1、19.3 热流道液压长抽芯模具设计 19.3.1 塑件工艺性分析 本设计实例为喇叭状管件,如图 19- 21所示。塑件形状比较狭长 ,周边的边角处全部圆角处理。塑件 的质量要求是不允许有裂纹和变形缺陷,拼接线必须尽可能浅,但是外观不允许出现 任何的顶出痕迹;塑 件材料 ABS ;产品大批量生产,塑件公差按模具设计要求进行转换 。 a b 图 19-21 产品分析图 1. 外形尺寸 该塑件外形尺寸为 304.580.880.8mm,壁厚 1.4mm 。 2. 成型工艺性分析 PP 属于不定形塑料,机械强 度比较高,成型收缩率 0.5%。 该塑件内部结构比较简单,不存在倒扣(如图 19-21a 、
2、图 19-21b 所示 。但是由于塑件形状比较狭 长, 内部的形状必须采用长抽芯结构,而且外观不允许出现任何的顶出痕迹,因此给模具 的制造带来难度,特 别是抽芯机构和顶出机构必须精心设计,否则会影响产品的外观。由于产品尺寸比较 大,产量也比较大, 因此可以考虑使用热流道系统来提高生产效率。 19.3.2 拟定模具的结构形式 1.分型面位置的确定 图 19-22 分型面设计 主分型面 滑块分型面 滑块分型面 通过对塑件结构形式的分析,塑件呈圆周形状,因此分型面可以考虑设计在产品 的最大轮廓线处,其 分型面设计如图 19- 22所示。 图中显示有三种分型面,主分型面与模具脱模方向垂直,而滑块分型面
3、代表 有两个横向抽芯机构。 2.型腔数量和排列方式的确定 (1型腔数量的确定 该塑件生产批量大,塑件外形长向尺寸比较大,但考虑到制造费用和各种成本费 等因素,所以定为一 模四腔的结构形式。 (2模具 结构形式的确定 从上面的分析可知,本模具设计为一模四腔。产品内部无顶出位置,而且外部也 不允许出现任何的顶 出痕迹,因此该塑件的顶出将利用长抽芯机构进行顶出。 由于该塑件尺寸较大,又设计为一模四腔。因此可以在分型面加工分流道,这样 可以设计为侧浇口, 另外为了使模具的布局更加紧凑并缩短流道长度,该模具将采用热流道与冷流道混 用浇注系统,即主流道 采用热流道,分流道采用冷流道。 模架方面,由上综合分
4、析可确定为单分型面(二板模模架,但由于模具尺寸比较大 ,又采用热流道 结构,因此可以自行定制模架比较适合。 3.注射机型号的确定 (1注射量的 计 算 通过三维软件建模设计分析计算得 塑件体积:3 3 186.87. 464cm cm V =塑 塑件质量:g g V m 5. 19002. 1186.8=塑 塑 式中, 参考相关资料可取 1.02g/cm3。 (2浇注系 统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值, 但是可以根据经验按照塑件体积的 0.21倍来计 算。由于本次采用的是热流道 侧浇口进浇,不需要计算主流道长度,但需要考虑分流 道的长度,因此浇注 系统的凝料
5、按塑件体积的 0.2倍来估算, 估算一次注入模具型腔塑料的总体积 (即浇注系统的凝料 +塑件体 积之和为: 3316. 2242. 18. 186 2. 01(cm cm V V =+=塑 总 (3选择 注射机 表 19-2 注射机技术参数 理论注射容量/cm3 1727 开模行程/mm 770 螺杆直径/mm 75 最大模具厚度/mm 810 注射压力/mpa 191 最小模具厚度/mm 330 注射速率/g.s-1 386 顶出行程/mm 200 锁模力/KN 5000 顶出力/KN 150 拉杆内间距/mm 800780 最大油泵压力/mpa 55 根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑
