复杂螺纹结构瓶盖热流道注塑模

摘 "要：针对一种复杂螺纹结构瓶盖，分析了它的结构特征，采用热流道注塑模设计方案，使流道内熔体保持恒定温度，经CAE分析优化流道方案，设计了一模四腔热流道注塑模具。瓶盖内部采用了模内机动螺纹和组合式型芯结构、推管推出机构。模具设计结构合理，开合模动作可靠，制品顺利脱模，自动化程度高，塑件精度高。产品达到客户要求，有效解决了目前热流道工艺上所存在的缺陷，为同类模具结构设计提供一定的参考。

关键词：瓶盖；热流道；复杂螺纹；注塑模

中图分类号：TG241 """""""文献标志码：B

Design of screw bottle cap injection mold

JIANG xin

（Shaanxi Institute of Technology， School of Artificial Intelligence，

Xian 710300， Shaanxi， China）

Abstract： Aiming at a bottle cap with complex thread structure， this paper analyzed the structural characteristics of the bottle cap with complex thread structure， adopted a hot runner injection mold design scheme， and the melt in the runner maintained a constant temperature. The flow path scheme was optimized by CAE analysis， and a 4cavity hot runner injection mold was designed. The mold design structure is reasonable， the opening and closing mold action is reliable， the products are smoothly demoulded， the degree of automation is high， the precision of the plastic parts is high， the products can fully meet the customer requirements， effectively solve the defects existing in the current hot runner process， and provide a certain reference for the similar mold structure design.

Key words： bottle cap; hot runner; complex screw; injection mold

0 "引 "言

在塑料制品中，产品成型的效果如何，不仅取决于材料和注塑工艺，更取决于设计的合理性，特别在成品结构尺寸小、旋转对称、螺纹结构复杂的塑料制件中，注塑时经常会出现产品黏膜、流纹或者塑面波纹等现象，受到温度等条件的影响，脱模阻力增大，成型收缩偏大，抱紧力增加，从而导致脱模不良，所以注塑成型前的设计尤为重要，不仅可以确保产品的性能和外观，还直接关系到产品的质量和生产效率，因此在设计小型塑件热流道模具时，应充分考虑模具结构、材料选择、圆角设计、模具强度和简化动作等因素，以确保成型过程的顺利进行和产品质量的稳定。

本文所述用聚丙烯（PP）材料生产的家用香氛盒的复杂螺纹结构瓶盖属于小型复杂制件，内部很难设计冷却水路，模具的冷却时间较长，直接影响了生产效率。针对瓶盖件的螺纹结构、外观要求及工艺分析，采用热流道注塑模设计方案。这种方案比传统模具更节约原料，流道内熔体一直保持在恒定温度。利用MoldFlow对瓶盖注塑成型工艺进行数值模拟，通过分析塑件的工艺性，创建有限元模型，分析注射时间、冷却温度、填充压力和气穴等对产品质量的影响，经CAE分析，不断优化流道方案，设计一模四腔热流道注塑模具，瓶盖内部采用模内机动螺纹和组合式型芯结构，推管推出机构。经生产实践证明，模具结构紧凑合理，工作稳定、安全可靠，可以有效解决目前热流道工艺上所存在的缺陷，实现了复杂螺纹瓶盖件完整脱模和高产量精密注塑。

1 "塑件工艺分析

某厂生产内螺纹瓶盖产品，材料为聚丙烯（PP），收缩率为0.5%，材料具有很好的流动性与自润滑性，塑件最大处尺寸为26mm。平均壁厚2mm，瓶盖内部有M19×3LH5g6g螺纹，MT6，中级精度，未注圆角R由设计自定，保持外表面光滑无痕，几何外形美观为原则，产品允许有1°～2°的拔模斜度，超大批量生产，具体尺寸如图1所示。

