注射模中大角度下坡斜顶抽芯机构设计.docx

注射模中大角度下坡斜顶抽芯机构设计杨海天，赵建亮，张彦书，王丁强（青岛中科昊泰新材料科技有限公司，山东 青岛266300）摘要：根据塑件倒扣特点设计了一种大角度下坡斜顶抽芯机构，阐述了机构的组成及工作过程，对机构的关键技术参数进行了理论研究，利用 UG 软件的运动仿真模块对机构进行运动学分析，通过仿真动 画观察机构的运动过程。经理论研究和试验证明：机构设计合理，简化了模具结构，降低了制造成本， 为模具设计提供了技术支持。关键词：注射模；倒扣；斜顶组块；滑座；抽芯机构中图分类号：TG241文献标识码：B文章编号：1001-2168（2013）07-0043-04Large-angle sloped lifter core-pulling mechanismin injection mouldYANG Hai-tian, ZHAO Jian-liang, ZHANG Yan-shu, WANG Ding-qiang(Qingdao Zhong Ke Hao Tai New Material Science & Technology Co., Ltd., Qingdao,Shandong 266300, China）Abstract: According to the undercut characteristic of the plastic part, a large-angle slopedlifter core-pulling mechanism was designed. The components and working process of thecore-pulling mechanism were stated. The theoretical study about the critical technology parameters was made. The kinematics of the mechanism was simulated by the motion simulation module of UG software, through which the motion process can be animated in detail.Theoretical analysis and experimental results showed that the structure is reasonable andsimplified largely.Key words: injection mould; undercut; lifter; slider; core-pulling mechanism1引言在注射模开模方向上，当塑件内部有较大尺寸 的倒扣而无法强制脱模时，通常采用斜顶杆抽芯机 构来实现塑件顶出及脱模1。常见的斜顶抽芯机构 一般用于水平抽芯或小角度下坡抽芯，角度一般不 超过 302。如遇到图 1 所示的结构，当塑件局部倒 扣抽芯方向与水平方向的夹角大于 30时，采用普 通的斜顶抽芯机构成型塑件存在一定的缺陷，容易 导致抽芯过程中运动部件卡死，造成模具动作不可 靠，易折断斜顶杆，影响模具的生产效率，加大了模 具维修成本及生产成本，成型这种结构的塑件必须 采用合理的抽芯方案。现针对图 1 所示的塑件倒扣特点，设计了一种 能实现大角度下坡抽芯的斜顶机构，它结合各零件图 1 塑件局部倒扣运动的规律，将斜顶机构沿开模方向的运动转化为相对塑件沿抽芯方向的运动，顺利完成了抽芯和复 位。经试验，该结构既可以实现大角度斜向抽芯又 方便加工装配，安全可靠。2斜顶组块抽芯机构组成及工作过程2.1机构组成图 2 所示是大角度下坡斜顶组块抽芯机构简 图，该机构主要由斜顶组块、T 型块、滑座、二次导向 杆及滑座斜导柱等组成。斜顶组块由斜顶块 3 和斜收稿日期：2013-03-08。作者简介：杨海天（1977-），男（汉族），山东青岛人，工程师，主要 从事注射模设计工作。 