大角度斜顶结构分析及优化方案

姚达明

云浮技师学院（广东云浮 527300）

1 斜顶结构的基本组成

斜顶即是斜向顶出机构，是顶出和抽芯同时完成的结构，其基本组成是斜顶主体，导向块和斜顶座，如图1所示。模具顶出时，斜顶在导向块的限制下只能斜着向上移动，根据运动的分解可知，斜向运动L可以分解为竖直运动H和水平运动S，其中竖直运动H的作用是顶出，水平运动S的作用是侧抽芯。根据三角函数可知：

式中 T——塑件中的倒扣长度

2 斜顶在实际运用中出现的问题

在模具的实际生产过程中，会出现斜顶弯曲甚至断裂的情况。

通过具体的实例分析，一般是出现了以下两种情况：①塑件内的空间不足，斜顶薄弱导致弯曲；②塑件内的倒扣T值越大，斜顶倾角α或者顶出行程H也越大。设计者必须根据模具的具体情况，如模内空间，注塑机尺寸等，对α和H的取值做一个平衡。

图1 导向块和斜顶座

斜顶的弯曲变形可以理解为外力对斜顶的力矩超过了它的屈服强度。斜顶的屈服强度可以通过加大材料厚度或热处理的方式来增强，本文只讨论在斜顶本身屈服强度不变的情况下，在结构上进行优化改善。

3 受力分析

一个常规斜顶（见图2），顶出时受到竖直方向的力F，把斜顶看作一根杠杆，从斜顶座到导向块的距离就是杠杆长度L，由受力分析（见图3），可得斜顶受到的力矩M为：力矩等于垂直于杠杆的作用力乘杠杆长度或力矩等于作用力乘力臂，即

由公式可知，在作用力F不变的情况下，斜顶受到的力矩M与倾角α和长度L有关。再由正弦曲线（见图4）可知，α值越大，M值越大，斜顶也越容易被弯曲变形。

图2 斜顶

图3 斜顶受力分析

图4 斜顶受力正弦曲线

4 常用解决方案

4.1 DMS斜顶

DMS斜顶是标准斜顶（见图5），它的优点是将斜顶的水平滑动转变成斜顶座在销钉上的滑动，大幅减少了斜顶座滑动的摩擦力，使斜顶运动更顺畅，不易受力折弯。它的最大倾角可以做到18°，大于普通斜顶的12°，缺点是加工复杂，并受限于销钉直径，不能承受比较大的压力。

图5 DMS的标准斜顶

4.2 DME斜顶

这种是美国的标准件厂商DME公司采用的大角度斜顶方案（见图6、图7）。它同样将斜顶的水平滑动转变成斜顶座的滑动，不同的是增加了一支导向杆穿过斜顶座。导向杆的倾角跟斜顶一致，使原本作用在斜顶杆上的力矩转移到了导向杆身上。只要导向杆不弯曲，斜顶也不会损坏，最大角度可以做到30°。这种结构也有缺点：一是占据了大量的模具空间，会影响顶杆的位置排布；二是它的加工更复杂，精度要求高，费用比较昂贵。

图6 大角度斜顶方案

图7 大角度斜顶解剖图

5 斜顶结构优化方案

5.1 结构分析

斜顶座两侧做压脚，可以在顶杆板内水平滑动，另一侧通过T槽套在导向块上，导向块锁在固定板，T槽角度跟斜顶倾角α一致。顶出时，斜顶座只能沿着T槽斜向运动，同时带动斜顶斜向顶出，优化后斜顶结构如图8、图9所示。

图8 斜顶斜向顶出过程示意图

5.2 受力分析

在不改变斜顶角度α的情况下，为了减少它的力矩，可以改变作用力F的方向。由于斜顶座的运动方向跟斜顶方向一致，所以斜顶座对斜顶的作用力F平行于斜顶方向，此时作用力F跟运动方向L的夹角α=0，如图10所示。其力矩M=F×sinα×L=F×sin0×L=0。

图9 斜顶斜向顶出过程示意图

图10 斜顶斜向顶出受力示意图

6 结论

实际运用中由于装配间隙，摩擦力等因素，斜顶座运动有延迟，斜顶实际上受到的力矩也不可能为0。只要保证了斜顶杆适当的强度，在斜顶座和T形导向块不损坏的情况下，这个结构是很可靠的，它的优点也很明显，加工方便，占用空间小，能够很好的保证强度。在实际运用中，该斜顶倾角也可做到30°。