（a） 产品尺寸图

（b） 产品三维图

2 "冷却系统设计与CAE分析

由于产品尺寸较小，结构旋转对称，属于小型复杂制件，内部很难设计冷却水路，但是模具冷却时间从保压结束到顶出通常占生产注射成型总时间的 80%以上，直接影响产品的生产周期。因此，设计了3层外环绕水路进行充分冷却，并运用CAE分析产品填充与冷却，模拟结果如图2所示。填充模拟结果显示，模具注射后，填充时间为1.480s，料流填充末端压力下降均匀；冷却系统模拟结果显示，冷却回路温度差在1℃以内，符合设计要求，整个模具的冷却水路能够有效带走塑料热熔体凝固散发的热量。CAE分析结论为：模内料流填充平稳有序，填充饱满无明显缺陷，冷却水路设计合理可靠，环绕水路热去除效率高，加快了产品的冷却速度，进而缩短了生产周期，提高整体生产效率。具体结果如图2所示。

（a） 填充时间

（b） 填充末端压力

（c） 气穴

（d） 缩痕，指数

（e） 回路冷却液温度

（f） 回路热去除效率

3 "模具结构设计过程

根据瓶盖结构特点、尺寸及生产要求，将产品按顺序呈矩形布于模具中心，一模四腔，中心浇口，分型面主要从脱模考虑，选择在产品的最大截面处，同时有利于分型面排气，热流道进浇方式，这种结构特别适合旋转体结构中心进浇，侧面不留有浇口痕迹的产品，而且无凝料废料产生，注射过程中压力损失小，适合复杂产品的注射。塑件内部的螺纹采用模内机动脱螺纹机构，由于塑件内部非常复杂，采用由中心型芯、推管、螺纹型芯、动模防转型芯4个零件组成的组合式型芯，根据塑件在模腔内的排布，设计出定模型腔、定模板、动模型腔板和动模板；同时，在定模板、动模板与型芯型腔镶块上设计3层环绕的冷却系统，冷却管路充分贴近塑件外表面，冷却均匀，结构合理并且冷却效率高。推出与复位机构采用推管推出机构和弹簧复位杆组成的先复位机构，模具结构如图3所示。

图3为瓶盖模具工作原理图，模具工作过程如下：注塑机注塑、保压、补缩、冷却结束后；动模部分向后移动，模具在分型面I处打开，由于塑件上的螺纹，产品留在了动模，此时液压缸18通过联轴器17带动齿条16运动，齿条16与齿轮轴37啮合，齿轮轴37旋转，齿轮轴37上面装有大齿轮36，大齿轮36与螺纹型芯24下段的齿轮啮合，螺纹型芯24 转动，螺纹型芯24旋1—动模座板；2—推板；3—推管固定板；4—垫块；5—支撑板；6—复位弹簧；7—齿条支架板；8—齿轮支架板；9—复位杆；10—支撑板；11—动模板；12—定模板；13—热咀压板；14—热流道支架；15—定模座板；16—液压缸支架；17—联轴器；18—液压缸；19—推管；20—中心型芯；21—螺母；22—螺纹司套；23—齿条；24—螺纹型芯；25—司套；26—密封圈；27—动模型芯；28—动模型腔；29—定模型腔；30—热咀；31—防转销；32—热流道板；33—导柱；34—导套；35—轴承；36—大齿轮；37—齿轮轴；38—限位柱转并下移完成瓶盖的脱螺纹动作，动模型芯27防止塑件随螺纹型芯24旋转，起到防转作用，脱螺纹动作结束后，由于中心型芯20安装在动模座板上面，保持固定状态，注射机顶杆推动推出机构的推板2和推管固定板3向上移动，安装在推出机构上的推管19推出塑件，待塑件完全脱离中心型芯20后，塑件脱落，限位柱38的限制推出距离，防止推出机构与脱螺纹机构干涉。推出结束后，整个脱模动作完成。塑件脱模结束再次合模前，液压缸撤回，螺纹型芯归位，注射机顶杆撤退，先复位机构的复位弹簧6弹开带动复位杆9和推管19完成先复位后，即可合模。塑机动模部分向上移动，模具采用导柱导向机构，保证了模板的精确导向定位，注塑开始，进入下一个工作循环。

