螺纹自动脱模技术及应用分析

成型螺纹制品的注射模，可以是非旋转的简单模具。其结构与外侧分型、内侧局部分型注射模有类同之处。大批量生产含螺纹的制品，可以由模具外动力旋转脱模，更多的是利用开模力的机动旋转脱模。这种自动脱螺纹机构，尤其是一模多腔的旋转自动脱模，较为复杂。合理确定模具结构方案的前提是注塑件上螺纹的类型，外螺纹还是内螺纹，螺牙的形状及参数（螺距、直径和头数）等。还有螺纹是否间断，同一制品上是否有多种螺纹，还要考虑对分型飞边的要求，考虑螺牙强度、螺纹精度、生产批量和效率等。

1.非旋转螺纹脱模

（1）强制脱螺纹 强制脱螺纹用于聚烯烃类的柔性塑料，并且是内螺纹；螺牙多为半圆形的粗牙；螺牙高度h小于螺纹大径的2.5%。制品必须要有足够厚度来吸收弹性变形能。如图10-115所示，通常用推板强制推顶。被推顶应是注塑件上的平面；型芯外圆和推板孔应有3°～5°斜度；单面间隙最大为0.05mm。

（2）外螺纹侧向分型脱模 外螺纹侧向分型脱模要允许轴线方向有飞边，因此常用于柔性塑料。如图10-116所示，用斜导柱侧向分型，也可用斜滑块侧向分型，侧滑块磨损后，溢边条会影响螺纹旋合。倘若采用图10-116右图所示的间断外螺纹，出现在小平面上的飞边不影响旋合。

图10-115 强制脱模螺纹结构

图10-116 外螺纹侧向分型脱模

（3）间断内螺纹的侧抽脱模 如图10-117所示，注塑件的内螺纹在圆周面上是三个局部段，对应在模具上制成三个内侧抽的滑块。图示模具在角式注射机上成型。在动、定模分型后，动模上两块联接的推板在推出注塑件的同时，又迫使三块成型螺纹滑块沿T形槽移出，产生向心的收拢运动。这些滑块最终不脱离主型芯。该主型芯要有足够大的直径，以容纳螺纹滑块。

（4）径向张缩螺纹型芯 对连续内螺纹注射成型有两种方法。一种是用径向张缩的螺纹型芯钢套，如图10-118所示。螺纹钢套的成型部分被切成纵向条片，富有弹性而能自行收缩。当支承心棒充塞时，张开的钢套成型完整的内螺纹。心棒退出后螺纹钢套收缩，而后用推板顶出制件及浇注系统凝料。另一种是用硅橡胶制成螺纹型芯套。在注射时，支承心棒顶塞橡胶套的内孔，成型内螺纹后退出支承棒。待硅橡胶芯套收缩后用推板顶出注塑件。这两种方法均需设计成二级脱模机构，将支承棒固定在动模底座上，螺纹芯套固装在顶出板上。

图10-117 间断内螺纹的侧抽脱模

1—顶出板 2—顶杆 3—并紧螺母 4主型芯 5—动模垫板 6、7—推件板 8—导柱 9—定模板 10—螺纹滑块

图10-118 径向张缩的螺纹型芯

1—一级顶出板 2—二级液压缸顶出

2.模外动力螺纹脱模

生产中有用模具外的人力或电动机拖动，旋转螺纹型芯或型环，实现螺纹注塑件的脱模。但是螺纹注塑件不能跟随成型零件一起转动，一定要有止转措施。为此在螺纹注塑件的内表面或外表面，或者在端面上，设计凹凸花纹，如图10-119所示。

图10-119 螺纹注塑件上的止转花纹

a）外表面 b）内表面 c）端面

（1）手工旋退脱模 在制品的生产批量较少时可简化模具，用人工旋转并退出螺纹型芯或型环。

1）模具内旋退。见图10-120上的螺纹型芯，必须在开模前人工旋退。其传动螺纹必须与成型螺纹的旋向相同且螺距相等。图10-121所示模具在角式注射机上成型。当人工经手柄摇动斜齿轮时，与它啮合的斜齿轮通过键的作用带动螺纹型芯旋转。螺纹型芯在顶出板中后退，从制件螺纹里脱出。当螺纹型芯台肩退至A面时，再继续摇动手柄。螺纹型芯的反作用迫使顶板移动，顶脱注塑件，直至被定距螺钉限位。

图10-120 模具内手工旋退螺纹型芯

图10-121 手工旋退内螺纹型芯的传动机构

1—型芯 2—主动斜齿轮 3—斜齿轮套 4—顶出板 5—螺纹型芯 6—定距螺钉

2）模具外旋退。如图10-122所示，螺纹型芯或型环制成可装卸的成型零件。开模后它们随注塑件一起脱模取出。在模具外用手工或专门夹具旋退注塑件。因制件收缩包紧螺纹型芯，旋退力矩较大。一般备有数个螺纹型芯供循环使用，必要时还要预热。活动的成型零件装入模内必须有可靠定位。此种方法比模具内旋退，生产效率要高些。

