彭旭辉
(广东省机械技师学院，广州 510450)
对于结构复杂的塑料件，在设计其塑料模具结构时，不但要认真分析塑料件的结构、该塑料件在整套产品中的功能，还需要了解与其它零件的装配关系，以及同类产品在注塑过程中常见的问题点，并加以改善，才能开发出优良的模具。出风框是壁挂空调的一个零件，材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，主要有3个方面的功能：第1个功能是收集空调工作时所产生的冷凝水，并将冷凝水从出水管排出；
第2个功能是固定轴流风轮，壁挂空调的冷空气由旋转的轴流风轮吹出；
第3个功能是安装风向板，风向板可以控制空调冷空气的方向。如果空调漏水，或轴流风轮旋转时发出的噪声较大，或风向板卡死、不能摆动导致冷空气不能变换方向，这些故障都是由于空调出风框出现异常所致。因此在设计出风框的模具结构时，应针对上述3个常见的问题点设计合理的脱模结构[1-4]。笔者以壁挂空调出风框为例，阐述该类塑件的模具设计要点，为同类模具设计提供参考。
空调出风框结构非常复杂，上面有若干孔位和扣位，且这些孔位和扣位的脱模方向与开模方向不一致，其结构如图1a所示，立体图如图1b所示。
针对出风框的结构，所设计的脱模机构不仅要求结构简单，还要求能简化整套模具结构。经综合考虑产品各种结构，所采纳的分型面如图1a左、右视图所示。从图1a的剖视图A-A中可看出，产品的内、外面各有一条用于收集空气中水分的水槽，空气中的水分在空调内部遇冷将会凝结成水珠，附着在出风框的侧壁上，累积到一定程度就会沿侧壁流下，水槽的作用是将其收集起来，并引向产品两端的出水管。外水槽壁与分型面平行，采用滑块成型，内水槽由定模型芯成型；
产品内部的腔体是一个圆弧形曲面，半径为81 mm，该位置用于安装轴流风轮，为满足产品静音的要求，该处的弧面需略向内凹陷，否则空调在工作时会发出很大的噪音，该凹陷位需用定模斜顶脱模；
产品上有一个冷风口，冷空气从此孔吹出，此处用定、动模型芯面贴合的形式成型；
在冷风口的左边有一个侧扣位，侧扣位上有3个外径为9 mm、长度为10 mm的圆柱，该圆柱中心轴与分型面的夹角为150°，圆柱旁边有3个小扣位(图中未标识)，小扣位的开口方向与圆柱轴线方向垂直，此处采用组合滑块脱模。
在图1a的B-B剖视图中，腔体的外部有一个外扣位，需要滑块脱模，该滑块同时成型外水槽壁；
在筋位上有一个Ø6 mm的圆孔，冷风口中共有两条这种筋位，在左、右视图中各有一个直径为Ø6 mm的圆孔，这4个圆孔用斜顶脱模，这4个圆孔的作用是安装风向板，风向板通过上、下摆动来控制冷空气向上、下吹的方向，如果产品变形，导致这4个圆孔不同轴，将会影响工人对风向板的装配，即使装配上去后，风向板也会卡死。
图1 产品结构及效果图
在图1a的剖视图C-C中，有一个外径为Ø16 mm、内径为Ø13 mm、长度为52 mm的圆管，该圆管为出水管，其中心轴与分型面的夹角为60°，如果出水管的口部存在毛边，将会堵塞出水管而导致空调室内机漏水，此处用油缸+连杆+斜抽芯机构脱模。
在图1a的剖视图D-D中有1个外径为Ø9 mm、内径为Ø3的圆柱，其中心轴与分模线成30°夹角，该圆柱的外表面以定、动模型芯贴合形式成型，内孔以斜导柱+斜抽芯+滑块机构脱模。产品的上述结构直接影响整套模具结构，设计这些细节结构的脱模机构是整套空调出风框模具的重点[5-7]。
1.1 油缸+滑块脱模机构
