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第六节顶出机构的结构及脱模力的计算一、顶出机构的结构从模具中顶出塑件及其浇注系统凝料的机构称为顶出机构或脱模机构。顶出机构的结构如图5-62所示，图中的顶杆1将塑件从型腔中顶出。顶杆需要固定，因此设置顶出固定板2和顶出板5，两板由螺钉连接。注射机上的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的复位依靠回程杆7实现。拉料杆6拉住浇注系统的凝料，使它随同塑件一起留在动模内。挡销8使顶出板与底板之间产生间隙，以便清除污垢，同时还可通过调节挡销的厚度来控制顶杆的位置及预出距离。设计顶出机构的原则是：使塑件在顶出过程中不会变形损坏；保证塑件在开模过程中留在设置有顶出机构的动模内；若塑件需留在定模内，则要在定模上设置顶出机构。二、顶出机构的类型顶出机构的类型取决于塑件的形状、塑料的性能及注射机的顶出结构。顶出机构常用的类型有以下几种。1．一次顶出机构一次顶出机构是最常用的顶出机构(如图5-62所示)，此机构只需—次动作就能使塑件脱模。图5-63所示的为一次顶出机构的常用的几种形式，其中，a)所示的为顶杆顶出机构，顶杆顶出是应用最广、顶出位置所受的限制最少的一种顶出方式，这种机构主要用于顶出箱类异形塑件；b)所示的为顶管顶出机构，这种机构主要用于顶出中心带孔的圆形塑件或圆形凸台塑件；c)所示的为推板顶出机构，这种机构主要用于顶出支承面很小的塑件(如薄壁容器等)，另外在不允许留有顶杆残痕的情况下，也常采用这种推板顶出机构；d)所示的为联合顶出机构，这种机构采用以推板为主、顶杆或顶管为辅的顶出方式，主要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的情况下。图5-62顶出机构的结构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2．二次顶出机构在以下两种情况需要采用二次顶出机构：一是某些形状的塑件，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，因此必须再增加一次顶出才能使塑件脱落；二是采用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。例如，对于薄壁深腔塑件，由于塑件与模具的接触面积很大，若一次顶出易使塑件破裂或变形，这时就需采用二次顶出方案。二次顶出机构较多，下面列举其中的四种。1)弹簧二次顶出机构弹簧二次顶出机构如图5-64所示。这种机构利用弹簧1的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))。这种机构的优点是结构简单；缺点是弹簧易失效，要时常更换，故它仅用于小型塑件的注射模具。2)双顶出板二次顶出机构这种机构有两块顶出板，如图5-65所示。顶动型腔1用的顶杆2固定在一次顶出板7上，顶出塑件用的顶杆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，通过定距块5使二次顶出板8同时顶动塑件，这时型腔与塑件一起运动，与型芯脱离，完成第一次顶出。当一次顶出板7接触到八字形摆杆4，由于八字形摆杆与一次顶出板的接触点距支点的距离图5-63一次顶出机构常用的几种形式a)顶杆顶出b)顶管顶出c)推板顶出d)联合顶出比与二次顶出板接触点距支点的距离小，因此二次顶出板移动的距离大于一次顶出板移动的距离，这样，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如图5-66所示。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的凸块1接触到拉杆3上的长销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，但由于在定模上安装了拉杆，增大了模具的尺寸。图5-64弹簧二次顶出机构1—弹簧2—顶杆4)U形限制架二次顶出机构这种机构采用U形限制架和摆杆来完成二次顶出动作，如图5-67所示。图a)所示的为合模状态，U形限制架4固定在动模底板上，摆杆3的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，由于限制架的限制，摆杆只能向前运动，顶动圆柱销1使型腔和顶杆7同时起顶出塑件的作用，然后塑件脱离型芯8，完成第一次顶出动作。当顶出至图b)所示的位置时，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(如图c)所示)，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，原则上应使塑件能留在动模一边，但有时由于塑件形状特殊，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示出两种常见的结构形式。图5-68a)所示的是利用弹簧力使塑件首先从定模上脱出留在动模内，然后再利用动模上的顶出机构将塑件顶出的例子。这种形式适用于塑件对定模粘附力不大、顶出距离不长的情况。图5-68b)所示的是利用杠杆的作用实现定模顶出的例子。开模时，固定在动模上的滚轮压动杠杆，使定模顶出机构动作，迫使塑件留在动模一边，然后再利用动模上的顶出机构将塑件顶出。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5-68双向顶出机构1—型芯2—型腔4．侧凸凹脱模机构塑件的脱模方向一般都与注射机开、闭方向相同。但是，有一些塑件在成型侧面有凸台或凹槽，使脱模方向与开模方向不一致，阻碍了塑件从型腔或型芯上直接顶出。这时就须考虑采用活动型芯等方式解决脱模问题。对于内侧有凸凹的塑件，常用活动镶件的方式，而对于外侧有凸凹的塑件，常用斜导柱抽芯机构。