冰箱頂蓋注塑模設(shè)計(jì)

孫肖霞， 呂雯， 唐軍

（宿遷學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，在注塑模具設(shè)計(jì)中已廣泛應(yīng)用模具CAD技術(shù)，設(shè)計(jì)方法改變了傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)流程，提高了塑料模具設(shè)計(jì)效率，降低了設(shè)計(jì)成本[1-7]。本文基于UG平臺(tái)設(shè)計(jì)了一套冰箱頂蓋注塑模具，驗(yàn)證了注射模數(shù)字化設(shè)計(jì)的快速、有效性。

1 塑件工藝分析

圖1所示的冰箱頂蓋為某公司開發(fā)的冰箱外觀件，安裝在冰箱的頂面。塑件外表面為光滑的自由曲面，內(nèi)部分布多條縱橫交錯(cuò)的加強(qiáng)筋，并且有2個(gè)側(cè)孔和2處倒扣結(jié)構(gòu)。塑件要求外表面粗糙度低，無(wú)收縮痕、熔接痕、頂白、變形等產(chǎn)品表面缺陷，與箱體配合安裝部分尺寸精度高，生產(chǎn)批量大。

圖1所示的冰箱頂蓋制件外形尺寸為545.2 mm×495.2 mm×66.5 mm，體積為859.3 cm3。制件材料選用材質(zhì)為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，密度和收縮率分別為1.05 g/cm3和0.5，其熔體流動(dòng)性較好，無(wú)毒、無(wú)味，尺寸穩(wěn)定性好，其在低溫下也不迅速下降。

根據(jù)上述技術(shù)要求，擬定模具的結(jié)構(gòu)形式如下：1)為了保證塑件外表面無(wú)澆口痕跡，現(xiàn)將進(jìn)料口設(shè)置在內(nèi)表面，模具采用倒裝結(jié)構(gòu)及定模脫模；2)塑件成型面積大且加強(qiáng)筋較多，而最小壁厚只有1.67 mm，為了便于充型和節(jié)省原料，澆注系統(tǒng)采用針閥式點(diǎn)澆口的熱流道；3)側(cè)孔采用外側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，倒扣采用斜頂側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。

圖1 冰箱頂蓋零件圖

下面詳細(xì)闡述本模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

2 頂蓋模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

考慮到頂蓋的成型面積較大，且有一定的成型難度，本文采用一模一腔布局。

將圖1中的頂蓋三維模型導(dǎo)入到UG NX的MoldWizard模塊中，項(xiàng)目初始化并選擇ABS作為該塑件的成型材料，明確了相應(yīng)的收縮率。指定坐標(biāo)系原點(diǎn)和脫模方向，設(shè)置好該塑件的毛坯尺寸、完成型腔布局。

2.1 分型面設(shè)計(jì)

分型面是影響模具整體結(jié)構(gòu)的重要因素，并與模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件的脫模方式及模具制造相關(guān)。選擇分型面時(shí)應(yīng)盡量不影響塑件外觀，使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易[8~9]，且應(yīng)有利于熔體的澆注、型腔的排氣、脫模和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

經(jīng)過(guò)綜合分析，本文選擇塑件外形的最大輪廓處為分型面。在UG NX中提取分型線，并利用掃掠、裁剪等曲面編輯功能創(chuàng)建分型面，完成的分型面效果如圖2所示。

圖2 分型面設(shè)計(jì)

2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，主要考慮以下3個(gè)要點(diǎn)：1）使塑料熔體迅速充填型腔，減少熱量和壓力損失；2）盡量減少?gòu)U料比例；3）易于去除塑件上的澆注痕跡[10~12]。針閥式熱流道能節(jié)省原材料，有效縮短成型周期，提高產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，適用于精細(xì)表面的加工[13]。本例選擇一模一件一個(gè)進(jìn)料口，只要一個(gè)熱射嘴，即選用單頭熱流道系統(tǒng)。

