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(数控模具设计)东莞伟易达内部模具设计资料

第八章 脱模机构

胶件脱模是注射成型过程中最后一个环节,脱模质量好坏将最后决定胶件的质量;当模具打开时,胶件须留在具有脱模机构的半模(常在动模)上,利用脱模机构脱出胶件。

脱模设计原则:

(1)为使胶件不致因脱模产生变形,推力布置尽量均匀,并尽量靠近胶料收缩包紧的型芯,或者难于脱模的部位,如胶件细长柱位,采用司筒脱模。

(2)推力点应作用在胶件刚性和强度最大的部位,避免作用在薄胶位,作用面也应尽可能大一些,如突缘、(筋)骨位、壳体壁缘等位置,筒形胶件多采用推板脱模。

(3)避免脱模痕迹影响胶件外观,脱模位置应设在胶件隐蔽面(内部)或非外观表明;对透明胶件尤其须注意脱模顶出位置及脱模形式的选择。

(4)避免因真空吸附而使胶件产生顶白、变形,可采用复合脱模或用透气钢排气,如顶杆与推板或顶杆与顶块脱模,顶杆适当加大配合间隙排气,必要时还可设置进气阀。

(5)脱模机构应运作可靠、灵活,且具有足够强度和耐磨性,如摆杆、斜顶脱模,应提高滑碰面强度、耐磨性,滑动面开设润滑槽;也可渗氮处理提高表面硬度及耐磨性。

(6)模具回针长度应在合模后,与前模板接触或低于0.1mm ,如图8.1.1所示。 (7)弹簧复位常用于顶针板回位;由于弹簧复位不可靠,不可用作可靠的先复位。

8.1 顶针、扁顶针脱模

胶件脱模常用方式有顶针、司筒、扁顶针、推板脱模;由于司筒、扁顶价格较高(比顶针贵8~9倍),推板脱模多用在筒型薄壳胶件,因此,脱模使用最多的是顶针。当胶件

图8.1.1

面针板 底针板 回针 回位弹簧 顶针 有托顶针

防转销 顶位斜面

扁顶针 回针接触前模板或低于0.1mm

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周围无法布置顶针,如周围多为深骨位,骨深 15mm时,可采用扁顶针脱模。顶针、扁顶针表面硬度在HRC55以上,表面粗糙度Ra1.6以下。顶针、扁顶针脱模机构如图8.1.1所示,设置要点如下:

(1)顶针直径d ?2.5mm时,选用有托顶针,提高顶针强度。

(2)扁顶针、有托顶针K H。

(3)顶位面是斜面,顶针固定端须加定位销;为防止顶出滑动,斜面可加工多个R小槽,如图8.1.2所示。

(4)扁顶针、顶针与孔配合长度L=10~15mm;对小直径顶针L取直径的5~6倍。

(5)顶针距型腔边至少0.15mm,如图8.1.2所示。

(6)避免顶针与前模产生碰面,如图8.1.3所示,此结果易损伤前模或出披峰。

顶针位的布置原则(另见5.5节)。

8.1.1 顶针、扁顶针配合间隙

顶针、有托顶针、扁顶针配合部位

如图8.1.4图8.1.5图8.1.6所示,配合要

求如下:

(1)顶针头部直径d及扁顶针配合尺寸t、w与后模配合段按配作间隙 0.04mm配合

避免与前模碰面

图8.1.3

端面齐平

配合段

图8.1.5

配合段端面齐平

图8.1.2

图8.1.6

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(2)顶针、扁顶针孔在其余非配合段的尺寸为d 0.8mm或d1 0.8mm,台阶固定端与面针板孔间隙为0.5mm。

(3)顶针、扁顶针底部端面与面针板底面必须齐平。

(4)如图8.1.7所示,顶针顶部端面与后模面应齐平,

高出后模表面e 0.1mm。

8.1.2 顶针固定

(1)固定顶针一般是在面针板加工台阶固定,如图8.1.4所示。为防止顶针转动,常用方式有两种:一种顶针轴向台阶边加定位销定位如图8.1.8所示;另一种横向加定位销定位如图8.1.9所示。

