空調面板注射模設計＊

熊立貴，蔡昭華，涂志剛，郭玉娜

（1.廣東開放大學（廣東理工職業學院），廣東中山 528428；2.TCL空調器（中山）有限公司，廣東中山 528400）

1 引言

隨著中國國民經濟的快速發展，城鄉人民的幸福生活已邁入小康水平，家用空調產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制造商，占全球生產商的80%，因此消費者對空調外觀審美需求，越來越要求時尚。市面上的空調內機面板類型出現了格柵塑料面板、光面空白面板、玻璃與塑料結構面板、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 空調面板塑件結構分析

空調面板注射成型主要選用HIPS材料，其結構是由裝飾條固定筋、旋轉固定卡、隱性透光顯示窗、過線固定卡扣、進風格柵、光面件等組成，如圖1、圖2所示。面板塑件的規格尺寸為：1,030×241.5×46.6mm（旋轉卡高為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，因此塑料模具的結構方面設計、材料以及成型注射工藝都要求很高。帶*號標的規格為配合尺寸要求，與中框外罩要求配合良好，達到手板封樣水平。

空調面板光潔度要求很高，特別出口到國外的空調，如：印度VIDEOCION、阿聯酋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、側壁拉模、流痕、氣泡、熔合紋、波紋、暗泡等缺陷。

3 注射模結構設計

3.1 分型面設計

在進行模具設計前，要考慮塑料面板的分型面、澆注方式、冷卻系統、脫模斜度、排氣系統等設計方案，面板外觀質量要求高，模具設計精度也就高，空調器內機面板是由一副注射模注射成型。根據面板的結構特點，模具抽芯機構由斜導柱、滑塊、斜頂、斜推桿及不同步抽芯滑塊等構成，面板與中框裝配時需要旋動開與合，因此，有旋轉固定卡，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，但是分型面設計越好，對注射成型的塑件質量越好，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，容易產生褶皺或破裂，因此在設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 空調器面板正視圖與左視圖

圖2 空調器面板俯視圖、仰視圖

圖3 空調器面板成型模分型面

3.2 模具澆注系統設計

圖4 面板成型模澆注系統

空調室內機的塑料面板長度1,033mm，長度尺寸相對寬度尺寸偏長，為了使澆注流體均勻，流體在模腔內至各個注射成型，確保流體在模腔內填充良好，并且成型面板不會出現厚薄不均或變形，設計采用塑料面板背面為澆注口，如圖4所示的系統。模具澆注系統設計5個分流槽道結構、以及10個側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，然而面板與內機中框裝配時，配合度好，不會出現縫隙大小不一現象。

3.3 模具結構設計及其工作過程

塑料面板的正表面光潔度要求很高，因此模具型腔采用預硬718H模具鋼并進行拋光處理，其硬度調質為40HRC左右，模具型芯材為NAK80，其硬度調質約為38HRC。模架采用二次分型結構，模架的選用是保證塑件質量為前提，模架是所有的加工模具裝配的基礎，必須確保安裝的精度要求，模具在運行時無任何卡位現象，模具結構如圖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構之間的行程距離。在常規設計時，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{內機塑料面板注射成型工藝流程為：裝好定模、動模后關閉注塑機安全拉門→面板注射成型并經保壓完成、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束→定模套板與動模套板進行第二次分型結束→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 空調面板注射模結構

3.4 模具冷卻系統設計

HIPS原料經過熔融狀態后被注塑機注入模腔，熔料在模具腔中經過水冷裝置冷卻到塑件固化后成型。模溫控制系統的溫度過高或過低，都會影響塑料面板的質量和生產，溫度控制所需的合理區間，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周期的4/5的時間，然而生產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也是模具設計的關鍵一環。

模具冷卻系統控制溫度的設計管道直接影響空調器的面板（HIPS材料）表面的光澤度，表1所示數據是經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據值

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計要求。

模具冷卻系統采用了3種混用結構：傾斜結構冷卻液管、垂直結構冷卻液管以及隔片結構水井的結構一起并用。水液管路間隔均勻，設計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計了溫度冷卻管，動模區域、熱射嘴區域相應的也設計了冷卻水管道，防止熱射嘴口溫度過高，影響塑件質量。在模具結設計的總管路采用了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如圖6所示。

圖6 成型模具水冷卻系統

3.5 脫模機構設計

注射成型后的最后一個步驟，就是面板從模腔脫出。但是設計的拔模斜度及倒角都是影響脫模的脫模平衡問題，設計不當，就會導致塑件脫模不順利，會出現拉模、頂白等不良現象。因此，依據塑件要求，需要考慮到分模面結構、澆注結構、冷卻結構、脫模結構、定位結構等，確保成型出優質的塑件。模具脫模機構采用斜頂構件、推桿構件、直頂構件、氮氣彈簧構件頂出等結構組合,由6個大斜頂、5個小斜頂及圓頂桿機構進行脫模。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，在氮氣彈簧及復位桿的作用下進行復位。模具結構里面采用了4支φ20×124mm規格的氮氣彈簧復位，氮氣彈簧作用下驅動推件，確保塑件的順暢頂出和安全的復位。

4 注射成型改進

模具設計加工完成后，裝模進入注射成型小批量生產階段，通過注射成型后的塑件來驗證模具設計的合理性。HIPS熔體通過注入口充注滿模腔后，經過保壓過程、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。

接下來就是給空調生產商進行送樣確認，空調生產公司的研發部工程師對面板樣品結構尺寸規格進行裝配驗證，僅安裝一臺套是不容易找到缺陷，需要10套小批量生產驗證，電控顯示部分是否透光效果、過線是否合理等技術問題確認。品質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指標測試，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，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，直至符合面板設計要求。

5 新面板機型焓差測試性能參數

在能力焓差室測試驗證新開模面板循環風量對空調器換熱性能影響變化，根據《房間空氣調節器》國標GB/T 7725要求，以新開模面板相匹配的KFR-50GW壁掛式空調機型為例，分別進行性能（能力、能效、風量）測試。測試要求按照國家標準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

經空調器的焓差測試，新開面板空調的換熱器循環風量、能力、能效結果如表3所示。

表3 新開模面板機型測試循環風量、能力、能效結果表

通過焓差測試結果，使用全新開模2匹內機1,033mm長度面板的空調器，循環風量為1,068m3/h，能力達到5,266W，能效達3.18（W/W），結果表明：使用新開模的面板空調器的能力、循環風量、能效性能參數都很高。與舊面板同箱體的內機進行比對，循環風量平均高于以前面板風最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效果好，確保了室內機換熱器的高效散熱、傳熱的能力。

6 小結

注射模設計的最關鍵要素是要深入分析成型塑件的結構及技術要求。借助三維設計軟件進行仿真設計、驗證，利用理論知識與三維數字化的設計相結合，不僅縮短模具研發設計周期，同時可以提高注射模設計的準確性、節約模具的設計制造成本，工作效率得到明顯的提高。

（1）模具內、外抽芯機構采用斜推桿和斜導柱先后錯位結構，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。

（2）模具頂出、復位系統采用注入氮氣驅動彈簧推出及復位安全機構，確保了平衡及脫模，減少頻繁更換彈簧，節約了時間，模具生產率得到有效提高。

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