活動(dòng)鉛筆的塑料三開(kāi)花夾頭及模具結(jié)構(gòu)

洪躍 錢海平 吳瑛戟

1.上海晨光文具股份有限公司 上海 201406 2.上海制筆技術(shù)服務(wù)有限公司 上海 201615

1.引言

目前，活動(dòng)鉛筆已經(jīng)成為我們?nèi)粘W(xué)習(xí)、工作中經(jīng)常使用的文具，由于其具有可重復(fù)使用的優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛地使用。

活動(dòng)鉛筆常見(jiàn)的撳動(dòng)結(jié)構(gòu)通常可以分為撳頭式、撳套式和旁撳式，其中活動(dòng)鉛筆的鉛芯夾頭是活動(dòng)鉛筆重要部件之一。目前市場(chǎng)上活動(dòng)鉛筆基本都是塑料二開(kāi)花夾頭結(jié)構(gòu)和金屬三開(kāi)花夾頭結(jié)構(gòu)，此二種結(jié)構(gòu)都有其優(yōu)點(diǎn)和不足之處。

塑料二開(kāi)花結(jié)構(gòu)的夾頭是由二瓣間半圓弧孔組成，當(dāng)夾頭回位二瓣合攏后徑向受力來(lái)夾持住鉛芯。當(dāng)活動(dòng)鉛筆撳動(dòng)出芯的過(guò)程中，二開(kāi)花結(jié)構(gòu)的夾頭徑向打開(kāi)，二瓣呈左右狀態(tài)時(shí)，鉛芯出芯受重力作用而垂下，在夾頭回位時(shí)，很容易造成夾頭夾偏鉛芯，更嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)將鉛芯夾壞及夾斷等弊病，最終導(dǎo)致出不了芯。這是塑料二開(kāi)花夾頭的不足之處，它的優(yōu)點(diǎn)是二開(kāi)花夾頭用大模具制作，尺寸一致性、穩(wěn)定性較好，又可大批量生產(chǎn)，產(chǎn)能效率都較高。

在中、高檔活動(dòng)鉛筆產(chǎn)品中，有相當(dāng)一部份都采用金屬三開(kāi)花夾頭結(jié)構(gòu)，由于金屬三開(kāi)花夾頭是使用黃銅等金屬材料，要經(jīng)過(guò)專門機(jī)床采用金屬切削等多道工序加工而成。所以，其加工工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率、產(chǎn)能低，制造成本高，因此導(dǎo)致目前市場(chǎng)上的金屬三開(kāi)花夾頭活動(dòng)鉛筆普遍售價(jià)較高。優(yōu)點(diǎn)是活動(dòng)鉛筆釆用金屬三開(kāi)花夾頭使用壽命長(zhǎng)，尤其是夾鉛芯力較好，一般的中、高檔活動(dòng)鉛筆均使用金屬三開(kāi)花夾頭結(jié)構(gòu)。

為了兼顧三開(kāi)花夾頭的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)和塑料二開(kāi)花夾頭生產(chǎn)快捷、制造成本低的優(yōu)勢(shì)，晨光文具率先立項(xiàng)研發(fā)活動(dòng)鉛筆塑料三開(kāi)花夾頭。本項(xiàng)目屬于制筆行業(yè)的前沿技術(shù)，模具制造工藝精密，模具結(jié)構(gòu)領(lǐng)先，研發(fā)成功塑料三開(kāi)花夾頭，不但能大幅降低活動(dòng)鉛筆制造成本，又可大批量生產(chǎn)，保證塑料三開(kāi)花夾頭精度尺寸一致性，使其可部分替代金屬三開(kāi)花夾頭，因此在行業(yè)中有很好的推廣應(yīng)用前景。

2.塑料三開(kāi)花夾頭研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 塑料三開(kāi)花夾頭高分子材料的選用及改性