(2)无头螺丝固定,如图8.1.10所示,此方式是在顶针端部无垫板时使用,常用在固定司筒针和三板模球形拉料杆上。

图8.1.8 图8.1.9

图8.1.10

图8.1.7

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8.2 司筒脱模

司筒脱模如图8.2.1所示,司

筒常用于长度 20mm的圆柱位脱模。

标准司筒表面硬度HRC 60,表面粗

糙度 Ra1.6。另外,司筒的壁厚应

1mm;布置司筒时,司筒针固定位

不能与顶棍孔发生干涉。

8.2.1 司筒配合要求

司筒脱模配合关系如图8.2.2图8.2.3所示,配合要求如下:

(1)司筒与后模配合段长度为L=10~15mm,其直径D配合间隙应 0.04mm。

(2)其余无配合段尺寸为D 0.8mm。

8.2.2 大司筒针固定

司筒针固定于底板上,通常使用无头螺

丝如图8.2.1所示。当司筒针直径d 8mm或

5/16 时,固定端采用垫块方式固定,如图

8.2.4所示。

图8.2.2

台阶(猪嘴

形)柱位图8.2.3

图8.2.4

垫块

图8.2.1

顶棍孔

司筒

司筒针

无头螺丝

台阶(猪嘴

形)圆柱位

圆柱位

8.3 推板脱模

推板脱模如图8.3.1所示。此机构 适用于深筒形、薄壁和不允许有顶针 痕迹的胶件,或一件多腔的小壳体(如 按钮胶件)。其特点是推力均匀,脱模 平稳,胶件不易变形。不适用于分模 面周边形状复杂,推板型孔加工困难 的胶件。

8.3.1 机构要点

推板脱模机构要点:

(1)推板与型芯的配合结构应呈锥面;这样可减少运动擦伤,并起到辅助导向作用;锥面斜度应为3~10 ,如图8.3.2所示。

(2)推板内孔应比型芯成形部分(单边)大0.2~0.3mm,如图8.3.2所示。

(3)型芯锥面采用线切割加工时,注意线切割与型芯顶部应有 0.1mm 的间隙,如图 8.3.3所示;避免线切割加工使型芯产生过切,如图8.3.4所示。

(4)推板与回针通过螺钉连接,如图8.3.1所示。

(5)模坯订购时,注意推板与边钉配合孔须安装直司(直导套),推板材料选择应相同于M202。

(6)推板脱模后,须保证胶件不滞留在推板上。

图8.3.1

回针

推板

边钉

图8.3.2

推板

型芯

推板 型芯

固定板 配合锥面

图8.3.3

型芯产生过切

线切割加工线

图8.3.4

8.3.2 推板机构示例

(1)如图8.3.4所示,此模一件多腔,线切割加工型芯、推板、固定板。推板模通常采用球形拉料杆,浇道只在前模开设,如图8.3.5所示。此推板模线切割线将米仔位留在型芯内,防止胶件滞留在推板上,如图8.3.6所示。

(2)如图8.3.7所示,此推板模固定板在推板内。特点:使后模板B 变小,减少线切割加工量。模具上固定板用螺钉、圆柱销与托板连接,结构如图8.3.8所示。线切割加工线将圆柱位留在型芯内,使胶件能顺利脱模,如图8.3.9所示。

球形拉料杆

前模开浇道

图8.3.5

球形拉料杆

图8.3.4

推板 型芯

固定板

型芯

前模型腔边缘 线切割线 胶件米仔 图8.3.6

推板 托板

固定板

图8.3.7

线切割线 前模型腔边缘

型芯

胶件柱位

图8.3.9

图8.3.8

螺钉 圆柱销

固定板 推板

托板

8.4 推块脱模

对胶件表面不允许有顶针痕迹(如 透明胶件),且表面有较高要求的胶件, 可利用胶件整个表面采用推块顶出,如 图8.4.1所示。

8.4.1 机构要点

推块脱模要点:

