邢 超

（湖北工業(yè)大學 湖北 武漢 430068）

關于全自動洗衣機外桶模具的結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化

邢 超

（湖北工業(yè)大學 湖北 武漢 430068）

以全自動洗衣機外桶產(chǎn)品為例，分析了外桶的產(chǎn)品特征、模具的澆注系統(tǒng)、成型系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、抽芯系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點及設計方案，針對此類模具制造和生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題提出解決方案，有效的保證了外桶的產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了外桶的生產(chǎn)周期，降低了模具的制造成本和產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

洗衣機外桶；設計；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；系統(tǒng)

1.引言

全自動洗衣機以洗滌時間短、用水量少 、洗凈度高、噪音小，價格又比較經(jīng)濟，占據(jù)了低端經(jīng)濟型洗衣機市場很大的份額。外桶是全自動洗衣機上的一個重要部件，全自動洗衣機外桶（下面簡稱外桶）由于桶的形體較大，模具造價比較高，注塑的生產(chǎn)周期比較長，對洗衣機的制造成本影響很大。如何優(yōu)化結(jié)構(gòu)設計，在保證模具能生產(chǎn)出合格制品的前提下，既降低模具加工制造成本又提高模具的生產(chǎn)效率就成為該類模具設計的要點。全自動洗衣機外形如圖1所示。

圖1 全自動洗衣機外形

下面就外桶模具的設計改進、材料選型和標準優(yōu)化做具體闡述。

2.產(chǎn)品分析

2.1 產(chǎn)品基本形狀：如圖2所示，外桶是全自動洗衣機的重要組成部分，屬于內(nèi)部件，桶底有很多深筋和固定電機的螺釘柱；桶底與側(cè)壁相交處有氣室孔；側(cè)壁上伸出的長管是溢水管；外桶的周圈有四個吊桿孔和增加吊環(huán)孔強度的很多縱橫支撐筋；外桶中間是深腔部分。

圖2 外桶基本形狀

2.2 產(chǎn)品裝配關系：外桶主要與洗衣機的內(nèi)桶料片、內(nèi)桶底、波輪、外桶蓋相裝配，如圖3所示。

圖3 外桶與其他部件裝配關系

2.3 產(chǎn)品優(yōu)化和改進

(1)由于外桶易出現(xiàn)拉白、粘前模、筋位斷等問題，為此對桶底筋位的斜度增加到單邊2°，所有筋根部導R1圓角，如圖4所示。

圖4 外桶加強筋位

(2)氣室孔處強脫結(jié)構(gòu)原來箍高0.5mm，角度不易強脫出模，經(jīng)常斷在模具中；根據(jù)實際情況后來改成如圖5形式，箍高0.3mm，全部圓角過度，對強脫容易實現(xiàn)，同時還保證了制品裝配軟管不易脫出，起到和之前一樣的效果。

圖5 外桶氣室孔

(3)降成本項目角度：對外桶本身而言，它不承受旋轉(zhuǎn)載荷，對桶的上部分要求低，對桶底要求高。由于現(xiàn)桶體的壁厚均勻，所以從降桶體的壁厚來降成本，參考先進母本外桶已經(jīng)采用底部2.5，頂部1.5側(cè)壁漸變壁厚設計，試驗證明強度依然合格。

3.模具基本結(jié)構(gòu)簡介

3.1 澆注系統(tǒng)：采用整體熱流道單點大水口以保證制品成型順利。此種進膠方式保證了制品的填充均勻，大面無熔接痕，制品強度相對比較高。

圖6 外桶流動分析

3.2 成型系統(tǒng)：此類模具前模鑲拼，一般只將桶底比較深的筋位鑲出以防止困氣，便于加工和拋光，避免后期粘前模筋斷。其他增加強度用筋位可不鑲拼，由于螺釘柱是用來固定電機的，強度高、壁厚較厚，難冷卻易出現(xiàn)粘料，也不方便加工和后期維修更換，故螺釘柱全部鑲拼；后模鑲拼一般分兩塊，側(cè)邊溢水管單獨鑲出，一為方便加工，二為此處溢水管屬于細長件，防止打件變形或使用不當碰傷后維修更換。此鑲塊一般壓在大桶鑲塊的下面，這樣就增加了細長件鑲塊的定位，防止打偏致使鑲拼處出現(xiàn)飛邊，后部用擠緊塊擠緊方便拆裝。由于中間圓形大鑲塊比較高，為方便裝配采用蘑菇臺鎖緊定位，為了防止制品吸真空導致制品頂出變形，桶體鑲塊一般設計8個縫隙吹氣鑲塊，桶體四周四個，桶底四個；制品四周筋位采用油缸驅(qū)動哈弗塊成型，并參與頂出產(chǎn)品，如圖7所示。

