塑料成型工艺培训教程模板

第六节顶出机构结构及脱模力计算一、顶出机构结构从模具中顶出塑件及其浇注系统凝料机构称为顶出机构或脱模机构。顶出机构结构图5-62所表示，图中顶杆1将塑件从型腔中顶出。顶杆需要固定，所以设置顶出固定板2和顶出板5，两板由螺钉连接。注射机上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复位依靠回程杆7实现。拉料杆6拉住浇注系统凝料，使它随同塑件一起留在动模内。挡销8使顶出板和底板之间产生间隙，方便清除污垢，同时还可经过调整挡销厚度来控制顶杆位置及预出距离。设计顶出机构标准是：使塑件在顶出过程中不会变形损坏；确保塑件在开模过程中留在设置有顶出机构动模内；若塑件需留在定模内，则要在定模上设置顶出机构。二、顶出机构类型顶出机构类型取决于塑件形状、塑料性能及注射机顶出结构。顶出机构常见类型有以下多个。1．一次顶出机构一次顶出机构是最常见顶出机构(图5-62所表示)，此机构只需—次动作就能使塑件脱模。图5-63所表示为一次顶出机构常见多个形式，其中，a)所表示为顶杆顶出机构，顶杆顶出是应用最广、顶出位置所受限制最少一个顶出方法，这种机构关键用于顶出箱类异形塑件；b)所表示为顶管顶出机构，这种机构关键用于顶出中心带孔圆形塑件或圆形凸台塑件；c)所表示为推板顶出机构，这种机构关键用于顶出支承面很小塑件(如薄壁容器等)，另外在不许可留有顶杆残痕情况下，也常采取这种推板顶出机构；d)所表示为联合顶出机构，这种机构采取以推板为主、顶杆或顶管为辅顶出方法，关键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情况下。图5-62顶出机构结构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见多个形式a)顶杆顶出b)顶管顶出c)推板顶出d)联合顶出图5-63一次顶出机构常见多个形式a)顶杆顶出b)顶管顶出c)推板顶出d)联合顶出在以下两种情况需要采取二次顶出机构：一是一些形状塑件，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，所以必需再增加一次顶出才能使塑件脱落；二是采取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。比如，对于薄壁深腔塑件，因为塑件和模具接触面积很大，若一次顶出易使塑件破裂或变形，这时就需采取二次顶出方案。二次顶出机构较多，下面列举其中四种。1)弹簧二次顶出机构弹簧二次顶出机构图5-64所表示。这种机构利用弹簧1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，图5-65所表示。顶动型腔1用顶杆2固定在一次顶出板7上，顶出塑件用顶杆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，经过定距块5使二次顶出板8同时顶动塑件，这时型腔和塑件一起运动，和型芯脱离，完成第一次顶出。当一次顶出板7接触到八字形摆杆4，因为八字形摆杆和一次顶出板接触点距支点距离比和二次顶出板接触点距支点距离小，所以二次顶出板移动距离大于一次顶出板移动距离，这么，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图5-66所表示。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凸块1接触到拉杆3上长销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，但因为在定模上安装了拉杆，增大了模具尺寸。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—弹簧这种机构采取U形限制架和摆杆来完成二次顶出动作，图5-67所表示。图a)所表示为合模状态，U形限制架4固定在动模底板上，摆杆3一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，因为限制架限制，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)所表示位置时，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(图c)所表示)，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，标准上应使塑件能留在动模一边，但有时因为塑件形状特殊，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示出两种常见结构形式。