空調(diào)面板注射模設(shè)計＊

熊立貴，蔡昭華，涂志剛，郭玉娜

（1.廣東開放大學(xué)（廣東理工職業(yè)學(xué)院），廣東中山 528428；2.TCL空調(diào)器（中山）有限公司，廣東中山 528400）

1 引言

隨著中國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城鄉(xiāng)人民的幸福生活已邁入小康水平，家用空調(diào)產(chǎn)品已成為了人們炎熱夏天降溫，寒冷冬天取暖的日常使用品。我國是全球最大的家用空調(diào)制造商，占全球生產(chǎn)商的80%，因此消費者對空調(diào)外觀審美需求，越來越要求時尚。市面上的空調(diào)內(nèi)機面板類型出現(xiàn)了格柵塑料面板、光面空白面板、玻璃與塑料結(jié)構(gòu)面板、PVC與塑料組合面板、色彩塑料面板、隱性顯示塑料面板、帶裝飾條塑料面板等外觀件。

2 空調(diào)面板塑件結(jié)構(gòu)分析

空調(diào)面板注射成型主要選用HIPS材料，其結(jié)構(gòu)是由裝飾條固定筋、旋轉(zhuǎn)固定卡、隱性透光顯示窗、過線固定卡扣、進風(fēng)格柵、光面件等組成，如圖1、圖2所示。面板塑件的規(guī)格尺寸為：1,030×241.5×46.6mm（旋轉(zhuǎn)卡高為80mm），面板塑料的平均厚度為2.2mm，收縮率控制在0.3%～0.5%。由于該款面板為安裝隱性顯示電控，因此塑料模具的結(jié)構(gòu)方面設(shè)計、材料以及成型注射工藝都要求很高。帶*號標(biāo)的規(guī)格為配合尺寸要求，與中框外罩要求配合良好，達到手板封樣水平。

空調(diào)面板光潔度要求很高，特別出口到國外的空調(diào)，如：印度VIDEOCION、阿聯(lián)酋DENKA等OEM品牌，需符合其3個“FEEL”，一碰、二摸、三感的要求。塑料面板上不能出黑點、凹凸、缺料、收縮印、頂白、水口痕、側(cè)壁拉模、流痕、氣泡、熔合紋、波紋、暗泡等缺陷。

3 注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 分型面設(shè)計

在進行模具設(shè)計前，要考慮塑料面板的分型面、澆注方式、冷卻系統(tǒng)、脫模斜度、排氣系統(tǒng)等設(shè)計方案，面板外觀質(zhì)量要求高，模具設(shè)計精度也就高，空調(diào)器內(nèi)機面板是由一副注射模注射成型。根據(jù)面板的結(jié)構(gòu)特點，模具抽芯機構(gòu)由斜導(dǎo)柱、滑塊、斜頂、斜推桿及不同步抽芯滑塊等構(gòu)成，面板與中框裝配時需要旋動開與合，因此，有旋轉(zhuǎn)固定卡，抽芯位置距離較短，故采用了斜頂滑塊抽芯脫模。塑料面板模具主要由動、定模組成，但是分型面設(shè)計越好，對注射成型的塑件質(zhì)量越好，特別在脫模時，由于注射的流體成型后，緊貼模腔，面板激烈運動，容易產(chǎn)生褶皺或破裂，因此在設(shè)計分型面時盡量避免高度差，分型面趨向于平面效果最佳，如圖3所示。

圖1 空調(diào)器面板正視圖與左視圖

圖2 空調(diào)器面板俯視圖、仰視圖

圖3 空調(diào)器面板成型模分型面

3.2 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計

圖4 面板成型模澆注系統(tǒng)

空調(diào)室內(nèi)機的塑料面板長度1,033mm，長度尺寸相對寬度尺寸偏長，為了使?jié)沧⒘黧w均勻，流體在模腔內(nèi)至各個注射成型，確保流體在模腔內(nèi)填充良好，并且成型面板不會出現(xiàn)厚薄不均或變形，設(shè)計采用塑料面板背面為澆注口，如圖4所示的系統(tǒng)。模具澆注系統(tǒng)設(shè)計5個分流槽道結(jié)構(gòu)、以及10個側(cè)澆口從塑料面板的背面處進流體，這樣可以以保證壁掛式空調(diào)面板的正面沒有水口痕跡，HIPS流體則從成型的塑件中心位置進入，減小填充壓力過大，確保成型塑件不易變形，然而面板與內(nèi)機中框裝配時，配合度好，不會出現(xiàn)縫隙大小不一現(xiàn)象。