(1)推块应有较高的硬度和较小的表面粗糙度;选用材料应与呵镶件有一定的硬度 差(一般在HRC5度以上);推块需渗氮处理(除不锈钢不宜渗氮外)。 (2)推块与呵镶件的配合间隙以不溢料为准, 并要求滑动灵活;推块滑动侧面开设润滑槽。 (3)推块与呵镶件配合侧面应成锥面,不宜 采用直身面配合。

(4)推块锥面结构应满足如图8.4.2 所示; 顶出距离(H1)大于胶件顶出高度,同时小于推 块高度的一半以上。

(5)推块推出应保证稳定,对较大推块须设置两个以上的推杆。

8.4.2 推块机构示例

(1)胶件如图8.4.3所示,推块机构如图8.4.4所示。此机构考虑推块脱模面积大,顶力均匀特点,采用内、外推块顶出,使脱模平衡。

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图8.4.3

图8.4.4

外推块

内推块

推块

图8.4.1

呵镶件

图8.4.2

推块

限位块 推杆

(2)胶件如图8.4.5所示,胶件要求不能有顶针痕迹;推块机构如图8.4.6所示。此机构应用镶件推块脱模,推块痕迹均匀的特点。

(3)透明胶件不能有顶针痕迹,采用推块机构脱模,如图8.4.7所示。

如图8.4.6

推块

限位块

图8.4.5 推块边线

图8.4.7

推块

透明胶片

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图8.5.2

型芯

推块

顶针

胶件半

圆凹陷

8.5 二次脱模

为获得可靠的脱模效果,分解胶件脱模阻力,经二次脱模动作,来完成胶件出模的机构称二次脱模机构,如图8.5.1所示。

二次脱模机构示例:

(1)胶件如图8.5.2 所示,两骨间有半圆凹陷,被后模

型腔包紧。脱模机构如图8.5.3 所示,第一次脱模使胶件脱

出后模型腔,为强脱变形提供空间;第二次脱模,由顶针脱

模,胶件半圆凹陷位强脱出型芯推块。该机构运动过程:第

一次脱模四块顶针板都运动,带着顶针、型芯推块同时运动,

脱模距离 h,使胶件脱出后模型腔,一次脱模完成。当继续

运动至摆块碰上限位面后,摆块摆动使上面两块针板快速运动,带动顶针脱出胶件,完成二次脱模。此机构须注意: h1 > h,H > 10mm h1 (二次脱模运动距离)。

第一次脱模出内芯,为

胶件提供变形空间

第二次脱模,胶件凹凸

位变形后强脱出模

图8.5.1

胶件凹凸位

被型芯包紧

图8.5.3

二次脱模摆块方铁限位面

(2)胶件上入浇口、行位分模线如图8.5.5 所示。

由于潜浇道须设在斜顶行位块上,穿过斜顶块入胶, 模具需实现浇道先脱出斜顶块,模具采用二次顶出机

构如图8.5.6 所示。该机构第一次脱模时,拉料杆使浇 道不动,顶针、斜顶脱出胶件 M 距离,使胶件与潜浇道

断开,潜浇道从斜顶行位块中变形后脱出,第一次脱模结束。第二次脱模四块顶针板都动,顶出胶件、浇道脱出后模型腔。需注意,为保证潜浇道脱出斜顶块,须M > S (潜浇道长度)。

8.6 先复位机构

入浇口

行位分

模线 图8.5.5

图8.5.6

拉料杆

顶针 斜顶行位块 拉料杆

潜浇道

放大图

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当行位型芯与顶针位在开模方向上投影相重合,是发生干涉的必要条件。先复位机构是保证行位(型芯)复位时,避免与顶针发生干涉,如图8.6.1所示。

如图8.6.2所示,为避免行位型芯与顶针发生

干涉,须满足的条件是:

当行位型芯顶端与顶针投影重合时,行位型芯与顶针垂直方向应有间隙,即F > f ; 行位继续行入距离C,同时顶针退回距离f;此时f≥C*ctg ;当 f

摆块先复位机构:

