汽車儀表板外螺紋自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文聚焦于汽車儀表板內(nèi)塑料螺釘?shù)哪＞咴O(shè)計(jì)與制造，詳細(xì)分析了塑件結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)，特別是自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)與側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及模具的工作原理，展現(xiàn)了高精度塑件模具設(shè)計(jì)的復(fù)雜性與創(chuàng)新性。

1塑件結(jié)構(gòu)分析

圖1所示為汽車儀表板內(nèi)的一個(gè)塑料螺釘，屬于軸類塑件。螺釘材料為ABSPA-757，收縮率0.5%。塑件外圓周面結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，主要由2段組成，大端是1個(gè)回轉(zhuǎn)體，中間有1圈凹槽。小端是梯形螺紋，螺紋尺寸精度高，表層不允許有分型線，螺紋脫模是模具設(shè)計(jì)難點(diǎn)。

圖1 塑料螺釘

2模具結(jié)構(gòu)分析

模具設(shè)計(jì)為1模4腔結(jié)構(gòu)，采用點(diǎn)澆口注射，從待成型塑件從端面進(jìn)料。為保證塑件外觀質(zhì)量，外螺紋采用自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)，動(dòng)力來(lái)源為電動(dòng)機(jī)，塑件大端的凹槽脫模采用側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，最后由推桿推出塑件，模具結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 模具結(jié)構(gòu)

1.定模座板 2.推料板 3.定模鑲件 4.定模型芯 5.拉料桿 6.澆口套 7.限位釘 8.定模板 9.小拉桿 10.動(dòng)模鑲件 11.動(dòng)模板 12.導(dǎo)向螺母固定板 13.齒輪框板 14.托板 15.復(fù)位彈簧 16.復(fù)位桿 17.推板 18.推桿固定板 19.推桿 20.動(dòng)模座板 21.推板導(dǎo)柱 22.導(dǎo)套 23.尼龍塞

2.1 自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

外螺紋自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)設(shè)置在動(dòng)模內(nèi)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)螺紋型芯轉(zhuǎn)動(dòng)，螺紋型芯在導(dǎo)向螺母的引導(dǎo)下一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊后退脫離塑件，如圖3所示。

圖3 外螺紋自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)

24.電動(dòng)機(jī) 25.電動(dòng)機(jī)底座 26.齒輪 27.過(guò)橋齒輪（惰輪）1 28.傳動(dòng)軸1 29.過(guò)橋齒輪（惰輪）2 30.傳動(dòng)軸2 31.推桿 32.鑲件齒輪軸 33.導(dǎo)向螺母 34.防轉(zhuǎn)銷 35.動(dòng)模型芯

齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)內(nèi)容如下。

（1）確定傳動(dòng)比。傳動(dòng)比=從動(dòng)輪齒數(shù)/主動(dòng)輪齒數(shù)=主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速/從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速=從動(dòng)輪分度圓直徑/主動(dòng)輪分度圓直徑。

在確定齒輪齒數(shù)時(shí)，必須先確定傳動(dòng)比。傳動(dòng)比的確定與2個(gè)因素有關(guān)，一是齒輪的驅(qū)動(dòng)方式，二是齒輪的安裝空間大小[6]。注射模中螺紋型芯上齒輪挑選電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)比較小，一般取 0.25≤i≤1，有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①下降電動(dòng)機(jī)瞬間啟動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力；②使模具結(jié)構(gòu)緊湊，減小空間尺寸；③減慢螺紋型芯旋轉(zhuǎn)速度。當(dāng)用“液壓缸+齒條+錐度齒”或來(lái)福線螺桿驅(qū)動(dòng)螺紋型芯時(shí)，因傳動(dòng)受行程限制，傳動(dòng)比應(yīng)取大一些，一般取1≤i≤4。

模具采用三級(jí)齒輪減速傳動(dòng)，其中過(guò)橋齒輪（惰輪）27是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)，下降了電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的瞬間沖擊力和齒輪傳動(dòng)噪音，同時(shí)提高了螺紋型芯脫模的平穩(wěn)性[8]。

對(duì)于多級(jí)減速器，各級(jí)傳動(dòng)比的分配不但直接影響減速機(jī)構(gòu)的承載能力和使用年限，還會(huì)影響其體積、質(zhì)量和潤(rùn)滑。多級(jí)傳動(dòng)比一般按以下原則分配：①使各級(jí)傳動(dòng)承載能力大概相等；②使減速機(jī)構(gòu)的尺寸與質(zhì)量較??；③使各級(jí)齒輪圓周速度較??；④采用油浴潤(rùn)滑時(shí)，使各級(jí)齒輪副的大齒輪浸油深度相差較小[9]。

模具三級(jí)齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比分別為1、0.5和0.7。

（2）確定齒輪模數(shù)。模數(shù)根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1357-2008、齒條的尺寸、齒輪的尺寸和塑件螺紋圈數(shù)等確定。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，注射模自動(dòng)脫螺紋機(jī)構(gòu)中傳動(dòng)齒輪的模數(shù)通常取1、1.5、2 mm，該模具模數(shù)m取1.5 mm。

（3）確定齒輪齒數(shù)。齒輪分度圓直徑=模數(shù)×齒數(shù)，模數(shù)確定后，齒輪的齒數(shù)則由齒輪分度圓直徑?jīng)Q定。齒輪分度圓直徑又取決于排位時(shí)確定的齒輪之間的中心距和傳動(dòng)比。

