简单脱模机构设计优化

简单脱模机构有推杆机构、推管机构、推板机构及这些机构的组合。

1.推杆机构

用推杆推顶注塑件是最简单也是应用最广泛的脱模机构。由于推杆位置设置有较大自由度，因而用于推顶箱体等异型制品，以及注塑件局部需较大脱模力的场合。常用推杆为圆形截面，也有半圆和矩形等。圆柱推杆和相配的孔，容易加工到较高精度。且圆柱推杆已有国家标准，更换方便；但是，推杆的作用面积小，注塑件表面有凹坑痕迹，使用不当，会引起推顶发白和裂纹等弊病。推杆与孔的长期过度磨损，会造成溢料。细长推杆的折断，也常见到。

（1）推杆结构

1）直推杆。如图10-13a所示，头部带凸肩供安装，全长直径为d（f6）。这种推杆已有GB 4169.1标准，见表10-6。系列直径从61mm至25mm，长度为80～800mm。

2）带肩推杆。如图10-13b所示，顶杆切削加工成台阶，改善了稳定性。最细的工作段长度，应等于配合长度与脱模行程之和，再附加5～6mm。这种推杆的相关标准是GB/T 4169.16—2006。

3）扁推杆。如图10-13c所示，支承为圆柱杆，头部的圆柱凸肩供安装用。中央工作断面为1mm×3mm～2.5mm×14mm矩形。这种推杆的相关标准是GB/T4169.15—2006。

4）异形推杆。推杆的工作段断面是非圆形，但安装支承部分仍是圆柱形。图10-13d为整体式异形推杆，工作断面为半圆形，可增大与注塑件的接触面积。还有嵌入式台阶推杆，安装支承部分仍是圆柱形，将非圆形工作段插入后用钎焊连接，或插入后铆接。

5）锥形推杆。见图10-13e，也称阀式推杆。推杆的工作部分为倒锥形。它与型芯或模板以圆锥孔相配合，无间隙地贴合。推顶后无摩擦卡滞，并有引气作用，可降低脱模力。

图10-13 推杆的各种结构

a）直推杆 b）带肩推杆 c）扁推杆 d）整体式异形推杆 e）锥形推杆

推杆用T8A、T10A，也有用65Mn和中碳钢制造。整体淬火或工作段局部淬火至50～55HRC。推荐采用4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V，滑动段淬火硬度50～55HRC。其中固定端30mm长度范围内硬度为35～45HRC。淬火后表面可进行渗氮处理。渗氮层深度为0.08～0.15mm。芯部硬度为40～44HRC，表面硬度≥900HV。淬火长度应是配合长度加上1.5倍脱模行程，以防止与孔咬合。

表10-6 推杆（GB/T 4169.1） （单位：mm）

（2）推杆的安装和布置 如图10-14a所示，通常用凸肩沉压在推出固定板的凹坑和推出板之间。两块板用螺钉紧固。所有推杆（还有回程杆）的凸肩高度均要对沉坑深度放出余量。在固定板上插入推杆与回程杆后，应将它们搁起与该板磨出一个平面。图b是用顶出板与固定板的平面夹固顶杆凸肩，避免了沉孔加工。图c是用螺钉吊紧顶杆，但有松动的可能。

为防止塑料熔体的渗漏，推杆的工作段有配合要求，常用H7/f7。对于低黏度熔体和直径较大推杆采用H7/g6。工作段长度一般不应小于12mm，或为1.5～2d。对于非圆推杆则需≥20mm。