我們選擇的高分子材料是POM 合成樹(shù)脂，即聚且摩擦系數(shù)小，自潤(rùn)滑性能好。POM 綜合性能優(yōu)異，尤其是它的耐磨性和耐疲勞性突出，很契合活動(dòng)鉛筆夾頭的性能要求。因?yàn)樗芰先_(kāi)花夾頭在撳動(dòng)時(shí)，張開(kāi)、收縮頻率較高，耐疲勞性和耐磨性需要優(yōu)先考慮。

POM 不易吸濕，吸水率僅為0.22%～0.25%，在潮濕的環(huán)境中產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定性好。其收縮率為1.5%-2.1%（較大），注塑時(shí)尺寸精度較難控制。但塑料三開(kāi)花整體尺寸較小，模具設(shè)計(jì)時(shí)在長(zhǎng)度方向上收縮率取上限，徑向厚度較薄取較小收縮率，同樣能獲得較高的尺寸精度。當(dāng)然，注塑工藝上要熟知該塑料原料的特點(diǎn)，生產(chǎn)過(guò)程細(xì)節(jié)上要加以控制。

試制三開(kāi)花夾頭中，在POM 原料中加入少量增強(qiáng)材料（如無(wú)堿玻璃纖維）進(jìn)行填充改性，可進(jìn)一步增強(qiáng)塑料三開(kāi)花夾頭的剛性。無(wú)堿玻璃纖維又稱E 玻璃纖維，是指堿金屬氧化物含量低的玻璃纖維。堿金屬氧化物的具體含量，國(guó)內(nèi)規(guī)定不大于0.8%，國(guó)外一般規(guī)定為1%以下。POM 經(jīng)增強(qiáng)后，拉伸強(qiáng)度，耐熱性能和剛性明顯增加，而線膨脹系數(shù)，收縮率明顯下降，這樣成型的三開(kāi)花夾頭，夾緊力會(huì)更好，使用壽命會(huì)更長(zhǎng)。

2.2 塑料三開(kāi)花夾頭模具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

塑料三開(kāi)花夾頭模具結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新是流道潛伏式澆口運(yùn)用在哈夫模的結(jié)構(gòu)中[2]，這是晨光文具在模具甲醛塑料，簡(jiǎn)稱賽鋼料，是一種白色或黑色塑料顆粒，具有高硬度，高剛性，高耐磨的特性[1]。POM 塑料強(qiáng)度高，質(zhì)輕，常用來(lái)代替銅、鋅、錫、鉛等有色金屬，被廣泛用于制造塑料齒輪、軸承、滑輪等機(jī)床、儀表、汽車零部件，也大量用于制造玩具等起骨架支撐作用的部件，它有金屬塑料之稱的美譽(yù)。

圖1 塑料三開(kāi)花夾頭零件示意圖

POM 是結(jié)晶性塑料，密度為1.42g/cm3，具有優(yōu)良的耐疲勞、耐蠕變、耐熱、耐沖擊等性能，設(shè)計(jì)上的大膽嘗試。一般潛伏式澆口設(shè)計(jì)都是運(yùn)用在碰模的模具結(jié)構(gòu)中，而在三開(kāi)花夾頭模具上，由于其三開(kāi)花產(chǎn)品的特殊性，上半部分是二節(jié)裝配反扣，又有大段收腰尺寸，因此只能設(shè)計(jì)用哈夫模結(jié)構(gòu)完成（見(jiàn)圖1）。而產(chǎn)品上兩段反扣要與油管緊配相扣，中心孔放置鉛芯通過(guò)，兩段反扣及臺(tái)階在哈夫滑塊高度只有5mm，所以滑塊厚度較薄，而潛伏澆口進(jìn)料設(shè)計(jì)在哈夫滑塊上，可大幅增加哈夫滑塊的厚度。因此經(jīng)反復(fù)比較后，設(shè)計(jì)用哈夫模的滑塊結(jié)構(gòu)來(lái)完成潛伏澆口進(jìn)料。