當(dāng)中心距一定時(shí)，齒數(shù)越多，傳動(dòng)越平穩(wěn)，噪音越低。但齒數(shù)多，模數(shù)就小，齒厚也小，致使其彎曲強(qiáng)度下降，因此在滿足齒輪彎曲強(qiáng)度條件下，盡量取較多的齒數(shù)和較小的模數(shù)。為避免干涉，齒數(shù)一般取Z≥17，螺紋型芯的齒數(shù)盡可能少，但最小不少于14齒。

綜上所述，再考慮成型塑件與模具側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的尺寸，確定一級(jí)傳動(dòng)的主動(dòng)輪和被動(dòng)輪之間的中心距為60 mm，二級(jí)傳動(dòng)的主動(dòng)輪和被動(dòng)輪之間的中心距為45 mm，三級(jí)傳動(dòng)的主動(dòng)輪和被動(dòng)輪之間的中心距為25.5 mm。從電動(dòng)機(jī)主動(dòng)輪開始各齒輪齒數(shù)分別為40、40、20和14。

外螺紋采用自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)，消除了常規(guī)成型方法在外螺紋表層留下的分型線，提高了螺紋的成型精度，成型塑件尺寸精度達(dá)到了MT3級(jí)（GB/T 14486-2008），達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

2.2 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于成型塑件外螺紋需要采用自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)，模具設(shè)計(jì)時(shí)將型腔縱向排布，成型塑件大端的凹槽必須進(jìn)行側(cè)向抽芯。側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)采用“斜導(dǎo)柱+哈夫滑塊”結(jié)構(gòu)，即待成型塑件凹槽由2個(gè)滑塊各成型一半[11]，如圖4所示。側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)除了斜導(dǎo)柱40、哈夫滑塊37，還包括鎖緊塊39、定位螺釘38、定位彈簧36以及斜導(dǎo)柱壓塊41。

圖4 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)

36.定位彈簧 37.哈夫滑塊 38.定位螺釘 39.鎖緊塊 40.斜導(dǎo)柱 41.斜導(dǎo)柱壓塊 42.定模導(dǎo)套 43.導(dǎo)柱 44.動(dòng)模導(dǎo)套

對(duì)于環(huán)形凹槽側(cè)向抽芯，抽芯距離容易出錯(cuò)，要注意距離不僅取決于凹槽的深度，還與凹槽的大、小端直徑有關(guān)。確定環(huán)形凹槽側(cè)向抽芯最小距離Smin的方法有作圖法和計(jì)算法。

作圖法如圖5所示，由小圓的上母線沿抽芯方向作1條直線與大圓相交，則該線段的長(zhǎng)度Smin就是側(cè)向抽芯最小距離。

圖5 作圖法確定側(cè)向抽芯最小距離

計(jì)算法則是采用公式：Smin=

，其中，R為凹槽處大圓直徑，mm；r為凹槽處小圓直徑，mm。

側(cè)向滑塊實(shí)際抽芯距離S=Smin+（2～5） mm，取5 mm。

2.3 定距分型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具采用點(diǎn)澆口注射，熔體進(jìn)入型腔，共有3個(gè)分型面（見圖2和圖4），分型面I必須首先打開，打開距離為澆注系統(tǒng)凝料總高度再加上安全距離20～30 mm，此模具取90 mm；接著分型面II打開，打開距離為10 mm。最后分型面III打開，打開距離必須保證成型塑件安全脫落，同時(shí)還要保證噴曬脫模劑方便，由于成型塑件尺寸較小，主要考慮后者，分型面III打開距離取100 mm。為了保證模具的開模順序及開模距離，需要設(shè)計(jì)定距分型機(jī)構(gòu)。采用內(nèi)置式定距分型機(jī)構(gòu)，在尼龍塞23和拉料桿5的作用下，模具先后從分型面I、分型面II和分型面III打開，分型面I打開距離由小拉桿9控制，分型面II開模距離由限位釘7控制，分型面III開模距離由注塑機(jī)控制。

3模具工作原理

模具完成注射成型后，電動(dòng)機(jī)24帶動(dòng)齒輪26，齒輪26驅(qū)動(dòng)過(guò)橋齒輪27，過(guò)橋齒輪27驅(qū)動(dòng)過(guò)橋齒輪29，過(guò)橋齒輪29再驅(qū)動(dòng)螺紋型芯32轉(zhuǎn)動(dòng)，在導(dǎo)向螺母33的引導(dǎo)下，螺紋型芯32一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊后退，當(dāng)螺紋型芯32脫離塑件后，注塑機(jī)帶動(dòng)動(dòng)模開模，在定距分型機(jī)構(gòu)的作用下，模具先從分型面I處打開，此時(shí)澆注系統(tǒng)凝料在拉料桿5的作用下和塑件分離。之后模具再?gòu)姆中兔鍵I處打開，推料板2強(qiáng)行將澆注系統(tǒng)凝料推離拉料桿5，并自動(dòng)脫落。最后模具從分型面III處打開，斜導(dǎo)柱40將哈夫滑塊37撥開，實(shí)現(xiàn)側(cè)向抽芯，完成側(cè)向抽芯后，模具停止開模，注塑機(jī)頂桿推動(dòng)推板17，進(jìn)而推動(dòng)推桿19將塑件推出模具，完成一次注射成型。

合模之前螺紋型芯先由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)復(fù)位，合模時(shí)哈夫滑塊37由斜導(dǎo)柱40推回，并最終由鎖緊塊39鎖緊，模具接著下一次注射成型。

▍原文作者:張維合 1馮國(guó)樹 2宋東陽(yáng) 2杜海 2王靖 2魏海濤 2溫煌英 1

▍作者單位：1. 廣東科技學(xué)院； 2. 廣東華睿智連電子科技有限公司