推杆的非工作段与孔均要有0.5～1mm的双边间隙，以减小摩擦，而且有浮动和自行调整位置的作用。还有，推杆边缘离型芯壁至少有0.12 mm间距，以防干涉。

推杆的工作端面与注塑件表面的平齐是难以达到的。允许推杆侵入注塑件表面不超过0.1mm。一般不允许推杆端面低于注塑件成型表面。

图10-14 推杆安装

a）两板夹固推杆凸肩 b）平面夹固推杆凸肩 c）螺钉吊紧推杆

在布置推杆时应遵循以下原则：

1）考虑脱模力的平衡，尽量避免产生附加倾侧力矩；在肋、凸台处多设推杆。

2）不要让浇口对准推杆端面。过高压力会损伤推杆。

3）推杆应该设在排气困难的位置。

4）只要不损伤注塑件表观，尽可能地多设顶杆，以减轻注塑件的脱模接触应力。

（3）推杆稳定性计算 注射模细长推杆的破损是常见的事故。除了工作端面的破损直接影响注塑件质量外，推杆柱体的变形甚至弯折断裂还会损伤模具。

生产中出现推杆破损折断现象，是属于细长推杆的稳定性问题。应该用欧拉公式进行校核或计算。影响推杆稳定性因素有：推杆截面形状、推杆长度、约束条件和材料性能。保持推杆顶端稳定的临界压力P_j（N）计算式为

式中 E——推杆钢材的弹性模量，2.1×10⁵ N/mm²；

l——推杆的长度（mm）；

J——推杆截面的轴惯性矩（mm⁴）；

μ——推杆的长度系数，取决于推杆的约束条件，见表10-7和图10-15。

在推杆稳定性计算中，需校核柔度λ。有

其中

式中 i——推杆截面的最小惯性半径（mm）；

A——推杆截面的面积（mm²）。

表10-7 推杆长度系数μ与推杆工作状态

对细长推杆的稳定性计算，首先限制推杆柔度。其计算的极限柔度应为

式中，用中碳钢的比例极限σ_p=200N/mm²，可得极限柔度λ_j=100。注射模常见的圆截面、半圆截面和矩形扁截面推杆的J、i和λ的计算式见表10-8。

表10-8 轴惯性矩J、最小惯性半径i和柔度λ的计算式

在柔度λ≤100的校核中，推杆计算用推杆长度l，可参考图10-16确定。台阶式推杆可减小推杆计算长度l。见图10-16c，在推杆中间位置设置与其为动配合的护套，可限制推杆弯曲振晃，计算长度l可缩小一半；临界压力P_j是原来的4倍。大型模具的细长推杆大多采用这种护套结构。

图10-15 压杆约束类型

a）两端铰支 b）一端固定，另一端自由 c）一端固定，另一端铰支 d）两端固定

图10-16 推杆的计算长度l和约束条件

a）直推杆 b）带肩推杆 c）有护套推杆

还有一种圆截面推杆直径d（mm）设计公式

式中 Q_e——前述的脱模力（N）；

n——顶杆数目；

K——安全系数，K=1.4～2。

2.推管脱模

推管脱模常用于圆筒状注塑件推出。它提供了均匀脱模力，用于一模多腔成型更为有利。将型腔和型芯均设计在动模，可保证注塑件孔与其外圆的同心度。对小直径筒体和锥形筒体，如图10-17a和图10-17b所示，只能用推管脱模。

推管脱模机构有三类形式：

1）长型芯。型芯紧固在模具底板上，见图10-17a，结构可靠，但底板加厚，型芯延长，只用于脱模行程不大的场合。

2）中长型芯。推管用推杆推拉，见图10-17b。该结构的型芯和推管可较短些，但动模板因容纳脱模行程而增厚。

3）短型芯。这种结构见图10-17c使用较多。为避免型芯固定凸肩与运动推管相干涉，型芯凸肩须有缺口，或用键固定，致使型芯固定不可靠且推管必须开窗，或剖切成2～3个脚，致使推管被削弱，制造亦困难。

要求推管内外表面都能顺利滑动。其滑动长度等于脱模行程与配合长度之和，再加上5～6mm余量，非配合长度均应用0.5～1mm的双向间隙，如图10-18所示。(www.xing528.com)

图10-17 推管脱模的机构类型

a）长型芯 b）中长型芯 c）短型芯

图10-18 推管脱模机构的配合

推管材料与推杆相同为65Mn、60SiMn或4Cr5MoSiV1（美H13），并推荐采用4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V。滑动段淬火硬度50～55HRC。淬火后表面可进行渗氮处理，渗氮层深度为0.08～0.15mm；芯部硬度为40～44HRC，表面硬度≥900HV。如图10-19所示，标准推管GB/T 4169.17—2006有内孔D=2～12mm，长L=80～250mm。