图5-68a)所表示是利用弹簧力使塑件首先从定模上脱出留在动模内，然后再利用动模上顶出机构将塑件顶出例子。这种形式适适用于塑件对定模粘附力不大、顶出距离不长情况。图5-68b)所表示是利用杠杆作用实现定模顶出例子。开模时，固定在动模上滚轮压动杠杆，使定模顶出机构动作，迫使塑件留在动模一边，然后再利用动模上顶出机构将塑件顶出。图5-67U形限制架二次顶出机构图5-67U形限制架二次顶出机构1—圆住销2—弹簧3—摆杆4—U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脱模方向通常全部和注射机开、闭方向相同。不过，有部分塑件在成型侧面有凸台或凹槽，使脱模方向和开模方向不一致，阻碍了塑件从型腔或型芯上直接顶出。这时就须考虑采取活动型芯等方法处理脱模问题。对于内侧有凸凹塑件，常见活动镶件方法，而对于外侧有凸凹塑件，常见斜导柱抽芯机构。采取活动镶件脱模机构图5-69所表示。图5-69a)所表示机构，先将活动镶件和塑件一起顶出模外，然后再将塑件从镶件上取下。图5-69b)所表示机构，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和模具分离，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，则可利用材料弹性用推板将塑件强制脱模。图5-69采取活动镶件脱模机钩1—塑件2—活动镶件5．螺纹塑件脱模机构螺纹塑件脱模方法有以下三种，1)活动型芯或型环脱模方法这种方法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。这种机构优点是结构很简单；缺点是生产率低、劳动强度大，故它只适适用于小批量生产。2)拼合型芯或型环脱模方法图5-70a)所表示为利用拼合型环脱外螺纹模具，图5-70b)所表示为利用拼合型芯脱内螺纹模具。这两种方法脱模可靠，且结构比较简单，但在螺纹部分有分型线，轻易产生飞边，难以清除飞边。3)机动脱螺纹方法a)b)图5-70利用拼合型环或型芯脱螺纹a)b)图5-70利用拼合型环或型芯脱螺纹表5-7脱螺纹基础方法塑件移动（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、脱模力计算脱模力计算是设计顶出机构依据。不过计算形状复杂塑件脱模力是相当困难。这里仅介绍壳形件和筒形件脱模力计算公式，在模具设计时，这些公式可用作通常形状塑件脱模力粗略计算。1．脱模力计算将塑件从包紧型芯上脱出时所需克服阻力称为脱模力，它关键包含由塑件收缩引发塑件和型芯摩擦阻力和大气压力。脱摸力大小和塑件厚薄及其形状相关。表5-8给出厚壁和薄壁圆形塑件和矩形塑件脱模力计算公式。表5-8脱模力计算公式圆环形断面脱模力（N）矩形断面脱模力（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λ和φ而异；λ=r/δ(为圆环形断面时δ=δ1、为矩形断面时δ=δ2)；k1=2λ2/（cos2φ+2λcosφ）；k2为无因次系数，k2=1+fsinφcosφ≈1；r为型芯平均半径，r=d/2(mm)；S为塑料平均收缩率（%）；E为塑料弹性模量（MPa）；L为塑件对型芯包容长度（mm）；f为塑件和型芯之间静摩擦系数，常取为0.1～0.2；φ为模具型芯脱模斜度（°）；µ为塑料泊松比；δ1为圆环形塑件壁厚（mm）；δ2为矩环形塑件平均壁厚（mm）；a、b为矩形型芯（指厚壁塑件）断面尺寸（mm）；A为盲孔塑件型芯在脱模方向上投影面积（mm2），通孔塑件A=0。2．顶出机构零件尺寸确实定1）推板厚度确实定对于筒形或圆形塑件，若依据刚度计算来确定，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选择，其中r为推板环形内孔(或型芯)半径(mm)；E——塑料弹性模量(MPa)；R——作用在推板上顶杆半径(mm)；δ——推板中心所许可最大变形量，通常取塑件在被顶出方向上尺寸公差1／5～1／10(mm)；F——脱模力(N)，由表5-8中公式计算。表5-9系数和推荐值1.251.502.003.004.005.000.00510.02490.08770.20900.29300.35000.2270.4280.7531.2051.5141.745若依据强度计算来确定(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选择；[σ]——推板材料许用应力(MPa)；F——脱模力(N)，由表5-8中公式计算。