圖7 外桶成型系統(tǒng)

3.3 冷卻系統(tǒng)：外桶模具由于桶底筋位比較多而且又深、又有很多螺釘柱,壁厚比較厚，熱量相對集中，需要有較好的冷卻才能保證制品成型的工藝條件。同時，模具的快速冷卻也是該類模具提高生產(chǎn)效率的一個重要突破點。一般情況下前模都采用冷卻效果較好的直通水路，但是很多不規(guī)則的螺釘柱限制了直通水運水方式，為加強冷卻桶底深筋也可采用點冷冷卻，保證冷卻均勻；螺釘柱是此模具冷卻的難點，為此所有螺釘柱全部采用鈹銅鑲芯單獨走水增強冷卻；后模主鑲塊用于成型深腔部分，桶體的冷卻采用直通水形式冷卻比較充分；產(chǎn)品四周側(cè)壁在哈弗塊上直通水冷卻；由于溢水管處鑲塊比較細長，冷卻須充分，否則會出現(xiàn)過熱變形，此處下點冷冷卻；另外，模具的熱流道澆口部位也要進行單獨冷卻，以便于試模調(diào)整注塑工藝，如圖8所示。

圖8 外桶冷卻系統(tǒng)

3.4 抽芯系統(tǒng)：此類模具氣室孔有一個強脫倒扣位置，應注意氣室孔處要插水管需要倒扣固定，因此會出現(xiàn)此結(jié)構(gòu)，倒扣要控制在0.3mm左右，太大脫斷柱子,太小無法起到固定水管作用。柱子需要兩塊鑲塊鑲拼便于加工、生產(chǎn)過程中柱子斷了方便取出和后期維修，此處采用油缸抽芯，油缸先把鑲芯抽出，有變形空間后強脫柱子，如圖9所示。

圖9 外桶抽芯系統(tǒng)

3.5 頂出系統(tǒng)：由于外桶產(chǎn)品中間部分為深腔，四周均勻分布筋位，桶底處很多深筋還有螺釘柱結(jié)構(gòu)，為了保證頂出平衡而且桶底深筋能很好的脫出。現(xiàn)采用哈弗塊帶動周圍筋位一邊脫哈弗塊方向的倒扣，一邊參與頂出。其結(jié)構(gòu)為4個哈弗塊固定在前模板上參與成型和頂出，8根斜導柱導向2個油缸驅(qū)動和兩個傳動塊傳動。其頂出過程如下:1）模具開模前模部分和后模部分分開，產(chǎn)品留在前模；2）油缸驅(qū)動2個哈弗塊在斜導柱的導向下運動，由于相鄰的傳動塊固定在有油缸驅(qū)動的哈弗塊上，所以哈弗塊上的傳動塊運動帶動另外2個哈弗塊一起同步運動。3）在行程開關還有限位塊的作用下油缸帶動哈弗塊頂出停止運動脫出倒扣并完成頂出。如圖10所示。

圖10 外桶頂出系統(tǒng)

4.模具設計改進

4.1 加工工藝：如圖11所示，藍色筋位之前都是火花加工，加工時間長成本高，現(xiàn)采用雕刻。前模多處深筋不方便加工拋光的做鑲拼處理。

圖11 外桶雕刻筋位置

4.2 澆注系統(tǒng)：原外桶的澆注系統(tǒng)為4點熱流道大水口進膠，現(xiàn)優(yōu)化為單點熱流道縫隙進膠，優(yōu)點一,由于產(chǎn)品的造型四周相對均勻，中間縫隙進膠使填充更加均勻，制品的缺陷減少；優(yōu)點二，熱流道成本減少；優(yōu)點三，前模的熱流道減少后鑲塊的空間更大，水路的冷卻更加充分，成型周期減少，如圖12所示。

