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洗发水瓶盖注射模设计 |
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作者：广州南方模具工业学校 王战峰 |
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摘要：以常见的海飞丝洗发水瓶盖为例，进一步说明在模具设计的理念中，应具有大胆、灵活、广阔的思维能力的重要性.
关键词：三板模；自动脱料；模外定距分型；定模限位顶出；模具结构
1 产品结构及工艺分析
(1) 产品名称：海飞丝洗发水瓶盖如图1 所示(图中尺寸仅供参考) 。
(2) 产品材质及外观分析。
洗发水瓶盖属于外观产品，对外观要求较严格：①外观光泽；②材质为：PP+GF20%(浅蓝色)，收缩率：1.5%。
聚丙烯(PP) 属于结晶性塑料，流动性极好，吸湿性小，可能发生熔融破裂，模温不宜太高(80℃~90℃) ，冷却速度快，所以浇注系统及冷却系统应散热缓慢；其成型收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形，方向性强，注射时应严格控制成型温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50℃以下塑件不光泽，且易产生熔接不良、流痕；模具温度高于90℃以上时易发生翘曲、变形；要求塑件壁厚均匀，应避免缺口、尖角，防止成型时应力集中。模具应设计有足够的排气。
对聚丙烯(PP) 料的成型壁厚应不低于0.85mm。
产品成型壁厚低于0.85mm，为增加产品强度，需改性加GF15%。
图1 瓶盖
(3) 产品成型结构分析。
此产品成型壁厚较薄(0.80mm)，成型时易发生翘曲、变形；小盖咀与大盖口的配合应紧固，不宜松动；小盖折合处成型时不宜太薄或太厚，应具有足够的耐折和易折性，胶型弹片弧形不应太长，要保证小盖扣上后，表面无拱形、吻合恰好。
其产品内部结构成型较困难：①内部结构整体位置将决定着与瓶身装配后瓶盖和身的外观；②内部结构与瓶口内接处较薄，且直径和高度应保证装配后能伸进瓶口并能胀紧内壁，起到密封作用，使洗发水不能从瓶盖内部流出；③此洗发水瓶盖是采用胀性(内肋) 锁扣在瓶口外肋上，洗发水瓶盖内肋不宜成型后脱模；④瓶盖内肋所在的圆壁其对称处有开口，起瓶盖锁扣时圆壁有弹性胀开的作用，瓶盖内肋在模具型芯上加工困难(芯圆柱面对称处有凸起) 。
(4) 确定模具结构。
①为保证产品外观，采用产品顶面中心处(小盖覆盖面) 进胶—— 三板模直接点胶口形式；②瓶盖在成型时小盖为开状，小盖型芯须装在A模板上，这样必须在开模时小盖部分先从定模脱出，才能确保小盖折合处不受损坏与大盖连接；模具必须有可靠的定模顶出结构—— 定模顶出；③考虑成型因素，采用1模4腔，需有浇口板且分型，此模浇口设计成自动脱落，模具需对浇口板分型面有定距分型装置—— 定距分型；④动模顶出系统优化设计—— 斜顶原理(即：型芯斜顶出脱模) 。
洗发水瓶盖外形大致为椭圆，成型壁厚较薄，且瓶盖有内肋，较小，采用强制脱模，需用较大的脱模力，根据斜顶原理，动模脱模方式设计为型芯斜顶出，顶出力较大、可靠，动模顶出系统结构简单。
2 模具结构及其工作过程
(1) 模具结构如图2 所示。
①根据聚丙烯(PP) 冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢的特点，模具定模部分产品成型又较少，所以模具定模部分将不设冷却系统。
②此模具浇注系统将不设计热流道，因聚丙烯(PP) 对温度较敏感，温度不宜控制。
③又因聚丙烯(PP) 对温度较敏感缘故，模具加热器不能太多(加热棒)，需装在模具内，以便更好的控制模具温度，但不宜太靠近型腔。
(2) 成型零部件设计分析。
①型腔的设计。
型腔是成型产品外表面的主要零件，该产品对成型外表面要求较严，又考虑到产品生产量大，为提高模具强度、刚度，型腔便于加工和更换等原则，所以型腔采用整体镶件式，材料采用进口P20。
②型芯的设计。
型芯是成型产品内部表面及结构的主要零件，该产品型芯较多，尤其是定模，给模具装配精度带来一定的难度，型芯零部件多会给以后修模及更换零件时制造精度带来困难。
该模具设计重要部分：利用动模型芯斜滑顶出脱模。
③定模顶出的设计要点。
定模顶出类型有模内和模外两种：a.模外顶出力较大(一般采用气动装置，塑件定模顶出部分较大时)，且气动顶出速度快，同模具打开的速度连贯性不宜控制。