对于横断面为矩环形或异环形塑件，若依据刚度计算来确定，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最大距离(mm)；B——推板宽度(mm)；δ——推板中心所许可最大变形量，同式(5-55)；E——塑料弹性模量(MPa)；F——脱模力(N)。2)顶杆直径确实定依据压杆稳定公式，可得顶杆直径公式为（mm）（5-58）式中ψ——安全系数，取ψ=1.5；L——顶杆长度（mm）；F——脱模力（N）；n——顶杆数目；E——塑料弹性模量（MPa）。第七节侧向分型和抽芯机构设计图5-71带有侧孔和侧凹塑件a)侧孔b)侧凹图5-71带有侧孔和侧凹塑件a)侧孔b)侧凹一、抽芯机构类型侧向分型抽芯机构按动力起源可分为手动、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方法称为手动抽芯。手动抽芯机构结构简单，但劳动强度大、生产效率低，故仅适适用于小型塑件小批量生产。手动抽芯机构图5-72所表示。图5-72a)所表示型芯成型圆形孔，在顶出塑件前，用扳手旋出活动型芯。图5-72b)所表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抽拔力和抽拔行程时，能够采取液压传动或气压传动机构将活动型芯抽出。液压传动比气压传动平稳，且可得到较大抽拔力和较长抽芯距离，但因为模具结构和体积限制，油缸尺寸往往不能太大。在液压或气压抽芯机构中，侧向活动型芯移动是经过油缸(或气缸)活塞及控制系统来实现，能够不受开模时间和顶出时间影响。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所表示为液压抽芯机构。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，为预防侧向型芯移动，利用定模上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开模力，经过传动零件将活动型芯抽出。这种机构结构比较复杂，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、齿条等多个抽芯形式，本书只介绍使用最广泛斜导柱、弯销、斜导槽和斜滑块四种。二、斜导柱抽芯机构结构斜导柱抽芯机构图5-75所表示，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，为了确保抽芯动作正确可靠，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，开模力经过斜导柱作用于滑块，迫使滑块在动模板7导滑槽内向左移动，当斜导柱全部脱离滑块上斜孔后，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组成滑块定位装置，它使滑块保持抽芯后最终位置，方便闭模时斜导柱能正确地进入滑块斜孔，使活动型芯复位。压紧块1用以预防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以下四种不一样结构形式1.斜导柱在定模上、滑块在动模上图5-75所表示为最常见一个结构形式。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、滑块在定模上结构，该结构无顶出机构。图5-77示出带有顶出机构斜导柱在动模上、滑块在定模上一个结构。图5-76斜导柱在动模上、滑块在定模上结构(无顶出机构)1图5-76斜导柱在动模上、滑块在定模上结构(无顶出机构)1—定模板2—斜导柱3—滑块4—塑件5—动模4．斜导柱和滑块同在动模上图5-79所表示为利用顶出机构抽出活动型芯例子三、弯销抽芯机构结构弯销抽芯机构原理和斜导柱抽芯机构相同，二者差异是在结构上用矩形断面弯销替换了斜导柱。这种机构优点在于弯销倾斜角较大，所以在开模距离相同条件下，其抽芯距大于斜导柱抽芯距。不过弯销机构机加工比斜导柱机构机加工困难。图5-80所表示为弯销抽芯机构经典结构。弯销通常安装在模板外侧。图中，弯销一端固定在定模上，另一端由支承板3支承，故能承受较大抽拔阻力。装在模板外侧弯销还能够减小模板面积，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位移。图5-77斜导柱在动模上、滑块在定模上结构(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结构1—滑块2—推板3—顶杆4—锁紧块四、斜导槽抽芯机构结构当侧向活动型芯抽拔距较大时，在侧向活动型芯外侧可用斜导槽替换斜导柱，图5-81所表示。