1塑件结构工艺性分析
速印机油墨筒塑料螺纹盖的主要结构尺寸如图2所示，材料为聚丙烯（Polypropylene，简称PP），产品注塑成型后表面要求色泽均匀、清洁，无刮痕、毛刺等机械损伤及断裂等表面质量缺陷，产品生产类型属于批量生产。通过对塑件的尺寸结构分析，可知设计其注塑模具结构时必须注意以下几点。（1）塑件内表面口部有一梯形螺纹，规格为Tr12×2，螺纹长度为l=10mm。通常情况下，塑件内螺纹的脱模方式包括采用强制式螺纹脱模、手动式螺纹脱模或机动式螺纹脱模。根据塑料螺纹盖的尺寸结构、材料性能及产品的生产类型，从简化模具结构的角度出发，确定在本模具中采用手动式螺纹脱模。（2）该塑件为一外包装的盖体类零件，为了不影响产品的外观，模具中以采用点浇口的进料形式为宜，即模具需采用三板式结构。（3）由于聚丙烯收缩率较大，且塑件脱模斜度较小，结合塑件的结构特点，模具中应考虑采用推板推出机构，确保塑件能顺利顶出不变形。（4）聚丙烯是一种半结晶的热塑性塑料，冷却成型过程中释放出的热量多，因此模具中必须加强对成型零件的冷却[1]。本模具采用一模两穴的型腔布置方式，模具设计的关键在于确保浇注系统、手动式螺纹脱模机构、冷却系统的结构合理性以及三板式模具的动作可靠性。本文将对该模具关键结构的设计作详细阐述。
2模具结构分析与模具设计
2.1成型零件的模具设计
根据塑件为一圆盖形零件的结构特点，基于优化模具加工与装配工艺的考虑，成型零件宜采用镶拼结构，并设计成圆柱形。在此基础上确定出成型零件的主要装配尺寸，其中，型腔边与镶件边的间距为15～30mm，型腔顶部与镶件背面间距为15～30mm，由此设计出型腔镶件的外形尺寸为?82mm×35mm；而型芯的主要装配尺寸应结合零件的镶拼位置来确定。另外，成型零件的其他结构需结合模具其他相关机构综合考虑设计。结合产品的结构尺寸，初步设计出各成型零件的结构草图，如图3所示。
2.2模架结构的确定
如前所述，本模具采用点浇口进料方式的三板式模具结构，因此应选用带水口推板的细水口模架；另外模具中塑件采用推板推出的脱模方式，模架的下模部分必须配置推板，综合考虑镶件的结构尺寸及其固定方式、流道的设置、塑件的推出及模具的冷却等因素，确定选用的模架规格型号是：DBI-2030-A50-B25-C90。其中各参数的含义如下[2]：D——带刮料板的细水口模架形式；B——下模部分设置有推板及托板；I——工字模；2030——模架宽度200mm、长度300mm；A50——上模板厚度50mm；B25——下模板厚度25mm；C90——垫板厚度90mm；190——拉杆长度190mm。模架剖视结构如图4所示。
2.3浇注系统的设计
根据塑件的结构特点，本模具确定采用点浇口的进料方式，分别在两个型腔中间各开设一个进胶点，结构中结合三板式模具的动作原理设计相关机构，由此实现开模过程中塑件与浇注系统凝料自动分离脱落，确保塑件的外观质量，减少后处理工序，降低操作者的劳动强度。（1）设计浇口根据塑件结构工艺性分析可知，本模具以采用点浇口的进料方式为宜。结构形式及形状尺寸如图5所示，结合塑件的尺寸大小设计出点浇口的结构尺寸，分别为l=1.2mm、d=?1.2mm、R=2mm，a=6°。（2）设计分流道根据三板式模具的动作原理及浇注系统凝料的脱模形式可知，模具的分流道只能设置在水口推板与上模板结合面处，通常只在上模板一侧单边开设。本例中确定采用半圆形的分流道截面，截面半径为R=5mm；结构中两个型腔的中心距为100mm，分流道的长度结合型腔布局并适当延长，以作为分流道的冷料穴。（3）选用浇口套与定位环结合常用标准件的规格型号，本模具中选取直径为?16mm的浇口套及?120mm的定位环。并根据三板式模具的动作原理，将浇口套与水口推板的配合段设置为锥度α=10°的配合锥面。浇注系统及相关零部件结构如图6所示。
2.4脱模机构的模具设计