為了達(dá)到外表面光滑無(wú)痕的外觀質(zhì)量，本文將澆口開設(shè)在頂蓋內(nèi)表面的中心處，熔體進(jìn)料均勻，充填一致，型腔各處的溫度和壓力平衡。根據(jù)塑件質(zhì)量和模流分析結(jié)果，取澆口直徑為6.0 mm。

2.3 主要成型零件設(shè)計(jì)

成型零件與塑件直接接觸，并決定了塑件的幾何形狀及尺寸，其總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜合考慮了多個(gè)因素，如：塑料性能、塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求、澆口和分型面的開設(shè)位置、排氣和脫模方式等[14]。

1）凹模。按照凹模結(jié)構(gòu)的不同可將其分為整體式和組合式。本文成型塑件外表面的型腔相對(duì)較淺，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但表面質(zhì)量要求較高。選擇整體式凹模結(jié)構(gòu)，不易變形、不會(huì)產(chǎn)生拼接線痕跡，其模具強(qiáng)度和剛度也較高，外形尺寸為850 mm×800 mm×150 mm。為了提高制件表面質(zhì)量、方便脫模，同時(shí)減少塑料熔體的流動(dòng)阻力，成型表面機(jī)加工后再進(jìn)行拋光處理，粗糙度為Ra0.05 μm。型腔材料采用拋光性能良好的德國(guó)2738模具鋼。

2）凸模。凸模是指注射模中成型塑件有較大內(nèi)表面的凸?fàn)盍慵鼓７譃檎w式和組合式兩種。整體式用于簡(jiǎn)單型芯，而組合式用于復(fù)雜型芯。本文塑件內(nèi)表面結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，為了便于加工，型芯采用組合式，如圖3所示，主型芯鑲塊單獨(dú)加工，采用H7/m6過(guò)渡配合整體嵌入到定模板中，用螺釘固定，定模板尺寸為850 mm×800 mm×160 mm。主型芯局部較薄，容易損壞，采用了局部鑲嵌形式，這種結(jié)構(gòu)加工效率高，裝拆方便。型芯材料采用國(guó)產(chǎn)P20模具鋼，外形尺寸為650 mm×600 mm×113.2 mm。

圖3 組合式型芯

2.4 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑件有與開合模方向不同的2個(gè)側(cè)孔和2個(gè)倒扣結(jié)構(gòu)，塑件不能直接由推桿等推出機(jī)構(gòu)推出脫模，因此，本文設(shè)計(jì)了兩組機(jī)動(dòng)側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)，如圖4所示。

1）外側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。由于2個(gè)側(cè)孔直徑僅為φ5 mm，尺寸較小，所需抽芯阻力和抽芯距也都較小，因此，在側(cè)滑塊上安裝彈簧提供抽芯力，選取規(guī)格為TL12×6×60。合模時(shí)，固定在定模板上的楔緊塊斜面與側(cè)滑塊斜面緊密接觸，迫使滑塊歸位，并將其鎖緊，楔緊角度取20°。

2）斜頂內(nèi)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。為了節(jié)省材料且方便加工，采用分體式斜頂抽芯機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)倒扣結(jié)構(gòu)的側(cè)向抽芯。斜頂頭部由2根斜導(dǎo)桿和1個(gè)側(cè)型芯斜頂塊組合而成，用1根圓柱銷連接，斜頂塊與成型表面平齊或略低0.1~0.2 mm；斜導(dǎo)桿直徑為φ16 mm，傾斜角為20°，用螺釘固定在底座上；底座通過(guò)T形槽固定在推板上；斜導(dǎo)柱穿過(guò)底座固定在定模座板上，直徑為φ25 mm。斜導(dǎo)桿與斜導(dǎo)向孔采用H8/f8的間隙配合。

圖4 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)

2.5 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具溫度對(duì)制件的尺寸穩(wěn)定性和收縮率等有較大影響。若模溫過(guò)低，不僅熔體流動(dòng)性差，制件的輪廓清晰度、表面質(zhì)量和力學(xué)性能也都較低；若模溫過(guò)高，則成型收縮率大，脫模后制件變形大，易造成溢料和粘模。當(dāng)模具溫度波動(dòng)大時(shí)，型腔與型芯的溫差大，導(dǎo)致制件收縮不均及翹曲變形，影響了制品的尺寸精度[15-16]。