经过改变斜导槽形状，能够调整侧向型芯抽拔时间。斜导槽分为二段，第一段倾斜角小，能够得到很大铀拔力，而第二段倾斜角大，能够得到很大抽拔位移量。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、斜滑块抽芯机构结构斜滑块抽芯机构适适用于成型面积较大、侧孔或侧凹较浅塑件。图5-82所表示为由四瓣斜滑块组合而成模具结构。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作用下，四瓣沿斜块向上运动并向四侧分离。其侧向分离是经过固定在滑块外侧导滑圆销7和锥模套4上对应于圆销位置开设半圆导滑槽来完成，导滑圆销倾斜方向和斜滑块倾斜方向一致，滑块向上移动位置由限位螺钉6来控制。这种模具结构简单、制造方便，适合于侧凹较浅大、中、小型塑件侧抽芯。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、斜导柱设计和计算（一）斜导柱尺寸及安装形式斜导柱形状及尺寸见图5-83和表5-10，在设计时α、L1、L值依据模具结构确定。斜导柱材料多用45钢、T8、T10，和20钢，经渗碳处理后，淬火硬度在HRC55以上，磨削加工后确保有Ra0.8μm表面粗糙度。图5-83斜导柱形状表5-10斜导柱关键尺寸（mm）121710152012202515253015303520354020404525斜导柱安装形式图5-84所表示。d为斜导柱直径，它和导柱孔之间应保持0.5～1mm间隙，α为斜导柱倾斜角，S为抽拔距。斜导柱和滑块之间采取较松配合是因为斜导柱不仅能驱动滑块，而且使滑块灵活运动。滑块运动平稳性由导滑槽和滑块之间配合精度确保，滑块最终位置由压紧块确保。确定斜导柱倾斜角时要兼顾抽拔距和斜导柱所受弯曲力，通常采取15˚～20˚，通常小于25°。图5-84斜导柱安装形式（二）斜导柱工作参数斜导柱工作参数包含倾斜角α、抽拔力Q、抽拔距S、直径d、斜导柱长度L及开模行程H。1.抽拔力计算抽拔力是将侧向活动型芯从塑件中抽出力。设计时以初始抽拔力为准。抽拔力计算和第六节脱模力计算相同，请参阅表5-8公式(5-51)～(5-54)。2.抽拔距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距离，图5-85中S。通常抽拔距取侧孔深度加2～5mm，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开模行程(mm)；α——斜导柱倾斜角(º)，通常取15º～20º。3．斜导柱所受弯曲力计算图5-85所表示，斜导柱所受弯曲力P关键取决于抽拔力Q和倾斜角α，其简化计算公式：(5-60)图5-85抽拔距计算关系式中——斜导柱所受弯曲力（N）；其它符号含义同前述公式一样。4.斜导柱直径计算斜导柱直径取决于它所承受最大弯曲力，按斜导柱所受最大弯曲应力应小于其许用弯曲应力标准，可推导出斜导柱直径计算公式为：（5-61）或（5-62）式中——斜导柱直径(mm)；——抽芯孔中心和A点垂直距离(mm)(见图5-86)；——A点到弯曲力作用点B之间距离(mm)；——斜导柱材料许用弯曲应力(MPa)，可取＝300MPa；其它符号含义同前述公式一样。5.斜导柱长度和最小开模行程计算图5-87所表示，斜导柱长度依据活动型芯抽拔距S、斜导柱直径d及倾斜角α确定。有效工作长度L2由侧型芯抽芯距和斜导柱倾斜角α确定，其计算公式为（mm）(5-63)式中L2——斜导柱工作部分长度；其它符号含义同前述公式一样。图5-86斜导柱直径计算关系1—垫板2—滑块3—定模板4—斜导柱5—挡块图5-87斜导柱各尺寸关系当滑块抽拔方向和开模方向垂直(见图5-87)时，完成抽拔距S所需最小开模行程图5-87斜导柱各尺寸关系(mm)（5-64）式中，各符号含义同前述公式一样。当滑块抽拔方向和开模方向不垂直而成一定交角β时，仍可采取斜导柱抽芯机构，其抽拔方向能够倾向动模一边，图5-88a)所表示，也能够倾向定模一边，图5-88b)所表示。图5-88a)所表示为滑块向动模方向倾斜情况，，为斜导柱有效倾角，通常采取15°～20°，通常小于25°。这种情况开模行程为（mm）(5-65)和滑块不倾斜(β＝0)情况相比，当模具开模行程相同、滑块向动模方向倾斜时，将得到较大抽拔距，但此时斜导柱长度也应增加。图5-88b）所表示为滑块向定模方向倾斜情况，，为斜导柱有效倾角，取值同，这种情况开模行程为（mm）(5-66)和滑块不倾斜情况相比，当模具开模行程相同、滑块向定模方向倾斜时，将得到较小抽拔距。