蝶结翻盖注射模设计

许聪艳

（嘉亨家化股份有限公司， 福建 泉州 362005）

蝶结翻盖是日化塑料包装的高标准配件，通过蝶结带连接上、下盖，上盖密封针与下盖出液孔的出入动作形成开合盖功能，塑件结构特点决定了其在型腔中成型时为水平打开状态，即开盖状态，合盖动作只能脱模后进行。塑件采用PP热塑性材料成型，如在模具中冷却后再完成针与孔的合盖动作，一是蝶结带滞留的内应力会降低其有效韧性，影响翻折次数和弹性功能；
二是针与孔过盈配合形成的密封性及首次开盖力会受到影响。为此设计了轨道式智能仿形机械手，实现上、下翻盖在模具内自动合盖动作，保证成型塑件的密封功能和力学性能。

塑件结构如图1所示，应用于日化塑料包装类，上、下盖合上形成一整体盖，其外形尺寸为φ23.5 mm×30.0 mm，平均壁厚为1.1 mm，质量为（3.5±0.3）g。材料采用聚丙烯（PP），收缩率为1.6%，密度为0.91 g/cm3，PP料成型性能及流动性好，具有良好的耐应力开裂性和较高的弯曲耐疲劳性，质轻、韧性好、耐化学性好，适合日化塑料产品的一体式包装[1]。

图1 塑件结构

塑件的主要特点：①上盖为平面，当盖子朝下，整个包装可自然倒立放置，以使瓶内残留液最少，避免浪费，上、下盖通过蝶结带连接成一件式盖，开合盖动作应具有“三响”效果：开盖（密封针离开出液孔）时响，翻盖（上盖脱离合盖角度后）时响，合盖（密封针进入出液孔）时响；
②密封针在上盖内端面向前偏心1.5 mm处，靠近手部更有利于接受物料，密封针针径为φ（2.95±0.05） mm，高为4.2 mm，设计为中空针，要求壁厚均匀，头部为20°锥形并倒角R0.2 mm，有利于合盖时的导向，根部均布4条三角型助力筋条，起加固对中作用，下盖外端面对应一锥柱体高台，内置孔径φ（2.85±0.05） mm出液孔，入口呈50°角外喇叭导向，要求壁厚均匀，接触面均自然倒角，与密封针形成有效过盈量0.1 mm，合盖后有效配合直线段≥1.2 mm，形成液密级防漏密封；
③下盖内端面凸起一密封圈形成内塞造型，外径为φ14.9 mm，高为6.4 mm，有效壁厚为0.6 mm，并自带脱模斜度1.6°及入口导向倒角R3.5 mm，与瓶口内径过盈配合，起液密级密封功能。

塑件成型的关键：①下盖手指开盖让位增加一条状撕裂带，由4个断点点状连接，形成易撕断功能，撕裂带为高4.8 mm、宽度110°的扇形，正中有长6.0 mm、宽1.1 mm的长方形窗口，同样位置在上盖配合5.5 mm×0.8 mm的凸台平扣，合盖时两接触位置均斜坡导向锁紧，只有当此撕裂带被人工撕掉才可开盖，形成起防伪功能的锁扣；
②下盖内径圆周均布5个横向扣位，成型时属强脱模扣位，均自然倒角过渡，扣位中心起始基准高度5.0 mm，凸起尺寸为3.2 mm×8.0 mm×0.8 mm，呈三角形，上角与垂直面夹角43°，下角与垂直面夹角22°，配合下盖内径端面环布10条竖立导向筋条，尺寸为12.8 mm×0.8 mm×1.5 mm，对称筋条之间有效内径为φ（18.6±0.2）mm，与瓶颈直角三角形扣位形成入扣紧固配合，达到只进不出装配，起防盗作用；
③盖外观要求匀色亮面，表面光滑不刮手，浇口设计在下盖外端面偏心位置，全热流道针阀式点浇口进浇，保证待成型塑件蝶结及上盖进浇的均衡，规避流痕方向，保证成型尺寸精度，减少塑性变形，提高装配稳定性，保证着色均匀，进浇点无残留不刮手[2]。

模具结构要求在型腔中待成型塑件上、下盖水平展开，其生产需求数量较大，采用1模32腔布局，纵4（8腔）横8（4腔）错位排列，平衡式进浇系统布局。模具结构设计的重点：①模内自动合盖机构，即智能机械手机构；
②在机床上快速更换模具组件结构，即镶件结构；
③模具自动化生产配套，即周边设备配套。模具结构采用一次分型，同步双边抽芯，二次推出，机械手模内合盖，辅助气吹，在卧式油电混合注塑机上生产[3]。