4 "结 "论

最终产品外表面光滑无痕填充饱满，几何外形美观，尺寸精度高，客户进行了相应检测，认可本次样品。在瓶盖注塑模设计中，通过分析结构特征，设计出一模四腔的组合型芯的注塑模具，热流道无凝料结构，此设计在节约塑料材料的同时提高了塑件自动化生产效率，整套模具结构合理，动作可靠，制品脱模顺利，产品达到客户要求。

参考文献：

［1］《塑料模具技术手册》编委会.塑料模具技术手册［M］.北京：机械工业出版社，2005.

“Plastic Mold Technical Manual” Editorial board. Plastic Mold Technical Manual ［M］. Beijing： China Machine Press，2005.

［2］程军.通用塑料手册［M］.北京：国防工业出版社，2007.

CHENG J. Manual of General Plastics［M］. Beijing： National Defense Industry Press， 2007.

［3］田福祥.先进注塑模设计评注［M］.北京：机械工业社出版，2008.

TIAN F X. Commentary on Advanced Injection Mold Design ［M］. Beijing： Publication of Machinery Industry Society， 2008.

［4］乔女.人字齿注塑模设计［J］.轻工机械，2013（4）：68-70.

QIAO N. Design of zigzag tooth injection mold ［J］. Light Industry Machinery， 2013（4） ： 68-70.

［5］乔女.分段内螺纹瓶盖模具设计与注塑成型［J］.模具技术，2020（1）：12-15，40.

QIAO N. Mold design and injection molding of sectional internal screw cap ［J］. Mold Technology， 2020（1） ： 12-15，40.

［6］符立华，赵贵昱，任建平. 基于顺序阀与复杂抽芯技术的汽车门槛精密模具设计［J］. 工程塑料应用， 2022， 50（8）： 91-96.

FU L H， ZHAO G Y， REN J P. Precision mold design of automotive threshold based on sequence valve and complex corepulling technology ［J］. Engineering Plastics Application， 2022， 50（8）： 91-96.

［7］植才华. 汽车保险杠模具结构设计［J］. 工程塑料应用， 2022， 50（8）： 97-102.

ZHI C H. Structure design of automobile bumper mold ［J］. Application of Engineering Plastics， 2022， 50（8）： 97-102.

［8］张华龙，张二红，苏海洋，等. 八次复合抽芯的进气歧管盖注塑模具设计［J］. 塑料工业， 2022， 50（2）： 87-92.

ZHANG H L， ZHANG E H， SU H Y， et al. Injection mold design of Intake manifold cover with eight composite corepulling ［J］. Plastics Industry， 2022， 50（2）： 87-92.

［9］杨剑萍，肖国华，冯振礼，等. 汽车尾灯灯罩三色成型方法及模具结构设计［J］. 塑料， 2022， 51（1）： 84-88，110.

YANG J P， XIAO G H， FENG Z L， et al. Threecolor forming method and Mold structure design of automobile taillight lamp shade ［J］. Plastics， 2022， 51（1）： 84-88，110.

［10］杨鸿. 壳体注塑CAE与热流道模具设计［J］. 模具技术， 2022（4）： 16-25.

YANG H. CAE for shell injection molding and hot runner mold design ［J］. Mold Technology， 2022， （4）： 16-25.

基金项目：陕西省教育厅高等教育重点攻关研究项目（编号：19GG009）；陕西省教育科学“十四五”规划课题（编号： SGH18V020）；陕西省教育厅高等教育教学改革研究项目：高职《逆向工程与快速成型技术》课程教学改革研究与实践（编号：21GY041）。

作者简介：姜鑫，副教授，主要从事自动化控制技术教学与研究工作。

（陕西国防工业职业技术学院 "人工智能学院，陕西 "西安 "710300）