壁掛空調(diào)出風(fēng)框注塑模具設(shè)計

彭旭輝

(廣東省機械技師學(xué)院，廣州 510450)

對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的塑料件，在設(shè)計其塑料模具結(jié)構(gòu)時，不但要認真分析塑料件的結(jié)構(gòu)、該塑料件在整套產(chǎn)品中的功能，還需要了解與其它零件的裝配關(guān)系，以及同類產(chǎn)品在注塑過程中常見的問題點，并加以改善，才能開發(fā)出優(yōu)良的模具。出風(fēng)框是壁掛空調(diào)的一個零件，材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，主要有3個方面的功能：第1個功能是收集空調(diào)工作時所產(chǎn)生的冷凝水，并將冷凝水從出水管排出；第2個功能是固定軸流風(fēng)輪，壁掛空調(diào)的冷空氣由旋轉(zhuǎn)的軸流風(fēng)輪吹出；第3個功能是安裝風(fēng)向板，風(fēng)向板可以控制空調(diào)冷空氣的方向。如果空調(diào)漏水，或軸流風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時發(fā)出的噪聲較大，或風(fēng)向板卡死、不能擺動導(dǎo)致冷空氣不能變換方向，這些故障都是由于空調(diào)出風(fēng)框出現(xiàn)異常所致。因此在設(shè)計出風(fēng)框的模具結(jié)構(gòu)時，應(yīng)針對上述3個常見的問題點設(shè)計合理的脫模結(jié)構(gòu)[1-4]。筆者以壁掛空調(diào)出風(fēng)框為例，闡述該類塑件的模具設(shè)計要點，為同類模具設(shè)計提供參考。

1 空調(diào)出風(fēng)框主要結(jié)構(gòu)及脫模機構(gòu)分析

空調(diào)出風(fēng)框結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，上面有若干孔位和扣位，且這些孔位和扣位的脫模方向與開模方向不一致，其結(jié)構(gòu)如圖1a所示，立體圖如圖1b所示。

針對出風(fēng)框的結(jié)構(gòu)，所設(shè)計的脫模機構(gòu)不僅要求結(jié)構(gòu)簡單，還要求能簡化整套模具結(jié)構(gòu)。經(jīng)綜合考慮產(chǎn)品各種結(jié)構(gòu)，所采納的分型面如圖1a左、右視圖所示。從圖1a的剖視圖A-A中可看出，產(chǎn)品的內(nèi)、外面各有一條用于收集空氣中水分的水槽，空氣中的水分在空調(diào)內(nèi)部遇冷將會凝結(jié)成水珠，附著在出風(fēng)框的側(cè)壁上，累積到一定程度就會沿側(cè)壁流下，水槽的作用是將其收集起來，并引向產(chǎn)品兩端的出水管。外水槽壁與分型面平行，采用滑塊成型，內(nèi)水槽由定模型芯成型；產(chǎn)品內(nèi)部的腔體是一個圓弧形曲面，半徑為81 mm，該位置用于安裝軸流風(fēng)輪，為滿足產(chǎn)品靜音的要求，該處的弧面需略向內(nèi)凹陷，否則空調(diào)在工作時會發(fā)出很大的噪音，該凹陷位需用定模斜頂脫模；產(chǎn)品上有一個冷風(fēng)口，冷空氣從此孔吹出，此處用定、動模型芯面貼合的形式成型；在冷風(fēng)口的左邊有一個側(cè)扣位，側(cè)扣位上有3個外徑為9 mm、長度為10 mm的圓柱，該圓柱中心軸與分型面的夾角為150°，圓柱旁邊有3個小扣位(圖中未標識)，小扣位的開口方向與圓柱軸線方向垂直，此處采用組合滑塊脫模。

在圖1a的B-B剖視圖中，腔體的外部有一個外扣位，需要滑塊脫模，該滑塊同時成型外水槽壁；在筋位上有一個?6 mm的圓孔，冷風(fēng)口中共有兩條這種筋位，在左、右視圖中各有一個直徑為?6 mm的圓孔，這4個圓孔用斜頂脫模，這4個圓孔的作用是安裝風(fēng)向板，風(fēng)向板通過上、下擺動來控制冷空氣向上、下吹的方向，如果產(chǎn)品變形，導(dǎo)致這4個圓孔不同軸，將會影響工人對風(fēng)向板的裝配，即使裝配上去后，風(fēng)向板也會卡死。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及效果圖

