塑料橡胶成型模具设计：模具教案之五

1、3.6合模导向机构的设计3.6.1概述 导向对于塑料模具是必不可少的部件，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，如图 所示。导柱安装在动模或定模一边均可，通常导柱设在主型芯周围。3-6-1导向机构的主要作用 导向机构的主要作用有定位、导向、承受一定的侧压力。 定位作用：为避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后，使型腔保持正确的形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚均。 导向作用:动定模合模时，首先导向机构接触引导动定模正确闭合，避免型芯先进入型腔，避免损坏成型零件。 承受一定的侧压力:塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力或由于注射机精度的限制，使导柱在工作中承

2、受了一个侧压力。 合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式。3.6.2导柱导向机构设计 导柱的典型机构及要求导柱的典型机构见图 。 对导柱结构的要求： 长度：导柱的长度必须比凸模端面高出68mm，以免导柱未导正方向而凸模先进入型腔与其相碰而损坏。 形状：导柱的端部作成锥形或半球形的先导部分，使导柱能顺利的进入导向孔。 材料：导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此多采用低碳钢（20号）经渗碳淬火处理或碳素工具钢（T8、T10）经淬火处理，硬度未HRC5055。 配合精度：导柱装入模板多采用过渡配合H7/g6所示。 粗糙度：配合部分粗糙度Ra0.8。 导柱推荐尺寸见表3.6-1、

3、3.6-23-6-2 导向孔的典型结构及要求1.导向孔的典型结构直接开设在模板上利用导套，典型结构如图 所示。2.对导向孔结构要求：形状（导角）最好是通孔，当结构需要开盲孔是，就要在盲孔的侧面增加通气孔或在导柱的侧壁磨出排气槽。材料：T8A或T10A淬火+低温回火，HRC55以上或20、20Mn2B渗碳淬火+低温回火，HRC55以上。导套的精度与配合：一般为H7/m6或H7/k6如图3.6-3所示。为可靠起见可以再用止动螺钉紧固。配合部分的的表面粗糙度最好不低于Ra0.8。3.6.33.6.2.3导柱与导套的配合实例。见图3.6.2.4导柱布置 根据模具的形状和大小，和模具的空间位置开设导柱孔

4、和导套孔。常见的导柱有两根至四根不等，其布置原则是必须保证定模只能按一个方向合模，不要在装配时或合模时因为方位搞错使模具破坏。3.6.83.6.3锥面定位机构设计 锥面定位用于成型大型、深腔、精度要求高的塑件，特别是薄壁容器、偏心塑件。由于制件大，成型压力就有可能引起型芯或型腔的偏移，如果这个力完全由导柱来承受，会发生导柱卡住或损坏现象，因此采用锥面定位如图 所示。3.6.103.7塑件脱模机构设计3.7.1概述 在注射成型的每一循环中，塑件必须由模具型腔中脱出，脱出塑件的机构成为脱模机构或顶出机构。3.7.1.1脱模机构的结构 脱模机构的结构如图3.7-1所示，主要由八个零件组成： 顶杆、顶

5、管或脱模板； 顶出固定板； 顶出板； 导柱； 导套； 回程杆 拉料杆 挡销。3.7.1.2对脱模机构的要求塑件不变形损坏；运动灵活顺畅、无卡死和过分磨损现象；接触塑件的配合间隙无溢料；具有足够的刚度和强度；易于制造和装配。3.7.1.3脱模机构的分类按动力来源来分手动脱模机动脱模液压脱模启动脱模按模具结构来分简单脱模机构双脱模机构顺序脱模机构二级脱模机构浇注系统脱模机构带螺纹塑件的脱模机构。3.7.2脱模力的计算 塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小，而将型芯或凸模包紧。在塑件脱模时必须克服这一包紧力。对于不带通孔的壳体类塑件，脱模时还需克服大气压力。此外尚需克服机构本身运动的

6、摩擦阻力及塑料和钢材之间的粘附力。开始脱模时的瞬间所要克服的阻力最大，称为初始脱模力。以后脱模所需的力称为相继脱模力，后者比前者小，所以计算脱模力时，总是计算初始脱模力。塑件壁厚与直径比小于1/20的薄壁塑件在塑件收缩时对型芯正压力的计算。 要确定将塑件从型芯上脱下的摩擦阻力，应首先确定塑件收缩时对型芯的正压力，在斜度为的型芯上，正压力P如图3-6-1所示。从材料力学分析，这是薄壁，内力主要为拉应力，于是假设塑件只受拉力而不承受任何弯曲应力。设塑件各向收缩率相同。因为所以式中：E塑料拉伸弹性模量； 塑料收缩率，随塑料品种不同，塑件形状不同而变化； 塑料泊松比。正压力的计算 用法平面截取一长ds