如图8.6.3所示,为防止行位型芯与顶针合模时发生干涉,常用摆块先复位机构。该机构在合模过程中,复位杆先推动摆块,摆块迫使压块回动,从而带动顶针板完成先复位。机构复位杆长度须保证 Z A + 15mm。

图8.6.1

顶针

行位型芯

行位型芯顶针与型芯

投影重合

局部放大图

图8.6.2

行位

型芯

顶针

行位型芯顶端与顶针投影重合边

摆块

复位杆压块

挡销

导向块

闭模状态开模状态

图8.6.3

第九章 浇注系统及排气设计

9.1 浇注系统设计原则 9.1.1 浇注系统的组成

模具的浇注系统是指模具中从注塑机 喷嘴开始到型腔入口为止的流动动通道, 它可分为普通流道浇注系统和无流道浇注 系统两大类型。普通流道浇注系统包括主 流道、分流道、冷料井和浇口组成。如图 9-1所示。

9.1.2 浇注系统设计时应遵循如下原则: 1 . 结合型腔的排位,应注意以下三点:

a .尽可能采用平衡式布置,以便熔融塑料能平衡地充填各型腔;

b .型腔的布置和浇口的开设部位尽可能使模具在注塑过程中受力均匀;

c .型腔的排列尽可能紧凑,减小模具外形尺寸。 2 . 热量损失和压力损失要小 a .选择恰当的流道截面; b .确定合理的流道尺寸;

在一定范围内,适当采用较大尺寸的流道系统,有助于降低流动阻力。但流道系统上的压力降较小的情况下,优先采用较小的尺寸,一方面可减小流道系统的用料, 另一方面缩短冷却时间。 c .尽量减少弯折,表面粗糙度要低。

3 . 浇注系统应能捕集温度较低的冷料,防止其进入型腔,影响塑件质量;

4 . 注系统应能顺利地引导熔融塑料充满型腔各个角落,使型腔内气体能顺利排出;

5 . 防止制品出现缺陷;

避免出现充填不足、缩痕、飞边、熔接痕位置不理想、残余应力、翘曲变形、收 缩不匀等缺陷。

6 . 浇口的设置力求获得最好的制品外观质量

浇口的设置应避免在制品外观形成烘印、蛇纹、缩孔等缺陷。

7 . 口应设置在较隐蔽的位置,且方便去除,确保浇口位置不影响外观及与周围零件 发生干涉。

4 6 1

2

3 I

I 局部放大

图9-1 浇注系统的组成

1 - 主流道 ;

2 - 一级分流道 ;

3 - 料槽兼冷料井

4 - 冷料井 ;

5 - 二级分流道 ;

6 – 浇口

5

8 . 考虑在注塑时是否能自动操作

9 .考虑制品的后续工序,如在加工、装配及管理上的需求,须将多个制品通过流道连 成一体。 9.2 流道设计 9.2.1 主流道的设计

(1)定义:

主流道是指紧接注塑机喷嘴到分流道为止的那一段流道,熔融塑料进入模具时首先经过它。一般地,要求主流道进口处的位置应尽量与模具中心重合。

(2) 设计原则:

热塑性塑料的主流道,一般由浇口套构成,它可分为两类:两板模浇口套和三板模 浇口套。

参照图9-2,无论是哪一种浇口套,为了保证主流道内的凝料可顺利脱出,应满足: D = d + (0.5 ~ 1) mm (1) R1= R2 + (1 ~ 2) mm (2) 其它相关尺寸详见第十六章第四节。 9.2.2 冷料井的设计 (1) 定义及作用:

冷料井是为除去因喷嘴与低温模具接触而 在料流前锋产生的冷料进入型腔而设置。它一

般设置在主流道的末端,分流道较长时,分流道的末端也应设冷料井。 (2) 设计原则 :

一般情况下,主流道冷料井圆柱体的直径为6 ~ 12mm ,其深度为6 ~ 0mm 。对于大 型制品,冷料井的尺寸可适当加大。对于分流道冷料井,其长度为(1 ~ 1.5)倍的流道直径。

