塑料模具设计第七周 第一讲(第四章)

第七周第一讲目的和要求：了解注射模具导向机构设计（导柱导向机构、锥面和合模销精定位装置），初步了解脱模机构设计的内容（方式、原则），脱模力的计算，一次脱模机构。

重点难点：导柱导向机构、锥面和合模销精定位装置、一次脱模机构类型4.8 注射模具导向机构设计—每套塑料模具必备。

注射模具导向机构的作用：（1）在模具工作时，导向机构可以维持动模与定模的正确合模然后保持其型腔的正确形状；（2）导向机构可以引导动模按顺序合模，防止型芯在合模过程中损坏，并能承受一定的侧向力；（3）对于三板式结构的模具（双分型面注射模），导柱可承受卸料板和定模型腔板（点浇口的浇口板）的重载荷作用；（4）对于大型模具的脱模机构，或脱模机构中有细长推杆或推管时，导向机构可以保持其机构运动的灵活平稳。

4.8.1导柱导向机构导柱导向是指导柱与导套采用间隙配合，使导套在导柱上滑动，配合间隙有一定级别，主要零件有导柱和导套。

1. 导柱如图4-127所示，导柱主要有两种结构形式，一种是带头直通式导柱，用于简单小型模具。

小批量生产时，一般不需要导套，导柱直接与模板导向套配合；而在大多数情况下，导柱需要与导套配合。

另一种是有肩导柱，用于大型模具。

所有的导柱都必须具有足够的抗弯强度，且表面要耐磨，心部要坚韧，因此导柱材料多采用低碳钢渗碳淬火，或用碳素工具钢淬火处理，硬度大。

另外导柱的端部常设计成锥形或半球形，便于导柱顺利进入导套。

2. 导套导套的几种结构形式如图4-128所示，其中有直导套、I型带头导套和II型带头导套。

为使导柱进入导套比较顺利，在导套的前端倒一圆角。

导向孔最好打通，否则导柱进入未打通的导柱孔时，孔内气体无法逸出，产生反压力，给导柱的进入造成阻力。

当结构需要开不通孔时，就要在不通孔的侧面增加通气孔，或在导柱的侧壁磨出排气槽。

导套可用淬火钢或铜等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱硬度，这样可以改善摩擦，防止导柱或导套被拉毛。

导柱、导套的相关结构形式和尺寸，可由设计模具时选定的标准模架对应的导柱、导套结构形式和尺寸决定。

3. 导柱和导套的配置形式及固定方法（1）导柱和导套的配置形式--如图4-129所示。

其中有普通模具的导向，也有大型精密模具的导向，二者都是导柱设在动模一侧，可以保护型芯不受损伤。

另一种结构是导柱设在定模一侧，这种结构便于顺利脱模取出塑件，同时可以防止导柱上的油污弄脏塑件。

（2）导柱和导套的配合精度导柱与导套之间因为经常相对滑动，配合间隙有要求。

导柱、导套与模板之间的定位一般选择一定级别的过渡配合。

如图4-129所示。

导柱与导套的配合长度通常取配合直径的1.5-2倍，其余部分扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。

（3）导柱和导套的固定方法导柱和导套一般依靠台阶来固定，对于没有台阶的直导套，为可靠起间可以再用止动螺钉紧固，如图4-129所示。

有的结构在其侧面加工一个平面切口，用螺钉固定的方法，要注意导套的压入方向。

也有的结构是以环形槽代替切口的方法，导套在淬火时可能产生裂纹，最好将环形槽底部做成圆角，以弥补此缺陷。

有有的结构是在其侧面开孔，用螺钉固定的方法，要注意导套的压入方向。

最简单的方法是导套被压入后在端部用铆接的方法将其固定，只是不便于更换。

4. 导柱和导套的尺寸、数量和布置（1）导柱和导套的尺寸1）导柱直径尺寸按模具模板外形尺寸而定，可参考标准模架数据选取。

模板尺寸越大，导柱间中心距应越大，所选导柱直径也越大。

导套基本尺寸和与其相配合的导柱的基本尺寸相同；2）导柱的长度通常应高出凸模端面一定高度，避免在导柱未导正时凸模先进入凹模与其碰撞而损坏；3）用于推出系统导向的导柱直径与复位杆的尺寸相当；（2）导柱和导套的数量和布置。