图10-122 模具外旋退的活动螺纹型芯和型环

a）活动螺纹型芯并有瓣合块 b）活动螺纹型芯 c）活动螺纹成型杆

（2）动力旋退脱模 采用电动机动力旋退注塑件螺纹，减小了劳动强度又提高效率，适用于大批量生产。这在角式注射机上实现更为方便。角式注射机上的动模板开闭是由螺杆传动的。它是带有左右旋螺纹的螺杆，在其一端有个方孔，如图10-123所示，模具上主动齿轮2的一端插入其中。开模时，该螺杆在电机驱动的带轮传动下，经螺母将动模拖动后退。同时又经模具内的齿轮传动，驱动各螺纹型芯3转动。由于定模型腔板5与定模板之间的弹簧作用，定模的型腔跟随动模移动而止转了注塑件。待限位螺钉4止动定模型腔板5时，螺纹型芯3上恰好还有一个螺距没有脱出，在继续分型中将制品从型腔中带出。

图10-124为一模六腔的电动机拖动旋退螺纹的模具。开模后，蜗杆3传动蜗轮4再经直齿轮5带动各螺纹型芯转动。各注塑件的端面上有四个止转针销8。它们在弹簧2作用下随托板7一起移动，直至型芯上螺纹退完为止。合模时回程杆1将托板7和止转针销8推回原处。由于端面止转有跟随作用，无需顶出机构。

图10-123 在角式注射机上旋退螺纹的模具

1—注射机上的锁模螺杆 2—主动齿轮 3—螺纹型芯 4—限位螺钉 5—定模型腔板

图10-124 一模六腔的电动机拖动旋退螺纹的模具

1—回程杆 2—弹簧 3—蜗杆 4—蜗轮 5—直齿轮 6—螺纹型环 7—托板 8—止转针销

利用液压缸的直线运动，再通过齿轮传动螺纹型芯旋退内螺纹的模具，如图10-125所示。液压缸活塞运动距离S根据制件螺纹确定，由两个行程开关保证。塑料螺母的内螺纹为右旋，两个螺纹型芯5脱模时为图示顺时针方向。螺母由内端面和浇口凝料止转。螺纹型芯5旋转时，在固定的导向螺母套10作用下，边旋转边后退。已退出型芯的螺母再由推杆4顶出。耐磨含油轴套3有58HRC硬度。

3.开模动力的螺纹脱模

利用开模力和开模方向的直线运动实现螺纹注塑件的旋退，模内结构虽然复杂，但效率高，并可实现自动化生产，应用较普遍。

（1）开模方向齿条导柱驱动 此类脱模都有一根固定在定模上的齿条导柱。如果成型螺纹的旋转轴线垂直开模方向，用有齿轮的螺纹型芯就可实现，如图10-126所示。该成型螺纹与另一端的传动螺纹的螺距和旋向相同。型芯轴上齿轮的宽度应保证在其进退的工作行程中，保持与齿条啮合。套筒螺母用来调节螺纹型芯的位置。(www.xing528.com)

如果成型螺纹的轴线与开模方向一致，则要在齿轮齿条传动后，再用圆锥齿轮或螺旋斜齿轮来改变方向。此种模具一般一模多件，由行星齿轮机构驱动各螺纹型芯或型环转动。如图10-127所示，它用圆锥齿轮6、7传动模具中央有螺纹牙的拉料杆3。各成型螺纹的旋向与拉料杆上螺纹旋向相反。开模后主流道凝料被螺牙拉至动模上。开模中，由于浇道凝料的止转，各螺纹注塑件和流道凝料都被旋退。

10-125 液压缸与齿轮传动旋退内螺纹的模具

1—型腔镶件 2—动模镶件 3—轴套 4—推杆 5—螺纹型芯 6—动模固定板 7—推杆固定板 8—推杆底板 9—动模垫板 10—导向螺母套 11—滚动轴承 12—小齿轮 13—齿条 14—齿轮轴 15—大齿轮

图10-126 成型侧向螺纹的齿轮旋退机构

1—凸模 2—螺纹型芯齿轮轴 3—齿条导柱 4—套筒 5—紧定螺钉

图10-127 圆锥齿轮的螺纹旋退机构

1—定模板 2—动模板 3—螺纹拉料杆 4—齿条导柱 5—传动轴 6、7—圆锥齿轮 8、9—直齿轮 10—螺纹型芯

以上两例的单分型面的螺纹脱模机构，其旋转机构和止转措施设计在动模一侧。止转花纹长度等于成型螺纹高度。若止转花纹长度大于成型螺纹高度，则有加设顶出机构的必要。反之，若止转花纹长度小于成型螺纹高度，则止转零件必须跟随注塑件运动到旋完螺钉。