(3) 分类:

a . 底部带顶杆的冷料井

图 9-2 喷嘴与浇口套装配关

系 SR1

ΦD SR2

Φd

浇口套

注塑机喷嘴

H

d

H

d

H

δ δ d

D

D

由于第一种加工方便,故常采用。Z 形拉料杆不宜多个同时使用,否则不易从拉料杆上脱落浇注系统。如需使用多个Z 形拉料杆,应确保缺口的朝向一致。但对于在脱模时无法作横向移动的制品,应采用第二种和第三种拉料杆。根据塑料不同的延伸率选用不同深度的倒扣δ。若满足:(D-d)/D < δ1,则表示冷料井可强行脱出。其中δ1是 塑料的延伸率。

表9-1 树脂的延伸率( % )

树脂 PS AS ABS PC PA POM LDPE HDPE RPVC SPVC PP δ1

0.5

1

1.5

1

2

2

5

3

1

10

2

b . 推板推出的冷料井

这种拉料杆专用于胶件以推板或顶块脱模的模具中。拉料杆的倒扣量可参照表9-1。 锥形头拉料杆(图 9-4 c 示)靠塑料的包紧力将主流道拉住,不如球形头拉料杆和 菌形拉料杆(图9-4 b 、c 所示)可靠。为增加锥面的摩擦力,可采用小锥度,或增加锥 面粗糙度,或用复式拉料杆(图9-d 示)來替代。后两种由于尖锥的分流作用较好,常用 于单腔成型带中心孔的胶件上,比如齿轮模具。

c . 无拉料杆的冷料井 对于具有垂直分型面的的注射模,冷料井置于左右两半模

的中心线上,当开模时分型面左右分开,制品于前锋冷料一起 拔出,冷料井不必设置拉料杆。见图9-5。 d . 分流道冷料井

一般采用图9-6中所示的两种形式:图a 所示的将冷料井做

在后模的深度方向;图b 所示的将分流道在分型面上延伸成为冷料井。有关尺寸可参考图9-6。

冷料井

图9-5 无拉料杆冷料井

ΦD

Φd Φd ΦD

图9-4 用于推板模的拉料杆 1 2 3 4

1 3

5 6 1- 前模;2 – 推板: 3 – 拉料杆: 4 – 型芯固定板: 5 – 后模: 6 – 顶块

模具设计指南

9.2.3 分流道的设计

熔融塑料沿分流道流动时,要求它尽快的充满型腔,流动中温度降尽可能小,流动阻力尽可能低。同时,应能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。所以,在流道设计时,应考虑:

(1) 流道截面形状的选用

较大的截面面积,有利于减少流道的流动阻力;较小的截面周长,有利于减少熔 融塑料的热量散失。我们称周长与截面面积的比值为比表面积(即流道表面积与其体积的比值),用它来衡量流道的流动效率。即比表面积越小,流动效率越高。

名称 圆 形

正六边形

U 形

正方形

梯 形

半圆形

矩 形

流道截

面 图形及尺寸代

效率 (P=S/L

)值 通用表达式

0.250D

0.217b

0.250d

0.250b

0.250d

0.153d

h b/2 0.167b

b/4 0.100b

b/6 0.071b

截面面积

S =πR 2

时的P 值 0.250D

0.239D

0.228D

0.222D

0.220D

0.216D

h b/2 0.209D

b/4 0.177D

b/6 0.155D

使截面面积

S =πR 2

时应取的尺寸 D = 2 R

b =1.1D d =0.912D b =0.886D d =0.879D d =1.414D h b/2 1.253D

b/4 1.772D

b/6 2.171D

热量损失

最小

较小

较大

更大

最大

圆形截面的优点是:比表面积最小,热量不容易散失,阻力也小。缺点是:需同时开设在

表9-2 不同截面形状分流道的流动效率及散热性能 1

1

2

2 ΦD

H=(1~1.5)D

ΦD

ΦD

L=(1~1.5)D

图9-6 分流道冷料井 1- 主流道 2- 分流道冷料井

前、后模上,而且要互相吻合,故制造较困难。U 形截面的流动效率低于圆形与正六边形截面,但加工容易,又比圆形和正方形截面流道容易脱模,所以,U 形截面分流道具有优良的综合性能。以上两种截面形状的流道应优先采用,其次,采用梯形截面。U 形截面和梯形截面两腰的斜度一般为5°-10°。 (2) 分流道的截面尺寸

