 排 位 从 而 减 少 流 道 。一 般 取 1mm、1.25mm、 1.5mm、 2mm、 2.5mm。

（4） 导套。导套起导向定位作用。这种结构不可以用轴承， 因为这个轴要旋转加直线运动。

（5） 镶件。镶件主要考虑需要成型的内孔形状，尺寸越小采用的材料机械性能越高。

（6） 螺纹轴。螺纹轴主要是定螺纹轴在模具中的位置， 防止螺纹轴锥度面与模仁卡死， 导致螺纹轴扭力过大， 一般3~6mm。

6 来复线退螺纹传动机构设计

按照塑件形状特征， 来复线退牙机构， 主要由成型螺纹、 塑件、 固定块、 导套、 齿轮、 螺纹套、 镶件、 导套、卡簧、 轴承、 齿轮、 轴承、 丝杆组成， 具体如图5所示。

图5 来复线退螺纹传动机构

1.成型螺纹 2.塑件 3.固定块 4.导套 5.齿轮 6.螺纹套7.镶件 8.导套 9.卡簧 10.轴承 11.齿轮 12.轴承 13.丝杆

工作过程：动力来自于注塑机， 驱动丝杠13做旋转和直线往复运动， 在丝杠的运动下， 驱动齿轮组啮合运动， 齿轮同时传给动传给齿轮5运动 （4组） ， 带动成型螺纹进行退螺纹工作。

惰轮组如图6所示， 设计特别是处：齿轮11作为主动轮， 齿轮16作为从动轮， 齿轮15相对于齿轮14是是从动轮， 但是相对于齿轮16 （4个） 是主动轮角色， 在整个传动机构中， 齿轮14、 齿轮15均为惰轮， 可以灵活改变传动方向， 方便左右旋向螺纹设计， 同时可以灵活根据塑件螺距大小， 对于不同的传动比进行选择齿轮齿数及更换。

图6 惰轮组

11.主动轮 14.惰轮 15.惰轮 16.从动轮

7 模具开模距离计算

来复线退牙结构， 丝杆导程以及定距开模距离计算：塑件螺牙只有320°， 旋转不到一圈， 那么螺纹轴转1圈就可以， 可以改变齿轮齿数达到改变传动比， 实现精确定位， 主动轮齿数32， 从动轮齿数24， 那么传动比是32/24＝1.333， 因此主动轮只要传一圈就可以完全退牙， 此模具是大水口模胚， 丝杆装在定模板上， 开模距离就是丝杆拉开距离， 塑件高 11mm 高， 顶出20mm， 那么开模距离在110~150mm就可以， 所以导程用140mm， 定距开模130mm， 如图7所示。

图7 开模距离示意图

8 牙套定位方式

牙套要调试装配， 主要原因是螺纹加工时螺旋线相对于牙套外型不能按设计的那样准确。车床在旋转加工螺纹时很难对准外型基准， 可以采用环型槽定位， 如图8所示。环型槽可以先加工， 多槽时可能调配角很大， 而要加大环型角度， 也可以设计2组环型槽。即使法兰强度不好， 环型槽定位也可以精准定位， 但是生产过程可能会松动， 需配合销钉一起使用， 当牙套磨损后可以调整角度继续使用。

图8 牙套定位图

9 模具装配图及工作过程

模具结构如图9所示。模具开模时， 在注塑机顶棍的作用下， 力传递给丝杆 （梯形螺纹） ， 丝杆同时做旋转、 直线运动， 同时与丝杆配合的螺母做旋转运动，齿轮旋转运动， 通过惰轮传递给齿轮组运动， 最后驱动成型螺纹旋转运动， 到达限位装置1， 弹簧处于拉伸状态， 从而将螺纹成型。

合模时， 模具到达限位装置后， 注塑机顶杆不工作， 弹簧恢复自由状态， 带动模具合模， 首先成型螺纹反转， 同时退螺纹齿轮组反转， 力传递给螺母驱动丝杆反转， 到达极限位置2， 避免超行程撞坏模具， 从而完成模具合模过程。

图9 模具结构

1.定模座板 2.垫板 3.型腔固定板 4.型腔 5.型芯固定板 6.来复线固定板Ⅰ 7.来复线固定板Ⅱ 8.垫板9.弹簧 10.固定板 11.垫板Ⅰ 12.动模座板 13.梯形螺纹套 14、 16.螺杆 15、 20.螺栓 17.限位钉 18.轴承19.齿轮 21.梯形螺纹 22.浇口 23.浇口套 24.垫板Ⅱ 25.导套 26.镶件 27.冷却水道 28.垫块 29.螺钉30.支撑块 31.固定块Ⅰ 32.轴 33.固定座 34.固定块Ⅱ 35.螺纹轴 36.梯形螺母 37.导柱 38.型芯

10 来复线退牙机构设计注意事项

来复线退牙机构结构设计， 需要注意以下5点：

（1） 计算螺纹轴退牙圈数， 根据圈数以及螺纹轴上的齿轮计算传动比， 然后传动比计算来复线上的主动轮要旋转的圈数， 根据主动轮旋转圈数， 确定定距开模的距离。需要根据注塑机台塑件、高度、 丝杆的导程、 模具的厚度综合考虑。

（2） 丝杆最少要用4线螺纹， 导程要根据直径还有开模距离来确定， 也可以选用HASCO标准的来复线，导程最少要是丝杆直径的3倍， 倍数越大角度越小所需要的开模力越小， 如果导程变大， 定距开模的距离就越大， 综合考虑， 在满足强度的条件下， 丝杆直径尽量小。

（3） 模胚导柱一定要装在定模， 要跟丝杆在同一侧， 导柱的长度要高出丝杆最少30mm。

（4） 动定模之间要设计定距拉板或定距拉杆， 防止不小心把动定模拉开了损坏螺纹轴或牙套或都齿轮， 拉开动定模之后就要重新装模。拉开动定模之前， 先把牙套拆掉， 否则会损坏模具零件。

（5） 检查螺纹转旋方向以确定丝杆是左旋还是右旋螺纹， 也可以增加惰轮更改方向。

11 结论

经过实践经验和试模证明， 本塑件螺纹模具的退牙机构设计巧妙， 简化了模具结构， 稳定了生产过程，降低了生产成本， 且操作简便， 极大提高了生产效率，具有一定的推广价值。

（模具制造）

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