弹顶式内型芯防偏斜注射模设计.pdf

模具制造 2023年第9期弹 顶 式 内 型 芯防偏 斜注射 模设 计陈智明（国光电器股份有限公司，广东广州510800）【摘要】针对塑料材质的薄壁形套管注射成型工艺容易发生的典型缺陷问题进行了分析，提出了有别于常规的注射模设计解决这类问题的新方法。介绍了弹顶（弹簧弹力顶杆）机构的工作原理，有效地避免了注射成型时导致的细长型芯偏斜的问题，同时也提出了解决薄壁塑件脱模损伤的方案。关键词：套管；注射模；内型芯；弹簧；顶杆中图分类号：TQ320.66文献标识码：BDOI：10.12147/ki.1671-3508.2023.09.007Design of Inner Core Anti-Deflection Injection Moldof Ejector Pin with SpringChen Zhiming（Guo Guang Electric Company Ltd.,Guangzhou，Guangdong 510800，CHN）【Abstract】This paper analyzes the typical defects which are easy to occur in the injectionmolding process of thin-walled casing made of plastic materials and puts forward a new methodwhich is different from the conventional injection mold design to solve these problems.Theworking principle of spring elastic thimble mechanism is introduced in detail,which effectivelyavoids the problem of deflection of thin core caused by injection molding,and also puts forward theschemetosolvethedemuldingdamageofthin-walledplasticparts.Key words:casing;injection mold;inner core;spring;jacking rod塑料注射模技术1引言在一些特定的应用场合，可能是基于节约材料的原因，又或是基于零件的装配与使用空间的限制，塑料材质的薄壁型细长套管便是此类产品部件的其中之一。由于其几何结构的尺寸特性，在注射成型层面上的难题也是极度困绕着相关的从业人员。归纳其存在的技术难度的主要有：壁厚不均、脱模损伤、塑件填充缺胶等。因此，针对这种有特殊要求的塑件，如何设计及制造一副既安全可靠而又产能高的注射模必然是要被提到议事日程上来的。2设计构思概述一般而言，套管类塑件都会选用细水口型模架模具，在塑件顶端处开设注浇口进行注射成型，再利用推板实施顶出。但是对于本案用于成型有一段壁厚仅为0.5mm而长度为26mm的薄壁套管而言，由于套管薄壁的支撑力不足于克服套管在内型芯上的包紧力，因此，往往从分型面顶出的推板会把套管的开口处薄壁挤压变形，使塑件遭到损坏而导致脱模失败。塑件套管尺寸如图1所示。图1套管尺寸图1200.812031.526.040.05.06.0塑料注射模技术22模具制造 2023年第9期对于薄壁型套管的脱模如果还是沿用推板顶出方式是不可行的，所以，改变了塑件套管的顶出位置，把推板方式改为顶杆顶出方式，也即是把顶杆顶出的位置改在套管的顶端。当然，把流道浇口设置在分型面处进行注射是必须的。因为该套管模具需要一个细长的内型芯，其靠顶端一侧是没有固定的，注射时会被熔体料流充偏，导致壁厚不均。