要在哈夫模滑塊上開(kāi)制潛伏澆口，采用X 型流道排列（見(jiàn)圖2），必須要滿足流道在滑塊分型面上。注塑成型后，在第一分型面開(kāi)模時(shí)，X 型流道必須由上拉釘帶出哈夫滑塊，然后由斜導(dǎo)柱再打開(kāi)哈夫滑塊，澆口流道被拉釘帶走后，由定距拉桿推出拉釘，最后由流道上彈頂器推下流道澆口落下。流道彈頂器在流道上方，其直徑面積要大于流道寬度，合模時(shí)不影響流道走向，當(dāng)拉釘彈去后流道彈頂器可把吸附在平面上的X 型流道及潛伏澆口一并推落。流道彈頂器可根據(jù)大模具的出數(shù)適當(dāng)增加，但不能造成排列太密。

而下半部分是三爪夾頭的三爪腳的部分，根據(jù)分模形狀，只能設(shè)計(jì)用碰模結(jié)構(gòu)來(lái)精密制作三爪腳開(kāi)花形狀，然后再用套管設(shè)計(jì)頂出型芯上的三開(kāi)花夾頭產(chǎn)品（見(jiàn)圖3）。此結(jié)構(gòu)是哈夫模接碰模，所以必須要保證模具的同心度為第一要素。

圖2 X 型流道排面圖

該模具設(shè)計(jì)采用了下沉式中心澆口套，因使用加長(zhǎng)型熱澆嘴，所以中心主流道較短，可大幅縮短主流道長(zhǎng)度，快速進(jìn)入兩邊X型分流道，分流道上連接著潛伏澆口及流道拉釘。由潛伏澆口進(jìn)入三開(kāi)花夾頭產(chǎn)品后，注射產(chǎn)品完畢后開(kāi)模的瞬間，澆口流道與潛伏澆口被向上的拉釘扣住，離開(kāi)三開(kāi)花產(chǎn)品，即潛伏澆口斷裂，隨澆口流道留在上部定模板一側(cè)。流道離開(kāi)后即可打開(kāi)哈夫罩塊，由斜導(dǎo)柱打開(kāi)上部的哈夫型腔到位。然后由定距拉桿的定位來(lái)彈開(kāi)流道拉釘，靠彈簧頂針頂落，澆口流道落下。之后由于優(yōu)尼膠作用，定距拉桿繼續(xù)開(kāi)模，再打開(kāi)下半部分碰模型腔塊板，型腔被打開(kāi)，由定距鏈條定位。三開(kāi)花夾頭產(chǎn)品均留在型芯上，隨后由推管把三開(kāi)花產(chǎn)品推出型芯掉落下。推管固定板由定距螺釘定位，動(dòng)作完成后，逐一合模，完成一個(gè)周期的往復(fù)，進(jìn)入下一循環(huán)。模具制作要充分考慮尺寸精度，模具材料用鋼要高等級(jí)，以避免變形。

圖3 模具結(jié)構(gòu)示意圖

在研發(fā)塑料三開(kāi)花夾頭的同時(shí)，晨光文具已申請(qǐng)了實(shí)用新型專利，專利號(hào)為ZL 201720123606.3。

3.塑料三開(kāi)花夾頭應(yīng)用前景

塑料三開(kāi)花夾頭試樣成功后，經(jīng)產(chǎn)品檢測(cè)部門測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)都滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，特別是夾鉛芯力顯著提高，達(dá)到與金屬夾頭媲美的水平。經(jīng)過(guò)萬(wàn)次撳動(dòng)疲勞試驗(yàn)，夾頭各項(xiàng)性能良好，顯示了改性后的材料耐磨、耐疲勞性能優(yōu)異。經(jīng)試驗(yàn)，此塑料三開(kāi)花夾頭也成功克服了二開(kāi)花夾頭容易夾偏鉛芯的缺陷，應(yīng)用前景良好。