揭密导向顶出系统

作者:Injection Mold Consulting LLC Jim Fattori 文章来源:PT塑料网 发布时间:2021-03-12
本文揭示了何时、何处、如何以及为何使用模具的导向顶出系统。

安装了导销和导销套的顶出系统被称为导向顶出系统。该系统大大提高了模具的使用寿命,但同时也增加了成本。那么,模具何时需要安装导向顶出系统?何时又不需要安装呢?

为了回答这个问题,我们需要确定导向顶出系统有什么好处。简单的答案就是它们支撑、导向和对准顶出板,而顶出板又支撑、对准和导向复位销、顶销、套筒、顶片、提升器和任何其他连接的零部件。

导向顶出系统可防止重力将顶出板的重量转移到连接的模具部件上。这是该系统的支撑功能。它们还有助于防止顶出板翘起和粘滞,这通常是由于机器顶框连杆的长度不完全相同,或是由于偏离中心的顶出方式(由偏心的注道衬套造成),也或是由于非对称顶销布局(模具一侧的顶销比另一侧多)而引起。这是该系统的导向功能。更重要的是,它们确保顶销、套筒和顶片等都位于正确的位置,并且完全平行于模具中心线向前向后移动。这是该系统的对准功能。

为了更好地理解导向顶出系统的功能,还需要从极端的角度来考虑问题。设想一下,在35.5in(1in=25.4mm)×23.75in的标准模座中顶出板和顶出托板的总质量为350lb(1lb=0.4536kg)。如果没有导向顶出系统,则350lb由连接到顶出板的零部件支撑。这会使穿过型腔的顶销拉长,在成型部件上产生“向下毛刺”。这还将增加模具部件咬住、卡死、弯曲和过早磨损的几率。总之,导向顶出系统有助于防止成型部件报废,减少停机时间和模具维修成本。

模具何时需要安装导向顶出系统主要基于4个因素:1.模具的期望使用寿命(循环次数);2.顶出板的重量;3.顶出零部件的数量和复杂性;4.模芯嵌件的硬度。我看到许多非导向铝模在很短的时间内就出现脱模和溢料的问题。我不知道该模具的预期寿命是否会很短,或者是否为了降低模具成本。无论何种原因,大约在25000次循环后就会出现溢料和磨损问题。

一些模具制造商认为,复位销足以支撑顶出板。这种想法几乎总是不正确的。如果你曾经玩过跷跷板,就一定了解其机械优势。当枢轴点位于跷跷板的中心时,两端的力相等。但是,枢轴点越靠近其中一个端部,这端的力臂长度就越短,相对侧的力臂长度则越长,其机械优势就越明显。

现在,让我们来看看模具中的复位销,枢轴点位于支承表面的末端——离分模线不太远。顶出板的总重量作用于复位销的另一端。顶出板与该枢轴或支承点之间的距离越大,则机械上的优势就越大——受力大于350lb,容易导致磨损和损坏。采用长顶出行程和厚B板的模具要比短行程和薄B板的模具具有更大的机械优势。因此,后者更需要使用导向顶出系统。这应该成为模具是否需要导向顶出系统的第五个因素。

基于导向顶出带来的益处,大多数模座供应商都会选择这一附加系统。他们可能会建议顶销和衬套的尺寸与位置,而模具制造商可以选择指定最适合其模具设计的数量、尺寸、位置和安装方法。

从一家大型模座供应商对导向顶出系统提出的建议和规格中,我发现了一些有趣的事实。该供应商提供了43种不同的标准模座长度和宽度,从小至7.875in×7.875in一直到35.5in×23.75in。在这43种不同的尺寸中,只有3种包含两个导向顶出衬套,建议用于3种最小的模具。其余的尺寸则建议使用4个衬套。我从未见过具有4个以上导销和衬套的模具,但是我想非常大的模具可能会受益于使用6个甚至8个衬套。

即使较大模具中的衬套直径相应较大,为了支撑较重的顶出板,也必须考虑与机器顶出方式相关的衬套位置。如果顶出机构和导向顶出衬套之间的距离比较长,则存在顶出板弯曲的风险。如果顶出板很薄或者是用柔软的材料制成,那么顶出板弯曲就会发生。即使是标准厚度的钢板,这种情况也不罕见。这正是用更多的螺栓将顶出板连接到顶出托板通常是一个好主意的原因。

