塑料成型工艺培训教程

第六节 顶出机构的结构及脱模力的计算一、 顶出机构的结构从模具中顶出塑件及其浇注系统凝料的机构称为顶出机构或脱模机构。顶出机构的结构如图5-62所示，图中的顶杆1将塑件从型腔中顶出。顶杆需要固定，因此设置顶出固定板2和顶出板5，两板由螺钉连接。注射机上的顶出力作用在顶出板上，为了使顶出过程平稳可靠，常设置导柱4和导套3。顶出板在顶出塑件后的复位依靠回程杆7实现。拉料杆6拉住浇注系统的凝料，使它随同塑件一起留在动模内。挡销8使顶出板与底板之间产生间隙，以便清除污垢，同时还可通过调节挡销的厚度来控制顶杆的位置及预出距离。设计顶出机构的原则是：使塑件在顶出过程中不会变形损坏；保证塑件在开模过程中留在设置有顶出机构的动模内；若塑件需留在定模内，则要在定模上设置顶出机构。二、顶出机构的类型顶出机构的类型取决于塑件的形状、塑料的性能及注射机的顶出结构。顶出机构常用的类型有以下几种。1一次顶出机构一次顶出机构是最常用的顶出机构(如图5-62所示)，此机构只需次动作就能使塑件脱模。图5-63所示的为一次顶出机构的常用的几种形式，其中，a)所示的为顶杆顶出机构，顶杆顶出是应用最广、顶出位置所受的限制最少的一种顶出方式，这种机构主要用于顶出箱类异形塑件；b)所示的为顶管顶出机构，这种机构主要用于顶出中心带孔的圆形塑件或圆形凸台塑件；c)所示的为推板顶出机构，这种机构主要用于顶出支承面很小的塑件(如薄壁容器等)，另外在不允许留有顶杆残痕的情况下，也常采用这种推板顶出机构；d)所示的为联合顶出机构，这种机构采用以推板为主、顶杆或顶管为辅的顶出方式，主要用于型芯内部阻力大、仅用推板或顶杆易使塑件变形或损坏的情况下。图5-62 顶出机构的结构1顶杆 2顶出固定板 3导套 4导柱5顶出板 6拉料杆 7回程杆 8挡销图5-63 一次顶出机构常用的几种形式a)顶杆顶出 b)顶管顶出 c)推板顶出 d)联合顶出2二次顶出机构在以下两种情况需要采用二次顶出机构：一是某些形状的塑件，一次顶出难于将塑件从型腔中取出或不能使塑件自动脱落，因此必须再增加一次顶出才能使塑件脱落；二是采用二次顶出是为了避免一次顶出时塑件受力过大而变形或开裂。例如，对于薄壁深腔塑件，由于塑件与模具的接触面积很大，若一次顶出易使塑件破裂或变形，这时就需采用二次顶出方案。二次顶出机构较多，下面列举其中的四种。 1)弹簧二次顶出机构弹簧二次顶出机构如图5-64所示。这种机构利用弹簧1的弹性恢复使塑件脱离型芯，完成第一次顶出动作(见图5-64b)，然后用顶杆2使塑件脱离型腔，完成第二次顶出动作(见图5-64c)。这种机构的优点是结构简单；缺点是弹簧易失效，要时常更换，故它仅用于小型塑件的注射模具。2)双顶出板二次顶出机构这种机构有两块顶出板，如图5-65所示。顶动型腔1用的顶杆2固定在一次顶出板7上，顶出塑件用的顶杆3固定在二次顶出板8上。在一次顶出板和二次顶出板之间有定距块5，它固定在一次项出板7上。开模时，注射机顶杆6顶动一次顶出板7，通过定距块5使二次顶出板8同时顶动塑件，这时型腔与塑件一起运动，与型芯脱离，完成第一次顶出。当一次顶出板7接触到八字形摆杆4，由于八字形摆杆与一次顶出板的接触点距支点的距离比与二次顶出板接触点距支点的距离小，因此二次顶出板移动的距离大于一次顶出板移动的距离，这样，顶杆3就能将塑件从型腔中顶出。 3)拉杆式二次顶出机构拉杆式二次项出机构如图5-66所示。当模具分型一段距离后，拉杆3拉住推板4，进行第一次顶出动作。动模继续运动，固定在动模固定板上的凸块1接触到拉杆3上的长销2，使拉杆转动并脱离推板4，完成第一次顶出动作。动模再继续运动，由顶出系统完成第二次顶出动作，在此顶出过程中弹簧5起复位作用。这种机构动作可靠，但由于在定模上安装了拉杆，增大了模具的尺寸。图5-64 弹簧二次顶出机构1弹簧 2顶杆图5-65 双顶出板二次顶出机构1型腔 2顶杆 3顶杆 4八字形摆杆 5定距块6注射机顶杆 7一次顶出板 8二次顶出板图5-66 拉杆式二次顶出机构1凸块 2长销 3拉杆4推板 5弹簧4)U形限制架二次顶出机构这种机构采用U形限制架和摆杆来完成二次顶出动作，如图5-67所示。图a)所示的为合模状态，U形限制架4固定在动模底板上，摆杆3的一端固定在顶出固定板上且夹在U形限制架内，圆柱销1固定在型腔上。开模时，注射机顶杆5顶动顶出板。顶出动作开始时，由于限制架的限制，摆杆只能向前运动，顶动圆柱销1使型腔和顶杆7同时起顶出塑件的作用，然后塑件脱离型芯8，完成第一次顶出动作。