故此，选择具有良好流动性的PET作为成型材料，该材料是高结晶度的聚合物，成型塑件的表面平滑有光泽，它尤其适合流动比（流动长度与壁厚之比）大的薄壁塑件。本案例采取的模具方案是：4个型腔，细水口模架EAI型作为支承系统，塑件双层分模。整体外观如图2所示。图2模具整体外形图为了实现全自动操作，脱模时套管要与主流道和分流道系统断开，各自独立脱模。此外，套管外表面不允许有任何拼合线。套管底端圆锥形的120尖角必须光滑规整。因此，最好的解决办法是在套管壁厚端设置潜伏式浇口进料。3模具工作过程要使薄壁套管无损伤地脱模，就必须保证塑件完全留在型腔里的时候，利用型腔侧壁的保护，从套管中抽出内型芯，使得套管中空，然后实施顶出动作。模具打开时，由于动、定模板之间设有尼龙拉扣，同时动模板与托板之间设有弹簧拉钩，使得分型面、闭合着（见图3），于是分型面处就首先被分开，亦即是定模板与顶板分开，距离到达40mm后，内型芯已完全从塑件套筒中抽离出来达到安全距离。在开模过程中，内型芯可以通过冷却孔输入的压缩空气冷却，如图4所示。当定模板被动模板上设置的尼龙拉扣拉着走到一定距离，在定距导柱限位作用下而止动，此时，由于托板上的弹簧拉钩仍然拉着动模板，所以，分型面还是紧闭着的，但是随着开模距离的增大，设置在动模板上的尼龙拉扣便与定模板分离，于是动、定模板分型面就被打开了。直至动、定模部份完全打开到设定距离，等待进一步的顶出，如图5所示。内型芯从塑件内部抽出，塑件被定模板挡住而被强留在型腔内。图3分型面示意图图4分型面打开图5分型面打开尼龙拉扣脱扣，动模板与定模板分离，塑件套管仍然停留在型腔内。此时，分型面由于弹簧拉钩的作用仍然闭合着，流道浇口被保持在里面。首先，A组顶杆板机构开始动作，顶出塑件成品套管，同时切断了与潜伏浇口的连内型芯塑件内型芯塑件套管塑料注射模技术23模具制造 2023年第9期接。当顶出距离到45mm后，动模板型腔内的塑件套管便完全被顶出，掉落到模具之下，如图6所示。图6A组顶杆板顶出塑件套管，同时顶杆顶开弹簧拉钩脱扣1.内型芯2.塑件套管3.弹簧拉钩4.顶块5.顶杆6.B组顶杆板7.A组顶杆板此时设置在托板上的4个带拉力弹簧的拉钩也被顶杆顶开脱钩，同时顶杆也开始顶住设在动模板上顶块而使动模板继续沿顶出方向拉开，这样分型面就被打开了。倒锥形冷料井勾住了流道浇口系统余料，将流道潜伏浇口余料就从动模板一侧拉出，被保留在托板一侧。A组顶杆板也抵达B组顶杆板的底部，如图7所示。图7分型面打开流道浇口余料脱离动模板而被滞留在托板上当动模板与托板分开到35mm时，A组顶杆板推着B组顶杆板底部一起做顶出动作，再顶出15mm距离之后，B组顶杆板上的流道顶杆便顶出滞留在托板上的流道浇口系余料，当流道浇口余料落下后，整个顶出动作完成，如图8所示。当模具闭合时，A、B组顶杆板复位顺序是：首先复位顶柱推动A组顶杆板的复位杆，跟着再由动模板顶压B组顶杆板的复位杆以及弹簧的助力，然后两组顶杆板一起回复到各自初始位置，完成合模过程。具体参考模具结构装图9所示。图8A组顶杆板推动B组顶杆板顶出流道浇口余料图9模具总装图1.定位圈2.注口衬套3、5、10、15、16、17、27、28、30、34、43、51.内六角螺栓4.尼龙拉扣6、43.流道7、8、9.流道顶杆11.复位顶柱13.B 组复位杆14.A 组复位杆18.定模座板19.定模垫板20.定模板21.托板22.方铁23.动模座板24.顶块25.拉钩26.拉钩销12、29.弹簧31.B 组顶杆板32.顶杆33.A组顶杆板35、42.导柱36.定距拉杆37.内型芯38.型腔镶件39、44.注射前后弹簧顶杆与内型芯啮合状态（见图10）40.弹簧顶杆41、48.弹簧顶杆注射前后及受压状态（见图11）46、49.顶杆固定板47、50.