注塑工藝及模具設計第五講 注塑模設計（9）

洪慎章

(上海交通大學塑性成形技術與裝備研究院，上海 200030)

（接上期）

5.7.3 液壓或氣壓抽芯機構

側(cè)芯的移動是靠液體或氣體的壓力，通過液壓缸（或氣缸）、活塞及控制系統(tǒng)而實現(xiàn)的。圖272所示氣壓抽芯是側(cè)芯在定模一邊，利用氣缸在開模羊使側(cè)芯移動，然后再開模。這種結構沒有鎖緊裝置，因此，必須如圖272所示的那樣，側(cè)孔為通孔，使得側(cè)芯沒有后退的力，或是型芯隨側(cè)壓力很小，氣缸壓力即能使側(cè)芯鎖緊不動。

圖272 氣壓抽芯

圖273所示為鎖緊裝置的液壓抽芯機構，側(cè)芯在動模一邊。開模后，首先由液壓抽出側(cè)芯，然后再推出塑件，推出系統(tǒng)復位后，側(cè)芯理復位。液壓抽芯可以單獨控制型芯的運動，不受開模時間和推出時間的影響。

圖273 液壓抽芯機構

圖274所示為液壓抽長型芯機構。由于采用了液壓抽芯，因此避免了作用瓣合模組合形式，使模具結構簡化。并且當側(cè)芯很長、抽拔距很大時，用斜導柱抽芯機構也不合適，用液壓抽出比較好，液壓抽芯抽拔力大，運動平穩(wěn)。

5.7.4 手動分型抽芯機構

手動抽芯機構多用于試制和小批量生產(chǎn)的模具。用人力將型芯從塑件上抽出，勞動強度很大，生產(chǎn)率很低，但是結構簡單，縮短了模具加工周期，降低了制造成本，所以有時還采用。

手動抽芯多用于型芯、螺紋型芯、成型塊的抽出，可分為模內(nèi)手動分型抽芯和模外手動分型抽芯兩種。

圖274 液壓抽長型芯機構

5.7.4.1 模內(nèi)手動分型抽芯機構

模內(nèi)手動分型抽芯機構指在開模前，用手搬動模具上的分型抽芯機構完成抽芯動作，然后再開模，推出塑件。手動分型抽芯機構多利用絲杠、斜槽或齒輪裝置。

(1）絲杠手動抽芯機構 利用絲杠和螺母的配合，使型芯退出，絲杠可以一邊轉(zhuǎn)動一邊抽出，也可以只作轉(zhuǎn)動，由滑塊移動來實現(xiàn)抽芯動作。圖275(a)用于圓形型芯； 圖275(b)(d)用于非圓形成型孔； 圖275(c)用于多型芯的同時抽拔；圖275(e)用于成形面積大、而支架承受不了較大的成型壓力時，用斜楔鎖緊來確保成型孔深的尺寸精度。

圖275 絲杠手動抽芯機構

(2）手動斜槽分型抽芯機構 其動作原理和機動斜槽分型一樣，只是用人力使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動。圖276所示為手動多芯抽拔結構，圖276(a)是偏心轉(zhuǎn)盤的結構，圖276(b)是偏心滑板的結構。其適用于抽拔距不大的小型芯，結構簡單，操作方便。

圖276 手動多芯抽拔結構

(3）手動齒輪抽芯機構 手動齒輪抽芯是通過齒輪與齒輪的傳動或齒輪與齒條的傳動使型芯抽出。圖277(a)所示是用于大塑件的錐齒輪抽芯結構。一模一件。圖277(b)所示為一腔幾件的錐齒輪抽芯結構。圖278所示為齒輪齒條抽芯機構。開模后，轉(zhuǎn)動手柄3，齒輪4帶動齒條型芯2抽出。由于齒條無自鎖作用，齒條型芯復位后由鎖緊楔1鎖住型芯。