2.1 模具内自动合盖机构设计

模具内自动合盖机构的设计若不符合实际生产要求，将影响塑件的功能性与模具合盖机械手智能机构的合理性，如图2所示，设计要点是采用气动气缸11为动力机构，机械手机构模拟人工手指关节合盖动作轨迹，结合机械手的固定与运动框架，与注塑机的信号配合进行整套智能设计。

图2 模具内自动合盖机构

在模具前后侧各固定1套机械手机构，对称式布置，由固定式和活动式两部分组成：①固定件：由“口”字型4件铝合金板材为支撑固定框架，上下对称的2个型板为运动轨道的支撑板，前端配合有圆周自转孔位，后端内侧加工仿形合盖轨道槽；
前后2个型板为固定支持板，前型板6固定在模具动模板10上，为机械手和模具之间的主要固定板，后型板13与上下对称2个型板螺钉旋紧，起支撑框架固定作用；
②活动件一：自转型板5连接上下对称的2个型板，上下连接处各安装1套自转轴芯4，当合盖做翻折动作时，可以随型配合做自转动作，自转型板5正中心固定气动气缸（含活塞杆）11，另有4套活动导杆与滚珠导套3分布在自转型板5上；
活动件二：机械手臂固定板7在自转型板5前面，气动气缸11活塞杆前端固定连接在机械手臂固定板7正中心，4套活动导杆与滚珠导套3穿过自转型板5，固定在机械手臂固定板7上，16根自带合盖滚柱9的机械手臂及关节8固定其上，当气动气缸11活塞杆运动时，将带动机械手臂及关节8一起动作；
③活动件三：轨迹运动板1上下端通过2套轨迹运动圆柱12配合上下对称的2个型板，沿着轨道做前后合盖运动，气动气缸11活塞杆后端固定连接在轨迹运动板1上，当气动气缸11活塞杆运动时，将带动轨迹运动板1一起动作。

上述设计的作用：通过固定件的“口”字型4个型板框架作为固定支撑，起到运动受力时的支撑作用，活动件作为合盖动作的执行零部件，起导向与推力作用，实现轨道直线运动与合盖轨迹运动的作用。工作时，气动气缸11活塞杆因气压变化作用，在4套活动导杆与滚珠导套3的导向作用下，带动与气动气缸11活塞杆连接的机械手臂固定板7、轨迹运动板1配合2套轨迹运动圆柱12移动，其移动轨迹将沿上下对称的2个型板中的仿形轨迹槽，最终由机械手臂及关节8上的自带合盖滚柱9接触上盖，并按合盖轨迹完成上盖合盖动作，此时下盖留在模具型芯上不动，配合合盖受力作为支撑体。合盖仿形轨迹见图2所示，总行程为225.44 mm，分为2段：第1段为直线运动轨迹，是机械手臂靠近上盖前的移动距离，为161.36 mm；
第2段为仿形人工合盖动作，是综合力学轨迹运动，此轨迹的合理性与精度将决定合盖动作的有效性与精准度[4]。

此机械手自动合盖机构的零件采用组合式基准结构，零件皆可独立加工，按基准组合与精度装配，属于模具的附属独立装置。当模具装上注塑机后，再单独将它们装机，固定在模具前后两侧，可单独按模具规格与要求选择注塑机，性价比高，简单有效。

2.2 可更换组件结构设计

可更换组件结构设计如图3的所示，定制的全不锈钢模架采用镶框（非通框）镶件结构，镶框主要成型件：定模板6上的型芯16，动模板5上的型芯17，型芯互配的分型面自带4个边角高精度自定位，型芯镶件装配在模板镶框中，均采用正面螺钉锁紧，背面4根φ6.0 mm定位销导向定位。动、定模主分型面上的型芯设计为正面组装结构，动模板5与定模板6加工为镶件框架结构，互配精度为间隙配合，镶框与型芯装配精度为单边间隙0.01 mm，可以实现在注塑机上直接安装与拆卸，实现快速处理模具突发状况，如模具零件更换、易损件应急维修、组件正常保养等。1个型腔采用1个镶件，镶件规格为130 mm×85 mm，4个型腔为1组，32个型腔共计8组，镶件与模板应设计冷却水路，每组为一冷却通路，4件镶件为一串联水路单元，模板主水路直径为φ16 mm，进入镶件水路直径为φ8 mm，这样设计模具保证了零件加工精度可控且易制造装配。设计前后两侧机械手臂为左右合盖动作，纵4横8排列，每纵8个型腔高度上错开排列，错开排列的距离设计为上下2个型腔之间距离的一半，即位于2个型腔之间的中心点，距离为85/2=42.5 mm，遵循左右对称结构设计，有利于模具内合盖兼顾进浇的平衡性。