图10-19 标准推管（GB/T 4169.17—2006）

图10-17a所示长型芯推管脱模机构有长芯杆支撑。推管在推出位置与型芯应有8～10mm的配合长度；推管壁厚常在1.5mm左右，至少0.75 mm以上。当推管孔D≤2mm，长L≥100mm，必要时采用阶梯推管和阶梯的长芯杆。

3.推板脱模

推板也称脱模板或推件板。在分型面处从壳体注塑件的周边推出，推出力大且均匀。对侧壁脱模阻力较大的薄壁箱体或圆筒制品，推出后外观上几乎不留痕迹。这对透明注塑件尤为重要。

（1）推板结构 推板脱模机构不需要回程杆复位。推板应由模具的导柱导向机构导向定位，以防止推板孔与型芯间的过度磨损和偏移。为防止推杆与推板分离、推板滑出导柱，推杆与推板用螺纹联接，见图10-20a。应注意，该种结构在合模时，顶出板与模具底脚之间应留S=2～3mm的间隙。当导柱足够长时，推杆与推板也可不连接，见图10-20b。对于有多个圆柱型芯相配的推件板，大多镶上淬火套与型芯相配，便于加工和调换，见图10-20a。图10-20c的结构适用于两侧具有顶出杆的注射机，模具结构可简化，但推板要增大并加厚。

图10-20 推板脱模机构

a）推板螺纹联接推杆 b）推杆推顶推板 c）注射机上推杆推顶推板 1—推板 2—顶杆 3—顶出固定板 4—顶出板

推板与型芯之间要有高精度的间隙、均匀的动配合。要使推板灵活脱模和回复，又不能有塑料熔体溢料。最大单向间隙应限制在0.05mm以下，对低黏度的PA等，不超过0.01mm。为防止过度磨损和咬合发生，推板孔与型芯应淬火处理。推板脱模的分型面应尽可能为简单且无曲折的平面。

在一些场合，如图10-21所示，在推板与型芯间留有单边0.2mm左右间距，避免两者之间接触，并又有锥形配合面起辅助定位作用，可防止推板孔偏心而引起溢料，其斜度为10°以上。

对于大型深腔容器，特别是软质塑料，为防止过大脱模力使制品壁面产生皱折，应该给成型时所形成的真空腔引气。图10-22就是这种装置。开模时大气克服弹簧力将菌型推杆抬起而进气。当然也可将菌型推杆与顶出板相连，同步推顶进气。

图10-21 有周边间距和锥形配合面的脱模板

图10-22 有进气装置的推板脱模

1—推板 2—锥面顶杆 3—压缩弹簧

（2）推板厚度计算 推件板会由于刚度不足引起挠曲变形，影响注塑件尺寸精度。因此，应按刚度条件计算推板厚度。

1）圆筒形注塑件用推板。这种推板一般采用同心圆周分布的数根推杆推动，如图10-23所示。脱模时的受力状况，可视为环形板受集中载荷Q_e的力学模型，最大挠度T_s（mm）产生在板的中央。其厚度计算式

式中 R——推杆轴线到推件板中心距离（mm）；

Q_e——脱模阻力（N）；

E——推板钢材弹性模量，2.1×10⁵ N/mm²；

[δ]——推件板允许变形量（mm），可取注射成型制品高度尺寸公差的0.1～0.2；

C——R/r比值相关计算系数，从表10-9中查取；

r——型芯的半径（mm）。

表10-9 圆筒注塑件推件板计算系数C

2）矩形注塑件用推板。该种推件板所用推杆分布如图10-24所示。顶出时推板受力情况，可近似看作力受集中载荷的简支梁模型，最大挠度产生在板中央。推件板厚度T_s（mm）计算式为

