什么是模具设计中的拔模角度？

拔模角并非注塑成型的专利。它的重要性在各种工艺技术中都得到了体现。例如，在注塑成型中，拔模角对于在不造成损坏的情况下顺利顶出零件至关重要。同样，在压铸中，拔模角可防止铸件锁入模具。通过确保模具和成型零件不完全平行，拔模角提供了一个轻微的锥度，使零件更容易取出。这一概念适用于大多数涉及模具的制造工艺，突出了其普遍重要性。

今天，让我们来讨论一下这个重要的概念。

草稿角的含义

拔模角是指为方便取出成型部件而设计的模具角度。具体来说，它是模具表面在模具开口方向的角度。

谁来设计选角？

由于拔模角最终会反映在模具上，因此关于拔模角应该由结构工程师还是模具工程师设计的问题经常引起争论。目前，主要有两种方法：

在零件设计阶段，结构工程师应确保所有表面都有拔模角度（需要模具工程师评估的某些结构除外）。

结构工程师负责在外观表面和关键装配表面应用拔模角，而其他非关键表面则由模具工程师在加工过程中处理。 模具设计 基于经验。

这两种方法各有利弊，应根据具体情况做出选择：

对于第一种方法：

优点

确保无结构干扰，保持装配间隙和尺寸公差的设计要求，从而保证零件质量。

节省模具 DFM（可制造性设计）审查时间，避免后续质量纠纷。

缺点

要求结构工程师具有丰富的防霉经验；否则，设计的拔模角度可能不利于顺利脱模。

由于所有表面都需要一个拔模角，结构工程师的工作量随之增加，可能会延误工期紧张的项目。

原来的垂直表面在使用牵伸角后变得倾斜，使随后的结构改造变得复杂。

增加拔模角导致工程图纸中的干扰线增多，增加了注释错误的可能性。

对于第二种方法：

优点

节省了结构工程师的设计时间；经验丰富的模具工程师设计的拔模角度通常能确保顺利顶出。

简化了结构工程师后续的结构修改和工程图注释工作。

缺点

模具工程师可能不完全了解产品的功能要求，只从顶出的角度考虑问题，可能无法满足干涉、间隙、尺寸和强度等结构要求。

增加了模具工程师的工作量，因为他们通常会在添加拔模角之前先去除圆角，然后再重新添加圆角，这可能会导致新圆角与原始圆角之间存在差异。

拔模角的类型

拔模角可分为型腔拔模角和型芯拔模角，其区别在于 分界线 将型腔和型芯隔开。型腔中与顶出方向平行的表面需要型芯牵伸角，型芯中的表面需要型芯牵伸角。此外，如果模具有侧型芯 (升降机 和 滑动条)，这些都需要升降器牵引角和滑块牵引角，牵引方向跟随滑块的移动方向。

牵伸角的类型

牵伸方向一般以分型线为基准，以确保牵伸后的较大尺寸靠近分型线，便于顺利顶出。

使用分界线作为 DATUM

为什么要设计拔模角？

牵伸角是一种工艺结构。理论上，除非设计需要，否则产品结构不需要牵伸角。但是，由于注塑成型等成型工艺的限制，塑料产品在成型和冷却后需要从模具中取出。如果没有牵伸角，就很难从模具中取出塑料零件。试想一下，将堆叠在一起的塑料凳子从模具中分离出来都很困难，更不用说将没有牵伸角的塑料零件从模具中取出了。

为什么没有拔模角就很难从模具中取出塑料零件？

在注塑成型过程中，熔融树脂流入封闭的模具，并填充模芯与型腔之间的空腔。热塑性材料在冷却过程中往往会向模芯收缩，导致塑料部件紧贴模芯。此外，一些塑料可能会从模具型腔壁上微微拉开，但大多数塑料仍会与型腔壁接触。

在开模过程中，无论是塑件外表面接触型腔壁还是内表面接触型芯，塑件都会受到与顶出方向相反的摩擦阻力。摩擦力表示为 𝑓=𝜇×𝐹𝑛f=μ×Fn取决于接触面的粗糙度 (𝜇)μ)和 收缩应力 (𝐹𝑛Fn)，而这又与吃水角有关。

摩擦力、收缩应力和牵伸角之间的关系

通过设计牵引角，弹射方向的摩擦力 𝑓=𝜇×𝐹𝑛×cos𝛼f=μ×Fn×cosα 随着拔模角 𝛼 的减小而减小。α 增加。一般来说，牵伸角不是很大，因此对减少静摩擦力的作用有限。