6、料总质量 3 16. 224cm V =总 , 要与注塑机理论注射量的 0.8倍相比配,这样才能满足实际注塑的需要。注塑机的理论注射量为: 3332. 2808. 0/16. 2248. 0/V cm cm cm V =注塑机 = 考虑到该塑件注射模为一模四腔,由于塑件要求的注射量较小,但是产品抽芯空 间比较大,因此模具 体积( 特 别是长 方向比较大。因此初步选定注射机理论注射容量为 1727cm 3,注射机型号为 HTL500 卧式 注射机,其主要技术参数 见表 19-2。 (4注射机的相关参数的校核 注射压力校核 ABS 所需的注射压力为 80110MPa,这里取 0p =100MPa,
7、该注射机的公称注射压力 公 p =191MPa,注 射压力安全系数 1k =1.251.4,这 里取 1k =1.4,则: 公 p p k =1411004. 101 所以,注射机注射压力合格。 锁模力校核 塑件在分型面上的投影面积 塑 A ,通过 3D 软件计算出投影面积为(一模四腔 : 22. 403718. 100924mm A =塑 浇注系统在分型面上的投影面积,因为该塑件分流道面积小,投影面积不是很大, 所以可以不计。 塑件和浇 注系统在分型面上总的投影面积 总 A ,由于 浇 A 不计,侧 22. 40371mm A A =塑 总 模具型腔内的熔料压力 胀 F , 侧 KN 79.
8、 2260N 2. 2260787N 562. 40371p A =模 总 胀 F 式中, 模 P 是型腔的平均 计 算压力值。 模 P 通常取注射 压力的 20%40%, 大致范围为 38.276.4MPa。 对于粘度较大、精度较高的塑件应取较大值。ABS 属于中等粘度塑料及有精度要求的塑件, 模 P 取 56 MPa。 查表 4- 2可得该注射机的公称锁模力 锁 F =5000KN , 锁模力安全系数为 2k =1.11.2 , 这里取 2k =1.2, 侧 锁 胀 胀 F F F k =9. 271279. 22602. 12. 12 所以,注射机锁模力合格。 对于其它安装尺寸的校核要等
9、到模架选定,结构尺寸确定后方可进行。 19.3.3 浇注系统设计 1.浇口的位置选择 图 19-23 浇注系统设计 1热流道板; 2热喷嘴; 3分流道; 4产品 由于该模具是一模四腔,浇口初定为侧面进浇的侧浇口,如图 19-23所示。 2.热流道的设计 该浇注系统采用冷热混用设计,冷流道主要指在模板上开始的分流道,热流道主 要指从注塑机喷嘴到 分流道的这段通道(包含热流道板和热喷嘴 。 如图 19- 23所示,由于托盘框架模具采用一模四腔及热流道结构,主流道部分采用主流道热喷 嘴 2注 射。熔料从注塑机喷 嘴进入热流道板 1,经过热流道板 1的分流作用下,熔料分成两股料流,并通过加热 喷嘴 2
10、注入位于分型面上的分流道 3,并经过分流道的再次分流后,通过各个模腔的潜伏式浇口 4,进入 四个模腔。 潜伏式浇口模具的分流道设计在定模板处,并设计有冷料穴。 热流道的结构设计:热喷嘴在该模具中的作用主要是 为了缩短流道长度,减少热 量损失,因此热喷嘴 采用直通式大浇口型,如图 19- 24所示。流道板的加热采用加 热带加热,并与四周的模板避空,防止热量 散失,只在流道板的两端位置布置了四块隔热垫块,并与喷嘴形成支撑点,如图 19- 25所示。 图 19-24 主流道热喷嘴 1主流道; 2热喷嘴 4 31 2 21 图 19-25 热流道浇注系统设计 1热流道板; 2热喷嘴; 3定模板; 4定