尽量选择标准模架，因为标准模架上的导柱和导套设计较为合理。

若未采用标准模架，则应注意以下几个方面1）注射模动、定模之间的导柱和导套一般各取2-4根，其数量和布置形式应根据模具的结构形式和尺寸来确定。

一般导柱应合理地分布在模具分型面的四周，如图4-130所示。

2）对于小型模具，无论圆形还是矩形，通常只用两根导柱。

当凸模和凹模没有方位要求时，采用等直径对称布置；当二者方位有要求时，采用不等直径对称布置或等直径不对称布置，3）对于大中型模具，为简化工艺可采用3个或4个等直径导柱非对称布置，如图4-131所示。

4.8.2 锥面和合模销精定位装置对于型腔较大较深的注射模具，或塑件精密度较高、壁厚较薄以及导向零件（如导柱）需要承受较大侧向力的模具，在模具中不仅要设置导柱导向，还必须在动模与定模之间增设锥面定位机构、斜面、锥形导柱或合模销精定位装置来满足模具的精度要求。

（1）锥面精定位--如图，锥面配合有两种形式：一种是两锥面之间有间隙，将经淬火的镶块装于模具上，使之和锥面配合，以制止偏移；另一种是两锥面直接配合，两锥面都要经淬火处理，角度和高度都有要求。

这类圆锥面定位机构的模具常用于圆筒类塑件成型时的精定位。

需要注意圆锥精定位时锥面所开设的方向，合理的形式应是由型芯模块环抱凹模模块，使得凹模模块受力时无法胀开。

如果采用凹模模块环抱型芯模块，是错误的，因为在注射压力作用下，凹模模块会有向外胀开的可能，导致在分型面上形成间隙，如图4-133所示。

（2）斜面精定位。

如图4-134所示为斜面镶条定位机构，常用于矩形型腔模具，用淬硬的斜面镶条安装在模板上。

这种结构加工简单，通过对镶条斜面调整可对塑件壁厚进行修正，磨损后镶条又便于更换。

（3）锥形导柱。

如图4-135所示为锥形导柱定位装置，定位精度高，只适用于侧向力不大的小型模具。

（4）合模销精定位。

如图4-136所示。

在垂直分型面的模具中，为保证锥模套中的对拼凹模相对位置准确，常采用两个合模销精定位。

分模时，为防止合模销拔出，其固定端采用一定级别的过渡配合，另一滑动端采用一定级别的间隙配合。

4.9 脱模机构设计脱模机构—又称推出机构或顶出机构，在注射成型的每一个循环中，使塑件从模具凹模中和型芯上脱出的机构。

脱模机构的作用包括塑件等的脱出、取出两步，即先将塑件和浇注系统凝料等与模具松动分离（脱出），然后把其脱出物从模具内取出。

4.9.1 脱模机构和设计原则（1）塑件滞留于动模--模具开启后应使塑件及浇口凝料滞留于带有脱模机构的动模上，以便脱模装置在注射机的推杆的驱动下完成脱模动作。

（2）保证塑件不变形损坏—脱模机构应达到的基本要求。

首先要正确分析塑件对凹模或型芯的附着力的大小以及所在的部位，有针对性地选择合适的脱模方法和脱模位置，使推出重心与脱模中心重合。

型芯由于塑料收缩是对其包紧力最大，因此推出的作用点应该尽可能地靠近型芯，推出力应作用于塑件刚度、强度最大的部位，作用面应尽可能大一些。

影响脱模力大小的因素很多，当塑料的收缩率大，塑件的壁厚大，模具的型芯形状复杂，脱模斜度小以及凹模（型芯）表面粗糙度值高时，脱模阻力就会增大，反之则小；（3）力求良好的塑件外观—推出塑件的位置应尽量设在塑件内部或对外观影响不大的部位，在采用推杆脱模时尤其要注意这个问题。