图5-88滑块倾斜斜导柱抽芯机构七、滑块和压紧块设计（一）滑块设计图5-89滑块和型芯连接形式1．滑块和型芯连接形式图5-89滑块和型芯连接形式滑块和型芯连接形式有整体式和组合式两种。在实际中广泛采取组合式结构，这种结构特点是，型芯单独制造，然后安装在滑块上，这么能够节省优质钢材，且机械加工轻易。滑块和型芯连接形式图5-89所表示。当型芯较小时，往往将嵌入滑块部分型芯尺寸加大，便于用销钉连接，图5-89a)所表示。当型芯较大时，可采取燕尾槽式连接，图5-89b)所表示。小型芯有时也能够用螺钉固定，图5-89c)所表示。对于多头型芯，可用压板固定形式，图5-89d)所表示。2.滑块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。滑块和导滑槽配合常见形式图5-90所表示。其中，图a)所表示为整体导滑槽形式，常见于滑块宽度较小时候；图b)和图c)所表示为组合导滑槽形式，导滑槽盖板用螺钉固定在模板上并以销钉定位。图5-90滑块导滑形式3．滑块导滑长度滑块导滑长度不能太短(图5-91所表示)，滑块在完成抽拔动作后，留在导滑槽中长度L不应小于滑块长度L12／3，不然滑块在开始复位时轻易倾斜。4．滑块定位装置开模后滑块必需停留在确定位置上，不可任意滑动，不然闭模时斜导柱将不能正确地进入滑块。常见滑块定位装置图5-92所表示。其中，图a)所表示是采用挡块定位形式，即依靠弹簧弹力使滑块停靠在挡图5-91滑块导滑长度块上定位，弹簧弹力应是滑块自重力1.5～2倍，种形式适适用于滑块在模具上面或侧面情况；图b)所表示是采取挡块定位形式，和图a)所不一样是，滑块利用自重力停留在挡块上，不需借助于弹力，这种形式仅适适用于滑块在模具下面情况。图c)所表示是采取销和弹簧顶住滑块定位形式，图d)所表示是采取钢球和弹簧顶住滑块定位形式，这两种形式均适适用于滑块在模具左、右侧情况。滑块内型芯材料可选择铬钨锰合金钢、T8、T10或45钢，淬火硬度在HRC50以上；滑块材料可用T8、T10或45钢，淬火硬度在HRC40以上。滑块和导滑槽配合公差可视具体情况采取间隙配合H8/f7～H9/f9。图5-92滑块多个定位装置（二）压紧块设计成型时活动型芯会受到塑料熔体推力，这个力经过滑块传给斜导柱，而通常斜导柱均为细长杆件，受力后轻易变形，所以在抽芯机构中必需设置压紧块方便在合模时压紧滑块，承受来自活动型芯推力。压紧块和模具连接方法可依据推力大小来选定。图5-93示出压紧块多个常见连接形式。图5-93a)所表示是将压紧块和定模固定板做成整体形式，这种结构牢靠可靠，但消耗钢材较多，故这种形式适适用于侧向推力较大场所。图5-93b)所表示是采取螺钉和销钉在定模板上固定压紧块形式，这种形式结构制造简单，故应用较广。图5-93c)所表示是采取嵌入方法将压紧块紧固形式，图5-93d)所表示是采取楔形块和螺钉固定压紧块形式，这两种形式适适用于侧向推力很大场所。图5-93压紧块多个连接形式压紧块楔角是个关键参数，图5-94所表示。设计时压紧块楔角应大于斜导柱倾斜角，这么做才能确保当模具开模时压紧块就能脱开，不然斜导柱将无法带动滑块作抽拨动作。在通常情况下，压紧块楔角比斜导柱倾斜角大2°～3°。图5-94压紧块楔角和斜导柱倾斜角关系第八节注射模温度调整系统设计一、温度调整对塑件质量影响1．成型收缩率模具温度稳定能降低塑件成型收缩率波动，提升塑件合格率。在可能情况下采取较低模温将有利于减小塑件成型收缩率，有利于提升塑件尺寸精度。2．变形模具型腔和型芯温差过大，造成塑件收缩不均匀，从而使塑件产生翘曲变形，所以必需采取适宜冷却回路，使模具型腔和型芯温度基础上保持均匀，从而使塑件各处能同时凝固。3．尺寸稳定性塑件尺寸稳定性不仅受模温波动影响，而且还受模温大小影响。成型结晶形塑料，要提升模具温度，使塑料均匀地结晶，才能使塑件尺寸稳定。假如在模内塑料结晶不均匀，脱模后塑件尺寸会发生改变。4．力学性能结晶形塑料在成型时结晶度愈高，塑件应力开裂倾向愈大，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升模温才能减小应力开裂倾向。5．表面粗糙度模温提升能改善塑件表面状态，模温过低会使塑件轮廓不清楚，产生显著熔合纹，并使塑件表面粗糙度升高。二、温度调整对生产效率影响注射到模腔内塑料熔体温度为200℃左右，塑件出模温度在60℃左右。成型过程释放热量中约有95％由冷却介质(通常是水)带走，其它5％以辐射、对流方法散发到大气中。模具冷却时间约占整个注射循环周期2／3。依据牛顿冷却定律，冷却介质从模具中带走热量为（5-67）式中——冷却介质从模具中带走热量(J)；——冷却通道孔壁和冷却介质间传热系数[J／(m2·h·℃)]；——冷却介质传热面积(m2)；——模具和冷却介质之间温度差值(℃)；——冷却时间(s)。