注射模中大角度下坡斜頂抽芯機構設計

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1、注射模中大角度下坡斜頂抽芯機構設計 楊海天，趙建亮，張彥書，王丁強 （青島中科昊泰新材料科技有限公司，山東 青島 266300） 摘要：根據塑件倒扣特點設計了一種大角度下坡斜頂抽芯機構，闡述了機構的組成及工作過程，對機構 的關鍵技術參數進行了理論研究，利用 UG 軟件的運動仿真模塊對機構進行運動學分析，通過仿真動 畫觀察機構的運動過程。經理論研究和試驗證明：機構設計合理，簡化了模具結構，降低了制造成本， 為模具設計提供了技術支持。 關鍵詞：注射模；倒扣；斜頂組塊；滑座；抽芯機構 中圖分類號：TG241 文獻標識碼：B 文章編號：1001-2168（2013）07-0043-0

2、4 Large-angle sloped lifter core-pulling mechanism in injection mould YANG Hai-tian, ZHAO Jian-liang, ZHANG Yan-shu, WANG Ding-qiang (Qingdao Zhong Ke Hao Tai New Material Science & Technology Co., Ltd., Qingdao, Shandong 266300, China） Abstract: According to the undercut characteristic of

3、the plastic part, a large-angle sloped lifter core-pulling mechanism was designed. The components and working process of the core-pulling mechanism were stated. The theoretical study about the critical technology pa? rameters was made. The kinematics of the mechanism was simulated by the motion s

4、imula? tion module of UG software, through which the motion process can be animated in detail. Theoretical analysis and experimental results showed that the structure is reasonable and simplified largely. Key words: injection mould; undercut; lifter; slider; core-pulling mechanism 1 引 言 在注射模開

5、模方向上，當塑件內部有較大尺寸 的倒扣而無法強制脫模時，通常采用斜頂桿抽芯機 構來實現塑件頂出及脫模[1]。常見的斜頂抽芯機構 一般用于水平抽芯或小角度下坡抽芯，角度一般不 超過 30°[2]。如遇到圖 1 所示的結構，當塑件局部倒 扣抽芯方向與水平方向的夾角大于 30°時，采用普 通的斜頂抽芯機構成型塑件存在一定的缺陷，容易 導致抽芯過程中運動部件卡死，造成模具動作不可 靠，易折斷斜頂桿，影響模具的生產效率，加大了模 具維修成本及生產成本，成型這種結構的塑件必須 采用合理的抽芯方案。 現針對圖 1 所示的塑件倒扣特點，設計了一種 能實現大角度下坡抽芯的斜頂機構，它結合各零件 圖 1

6、 塑件局部倒扣 運動的規(guī)律，將斜頂機構沿開模方向的運動轉化為 相對塑件沿抽芯方向的運動，順利完成了抽芯和復 位。經試驗，該結構既可以實現大角度斜向抽芯又 方便加工裝配，安全可靠。 2 斜頂組塊抽芯機構組成及工作過程 2.1 機構組成 圖 2 所示是大角度下坡斜頂組塊抽芯機構簡 圖，該機構主要由斜頂組塊、T 型塊、滑座、二次導向 桿及滑座斜導柱等組成。斜頂組塊由斜頂塊 3 和斜 ————————————— 收稿日期：2013-03-08。 作者簡介：楊海天（1977-），男（漢族），山東青島人，工程師，主要 從事注射模設計工作。 44

7、 模具工業(yè) 2013 年第 39 卷第 7 期 頂桿 5 組成，二者由鎖緊塊 4 固定在一起，鎖緊塊 4 底端用螺釘固定在 T 型塊 9 上，T 型塊 9 靠 T 型塊壓 板 15 壓緊在滑座 10 的斜面上。T 型塊 9 和滑座 10 分別由二次導向桿 8 和滑座斜導柱 7 進行導向，二 次導向桿 8 用螺釘固定在底板 13 上，頂端用定位塊 6 固定在動模板2 上。 相對于塑件沿抽芯角度的方向運動。 開始頂出瞬間，斜頂組塊起到一定的頂出作 用，隨著塑件向上頂出，斜頂組塊相對于塑件向下 運動，整個運動過程中，塑件靠推桿頂出，斜頂組塊 不再起頂出作用。 3 關鍵技術參數確定

8、 機構設計的關鍵在于如何根據抽芯角度值來 合理確定其他各個角度的參數值。圖 3 所示為各個 角度參數的關系圖，其中 H 為頂出距離，θ 為抽芯角 度，φ 為滑座斜面角度，α 為斜頂桿角度，β 為滑座 斜導柱角度，x1 為斜頂組塊 X 方向位移，x2 為滑座 X 方向位移，x3 為 T 型塊相對于滑座水平方向運動 距離，z1 為斜頂組塊相對于塑件在 Z 方向的位移，z2 為斜頂組塊在Z 方向的絕對位移。 圖 2 下坡斜頂組塊抽芯機構 1. 塑件 2. 動模板 3. 斜頂塊 4. 鎖緊塊 5.斜頂桿 6.定位塊 7.滑座斜導柱 8.二 次導向桿 9.T 型塊 10.滑