44 模具工业 2013 年第 39 卷第 7 期 顶杆 5 组成，二者由锁紧块 4 固定在一起，锁紧块 4底端用螺钉固定在 T 型块 9 上，T 型块 9 靠 T 型块压 板 15 压紧在滑座 10 的斜面上。T 型块 9 和滑座 10 分别由二次导向杆 8 和滑座斜导柱 7 进行导向，二 次导向杆 8 用螺钉固定在底板 13 上，顶端用定位块6 固定在动模板2 上。相对于塑件沿抽芯角度的方向运动。开始顶出瞬间，斜顶组块起到一定的顶出作 用，随着塑件向上顶出，斜顶组块相对于塑件向下 运动，整个运动过程中，塑件靠推杆顶出，斜顶组块 不再起顶出作用。3关键技术参数确定机构设计的关键在于如何根据抽芯角度值来 合理确定其他各个角度的参数值。图 3 所示为各个 角度参数的关系图，其中 H 为顶出距离， 为抽芯角 度， 为滑座斜面角度， 为斜顶杆角度， 为滑座斜导柱角度，x1 为斜顶组块 X 方向位移，x2 为滑座X 方向位移，x3 为 T 型块相对于滑座水平方向运动距离，z1 为斜顶组块相对于塑件在 Z 方向的位移，z2为斜顶组块在Z 方向的绝对位移。图 2 下坡斜顶组块抽芯机构1. 塑件 2. 动模板 3. 斜顶块 4. 锁紧块5.斜顶杆 6.定位块 7.滑座斜导柱 8.二 次导向杆 9.T 型块 10.滑座 11.推杆固 定板 12. 推板 13. 底板 14. 推杆 15.T 型块压板2.2 工作过程机构工作过程：通过 T 型块沿滑座斜面的向下 运动实现斜顶组块相对于塑件沿抽芯方向的运 动。滑座斜导柱的作用是加大了 T 型块和斜顶组块 的下降速度，从而加大了顶出方向的运动距离，相 对就减小了水平方向的运动距离，实现了塑件脱 模。二次导向杆对斜顶杆起到保护和导向的作用， 防止斜顶杆因顶出距离太大而折断。开模时，注塑机顶出杆作用在推板 12 上，滑座10 在推板 12 的作用下向上运动，同时在滑座斜导柱7 的作用下相对于推板 12 又向右滑动。T 型块 9、斜 顶块 3 和斜顶杆 5 在滑座 10 和二次导向杆 8 的作用 下沿斜顶杆方向向上运动，相对于滑座 10 沿其斜面 方向向下滑动，塑件在推杆 14 的作用下被向上顶 出。通过各零件的相对协调运动，实现了斜顶组块图 3 抽芯机构各角度参数3.1抽芯角度根据设计经验，抽芯角度越小越好。图 4 所示， 为在保证斜顶组块抽芯时与塑件不发生干涉情0 况下的最小抽芯角度，为保证最小顶出距离和各机 构滑动的角度尽量小，实际抽芯角度应比最小抽芯角度大 23 ，在该设计方案中， 取整数值64。图 4 抽芯角度 模具工业 2013 年第 39 卷第 7 期 45 x1 = 20.62 mm，z1 = 41.86 mm，z2 = 148.14 mm根据 x1 和 z1 的值求出抽芯角度 : = arctan(z1 /x1) = arctan(41.86/20.62) = 63.78（9）总 结 得 出 该 机 构 各 个 关 键 角 度 参 数 值 ： = 63.78， = 25， = 20， = 8 。 从以上各个角度的计算过程可以看出，通过改变 、 的值可以满足不同 的抽芯运动。经 验证，该机构可以实现抽芯角度为 0 90 。3.2斜顶杆角度塑件水平方向倒扣距离为 14.88 mm，根据塑件 的倒扣尺寸及其他特征，确定推杆顶出距离 H=190 mm。根据设计经验，斜顶组块水平退出的安全距 离为 35 mm3，由此预设定斜顶组块在 X 方向的位 移为 x1=20 mm，见图 3 所示。根据三角函数关系算出斜顶组块相对于塑件在Z 方向的位移为：z1 = x1 tan = 20 tan 64 = 41 mm则斜顶组块在Z 方向的绝对位移为:z2 = H - z1 = 190 - 41 = 149 mm（1）（2）4运动仿真UG 的运动仿真模块可以进行机构的干涉分 析，跟踪零件的运动轨迹，分析机构中零件的速度、 加速度、作用力、反作用力和力矩等。运动仿真的 分析结果可以指导修改零件的结构设计5。基于 UG 软件的运动仿真模块对该抽芯机构进行运动学 分析，通过仿真动画来观察抽芯机构的运动过程， 检查各运动零件是否干涉及斜顶组块抽芯时是否与塑件发生干涉。