（1）设计螺纹脱模机构由于塑件的螺纹部分采用手动式螺纹脱模方式，模具中螺纹型芯应设置成活动镶件的结构形式，为了实现活动镶件的可靠定位及快速装卸，螺纹型芯应采用弹性的固定方式，因此，结构上在下模镶件中设置一弹簧波珠，并在螺纹型芯的对应部位开设一圆弧槽，以起固定作用。与此同时，为了减少螺纹型芯与下模镶件的配合长度，方便螺纹型芯的安装、脱模以及在模外的拆卸，将螺纹型芯的底端部分设置成锥面，并在其周边开设4个平面，螺纹型芯结构如图7所示。（2）设计推板推出机构根据推板推出机构的工作原理，为防止推板刮伤下模型芯，推板内孔应比下模型芯成型部分大，并将推板与下模型芯的配合面设计成单边斜度为10°的锥面，以防止因推板偏心而出现飞边。除此之外，为了避免推板推出行程过大而脱离导柱，必须根据模具的推出行程设置推板推出机构的限位装置，结构中采用限位螺钉的限位方式。（3）设计先复位机构由于采用活动镶件的结构形式，螺纹型芯必须在合模之前放置到模具里面，因此必须在模具中设置先复位机构。先复位机构主要包括弹簧式先复位机构与机械式先复位机构，考虑到推出机构中推杆较少，摩擦力较小，因此确定选用弹簧式先复位机构。弹簧长度的算法[3]：i=s+lL其中：i——压缩比，通常取0.4～0.5之间；s——总行程，mm；l——预压量，通常为15mm左右；L——弹簧自由长，mm；根据本模具结构，确定出相关参数，分别取i＝0.45，l＝15mm，s＝20mm，由此可计算出L：L=s+li=20+150.45=77.7mm取L＝78mm。复位弹簧一般套装在回程杆上，由于模具回程杆直径为?15mm，结合模具的推出行程及弹簧的自由长度，确定复位弹簧的规格尺寸为TL35mm×17.5mm×78mm。
2.5冷却系统的模具设计
由于型腔与型芯均采用镶拼结构，因此模具中只需针对型腔镶件与下模镶件进行冷却。从结构上分析，型腔镶件中间设置了浇口，而型芯镶件中间设置了螺纹型芯，结构中只能通过在镶件周边开设冷却槽，以通入冷却水实现冷却。结合镶件的结构尺寸，确定在镶件圆周上设置一条6mm×6mm的冷却水槽及两条3mm×2mm的密封圈槽，并在相应模板的对应位置上开设进出水孔即可。冷却系统结构详见图8。
3模具的整体结构及工作原理
根据模具的结构方案及三板式模具的动作原理，对模具的相关结构进行完善，设计出模具的整体结构，如图8所示。模具的工作原理如下。（1）注塑充型塑料熔料经件37（浇口套）的主流道、件33（压板）上的分流道、件32（型腔镶件）上的浇口充填型腔，并在注塑压力作用下保压、冷却。（2）开模分型在注塑机动、定模板的带动下，模具依次实现分型：第一次分型：模具在Ⅱ处打开，利用分流道凝料对件34（拉料钉）的包紧力，将浇注系统凝料从件32、件33中拉出，并使其与塑件分离，直至件11（限位钉）拉住件15（上模板）。第二次分型：模具在Ⅰ处打开，件11拉动件14（水口推板）运动，将浇注系统凝料从主流道刮出，并使其脱离件34，直至件12（限位钉）拉住件13（顶板）。第三次分型：模具在Ⅲ处打开，件38（尼龙锁模器）脱离件15（上模板），塑件随下模运动并脱离件32，直至模具打开足够行程。（3）推出塑件及螺纹型芯模具在Ⅳ处打开，下模停止运动，件23（推杆垫板）、件21（推杆固定板）在注塑机顶出杆作用下，带动件17（推板）及件27（推杆）运动，并分别推动塑件及件28（螺纹型芯），完成塑件与件28的整体推出。（4）螺纹脱模在模外借助手工工具，将件28从塑件上拆卸，完成塑件的螺纹脱模。（5）推出机构复位推出动作完成后，注塑机顶出杆回抽，件21、件23在件20（复位弹簧）的作用下，带动件22（回程杆）、件27完成复位动作。（6）放置螺纹型芯将件28放入到模具中，并利用件16（弹簧波珠）定位。（7）模具合模在注塑机动、定模板的带动下，模具上的各模板分别合拢，完成一个注塑周期。
4结论
在设计塑料螺纹盖注塑模具的过程中，主要通过设计其成型零件、浇注系统、脱模机构、冷却系统，并结合塑件的结构特点选用合适的模架规格，最终设计出模具的整体结构。目前，该模具已投入使用，经实际生产验证，塑料螺纹盖模具结构合理、动作可靠、操作简便，产品质量符合设计要求。
作者:吴磊 余宁 丁立刚 单位:中山火炬职业技术学院