图10-128所示是双分型面的一模四腔螺纹盖帽注射模。由于止转措施和旋转机构分别在定模与动模两侧。定模型腔板4在弹簧作用下跟随动模运动，保证注塑件外表面的止转作用。在定模边A分型后，主流道凝料被拉下。此时经一对斜齿轮13和24将旋转运动轴线转向，常动螺纹型芯20转动。动模继续后退。在型腔板4被定距螺钉17止动时，盖帽退出螺纹型芯。最后，四个盖帽与浇道凝料相互牵制轻黏在动模上。较长的齿条轴必须支承于动模垫板15中防止变形。此模具只需更换16、18和20成型零件可注射同类的不同规格的制品。

图10-128 双分型面的一模四腔螺纹盖帽注射模

1—定模垫板 2—定模板 3—压缩弹簧 4—定模型腔板 5—动模型芯固定板 6—动模板 7—拉料杆 8—垫板 9—导柱 10、15—动模垫板 11、22—圆柱齿轮 12—圆柱销 13、24—斜齿轮 14—动模座 16—型芯 17—定距螺钉 18—凹模 19—止退轴承 20—螺纹型芯 21—轴承 23—齿条轴 25—直齿轮

（2）开模方向大升角螺母驱动 如图10-129所示，长导程大升角的螺杆固定在定模，在开模力驱动下螺母旋转，带动众行星小齿轮，让螺纹型芯同时旋退。此螺杆与螺母套专门设计制造，己商品化。螺杆直径为20～38mm，有右旋或左旋，螺距为80～200mm。螺纹升角大，传动力矩大，且螺牙接触压力低些，使用寿命长。但是啮合螺母的传动圆心角较小。为避免内螺纹制品随型芯旋转，推板7在L₁距离内，在弹簧5的作用下顶靠制件，起止转作用。

设计时，长导程的螺杆应安装在模具中央位置，或者靠近中心的位置，以避免或减少螺杆驱动螺母的开模力，产生附加力矩。也有将长导程的螺杆固定安装在注射机的动模板上，模具动模部分后退时，啮合螺母传动螺纹型芯螺杆固定，移动螺母被转动的效率较低。用滚珠螺杆代替普通螺杆可减少螺纹升角，提高传动效率。

4.螺纹脱模力矩计算

内螺纹注塑件要计算螺纹型芯旋出的力矩，以确定所需动力，作为设计机械传动装置的依据。

图10-129 开模方向大升角螺母驱动卸内螺纹制品

1—大升角螺杆 2—螺母套 3—中心齿轮 4—螺纹型芯 5—弹簧 6—推管 7—推板 8—定模型腔板

如图10-130所示，注塑件对螺纹型芯的总包紧力p_s，假设作用在螺纹中径的圆柱面上，由此可得所需型芯或注塑件旋转的脱模力矩

M=f_cp_sr₂=f_c （p₁+p₂）r₂ （10-82）

式中，r₂为螺纹中径的半径；f_c为注塑件与钢表面间的脱模系数，由表10-3查得。

图10-130 内螺纹注塑件的几何尺寸

该总包紧力p_s由两部分组成，p_s=p₁+p₂。其中p₁是以中径圆筒体作为内表面的厚壁或薄壁注塑件的包紧力。

当圆筒注塑件壁厚t≤d₂/20（d₂为中径），由式（10-20）、式（10-22）和式（10-23），可得

当圆筒注塑件壁厚t>d₂/20（d₂为中径），由式（10-20）可得

以上两式中，α、E、T_f、T_j和υ的含义见10.2节及表10-3。R为注塑件外圆半径。包紧有效面积A_c=2πr₂h=πd₂h。h为螺纹部分的长度。

p₂是注塑件内螺纹齿形对钢型芯牙形的轴向包紧力，可视为具有凹槽注塑件的夹紧力。由式（10-34）和式（10-35）得

p₂=1.5αE （T_f-T_j）（d²-d²₁） （10-85）

式中，d为螺纹大径。相邻螺纹牙齿间的夹紧力会相互抵消。螺纹升角影响很小，而牙形一般是对称的。

对于外螺纹注塑件的脱模力矩，建议M=f_cp_sr₂=f_cp₂r₂。

[例]某PA1010农药喷雾器筒，其端面有普通公制内螺纹M20，有效螺纹长度为20mm，筒体外径为28mm，求螺纹型芯旋退时的脱模力矩。

[解]由《机械零件手册》及表10-3确定有关参数：M20普通粗牙螺纹，中径d₂=18.376mm，r₂=9.188mm。小径d₁=17.294mm，大径d=20mm。PA1010塑料，E=1.35×10³ N/mm²，α=12×10^-5/℃，f_c=0.4，T_f=148℃，T_j=50℃，ν=0.33。由已知条件R=14mm，h=20mm，得

t=R-r₂=（14-9.188）mm=4.812mm

为厚壁，由式（10-84）