9、座 11.推桿固 定板 12. 推板 13. 底板 14. 推桿 15.T 型塊壓板 2.2 工作過程 機構工作過程：通過 T 型塊沿滑座斜面的向下 運動實現斜頂組塊相對于塑件沿抽芯方向的運 動?；睂е淖饔檬羌哟罅?T 型塊和斜頂組塊 的下降速度，從而加大了頂出方向的運動距離，相 對就減小了水平方向的運動距離，實現了塑件脫 模。二次導向桿對斜頂桿起到保護和導向的作用， 防止斜頂桿因頂出距離太大而折斷。 開模時，注塑機頂出桿作用在推板 12 上，滑座 10 在推板 12 的作用下向上運動，同時在滑座斜導柱 7 的作用下相對于推板 12 又向右滑動。T 型塊 9、斜 頂

10、塊 3 和斜頂桿 5 在滑座 10 和二次導向桿 8 的作用 下沿斜頂桿方向向上運動，相對于滑座 10 沿其斜面 方向向下滑動，塑件在推桿 14 的作用下被向上頂 出。通過各零件的相對協(xié)調運動，實現了斜頂組塊 圖 3 抽芯機構各角度參數 3.1 抽芯角度 根據設計經驗，抽芯角度越小越好。圖 4 所示， θ 為在保證斜頂組塊抽芯時與塑件不發(fā)生干涉情 0 況下的最小抽芯角度，為保證最小頂出距離和各機 構滑動的角度盡量小，實際抽芯角度應比最小抽芯 角度大 2°~3° ，在該設計方案中，θ 取整數值64°。 圖 4 抽芯角度 模具工業(yè) 2013

11、年第 39 卷第 7 期 45 x1 = 20.62 mm，z1 = 41.86 mm，z2 = 148.14 mm 根據 x1 和 z1 的值求出抽芯角度 θ : θ = arctan(z1 /x1) = arctan(41.86/20.62) = 63.78°（9） 總 結 得 出 該 機 構 各 個 關 鍵 角 度 參 數 值 ： θ = 63.78°，φ = 25°，β = 20°，α = 8° 。 從以上各個角度的計算過程可以看出，通過改 變 α、β、φ 的值可以滿足不同 θ 的抽芯運動。經 驗證，該機構可以實現抽芯角度為 0 < θ < 90° 。 3.2 斜頂

12、桿角度 塑件水平方向倒扣距離為 14.88 mm，根據塑件 的倒扣尺寸及其他特征，確定推桿頂出距離 H=190 mm。根據設計經驗，斜頂組塊水平退出的安全距 離為 3~5 mm[3]，由此預設定斜頂組塊在 X 方向的位 移為 x1=20 mm，見圖 3 所示。根據三角函數關系算 出斜頂組塊相對于塑件在Z 方向的位移為： z1 = x1 tan θ = 20 × tan 64° = 41 mm 則斜頂組塊在Z 方向的絕對位移為: z2 = H - z1 = 190 - 41 = 149 mm （1） （2） 4 運動仿真 UG 的運動仿真模塊可以進行機構的干涉分 析，跟蹤零件的

13、運動軌跡，分析機構中零件的速度、 加速度、作用力、反作用力和力矩等。運動仿真的 分析結果可以指導修改零件的結構設計[5]?；?UG 軟件的運動仿真模塊對該抽芯機構進行運動學 分析，通過仿真動畫來觀察抽芯機構的運動過程， 檢查各運動零件是否干涉及斜頂組塊抽芯時是否 與塑件發(fā)生干涉。 根據圖 3 所示的三角函數關系算出斜頂桿角 度: α = arctan(x1 /z2) = arctan(20/149) = 7.65° （3） 為加工方便，斜頂桿角度取整數 8° 。根據斜頂 桿的角度逆推算出斜頂組塊在 X 方向實際水平位移 為x1=20.73 mm，則z1=42.5 mm，z2=1

14、47.5 mm。 3.3 滑座斜導柱角度 滑座斜面的角度一般不大于 25° [4]，在該方案 中，假設滑座斜面角度 φ = 25° ，并依此來推算滑座 斜導柱的角度 β 值。 T 型塊是沿滑座斜面運動的，T 型塊相對于滑 座水平方向的運動距離 x3 為 T 型塊水平方向的運 動距離 x1 和滑座水平方向運動距離 x2 之和，T 型塊 相對于滑座 Z 方向的運動距離為斜頂組塊相對于塑 件 Z 方向的退出距離 z1 ，所以根據圖 3 所示的三角 函數關系算出滑座在X 方向的位移為: 4.1 創(chuàng)建連桿 為簡化運動仿真步驟，將沒有相對運動的 2 個 組件簡化為一個連桿[6]，運動仿真模型