11、模镶块 a b 图 19-26 型腔件结构 1 2 34 斜楔面 热流道槽 接线槽 固定槽 避空面 19.3.4 成型零件结构设计 1.成型零件的结构设计 （1）型腔件的结构设计 型腔件是成型塑件的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整 体嵌入式、组合式 和镶拼式四种。本设计中采用整体型腔，如图 19-26 所示并在型腔型面的周围进行了避空处理。如果不作 避空处理，会影响与型腔分型面之间的研配。 （2）型芯件的结构设计 型芯是成型塑件内表面的成型零件， 通常可以分为整体式和组合式两种类型。 通过对塑件的结构分析， 本设计中采用整体型芯，如图 19-27 所示。 压板槽 耐磨块槽
12、 a 图 19-27 型芯件 结构 b 2成型零件 钢材 选用 根据成型塑件的综合分析， 该塑件属于 ABS 塑件，材料流动性好，无腐蚀性，要求 钢材具有抛光性能 好，并具有足够的刚度、强度，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能，所以构成型 腔的凹模和凸模选用 是 P20。 19.3.5 模架选取 根据整体式的外形尺寸，塑件进浇方式为侧浇口进浇， 又考虑导柱、 导套的布置及侧抽芯机构设计等， 再同时参考注射模架的选择方法，可确定自行定制的(即宽长=670mm988mm模架 结构。 1.各模板尺寸的确定 （1）定模板尺寸 由于采用整体式，型腔就是定模板，整体腔件上还要开 设冷却水道和热流道槽， 还
13、有 定模板上需要留 出足够的距离引出水路，且也要有足够的强度，故定模板厚度取 170mm（如图 19-28 所示） 。 （2）动模板尺寸 具体选取方法与定模板相似，由于动模板下面是模脚，特别是注射时，要承受很大的 注射压力，而且 必须为动模侧的顶出机构及冷却水路留出导向空间，所以相对定模板来讲相对厚一 些，故动 模板厚度取 130mm ，如 图 19-28 所示。 （3 ）动模垫板尺寸 由于动模侧设计有长抽芯机构，因此动模垫板的长度必须加长，为抽芯结构留 出滑动空间，具体尺寸 为 ：长宽高=98867060 ，如 图 19-28 所示。 （3）模脚尺寸 模脚高度= 顶 出行程+ 推板厚度 +顶
14、出固定板厚度+5mm=70+30+30+5=135，所以初定 模脚为 135mm。 经上述尺寸的计算， 模架尺寸已经 确定好。 其外形尺寸： 宽长高=670mm988mm535mm， 如图 19-28 所示。 1 2 3 4 5 6 图 19-28 模架图 1定模座板；2定模板；3动模板；4动模垫板；5模脚；6动模座板 2.模架各尺寸的校核 根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。 （1）模具（锁模面积）平面尺寸 670mm758800mm780mm(拉杆间距，校核合格。 （2模具高度尺寸 330mm535mm810mm(模具的最大厚度和最小厚度,校核合格。 （3）模具的开模行程 280.8mm（
15、2 倍的产品高度）+10mm （塑件推出余量）=171.6mm770mm(注射机开模行程， 校核合格。 19.3.6 抽芯机构 设计 1.产品抽芯分析 尾部抽芯 头部抽芯 图 19-29 产品抽芯结构分析 如图 19-29 所示，该产 品的抽芯机构有两 处，一 处位于产品的小端，即头部抽芯，另外一处位于 产品 的大端，即尾部抽芯。头部抽芯的距离比较短，可以采用常规的斜导柱抽芯机构。但 由于尾部的抽芯距离 很长，因此必须考虑使用液 压（油缸）抽芯，而且局部模板必须加长，留出抽芯的空 间 。 另外两 处抽芯机构的侧 型芯在端部互相靠破（如图 19-30 所示） ，因此还 必须考虑在靠破处设计锥面