真空吸力对注塑件的影响

拔模角的主要作用是确保塑件从模具中分离后，不再与模具接触，从而消除摩擦。如果没有拔模角，塑件在分离时会过渡到滑动摩擦，对于高光泽表面，型腔可能会形成真空，使塑件难以从型腔中完全分离。最糟糕的情况是粘在模腔上，导致塑件的核心结构在顶出时变形。

牵伸角度的好处

拔模角有时会造成利益冲突。注塑模具制造商喜欢较大的拔模角度，以方便顶出。另一方面，模具制造商发现，用拔模角度加工所有型腔和型芯表面是一项具有挑战性的任务，因为这会使原本可以用更简单的设备和更低的成本加工的简单特征变得复杂。产品设计师可能会发现，拔模角使零件设计复杂化并改变了外观。

尽管存在这些挑战，但确保注塑件达到所要求的质量标准至关重要。如果没有拔模角，注塑成型出现问题的几率就会增加，从而不必要地增加生产成本和延长交货时间。除了便于从模具中取出零件外，牵伸角还具有其他优点：

减少在弹射过程中损坏零件表面的可能性。

确保表面纹理和饰面的统一性和完整性。

最大限度地减少由于顶出阻力造成的部件变形。

减少模具零件的磨损，降低模具损坏的可能性。

通过消除或减少对复杂弹射设置的需求，缩短整体冷却时间。

直接或间接降低总体生产成本。

拔模角设计原则

确保顺利弹射

保持结构功能

满足美学要求

确保顺利弹射

模具打开后，塑料部件应留在型芯一侧，以方便最终顶出。

从模具中取出塑料零件包括两个步骤：

1.与空心墙分离

塑料部件的外表面与腔壁分离。通常情况下，没有其他结构可以帮助这种分离，因此应尽量减少外表面和腔壁之间的摩擦。

2.与芯墙分离

塑料零件的内表面与型芯壁分离。为此，模具通常使用顶针、斜顶针或顶出板。内表面与型芯之间的摩擦力应大于外表面与型腔壁之间的摩擦力，以确保塑件在开模过程中保持在型芯一侧。

由于塑料倾向于向模芯收缩，产生更大的收缩应力，因此在粗糙度和拔模角度一致的情况下，内表面与模芯之间的摩擦力将高于外表面与型腔壁之间的摩擦力。这就是为什么型芯通常被设计成型芯，型腔通常被设计成型腔，塑料件复杂的一面在型芯中，相对简单的一面（外观面）在型腔中。

但也有例外。例如，如果内表面是外观表面，不能有顶针痕迹，那么型芯就会在型腔中，型腔就会在型芯中。为了防止粘在型腔上，型腔需要辅助顶出机构。

在某些情况下，零件的上下表面可能相似，没有明显的外观面。对于这些零件，如果没有特殊要求，则应尽量减小型芯的拔模角度，同时尽量增大型腔的拔模角度（在零件公差范围内），以确保零件留在动模侧，从而避免在型腔中使用辅助顶出机构。

对称部件

对于设计可调的结构，可对芯材进行修改，使 1/3 在空腔中，2/3 在芯材中，从而降低粘在空腔中的风险。

可优化的模具设计

确定拔模角尺寸：

由于摩擦模型的复杂性和不同的注塑参数，拔模角尺寸没有统一的标准，理论计算也很困难。模拟可以提供参考值，但耗时耗力，往往超出模具车间的能力范围。实践经验至关重要，结构工程师需要了解这方面的知识，以便在设计时将牵伸角度纳入关键结构，从而减少根据模具工程师的反馈进行后续修改的需要，避免不必要的问题。

