洪慎章

(上海交通大學(xué)塑性成形技術(shù)與裝備研究院，上海 200030)

（接上期）

5.7.3 液壓或氣壓抽芯機(jī)構(gòu)

側(cè)芯的移動(dòng)是靠液體或氣體的壓力，通過(guò)液壓缸（或氣缸）、活塞及控制系統(tǒng)而實(shí)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(kāi)模羊使側(cè)芯移動(dòng)，然后再開(kāi)模。這種結(jié)構(gòu)沒(méi)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(méi)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(dòng)。

圖272 氣壓抽芯

圖273所示為鎖緊裝置的液壓抽芯機(jī)構(gòu)，側(cè)芯在動(dòng)模一邊。開(kāi)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(fù)位后，側(cè)芯理復(fù)位。液壓抽芯可以單獨(dú)控制型芯的運(yùn)動(dòng)，不受開(kāi)模時(shí)間和推出時(shí)間的影響。

圖273 液壓抽芯機(jī)構(gòu)

圖274所示為液壓抽長(zhǎng)型芯機(jī)構(gòu)。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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。并且當(dāng)側(cè)芯很長(zhǎng)、抽拔距很大時(shí)，用斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)也不合適，用液壓抽出比較好，液壓抽芯抽拔力大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。

5.7.4 手動(dòng)分型抽芯機(jī)構(gòu)

手動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)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(dòng)強(qiáng)度很大，生產(chǎn)率很低，但是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，縮短了模具加工周期，降低了制造成本，所以有時(shí)還采用。

手動(dòng)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(dòng)分型抽芯和模外手動(dòng)分型抽芯兩種。

圖274 液壓抽長(zhǎng)型芯機(jī)構(gòu)

5.7.4.1 模內(nèi)手動(dòng)分型抽芯機(jī)構(gòu)

模內(nèi)手動(dòng)分型抽芯機(jī)構(gòu)指在開(kāi)模前，用手搬動(dòng)模具上的分型抽芯機(jī)構(gòu)完成抽芯動(dòng)作，然后再開(kāi)模，推出塑件。手動(dòng)分型抽芯機(jī)構(gòu)多利用絲杠、斜槽或齒輪裝置。

(1）絲杠手動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu) 利用絲杠和螺母的配合，使型芯退出，絲杠可以一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊抽出，也可以只作轉(zhuǎn)動(dòng)，由滑塊移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)抽芯動(dòng)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(shí)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(shí)，用斜楔鎖緊來(lái)確保成型孔深的尺寸精度。

圖275 絲杠手動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)

(2）手動(dòng)斜槽分型抽芯機(jī)構(gòu) 其動(dòng)作原理和機(jī)動(dòng)斜槽分型一樣，只是用人力使轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖276所示為手動(dòng)多芯抽拔結(jié)構(gòu)，圖276(a)是偏心轉(zhuǎn)盤(pán)的結(jié)構(gòu)，圖276(b)是偏心滑板的結(jié)構(gòu)。其適用于抽拔距不大的小型芯，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。

圖276 手動(dòng)多芯抽拔結(jié)構(gòu)

(3）手動(dòng)齒輪抽芯機(jī)構(gòu) 手動(dòng)齒輪抽芯是通過(guò)齒輪與齒輪的傳動(dòng)或齒輪與齒條的傳動(dòng)使型芯抽出。圖277(a)所示是用于大塑件的錐齒輪抽芯結(jié)構(gòu)。一模一件。圖277(b)所示為一腔幾件的錐齒輪抽芯結(jié)構(gòu)。圖278所示為齒輪齒條抽芯機(jī)構(gòu)。開(kāi)模后，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄3，齒輪4帶動(dòng)齒條型芯2抽出。由于齒條無(wú)自鎖作用，齒條型芯復(fù)位后由鎖緊楔1鎖住型芯。

圖277 錐齒輪抽芯機(jī)構(gòu)

圖278 齒輪齒條抽芯機(jī)構(gòu)

5.7.4.2 模外手動(dòng)分型抽芯機(jī)構(gòu)