采用活动镶件的脱模机构如图5-69所示。图5-69a)所示的机构，先将活动镶件与塑件一起顶出模外，然后再将塑件从镶件上取下。图5-69b)所示的机构，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与模具分离，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，则可利用材料的弹性用推板将塑件强制脱模。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5-69采用活动镶件的脱模机钩1—塑件2—活动镶件5．螺纹塑件的脱模机构螺纹塑件的脱模方式有如下三种，1)活动型芯或型环脱模方式这种方式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。这种机构的优点是结构很简单；缺点是生产率低、劳动强度大，故它只适用于小批量生产。2)拼合型芯或型环脱模方式图5-70a)所示的为利用拼合型环脱外螺纹的模具，图5-70b)所示的为利用拼合型芯脱内螺纹的模具。这两种方式脱模可靠，且结构比较简单，但在螺纹部分有分型线，容易产生飞边，难以清除飞边。3)机动脱螺纹方式机动脱螺纹有两种方式，一种是使塑件移动，另一种是使型芯或型环移动，如表5-7所示。为了防止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相应的防转机构外，在塑件的外表面或端面应有防止转动的花纹或图案。螺纹塑件的外部防止转动、内部防止转动或端面防止转动的脱摸机构的具体结构可参考《塑料模设计手册》及有关书籍。表5-7脱螺纹的基本方式塑件移动（塑件外圆周止转）型芯或型环移动（塑件端面止转）脱模前a)b)图5-70利用拼合型环或型芯脱螺纹脱模动作三、脱模力的计算脱模力的计算是设计顶出机构的依据。但是计算形状复杂的塑件的脱模力是相当困难的。这里仅介绍壳形件和筒形件的脱模力计算公式，在模具设计时，这些公式可用作一般形状塑件脱模力的粗略计算。1．脱模力的计算将塑件从包紧的型芯上脱出时所需克服的阻力称为脱模力，它主要包括由塑件的收缩引起的塑件与型芯的摩擦阻力和大气压力。脱摸力的大小与塑件的厚薄及其形状有关。表5-8给出厚壁和薄壁的圆形塑件和矩形塑件的脱模力计算公式。表5-8脱模力的计算公式/d圆环形断面的脱模力（N）矩形断面的脱模力（N）＞0.05厚壁塑件122rESL(ftg)F0.1A1KK(5-51)122abESLf-tgF0.1A1++KK(5-52)≤0.05薄壁塑件122ESLcosftgF0.1A1K(5-53)228ESLcosftgF0.1A1K(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为型芯的平均半径，r=d/2(mm)；S为塑料平均收缩率（%）；E为塑料的弹性模量（MPa）；L为塑件对型芯的包容长度（mm）；f为塑件与型芯之间的静摩擦系数，常取为0.1～0.2；φ为模具型芯的脱模斜度（°）；µ为塑料的泊松比；δ1为圆环形塑件的壁厚（mm）；δ2为矩环形塑件的平均壁厚（mm）；a、b为矩形型芯（指厚壁塑件）的断面尺寸（mm）；A为盲孔塑件型芯在脱模方向上的投影面积（mm2），通孔塑件的A=0。2．顶出机构的零件尺寸的确定1）推板厚度的确定对于筒形或圆形塑件，若根据刚度计算来确定，则推板厚度公式为1/323cFRSE（mm）（5-55）式中3c——系数，随R/r值而异，按表5-9选取，其中r为推板环形内孔(或型芯)半径(mm)；E——塑料的弹性模量(MPa)；R——作用在推板上的顶杆的半径(mm)；δ——推板中心所允许的最大变形量，一般取塑件在被顶出方向上的尺寸公差的1／5～1／10(mm)；F——脱模力(N)，由表5-8中的公式计算。表5-9系数3c与3k的推荐值/Rr3c3k1.251.502.003.004.005.000.00510.02490.08770.20900.29300.35000.2270.4280.7531.2051.5141.745若根据强度计算来确定(多用于小型模具)，则推板厚度公式为1/33FSk(mm)(5-56)式中k3——系数，随R/r值而异，按表5-9选取；[σ]——推板材料的许用应力(MPa)；F——脱模力(N)，由表5-8中的公式计算。对于横断面为矩环形或异环形的塑件，若根据刚度计算来确定，则推板厚度公式为1/30FS0.54LEB（mm）（5-57）式中L0——在推板长度方向上两顶杆的最大距离(mm)；B——推板宽度(mm)；δ——推板中心所允许的最大变形量，同式(5-55)；E——塑料的弹性模量(MPa)；F——脱模力(N)。2)顶杆直径的确定根据压杆稳定公式，可得顶杆直径的公式为1/42LFdnE（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——塑料的弹性模量（MPa）。第七节侧向分型与抽芯机构的设计塑件的侧面常带有侧孔和侧凹(如图5-71所示)。这样，侧型芯会使塑件不能直接从模具中脱出，因此必须采用侧向分型的方法，将形成侧孔或侧凹的型芯做成活动件，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的机构叫做抽芯机构。一、抽芯机构的类型侧向分型的抽芯机构按动力来源可分为手动、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的方法称为手动抽芯。手动抽芯机构的结构简单，但劳动强度大、生产效率低，故仅适用于小型塑件的小批量生产。手动抽芯机构如图5-72所示。图5-72a)所示型芯成型圆形孔，在顶出塑件前，用扳手旋出活动型芯。图5-72b)所示型芯成型非圆形侧孔，在抽芯时活动型芯只作水平移动。2.液压或气动抽芯当侧孔较深需要较大的抽拔力和抽拔行程时，可以采用液压