当顶出至图b)所示的位置时，摆杆脱离了限制架，限位螺钉9阻止型腔继续向前移动，同时圆柱销1将两个摆杆3分开。当注射机顶杆继续顶出时，顶杆7从型腔中顶出塑件(如图c)所示)，完成第二次顶出动作。在第二次顶出过程中弹簧2使摆杆复位。 3动定模双向顶出机构在设计顶出机构时，原则上应使塑件能留在动模一边，但有时由于塑件形状特殊，塑件既可能留在定模一边，又可能留在动模一边，这时应在定模上也设置辅助顶出机构。图5-68示出两种常见的结构形式。图5-68a)所示的是利用弹簧力使塑件首先从定模上脱出留在动模内，然后再利用动模上的顶出机构将塑件顶出的例子。这种形式适用于塑件对定模粘附力不大、顶出距离不长的情况。图5-68b)所示的是利用杠杆的作用实现定模顶出的例子。开模时，固定在动模上的滚轮压动杠杆，使定模顶出机构动作，迫使塑件留在动模一边，然后再利用动模上的顶出机构将塑件顶出。图5-67 U形限制架二次顶出机构1圆住销 2弹簧3摆杆4U形限制架5注射机顶杆6转动销 7顶杆8型芯 9限位螺钉 图5-68 双向顶出机构1型芯 2型腔4侧凸凹脱模机构塑件的脱模方向一般都与注射机开、闭方向相同。但是，有一些塑件在成型侧面有凸台或凹槽，使脱模方向与开模方向不一致，阻碍了塑件从型腔或型芯上直接顶出。这时就须考虑采用活动型芯等方式解决脱模问题。对于内侧有凸凹的塑件，常用活动镶件的方式，而对于外侧有凸凹的塑件，常用斜导柱抽芯机构。采用活动镶件的脱模机构如图5-69所示。图5-69a)所示的机构，先将活动镶件与塑件一起顶出模外，然后再将塑件从镶件上取下。图5-69b)所示的机构，将活动镶件固定在模具上，塑件脱模时，镶件和塑件一起移动一段距离但不与模具分离，然后用人工方法将塑件从镶件上取下。对于软质塑件，若其内侧凸凹形状很浅，则可利用材料的弹性用推板将塑件强制脱模。图5-69 采用活动镶件的脱模机钩1塑件 2活动镶件5螺纹塑件的脱模机构螺纹塑件的脱模方式有如下三种，1)活动型芯或型环脱模方式这种方式是先将型芯或型环随塑件一道脱出模外，然后用人工方法将型芯或型环旋下。这种机构的优点是结构很简单；缺点是生产率低、劳动强度大，故它只适用于小批量生产。2)拼合型芯或型环脱模方式图5-70a)所示的为利用拼合型环脱外螺纹的模具，图5-70b)所示的为利用拼合型芯脱内螺纹的模具。这两种方式脱模可靠，且结构比较简单，但在螺纹部分有分型线，容易产生飞边，难以清除飞边。3)机动脱螺纹方式a) b)图5-70 利用拼合型环或型芯脱螺纹机动脱螺纹有两种方式，一种是使塑件移动，另一种是使型芯或型环移动，如表5-7所示。为了防止塑件随螺纹型芯或型环一起转动，在设计模具时除了模具要有相应的防转机构外，在塑件的外表面或端面应有防止转动的花纹或图案。螺纹塑件的外部防止转动、内部防止转动或端面防止转动的脱摸机构的具体结构可参考塑料模设计手册及有关书籍。表5-7 脱螺纹的基本方式塑件移动（塑件外圆周止转）型芯或型环移动（塑件端面止转）脱模前脱模动作三、脱模力的计算 脱模力的计算是设计顶出机构的依据。但是计算形状复杂的塑件的脱模力是相当困难的。这里仅介绍壳形件和筒形件的脱模力计算公式，在模具设计时，这些公式可用作一般形状塑件脱模力的粗略计算。1脱模力的计算 将塑件从包紧的型芯上脱出时所需克服的阻力称为脱模力，它主要包括由塑件的收缩引起的塑件与型芯的摩擦阻力和大气压力。脱摸力的大小与塑件的厚薄及其形状有关。表5-8给出厚壁和薄壁的圆形塑件和矩形塑件的脱模力计算公式。表 5-8 脱模力的计算公式 圆环形断面的脱模力（N）矩形断面的脱模力（N）0.05厚壁塑件 (5-51) (5-52)0.05薄壁塑件 (5-53) (5-54)表5-8中，k1为无因次系数，随和而异；=r/(为圆环形断面时=1、为矩形断面时=2)；k1=22/（cos2+2cos）；k2为无因次系数，k2=1+fsincos1；r为型芯的平均半径，r=d/2(mm)；S为塑料平均收缩率（%）；E为塑料的弹性模量（MPa）；L为塑件对型芯的包容长度（mm）；f为塑件与型芯之间的静摩擦系数，常取为0.10.2；为模具型芯的脱模斜度（）；为塑料的泊松比；1为圆环形塑件的壁厚（mm）；2为矩环形塑件的平均壁厚（mm）；a、b为矩形型芯（指厚壁塑件）的断面尺寸（mm）；A为盲孔塑件型芯在脱模方向上的投影面积（mm2），通孔塑件的A=0。2顶出机构的零件尺寸的确定 1）推板厚度的确定 对于筒形或圆形塑件，若根据刚度计算来确定，则推板厚度公式为 （mm） （5-55）式中 系数，随R/r值而异，按表5-9选取，其中r为推板环形内孔(或型芯)半径(mm)；E塑料的弹性模量(MPa)；R作用在推板上的顶杆的半径(mm)；推板中心所允许的最大变形量，一般取塑件在被顶出方向上的尺寸公差的15110(mm)；F脱模力(N)，由表5-8中的公式计算。