塑料螺纹瓶盖模具设计

刘俊萍

（太原理工大学机械工程学院，山西 太原 030024）

0 引 言

制品为医用药瓶的瓶盖，具有两圈半连续的内螺纹，螺纹大径：50 mm，螺距：3 mm。制品外表面有数个半圆柱形的阻滑纹，成型时可起止转作用，止转高度大于螺纹高度，如图1。材料是高密度聚乙烯，属于结晶型热塑性塑料，熔体流动性能好，易于注塑成型。下面谈一些成型模具设计和使用方面的经验。

图1 塑料瓶盖

1 模具工作过程

图2 模具结构图

模具的结构如图2[1，2]，采用点式浇口，一模两腔，螺纹型芯成型内螺纹，利用开模力脱模。经过合模、注塑、保压和冷却后开模，在弹簧32的作用下，A分型面先分型，用分流道末端的斜面拉断点浇口，利用球头拉料杆4将凝料拉出脱落，在A分型面分型凹模后退的同时，齿条也随之后退，当齿条端部的凸肩与定模接触时，齿条停止运动，齿轮16在开模力作用下开始转动，通过锥齿轮10、18和中心齿轮22，驱动两个型芯齿轮24转动，从而带动螺纹型芯25转动，型芯被轴套27和型芯压板8压住只能原地旋转，这样制件沿型芯轴向脱出。直到限位钉33的头部受到凹模7的阻挡，凹模停止运动。B分型面开始快速分型，制品自由跌落，完成一次成型过程。

2 脱模系统设计

制件螺纹要求精度较高，采用旋转脱模方式,即采用螺纹型芯旋转，制品后退的方式。考虑到要尽量使模具的结构紧凑、成本低，应该利用开模力作为旋转动力。脱模系统主要由三根轴、一对圆柱齿轮、一对锥齿轮和两对齿轮-齿条构成。轴17两端用滚动轴承支撑，受力均匀并且转动阻力小。轴21上装有锥齿轮，一端用滚动轴承支撑，另一端装有中心齿轮22，由于空间小采用了一端有凸缘的铜轴套23，既能承受径向力，又可承受轴向力。同样螺纹型芯25也用一对轴套26、27支撑。中心齿22与型芯齿轮24的齿数比为2.5:1，锥齿轮18与锥齿轮10的齿数比为2:1，齿条长度大于制品脱出时齿轮16滚动的长度。镶块28成型瓶盖外表面的阻滑纹并在脱模时起止转作用，为方便凹模的加工，做成镶块嵌在凹模中。

3 脱模过程分析

脱模时螺纹型芯只旋转，制件后退，由凹模止转，螺纹型芯与制件之间是螺纹副关系。正是依据这个原理，制件才能顺利脱模。动定模之间的开模速度与制件脱出速度要很好的配合，才可以达到既能止转又能将制件从凹模脱出的效果。设动定模之间的开模速度为v1，制件脱出的速度为v2，当v1＞v2时，就意味着B分型面以很快的速度打开，而制品与型芯还没有完全脱开，这时止转长度减小或完全没有了，制品就会部分或全部包在型芯上不能顺利脱出。反过来如果v1＜v2，即制件已经从型芯上脱出，但B分型面还没有打开，分型面之间没有能容纳制件的空间，制品会遭到破坏。当v1=v2时，动定模之间的开模距离与制件脱出的长度相适应，制件脱出时既不会受到干涉，又不会失去止转无法脱落，因此，v1=v2是制品顺利脱模而又保证质量的条件。

在模具结构设计中，如何保证v1=v2，图3是脱模机构的原理图，由齿条、齿轮Z1,一对锥齿轮Z2与Z3、中心齿轮Z4和驱动型芯的齿轮Z5组成。开模时假定齿条不动，在动模向左运动时，齿轮1沿齿条滚动动定模之间的开模速度：

图3 脱模机构原理图

式中：d1、n1—齿轮Z1的分度圆直径和转速，其他转速之间的关系为：

图4 凹模差动

制件脱出的速度为：V2，经整理得就是定模，这种情况下v1≫v2，现在设两个分型面如图4，让凹模在A分型面打开时也处于运动状态来补偿速度差，凹模的运动有效地减小了动模与定模之间的相对开模速度v1，创造了有利条件，充分满足顺利脱模的条件，确保制件的成型质量。

笔者建议以下情况都应采用两个分型面，一是同类模具采用侧面浇口，只有一个分型面；二是对止转长度较短而螺纹圈数较多的制件。

式中：l为螺纹螺距，如果要求v1=v2，则必须使：Z3Z5πd1/Z2Z4l=1.分析上式不难发现，分子是各被动齿轮的齿数与齿轮Z1沿齿条转一圈的周长πd1的乘积，分母是各主动齿轮的齿数与型芯螺距l的乘积，要满足上式是很困难的，因为πd1远远大于l.而齿轮的齿数比是有一定范围的，结构设计时必然受到限制，过度减小各被动齿轮的齿数或增大各主动齿轮的齿数都是不现实的。问题实质上是动、定模之间的开模速度v1太大了，远远大于制件脱出的速度v2,既然v1太大，就应当想办法减小，前面是假定齿条不动的情况，凹模

4 结束语

螺纹成型的关键是保证止转，使制件顺利脱出。而明确动、定模之间的开模速度与制件脱出速度之间的关系是非常重要的，笔者在这方面做了一定的尝试，对同类模具设计有一定的参考价值和借鉴作用。

[1] 沈开智.塑料成型模具[M].北京：中国轻工业出版社，2006.

[2] 塑料模具手册编写组.塑料模具手册[M].北京:机械工业出版社,1993.