模外手動(dòng)分型抽芯機(jī)構(gòu)是指鑲塊或型芯和塑件一起推出模外，然后用人工或簡(jiǎn)單的機(jī)械將鑲塊從塑件上取下的結(jié)構(gòu)。塑件受到結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)時(shí)，可以采用模外手動(dòng)分型抽芯機(jī)構(gòu)，如圖279所示。這種結(jié)構(gòu)必須既要便于取件，又要有可靠的定位，防止在成型過(guò)程中鑲塊產(chǎn)生位移，影響塑件的尺寸精度。圖279(a)所示機(jī)構(gòu)利用活動(dòng)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(jī)構(gòu)在活動(dòng)鑲塊上設(shè)一個(gè)平面與分型面相平，在閉模時(shí)，分型面將活動(dòng)鑲塊壓緊。圖279(c)所示機(jī)構(gòu)的活動(dòng)鑲塊用斜面與凸模配合，注射壓力將活動(dòng)鑲塊壓緊。圖279(d)所示機(jī)構(gòu)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(dòng)鑲塊形式。開(kāi)模后，活動(dòng)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(dòng)鑲塊。當(dāng)不能采用前幾種定位形式時(shí)，可用圖279(e)所示機(jī)構(gòu)。開(kāi)模后，斜楔3與定位銷(xiāo)固定板2脫離，在彈簧的作用下，定位銷(xiāo)4抽出后開(kāi)始推出塑件。閉模過(guò)程是推桿6復(fù)位后，將活動(dòng)鑲塊5放入模內(nèi)，然后合模，定位銷(xiāo)在斜楔的作用下插入活動(dòng)鑲塊的孔內(nèi)，起定位作用。

5.8 排氣機(jī)構(gòu)及引氣系統(tǒng)

注塑成型模具的排氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)很重要的問(wèn)題，對(duì)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(shù)脂來(lái)說(shuō)尤為重要。因此，在設(shè)計(jì)模腔結(jié)構(gòu)與澆注系統(tǒng)時(shí)，必須考慮如何設(shè)置排氣機(jī)構(gòu)，以保證制件不因排氣不良而發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題。

5.8.1 排氣機(jī)構(gòu)的作用

在塑料熔體填充注射模腔過(guò)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(guò)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(xué)反應(yīng))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(guò)程中，還會(huì)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(shí)，還會(huì)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(huì)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(shí)) ；同時(shí)，部分氣體還會(huì)在壓力作用下滲進(jìn)塑料中去，使制件產(chǎn)生氣泡及組織疏松等廢品。由此可見(jiàn)，模腔內(nèi)氣體必須及時(shí)排出，否則，將會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。

5.8.2 排氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖279 模外手動(dòng)分型抽芯機(jī)構(gòu)

(1) 排氣槽排氣 對(duì)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(kāi)設(shè)排氣槽，排氣槽的位置以處于熔體流動(dòng)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(zhǎng)度l=0.7～l.0 mm，此后可加深到 0.8～1.5 mn。各種不同樹(shù)脂的排氣槽深度尺寸見(jiàn)表47。

表47 各種不同樹(shù)脂的排氣槽深度 mm

(2）分型面排氣 對(duì)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(dòng)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(xì)到粗逐漸加大，這樣可以降低塑料熔體從排氣槽溢出時(shí)的動(dòng)能，同時(shí)還能降低塑料熔體溢出時(shí)的流速，以防發(fā)生工傷事故 。

通常，選擇排氣槽的開(kāi)設(shè)位置時(shí)，應(yīng)遵循以下原則。

a.排氣槽的排氣口不能正對(duì)操作者，以防熔料噴出而發(fā)生工傷事故。

b.排氣槽最好開(kāi)設(shè)在分型面上，因?yàn)樵诜中兔嫔先绻蛟O(shè)排氣槽而產(chǎn)生飛邊，易隨制件脫出。一般情況下，排氣槽設(shè)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(yīng)盡量開(kāi)設(shè)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(shí)，同時(shí)還要考慮排氣槽的開(kāi)設(shè)是否方便。

d.排氣槽最好開(kāi)設(shè)在靠近嵌件和制件壁最薄處，因?yàn)檫@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(wú)可供排氣的推桿或活動(dòng)型芯時(shí)，可在型腔相應(yīng)部位鑲嵌燒結(jié)的多孔金屬塊，以供排氣。

f.高速注射薄壁型制件時(shí)，排氣槽設(shè)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(duì)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(shè)置排氣槽。由于推桿是運(yùn)動(dòng)零件可達(dá)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(jìn)行排氣。