表5-9 系数与的推荐值1.251.502.003.004.005.000.00510.02490.08770.20900.29300.35000.2270.4280.7531.2051.5141.745若根据强度计算来确定(多用于小型模具)，则推板厚度公式为(mm) (5-56)式中 k3系数，随R/r值而异，按表5-9选取；推板材料的许用应力(MPa)；F脱模力(N)，由表5-8中的公式计算。对于横断面为矩环形或异环形的塑件，若根据刚度计算来确定，则推板厚度公式为（mm） （5-57）式中 L0在推板长度方向上两顶杆的最大距离(mm)；B推板宽度(mm)；推板中心所允许的最大变形量，同式(5-55)；E塑料的弹性模量(MPa)；F脱模力(N)。2) 顶杆直径的确定根据压杆稳定公式，可得顶杆直径的公式为（mm） （5-58）式中 安全系数，取=1.5；L顶杆长度（mm）；F脱模力（N）；n顶杆数目；E塑料的弹性模量（MPa）。 第七节 侧向分型与抽芯机构的设计图5-71 带有侧孔和侧凹的塑件a)侧孔 b)侧凹塑件的侧面常带有侧孔和侧凹(如图5-71所示)。这样，侧型芯会使塑件不能直接从模具中脱出，因此必须采用侧向分型的方法，将形成侧孔或侧凹的型芯做成活动件，在塑件脱模前先将活动型芯抽出，然后再从模具中顶出塑件。能将活动型芯抽出和复位的机构叫做抽芯机构。一、抽芯机构的类型侧向分型的抽芯机构按动力来源可分为手动、气动、液压和机动四种类型。 1.手动抽芯在顶出塑件前用手工将活动型芯取出的方法称为手动抽芯。手动抽芯机构的结构简单，但劳动强度大、生产效率低，故仅适用于小型塑件的小批量生产。手动抽芯机构如图5-72所示。图5-72a)所示型芯成型圆形孔，在顶出塑件前，用扳手旋出活动型芯。图5-72b)所示型芯成型非圆形侧孔，在抽芯时活动型芯只作水平移动。图5-72 手动抽芯机构2.液压或气动抽芯当侧孔较深需要较大的抽拔力和抽拔行程时，可以采用液压传动或气压传动的机构将活动型芯抽出。液压传动比气压传动平稳，且可得到较大的抽拔力和较长的抽芯距离，但由于模具结构和体积的限制，油缸的尺寸往往不能太大。在液压或气压抽芯机构中，侧向活动型芯的移动是通过油缸(或气缸)的活塞及控制系统来实现的，可以不受开模时间和顶出时间的影响。图5-73示出利用气动抽芯机构实现侧向型芯抽出和合模的情况。当气缸压力不能使侧向型芯锁紧不动时应该考虑设置锁紧装置。图5-74所示为液压抽芯机构。开模时，首先由液压抽芯系统抽出侧向型芯，然后再顶出塑件。顶出机构复位后，侧向型芯再复位。注射成型时，为防止侧向型芯移动，利用定模上的压紧块锁紧侧向型芯。图5-73气动抽芯机构图5-74 液压抽芯机构3机动抽芯机动抽芯是利用注射机的开模力，通过传动零件将活动型芯抽出。这种机构的结构比较复杂，但抽芯不需人工操作，故生产效率高。机动抽芯有弹簧、斜导柱、弯销、斜导槽、斜滑块、楔块、斜槽、齿轮、齿条等多种抽芯形式，本书只介绍使用最广泛的斜导柱、弯销、斜导槽和斜滑块四种。二、斜导柱抽芯机构的结构斜导柱抽芯机构如图5-75所示，图a）为闭模状态，图b）开模状态。斜导柱抽芯机构由斜导柱3和滑块8等零件组成。斜导柱固定在定模板2上，为了保证抽芯动作准确可靠，还设有限位挡块9和压紧块1。侧向活动型芯5用销4固定在滑块上。开模时，开模力通过斜导柱作用于滑块，迫使滑块在动模板7的导滑槽内向左移动，当斜导柱全部脱离滑块上的斜孔后，侧向型芯便完全从塑件中抽出，完成抽芯动作，然后，顶出机构顶出塑件。限位挡块9、螺钉11、弹簧10构成滑块的定位装置，它使滑块保持抽芯后的最终位置，以便闭模时斜导柱能准确地进入滑块的斜孔，使活动型芯复位。压紧块1用以防止成型时滑块因受到侧向注射压力而发生位移。图5-75 斜导柱抽芯机构1压紧块 2定模板 3斜导柱 4销 5型芯 6顶管7动模板 8滑块 9限位挡块 10弹簧 11螺钉斜导柱抽芯机构有如下四种不同的结构形式1.斜导柱在定模上、滑块在动模上图5-75所示的为最常用的一种结构形式。2.斜导柱在动模上、滑块在定模上图5-76示出斜导柱在动模上、滑块在定模上的结构，该结构无顶出机构。图5-77示出带有顶出机构的斜导柱在动模上、滑块在定模上的一种结构。图5-76 斜导柱在动模上、滑块在定模上的结构(无顶出机构)1定模板 2斜导柱 3滑块 4塑件 5动模3.