导向顶出系统精确地导向和对准顶出板的能力是基于两个主要因素:衬套的长度以及导向销和衬套之间的间隙。大多数导向顶出套有两种长度:1.5in和1.75in。导向销和衬套之间的间隙范围为0.0010~0.0020in。基于这些数值,最坏的情况下,1.5in衬套的最大角度为0.076°,1.75in衬套的最大角度为0.065°。这很好地说明模具中销和衬套的通孔和埋头孔所应具有的高精度。所有板的直线钻孔都有助于确保正确的位置和对准方式。

尽管精度很高,但在某些情况下可能仍需要更大的导向。一个常见的例子是当一副双腔成套制品模具仅运行其中一个型腔时,或者当模具仅有一个型腔偏移中心线时。无论机器的顶出形式如何,阻力都会试着使顶出板倾斜一定的角度。在这种情况下,使用更长的导向衬套有助于防止产生过早的磨损或擦伤。可能需要更厚的板或扩孔来允许更长的导向衬套——伸出到顶出板之外——完成整个顶出行程。注意:不要以为仅通过使用两个偏置的机器脱模杆就能防止这种情况的发生。磨损的不是模具的导向顶出系统,而是成型机的顶出系统。

由于圆柱形的导向销位于衬套稍大的圆柱形孔中,因此接触是线性的,而不是圆周的。线性接触要比圆周接触磨损得更快。显然,销和衬套的表面越硬,则磨损越少。标准导向销经过氮化处理,表面硬度为58~62RC(洛氏C硬度)。导向衬套可从市场上购买,有实心青铜制、青铜板制和自润滑的。这是你需要注意的地方。几家供应商都没有说明其衬套的硬度(令我气恼)。

模具制造商怎样来做出一个明智的决定呢?我也质疑其中一些供应商公布的规格。例如,一家供应商表示其非电镀实心青铜衬套的表面硬度为65~74 RC。不幸的是,虽然在产品目录中这样标明,但不意味着一定正确。大多数导向顶套的布氏硬度为90~180,甚至不及导销的硬度。实际上,它们甚至不在洛氏C等级上。你在市场上应寻找硬化钢质导向顶套(48~50RC),其内径表面镀有青铜,并带有内部油脂槽。这是我的建议。

一家模具零部件供应商最新推出了一种导向顶出衬套,该衬套在其内径上使用成排的滚珠轴承。根据直径,每个衬套有6~8排滚珠轴承。这是“线性”滚珠轴承的一种独特类型,成排的滚珠轴承与衬套的中心线成小角度而非平行。因此,围绕导销周长有数十个接触点,代替了与导销单独的线性接触。球轴承硬化至60~62 RC可能是一个问题,因为它们通常位于具有相同表面硬度的氮化导销之上。对于该衬套,最好使用角形销来代替导销。大多数(但不是全部)市售的角形销,其氮化表面硬度为65~74 RC。

我在水口推板、三板和浮板模具中使用了线性滚珠衬套。它们非常精确。我唯一的问题是如何使它们工作得更好,以很小的力就能运动。如果打开模具过快,或者在行程结束时这些板没有缓冲,它们甚至可以“跳起”。这将是一个安全隐患,并且可能是大多数模具零部件供应商不再提供它们的原因之一。

然而,滚珠衬套对导向顶出系统来说是一个绝佳的应用。我唯一关心的是需要良好的润滑——用油而不是油脂。油脂比油更容易保留灰尘,这样就会影响衬套的使用寿命。就像你可能知道或经历过的那样,在自润滑的封顶钢衬套上涂油脂会导致其过早磨损。这样的问题也出现在滚珠轴承上。在洁净室中,将滚珠衬套用于医用产品的模具是没有问题的。

