32腔內螺紋塑料產品模具方案設計及應用

羅昆鵬 朱傳林 文建洲 朱萌恩

摘 要：本研究結合內螺紋產品的結構和產量需求，設計了一種先脫螺紋再頂出的模具結構，有效防止螺牙損傷。最終成功研發出一模32腔的自動脫螺紋量產模具，其有巨大的經濟效益。

關鍵詞：注塑模具;熱流道;內螺紋抽芯;頂出機構;脫模

中圖分類號：TQ320.5文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）02-0048-03

Design and Application of Mould Scheme for 32-cavity Thread Plastic Products

LUO Kunpeng ZHU Chuanlin WEN Jianzhou ZHU Mengen

（Henan Key Laboratory of Medical Polymer Materials Technology and Application， Henan Tuoren Research Institute of Medical Devices Co.， Ltd.，Changyuan Henan 453400）

Abstract： In this study， combining the structure and output requirements of internal thread products， a mold structure was designed that first unthreaded and then ejected to effectively prevent thread damage. In the end， a 32-cavity automatic unthreading mass production mold was successfully developed， which had huge economic benefits.

Keywords： injection mold;hot runner;internal thread core pulling;ejection mechanism;demoulding

內螺紋塑料產品廣泛應用于日常生活中，起到連接、裝配和密封的作用。內螺紋因為其本身的結構問題，在注塑模具成型時存在脫出困難、高腔成型困難等問題。參考相關模具設計資料[1]，結合相關專家學者的研究，本文進行了防菌帽產品的模具方案設計。

1 產品分析

產品為防菌帽，結構如圖1所示，其應用于醫療領域，和其他產品旋合密封裝配，要求內螺紋牙型完整、尺寸穩定、滅菌不開裂，有安裝配合和密封性能要求，滅菌后，在使用過程中不能漏液。產品外觀要求光滑無毛刺。

其外形尺寸為[Φ]9.7 mm×8.9 mm，平均壁厚為1.2 mm，質量為2.5 g。材料選用丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物（ABS）。

產品的主要特點為：產品的重點為成型其內部的螺紋，牙形為梯形螺紋，雙邊斜向角度均為25°，采用雙頭螺紋，牙距為2.5 mm，導程S為5.0 mm，公稱直徑D=3.5 mm，牙深為0.5 mm，牙寬為1.0 mm，有效螺紋為1.2圈;產品表面有50條止轉條紋，在注塑時相對旋轉脫模運動，起止轉和固定產品作用，在裝配時增加產品摩擦力，防滑;產品外觀要求鏡面，表面光滑無毛刺，必須依螺紋的走向進行脫模，保證螺紋的完整性和表面光滑。

2 模具方案設計

2.1 分型面確認

產品的分型面一般為產品本身的最大截面，減少倒扣，方便加工，利于脫模，利于排氣，綜上，選擇產品分型面，如圖2所示，產品表面上的50條筋條留1 mm在動模，作為齒輪軸和模仁相對轉動時的止轉定位。

2.2 模具設計方案確認

該產品市場需求量大，是幾個零件的共用件，年需求量近4 000萬件。設計方案為1出32腔。4個熱嘴為一組，模具排布緊湊。一排有4組熱嘴，共兩排。產品排布4列8行，如圖3所示。采用側進澆全熱流道進澆系統，減少流道水口料，塑化更均勻，充填壓力更小，產品內應力也小，減少開裂風險。側澆排位，產品更緊湊，可以在更小的注塑機注塑。進膠口直徑只有0.8 mm，成型后的澆口印跡不明顯，保證產品有良好的外觀面。

內螺紋成型在動模部分，在脫模方向為倒扣，強制脫模會拉傷產品。為保證產品螺紋的完整性，采用油缸的液壓提供動力，和齒條連接，帶動齒條做往復運動，齒條帶動齒輪和齒輪軸，齒輪軸通過牙套導向自動脫出螺紋，螺紋脫出后通過頂針頂出產品，實現模具自動化生產，提高生產效率。模具總體裝配如圖4所示。