16、定位机构，以保证两个侧型芯的互相定位，并给侧型芯一个支点，保证在熔料压力下 的型芯出现错位，以 致影响 产品内壁的同轴度。 靠破面 图 19-30 产品靠破面 2.产品头部抽芯机构设计 产品的头部抽芯位比较短（抽芯距为 4mm） ，因此抽芯机构设计为典型的斜导柱抽芯机构： 动模部分：如图 19-31 所示，滑块部分采用分体式（滑块有侧型芯固定板 2 和滑块座 3 组成） ，斜导柱孔 （直径为 25mm）加工在滑块座 3 上；滑块的导滑机构采用滑槽压板 6 构成工字形导向槽，另外为了改善滑 块摩擦性能，在滑块与锁模斜楔的接触面上设置了三块耐磨板 5（如图 19-31） ，并在滑块底底部也设置了
17、两块面积较大的耐磨板（如图 19-32 所示） ；侧型芯的分型面采用了斜面配合（如图 19-32 所示） ，这样有 利于在抽芯时减少与型芯产品部分的磨损，另外在该短侧型芯与长侧型芯的靠破面 处设计了定位斜面（如 图 19-32 所示）以保证与长型芯之间的定位精度。 6 5 1 2 3 4 图 19-31 斜导柱抽芯机构（动模部分） 1 斜导柱孔；2侧型芯固定板；3 滑块座；4侧型芯；5耐磨板；6滑槽压板 1 2 定位槽 配合斜面 图 19-32 斜导柱抽芯机构（ （去除滑块后） 1耐磨板；2 侧型芯 斜导柱 锁模斜面 图 19-33 斜导柱抽芯机构（定模部分） 定模部分：由于滑块宽度比较大，因
18、此斜导柱采用 2 根，斜面斜角为斜导柱（直径为 24mm，斜度为 15 ）固定在定模板上，滑块的锁模依靠定模上的锁模斜面（斜度为 17） ，如 图 19-33 所示。 图 19-34 抽芯机构( 动模部分分解图 3.产品尾部抽芯机构设计 产品的尾部的抽芯位比较长(抽芯距为 304mm ,如果采用斜导柱抽芯机构,将导致斜导柱和开模距离 过长。因此 该抽芯机构采用液 压(油缸抽芯机构,如图 19-35所示。 1 234567 b 图 19-35 液压长抽芯机构 1油缸;2油缸固定支架;3滑槽压板;4滑座;5侧型芯固定板;6 推板;7侧型芯 该抽芯的机构特点为: (1油缸: 如图 19-35a 所示
19、,由于抽芯距比 较长,因此选用的油缸 1长度也相应加长,油缸的安装依靠螺钉固 定在支架 2上,油缸杆头部加工成工字槽,安装在滑座 4的工字槽内,与滑座联成一体。由于油缸的进油 口可以与注塑机的液压系统连接,因此油缸可以驱动滑块进行抽芯运动。 (2滑块结 构: 如图 19-35a 所示,该滑块部分由三 块模板组成:滑座 4、侧型芯固定板 5、推板 6。 滑座 4与油缸 1连接,并与侧型芯 7、侧型芯固定板 5连接一起,进行抽芯运动。抽芯运动的导向依 靠压板 3与动模板组成的导向槽进行滑动导向。 推板 6的作用是当滑座 4、侧型芯固定板 5进行抽芯运动时,推板 6保持静止状态,这样产品可以被 推板
20、卡住(如图 19-35b 所示,推板被压板挡住 ,不随着滑块运动,这样当滑座 4抽芯运动结束时,产品 也在推板 6的作用下进行顶出。 推板 压板 图 19-36 滑块内部截面图 1滑座;2耐磨板;3侧型芯;4侧型芯固定板;5推板;6 推板镶块 滑块的详细结构如图 19- 36所示:由于产品在动模部分没有任何的卡位结构, 因此抽芯机构的作用不 仅仅只是抽芯作用,而且还必须推出产品,因此推板 5的设置就起到这个作用。 为了增加推板 5的寿命,推板的内部镶有四块硬度较高的推板镶块 6,可以改善推板 5的摩擦性能。 另外推板镶块 6与侧型芯 3的配合面设计成斜面,可以确保顶出时侧型芯 3不会与推板镶块