由式(5-67)可知，当所需带走热量Q不变时，缩短冷却时间路径有以下三条：1.提升传热系数当冷却通道直径和冷却介质温度不变时，增加冷却介质流速，能够提升传热系数。2．提升模具和冷却介质之间温度差当模温一定时，合适降低冷却介质温度，有利于缩短模具冷却时间。3．增大冷却介质传热面积在模具上开设尺寸尽可能大和数量尽可能多冷却管道，能够增大冷却介质传热面积。三、冷却管道设计标准为了提升冷却系统效率和使型腔表面温度分布均匀，在设计冷却管道时应遵照以下标准。1.合理地确定冷却管道中心距及冷却管道和型腔壁距离，冷却管道间距极为关键。a.冷却管道直径大且间距小，型腔表面温度分布均匀，图5-95a)所表示；b.冷却管道直径小，且间距大，所以型腔表面温度改变很大，造成塑件各部分不均匀地收缩，图5-95b)所表示。图5-95型腔表面温度改变2.依据塑件壁厚，合理部署冷却管道。当塑件壁厚均匀时，尽可能使全部冷却管道孔分别到各处型腔表面距离相等，图5-96a)所表示。当塑件壁厚不均匀时，应在厚壁处开设间距较小冷却管道孔，图5-96b)所表示。a)b)图5-96冷却管道部署a)塑件壁厚均匀时冷却管道部署b)塑件壁厚不均匀时冷却管道部署3.应加强浇口处冷却当塑料熔体充填模具时，浇口周围温度最高，通常可将冷却回路入口设在浇口周围，这么可使冷水首先流过浇口周围，使浇口在较低水温下冷却，图5-97所表示。a)b)图5-97循环冷却回路部署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.降低入水和出水温度差进入模具和流出模具水温差小有利于型腔表面温度均匀分布。图5-98所表示模具，冷却管道采取图a排列形式合理，图b排列形式不合理。a)b)a)b)图5-98冷却管道排列a)合理b)不合理5.应避免将冷却管道开设在塑件熔合纹部位型腔中多股料流汇合处将产生融合纹，因为在熔合纹处温度较低，为了不深入降低熔体温度，确保熔合质量，应尽可能不在熔合纹部位开设冷却管道。6.合理确定水管接头位置进、出水管接头位置应尽可能设在模具同一则，为了不影响操作，通常应设在注射机后面，同时水管接头处必需密封，以免漏水。四、冷却回路形式（一）型腔冷却回路1.简单直流冷却回路图5-99所表示为直流冷却回路，即采取软管将直通管道连接起来。这种单层冷却回路通常见于较浅型腔。图5-99简单直流循环式冷却回路图5-100内部沟通直流循环式冷却回路2.内部沟通直流冷却回路为了避免设置外部管接头，冷却管道之间能够采取内部钻孔方法沟通，非进、出口均用螺塞堵住，并用堵头或隔板使冷却水沿所要求回路流动，其常见结构图5-100所表示。3.左右两组对称冷却回路对于大面积浅型腔，可采取左右两组对称回路冷却，且两组回路入口均靠近浇口，这么部署使型腔表面温度分布均匀，图5-101所表示。4.多层冷却回路对于矩形塑件能够分层设置相同矩形冷却回路，对型腔壁进行冷却，图5-102所表示。5.圆环形冷却水沟槽当整体镶入式凹模外形为圆形时，可在圆形镶块外圆开设环形冷却槽，图5-103所表示。图a所表示，在圆形镶块外圆上加工环形槽，加工轻易；图b所表示，在模板上加工环形槽，加工较困难。因为在镶块和模板配合面上开设冷却水槽，必需在水槽两侧设置密封圈，以预防冷却水泄漏。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关键适适用于小型芯冷却，图5-104所表示。图5-104斜交叉式冷却管道2．直孔隔板式管道冷却法图5-105所表示直孔隔板式管道冷却法适适用于大型芯或多型芯冷却。图5-105直孔隔板式冷却管道3．台阶式管道冷却法图5-102所表示，在型芯表面周围开设有冷却管道，形成台阶式冷却回路。4．喷流式冷却法图5-106所表示喷流式管道冷却法适适用于深腔型芯冷却。图5-106喷流式冷却管道第六章注射模新技术应用热固性塑料注射模设计一、概述热固性塑料关键采取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重大改革。热固性塑料注射成型原理是将塑料从注射机料斗送入料筒内加热并在螺杆旋转作用下熔融塑化，使之成为粘流态熔体，经过螺杆高压推进，使熔体以高速经过料筒前端喷嘴注射进入高温型腔，经过一段时间保压补缩和交联反应以后，固化成型为塑件，然后开模取出塑件。热固性和热塑性两种塑料注射成型工艺过程关键差异表现在熔体注入模具后固化成型阶段。几乎全部热固性塑料均可采取注射成型，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要求（1）能严格控制塑料加热温度和加热时间。用水或油加热，温度均匀稳定（±1℃）。