圖277 錐齒輪抽芯機構

圖278 齒輪齒條抽芯機構

5.7.4.2 模外手動分型抽芯機構

模外手動分型抽芯機構是指鑲塊或型芯和塑件一起推出模外，然后用人工或簡單的機械將鑲塊從塑件上取下的結構。塑件受到結構形狀的限制或生產(chǎn)批量很小，不宜采用前面所介紹的幾種抽芯機構時，可以采用模外手動分型抽芯機構，如圖279所示。這種結構必須既要便于取件，又要有可靠的定位，防止在成型過程中鑲塊產(chǎn)生位移，影響塑件的尺寸精度。圖279(a)所示機構利用活動鑲塊的頂面與定模型芯的頂面相密合而定位。圖279(b)所示機構在活動鑲塊上設一個平面與分型面相平，在閉模時，分型面將活動鑲塊壓緊。圖279(c)所示機構的活動鑲塊用斜面與凸模配合，注射壓力將活動鑲塊壓緊。圖279(d)所示機構是由于內(nèi)側(cè)凸起部分有嵌件，很難用其他形式抽芯，所以采用活動鑲塊形式。開模后，活動鑲塊和塑件一起被推出模外，首先卸下安裝嵌件的螺釘，然后再取下活動鑲塊。當不能采用前幾種定位形式時，可用圖279(e)所示機構。開模后，斜楔3與定位銷固定板2脫離，在彈簧的作用下，定位銷4抽出后開始推出塑件。閉模過程是推桿6復位后，將活動鑲塊5放入模內(nèi)，然后合模，定位銷在斜楔的作用下插入活動鑲塊的孔內(nèi)，起定位作用。

5.8 排氣機構及引氣系統(tǒng)

注塑成型模具的排氣機構設計是一個很重要的問題，對于成型大尺寸制件、 精密制件及聚氯乙烯、聚甲醛等易分解產(chǎn)生氣體的樹脂來說尤為重要。因此，在設計模腔結構與澆注系統(tǒng)時，必須考慮如何設置排氣機構，以保證制件不因排氣不良而發(fā)生質(zhì)量問題。

5.8.1 排氣機構的作用

在塑料熔體填充注射模腔過程中，模腔內(nèi)除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而形成的水蒸氣、塑料局部過熱分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)性氣體、塑料助劑揮發(fā)(或化學反應)所產(chǎn)生的氣體以及熱固性塑料交聯(lián)硬化釋放的氣體等。此外，有些塑料在其固化過程中，還會因體積收縮放出氣體。這些氣體如果不能被熔融塑料順利地排出模腔，將在制件上形成氣孔、接縫、表面輪廓不清，不能完全充滿型腔；同時，還會因氣體被壓縮而產(chǎn)生的高溫灼傷制件，使之產(chǎn)生焦痕、色澤不佳等缺陷。而且型腔內(nèi)氣體被壓縮產(chǎn)生的反壓力會降低充模速度，影響注射周期和產(chǎn)品質(zhì)量 (特別在高速注射時) ；同時，部分氣體還會在壓力作用下滲進塑料中去，使制件產(chǎn)生氣泡及組織疏松等廢品。由此可見，模腔內(nèi)氣體必須及時排出，否則，將會嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量。

5.8.2 排氣機構設計

圖279 模外手動分型抽芯機構

(1) 排氣槽排氣 對大中型塑件的模具，需排出的氣體量多，通常在分型面上的凹模一邊開設排氣槽，排氣槽的位置以處于熔體流動末端為好，如圖280 所示。排氣槽寬度b=3～5 mm，深度h＜0.05 mm，長度l=0.7～l.0 mm，此后可加深到 0.8～1.5 mn。各種不同樹脂的排氣槽深度尺寸見表47。

表47 各種不同樹脂的排氣槽深度 mm

(2）分型面排氣 對于小型模具可利用分型面間隙排氣，但分型面需位于熔體流動末端，如圖281所示。通常，排氣槽最好加工成彎曲狀，其截面由細到粗逐漸加大，這樣可以降低塑料熔體從排氣槽溢出時的動能，同時還能降低塑料熔體溢出時的流速，以防發(fā)生工傷事故 。

通常，選擇排氣槽的開設位置時，應遵循以下原則。

a.排氣槽的排氣口不能正對操作者，以防熔料噴出而發(fā)生工傷事故。

b.排氣槽最好開設在分型面上，因為在分型面上如果因設排氣槽而產(chǎn)生飛邊，易隨制件脫出。一般情況下，排氣槽設在分型面凹模一側(cè)，以便于模具加工及清模方便。

