塑料成型工艺培训教程模板.doc
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1、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
2、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
3、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2二次顶出机构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
4、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
5、,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
6、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
7、,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
8、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5-67 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
9、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
10、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机动脱螺纹有两种方法,一个是使塑件移动,另一个是使型芯或型环移动,如表5-7所表示。为了预防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对应防转机构外,在塑件外表面或端面应有预防转动花纹或图案。螺纹塑件外部预防转动、内部
11、预防转动或端面预防转动脱摸机构具体结构可参考塑料模设计手册及相关书籍。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)
12、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0.10.2;为模具型芯脱模斜度();为塑料泊松比;1为圆环形塑件壁厚(mm);2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
13、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);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15110(mm);F脱模力(N),由表5-8中公式计算。表5-9 系数和推荐值1.251.502.003.004.005.000.00510.02490.08770.20900.29300.35000.2
14、270.4280.7531.2051.5141.745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;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);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 安全系数,取=1.5;
15、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)侧凹塑件侧面常带有侧孔和侧凹(图5-71所表示)。这么,侧型芯会使塑件不能直接从模具中脱出,所以必需采取侧向分型方法,将形成侧孔或侧凹型芯做成活动件,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机构叫做抽芯机构。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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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
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