（2）螺杆驱动采取液压马达或带摆线针轮减速器结构，防过载，0~90r/min无级变速。（3）合模机构宜采取增压式锁模，能快速开合模，便于排气，锁模力应较大。（4）为预防塑化过热和缩短在料筒内停留时间，螺杆L/D=14~20，压缩比0.8~1.4。螺杆内应通水冷却。三、热固性塑料注射模具设计关键点模具和热塑性相同，但因为排气量大，流动性好，注射压力和注射速度全部较高，所以要考虑排气、溢料、磨损、防腐等问题。1．模具材料选择因为热固性注射模模温高（160~190℃，局部甚至大于250℃），动模比定模高10～15℃。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、供给充足材料。2．对分型面要求（1）降低分型面接触面积以改善合模状态。（2）尽可能降低分型面上孔穴或凹坑，Ra＜0.2mm。（3）分型面应有足够硬度（大于30HRC）。3．对滑动零件要求预防出现过大磨损、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Ra＜0.2um，最好Ra＜0.1um。（3）表面硬度54~58HRC，特殊60HRC。（4）缩短配合长度（L=2~3d）。4．对嵌件安放要求模内安放应注意：（1）提升嵌件和模具配合精度，预防移位。（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，以处理难定位嵌件安放。5．浇注系统设计（1）主流道和冷料穴主流道较热塑性小（流动性好，省料，升温快），锥度1~2°；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=4~6mm，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，通常h=0.8~1.5mm，b=2.5~5mm，l=1~3mm。6．排气槽因为成型过程中水分和挥发物较多，故设排气槽。假如排气不良，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。分型面上排气槽深度及宽度为h=0.03~0.05mm，b=4~6mm。7．推出形式绝大部分采取圆形推杆推出。采取推板或推块推出时，应留出较大推出空间，便于飞边清理。第二节精密塑料注射成型和模具一、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，表面粗糙度很小制品。制品公差：中国采取IT9级（GB1800~1804—79）或SJ1372—781、2级。德国DIN16901标准：尺寸0~160mm,公差0.06~0.4mm。前苏联TOCT11710标准：尺寸0~180mm,公差0.025~0.1mm。日本：尺寸0~100mm最小界限0.003~0.08mm，四腔实用界限0.008~0.25mm。美国SPI标准对每种塑料全部单独要求精密塑件尺寸公差，其中PA公差尺寸0~160mm，公差0.065~0.25mm。模具精度制订中国和英国取模具制造公差为对应塑件公差值1/3。德国DIN16749标准：尺寸0~160mm，型腔公差0.02~0.10mm。二、精密注射成型对塑料要求及常见塑料1．对塑料要求（1）良好成型特征（熔体流动、凝固复现性，收缩率小而稳定）。（2）形状和尺寸稳定性好，线膨胀系数小，吸水率低。采取短纤维，线膨胀系数靠近金属；采取碳纤维增强，线膨胀系数比金属小很多。（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、常见塑料PC、POM、改性PPO、热塑性聚酯PET、PA、PBT、ABS。精密注射成型工艺特点（1）注射压力高一般注射为40～200MPa；精注：180～250MPa，最高达415MPa（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，降低尺寸公差。（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要求（1）注射系统①应装备能正确控制小注射量注射装置。②螺杆捏合作用好，塑化均匀，能实现无级变速。③高注射功率（高注射压力和注射速度）。（2）合模系统①模板、拉杆、机架等刚度要大，锁模力均匀。②定模板和动模板之间平行应正确。③应采取高灵敏度、低压试合模装置，以保护模具。④合模机构启闭速度快，通常40m/min左右。（3）液压系统除一般机对液压系统有一样要求外，还有下列要求：①油路应节能又可实现多级或无级压力。采取百分比压力阀、百分比流量阀或伺服变量泵百分比系统，流量转换快，能消除油路系统压力波动或冲击。