4.9.2 脱模力的计算1. 薄壁塑件脱模力的计算。

当圆形塑件的内孔半径与壁厚之比大于等于10时，此时塑件称为薄壁塑件（1）当塑件横断面形状为圆形时，脱模力的计算公式（略）（2）当塑件横断面形状为矩形时，脱模力的计算公式（略）2. 厚壁塑件脱模力的计算当圆形塑件的内孔半径与壁厚之比小于10时，此时塑件称为厚壁塑件（1）当塑件横断面形状为圆形时，脱模力的计算公式（略）（2）当塑件端面形状为矩形时，脱模力的计算公式（略）表4-24 常用热塑性塑料与脱模力有关的某些性能4.9.3 一次脱模机构一次脱模机构指凡在动模一边施加一次推出力，就可实现塑件推出的机构，也叫简单脱模机构。

它通常包括推杆脱模机构、推管脱模机构、脱模板脱模机构、推块脱模机构、多元联合脱模机构和气动脱模机构等。

1. 推杆脱模机构—最简单、最常用。

特点：制造简单、更换方便、推出效果好，如图4-137所示，包括推杆、推板、推杆固定板、挡销。

推杆与塑件直接接触，开模后将塑件推出。

表4-25 常见推杆推出机构的结构形式（1）推杆的横截面形状由于塑件的几何形状及凹模、型芯结构不同，设置在凹模、型芯上的推杆横截面形状也不同，常见的推杆的横截面形状有圆形、方形、半圆形等，如图4-138所示。

设计模具时，为便于推杆和推杆孔的加工，应尽可能采用圆形横截面的推杆。

但是在某些不宜采用圆形推杆或推杆直接成型塑件某一形状时，可采用其他横截面形状的推杆。

如图4-139所示，圆形和矩形横截面推杆可顶在塑件的边缘上；当塑件上有较深的结构或推杆必须顶在较薄的壁上时，可采用扁矩形横截面推杆。

这样的推杆一方面增大推出时的作用面积，另一方面又可以提高加强肋底部的排气性能，有利于该处熔体的充填。

矩形横截面推杆的孔采用常规的方法加工较困难，一般采用电火花成型。

（2）推杆的结构形式如图4-140所示.直通式推杆的横截面尺寸不应过小，以免影响强度和刚度。

细长型推杆可将后部加粗成阶梯形推杆。

根据结构需要、节约材料和制造方便的原则还有组合式推杆。

（3）推杆的尺寸、数量和布置1）圆形推杆的直径—可由欧拉公式简化得（略）推杆直径确定后，还应进行强度校核，其计算式为（略）因为直径大于6mm的配合孔比其他小孔易于加工，所以尽可能选择大尺寸的推杆，特别当推杆长度大于直径的50倍，应避免使用直径小于3mm。

如果推杆直径必须较小，则当推杆直径小于2mm时，须用阶梯型推杆。

由于该类推杆磨损快，需经常更换，所以对于磨蚀性（如玻璃纤维填充）塑料，更应避免使用长的细推杆。

在注射压力和推出阻力作用下，细长的推杆又被压坏的危险。

推杆已制成标准件，设计推杆时要依照计算结果在相应的标准尺寸（见国家标准）中选择。

2）推杆的数目首先在保证推出稳定、可靠的情况下，应尽可能地降低推杆数。

虽然推杆数量越多，推出效果越好，制品越平整；但如果采用过多的推杆或增加不必要的制造成本，如用于购买推杆费用提高，增加在型芯、动模垫板和推杆固定板上钻孔的费用。

此外还会影响型芯和冷却管道的布置。

3）推杆的布置的一般原则①推杆必须布置在需要排气的区域，这些区域不依靠分型面排气②推杆应布置在制品最低点处，如肋、轮圈和凸台。

③推杆可按需要置于或靠近制品拐角处④推杆应尽可能的对称均匀分布在制品上。

⑤推杆应布置在肋与肋或壁与肋的相交点上—可有助于增大推杆尺寸，如图4-141所示（4）推杆的固定与配合形式1）推杆的固定形式推杆在固定板中的形式，如图4-142所示。

一种比较常见常用的形式，适用于各种形式的推杆；有的采用垫块或垫圈代替固定板上的沉孔的结构；还有的结构在推杆固定端没有推板时使用，常用在固定推管中的小型芯和三板模球形拉料杆上；有的结构利用螺钉顶紧推杆，适用于推杆直径较大及固定板较厚的情况；也有的采用铆钉的形式，适用于直径小的推杆或推杆之间距离较近的情况；最后一种用螺钉紧固，适用于粗大的推杆。