顶杆底板4弹簧弹顶原理介绍1套管内部（内型芯）底端面与套管外部底端设计有同样的120的圆锥尖角，为了确保型芯不被熔料流1234567内型芯流道浇口内型芯流道浇口ABABB-BA-A345678917161514131211101424344454647484950513435363738394041252627282930313233241819202122232塑料注射模技术24模具制造 2023年第9期充偏斜，在顶杆的底部是设置由弹簧弹力顶住的。当模具完全闭合时，弹簧将顶杆的顶端面推向内型芯的端面紧压着，且在顶杆顶端面的圆锥凸面和相应的内型芯的圆锥凹面对中啮合。当熔料注射入型腔时，内型芯被顶杆顶端面的圆锥凸面保持在对中位置，直至熔料填充完啮合状态的空间之后，随着熔料继续注入，型腔压力超过设在顶杆后面的弹簧的弹力时，熔料便挤压弹簧，退缩到设定位置，弹簧顶杆便与内型芯分离，挤压出套管底部的胶位空间，同时填充满熔料，直至内型芯被熔体完全包围住，而不会偏斜了。在实际试模过程中已证实在模具设计中防止型芯偏斜的这一预防措施是行之有效的。弹簧顶杆原理分析如图10、图11所示。关于弹簧力F计算及弹簧弹性系数K值选定，一般而言，按注射时型腔内单位面积压力（压强）选取中值2：p=40MPa=400kg/cm2直径5.0mm的弹簧顶杆端截面积S0.2cm2，弹簧顶杆端面注射时所受到的压力：P=p S=4000.2=80kg，考虑安全系数，按25%计算，只要选取弹簧力F20kg就可以满足要求，弹性系数k，弹簧压缩量按30%，预加弹簧压力长度为17.5mm，那么，弹簧自由长度可以选取23.0mm，弹簧压缩量是x=5.5mm，根据弹簧力计算公式：F=kx可以计算得出：k=F/x=20/5.5 3.6kgf/mm弹簧顶杆弹簧选择可选用弹性系数（弹簧刚度）不超过3.6kgf/mm就可以满足使用要求了。可见在实际应用中选用弹簧的k值范围是比较宽泛的，只要根据弹簧的外径、长度及线径和容易选择到适合使用的规格，建议k值选取尽量小一些。注意，以上所做的弹簧参数计算结果，只是作为参考作用，不是作为具体制造依据，后期是可以在实际试模时做相应的调整和更换的。此处想要强调的就是模具弹簧顶杆成功的关键须满足如下的两个基本要求：型腔未注射时的弹簧顶杆要施加预紧力啮合在内型芯相对应的端面凹槽里，保证内型芯在注入熔料初期不被充偏斜，如图10a、图11a所示；熔体冲满型腔后，继续注射挤压填充，弹簧顶杆端面受熔料的压力后能压缩到设定位置，如图10b、图11b所示。（a）（b）图10注浇填充前后弹簧顶杆与内型芯啮合分离状态a注射前弹簧弹顶杆与内型芯啮合b注射后弹簧顶杆被推开1.内型芯2.弹簧顶杆3.注胶塑件4.潜伏浇口（a）（b）图11弹簧顶杆与弹簧在注射填充前后位置a注射前弹簧推压顶杆 b注射后弹簧被顶杆压缩1.5mm1.弹簧顶杆2.弹簧5结语综上所述，本案例所述注射模的设计方案很好地解决如下问题：套管薄壁脱模损伤：将常规的推板刮料式顶出改为顶杆顶出；套管内型芯偏斜：采用弹簧弹顶杆啮合方式固定；主流道过长：注口衬套尽量向分模面前移，缩短主流道，减少开模和顶出行程，节省塑胶原料。还有就是要注意的事项：在型腔未填充塑胶熔料之前内型芯端面与弹簧弹顶顶杆端面必须要紧密啮合，所以要求设计套管的内部端面与外部端面的形状相同；选用模架时要考虑模具有足够尺寸空间，使得流道浇口余料能有足够空间自由落下，以利于实现自动化生产。参考文献1联邦德国K 斯托克海特编.荣迺珊，徐正宝译.张荫朗校.注射成型模具102例M.北京：中国轻工业出版社，1991.2冯炳尧，韩泰荣，殷振海，蒋文森编.模具设计与制造简明手册M.上海：上海科学技术出版社，1985.作者简介：陈智明，男，1964年生，高级工程师，长期从事电子产品结构及模具设计，现任职于广州国光电器股份有限公司。（收稿日期：2023-05-10）12341121.5mm17.5mm塑料注射模技术25