影响牵伸角大小的因素

材料特性 硬质塑料比软质塑料需要更大的牵伸角，而软质塑料由于其柔韧性可能根本不需要牵伸角。

收缩率： 收缩率较高的塑料能更紧密地抓住芯材，因此需要更大的牵伸角。

摩擦系数： 摩擦系数较低的材料，如 PA 和 POM表面粗糙，需要较小的牵伸角。较粗糙的表面需要较大的牵伸角。

壁厚 较厚的墙壁会对芯材产生较大的压力，因此需要较大的牵伸角。

几何复杂性： 形状复杂或有许多孔的零件需要更大的拔模角度，以避免需要许多顶针，这些顶针必须对称排列，以防止在顶出过程中发生翘曲。

透明度： 有光学要求的部件需要更大的拔模角度。

具体的拔模角度范围：

拔模角的几何关系为 tan𝜃=𝑋𝐻tanθ=HX其中 𝜃θ 是牵伸角，𝐻H 是起草表面的高度，𝑋 是起草表面的高度。X 是减小的壁厚或锥度。

牵伸角与牵伸面高度之间的关系

从理论上讲，较大的牵伸角能使顶出更容易，特别是对于高（深）和大表面区域，这些区域会紧紧抓住型芯或型腔，需要较大的角度才能顺利顶出。

但是，较大的 𝜃θ 意味着𝑋 更大X影响设计：

1.用于外观表面

更大的𝑋X 这样会大大改变设计，有可能偏离预期的外观。因此，牵伸角度应尽可能大。否则，请考虑以下几点：

高光表面至少需要 1° 的吃水，以防划伤；如果可能，最好使用更大的吃水值。

纹理表面至少需要 3° 的牵伸，具体取决于纹理类型和深度。一般来说，0.001 毫米的深度需要 1° 至 1.5° 的牵伸。

直线表面需要考虑分模线的草图，这将在后续章节中讨论。

2.肋面

更大的𝑋X 减少顶部宽度 𝐶C从而增加注塑成型的难度。肋条应设计得较短，以允许较大的拔模角度。如果不可避免，应确保 𝑋≥0.2X≥0.2和 𝐶≥0.6C≥0.6.

肋面的拔模角度

3.用于螺纹凸台

内孔要求尺寸精确。拔模角较小或为零，因此需要较低的粗糙度或抛光以及适当的顶针位置。使用抽芯销顶出可避免拔模角，而普通顶出销则需要拔模角。螺纹凸台的高度不应过高，角度应在 0.5° 至 1.0° 之间。拔模应以螺纹啮合深度的一半为基础 𝐿L 以确保螺钉配合正确，避免上松下紧造成应力。

螺纹凸台内孔的拔模角度

4.其他内表面以 1° 的牵伸角为基准，根据高度和粗糙度进行调整，同时考虑壁厚的变化，以避免出现以下情况 成型缺陷.

确保结构功能性：

一个完整的产品由不同的部件连接而成。一个部件的牵伸角度会影响其自身以及与之相连的其他部件。

1.对螺钉支撑面的影响：

采用牵引角有利于顶出，但会导致支撑面与螺杆轴线不垂直，在拧紧时可能会使固定部件倾斜。

工件起草后对螺杆支撑面的影响

2.对干扰配合的影响：

具有匹配拔模的塑料零件可保持过盈配合精度。但是，对于没有拔模角的标准件（如轴承、轴）则需要仔细考虑。例如，与柱孔过盈配合的小轴，如果孔有拔模角度就会失去效果。使用芯销顶出可保持内孔不出现拔模角。

小轴与凸台内孔过盈配合的优化设计

由于肋条的横截面积较小，因此可能不需要进行牵引。

对于轴承过盈配合，大孔径的芯销无法实现零牵伸角。传统的顶出需要一个拔模角。例如，大的轴承孔需要内拔模角，而面积小的肋面可能不需要拔模角，从而允许强制顶出。

3.浓度要求：

当对 d1、d2、d3 和 d4 等特征有同心度要求时，分模线必须位于 A-A，d1 和 d2 位于同一型芯上，以确保模具精度。

4.对分割线外观和结构的影响：

常见的通孔是由型腔和型芯在不同点接触形成的，从而形成分模线。绘制通孔有三种方法 亲嘴 方法，在型腔和型芯相接处产生分模线。

吻别类型

洞穴亲吻核心：

拉伸后，孔的内壁仍留在型腔中。这种方法通常用于外观特征孔，如通风孔、扬声器孔和外部接口孔。这些孔一般不允许在外侧表面看到分模线或闪光，通常需要倒角，因此这种方法是首选。但需要注意的是，这种方法有可能会粘在空腔上，尤其是在有很多孔的情况下，如通风孔或扬声器孔。因此，如果型芯没有足够的结构来确保在分离型芯和型腔时部件能留在型芯上，建议采用 "相互吻合 "的方法，即型腔的深度小于型芯的深度。