7、1宽ds2的单元体，型芯对单元体的压力为P，取垂直通过单元体中心与型芯中心线相交的单元体法线为x轴，由于1沿法线方向垂直于单元体法线，故在x轴上投影为零，列出的平衡方程式为； （3-6-1）式中：d截取单元体的法平面的夹角； t壁厚。公式推导：当d很小时，可以认为代入上式得： （3-6-2）即：而即 式中；单元体纬线带平均曲率半径。代入得： （3-6-3）又：式中：rCP塑件平均半径， 可用r代替。代入（3-6-30得； 公斤/厘米2 (3-6-4)对于壁厚与直径之比大于1/20的厚壁塑件,其正压力可按下式计算: 公斤/厘米2 (3-6-5)式中:1塑件外表面曲率半径； 2塑件内表面曲率半径。

8、型芯无锥度时1等于塑件外径R，2等于塑件内径r。对于锥形型芯，塑件壁厚为t时以，代入得： 公斤/厘米2 （3-6-6）总压力计算:全面积所受得总压力P，对于薄壁制品型芯总长度为L，取高为dL的一圈作微分单元，其表面积如图3-6-2所示为：该段所受的正压力为；全面积所受总压力为： 公斤3-6-7）对于厚壁塑件，总压力近似等于锥形型芯平均半径处的正压力P与总包容面积F的乘积，即： 公斤 （3-6-8）抽拔力的计算:塑件包紧型芯时，其受力情况如图3-6-3所示，由于型芯由锥度，故在抽拔力Q1的作用下，塑件对型芯的正压力降低了Q1sin，这时摩擦阻力为： （3-6-9）式中：F摩擦阻力； f摩擦系数；

9、 Q1脱模力。列出力的平衡方程式为：即： 公斤 （3-6-10） 抽拔力的计算公式:对于不带通孔的壳类塑件脱出时，尚需克服大气压力造成的阻力，大气压按1公斤/厘米2计算。Q2=1B=B公斤 （3-6-11）式中：B垂直于抽芯方向型芯的投影面积当塑件对钢材粘附力和机构运动摩擦阻力不计时，总抽拔力Q=Q1=Q2对于薄壁塑件： 公斤（3-6-12）对于厚壁塑件： 公斤 (3-6-13)由上面的式子可看出: 脱模阻力与塑件壁厚、型芯长度有关，与垂直于脱模方向塑件的投影面积B有关（非通孔塑件），以上各项值愈大则脱模阻力也愈大。 塑料收缩率愈大，脱模阻力就愈大，因脱模温度高，收缩小，脱模力就可减小。塑料弹

10、性模量E愈大，脱模阻力也愈大。 塑料对于型芯的摩擦系数f愈大，所需脱模力也愈大，这与塑料的性能和型芯表面加工光洁度有关。 从理论上讲，如没有大气压力和塑件对型芯的粘附等其它因素的影响，则型芯斜角达到tgf时，塑件可自动脱落。3.7.3简单脱模机构 最常见的结构形式有：顶杆脱模机构、顶管脱模机构、推板脱模机构、活动镶件或凹模脱模机构、多元件综合脱模机构和气动脱模机构。3.7.3.1顶杆脱模机构 顶杆的优点：加工简单，置换方便. 顶杆的缺点：顶出面积小，易引起应力更集中而顶穿塑件或使塑件变形，所以很少用于脱模斜度小和脱模阻力大的管件或箱类塑件。顶杆设计注意事项顶出位置 顶杆的顶出位置应设在脱模阻力

11、大的地方，如图3-7- 1所示 当塑件各处脱模阻力相同时，顶杆应均等设置，使塑件脱模时受力均匀，如 所示。可增大顶出面积来改善塑件受力情况，如 所示。直径阶梯形顶杆 3以下装配位置顶杆端面应和型腔在同易平面或比型腔的平面高出0.050.1mm。图3-7-2图3-7-3数量 在保证塑件质量，能够顺利脱模的情况下，顶杆的数量不宜过多。当塑件不允许有顶出痕迹时，可用顶出耳的形式，如图 所示。 顶杆的端面形状 除圆形以外的其它端面形状的顶杆，因其加工困难，故一般情况下很少采用。非圆形顶杆推件面的形状一般为塑件形状的一部分。但也要照顾到加工方便。 材料 多用45钢。T8或T10顶杆头部要淬火处理，达HR

