注塑材料与模具设计专业知识分享（下篇）

鲁智深

下面叙述几种顶出机构的形式和特点

1．顶杆顶出机构
顶杆顶出机构是顶出机构中最简单、最常见的一种形式。由于顶杆截面多为圆形，因此其制造和修配方便，顶出效果好，在生产中广泛应用。但由于顶出面积一般比较小，易引起应力集中而顶穿塑件或将塑件顶变形，所以很少应用于脱模斜度小和脱模阻力大的管类或箱类塑件。图1-13所示为顶杆结构。

2．顶管顶出机构
顶管顶出机构又称空心顶杆顶出机构，它适于环形、筒形塑件或塑件上中心带孔部分的顶出。由于顶管整个周边接触塑件，故推顶塑件力均匀，塑件不易变形，也不留下明显的顶出痕迹。采用顶管顶出时，主型芯和凹模可同时设计在动模侧，有利于提高制件的同心度。对于过薄的塑件（厚度<1.5mm），尽量不要采用顶管顶出，因过薄的顶管加工困难，且易损坏。图1-14所示为顶管结构。




3．推板顶出机构
推板顶出机构具有顶出力均匀、顶出效果好和无顶出痕迹等特点，特别适用于一模多腔，圆形与外形简单的产品脱模。缺点是使模具厚度增加，脱模孔位置的配合精度及加工精度要求较高。图1-15所示为推板顶出结构。



冷却系统

一般注射到模具内的塑料温度为200℃左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时的温度在60℃以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效冷却，使熔融塑料的热量尽快传给模具，以便使塑件可靠冷却定型并可迅速脱模，从而提高塑件定型质量和生产效率。

对于熔融粘度较底，流动性较好的塑料，如聚乙烯、尼龙、聚苯乙烯等，若塑件是薄壁而小型的，则模具可利用自然冷却；若塑件是厚壁而大型的，则需要对模具进行人工冷却，以便塑件在模腔内很快冷凝定型，缩短成型周期，提高生产效率。图1-16所示为冷却系统。



冷却介质有冷却水和压缩空气，常用冷却水冷却。这是因为水的比热容大，成本低，且低于室温的水也容易获得。用水冷却即在模具型腔周围或型腔内开设冷却水道，利用循环水将热量带走，维持模具温度在一定范围内。

冷却系统设计的基本考虑要点如下：

尽量保证塑件收缩均匀，维持模具热平衡。
冷却水孔的数量越多，孔径越大，水道分部越均匀，对塑件冷却越均匀。
水孔与型腔表面各处应有相同的距离。

浇口处应加强冷却。
降低入水与出水的温差。
要结合塑料的特性和制件的结构，合理考虑冷却水道的排列形式。

冷却水道要避免接近塑件的熔接痕部位，以免熔接不牢，影响强度。
保证冷却通道不泄漏。
防止冷却水道与其他部位发生干涉。
冷却通道的进出口要低于模具的外表平面。
冷却水道要利于加工和清理。

抽芯机构

当塑件上有侧孔或侧凹时，成型侧孔或侧凹的零件必须是可活动的型芯。脱模前，活动型芯必须先抽出，完成侧面活动型芯抽出的机构称作抽芯机构。
实际使用当中，最为常用的就是斜导柱抽芯机构。斜导柱抽芯机构的动作原理是利用开模力和斜导柱的倾斜角度强行驱动滑块作横向移动，从而完成抽芯分型动作。其特点是抽芯动作可靠，抽拨力大，但模具制造要求高，实际应用广泛。

斜滑块抽芯机构的分型抽芯距要比斜导柱抽芯机构大，能承受的侧向注射压力比斜导柱抽芯机构大，但加工较困难，模具制造精度要求较高，一般用于需要垂直分型或多向抽芯的产品。图1-17所示为斜导柱抽芯机构。



1.2  模具结构与常用标准件介绍
模具是塑件成型的主要工具，了解模具结构及其常用标准件是非常必要的。如图1-18所示是一套完整的三维图形模架结构。模具结构的形式很多，但归纳起来，不外乎两大类型，即成型零件和结构零件。下面对模具中的部分部件进行介绍。



1.2.1  模架
模架由模板、导柱和导套等零件组成，但是型腔未加工的组合体。为了提高模具设计制造效率，一些大型的专业模架厂生产出各种型号的标准模架来供客户使用，如图1-19所示。

1.2.2  型芯——成型零件
型芯也称做公模，该结构安装在B板上，合模时，承受注塑机压力，与型腔配合，注塑成型时，型芯成型塑件的内壁形状。其结构形式如图1-20所示。



1.2.3  型腔——成型零件
型腔也称做母模，该结构安装在A板上，合模时，承受注塑机压力，与型芯配合，注塑成型时，型腔成型塑件的外壁形状。其结构形式如图1-21所示。

1.2.4  滑块——成型零件
沿导向件向上滑动，带动侧型芯完成抽芯和往复动作的零件，如图1-22所示。



1.2.5  导柱——结构零件
与安装在另一半模上的导套（或孔）相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆柱形零件，如图1-23所示。

1.2.6  导套——结构零件
与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件，如图1-24所示。



塑料模具设计步骤

利用UG NX 4进行塑料注塑模具设计之前，必须充分分析模具设计的步骤和顺序，从而简化模具设计流程。在实际生产中，一套完整模具的设计制造流程一般如图1-25所示。



1．分析制品工艺
分析塑料制品图，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接和钻孔等后加工。

选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。

分析工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。

成型材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。根据塑料制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。

2．选择成型设备
根据成型设备的种类来进行模具设计，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格和特点。如对于注射机来说，在规格方面应当了解注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径、喷嘴球面半径、浇口套尺寸、定位圈尺寸、模板行程、模具最大厚度和最小厚度等。初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。

3．确定具体结构方案
注塑模具要考虑到的结构很多，主要有以下项目：

型腔布置，根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。

确定分型面，分型面的位置要有利于模具加工、排气、脱模、成型操作和塑料制件的表面质量等。

确定浇注系统（主浇道、分浇道和浇口的形状、位置、大小）和排气系统（排气的方法、排气槽位置、大小）。

选择顶出方式（顶杆、顶管、推板、组合式顶出），决定侧凹处理方法、抽芯方式。

决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位。

根据模具材料、强度计算或者经验数据，确定模具零件厚度、外形尺寸、外形结构和所有连接、定位、导向件位置。

确定主要成型零件和结构零件的结构形式。

考虑模具各部分的强度，计算成型零件工作尺寸。

对以上问题都作出全面的考虑，并明确采用何种机构进行设计后，才利用UG展开模具的分模及其他结构的设计。

制品设计到模具设计的流程

在进行实际制品到模具设计的过程当中，作为一位制品与模具设计人员，首先应该清楚制品到模具实际设计的流程图，如图1-26所示。

根据流程图可以看出，设计一件制品首先必须进行市场调研，接着是方案设计，其次是技术设计，然后是制造设计，最后才投入生产制造。在上面的流程中要分化出许多设计步骤和阶段性结果。所以，不难看出制品设计到模具设计各环节是密不可分的，这些环节都直接影响到各部分的结构设计。