在圖1a的剖視圖C-C中，有一個外徑為?16 mm、內(nèi)徑為?13 mm、長度為52 mm的圓管，該圓管為出水管，其中心軸與分型面的夾角為60°，如果出水管的口部存在毛邊，將會堵塞出水管而導(dǎo)致空調(diào)室內(nèi)機漏水，此處用油缸+連桿+斜抽芯機構(gòu)脫模。

在圖1a的剖視圖D-D中有1個外徑為?9 mm、內(nèi)徑為?3的圓柱，其中心軸與分模線成30°夾角，該圓柱的外表面以定、動模型芯貼合形式成型，內(nèi)孔以斜導(dǎo)柱+斜抽芯+滑塊機構(gòu)脫模。產(chǎn)品的上述結(jié)構(gòu)直接影響整套模具結(jié)構(gòu)，設(shè)計這些細節(jié)結(jié)構(gòu)的脫模機構(gòu)是整套空調(diào)出風(fēng)框模具的重點[5-7]。

1.1 油缸+滑塊脫模機構(gòu)

對于圖1a的剖視圖B-B中R81 mm圓弧的外扣位和外水槽，采用油缸+滑塊機構(gòu)脫模，如圖2所示，由于滑塊體積較大，為使滑塊運動平衡，采用兩個油缸。為了便于排空型腔中的空氣，在滑塊分型面上設(shè)置排氣槽以及合模間隙。為了防止滑塊磨損，在滑塊的斜面、上表面和底面都設(shè)置耐磨片。為了控制滑塊的溫度，在滑塊中設(shè)置冷卻水路?；瑝K質(zhì)量約為350 kg，為了減輕油缸的工作強度，在注塑生產(chǎn)時將模具側(cè)向擺放，由滑槽托住滑塊。在滑塊的中間位置有一個方形的通孔，用于在動模板上安裝支撐塊，從中間托住位于該滑塊上方的一塊鑲件，以防該鑲件變形。

圖2 外扣位和外水槽的脫模機構(gòu)

1.2 產(chǎn)品兩端滑塊脫模機構(gòu)

產(chǎn)品的兩端各有若干扣位和孔位，分別設(shè)計了相應(yīng)的動?；瑝K脫模機構(gòu)，如圖3所示，其中N端(如圖1a所示)需要安裝電機，脫模距離較長，用油缸+滑塊結(jié)構(gòu)，M端(如圖1a所示)的滑塊脫模距離較短，用斜導(dǎo)柱+滑塊結(jié)構(gòu)。在注塑生產(chǎn)時，斜導(dǎo)柱+滑塊的機構(gòu)在模具的上方，由于斜導(dǎo)柱滑塊的質(zhì)量為80 kg，偏重，且斜導(dǎo)柱所引導(dǎo)滑塊運動速度快，慣性大，對模具的撞擊力較大，長時間工作必定影響模具的精度，導(dǎo)致壽命下降。為了消除滑塊的撞擊力，在滑塊座上設(shè)置緩沖彈簧，使其以較慢的速度接近模具，以降低滑塊對模具的撞擊。另外，在開模時，彈簧有助于將滑塊彈開。由于油缸具有緩沖作用，因此油缸+滑塊機構(gòu)不需要設(shè)計緩沖彈簧。

圖3 產(chǎn)品兩端的動?；瑝K脫模機構(gòu)

1.3 組合滑塊脫模機構(gòu)

為了使圖1a的剖視圖A-A中側(cè)扣位、側(cè)扣位內(nèi)部圓柱及圓柱旁邊的3個小扣位(圖中未標識)脫模，在大滑塊的內(nèi)部設(shè)置了3個小滑塊，形成組合滑塊，如圖4a所示，小滑塊結(jié)構(gòu)如圖4b所示。側(cè)扣位及圓柱用大滑塊脫模，圓柱旁邊的小扣位用小滑塊脫模，小扣位的滑塊位于大滑塊中。因組合滑塊的體積較大，采用兩個油缸。由于小滑塊的滑槽是一個斜面，在開模后，為了防止小滑塊座在斜面上滑動，在小滑塊座的背面設(shè)置一個彈簧和螺桿，用彈簧將小滑塊推開，使小滑塊始終處于開模狀態(tài)。小滑塊座與小滑塊通過T型槽相連，為了使小滑塊在開模時沿水平方向運動，在小滑塊上設(shè)置水平導(dǎo)向條。