斜导柱和滑块同在定模上4斜导柱和滑块同在动模上图5-79 所示的为利用顶出机构抽出活动型芯的例子三、弯销抽芯机构的结构弯销抽芯机构的原理与斜导柱抽芯机构的相同，两者差别是在结构上用矩形断面的弯销代替了斜导柱。这种机构的优点在于弯销倾斜角较大，因此在开模距离相同的条件下，其抽芯距大于斜导柱的抽芯距。但是弯销机构的机加工比斜导柱机构的机加工困难。图5-80所示的为弯销抽芯机构的典型结构。弯销通常安装在模板外侧。图中，弯销的一端固定在定模上，另一端由支承板3支承，故能承受较大的抽拔阻力。装在模板外侧的弯销还可以减小模板面积，减轻模具重量。滑块1由定位销4定位，由支承板3阻止其在注射时可能产生的位移。图5-77 斜导柱在动模上、滑块在定模上的结构(有顶出机构) 1定模板 2型腔 3导柱 4推板 5动模板 6底板7型芯 8斜导柱 9锁紧块 10滑块 11定位钉 12弹簧图5-78 斜导柱和滑块同在定模上的结构 l限位钉 2摆钩 3弹簧 4定模板 5导柱 6定模套7推板 8垫板 9斜导柱 10侧滑块 11型芯图5-79斜导柱和滑块同在动模上的结构1滑块 2推板 3顶杆 4锁紧块四、斜导槽抽芯机构的结构当侧向活动型芯的抽拔距较大时，在侧向活动型芯的外侧可用斜导槽代替斜导柱，如图5-81所示。通过改变斜导槽的形状，可以调整侧向型芯的抽拔时间。斜导槽分为二段，第一段的倾斜角小，可以得到很大的铀拔力，而第二段的倾斜角大，可以得到很大的抽拔位移量。图5-80 弯销抽芯机构1滑块 2弯销 3支承板 4定位销图5-81斜导槽抽芯机构1动模板 2顶出板 3动模垫板 4拉板（弯销）5销 6滑块7止动销五、斜滑块抽芯机构的结构斜滑块抽芯机构适用于成型面积较大、侧孔或侧凹较浅的塑件。图5-82所示的为由四瓣斜滑块组合而成的模具结构。塑件带有外侧凹，开模时要求塑件从型芯5及四瓣斜滑块3中脱出。在顶杆1的作用下，四瓣沿斜块向上运动并向四侧分离。其侧向分离是通过固定在滑块外侧的导滑圆销7和锥模套4上对应于圆销位置开设的半圆导滑槽来完成的，导滑圆销的倾斜方向与斜滑块的倾斜方向一致，滑块向上移动的位置由限位螺钉6来控制。这种模具结构简单、制造方便，适合于侧凹较浅的大、中、小型塑件的侧抽芯。图5-82 四瓣斜滑块拼合机构1顶杆2动模垫板3斜滑块4模套5型芯6限位螺钉7导滑圆销六、 斜导柱的设计与计算（一）斜导柱的尺寸及安装形式斜导柱的形状及尺寸见图5-83和表5-10，在设计时、L1、L的值根据模具结构确定。斜导柱的材料多用45钢、T8、T10，以及20钢，经渗碳处理后，淬火硬度在HRC55以上，磨削加工后保证有Ra0.8m的表面粗糙度。图5-83 斜导柱的形状表5-10 斜导柱的主要尺寸（mm）121710152012202515253015303520354020404525斜导柱的安装形式如图5-84所示。d为斜导柱直径，它与导柱孔之间应保持0.51mm的间隙，为斜导柱的倾斜角，S为抽拔距。斜导柱与滑块之间采用较松的配合是因为斜导柱不仅能驱动滑块，并且使滑块灵活运动。滑块运动的平稳性由导滑槽与滑块之间的配合精度保证，滑块的最终位置由压紧块保证。确定斜导柱的倾斜角时要兼顾抽拔距以及斜导柱所受的弯曲力，通常采用1520，一般不大于25。图5-84 斜导柱的安装形式（二）斜导柱的工作参数斜导柱的工作参数包括倾斜角、抽拔力Q、抽拔距S、直径d、斜导柱的长度L及开模行程H。1.抽拔力的计算抽拔力是将侧向活动型芯从塑件中抽出的力。设计时以初始抽拔力为准。抽拔力的计算与第六节脱模力的计算相同，请参阅表5-8公式(5-51) (5-54)。2. 抽拔距的计算抽拔距是将活动型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模位置所移动的距离，如图5-85中的S。通常抽拔距取侧孔深度加25mm，也可按下式计算： （mm） (5-59) 式中 S抽拔距(mm)；H斜导柱完成抽拔距所需的开模行程(mm)；斜导柱的倾斜角()，通常取1520。3斜导柱所受弯曲力的计算 如图5-85所示，斜导柱所受弯曲力P主要取决于抽拔力Q和倾斜角，其简化计算公式： (5-60) 图5-85 抽拔距的计算关系 式中 斜导柱所受的弯曲力（N）；其它符号的含义同前述公式的一样。4. 斜导柱直径的计算斜导柱的直径取决于它所承受的最大弯曲力，按斜导柱所受的最大弯曲应力应小于其许用弯曲应力的原则，可推导出斜导柱直径的计算公式为： （5-61） 或者 （5-62）式中 斜导柱直径(mm)；抽芯孔中心与A点的垂直距离(mm)(见图5-86)； A点到弯曲力作用点B之间的距离(mm)；斜导柱材料的许用弯曲应力(MPa)，可取300MPa；其它符号的含义同前述公式的一样。