圖281 分型面上的排氣精形式

c.排氣槽應盡量開設在塑料熔體最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的終端。在確定澆口的位置時，同時還要考慮排氣槽的開設是否方便。

d.排氣槽最好開設在靠近嵌件和制件壁最薄處，因為這樣的部位最容易形成熔接痕，宜排出氣體，并排出部分冷料。

e.若型腔最后充滿部位不在分型面上，其附近又無可供排氣的推桿或活動型芯時，可在型腔相應部位鑲嵌燒結的多孔金屬塊，以供排氣。

f.高速注射薄壁型制件時，排氣槽設在澆口附近，可使氣體連續(xù)排出。

(3）利用型芯、推桿、鑲件等的間隙排氣。

a.型芯或型腔排氣如圖282(a)所示。對于組合式的型芯或型腔可利用其拼合的縫隙排氣。

b.推桿排氣如圖282(b)所示。在推桿槽上設置排氣槽。由于推桿是運動零件可達到自清理效果，其效果較好。

c.鑲件排氣如圖282(c)所示。它是利用成型鑲件的配合間隙進行排氣。

圖282 利用間隙排氣

d.燒結合金塊排氣如圖283所示。采用燒結合金塊排氣時，由于燒結合金塊的熱導率低，不能使其過熱，否則易產(chǎn)生分解物而堵塞氣孔。

圖283 利用燒結合金塊排氣

(4）利用負壓法排氣 在型芯之問加工冷卻回路時，不設置密封裝置。利用冷卻回路內(nèi)的負壓通水，使水道內(nèi)的冷卻水壓力低于大氣壓，從而將氣體排入冷卻水道。

5.8.3 引氣系統(tǒng)

排氣是制件成型的需要，而引氣是制件脫模的需要。對于大型深殼塑料制件，注塑成型后，型腔內(nèi)氣體被排除。制件表面與型芯表面之問在脫模過程中形成真空，難于脫模。若強制脫模，制件會變形或損壞，因此，必須設引氣裝置。

由于熱固性塑料制件在型腔內(nèi)的收縮小，特別是不采用鑲拼結構的深型腔，在開模時空氣無法進入型腔與制件之間，使制件附黏在型腔的情況比熱塑性塑料制件更為嚴重，因此，必須引人氣體，使制件順利脫模。

常見的引氣裝置形式有以下幾種 。

(1）利用排氣間隙 在模具成型零件分型面配合間隙排氣的場合，排氣間隙即為引氣間隙，見圖282。

(2）鑲嵌式側(cè)隙引氣 鑲塊或型芯與其他成型零件為過盈配合時，空氣無法引入型腔，若配合間隙放大，則鑲塊的位置精度低，所以考慮在鑲塊側(cè)面的局部開設引氣槽，并延續(xù)到模外。當制件接觸部分槽深不大于0.05 mm，以免整料堵塞，而延長部分深度為0.2～0.8 mm，如圖284 所示。

圖284 鑲嵌式側(cè)隙引氣

(3）氣閥式引氣 如圖285所示，開模時推件板3將制件推出，制件與型芯之間形成真空，將止回閥2吸開，空氣便能引人，而當熔體注射充模時，由于熔體壓力和彈簧1的作用力將止回閥關閉。此種方式比較理想，但閥芯與閥座之間需研磨，加工要求高。

圖285 氣閥式引氣

5.9 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)

5.9.1 簡介

在注塑成型過程中，模具的溫度直接影響到塑件成型的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，模具的溫度要求也不同。一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200℃左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時其溫度在60℃以下，溫度降低是由于模具通人冷卻水，將熱量帶走了。普通的模具通入常溫的水進行冷卻，通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。這種冷卻方法一般用于流動性好的低熔點塑料的成型。為了縮短成型周期，還可以把常溫的水降低溫度后再通入模內(nèi)。因為成型周期主要取決于冷卻時問，用低溫水冷卻模具，可以提高成型效率。不過需要注意的是，用低溫水冷卻，大氣中的水分可能在型腔表面凝聚，即會影響制件質(zhì)量。