成型產品內螺牙的齒輪軸17在動模部分，其頭部和動模仁15配合，中部由齒輪軸套16導向，下端和螺紋牙套20配合。選用自潤滑和強度兼顧的材料，防止出輪軸旋轉脫模時卡死和咬傷。導程S為5.0 mm，螺紋牙套的螺牙導程和產品放完縮水后的導程保持一致，當齒輪軸和螺紋牙套有相對運動時，由于螺紋牙套定位塊21將螺紋牙套20固定到模板上，所以齒輪軸只能沿螺紋牙套的螺紋槽導向上下運動。另外，安裝時可以通過螺紋牙套定位塊調節齒輪軸的封膠高度，如圖5所示。

模具裝配飛模驗證好，通過面板1和底板9將模具固定到注塑機上，運水、熱流道等和周邊設備連接好。具體工作過程如下：模具注塑冷卻完成后，開模，注塑機拉著動模后退，使模具的動模和前模分開，產品內螺紋扣著齒輪軸留在動模;油缸24推動齒條19向下運動，齒條19帶動齒輪軸17做旋轉脫模運動，因為螺紋牙套20在模胚上固定，齒輪軸17旋轉只能沿螺紋牙套20的螺旋槽向下運動，完成內螺紋的脫模;注塑機頂棍和模具上的拉桿連接，通過頂針面板7和頂針底板8上的頂針22將產品頂出;拉桿拉頂針22回位，油缸24拉回齒條19，齒輪軸17前進到注塑位置;注塑機將前動模部分合模，開始下一輪的注塑。

2.3 螺牙自動脫模結構確認

本結構的運動原理為通過油缸提供動力，拉動齒條。齒條拉動齒輪，齒輪帶動齒輪軸，齒輪軸和螺紋牙套組合。產品有防轉槽，螺紋牙套有定位塊固定，二者是固定不動的，通過齒輪軸和螺紋牙套，把橫向的運動轉化為旋轉和上下運動，實現先絞出螺牙再頂出產品的過程。螺牙在脫出過程中不受徑向頂出外力影響，螺牙完整，產品應力小，結合從動輪，即可實現1×32腔的注塑模具。

注意事項如下：從動輪、齒輪軸和軸套、齒輪軸和牙套之間的材料選擇，配合間隙，加工工藝和加工精度等，油缸拉力的選擇，齒輪軸上下運動精度的定位等，水路的設計，如何保證32腔產品的一致性等。

2.4 模具上的冷卻

合理的冷卻水路既提升了產品外觀效果及尺寸精度，還可以提高生產效率。前模鑲針的冷卻采用運水管噴泉式運水，其可以充分冷卻前模鑲針。產品膠位大部分都在前模，冷卻好前模，就冷卻好了產品。每一個產品單獨拆小模仁，圍著產品一圈單獨走運水，保證產品充分冷卻，如圖6所示。

齒輪軸鑲針和動模仁有轉動和上下往復的相對運動。后模仁運水走雙層水路冷卻，整個動模保持恒溫，防止脫模上下運動旋轉時卡死或擦傷。在導柱和牙套附近增加運水，上述優化設計縮短了成型周期，提升了產品成型質量，如圖7所示。

3 實際生產驗證和模具實物

目前，32腔絞牙模具防菌帽產品已驗證合格，注塑車間順利生產。開合模一次生產32個產品，如圖8所示。

模具成型周期為13 s。一天生產20 h的產能有17.7萬件。一個月生產26 d的產能有460.2萬件，一年有5 522.4萬件的產能。一套模具即可滿足目前市場的產量需求。產品一致性得到保證，大幅提高效率，變形減小，品質得到改善，降低產品開裂風險。模具生產穩定，無廢料。這就驗證了螺牙新結構在高腔模具上的應用。

4 結論

通過分析產品結構和市場的大產量需求，本文設計了一套1出32腔的防菌帽塑料模具，在設計過程中重點對模具排位、澆注系統、冷卻系統、螺牙脫出結構、運動傳輸系統和頂出系統等進行了評審驗證。模具現在已經成功量產，生產穩定可靠。產品年產量達到4 790萬件，產品一致性好，螺牙在脫出過程中保持完好的牙型，內應力小，滅菌完成，無開裂漏液現象，達到了預期的生產效果。這也為此類內螺紋注產品的生產積累了可貴的設計經驗。實際生產證明，模具工作穩定，注射生產工藝合理，各項質量指標達到了標準。

參考文獻：

[1]趙利平，張寧，王樹勛，等.基于自動旋轉脫螺紋的紅酒瓶蓋注塑模具設計[J].現代塑料加工應用，2018（1）：60-63.