5. 斜导柱长度和最小开模行程的计算如图5-87所示，斜导柱的长度根据活动型芯的抽拔距S、斜导柱的直径d及倾斜角确定。有效工作长度L2由侧型芯的抽芯距和斜导柱的倾斜角确定，其计算公式为 （mm） (5-63)式中 L2斜导柱工作部分的长度；其它符号的含义同前述公式的一样。图5-86 斜导柱直径的计算关系1垫板 2滑块 3定模板 4斜导柱 5挡块图5-87 斜导柱各尺寸的关系当滑块的抽拔方向与开模方向垂直(见图5-87)时，完成抽拔距S所需的最小开模行程 (mm) （5-64）式中，各符号的含义同前述公式的一样。当滑块的抽拔方向与开模方向不垂直而成一定交角时，仍可采用斜导柱抽芯机构，其抽拔方向可以倾向动模一边，如图5-88a)所示，也可以倾向定模一边，如图5-88b)所示。图5-88a)所示的为滑块向动模方向倾斜的情况，为斜导柱的有效倾角，通常采用1520，一般不大于25。这种情况开模行程为 （mm） (5-65) 与滑块不倾斜(0)的情况相比，当模具开模行程相同、滑块向动模方向倾斜时，将得到较大的抽拔距，但此时斜导柱的长度也应增加。图5-88b）所示的为滑块向定模方向倾斜的情况，为斜导柱的有效倾角，取值同，这种情况开模行程为（mm） (5-66)与滑块不倾斜的情况相比，当模具开模行程相同、滑块向定模方向倾斜时，将得到较小的抽拔距。图5-88 滑块倾斜的斜导柱抽芯机构七、滑块与压紧块的设计（一）滑块的设计图5-89 滑块与型芯的连接形式1滑块与型芯的连接形式滑块与型芯的连接形式有整体式和组合式两种。在实际中广泛采用组合式结构，这种结构的特点是，型芯单独制造，然后安装在滑块上，这样可以节省优质钢材，且机械加工容易。滑块与型芯的连接形式如图5-89所示。当型芯较小时，往往将嵌入滑块部分的型芯尺寸加大，便于用销钉连接，如图5-89a)所示。当型芯较大时，可采用燕尾槽式连接，如图5-89b)所示。小型芯有时也可以用螺钉固定，如图5-89c)所示。对于多头型芯，可用压板固定形式，如图5-89d)所示。 2. 滑块的导滑形式滑块在导滑槽中滑动要平稳、灵活，不应发生上下窜动和卡紧现象。滑块与导滑槽配合的常用形式如图5-90所示。其中，图a)所示的为整体导滑槽形式，常用于滑块宽度较小的时候；图b)与图c)所示的为组合导滑槽形式，导滑槽盖板用螺钉固定在模板上并以销钉定位。图5-90滑块的导滑形式 3滑块的导滑长度滑块的导滑长度不能太短(如图5-91所示)，滑块在完成抽拔动作后，留在导滑槽中的长度L不应小于滑块长度L1的23，否则滑块在开始复位时容易倾斜。 4滑块的定位装置开模后滑块必须停留在确定的位置上，不可任意滑动，否则闭模时斜导柱将不能准确地进入滑块。常用的 滑块定位装置如图5-92所示。其中，图a)所示的是采 用挡块定位的形式，即依靠弹簧的弹力使滑块停靠在挡 图5-91 滑块的导滑长度块上定位，弹簧的弹力应是滑块自重力的1.52倍，种形式适用于滑块在模具上面或侧面的情况；图b) 所示的是采用挡块定位的形式，与图a)所不同的是，滑块利用自重力停留在挡块上，不需借助于弹力，这种形式仅适用于滑块在模具下面的情况。图c)所示的是采用销和弹簧顶住滑块定位的形式，图d)所示的是采用钢球和弹簧顶住滑块定位的形式，这两种形式均适用于滑块在模具左、右侧的情况。 滑块内的型芯材料可选用铬钨锰合金钢、T8、T10或45钢，淬火硬度在HRC50以上；滑块的材料可用T8、T10或45钢，淬火硬度在HRC40以上。滑块与导滑槽的配合公差可视具体情况采用间隙配合H8/f7H9/f9。图5-92 滑块的几种定位装置（二）压紧块的设计 成型时活动型芯会受到塑料熔体的推力，这个力通过滑块传给斜导柱，而一般斜导柱均为细长杆件，受力后容易变形，因此在抽芯机构中必须设置压紧块以便在合模时压紧滑块，承受来自活动型芯的推力。压紧块与模具的连接方式可根据推力的大小来选定。图5-93示出压紧块的几种常用连接形式。图5-93a)所示的是将压紧块与定模固定板做成整体的形式，这种结构牢固可靠，但消耗的钢材较多，故这种形式适用于侧向推力较大的场合。图5-93b)所示的是采用螺钉和销钉在定模板上固定压紧块的形式，这种形式的结构制造简单，故应用较广。图5-93c)所示的是采用嵌入方法将压紧块紧固的形式，图5-93d)所示的是采用楔形块和螺钉固定压紧块的形式，这两种形式适用于侧向推力非常大的场合。