圖4 組合滑塊脫模機構(gòu)

在定、動模分模時，首先是斜導(dǎo)柱帶動小滑塊座在大滑塊座的滑槽內(nèi)沿V1方向移動，小滑塊座帶動小滑塊沿V2方向水平運動，從而使小滑塊脫模，然后油缸帶動組合滑塊一起運動，使側(cè)扣位、側(cè)扣位內(nèi)部的圓柱及圓柱旁邊的小扣位脫模。當合模時，運動過程正好相反。

1.4 斜抽芯+斜導(dǎo)柱+滑塊脫模機構(gòu)

在圖1a的剖視圖D-D中，外徑為?9 mm、內(nèi)徑為?3的圓柱軸線與分型面成30°夾角，圓柱的外表面由定、動模鑲件對碰成型，內(nèi)孔采用滑塊成型，滑塊結(jié)構(gòu)如圖5a所示，滑塊立體圖如圖5b所示。

圖5 斜抽芯+斜導(dǎo)柱+滑塊脫模機構(gòu)

在圖5a滑塊座9的斜面上設(shè)置T型槽，用于斜抽芯6的導(dǎo)軌，當滑塊座沿水平方向往右移動時，斜抽芯6沿T型槽往下滑動，從而使斜抽芯6沿內(nèi)孔的軸線方向運動。由于圓柱的內(nèi)孔直徑較小，僅為? 3 mm，并且為通孔，為了便于修模，斜抽芯6采用推管套+抽芯的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)孔口部存在毛邊，只需要更換抽芯，維修簡單。為了便于加工，在動模鑲件(二)2上設(shè)置小鑲件4，其中小鑲件4與推管套5沒有間隙，動模鑲件(二)2與推管套5設(shè)置間隙。由于斜導(dǎo)柱7與推管套5的中心線不在同一平面內(nèi)，為了使滑塊運動平穩(wěn)，在滑塊上安裝兩個彈簧，彈簧具有將滑塊座推開的作用；由于安裝滑槽的空間有限，不能將滑槽的T形槽設(shè)置在滑槽的兩側(cè)，而是在滑槽的中間位置設(shè)置T形塊10，由T形塊10引導(dǎo)滑塊運動。

1.5 油缸+斜抽芯脫模機構(gòu)

產(chǎn)品兩端各有一個出水管，長度為52 mm，其軸線與分型面的夾角為60°，向下傾斜，由于出水管位于產(chǎn)品底部，采用油缸帶動抽芯機構(gòu)脫模。脫模機構(gòu)主要由斜抽芯、出水管抽芯、連桿、滑槽、油缸、斜楔和支撐柱等組成，如圖6所示。為了節(jié)省模具空間，不能將油缸沿出水管的軸線方向擺放，而是水平擺放，油缸通過連桿與斜抽芯相連，斜抽芯與連桿的接觸面為45°的斜面；將水平連桿的滑槽設(shè)置在動模板的背面，再將油缸安裝在滑槽底部。為了防止滑槽松動，在滑槽底部設(shè)置兩根支撐柱；為了增強豎直斜楔強度，將豎直斜楔套在動模板中；為了控制斜抽芯溫度，在斜抽芯內(nèi)部設(shè)置冷卻水路。

圖6 出水管脫模機構(gòu)

為了防止出水管出現(xiàn)注塑不滿的現(xiàn)象，將出水管的型芯設(shè)計成鑲件結(jié)構(gòu)，并用銷固定在斜抽芯上。出水管的口部不能有毛邊，否則容易堵塞引起空調(diào)漏水。當模具長時間工作后，由于出水管型芯磨損導(dǎo)致出水管口部產(chǎn)生毛邊時，可以更換出水管型芯，或者通過修理出水管型芯與定模型芯的貼合面、或其它運動件之間的配合面，使出水管型芯緊貼定模型芯，可以有效防止出水管口部產(chǎn)生毛邊，維修工作簡單。

1.6 定模斜頂脫模機構(gòu)