主要有两种方法用来安装导向顶出系统的导销。它们各有优点和缺点。第一种方法如图1所示,将导销安装到顶出板的背面(如果顶出板和导轨焊接在一起,则安装到顶出空间中)。作为B系列模座最常用的方法,这种方法更快,更容易安装。实际上,该方法还消除了水路、螺栓、互锁装置和型芯插入件等常见问题。这种方法的缺点是,当你移除容留导销的夹板时,顶出板就失去了支撑,导致所有的重量都在销上。如果将顶出板移至其完全向前的位置,通常可以解决此问题。

pt1020-khtooling-fig-1

图1 夹板上的导销

另一种方法是从B托板的前面安装导销,假定此托板是一个层积的A系列模座(如图2所示)。该方法的好处是精密工具制造商可以更容易、更快速和更安全地清洁顶出系统、更换销和重新组装。这种方法也有一个小的缺点。当你移除夹板、顶出板和顶出销时,导销仍从B托板的背面伸出。这使得安全翻转模具的背面变得有点困难。

pt1020-khtooling-fig2

图2 B托板中的导销

几乎所有的导销和定位销都有一个过大或压合的台肩——通常比标称值高0.0005~0.0010in。该肩部的长度随销直径和制造商的不同而变化。请注意,根据压合的长度,衬套可能会受到干扰。如果确实发生干扰,只需磨掉部分压合区域即可。对于那些想要做到最好的模具制造商,则需要磨掉所有的压合台肩,并将进入孔的孔径减小0.0005in。为了便于安装,可能需要冷冻销及加热板。成功安装后,获得的支承来自板的整个厚度。

有一个问题会对两种安装方法造成影响。模具是在室温(20℃)下制造的,但很少在此温度下运行。举例来说,假设模具尺寸为35.5in×23.75in,并且用热油在149℃下运行工程级材料。顶出板通常用SAE 1030钢制成,其热膨胀系数为6.5×10-6。这样,型腔和阳模板在宽度上将扩大0.036in,在长度上增加0.054in。然而顶出板几乎不会膨胀,而且很有可能开始受到束缚。至少,芯子上的顶销孔开始伸长,你可能永远不会发现,直到部件开始发生向下溢料。

解决这个潜在问题的方法是使用较厚的顶出板并在其中钻一些冷却腔道。这可以解决热膨胀问题。另外,最好将导销安装在A系列模座的B托板上,并在顶出板上留出足够的间隙以匹配导销之间的膨胀。这样,顶出板将不会被明显加热,而是将热量缓慢转移到机器的动模板上。你也可以在夹板的背面添加一块绝热板。请记住,绝热板只会降低传热速度,而不会阻止热传递。

如果将导销安装在夹板中,但不进入B板的背面(如图3所示),则在导销和导销套之间可能就没有热膨胀问题,但是对于复位销、顶销、套筒和顶片等,仍然会有相同的膨胀问题。此外,当仅固定导销的一端而不是两端时,会失去很大的承载能力。

pt1020-khtooling-fig-3

图3 导销仅在一端被支撑


在一个预装了导向顶出系统的模座中,通常是衬套与前顶出托板滑动配合,并压入后顶出板。而许多模具制造商希望改变这种状况。虽然在较厚的顶出板上有更大的支承表面,但会使模具组装和拆卸变得很困难(也很危险)。如果将衬套压入顶出托板中,模具制造商就可以轻松地卸下顶出板,而无需将顶出托板的重量施加到顶销上。定向顶销的任何小键或销被撞出的机会也更少。无论选择哪种方式,在顶出板中添加2个或4个螺孔都是有益的。然后,你可以拧入标准螺栓来分开或“顶起”定位销板。这比使用撬棒(假设这些板有撬棒槽)要柔和得多。

如果顶出的可用空间存在问题,则导销也可以用作支撑柱(如图4和5所示)。使用一个与你所需的支撑量相对应的衬套尺寸。图4所示的设计可用于小型模具,例如MUD嵌件模具。

pt1020-khtooling-fig4

图4 一端得到支撑的支撑柱/导销

pt1020-khtooling-fig-5

图5 两端得到支撑的支撑柱/导销

图5所示的设计在两端均得到支撑,最适合于带有较重板的大型模具。无论使用哪种方法,请确保将支撑柱/导销氮化以延长使用寿命。氮化导销和定位销的中心足够柔软(约25~35 RC),可以轻松进行加工。

0
-1
收藏
/
正在提交,请稍候…