常用通风孔和耳机孔

核心亲吻关闭腔体：

孔的内壁在拔模后仍留在岩芯中。这种方法一般用于因分型线（飞边）位于外表面而不单独出现的孔。这些孔通常与其他部件一起使用，例如在孔的中间安装一个装饰件。

由于这种方法形成的孔的闪光点在外侧表面，如果装饰件与外壳齐平，任何误差（由于模具精度低或结构不稳定）都可能导致它们不能真正齐平，从而造成刮手的台阶。如果两部分都在外部以 R 角倒角，则不会刮伤手，但缝隙会显得更大。如果只有装饰件按 R 角倒角，且其表面比外壳表面高出约 0.2 毫米，则不会划伤手，缝隙也不会变大。

正确的模具设计可避免划伤

核心和腔体相互亲吻：

牵伸后的孔内壁仍留在岩芯和空腔中。这种方法不仅可用于解决前面提到的空腔粘连风险，还可用于孔较深的情况。牵伸后，孔的上下两端直径可能相差很大。为避免出现这种情况，通常使用型芯和型腔来形成孔，这种方法通常应用于按钮结构，如下图所示。

空腔和内核相互吻合的结构

确保美学要求：

外观件是否需要拔模角，主要取决于外观件的拆卸方法和相应的顶出方法。对外观有严格要求的设计师会在设计初期考虑设计状态和一般的拆卸方法。这是因为当结构工程师在后期为外观添加牵伸角度时，会在一定程度上影响外观。

当然，在进行下一步之前，外观设计师必须承认这种影响。否则，结构工程师必须考虑其他弹射方法，同时保留原有外观。在这个过程中，结构工程师和外观设计师需要不断沟通和合作。不同的公司可能对结构和外观的重视程度不同，从而导致产品质量和成本的差异。

剃须刀外观的演变

上面的图片说明了典型剃须刀主体设计的演变：

第一个设计

这是一个带有上下外壳的早期设计。上层和下层外壳之间的分界线需要使用拔模角。使用牵伸角后，上下壳体之间的连接处会发生轻微变化，不再是切线，因此此处通常会添加装饰线，以减少可能引起不适的尖锐边缘。

第二次设计：

为了解决第一种设计中存在的问题，我们增加了中间的外壳，它也是一种装饰元素。这大大提升了整体外观，但增加了一个部件的成本。

第三次设计：

这是一种简约风格，主体为单件式，外观为圆柱形。它的侧面没有棱角，也没有缝隙，完全保留了原始设计。这是当前流行的一种设计方法。

吹风机也有类似的趋势，从传统转向现代，设计更简单，部件更少，从草稿角度看对外观的影响也更小。

吹风机外观的演变

零拔模角模具：

一些圆柱形外观的产品为了保持美观，会避免使用拔模角。如果外壳是金属的，铝型材可使内壁和外壁的牵伸角为零。对于塑料零件，内壁仍需要有牵伸角，外壁则使用侧滑块成型，留下的分模线可以通过抛光和喷漆来掩盖。

圆柱形外观产品

圆柱形产品通过滑块产生焊接线

Apple Pencil 第一代零草稿角度：

苹果铅笔

第一代 Apple Pencil 的笔杆由塑料制成，内壁和外壁都有一个长长的部分，吃水角度为零。虽然前面提到的解决方案可用于弹出零拔模角的外壁，但弹出零拔模角的内壁则更具挑战性。

根据苹果公司提交的专利，该解决方案涉及使用由两部分组成的柔性模芯：柔性槽形金属套（图 3）和金属内芯（图 5）。这种柔性套筒可以在特定条件下弹性变形，使其可以从 Apple Pencil 的圆柱形腔体中抽出。

苹果铅笔的结构 01

Apple Pencil 的结构 01

具体实施：

金属套筒由低摩擦金属制成，外表面经过抛光处理，以减少与塑料的摩擦。套筒上有一个连续的槽，为其提供弹性变形空间。相应的金属内芯有一个凸起的键，它们共同构成模芯（图 6）。

在注塑过程中，先将模芯放入模具内，然后关闭外模（图 9），完成注塑。成型后，首先取出金属内芯，为柔性套筒向内弹性变形创造空间。这种向内的收缩会使金属套筒在一定程度上脱离塑料件的内壁，从而使套筒很容易从塑料件的内壁上抽出（专利中使用了一个三角棱柱的例子来说明 Apple Pencil 的圆柱形塑料笔筒）。

摘要

最后，我们再次强调牵伸角的重要性。正确的拔模角度设计对产品质量和生产效率有着至关重要的影响。通过了解拔模角对产品的影响以及如何在模具设计中正确应用拔模角，我们可以改进模具设计工作，提高产品质量和生产效率。