对于图1a的剖视图B-B中R81 mm圆弧的外扣位和外水槽，采用油缸+滑块机构脱模，如图2所示，由于滑块体积较大，为使滑块运动平衡，采用两个油缸。为了便于排空型腔中的空气，在滑块分型面上设置排气槽以及合模间隙。为了防止滑块磨损，在滑块的斜面、上表面和底面都设置耐磨片。为了控制滑块的温度，在滑块中设置冷却水路。滑块质量约为350 kg，为了减轻油缸的工作强度，在注塑生产时将模具侧向摆放，由滑槽托住滑块。在滑块的中间位置有一个方形的通孔，用于在动模板上安装支撑块，从中间托住位于该滑块上方的一块镶件，以防该镶件变形。
图2 外扣位和外水槽的脱模机构
1.2 产品两端滑块脱模机构
产品的两端各有若干扣位和孔位，分别设计了相应的动模滑块脱模机构，如图3所示，其中N端(如图1a所示)需要安装电机，脱模距离较长，用油缸+滑块结构，M端(如图1a所示)的滑块脱模距离较短，用斜导柱+滑块结构。在注塑生产时，斜导柱+滑块的机构在模具的上方，由于斜导柱滑块的质量为80 kg，偏重，且斜导柱所引导滑块运动速度快，惯性大，对模具的撞击力较大，长时间工作必定影响模具的精度，导致寿命下降。为了消除滑块的撞击力，在滑块座上设置缓冲弹簧，使其以较慢的速度接近模具，以降低滑块对模具的撞击。另外，在开模时，弹簧有助于将滑块弹开。由于油缸具有缓冲作用，因此油缸+滑块机构不需要设计缓冲弹簧。
图3 产品两端的动模滑块脱模机构
1.3 组合滑块脱模机构
为了使图1a的剖视图A-A中侧扣位、侧扣位内部圆柱及圆柱旁边的3个小扣位(图中未标识)脱模，在大滑块的内部设置了3个小滑块，形成组合滑块，如图4a所示，小滑块结构如图4b所示。侧扣位及圆柱用大滑块脱模，圆柱旁边的小扣位用小滑块脱模，小扣位的滑块位于大滑块中。因组合滑块的体积较大，采用两个油缸。由于小滑块的滑槽是一个斜面，在开模后，为了防止小滑块座在斜面上滑动，在小滑块座的背面设置一个弹簧和螺杆，用弹簧将小滑块推开，使小滑块始终处于开模状态。小滑块座与小滑块通过T型槽相连，为了使小滑块在开模时沿水平方向运动，在小滑块上设置水平导向条。
图4 组合滑块脱模机构
在定、动模分模时，首先是斜导柱带动小滑块座在大滑块座的滑槽内沿V1方向移动，小滑块座带动小滑块沿V2方向水平运动，从而使小滑块脱模，然后油缸带动组合滑块一起运动，使侧扣位、侧扣位内部的圆柱及圆柱旁边的小扣位脱模。当合模时，运动过程正好相反。
1.4 斜抽芯+斜导柱+滑块脱模机构
在图1a的剖视图D-D中，外径为Ø9 mm、内径为Ø3的圆柱轴线与分型面成30°夹角，圆柱的外表面由定、动模镶件对碰成型，内孔采用滑块成型，滑块结构如图5a所示，滑块立体图如图5b所示。
图5 斜抽芯+斜导柱+滑块脱模机构
在图5a滑块座9的斜面上设置T型槽，用于斜抽芯6的导轨，当滑块座沿水平方向往右移动时，斜抽芯6沿T型槽往下滑动，从而使斜抽芯6沿内孔的轴线方向运动。由于圆柱的内孔直径较小，仅为Ø 3 mm，并且为通孔，为了便于修模，斜抽芯6采用推管套+抽芯的结构，如果内孔口部存在毛边，只需要更换抽芯，维修简单。为了便于加工，在动模镶件(二)2上设置小镶件4，其中小镶件4与推管套5没有间隙，动模镶件(二)2与推管套5设置间隙。由于斜导柱7与推管套5的中心线不在同一平面内，为了使滑块运动平稳，在滑块上安装两个弹簧，弹簧具有将滑块座推开的作用；
由于安装滑槽的空间有限，不能将滑槽的T形槽设置在滑槽的两侧，而是在滑槽的中间位置设置T形块10，由T形块10引导滑块运动。
1.5 油缸+斜抽芯脱模机构
产品两端各有一个出水管，长度为52 mm，其轴线与分型面的夹角为60°，向下倾斜，由于出水管位于产品底部，采用油缸带动抽芯机构脱模。脱模机构主要由斜抽芯、出水管抽芯、连杆、滑槽、油缸、斜楔和支撑柱等组成，如图6所示。为了节省模具空间，不能将油缸沿出水管的轴线方向摆放，而是水平摆放，油缸通过连杆与斜抽芯相连，斜抽芯与连杆的接触面为45°的斜面；
将水平连杆的滑槽设置在动模板的背面，再将油缸安装在滑槽底部。为了防止滑槽松动，在滑槽底部设置两根支撑柱；