②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）。③液压系统反应速度高。选择高灵敏度、响应快元件，采取插装百分比技术、或缩短控制元件至实施件油路步骤，加装蓄能器可提升系统反应速度和吸振稳定压力作用。（4）冷却加热系统①料筒和喷嘴温度采取PID（百分比、积分、微分）控制器、温度控制在±0.5度。②应装油温稳定控制装置（油温改变→黏度改变→压力等参数改变）。③专用模温控制系统，确保每个模腔温度改变均匀。（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、螺杆转速等采取多级反馈控制。五、精密注射模设计关键点一般注射模设计方法基础适适用于精密注射模设计。但应注意以下：1．精密注射成型对模具要求（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）成型件冷却要均匀；（4）浇注系统设计要合适，成型收缩率尽可能小，方向性也要小；（5）各成型周期模具各部分成型动作要正确（复现性）；（6）长久工作模具磨损和变形要小，保持高精度。2．模具制造精度（1）成型零件尺寸采取极限值法计算，而不用平均值法。求得尺寸需进行极限值校核，不满足要求时，应提升模具加工精度，选择收缩率波动小塑料成型。（2）成型收缩率估量，应考虑：成型材料种类；制件形状和壁厚；浇口形状和尺寸，收缩率和熔体流动方向受其影响；其它原因（注射压力、模温、冷却时间等）影响。（3）为提升合模精度，采取锥面（楔面）或圆柱销精定位。3．加工精度和模具结构合理模具结构对确保零件加工精度十分关键（采取镶拼结构较多）；精密模具型腔和型芯部分不直接在模板上加工，而常采取镶入式和拼合结构，原因在于：①便于加工和提升加工精度；②便于成型零件合理选材；③便于更换和维修，延长模具寿命。拼合结构关键：保持模板含有足够刚度，不因注射压力出现过大变形；另外，还需考虑冷却水道、推杆部署问题。4．模具刚性大注射压力和大锁模力对模具刚度提出高要求，尤其是支撑型腔、型芯镶块支撑板，可采取支撑柱加强刚度。5．流道配置及浇口平衡流道配置取决于型腔数和浇口方法，成型件数应尽可能少，通常2~4件，最多大约8个型腔。浇口平衡对精密模是个关键问题，可借助于计算机模拟确定流道部署和浇口尺寸等（c-moldmoldflow）。6．成型件脱模（脱模斜度较小）预防脱模变形十分关键，应关键：①顶杆直径尽可能大，数量尽可能多，或采取推板和推杆共同推出；②顶杆顶出力应均衡；③型腔、型芯脱模斜面研磨方向应和脱模方向一致。7．模具冷却：必需使成型件各部分冷却均匀。温控系统最好能对各个型腔温度进行单独调整，避免使用串联水路（由专门冷却水供给系统供水，可单独调整各出水口水温）。水温调整误差应在±0.5℃内；入水口和出水口温差小于2℃；型芯、型腔温差小于1℃。不易开设水孔部位，可采取导热性好材料间接冷却（可浇注低熔点合金）。8．正确选择模具材料依据树脂种类、模具寿命、模具精度要求、成型方法等，进行精密模具材料选择。（1）镜面加工用模具材料：YAG、HPM38（PMS）、HPM17、HPM50①精密光学透镜用YAG（马氏体时效硬化钢）06Ni6CrMoVTiAl(06Ni)。②耐蚀镜面加工用HPM38—光学磁盘（马氏体不锈钢）。③一般镜面加工用HPM17、HPM50（预硬化钢）。（2）耐蚀用模具材料：PSL、HPM38（PCR）0Cr16Ni4Cu3Nb5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)、8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)(易切削钢)。（3）耐磨用模具材料：HPM31、HAP、ViKingHPM—高耐磨工程材料模具用钢，生产PA齿轮、金属纤维增强导电性塑料、塑料磁铁等。HAP—高硬、高韧性粉末冶金高速钢。（4）易切削性模具材料：HPM1、HPM2、8Cr2S、5NiSCa（易切削预硬钢）（5）其它精密塑料模具材料：HPM50—为预硬钢，精密纹面、镜面、加工面一致性好。YHD50—时效硬化钢，为非磁性高硬度模具钢，用于磁性塑件生产。ZX10—铜系合金模具钢，导热率为铁系材料5倍，用于制造短周期、高速注射用钢。ViKing—含有高耐磨性、高韧性。第三节气体辅助注射成型和模具一、气体辅助注射成型原理及特点大型厚壁塑件成型质量问题：①缩孔及缩痕；②生产周期长；③制品机械性能和表观质量差。对策：①改善模具结构、提升注射机性能、调整工艺参数，但效果不佳；②采取气体辅助注射成型，方便、根本处理问题。气辅形式：①表面气体成型②封闭式气体注射成型，气体在制品内部。1