3.3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及其工作過程

塑料面板的正表面光潔度要求很高，因此模具型腔采用預(yù)硬718H模具鋼并進行拋光處理，其硬度調(diào)質(zhì)為40HRC左右，模具型芯材為NAK80，其硬度調(diào)質(zhì)約為38HRC。模架采用二次分型結(jié)構(gòu)，模架的選用是保證塑件質(zhì)量為前提，模架是所有的加工模具裝配的基礎(chǔ)，必須確保安裝的精度要求，模具在運行時無任何卡位現(xiàn)象，模具結(jié)構(gòu)如圖5所示。在塑件成型脫模后，還需考慮澆口流道槽凝料的順利取出，需要計算兩次定距結(jié)構(gòu)之間的行程距離。在常規(guī)設(shè)計時，第一段小拉桿的長度行程為10～30mm，第二小拉桿的長度行程距離為流道槽凝料的長度上再加20mm，然而大拉桿長度行程距離為前兩小段距離之和?？照{(diào)內(nèi)機塑料面板注射成型工藝流程為：裝好定模、動模后關(guān)閉注塑機安全拉門→面板注射成型并經(jīng)保壓完成、冷卻后→定模套板與脫澆板第一次脫模分型→第二段小拉桿經(jīng)進一定的行程距離后→定模座板與脫澆板分離→大拉桿運行到一定行程時第一次分型結(jié)束→定模套板與動模套板進行第二次分型結(jié)束→定模套板進行脫離→然后動模運動行程到一定距離，頂出面板塑件→取出面板塑件與水口道槽澆注凝料→關(guān)閉注塑機的安全拉門，一次工藝注射成型周期完成。

圖5 空調(diào)面板注射模結(jié)構(gòu)

3.4 模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計

HIPS原料經(jīng)過熔融狀態(tài)后被注塑機注入模腔，熔料在模具腔中經(jīng)過水冷裝置冷卻到塑件固化后成型。模溫控制系統(tǒng)的溫度過高或過低，都會影響塑料面板的質(zhì)量和生產(chǎn)，溫度控制所需的合理區(qū)間，才能確保塑料面板外觀不會翹曲變形，因此模溫的控制是提高面板合格率和效率的保障。在注射成型過程中，模具冷卻保壓期占一個生產(chǎn)周期的4/5的時間，然而生產(chǎn)效率就是要縮短成型時間周期，才能保證塑件成型效率，因此模具溫度控制系統(tǒng)也是模具設(shè)計的關(guān)鍵一環(huán)。

模具冷卻系統(tǒng)控制溫度的設(shè)計管道直接影響空調(diào)器的面板（HIPS材料）表面的光澤度，表1所示數(shù)據(jù)是經(jīng)過在不同冷卻溫度下，檢查角分別為20°、60°、85°測出的光澤度值。

表1 不同溫度的面板表面光澤度數(shù)據(jù)值

由表1可知，在模具的溫度大于50℃時，檢查角的光澤度值均達到90以上，能滿足注射成型面板的光澤度設(shè)計要求。

模具冷卻系統(tǒng)采用了3種混用結(jié)構(gòu)：傾斜結(jié)構(gòu)冷卻液管、垂直結(jié)構(gòu)冷卻液管以及隔片結(jié)構(gòu)水井的結(jié)構(gòu)一起并用。水液管路間隔均勻，設(shè)計50mm間距冷卻水管組，確保面板塑件成型溫度控制。既要考慮到設(shè)計時冷卻管與模具零件位置尺寸不會干涉，又不能影響成型模具溫度控制效果。此外，在每個斜頂處及滑塊上獨立設(shè)計了溫度冷卻管，動模區(qū)域、熱射嘴區(qū)域相應(yīng)的也設(shè)計了冷卻水管道，防止熱射嘴口溫度過高，影響塑件質(zhì)量。在模具結(jié)設(shè)計的總管路采用了6進6出的冷卻水管路，為確保冷卻水路不出現(xiàn)漏水，每個冷卻嘴都配有密封圈，使整個冷卻水路均勻布置。模具溫度控制水冷系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 成型模具水冷卻系統(tǒng)

3.5 脫模機構(gòu)設(shè)計

注射成型后的最后一個步驟，就是面板從模腔脫出。但是設(shè)計的拔模斜度及倒角都是影響脫模的脫模平衡問題，設(shè)計不當(dāng)，就會導(dǎo)致塑件脫模不順利，會出現(xiàn)拉模、頂白等不良現(xiàn)象。因此，依據(jù)塑件要求，需要考慮到分模面結(jié)構(gòu)、澆注結(jié)構(gòu)、冷卻結(jié)構(gòu)、脫模結(jié)構(gòu)、定位結(jié)構(gòu)等，確保成型出優(yōu)質(zhì)的塑件。模具脫模機構(gòu)采用斜頂構(gòu)件、推桿構(gòu)件、直頂構(gòu)件、氮氣彈簧構(gòu)件頂出等結(jié)構(gòu)組合,由6個大斜頂、5個小斜頂及圓頂桿機構(gòu)進行脫模。注射模完成注射成型后，定、動模開模，油缸的推動作用下把推桿固定板傳遞力給推桿，由推件把塑件推出，在氮氣彈簧及復(fù)位桿的作用下進行復(fù)位。模具結(jié)構(gòu)里面采用了4支φ20×124mm規(guī)格的氮氣彈簧復(fù)位，氮氣彈簧作用下驅(qū)動推件，確保塑件的順暢頂出和安全的復(fù)位。