为了增强竖直斜楔强度，将竖直斜楔套在动模板中；
为了控制斜抽芯温度，在斜抽芯内部设置冷却水路。
图6 出水管脱模机构
为了防止出水管出现注塑不满的现象，将出水管的型芯设计成镶件结构，并用销固定在斜抽芯上。出水管的口部不能有毛边，否则容易堵塞引起空调漏水。当模具长时间工作后，由于出水管型芯磨损导致出水管口部产生毛边时，可以更换出水管型芯，或者通过修理出水管型芯与定模型芯的贴合面、或其它运动件之间的配合面，使出水管型芯紧贴定模型芯，可以有效防止出水管口部产生毛边，维修工作简单。
1.6 定模斜顶脱模机构
在图1a的部视图A-A中，有一个半径为81 mm的圆弧，该位置是为了安装轴流风轮，该曲面存在倒扣，需采用定模斜顶脱模。在产品内表面还有一个扣位，同样需要用定模斜顶脱模，两个定模斜顶的结构如图7a所示。为了使定模斜顶脱模，在定模板与热流道板之间设置定模推板与定模垫块，如图7b所示。
图7 定模斜顶脱模机构
图7中，斜顶座3固定在定模推板6上，在定模板4与定模推板6之间设置普通弹簧，在定模座板8与定模推板6之间设置氮气弹簧，在模具闭合时，氮气弹簧收缩，普通弹簧将定模推板6推向热流道板7，斜顶块1处于复位状态。当定、动模分模时，氮气弹簧伸长，由于氮气弹簧的力量较大，普通弹簧被压缩，将定模推板6从热流道板7推开，从而使斜顶块1实现脱模。
1.7 动模型芯的拼接结构
除了图2所示的滑块外，动模部分的成型镶件还由4个镶件拼接而成，如图8所示，其中图1中P，Q，M，N 4处，分别对应镶件1、镶件3、镶件4和镶件2。镶件1的底部为图2所示的滑块。这种镶拼结构既有利于加工，也有利于增强镶件的刚性与强度。空调出风框常见的问题点是在注塑时发生破裂，根据现场工作人员长期的跟踪，发现这种破裂的原因是模板变形导致滑块不能正常滑动。由于图4所示的滑块和图7a所示的定模斜顶体积较大，如果模具变形，滑块在开模时强行运动导致产品破裂。将动模型芯分成4个镶件，加强模具零件的硬度与刚度，可以有效防止出风框破裂。为了防止镶件1变形，在图2所示的滑块中间开设一个方孔，在动模板上设置一根支撑柱，从中间托住镶件1。
图8 动模型芯的4个镶件
1.8 斜顶脱模机构
在冷风口中，除了两条筋位上的小外孔，还有9个小扣位，都采用斜顶机构脱模。斜顶机构由斜顶座、导向块和斜顶杆组成，如图9所示，胶位在斜顶杆上成形。两条筋位上的Ø6 mm小孔与产品两端的Ø6 mm小孔轴线必须共线，否则风向板不能正常摆动。生产经验表明，模具长期工作后，小孔的口部容易产生毛边，导致不能正常装配，其原因是斜顶杆磨损，或者是斜顶的型芯位置受到腐蚀导致模具零件的配合间隙过大，克服上述问题的方案是斜顶的材料选择比较耐腐蚀的模具钢，如718H，并氮化处理，斜顶杆上设置油槽，便于润滑。
图9 风向板装配孔的脱模机构
空调出风框产品尺寸较大(944 mm×283 mm×281 mm)，内部的孔位、扣位、筋位、沟位较多，且中间为空心，如果浇口设计不合理，容易出现注塑不满的现象。针对这种情况，采用热流道+多点进胶+点浇口的进料系统，共设有7个浇口，如图10a中小圆锥所示。将浇口位置的产品结构稍做修改，如图10b所示，这有两方面的作用：其一是浇口所在的胶位低于附近的胶位，是为了方便操作工人修剪浇口料；
其二是将浇口正对的胶位设计成圆柱形，是为了增加熔融材料从热喷嘴进入型腔时的流动性。
图10 进胶系统