15、共創(chuàng)建 4 個連 桿，標號為 L001~L004，其中 L001 是注塑機頂出桿、 推板、推桿固定板、推桿及塑件。L002 為滑座，L003 是 T 型塊和斜頂組塊，L004 是二次導向桿、滑座斜 導柱和底板。 4.2 創(chuàng)建運動副 模型創(chuàng)建 6 個運動副，標號為 J001~J006。J001 為 L001 向上的頂出運動，J002 為 L004 的固定副， J003 為 L002 相對于推桿固定板水平方向的滑動， J004 為 L002 沿滑座斜導柱的滑動，J005 為 L003 沿 滑座斜面的滑動，J006 為 L003 沿二次導向桿的滑 動。 x3 = z1 / tan φ = 42

16、.5/ tan 25° = 91.14 mm x2 = x3 - x1 = 91.14 - 20.73 = 70.41 mm （4） （5） 由于滑座是在滑座斜導柱的導向作用下運動， 滑座在 Z 方向的位移為頂出距離 190 mm，則根據圖 3 所示的三角函數關系，可以算出滑座斜導柱角度 為: β = arctan(x2 /H) = arctan(70.41/190) = 20.33° （6） 為 方 便 加 工 ，滑 座 斜 導 柱 的 角 度 取 整 數 值 β = 20° ，同時取滑座的斜面角度 φ = 25° ，斜頂桿角 度 α = 8° ，則根據圖 3 所示逆推得出

17、其余各個參數 值： 4.3 定義運動驅動 模型定義運動副 J001 沿 Z 方向做恒定運動，設 定初始位移為0，初速度為10 mm/s，加速度為0。 x2 = H tan β = 190 × tan 20° = 69.15 mm （7） 4.4 運動模擬 選擇解算方案命令，設定解算方案類型為常規(guī) 驅動，分析類型為動力學，時間為 19 s，步數 500 步。 在解算方案對話框中單擊確定進行解算，解算完成 ìtan φ = z1 /x3 = z1 /(x1 + x2) ? ísin α = x1 /z2 （8） ? ?z1 + z2 = H 由各已知參數值，解方程（8）得

18、： 46 模具工業(yè) 2013 年第 39 卷第 7 期 后，單擊動畫控制對話框中的播放命令，通過運動 仿真動畫來觀察斜頂組塊抽芯機構的運動過程，如 圖5 所示。 通過運動仿真動畫可以發(fā)現，機構動作順暢， 在抽芯過程中沒有發(fā)生零件的干涉及斜頂組塊鏟 膠現象，機構設計合理。 （a）起始狀態(tài) （b）頂出距離 38 mm （c）頂出距離 76 mm （d）頂出距離 114 mm （e）頂出距離 152 mm 圖 5 大角度斜頂抽芯機構運動仿真 （f）頂出距離 190 mm 5 結束語 大角度斜頂組塊抽芯機構是一種新型的抽芯 組合機構，

19、合理地利用各零件的動作關系，將斜頂 組塊沿開模方向的運動轉化為斜頂組塊相對于塑 件沿抽芯角度方向的運動。機構解決了因抽芯角 度太大而無法實現斜頂組塊抽芯的問題，避免了大 角度斜頂組塊容易卡死的情況。該機構已成功應 用于汽車門板翻邊結構的成型，經理論分析和試驗 證明，機構設計合理、加工簡單、工作時運行可靠， 簡化了模具結構，降低了制造成本，提高了生產效 率，能很好地滿足模具的使用要求。 參考文獻： [1]黃能會,許樹勤.注射模具中特殊斜頂塊的設計技巧[J]. 模具工業(yè),2010,36(4):51-53. [2]付 偉,張 海.斜頂式 T 型塊機構在模具中的應用[J].工 程塑料應用,2008,36(2):62-64. [3]于 雷.長距離內抽芯機構設計[J].模具工業(yè),1999,25(9): 34-35. [4]廖志才.動模 T 型塊側向抽芯機構的改進設計[J].模具技 術,2012(4):35-37. [5]胡小康.UG NX6 運動分析培訓教程[M].北京:清華大學 出版社,2009:1-2. [6]王國義,南文虎,肖根先.基于 UG 運動仿真的汽車空調設 計[J].甘肅科技,2009,25(17):12-14. 歡 迎 登 錄 中 國 模 聚 網 ：