圖12 外桶澆注系統(tǒng)

4.3 冷卻系統(tǒng)：外桶的產(chǎn)品體積大,冷卻時間長，對生產(chǎn)周期影響大，如何保證模具均勻冷卻就成為縮短冷卻時間的關鍵。外桶主要是桶底難冷卻，為了提高效率進行如下2點改進：1）澆注系統(tǒng)原為4點大水口形式，現(xiàn)更改為單點大水口縫隙澆口形式。減少3 個熱流道炮筒有更多空間運水提高冷卻效率。2）固定電機的螺釘柱子采用鈹銅單獨冷卻，如圖13所示。

圖13 外桶改進后冷卻系統(tǒng)

4.4 鑲拼方案：原來后模鑲塊是由兩塊鑲拼組成，如圖14所示，原來此方案是為了增加一圈吹氣，后模桶體為兩路氣；后來經(jīng)過改進,現(xiàn)后模整體大鑲塊如前面提到的圖7，只在桶體中間偏上的部位加一路氣就能避免吸真空，避免了很多加工，裝配也比之前方便很多。

圖14 外桶鑲拼方案

5.選材及標準模架、鋼料優(yōu)化

5.1 針對筋位冷卻選擇鈹銅進行冷卻，確保成型時間縮短及冷卻效果，選材以MM40、AMPCOLOY 83 為優(yōu)，熱傳導系數(shù)106W/m*K以上，如考慮環(huán)保，可選擇不含Be的銅合金，如AMPCOLOY 940等。

5.2 因一般模具為非標定制，但對于此類模具針對模架、模具鋼按照產(chǎn)用洗衣機型號，標準模架、標準鋼料采用寄售備貨模式，可以縮短模具制造周期7天以上。

圖15 外桶選材及結(jié)構(gòu)優(yōu)化

6.結(jié)束語

綜上所述，通過對產(chǎn)品造型、模具結(jié)構(gòu)、加工工藝、模具選材、標準化等方面優(yōu)化，不僅提高模具生產(chǎn)制造的效率而且大大降低了模具成本。現(xiàn)此類外桶模具標準合格周期為75S，國內(nèi)先進母本周期61S，經(jīng)改進后試模周期縮短為60S，已達到國內(nèi)先進母本標準。單件周期降低20％。原外桶的澆注系統(tǒng)為4點熱流道大水口進膠，現(xiàn)優(yōu)化為單點熱流道縫隙進膠，使制品的填充更加均勻，制品的缺陷減少；也使熱流道成本每套減少約1萬元。同時，對產(chǎn)品壁厚的部分位置減薄處理大大節(jié)省了產(chǎn)品克重,降低了材料成本。

模具設計的目的就是生產(chǎn)出滿足客戶需求的產(chǎn)品，模具的加工周期、制造成本、使用壽命，注塑的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)周期等成為衡量模具是否有競爭力的重要因素，本文章從技術改進、模具結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化進行詳細闡述，對同類產(chǎn)品的模具設計有很好的借鑒意義。

[1] 賈潤禮,程志遠主編.實用注塑模設計手冊[M]. 中國輕工業(yè)出版社, 2000.

[2] 王燕. 多腔多個方向抽芯的注塑模設計[J]. 塑料. 2000(04).

[3] 劉波,馮少華,李榮勛,李艷霞,楊智明,劉光燁.洗衣機雙連桶注塑模的結(jié)構(gòu)設計與CAE輔助分析[J]. 橡塑技術與裝備. 2001(09).

[4] 張六玲. 洗衣機脫水桶注射模設計[J]. 模具制造. 2002(03).

Optimization of Structural Design on the Outer Tub Mold of Automatic Washing Machine

XING Chao
(Hubei University of Technology, Hubei Province, Wuhan 430068, China)

Taking the automatic washing machine outer tub products as an example, the article analyzes the product characteristics and design scheme of the outer tub, mold casting system, forming system, cooling system, side action system, and ejecting system. And then provides solutions to solve the problems that often appear during mold manufacturing, which can guarantee the quality of the outer tub, shorten the production cycle time, and reducing the production cost of both mold and tub product.

washing machine outer tub; design, structure optimization; system

TB472

A

1009-5624-（2016）02-0037-05