式中 B——推件板宽度（mm）；

l——推件板长度方向顶杆之间距离（mm）；

[δ]——推件板允许变形量（mm），可取注射制品高度尺寸公差的0.1～0.2。

图10-23 圆筒注塑件推件板推出

图10-24 矩形盒注塑件的推件板顶出

4.推块

如果注射制品表面不允许有推杆的痕迹，制件的精度和表面质量要求较高，又不是圆筒体和薄壳体，不适宜用推管或推板脱模。图10-25是两种推块整体脱模。不大的注射制品埋在动模型腔中，脱模行程也不大。推块周边轮廓与注塑件一致。在顶出位置，推块不得脱离与型腔的配合面。

图10-25 推块整体脱模

a）推块在模板空间中滑动 b）推杆直接顶出推块 1—推杆 2—动模垫板 3—推块 4—回程杆

图10-26所示注射模成型四件透明扁平的制件。该小型模具，型腔用体积镶块，并采用弹簧复位脱模机构。圆锥推块有斜度α=5°～10°配合面。推块一般有30～40mm高度，推顶距离大于制品高度，不能脱离配合孔。推块底面与模板之间有0.5mm的避碰空隙。在用一支推杆推顶推块时，推杆与推块之间不能转动；它们与模板孔间要有防转措施。在用螺纹联接时，加止转销，甚至用T形槽联接推杆与推块。

图10-26 单支推杆推顶推块脱模

1—体积镶块 2—推块 3—推杆

塑料壳体的周边形状不规则，尺寸较大，用推板脱模有较大难度。如图10-27所示，可用多个靠边推块脱模。靠边推块大都为长方条，由两支推杆推顶。用螺钉联接推杆。靠边推块三个侧边有α=5°斜度配合面。一侧与型芯或镶件的平面滑动配合，不能溢料又不能卡滞。

推块用工具合金钢制造，淬火硬度50～55HRC以上。推荐用中碳合金钢制造，渗氮处理900～1000HV。

5.组合、导向和复位

（1）多种元件组合脱模 倘若遇到一些形体复杂的注塑件，如薄壁壳体带有凸台和肋，并与圆筒体组合。这就需要用两种或两种以上的多元件组合的脱模机构。如图10-28a所示，以推板脱出壳体，局部深腔处的挂脚用推杆辅助推出，以防止挂脚产生断裂。图10-28b所示的注塑件外周壳体用推板脱模，中心管状结构用推管推出。图10-28b所示的注塑件，中央用推管，而外周壳体用多根推杆脱模。这种推杆可兼作为回程杆用。多元件组合时，各种推杆、推管、推板，还包括装嵌件的推杆，应该同步动作，如图10-29所示。

图10-27 靠边推块脱模

1—防松垫圈 2—内六角螺钉 3—镶件 4—动模垫板 5—推杆 6—推杆固定板 7—顶出板 8—动模底板 9—靠边推块

图10-28 多种元件组合脱模

a）推板和推杆组合 b）推板和推管组合 c）推杆和推管组合

（2）导向和复位 对大尺寸的顶出板，为防止脱模过程中出现歪斜倾侧，须附设导向机构。大中型注射模的此种导柱（也有用滚珠滚动导套），可兼起支承柱作用，以减小动模垫板的挠曲变形，如图10-30所示。只有在生产注塑件的批量较少时，才不设导套。用回程杆兼起导向作用，就要加粗回程杆，并加长配合长度。

模具闭合时，整个脱模机构依靠回程杆碰及定模而复位（回程杆与推杆材料相同，且端部淬火），常用2～4根，并以最大间距均匀布置。其结构与安装见图10-31。回程杆顶端应与分型面平齐，仅允许稍低0.05mm。生产中常有回程杆挤压定模表面而出现凹痕，必要时需对该部位作局部淬火或镶嵌淬火块。有时可用推杆或者推管作辅助复位元件，如图10-31。小型模具可利用压缩弹簧，并将其套在推杆上。单独用弹簧复位可靠性差，多数场合以采用弹簧与复位杆联合作用为好。