12、C50以上，粗糙度Ra0.8。顶杆的滑动配合部分的粗糙度Ra0.8。3-7-4顶杆的形状与尺寸顶杆的形状与尺寸如图 所示。各种顶杆的应用实例如 所示。顶杆与顶出固定板的连接形式顶杆与顶出固定板的连接形式如图 所示。图3-7-5图3-7-63.7.3.2顶管脱模机构 顶管是顶出圆筒形塑件的一种特殊结构形式，其脱模运动方式与顶杆相同。由于塑件几何形状呈圆筒形，在其成型部分必然设置一个型芯。所以要求顶管的固定形式必须与型芯的固定方法相适应。顶管的顶出结构如下图所示。 顶管的材料和顶杆一样，多用45钢。T8或T10等端部要淬火，硬度HRC50以上，粗糙度Ra0.8以上。滑动配合部分Ra0.8，其它Ra

13、1.6以下。 顶管的形状如图3-7-7 所示。顶管的内径与型芯配合，外径与模板配合，一般为H7/f6或H8/f8。顶管与型芯的配合长度为顶出行程加35mm。顶管与模板的配合长度一般等于（0.82）D，其余部分扩孔。顶管扩孔d+0.5mm，模板扩孔D+1mm。3.7.3.3推板脱模机构 凡是薄壁容器、壳体形塑件以及不允许在塑件表面留有顶出痕迹的塑件，可采用推板脱模。推板脱模的特点是顶出力均匀，运动平稳，且顶出力大。但是对于非圆外形的塑件，其配合部分加工困难。下图介绍了五种推板脱模结构。注意：推板脱模结构不必设复位机构； 为了减少脱模过程中推板和型芯的摩擦，在推板和型芯之间留有0.25mm的间隙；

14、 对于大型深腔的容器，特别是采用软质塑料时，若用推板脱模，应考虑附设进气装置。3.7.3.4活动镶件或凹模脱模机构 有一些塑件由于结构形状和所用材料的关系，不能采用顶杆、顶管、推板等顶出机构脱模大时，可用成型镶件或凹模带出塑件。如图3-7-24、25所示。3.7.3.5多元件综合脱模机构 适用于深腔壳体、薄壁、有局部管形、凹筋、凹台、金属嵌件等复杂塑件，如果采用单一的脱模形式，不能保证塑件的质量，这时就要采用两种或两种以上的多元件脱模机构。 图3-7-30所示。3.7.3.6气压脱模机构 采用压缩空气压力顶出薄壁深腔壳形塑件是简单有效的方法。当成型车间设有压缩空气管路时，采用此法更加经济合理。

15、 和 分别为菌形阀作为空气进入阀和推板与气压联合顶出的结构。 图3-7-8 图3-7-93.7.3.7脱模系统辅助零件 为了保证塑件的顺利脱模和各个顶出部分运动灵活，以及顶出元件的可靠定位，必须有以下辅助零件的配合使用。导向零件大面积的顶出板在顶出过程中，防止其歪斜和扭曲是很重要的。否则会造成顶杆变形、折断或使推板与型芯磨损研伤。因此要求在脱模机构中设置导向装置，见下图。回程杆 脱模机构在完成塑件脱模后，为进行下一个循环必须回到初始位置。除推板脱模外，其它脱模形式一般均需设置回程杆。目前常用的回程形式有回程杆、顶出杆兼回程杆、弹簧回程。回程杆回程回程杆回程如图3.7-1所示。顶杆兼回程杆回程顶

16、杆兼回程杆回程如图所示。弹簧回程弹簧回程下图所示。3.7.4双脱模机构 在设计模具时，原则上应力求塑件留在动模一边。但有时由于塑件形状比较特殊，会使塑件留于定摸一边或者留有动定模的可能性都存在。这样就应考虑在定模上设置脱模机构。 是两种常见的结构形式 是气动双脱模机构。 图3-7-11图3-7-123.7.5顺序脱模机构 根据塑件外形需要，模具在分型时须先使定模分型，然后再使动、定模分型，这样的装置叫顺序脱模机构，又叫定距分型拉紧机构。比如塑件的结构需要先拖开定模内的一些成型部分，或者是为了取出点浇口的浇注系统凝料，以及活动侧型芯设置在定模时都需要使定模分开一定距离后模具的动模部分再打开。 弹

17、簧顺序脱模机构 ； 拉钩顺序脱模机构如 ； 滑块顺序脱模机构如 ； 导柱顺序脱模机构 。图3-7-13图3-7-14图3-7-15图3-7-17图3-7-16特点依靠弹簧的弹力使第一个分型面打开3.7.6二级脱模机构 一般塑件从模具型腔中脱出，无论是采用单一的或多元件的顶出机构，其脱模动作都是一次完成的，但有时由于塑件的特殊形状或生产自动化的需要，在一次脱模动作完成后，塑件仍然难于从型腔中取出或不能自动脱落，此时就必须再增加一次脱模动作才能使塑件脱落。有时为避免一次脱模塑件受力过大，也采用二次脱模如薄壁深腔塑件或形状复杂的塑件，由于塑件和模具的接触面积很大，若一次顶出容易使塑件破裂或变形，因此