根据图 3 所示的三角函数关系算出斜顶杆角度: = arctan(x1 /z2) = arctan(20/149) = 7.65（3）为加工方便，斜顶杆角度取整数 8 。根据斜顶杆的角度逆推算出斜顶组块在 X 方向实际水平位移 为x1=20.73 mm，则z1=42.5 mm，z2=147.5 mm。3.3滑座斜导柱角度滑座斜面的角度一般不大于 25 4，在该方案 中，假设滑座斜面角度 = 25 ，并依此来推算滑座斜导柱的角度 值。T 型块是沿滑座斜面运动的，T 型块相对于滑 座水平方向的运动距离 x3 为 T 型块水平方向的运 动距离 x1 和滑座水平方向运动距离 x2 之和，T 型块 相对于滑座 Z 方向的运动距离为斜顶组块相对于塑 件 Z 方向的退出距离 z1 ，所以根据图 3 所示的三角 函数关系算出滑座在X 方向的位移为:4.1创建连杆为简化运动仿真步骤，将没有相对运动的 2 个 组件简化为一个连杆6，运动仿真模型共创建 4 个连 杆，标号为 L001L004，其中 L001 是注塑机顶出杆、 推板、推杆固定板、推杆及塑件。L002 为滑座，L003 是 T 型块和斜顶组块，L004 是二次导向杆、滑座斜 导柱和底板。4.2创建运动副模型创建 6 个运动副，标号为 J001J006。J001 为 L001 向上的顶出运动，J002 为 L004 的固定副， J003 为 L002 相对于推杆固定板水平方向的滑动， J004 为 L002 沿滑座斜导柱的滑动，J005 为 L003 沿 滑座斜面的滑动，J006 为 L003 沿二次导向杆的滑 动。x3 = z1 / tan = 42.5/ tan 25 = 91.14 mmx2 = x3 - x1 = 91.14 - 20.73 = 70.41 mm（4）（5）由于滑座是在滑座斜导柱的导向作用下运动，滑座在 Z 方向的位移为顶出距离 190 mm，则根据图3 所示的三角函数关系，可以算出滑座斜导柱角度 为: = arctan(x2 /H) = arctan(70.41/190) = 20.33 （6）为 方 便 加 工 ，滑 座 斜 导 柱 的 角 度 取 整 数 值 = 20 ，同时取滑座的斜面角度 = 25 ，斜顶杆角 度 = 8 ，则根据图 3 所示逆推得出其余各个参数 值：4.3定义运动驱动模型定义运动副 J001 沿 Z 方向做恒定运动，设 定初始位移为0，初速度为10 mm/s，加速度为0。x2 = H tan = 190 tan 20 = 69.15 mm（7）4.4运动模拟选择解算方案命令，设定解算方案类型为常规 驱动，分析类型为动力学，时间为 19 s，步数 500 步。 在解算方案对话框中单击确定进行解算，解算完成tan = z1 /x3 = z1 /(x1 + x2)sin = x1 /z2（8）z1 + z2 = H由各已知参数值，解方程（8）得： 46 模具工业 2013 年第 39 卷第 7 期 后，单击动画控制对话框中的播放命令，通过运动仿真动画来观察斜顶组块抽芯机构的运动过程，如 图5 所示。通过运动仿真动画可以发现，机构动作顺畅，在抽芯过程中没有发生零件的干涉及斜顶组块铲 胶现象，机构设计合理。（a）起始状态（b）顶出距离 38 mm（c）顶出距离 76 mm（d）顶出距离 114 mm（e）顶出距离 152 mm图 5 大角度斜顶抽芯机构运动仿真（f）顶出距离 190 mm5结束语大角度斜顶组块抽芯机构是一种新型的抽芯 组合机构，合理地利用各零件的动作关系，将斜顶 组块沿开模方向的运动转化为斜顶组块相对于塑 件沿抽芯角度方向的运动。机构解决了因抽芯角 度太大而无法实现斜顶组块抽芯的问题，避免了大 角度斜顶组块容易卡死的情况。该机构已成功应 用于汽车门板翻边结构的成型，经理论分析和试验 证明，机构设计合理、加工简单、工作时运行可靠， 简化了模具结构，降低了制造成本，提高了生产效 率，能很好地满足模具的使用要求。参考文献：1黄能会,许树勤.注射模具中特殊斜顶块的设计技巧J.模具工业,2010,36(4):51-53.