馮鮮，秦盛康，吳陽(yáng)

(無(wú)錫太湖學(xué)院智能裝備工程學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214064)

空調(diào)是人們生活中常見(jiàn)的家用電器，空調(diào)內(nèi)機(jī)出風(fēng)口處有多個(gè)長(zhǎng)條形的導(dǎo)風(fēng)板，用于控制出風(fēng)角度，橫導(dǎo)風(fēng)條作用于橫向角度，是空調(diào)中重要的組成元件。空調(diào)橫導(dǎo)風(fēng)條為一般非規(guī)則整體結(jié)構(gòu)，塑件壁厚相對(duì)均勻，整體在注塑要求的3～5 mm范圍內(nèi)，屬于薄殼類(lèi)結(jié)構(gòu)的塑件。

1 塑件工藝和結(jié)構(gòu)分析

橫導(dǎo)風(fēng)條塑件結(jié)構(gòu)與尺寸如圖1所示。塑件除上表面外，大部分尺寸要求不高，成型后可采用后期處理，未標(biāo)注公差選擇為MT5級(jí)[1]。為保證塑件可以順利頂出，未標(biāo)注的位置，脫模斜度取0.35°~1°左右，具體根據(jù)塑件的高度選擇。材料選用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)。ABS為無(wú)定形工程塑料，成型收縮率低、韌性和強(qiáng)度適中、成型效果好，容易成型各種復(fù)雜的形狀，廣泛用于制造軸承、齒輪、泵葉輪、日用品等[2-3]。用UG三維建模，計(jì)算得出橫導(dǎo)風(fēng)條塑件的體積為60.65 cm3，質(zhì)量為64.0 g。經(jīng)過(guò)校核，選取理論注射量320 cm3，型號(hào)為HTF160 J/TJ-B的注塑機(jī)[4]。

圖1 塑件結(jié)構(gòu)圖

塑件為長(zhǎng)條形，兩端和中間有肋板，并附有圓孔和卡扣，這些結(jié)構(gòu)難以直接進(jìn)行分模，因此需通過(guò)斜導(dǎo)柱滑塊外抽芯機(jī)構(gòu)輔助分型[5]。內(nèi)側(cè)中心凸起位置，且距離兩側(cè)距離較長(zhǎng)，需要設(shè)計(jì)內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)成型[6]，因?yàn)榭變蓚?cè)為平面，設(shè)計(jì)斜頂桿頂出，頂出的同時(shí)水平脫?？孜?。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑料件為大批量生產(chǎn)，模具裝配圖如圖2所示。模具采用1 模2 腔結(jié)構(gòu)[7]，主要由型芯固定板6、型腔固定板7、型芯27、型腔28、斜推桿30，33、斜導(dǎo)柱36以及滑塊38組成。

圖2 模具總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(1) 主流道設(shè)計(jì)。

主流道采用開(kāi)放式熱流道，取錐角為3°的圓錐形，長(zhǎng)度為60 mm，小端和大端直徑分別為d=3.5 mm，D=5 mm，流道表面粗糙度取0.8，澆口套凹坑球面半徑Sr為16 mm[8-9]，如圖3所示。注塑機(jī)噴嘴的接觸球面的高度取h=3 mm，長(zhǎng)度按定模板厚度設(shè)計(jì)。定位圈直徑取100 mm的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，用兩個(gè)M6的螺釘固定。圖4為分流道示意圖。

圖3 主流道示意圖

圖4 分流道示意圖

(2) 澆口設(shè)計(jì)。

通過(guò)分析，確定了塑件的最佳澆口位置在塑件中間兩端位置，如圖5a所示。筆者采用潛水(頂針)進(jìn)膠，澆口直徑取0.8 mm，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算澆口的高度H=6 mm。由于塑件為外觀品，塑件表面位置不能放置進(jìn)膠口，最終澆口位置設(shè)計(jì)如圖5b所示。這種進(jìn)膠方式保證了塑件的外觀質(zhì)量，表面無(wú)澆口痕跡。

圖5 澆口最佳位置分析及澆口方案圖

2.2 分型面設(shè)計(jì)

為方便出模，分型面首先應(yīng)選取在最大邊緣位置，對(duì)于一些特殊結(jié)構(gòu)，可以設(shè)計(jì)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)[10]。本次設(shè)計(jì)將分型面選擇在動(dòng)模板和定模板的分形處，如圖6所示。由于塑件上下面結(jié)構(gòu)明顯差別，一側(cè)外輪廓平整，可以靠型腔直接成型；形狀多且有卡扣和圓孔的一側(cè)靠型芯配合側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)成型。