21、 6形成摩擦。 19.3.7 推出机构设计 由于塑件形状外观要求比较高,塑件表面不允许出现任何的顶出痕迹,因此常规 的顶出元件如顶杆、 顶板之 类都不能使用。 该推出机构的结构如图 19-37所示: 该模具的顶出机构没有使用任何的 顶杆、 顶管之类的元件, 而是利用长型芯的抽芯机构作为顶出机构, 在抽芯之前先用长型芯把塑件顶出动模型腔,然后再进行抽芯运动,然后再利用抽芯 机构中的推板侧向推 出塑件。 1 2 3 4 56 斜面 图 19-37 动模顶出机构 1导套;2滑槽压板;3滑座固定板;4副导柱;5动模垫板;6 模脚;7 动模底板;8油缸 顶出机构的驱动机构动作原理如图 19-37所示:
22、顶出动作的动力来自于液压油缸,该油缸 8固定在动模垫板 5上,油缸杆加工成工字形固定在滑座固 定板 3上,这样随着油缸杆的伸缩,就可以驱动动模板以及滑槽压板进行顶出和复位运动。 顶出机构的导向来自于滑座固定板上的四组副导柱和导套,具体位置如图 19- 37所示,副导柱 4安装 在动模垫板 5上,而导套安装在滑槽压板 2与滑座固定板 3之间,两者形成了顶出机构的导向机构。 该顶出机构的动作时间是在开模之后,油缸 8开始动作,先把整个长抽芯机构进行顶出动作,将塑件 顶出动模型腔,然后再开始长抽芯运动,脱落塑件。 模具的支撑机构如图 19-36所示: 由于长抽芯机构承担了顶出作用后,模具的顶出固定板
23、和顶出板就失去了顶出 作用,只能起支撑模具 的作用,为了增加动模板的支承强度,并在推板空间范围设计了五根直径50mm的支 承柱,目的是加强动 模板的强度,可以抵抗塑料熔体对动模板的注射压力,增强模具的寿命。 19.3.8 冷却系统设计 1.动模部分冷却系统设计 动模部分与成型面积有关的三个部分:短抽芯机构、长抽芯机构、动模成型部分 。其中短抽芯机构的 成型面 积比较小, 因此不需要设置专门的冷却系统。 因此主要在长抽芯机构和动模成型部分设置冷却机构。 动模成型部分的设计是整体式,因此主要在动模板上设置冷却水路,由于塑件形状高 度不高,因此适 宜于设计直通式冷却回路,如图 19-38a 所示。
24、而从图 19-38b 侧向图中可以看出在动模产品周围分布了 五条冷却水道,均匀地分布在成型形状的周围。 a b 图 19-38 动模冷却水路 长抽芯机构的冷却回路设计: 长抽芯机构的主要冷却部位是塑件的内部型芯,由于侧型芯长度很长,因此如果 不进行充分的冷却, 将导致产品过热,冷却速率下降,甚至导致产品变形。因此必须要对侧型芯进行充分 冷却。而由于侧型芯 的固定板是滑座,因此滑座就成为冷却回路的出入口。综上所述,长抽芯机构的冷却 设计主要是针对于侧 型芯和滑座,如图 19-39所示。 侧型芯是主要冷却部位,由于侧型芯细而长,因此可以采用铍铜件进行冷却,如图 19-40所示 ,在 侧 型芯内部设计有水孔位置,可以放置铍铜;另外在侧 型芯与滑座交界处加工有放置密 封圈的圆槽。 滑座主要提供外部冷却水的进出口,如图 19- 41所示,在滑座的内部设计有四处回路,分别有八处出 入口,出入口的位置都设计在滑座的同一侧面,方便操作者接入冷却水。 冷却水路 冷却水路 产品形状 1 2 图 19-39 长抽芯主要冷却的成型零件 1滑座；2侧型芯 密封圈槽 水槽 图 19-40 侧 型芯内部结构 出口 进口 图 19-41 滑座内部冷却水路 19.3.9 总装图设计 图 19-42 总装图外观 图 19-43 总装图剖视图