图5-93 压紧块的几种连接形式压紧块的楔角是个重要的参数，如图5-94所示。设计时压紧块楔角应大于斜导柱倾斜角，这样做才能保证当模具开模时压紧块就能脱开，否则斜导柱将无法带动滑块作抽拨动作。在一般情况下，压紧块楔角比斜导柱倾斜角大23。图5-94 压紧块楔角与斜导柱倾斜角的关系第八节 注射模温度调节系统的设计一、 温度调节对塑件质量的影响1成型收缩率模具温度的稳定能减少塑件成型收缩率的波动，提高塑件的合格率。在可能的情况下采用较低的模温将有利于减小塑件的成型收缩率，有利于提高塑件的尺寸精度。2变形 模具型腔与型芯的温差过大，导致塑件收缩不均匀，从而使塑件产生翘曲变形，因此必须采用合适的冷却回路，使模具型腔和型芯的温度基本上保持均匀，从而使塑件各处能同时凝固。 3尺寸稳定性塑件尺寸的稳定性不仅受模温波动的影响，而且还受模温大小的影响。成型结晶形塑料，要提高模具温度，使塑料均匀地结晶，才能使塑件尺寸稳定。如果在模内塑料结晶不均匀，脱模后塑件尺寸会发生变化。 4力学性能 结晶形塑料在成型时结晶度愈高，塑件的应力开裂倾向愈大，故这时应降低模温。但聚碳酸脂(PC)一类高粘度无定形塑料在成型时却需要提高模温才能减小应力开裂倾向。 5表面粗糙度模温提高能改善塑件表面状态，模温过低会使塑件轮廓不清晰，产生明显的熔合纹，并使塑件表面粗糙度升高。二、 温度调节对生产效率的影响注射到模腔内的塑料熔体温度为200左右，塑件出模温度在60 左右。 成型过程释放的热量中约有95由冷却介质(一般是水)带走，其余5以辐射、对流的方式散发到大气中。模具的冷却时间约占整个注射循环周期的23。根据牛顿冷却定律，冷却介质从模具中带走的热量为 （5-67）式中 冷却介质从模具中带走的热量(J)； 冷却通道孔壁与冷却介质间的传热系数 J(m2h)； 冷却介质的传热面积(m2)；模具与冷却介质之间的温度差值()；冷却时间(s)。由式(5-67)可知，当所需带走的热量Q不变时，缩短冷却时间的途径有以下三条：1.提高传热系数 当冷却通道直径和冷却介质温度不变时，增加冷却介质的流速，可以提高传热系数。2提高模具与冷却介质之间的温度差 当模温一定时，适当降低冷却介质温度，有利于缩短模具的冷却时间。3增大冷却介质的传热面积在模具上开设尺寸尽可能大和数量尽可能多的冷却管道，可以增大冷却介质的传热面积。三、 冷却管道的设计原则为了提高冷却系统的效率和使型腔表面温度分布均匀，在设计冷却管道时应遵循如下原则。1.合理地确定冷却管道的中心距及冷却管道与型腔壁的距离，冷却管道的间距极为重要。a. 冷却管道直径大且间距小，型腔表面的温度分布均匀，如图5-95a)所示；b. 冷却管道直径小，且间距大，所以型腔表面的温度变化很大，造成塑件各部分不均匀地收缩，如图5-95b)所示。图5-95 型腔表面的温度变化 2.根据塑件壁厚，合理布置冷却管道。当塑件壁厚均匀时，尽可能使所有的冷却管道孔分别到各处型腔表面的距离相等，如图5-96a)所示。当塑件的壁厚不均匀时，应在厚壁处开设间距较小的冷却管道孔，如图5-96b)所示。 a) b) 图5-96 冷却管道的布置a) 塑件壁厚均匀时冷却管道的布置 b) 塑件壁厚不均匀时冷却管道的布置3.应加强浇口处的冷却当塑料熔体充填模具时，浇口附近的温度最高，通常可将冷却回路的入口设在浇口附近，这样可使冷水首先流过浇口附近，使浇口在较低的水温下冷却，如图5-97所示。 a) b)图5-97 循环冷却回路的布置a) 侧浇口循环冷却水回路 b) 多个点浇口循环冷却水回路4.降低入水与出水的温度差进入模具与流出模具的水温差小有利于型腔表面温度的均匀分布。如图5-98所示的模具，冷却管道采用图a的排列形式合理，图b的排列形式不合理。 a) b)图5-98 冷却管道的排列a)合理 b)不合理5.应避免将冷却管道开设在塑件熔合纹的部位 型腔中多股料流的汇合处将产生融合纹，由于在熔合纹处的温度较低，为了不进一步降低熔体温度，保证熔合质量，应尽量不在熔合纹部位开设冷却管道。 6.合理确定水管接头的位置进、出水管接头的位置应尽可能设在模具的同一则，为了不影响操作，通常应设在注射机的背面，同时水管接头处必须密封，以免漏水。 四、冷却回路的形式 （一） 型腔冷却回路 1.简单的直流冷却回路 图5-99所示为直流冷却回路，即采用软管将直通的管道连接起来。这种单层的冷却回路通常用于较浅的型腔。 图5-99 简单的直流循环式冷却回路 图5-100 内部沟通的直流循环式冷却回路2. 