圖282 利用間隙排氣

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

圖283 利用燒結(jié)合金塊排氣

(4）利用負(fù)壓法排氣 在型芯之問(wèn)加工冷卻回路時(shí)，不設(shè)置密封裝置。利用冷卻回路內(nèi)的負(fù)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(duì)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(wèn)在脫模過(guò)程中形成真空，難于脫模。若強(qiáng)制脫模，制件會(huì)變形或損壞，因此，必須設(shè)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(jié)構(gòu)的深型腔，在開(kāi)模時(shí)空氣無(wú)法進(jìn)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(yán)重，因此，必須引人氣體，使制件順利脫模。

常見(jiàn)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(chǎng)合，排氣間隙即為引氣間隙，見(jiàn)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(guò)盈配合時(shí)，空氣無(wú)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(kāi)設(shè)引氣槽，并延續(xù)到模外。當(dāng)制件接觸部分槽深不大于0.05 mm，以免整料堵塞，而延長(zhǎng)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(kāi)模時(shí)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(kāi)，空氣便能引人，而當(dāng)熔體注射充模時(shí)，由于熔體壓力和彈簧1的作用力將止回閥關(guān)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(jiǎn)介

在注塑成型過(guò)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(shí)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(jìn)行冷卻，通過(guò)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(dòng)性好的低熔點(diǎn)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?yàn)槌尚椭芷谥饕Q于冷卻時(shí)問(wèn)，用低溫水冷卻模具，可以提高成型效率。不過(guò)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(huì)影響制件質(zhì)量。

流動(dòng)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(guò)低則會(huì)影響塑料的流動(dòng)，增大流動(dòng)剪切力，使塑件內(nèi)應(yīng)力較大，甚至還會(huì)出現(xiàn)冷流痕、銀絲、注不滿等缺陷。尤其是當(dāng)冷模剛剛開(kāi)始注射時(shí)，這種情況更為明顯。因此，對(duì)于高熔點(diǎn)、流動(dòng)性差的塑料，流動(dòng)距離長(zhǎng)(相對(duì)壁厚而言)的制件，為了防止填充不足，有時(shí)也在水管中通入溫水或把模具加熱。但模具溫度也不能過(guò)高，否則要求冷卻時(shí)問(wèn)延長(zhǎng)，且制件脫模后易發(fā)生變形?？傊龅絻?yōu)質(zhì)、高效率生產(chǎn)，模具必須能夠進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，應(yīng)根據(jù)需要，進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.9.1.1 模具溫度與塑料成型溫度的關(guān)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(guò)縮短冷卻時(shí)間來(lái)縮短成型周期。雖然模具溫度越低，冷卻時(shí)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(dāng)?shù)臏囟?。與各種塑料相適應(yīng)的模具溫度見(jiàn)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(duì)塑件質(zhì)量的影響

質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑料制件應(yīng)滿足六個(gè)方面的要求，即收縮率小、變形小、尺寸穩(wěn)定、沖擊強(qiáng)度高、耐應(yīng)力開(kāi)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(shí)問(wèn)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(fù)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(shí)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，要完全達(dá)到理想的調(diào)溫往往是困難的 。

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

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

實(shí)驗(yàn)表明高密度聚乙烯沖擊強(qiáng)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(qiáng)度高l/4，但模溫影響較小，以采用較低的模溫（45～54℃）為宜。

對(duì)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(diǎn)要求有互相矛盾的地方，在選用時(shí)應(yīng)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(duì)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(shè)計(jì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)，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(shí)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、成本低廉。