在圖1a的部視圖A-A中，有一個半徑為81 mm的圓弧，該位置是為了安裝軸流風(fēng)輪，該曲面存在倒扣，需采用定模斜頂脫模。在產(chǎn)品內(nèi)表面還有一個扣位，同樣需要用定模斜頂脫模，兩個定模斜頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)如圖7a所示。為了使定模斜頂脫模，在定模板與熱流道板之間設(shè)置定模推板與定模墊塊，如圖7b所示。

圖7 定模斜頂脫模機構(gòu)

圖7中，斜頂座3固定在定模推板6上，在定模板4與定模推板6之間設(shè)置普通彈簧，在定模座板8與定模推板6之間設(shè)置氮氣彈簧，在模具閉合時，氮氣彈簧收縮，普通彈簧將定模推板6推向熱流道板7，斜頂塊1處于復(fù)位狀態(tài)。當定、動模分模時，氮氣彈簧伸長，由于氮氣彈簧的力量較大，普通彈簧被壓縮，將定模推板6從熱流道板7推開，從而使斜頂塊1實現(xiàn)脫模。

1.7 動模型芯的拼接結(jié)構(gòu)

除了圖2所示的滑塊外，動模部分的成型鑲件還由4個鑲件拼接而成，如圖8所示，其中圖1中P，Q，M，N 4處，分別對應(yīng)鑲件1、鑲件3、鑲件4和鑲件2。鑲件1的底部為圖2所示的滑塊。這種鑲拼結(jié)構(gòu)既有利于加工，也有利于增強鑲件的剛性與強度?？照{(diào)出風(fēng)框常見的問題點是在注塑時發(fā)生破裂，根據(jù)現(xiàn)場工作人員長期的跟蹤，發(fā)現(xiàn)這種破裂的原因是模板變形導(dǎo)致滑塊不能正常滑動。由于圖4所示的滑塊和圖7a所示的定模斜頂體積較大，如果模具變形，滑塊在開模時強行運動導(dǎo)致產(chǎn)品破裂。將動模型芯分成4個鑲件，加強模具零件的硬度與剛度，可以有效防止出風(fēng)框破裂。為了防止鑲件1變形，在圖2所示的滑塊中間開設(shè)一個方孔，在動模板上設(shè)置一根支撐柱，從中間托住鑲件1。

圖8 動模型芯的4個鑲件

1.8 斜頂脫模機構(gòu)

在冷風(fēng)口中，除了兩條筋位上的小外孔，還有9個小扣位，都采用斜頂機構(gòu)脫模。斜頂機構(gòu)由斜頂座、導(dǎo)向塊和斜頂桿組成，如圖9所示，膠位在斜頂桿上成形。兩條筋位上的?6 mm小孔與產(chǎn)品兩端的?6 mm小孔軸線必須共線，否則風(fēng)向板不能正常擺動。生產(chǎn)經(jīng)驗表明，模具長期工作后，小孔的口部容易產(chǎn)生毛邊，導(dǎo)致不能正常裝配，其原因是斜頂桿磨損，或者是斜頂?shù)男托疚恢檬艿礁g導(dǎo)致模具零件的配合間隙過大，克服上述問題的方案是斜頂?shù)牟牧线x擇比較耐腐蝕的模具鋼，如718H，并氮化處理，斜頂桿上設(shè)置油槽，便于潤滑。

圖9 風(fēng)向板裝配孔的脫模機構(gòu)

2 進膠系統(tǒng)

空調(diào)出風(fēng)框產(chǎn)品尺寸較大(944 mm×283 mm×281 mm)，內(nèi)部的孔位、扣位、筋位、溝位較多，且中間為空心，如果澆口設(shè)計不合理，容易出現(xiàn)注塑不滿的現(xiàn)象。針對這種情況，采用熱流道+多點進膠+點澆口的進料系統(tǒng)，共設(shè)有7個澆口，如圖10a中小圓錐所示。將澆口位置的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)稍做修改，如圖10b所示，這有兩方面的作用：其一是澆口所在的膠位低于附近的膠位，是為了方便操作工人修剪澆口料；其二是將澆口正對的膠位設(shè)計成圓柱形，是為了增加熔融材料從熱噴嘴進入型腔時的流動性。

圖10 進膠系統(tǒng)

3 冷卻系統(tǒng)