内部沟通的直流冷却回路为了避免设置外部管接头，冷却管道之间可以采用内部钻孔的方法沟通，非进、出口均用螺塞堵住，并用堵头或隔板使冷却水沿所规定的回路流动，其常见结构如图5-100所示。3.左右两组对称冷却回路对于大面积的浅型腔，可采用左右两组对称回路冷却，且两组回路的入口均靠近浇口，这样布置使型腔表面温度分布均匀，如图5-101所示。4.多层冷却回路对于矩形塑件可以分层设置相同的矩形冷却回路，对型腔壁进行冷却，如图5-102所示。5.圆环形冷却水沟槽当整体镶入式凹模的外形为圆形时，可在圆形镶块外圆开设环形冷却槽，如图5-103所示。图a所示，在圆形镶块的外圆上加工环形槽，加工容易；图b所示，在模板上加工环形槽，加工较困难。由于在镶块和模板的配合面上开设冷却水槽，必须在水槽两侧设置密封圈，以防止冷却水泄漏。图5-101 左右对称冷却回路图5-102 多层冷却回路 a) b)图5-103 圆环形冷却水沟槽（二）型芯冷却回路 1斜交叉式管道冷却法斜交叉式管道冷却法主要适用于小型芯的冷却，如图5-104所示。图5-104 斜交叉式冷却管道2直孔隔板式管道冷却法 如图5-105所示的直孔隔板式管道冷却法适用于大型芯或者多型芯的冷却。图5-105 直孔隔板式冷却管道3台阶式管道冷却法如图5-102所示，在型芯表面的附近开设有冷却管道，形成台阶式冷却回路。4喷流式冷却法如图5-106所示的喷流式管道冷却法适用于深腔型芯的冷却。图5-106 喷流式冷却管道第六章 注射模新技术的应用第一节 热固性塑料注射模设计一、概述热固性塑料主要采用压制和压注成型方法，但这两种方法效率低、劳动强度大、制品质量不稳定。注射成型方法是对热固性塑料成型方法的重大改革。热固性塑料注射成型原理是将塑料从注射机的料斗送入料筒内加热并在螺杆的旋转作用下熔融塑化，使之成为粘流态熔体，通过螺杆的高压推动，使熔体以高速经过料筒前端的喷嘴注射进入高温型腔，经过一段时间的保压补缩和交联反应之后，固化成型为塑件，然后开模取出塑件。热固性与热塑性两种塑料的注射成型工艺过程的主要差异表现在熔体注入模具后的固化成型阶段。几乎所有热固性塑料均可采用注射成型，如酚醛、不饱和聚酯、氨基塑料、电酯塑料（DAP、邻苯二甲酸二烯丙酯）、环氧树脂、聚酰亚胺塑料，酚醛用量最多。二、热固性塑料注射成型对注射机的要求（1）能严格控制塑料加热温度与加热时间。用水或油加热，温度均匀稳定（1）。（2）螺杆驱动采用液压马达或带摆线针轮减速器结构，防过载，090r/min无级变速。（3）合模机构宜采用增压式锁模，能快速开合模，便于排气，锁模力应较大。（4）为防止塑化过热和缩短在料筒内停留时间，螺杆L/D=1420，压缩比0.81.4。螺杆内应通水冷却。三、热固性塑料注射模具设计要点模具与热塑性相似，但由于排气量大，流动性好，注射压力和注射速度都较高，所以要考虑排气、溢料、磨损、防腐等问题。1模具材料的选用 由于热固性注射模的模温高（160190，局部甚至大于250），动模比定模高1015。故应选择切削性好、热处理变形小、镜面加工性好、耐磨性好、耐蚀性好、耐热性好、供应充足的材料。2对分型面要求（1）减少分型面接触面积以改善合模状态。（2）尽量减少分型面上的孔穴或凹坑，Ra0.2mm。（3）分型面应有足够的硬度（大于30HRC）。3对滑动零件的要求防止出现过大的磨损、咬合现象。（1）配合间隙在0.03mm以下（飞边仅为树脂，而无填料）。（2）配合面Ra0.2um，最好Ra0.1um。（3）表面硬度5458HRC，特殊60HRC。（4）缩短配合长度（L=23d）。4对嵌件安放的要求模内安放应注意：（1）提高嵌件与模具的配合精度，防止移位。 （2）增强嵌件定位稳定性。 （3）固定嵌件部分可设计成活动镶块，以解决难定位嵌件的安放。5浇注系统的设计（1）主流道与冷料穴主流道较热塑性小（流动性好，省料，升温快），锥度12；冷料穴形式为Z形、倒锥形。（2）分流道多用梯形截面（传热面大，便于塑料加温）， w=46mm，h=2/3w。表面粗糙度Ra尽可能小，常取Ra0.2um.。（3）浇口浇口厚度可比热塑性大，一般h=0.81.5mm，b=2.55mm，l=13mm。6排气槽由于成型过程中水分与挥发物较多，故设排气槽。如果排气不良，制件表面会产生气泡、表面凹痕、麻点及光泽降低、烧焦等现象。分型面上排气槽的深度及宽度为h=0.030.05mm，b=46mm。7推出形式绝大部分采用圆形推杆推出。采用推板或推块推出时，应留出较大的推出空间，便于飞边清理。第二节 精密塑料注射成型与模具一、精密注射成型概念及制品公差要求精密制品是指尺寸和形状精度很高，表面粗糙度很小的制品。