18、采用二次脱模，以分散脱模力，保证塑件质量，这类脱模机构又称二次顶出机构。气动二级脱模机构 气动脱模可以单独使用，也可以与其它脱模形式配合使用，如 和 所示。图3-7-18图3-7-19单顶出板二级脱模机构特点：只有一个顶出板。.弹簧式如 ；.拉杆式如 ；.摆块拉杆式如 ；注意：顶出距离； 弹簧的作用。.U形限制架式图 ；.滑块式图 、图 ；.钢球式图 。图3-7-20图3-7-21图3-7-223-7-233-7-243-7-253-7-26双顶出板二级脱模机构特点：有两块顶出板.八字形摆杆式图 ；.拉钩式图 ；.卡爪式图 。3-7-273-7-283-7-293.7.7浇注系统凝料的自动脱出

19、和自动坠落 自动化生产要求模具的操作能全部自动化，塑件能实现自动脱落，浇注系统凝料亦应能自动脱落。 普通浇注系统凝料脱出和自动坠落 侧浇口，直接浇口类型的模具，浇注系统凝料与塑件连接在一起，只要塑件脱模，一般浇注系统凝料随着脱落，常见的形式是靠自动坠落。 有时塑件有少部分留在型腔或推板内，给自动脱落带来困难。解决的办法可用如上所述的二级脱模机构或采用下述办法使主流道和分流道凝料能可靠地脱离型腔。.连杆掸落装置.机械手.空气顶出或吹落.潜伏式浇口能实现浇注系统和塑件的自动分离图图3-7-303-7-31 针点浇口凝料脱出和自动坠落 针点浇口在模具的定模部分，为了将浇注系统凝料取出，要增加一个分型

20、面，因此又称三板式模具。这种结构的浇注系统凝料一般是人工取出的，因此模具构造简单，但生产率低，劳动强度大，只适用于小批量生产。为适应自动化的要求，可采用以下办法使浇注系统凝料自动脱落。.利用侧凹拉断针点浇口凝料图.利用拉料杆拉断针点叫凝料图.利用定模推板拉断针点浇口凝料图利用顶出杆拉断针点浇口凝料图细丝切断装置图3-7-323-7-333-7-343-7-353-7-363-7-373.7.8带螺纹塑件脱模机构 带螺纹塑件其形状有特殊的要求，其模具结构也与一般模具不同，塑件的脱落方式也有很多种，回转部分的驱动方式亦不同，下面分别叙述： 设计带螺纹塑件脱模机构需注意的问题： 对塑件的要求：塑件的

21、外观或端面上需带有防止转动的花纹或图案，见图 ； 对模具的要求： 塑件要求止转，模具就要有相应的防转的机构来保证，当塑件的型腔（凹模）与螺纹型芯同时设计在动模上时，型腔就可以保证不使塑件转动，但是当型腔不可能与螺纹型芯同时设在动模上时，如型腔在定模，螺纹型芯在动模，动定模一分型，塑件就脱离定模型腔，即使塑件外形有防转的花纹，这时也不起作用了。塑件留在螺纹型芯上和它一起转动，不能脱模。因此在设计模具时要考虑止转结构见图 。3-7-383-7-39 带螺纹塑件的脱落方式 可分为强制脱螺纹，活动螺纹型芯与螺纹型环形式，塑件或模具的螺纹部分回转的方式三种，下面分别介绍。 强制脱螺纹 这种模具结构比较简

22、单，用于精度要求不高的塑件。可以利用塑件的弹性脱螺纹，也可以采用硅橡胶螺纹型芯。 利用塑件的弹性脱螺纹 这种结构是利用塑件本身的弹性，如PE、PP塑件。用推板将塑件从型芯上强制脱出。塑件的顶出面应该注意避免图 所示的圆弧型端面作为顶出面。 利用硅橡胶螺纹型芯脱螺纹图 。3-7-40c3-7-41 活动螺纹型芯与螺纹型环形式 当模具结构不能作成组合模或用回转取出型芯太复杂时，可以把螺纹部分作成螺纹型芯或螺纹型环随塑件一起脱模，在模外将螺纹型芯或螺纹型环取出，这种形式虽然模具构造简单，但是需要螺纹型芯或型环及预热装置，以及模外的辅助取芯机构。对于外螺纹来讲，由于塑件收缩拆卸螺纹环比较容易，而对于内螺纹来讲，螺纹型芯和塑件接触面积月大，拆卸越难，因而增加了劳动强度。图 活动螺纹型芯结构，b是