為了使模腔溫度達(dá)到均衡，分別在動(dòng)模和定模開設(shè)了多股冷卻通道，如圖5所示。

1）在動(dòng)模板上布置了8股直徑為10 mm的直通式水路，如圖5(a）所示，水路距離塑件表面20 mm。2）由于塑件在脫模之前主要的熱量都傳給了定模型芯，因此型芯鑲塊必須重點(diǎn)冷卻。如圖5(b）所示，在定模布置了6股隔板式冷卻水路，每個(gè)水井用隔板分成底部連通的兩個(gè)部分，水路直徑為φ10 mm，水井直徑為φ30 mm。

圖5 冷卻系統(tǒng)

2.6 脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文將澆口設(shè)置在塑件的內(nèi)表面，脫模系統(tǒng)必須和澆注系統(tǒng)同時(shí)設(shè)置在模具的定模一側(cè)。推出系統(tǒng)由22根直徑為φ16 mm的圓推桿、31根φ15 mm×φ12.5 mm的司筒針及推板、推桿固定板和推板導(dǎo)柱導(dǎo)套等組成。由于塑件內(nèi)表面為曲面，故推桿設(shè)計(jì)了止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。如圖6所示，推出行程為70 mm，其動(dòng)力來(lái)源于4個(gè)液壓油缸。安裝時(shí)，用螺釘將油缸固定在定模板上，并采用T形結(jié)構(gòu)將油缸活塞連接在推板上。

3 模具的裝配

根據(jù)以上設(shè)計(jì)，繪制了圖7所示的冰箱頂蓋注塑模具裝配圖，其總體尺寸為1150 mm×900 mm×556 mm，主要包括定模板、型芯鑲件、熱射嘴、動(dòng)模板、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、推出元件、定位和限位元件等。

圖6 定模脫模

圖7 模具裝配圖

裝配修模時(shí)應(yīng)做到以下幾個(gè)方面：1）各滑塊在T形槽內(nèi)應(yīng)滑動(dòng)靈活，又應(yīng)感覺不到明顯間隙。2）動(dòng)定模水平分型面應(yīng)進(jìn)行研合，調(diào)整修磨使分型面達(dá)到密合。3）查看楔緊塊的楔緊情況，檢查各活動(dòng)機(jī)構(gòu)是否有咬死或松動(dòng)現(xiàn)象，脫模機(jī)構(gòu)不得發(fā)生干涉。4）裝配后進(jìn)行試模，產(chǎn)品質(zhì)量要滿足客戶要求，如有不妥，則修模再試。

模具工作過(guò)程：1）模具安裝完畢后，塑件注射、冷卻完成后沿分型面開啟模具；2）在包緊力的作用下，塑件留在了定模一側(cè)；3）液壓活塞桿帶動(dòng)推出元件和斜頂抽芯機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)，完成抽芯并頂出塑件；4）液壓活塞桿帶動(dòng)推出機(jī)構(gòu)復(fù)位；5）合模，準(zhǔn)備下一個(gè)工作循環(huán)。

4 結(jié) 論

冰箱頂蓋成型面積較大，表面質(zhì)量要求高，且有倒扣結(jié)構(gòu)及安裝精度要求，設(shè)計(jì)過(guò)程具有一定的難度。考慮到外觀質(zhì)量和尺寸精度，將模具澆口開設(shè)在塑件內(nèi)側(cè)，模具設(shè)計(jì)為倒裝結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)如下：1）采用針閥式澆口熱流道和液壓系統(tǒng)定模脫模；2）根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將凹模設(shè)計(jì)為整體式、凸模設(shè)計(jì)為組合式；3）設(shè)計(jì)了分體式斜頂抽芯機(jī)構(gòu)便于倒扣結(jié)構(gòu)的成型和脫模；4）動(dòng)定模部分分別開設(shè)了直通式和隔板式冷卻水路。模具結(jié)構(gòu)緊湊、工作過(guò)程穩(wěn)定、可靠，對(duì)同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)有一定的參考價(jià)值。