如何估算推出力？

将制品移出型芯所需的推出力F_eject是制品表面和模具表面之间法向力F_normal、相关脱模斜度ϕ和制品与型芯之间的静摩擦因数μ_static的函数。为计算推出力，首先计算摩擦力F_friction为

F_friction=μ_staticF_normal （11.1）

那么推出力根据零部件摩擦力计算，其相对分型面是法向的，即

F_eject=F_frictioncosϕ=F_normalμ_staticcosϕ （11.2）

力之间的关系如图11.5所示。摩擦因数相近值变化范围为从非常光滑表面（低粗糙度）的0.5到粗糙和/或纹理表面的1.0^[40]。脱模斜度增大，推出力随脱模斜度余弦的减小而减小。

制品与型芯之间的法向力由塑料的内部弹性应力驱动，这会导致塑料制品像弹性圈一样抱在型芯上。法向力的估算通过制品中的残留弹性应力与制品有效面积积分得到，即

图11.5 推出力分析

残留拉伸应力是工艺条件、模具构型和材料性质的复杂函数。详细的处理过程本书没有足够的篇幅进行描述。因此，推出力的预估采用了保守简单化的假设。

分析假设制品中的拉伸应力是模具热收缩的结果。此假设会引起对推出力的过度预测，因为实际上，聚合物在热收缩前处在一个复杂的状态，并会松弛。

因为聚合物熔体在液态时不会支持拉伸应力，对固态塑料的热应变ε进行估算，其是塑料热膨胀系数CTE乘以固态温度T_{solidification}和推出温度T_ejection的差，即

ε=CTE（T_{solidification}-T_ejection） （11.4）

而随着聚合物熔体变硬，应力松弛，保守假设材料应变在室温模量E条件下产生。那么制品内部的拉伸应力可以作为贯穿整个注射制品的常数进行计算，即

σ=Eε=E·CTE（T_{solidification}-T_ejection） （11.5）

为估算法向推出力，需要计算产生有效应力的横截面积。此有效面积不是制品的投影面积，而是制品在不同方向的横截面积。图11.6阐明了将制品分为两半的原则。如之前所解释的，制品像弹性圈一样附着在型芯上。当制品分开时，两半之间的法向力消失。因此，法向力可根据拉伸应力乘以横截面积进行估算得到，即

F_normal=σA_eff （11.6）

结合之前的相关问题，推出力估算为

F_eject=μ_staticcos（ϕ）E·CTE（T_{solidification}-T_ejcetion）A_eff （11.7）

(www.xing528.com)

图11.6 沿有效面积的拉伸应力

例：估算将ABS材料的杯制品推出模具型芯的推出力。

根据CAD制图，杯子的横截面积如图11.6所示为526mm²。其应用了摩擦因数为0.5的光滑型芯面，脱模斜度为1°。模量、热膨胀系数、固态温度和推出温度可从附录A中查取。那么推出力估算为

F_eject=0.5×cos1°×2.28×10⁹×8.83×10^-5×（132-97）×526×10^-6N≈1800N≈400lb

分析表明需要约1800N（400lb）的力可使杯制品脱离型芯。

例：估算将ABS材料制造的笔记本电脑框架从模具型芯推出的推出力。

笔记本电脑框架形状比杯子要复杂得多，涉及用于计算推出力的有效面积的估算。笔记本电脑的一些不同的横截面如图11.7所示。

图11.7 笔记本电脑框架的不同横截面

模具设计者会首先考虑将剖面A—A或B—B作为有效面积。如果抛开这几个部分，那么制品剩下的一部分由于对其他部分的收缩还会留在型芯上。因此，模具设计者会考虑将A—A与B—B相加来估算有效面积。但是，此面积仍不够。

如果制品沿这几个剖面剖开，那么剩下的一部分由于筋板之间的弹力仍会留在型芯上。例如，剖面B—B中的筋板之间的法向力由贯穿剖面C—C的拉伸应力驱使。因此，此有筋板的复杂制品的有效面积可估算为

式中，h是制品壁厚。L_part是制品长度；W_part是制品宽度；n_rib是筋板数量；h_rib是筋板平均壁厚；H_rib是筋板平均高度；n_wall是边壁的数量；H_part是边壁的平均高度。

对于笔记本电脑框架，有效面积为

A_eff=[0.0015×（2×0.24+2×0.16）+4×0.0015×0.01+7×0.001×0.01]m²=1.3×10^-3m²

将此有效面积代入式（11.7），以1°的脱模斜度来估算推出力为

F_eject=0.5×cos1°×2.28×10⁹×8.83×10^-5×（132-97）×1.3×10^-3N≈4700N≈1100lb

关于以上例子的讨论如下。在根据固化温度和材料性质制定的假设条件下的分析是保守的，其估算的推出力应该比实际要高。因为分析是保守的，使用分析计算得到的推出力应该可得到有效的推出系统设计且无需考虑安全因素。但是，潜在的问题是，何时才允许制品留在模具中冷却至低温。制品的最终温度应该作为推出温度，这样会导致预测的推出力明显增大。

为确保分析有效，可将预测推出力与商业成型机提供的典型的推出力进行比较。对不同机器供应商提供的几种不同尺寸的机器的调查表明，机器提供的推出力是机器锁模力的2%。这意味着如果成型机提供1000kN的锁模力，那么机器可提供20kN的推出力。杯子制品所期望的锁模力为400kN，推出力为1.8kN，而电脑框架所期望的锁模力为1400kN，推出力为4.7kN。在这两个例子中，分析预测推出力为锁模力的0.5%。因为成型机能够提供的推出力比正常所需的要高，因此分析结果适合推出系统的设计。