由于空调出风框尺寸较大，并且滑块较多，如果模温控制不好，在注塑过程中产品容易变形，导致装配困难，也会使图1a剖视图B-B中筋位上的Ø 6 mm圆孔与左右视图中Ø6 mm圆孔不同轴，导致风向板不能正常摆动。针对上述常见的问题点，应设计合理的冷却系统，使产品快速冷却、固化、定形[8-10]。由于空调出风框模具的工作零件较大，为了使模具温度均匀，体积较大的模具零件都必须设计冷却水路。通常塑料模具只为动模镶件设计冷却水路，不单独为动模板设计冷却水路，但这套模具为了更好地控制模温，在动模板上也设计了冷却水路，如图11a所示；
定模型芯由5个零件拼接而成，分7个独立的冷却水路回路，为了使水路与型芯表面的距离均匀，定模型芯的冷却水路采用倾斜的直通水路，如图11b所示；
定模斜顶的冷却水路回路采用直通水路，如图11c所示；
图8所示的4个动模镶件冷却水路布局如图11d所示，其中镶件1、镶件2、镶件4采用直通式水路，镶件3采用水井+直通水路，该模具还有其它零件也需要设计水路，不在此一一列出。
图11 主要模具零件的冷却水路布局图
该模具的剖视图结构如图12所示。模具的基本工作过程为，注塑开始前，定模与动模闭合，定模中的氮气弹簧38收缩，定模推板20紧贴电热器板14。注塑时，高温的塑胶材料经热流道管37中注入到模具型腔中。注塑结束后，塑胶材料在模具型腔中冷却、定形，然后注塑机带动动模与定模在分型面处分开，与此同时，下列4个开模动作同步进行：①定模中的氮气弹簧伸长，定模斜顶42脱模；
②图3中的斜导柱(图12中没有标识)带动滑块脱模；
③斜导柱13带动小滑块座11和小滑块(图12中没有标识)脱模；
④图5中的斜导柱带动斜抽芯脱模。当动模完全打开之后，注塑机发出指令，下列4个开模运动同时进行：①图2中的油缸带动大滑块开始脱模；
②图3中的油缸带动滑块开始脱模；
③图4中的油缸带动大滑块开始脱模；
④图6中的油缸带动出水管斜抽芯开始脱模。当上述4个滑块完全脱模后，推板2推动模具的推杆(图11中未标识)、动模斜顶34做顶出运动。从模具中取出产品后，模具开始复位，复位过程与开模过程完全相反。当模具完全闭合后，即可开始注塑[11-12]。
图12 模具的剖视图
壁挂空调出风框的模具结构复杂，脱模机构较多，而且模具活动零件的体积比较大，长期注塑生产后，受脱模机构的撞击作用，模具容易发生变形，导致滑块在开模时强制运动而使产品发生破裂；
或由于受磨损影响导致出水管的管口存在毛边的现象；
或产品变形导致装配困难。针对上述常见的问题点，设计了多种构思巧妙的脱模机构和冷却水路布局，解决了空调出风框在开模时发生开裂、变形或出水管毛边较多的问题。
空调出风框模具选用两板模结构，并在定模的电热器板和定模板之间增设垫块和推板，通过氮气弹簧和普通弹簧推动定模推板的闭、合，巧妙地解决了定模斜顶的脱模问题。经实际试产证明，该模具的脱模动作稳定，注塑周期较短，成型的产品变形小，能顺利与其它零件进行装配，现已投入批量生产中[13-16]。
猜你喜欢斜顶镶件出水管一种能够检测镶件的塑料件注塑模具及注塑机橡塑技术与装备(2022年10期)2022-10-03虾子河排洪泵站出水压力管道设计科技创新与应用(2022年17期)2022-06-21汽车外饰件斜顶痕的解决方法模具工业(2022年6期)2022-06-20Eensy-weensy Spider阅读（快乐英语中年级）(2021年9期)2021-10-19注塑模具镶件智能设计系统工程塑料应用(2020年7期)2020-07-20注射模各种斜顶顶出结构模具制造(2019年9期)2019-10-26通海管路出水管末端管径对水动力噪声的影响研究舰船科学技术(2019年7期)2019-08-16大角度斜顶结构分析及优化方案模具制造(2019年12期)2019-03-06热泵干衣机的清洗系统和具有其的热泵干衣机家电科技(2018年7期)2018-08-06结合Cimatron软件加工压铸模具异形镶件智能制造(2017年4期)2017-07-24