制品公差：我国采用IT9级（GB1800180479）或SJ137278的1、2级。德国DIN16901标准：尺寸0160mm,公差0.060.4mm。前苏联TOCT11710标准：尺寸0180mm,公差0.0250.1mm。日本：尺寸0100mm最小界限0.0030.08mm，四腔实用界限0.0080.25mm。美国SPI标准对每种塑料都单独规定精密塑件尺寸公差，其中PA的公差尺寸0160mm，公差0.0650.25mm。模具精度的制定我国与英国取模具制造公差为相应塑件公差值的1/3。德国DIN16749标准：尺寸0160mm，型腔公差0.020.10mm。二、精密注射成型对塑料的要求及常用的塑料1对塑料的要求 （1）良好的成型特性（熔体流动、凝固的复现性，收缩率小而稳定）。 （2）形状和尺寸的稳定性好，线膨胀系数小，吸水率低。采用短纤维，线膨胀系数接近金属；采用碳纤维增强，线膨胀系数比金属小许多。 （3）应能满足机械性能（弹性系数应大）、耐热性和适应环境要求。2、常用塑料PC、POM、改性PPO、热塑性聚酯PET、PA、PBT、ABS。三、 精密注射成型工艺特点（1）注射压力高 普通注射为40200MPa；精注：180250MPa，最高达415 MPa（密度大，线膨胀系数小，尺寸稳定）。（2）注射速度快。有利于成型复杂制品，减少尺寸公差。（3）温度控制严格。（4）成型工艺稳定性（工艺参数稳定）。四、精密注射成型对注射机的要求（1）注射系统 应装备能精确控制小注射量的注射装置。 螺杆捏合作用好，塑化均匀，能实现无级变速。 高注射功率（高的注射压力与注射速度）。（2）合模系统 模板、拉杆、机架等刚度要大，锁模力均匀。 定模板和动模板之间的平行应精确。 应采用高灵敏度、低压试合模装置，以保护模具。 合模机构启闭速度快，一般40m/min左右。（3）液压系统除普通机对液压系统有同样要求外，还有下列要求： 油路应节能又可实现多级或无级压力。采用比例压力阀、比例流量阀或伺服变量泵的比例系统，流量转换快，能消除油路系统的压力波动或冲击。 液压刚度好，合模部分油路和注射部分油路分开（节能且合模力稳定）。 液压系统反应速度高。选用高灵敏度、响应快的元件，采用插装比例技术、或缩短控制元件至执行件的油路流程，加装蓄能器可提高系统反应速度和吸振稳定压力作用。（4）冷却加热系统料筒和喷嘴温度采用PID（比例、积分、微分）控制器、温度控制在0.5度。应装油温稳定控制装置（油温变化黏度变化压力等参数变化）。专用的模温控制系统，保证每个模腔温度变化均匀。（5）工艺参数控制精度高（时间、压力、速度、位移）。 注射量、注射压力、注射速度、保压压力、背压、螺杆转速等采用多级反馈控制。五、精密注射模设计要点 普通注射模的设计方法基本适用于精密注射模的设计。但应注意如下： 1精密注射成型对模具的要求 （1）模具制造精度高（零件制造精度、装配精度）； （2）模具刚性好，承受内、外压力时不致于产生过大变形； （3）成型件的冷却要均匀； （4）浇注系统设计要适当，成型收缩率尽量小，方向性也要小； （5）各成型周期模具各部分的成型动作要准确（复现性）； （6）长期工作模具的磨损和变形要小，保持高精度。2模具的制造精度 （1）成型零件尺寸采用极限值法计算，而不用平均值法。求得的尺寸需进行极限值校核，不满足要求时，应提高模具加工精度，选用收缩率波动小的塑料成型。 （2）成型收缩率的估计，应考虑： 成型材料的种类；制件的形状和壁厚；浇口形状和尺寸，收缩率和熔体流动方向受其影响；其它因素（注射压力、模温、冷却时间等）的影响。 （3）为提高合模精度，采用锥面（楔面）或圆柱销精定位。 3加工精度和模具结构 合理的模具结构对保证零件的加工精度十分重要（采用镶拼结构较多）； 精密模具的型腔和型芯部分不直接在模板上加工，而常采用镶入式和拼合结构，原因在于： 便于加工和提高加工精度； 便于成型零件的合理选材； 便于更换和维修，延长模具寿命。拼合结构的关键：保持模板具有足够的刚度，不因注射压力出现过大变形；另外，还需考虑冷却水道、推杆布置问题。4模具的刚性大注射压力和大的锁模力对模具刚度提出高的要求，特别是支撑型腔、型芯镶块的支撑板，可采用支撑柱加强刚度。5流道的配置及浇口的平衡流道配置取决于型腔数和浇口的方式，成型件数应尽量少，一般24件，最多大约8个型腔。 浇口平衡对精密模是个重要问题，可借助于计算机模拟确定流道布置和浇口尺寸等（c-mold moldflow）。6成型件的脱模（脱模斜度较小）防止脱模变形十分重要，应重要： 顶杆直径尽量大，