b.模内顶出力较小，适用塑件定模顶出部分较小时，通常采用弹簧为力源，模内顶出部分结构简单，模具费用低，修换方便等，但弹簧易失效。
该模具设计定模模内顶出，采用一小块板连接顶杆、复位杆，同时把弹簧固定与连接板中间，使顶杆、复位杆在顶出时受力均匀及复位杆受合模力复位时顶杆不易卡住，材料可选用45 钢。弹簧的选用则需根据产品的生产量来决定。
④定距分型的设计(浇口料自动脱落设计) 。
定距分型，主要对浇口板在开模时滑开距离进行定位限制，使浇口料能自动从模具浇口板中脱出，该模具由于一半分流道开在定模座板上，浇口板较薄，浇口板需滑开距离又较大，所以采用模外定距分型，弹簧为力源，有安装方便、上模内结构简单等特点，此方式在模具设计中常被广泛采用。
浇口拉料杆需止旋转，且复位弹簧不宜弹力太大，能保证拉料杆在合模前复位即可，注意浇口拉料杆8 开口边的装配方向，使浇口料自动脱落。
⑤浇注系统的设计。
产品外观及模具制造原因，该模具采用直接点浇口形式，从主型芯上进胶，这是因产品外观结构的原因，进胶点被盖在小盖下面，无外观影响。
为减少模具制造用材料，把一半分流道开在定模座板上，一举两得。
⑥动模顶出的设计要点。
动模顶出部分是该模具设计特点部分：利用椭圆及圆形几何规则、斜顶顶出原理，优化设计，利用动模芯斜顶式斜滑顶出脱模，从而大大提高产品脱模力度，减少产品在脱模时对模芯的抱紧力及在采用顶杆顶出时产品顶出面变形的可能性(见图3) 。
建议：此脱模方式可使用于产品椭圆或圆形时，内径最好≥φ30mm，脱模行程不大，塑件收缩较大时采用较好。
复位杆为倒装式，以螺纹形式固定在推板上，在推板下面用螺丝锁紧，此方式主要是考虑到在脱模动作完成后，型芯在复位杆带动下复位时减少所受到的撞击力，保证型芯上及连接顶杆上的螺纹不受损坏。
⑦冷却系统及排气的设计。
因聚丙烯(PP) 料对温度较敏感，该产品成型在定模部分又较少，所以模具定模部分将不考虑设冷却系统；动模冷却系统设计为串联冷却形式，利用铜管镶入模具冷却孔内串联冷却。
(3) 模具工作过程。
模具在注射机上注射成型完毕，同时冷却系统使产品在模具型腔内冷却，注射机保温时间结束，开模时I分型面在模外定距装置上弹簧12的作用下先开模，由于定距水口料拉料杆8上的弹簧力较小，从而在水口料浇口及水口板上拉料杆的带动下被拉出，待定距水口料拉料杆8行程完毕，I分型面开模继续，使水口料从产品中脱出，同时水口板上拉料杆上的水口料也被脱出，因水口料定距拉料杆8开口边朝下方，则水口料自动落下，定距拉料杆8在弹簧7的作用下复位，I分型面分开，并且在限位柱16下分型定距；注射机开模仍然继续，Ⅱ分型面打开，同时动模平面不再对复位杆33施力，从而推杆3和复位杆33在弹簧强力下弹出，顶出产品；待注射机开模动作全部结束，开始动模顶出动作，模具推杆垫板25被注射机顶杆推行，使固定在型芯上的顶杆24受力，带动模型芯推动产品完成顶出，复位时由于复位杆21倒装固定在推板上，从而减少了动模型芯在顶杆24带动下复位时所受的撞击力，模具完成一次注射工作。
3 模具装配、加工要点及调试
(1) 定模型芯较多，加工时需对镶芯留有装配研磨余量。
(2) 动模芯顶杆斜导滑孔，在加工时两块板需固定在一起，确保同轴度。
(3) 装配后，确保推板复位后正好停靠在限位钉上或距1mm，使动模型芯完全复位，不影响成型时产品的内部结构。
(4) 注意浇口拉料杆装配方向，模具在注射机上安装时浇口拉料开口边朝下方。
4 结束语
该三板式模具整体结构在模具设计中属较难，用到了浇口自动脱落、模外定距分型、定模顶出、动模型芯斜顶出设计，其中利用动模型芯斜顶出设计较特别，而且在模具结构中极为少见，且设计合理，省去了采用顶杆套筒或顶板顶出设计，从而减少模具制造上的困难，解决了圆筒形件和椭圆形件在成型后顶出力较大的难题，可供同行参考。
作者单位：王战峰（广州南方模具工业学校，广东，广州，510860）
参考文献：
[1]塑料模设计技术手册编写组.《塑料模设计技术手册》模具手册之二[M].机械工业出版社，2002.
[2]张孝民.塑料模具技术[M].机械工业出版社，2004.
[3]许发樾.实用模具设计与制造手册[M].机械工业出版社，2000.(end)
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(11/2/2006) |
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