分流道的截面尺寸应根据胶件的大小、壁厚、形状与所用塑料的工艺性能、注射 速率及分流道的长度等因素来确定。对于我们现在常见(2.0~3.0)mm 壁厚,采用的圆形分流道的直径一般在3.5~7.0mm 之间变动,对于流动性能好的塑料,比如:PE 、PA 、PP 等,当分流道很短时,可小到Φ2.5mm 。对于流动性能差的塑料,比如:HPVC 、PC 、PMMA 等,分流道较长时,直径可Φ10~Φ13mm 。实验证明,对于多数塑料,分流道直径在5~6mm 以下时,对流动影响最大。但在Φ8.0mm 以上时,再增大其直径,对改善流动的影响已经很小了。

一般说来,为了减少流道的阻力以及实现正常的保压,要求: a. 在流道不分支时,截面面积不应有很大的突变; b. 流道中的最小横断面面积大于浇口处的最小截面面积。 对于三板模来讲,以上两点尤其应该引起重视。

在图9-7的a 图中,H ≥ D1 > D2 ≥ D3;d1大于浇口最小截面,一般取(1.5~2.0)mm ,h =d1,锥度α及β一般取2°~3°,δ应尽可能大。为了减少拉料杆对流道的阻力,应将 流道在拉料位置扩大,如图9-7c 所示;或将拉料位置做在流道推板上,如图9-7d 所。 在图9-7的b 图中,H ≥ D1,锥度α及β一般取2°~3°,锥形流道的交接处尺寸相差 0.5~1.0mm ,对拉料位置的要求与图9-7a 相同。 9.3 浇口设计

浇口是浇注系统的关键部分,浇口的位置、类型及尺寸对胶件质量影响很大。在

ΦD3 =

ΦD2-(0.5~1.0)

ΦD1

ΦD2

R1

α R2 Φ d1 R3 β δ

H

h

ΦD3

R1 H

α

ΦD2

β

图9-7 三板模流道结构及尺寸

ΦD1

多数情况下,浇口是整个浇注系统中断面尺寸最小的部分(除主流道型的直接浇口外). 对于圆形流通截面,圆管两端的压力降为?P ,有以下关系式:

式中 ηa ------ 为熔融塑料的表观粘度 L ---- 圆形通道的长度

Q ---- 熔融塑料单位时间的流量 (cm 3

/sec) R ---- 圆管半径

对于模具中常见的窄缝形流动通道,经推导有 W ---- 窄缝通道的宽度

H ---- 窄缝通道的深度

从式(9-1)和(9-2)可知,当充模速率恒定时,流动中的模具入口处的压力降?P 与

下列因素有关:

(1) 通道长度越长,即流道和型腔长度越长,压力损失越大;

(2) 力降和流道及型腔断面尺寸有关。流道断面尺寸越小,压力损失越大。矩形 流道深度对压力降的影响比宽度影响大得多。

一般浇口的断面面积与分流道的断面面积之比约为0.03~0.09,浇口台阶长1.0 ~1.5mm 左右。断面形状常见为矩形、圆形或半圆形。

9.3.1 浇口的类型 1.直接式浇口

优点:(1) 压力损失小; (2) 制作简单。 缺点:(1) 浇口附近应力较大; (2) 需人工剪除浇口(流道); (3) 表面会留下明显浇口疤痕。

应用:(1)可用于大而深的桶形胶件,对于浅平的胶件,由于收缩及应力的原因,容易 产生翘曲变形。

8ηa LQ

?P= 式(9-1) πR 4

8ηa LQ

?P = 式(9-2) WH 3

a b c

图 9 – 8 直接式浇口