由于空調(diào)出風(fēng)框尺寸較大，并且滑塊較多，如果模溫控制不好，在注塑過程中產(chǎn)品容易變形，導(dǎo)致裝配困難，也會使圖1a剖視圖B-B中筋位上的? 6 mm圓孔與左右視圖中?6 mm圓孔不同軸，導(dǎo)致風(fēng)向板不能正常擺動。針對上述常見的問題點，應(yīng)設(shè)計合理的冷卻系統(tǒng)，使產(chǎn)品快速冷卻、固化、定形[8-10]。由于空調(diào)出風(fēng)框模具的工作零件較大，為了使模具溫度均勻，體積較大的模具零件都必須設(shè)計冷卻水路。通常塑料模具只為動模鑲件設(shè)計冷卻水路，不單獨為動模板設(shè)計冷卻水路，但這套模具為了更好地控制模溫，在動模板上也設(shè)計了冷卻水路，如圖11a所示；定模型芯由5個零件拼接而成，分7個獨立的冷卻水路回路，為了使水路與型芯表面的距離均勻，定模型芯的冷卻水路采用傾斜的直通水路，如圖11b所示；定模斜頂?shù)睦鋮s水路回路采用直通水路，如圖11c所示；圖8所示的4個動模鑲件冷卻水路布局如圖11d所示，其中鑲件1、鑲件2、鑲件4采用直通式水路，鑲件3采用水井+直通水路，該模具還有其它零件也需要設(shè)計水路，不在此一一列出。

圖11 主要模具零件的冷卻水路布局圖

4 模具裝配圖及工作過程

該模具的剖視圖結(jié)構(gòu)如圖12所示。模具的基本工作過程為，注塑開始前，定模與動模閉合，定模中的氮氣彈簧38收縮，定模推板20緊貼電熱器板14。注塑時，高溫的塑膠材料經(jīng)熱流道管37中注入到模具型腔中。注塑結(jié)束后，塑膠材料在模具型腔中冷卻、定形，然后注塑機帶動動模與定模在分型面處分開，與此同時，下列4個開模動作同步進行：①定模中的氮氣彈簧伸長，定模斜頂42脫模；②圖3中的斜導(dǎo)柱(圖12中沒有標識)帶動滑塊脫模；③斜導(dǎo)柱13帶動小滑塊座11和小滑塊(圖12中沒有標識)脫模；④圖5中的斜導(dǎo)柱帶動斜抽芯脫模。當動模完全打開之后，注塑機發(fā)出指令，下列4個開模運動同時進行：①圖2中的油缸帶動大滑塊開始脫模；②圖3中的油缸帶動滑塊開始脫模；③圖4中的油缸帶動大滑塊開始脫模；④圖6中的油缸帶動出水管斜抽芯開始脫模。當上述4個滑塊完全脫模后，推板2推動模具的推桿(圖11中未標識)、動模斜頂34做頂出運動。從模具中取出產(chǎn)品后，模具開始復(fù)位，復(fù)位過程與開模過程完全相反。當模具完全閉合后，即可開始注塑[11-12]。

圖12 模具的剖視圖

5 結(jié)語

壁掛空調(diào)出風(fēng)框的模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，脫模機構(gòu)較多，而且模具活動零件的體積比較大，長期注塑生產(chǎn)后，受脫模機構(gòu)的撞擊作用，模具容易發(fā)生變形，導(dǎo)致滑塊在開模時強制運動而使產(chǎn)品發(fā)生破裂；或由于受磨損影響導(dǎo)致出水管的管口存在毛邊的現(xiàn)象；或產(chǎn)品變形導(dǎo)致裝配困難。針對上述常見的問題點，設(shè)計了多種構(gòu)思巧妙的脫模機構(gòu)和冷卻水路布局，解決了空調(diào)出風(fēng)框在開模時發(fā)生開裂、變形或出水管毛邊較多的問題。

空調(diào)出風(fēng)框模具選用兩板模結(jié)構(gòu)，并在定模的電熱器板和定模板之間增設(shè)墊塊和推板，通過氮氣彈簧和普通彈簧推動定模推板的閉、合，巧妙地解決了定模斜頂?shù)拿撃栴}。經(jīng)實際試產(chǎn)證明，該模具的脫模動作穩(wěn)定，注塑周期較短，成型的產(chǎn)品變形小，能順利與其它零件進行裝配，現(xiàn)已投入批量生產(chǎn)中[13-16]。