4 注射成型改進

模具設(shè)計加工完成后，裝模進入注射成型小批量生產(chǎn)階段，通過注射成型后的塑件來驗證模具設(shè)計的合理性。HIPS熔體通過注入口充注滿模腔后，經(jīng)過保壓過程、冷卻過程、固化過程成型后，動模具與定模分開，脫模機構(gòu)頂桿把成型的面板頂出，塑件與所有推件分開后，智能化機械手得到信號指令后，將面板件取出，完成一個周期的注射成型過程。

接下來就是給空調(diào)生產(chǎn)商進行送樣確認(rèn)，空調(diào)生產(chǎn)公司的研發(fā)部工程師對面板樣品結(jié)構(gòu)尺寸規(guī)格進行裝配驗證，僅安裝一臺套是不容易找到缺陷，需要10套小批量生產(chǎn)驗證，電控顯示部分是否透光效果、過線是否合理等技術(shù)問題確認(rèn)。品質(zhì)部工程師對送樣的面板進行測試，第一是外觀的檢驗如：是否有長條狀缺陷（包括：長條收縮痕、氣紋、色紋、銀紋、頂白）及點狀缺陷（黑點、亮點、氣液、點狀收縮痕等）；第二是常用熱塑性塑料的綜合技術(shù)指標(biāo)測試，如拉伸強度、延伸率、熱變形溫度、透光度、洛氏硬度等。進行各項測試驗證通過后，即可進入大批量生產(chǎn)，如果有部分不合理，則需要返回去重新對模具進行稍作修改，直至符合面板設(shè)計要求。

5 新面板機型焓差測試性能參數(shù)

在能力焓差室測試驗證新開模面板循環(huán)風(fēng)量對空調(diào)器換熱性能影響變化，根據(jù)《房間空氣調(diào)節(jié)器》國標(biāo)GB/T 7725要求，以新開模面板相匹配的KFR-50GW壁掛式空調(diào)機型為例，分別進行性能（能力、能效、風(fēng)量）測試。測試要求按照國家標(biāo)準(zhǔn)T1測試工況要求：如表2所示條件進行測試。

表2 實驗工況條件

經(jīng)空調(diào)器的焓差測試，新開面板空調(diào)的換熱器循環(huán)風(fēng)量、能力、能效結(jié)果如表3所示。

表3 新開模面板機型測試循環(huán)風(fēng)量、能力、能效結(jié)果表

通過焓差測試結(jié)果，使用全新開模2匹內(nèi)機1,033mm長度面板的空調(diào)器，循環(huán)風(fēng)量為1,068m3/h，能力達到5,266W，能效達3.18（W/W），結(jié)果表明：使用新開模的面板空調(diào)器的能力、循環(huán)風(fēng)量、能效性能參數(shù)都很高。與舊面板同箱體的內(nèi)機進行比對，循環(huán)風(fēng)量平均高于以前面板風(fēng)最31m3/h，能效比平均高于0.18，能力平均高于90W。說明新開模面板的后進風(fēng)效果好，確保了室內(nèi)機換熱器的高效散熱、傳熱的能力。

6 小結(jié)

注射模設(shè)計的最關(guān)鍵要素是要深入分析成型塑件的結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求。借助三維設(shè)計軟件進行仿真設(shè)計、驗證，利用理論知識與三維數(shù)字化的設(shè)計相結(jié)合，不僅縮短模具研發(fā)設(shè)計周期，同時可以提高注射模設(shè)計的準(zhǔn)確性、節(jié)約模具的設(shè)計制造成本，工作效率得到明顯的提高。

（1）模具內(nèi)、外抽芯機構(gòu)采用斜推桿和斜導(dǎo)柱先后錯位結(jié)構(gòu)，塑件的脫模力分散了，模具先后運行動作有序，確保注射模運行過程安全平穩(wěn)。

（2）模具頂出、復(fù)位系統(tǒng)采用注入氮氣驅(qū)動彈簧推出及復(fù)位安全機構(gòu)，確保了平衡及脫模，減少頻繁更換彈簧，節(jié)約了時間，模具生產(chǎn)率得到有效提高。

（3）模具冷卻管道采用6進、6出的設(shè)計，優(yōu)化的冷卻管道設(shè)計，模腔溫度得到有效的控制，能滿足空調(diào)面板的光澤度要求。