流動性差的塑料如聚碳酸酷、聚苯醉、聚甲醛等，要求模具溫度高。若模具溫度過低則會影響塑料的流動，增大流動剪切力，使塑件內(nèi)應力較大，甚至還會出現(xiàn)冷流痕、銀絲、注不滿等缺陷。尤其是當冷模剛剛開始注射時，這種情況更為明顯。因此，對于高熔點、流動性差的塑料，流動距離長(相對壁厚而言)的制件，為了防止填充不足，有時也在水管中通入溫水或把模具加熱。但模具溫度也不能過高，否則要求冷卻時問延長，且制件脫模后易發(fā)生變形。總之，要做到優(yōu)質(zhì)、高效率生產(chǎn)，模具必須能夠進行溫度調(diào)節(jié)，應根據(jù)需要，進行設計。

5.9.1.1 模具溫度與塑料成型溫度的關系

注入模具的熱塑性熔融塑料，必須在模具內(nèi)冷卻固化才能成為制件。所以模具溫度必須低于注入型腔的熔融塑料溫度，并為了提高成型效率，一般通過縮短冷卻時間來縮短成型周期。雖然模具溫度越低，冷卻時間就越短。但是這種規(guī)則不能適用于所有的塑料。因塑料自身的性質(zhì)及制件要求的性能各不相同，要求的模具溫度也各不相同。必須根據(jù)不同的要求，選擇適當?shù)臏囟取Ｅc各種塑料相適應的模具溫度見表48。

表48 各種理料的成型溫度與模具溫度 ℃

5.9.1.2 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響

質(zhì)量優(yōu)良的塑料制件應滿足六個方面的要求，即收縮率小、變形小、尺寸穩(wěn)定、沖擊強度高、耐應力開裂性好和表面光潔。

采用較低的模溫可以減小塑料制件的成型收縮率。

模溫均勻、冷卻時問短、注射速度快可以減小塑件的變形。其中均勻一致的模溫尤為重要，但是由于塑料制件形狀復雜、 壁厚不一致、 充模順序先后不同，常出現(xiàn)冷卻不均勻的情況。為了改善這一狀況，可將冷卻水先通入模溫最高的地方，甚至在冷得快的地方通溫水，慢的地方通冷水，使得模溫均勻，塑件各部位能同時凝固。這不僅提高了制件質(zhì)量，也縮短了成型周期。但由于模具結構復雜，要完全達到理想的調(diào)溫往往是困難的 。

對于結晶型塑料，為了使塑件尺寸穩(wěn)定應該提高模溫，使結晶在模具內(nèi)盡可能地達到平衡。否則，塑件在存放和使用過程中，由于后結晶會造成尺寸和力學性能的變化（特別是玻璃化溫度低于室溫的聚烯烴類塑件），但模溫過高對制件性能也會產(chǎn)生不好的影響。

結晶型塑料的結晶度還影響塑件在溶劑中的耐應力開裂能力，結晶度愈高該能力愈低，故降低模溫是有利的。但是對于聚碳酸酯一類的高黏度非結晶型塑料，耐應力開裂能力和塑件的內(nèi)應力關系很大，故提高充模速度、減少補料時間及采用高模溫是有利的。

實驗表明高密度聚乙烯沖擊強度受充模速度影響很大，特別在澆口的附近，高速注射的制件較低速注射的制件在澆口附近沖擊強度高l/4，但模溫影響較小，以采用較低的模溫（45～54℃）為宜。

對塑件表面粗糙度影響最大的除型腔表面加工質(zhì)量外就是模具溫度，提高模溫能大大改善塑件表面狀態(tài)。

上述六點要求有互相矛盾的地方，在選用時應根據(jù)使用情況側(cè)重于滿足塑件的主要要求。

5.9.1.3 對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求

前面已經(jīng)介紹了溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要性，因此，希望設計溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，能滿足下面要求。

（1） 根據(jù)塑料的品種，確定溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是采用加熱方式還是冷卻方式。

（2）希望模溫均一，塑件各部同時冷卻，以提高生產(chǎn)率和提高塑件質(zhì)量。

（3）采用低的模溫，快速、大流量通水冷卻一般效果比較好。

（4）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)要盡量做到結構簡單、加工容易、成本低廉。