2.3 模具自动生产配套设计

设计的模具型腔多且精度要求高，为达到高产高效长寿命的标准，采取专机专模专工艺，配套的生产工艺设计方案：①采用全针阀式热流道针点平衡进浇系统，最小热喷嘴外径为φ10.0 mm，进浇口直径为φ1.0 mm，内置气动阀针开关，控制注射浇口自动开合，并可同步冷却，兼顾进浇系统的冷热平衡，如图4所示；
②采用模具内闭环视频检测系统，动模和定模各配套高清摄像头，24 h实时监测模具主分型面异常情况，具有即时停机报警功能，保证模具安全生产；
③采用失重式自动计量混合中央供料系统，提效降本的同时能提高供料及配色的比例精度和稳定性，采用伺服级的除湿机和冰水机，机顶增设封闭式透明防尘罩，在机床上实现模具内部恒温恒湿的生产环境，并配套油电混合伺服注塑机，电动螺杆加液压锁模机构，实现稳定生产。

图4 针阀式热流道

设计的蝶结翻盖注射模结构如图5所示，模具外形尺寸为1 000 mm×820 mm×630 mm，加上合盖机械手，实际横向宽度为1 830 mm。模具采用一次分型：热流道注射完成后，针阀开关10关闭，注塑机模板带动模具打开，开模行程到位时，同步完成上、下盖的水平抽芯动作。成型塑件分2次推出：液压电机16先执行第1次推出动作，成型塑件从下盖内塞型芯18上推出，之后机械手执行模具内自动合盖动作，随后推管20推出，下盖脱离扣位镶件19，最后由推出套环21中的气动装置辅助气吹塑件，直至成型塑件完全掉出模具[5]，之后所有推出机构复位，再次合模，一次成型周期完成，生产周期t=（15±1）s，产量达16.8万/22 h，模具具体工作过程如下。

图5 模具结构

（1）热喷嘴点浇口上的阀针开关10收到信号，针阀气动关闭，待冷却保压后模具开模，动、定模主分型面打开，成型塑件与点浇口凝料分离，上盖在推杆（2×φ4.0 mm）作用下推出，离开定模板6的型腔，留在动模板5的型腔中，同时下盖抽芯滑块锁紧块13带动上盖抽芯滑块11完成上盖凸出锁扣部位的抽芯，并带动下盖抽芯滑块12完成下盖锁扣窗口及撕裂带部位整体的抽芯，即与开模同步，完成上、下盖的水平抽芯（左右）动作。

（2）液压电机16驱动组合推板（件1～件4）整体推出，成型塑件随同扣位镶件19、推管20、推出套环21一起推出，推出行程为35 mm，此时下盖内径部位脱离下盖内塞型芯18，同时上盖脱离动模板5的型腔，与主分型面悬空距离为35 mm，适合机械手操作，等待模具内合盖。

（3）驱动气缸活塞杆联动机械手臂固定板7上的32根延伸手臂及关节8，沿水平方向推动，机械手臂上的滚柱9接触上盖顶面，模拟人工手指关节的翻盖合盖动作，使水平打开的盖子逐步完成合盖，直至完全合上到位，合盖结束后气缸接收信号气动回退，并作用于机械手臂上自动复位。

（4）由注塑机顶杆推动推杆17，带动组合推板（件1、2）上的推管20做推出动作，使成型塑件被推出扣位镶件19，并由复位导杆弹簧15即时自动复位，同时推出套环21上的气路同步启动辅助吹气推出，成型塑件被气吹脱离模具，直至完全掉落。

（5）液压电机16驱动组合推板（件1～件4）整体复位，模具合模，准备进行下一次注射成型。

采用模具内自动合盖机构，提高了蝶结带使用寿命和开合盖性能，保证了密封性和首次开盖力，实现模具的智能化生产。生产实践证明：模具生产工艺合理，工作过程稳定，持续生产600万模次，模具和成型塑件各项质量指标均符合生产标准。

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