圖6 模具分型面的選擇

3 成型零部件設(shè)計(jì)

3.1 型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

型腔主要對(duì)塑件的外觀面進(jìn)行成型，塑件上表面光滑平整，表面質(zhì)量要求高，型腔采取整體嵌入式結(jié)構(gòu)，尺寸為500 mm×190 mm×43 mm，結(jié)構(gòu)上包括流道、排氣孔道以及設(shè)有12道冷卻水道，如圖7所示。整體嵌入式型腔結(jié)構(gòu)互換性好，便于修模。

圖7 型腔結(jié)構(gòu)圖

3.2 型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

型芯在動(dòng)模側(cè)，主要對(duì)塑件的內(nèi)側(cè)形狀進(jìn)行成型，開(kāi)模后會(huì)被塑件包裹，需要設(shè)計(jì)推桿位置。塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在肋板、卡扣及圓孔，型芯鑲件不止一個(gè)[11-13]。型芯采取整體嵌入式結(jié)構(gòu)，尺寸為500 mm×190 mm×52 mm，結(jié)構(gòu)上包括流道、滑塊運(yùn)動(dòng)的槽、斜推桿和斜導(dǎo)柱運(yùn)動(dòng)的槽孔、推桿孔、排氣孔道以及設(shè)有12道冷卻水道，結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 型芯結(jié)構(gòu)圖

3.3 斜頂抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，兩側(cè)及中間有肋板和卡扣，且開(kāi)有圓孔，并垂直于脫模方向，難以通過(guò)開(kāi)模直接成型，需采取側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)成型。兩側(cè)圓柱卡扣采用斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)成型，側(cè)壁圓孔采用斜頂抽芯機(jī)構(gòu)成型。這種類(lèi)型的加工方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)率高、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[14]。抽芯距離為6 mm，角度設(shè)計(jì)為8°，結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 斜推桿抽芯機(jī)構(gòu)

3.4 模具脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

塑件內(nèi)側(cè)不需要很高的表面光潔度，采用23根直頂推桿和拉料桿以及4根斜推桿等推出塑件，計(jì)算脫模力為198 N。圖10為模具脫模系統(tǒng)示意圖。

圖10 模具脫模系統(tǒng)

4 模具工作過(guò)程

模具注塑主要由合模、注射、保壓、冷卻、開(kāi)模、制品取出等過(guò)程組成[6]。在開(kāi)模力的作用下，動(dòng)模座板(1)帶動(dòng)型芯固定板(6)向下運(yùn)行，使分型面打開(kāi)。斜導(dǎo)柱(36)抽離型芯固定板(6)后，滑塊(38)運(yùn)行至限位塊(40)處，完成側(cè)向抽芯。斜推桿座(29，32)推著斜推桿(30，33)沿著型芯(27)斜面運(yùn)動(dòng)，直至塑件脫模位置，完成內(nèi)抽芯脫模。直至分型面完全打開(kāi)，模具的開(kāi)模過(guò)程完成。模具完全打開(kāi)后推桿支撐板(22)與推桿固定板(21)帶動(dòng)推桿(18)頂動(dòng)塑件，并利用流道鉤針(20)將凝料拉出，凝料與塑件自動(dòng)分離。

合模過(guò)程中，在彈簧(37)的作用下，滑塊(38)和斜導(dǎo)柱(36)回位；在彈簧(26)的作用下，推桿支撐板(22)、推桿固定板(21)、推桿(18)和斜推桿(30，33)回位，完成復(fù)位，進(jìn)入下一注塑周期。

5 結(jié)論

根據(jù)空調(diào)橫導(dǎo)風(fēng)條具有外表光滑內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，具有多處卡扣和圓孔的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一款復(fù)雜的側(cè)抽芯注塑模具結(jié)構(gòu)，模具分型面為制件最大輪廓處。設(shè)計(jì)了斜頂分型抽芯機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)成四個(gè)滑塊斜導(dǎo)柱和四根斜頂桿組合式結(jié)構(gòu)。通過(guò)CAE分析，確定了模具澆口位置[15-16]，模具采用潛水進(jìn)膠，保證了塑件外觀質(zhì)量，表面無(wú)澆口痕跡。模具整體結(jié)構(gòu)采用一模兩腔結(jié)構(gòu)。脫模時(shí)通過(guò)推桿、拉料桿和斜頂桿共同作用，完成脫模，合模時(shí)采用復(fù)位桿復(fù)位。模具交付使用后，運(yùn)行安全穩(wěn)定，空調(diào)橫導(dǎo)風(fēng)條外觀質(zhì)量和尺寸精度均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。