扁形牛角澆口的設計

曾炬，陳瑞珠，李冬，楊丹丹

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519000

1 序言

空調導風板零件位于空調送風口位置，當空調制冷送風時，導風板處于打開狀態；當空調關閉時，導風板處于閉合狀態。導風板采用注塑成形，要求具有較高的塑料外觀質量[1]，基于產品外觀的需要，導風板的外觀面和側邊位置都不允許出現澆口印，因此澆口點必須設計在產品的非外觀面上。所以熱流道具有節約原料、易于自動化等優點[2-5]，為了節約水口料，模具進膠系統采用熱流道轉冷流道的模式。冷流道采用一種新型的扁形牛角澆口設計[6]，相較于傳統的圓形牛角澆口[7，8]，澆口寬度方向可以設計得更薄，使冷卻效果更好，澆口斷點更平整。導風板模具在其注塑過程中，熔融的膠料從注塑機射入熱流道系統，接著從各熱嘴流入扁形牛角澆口鑲件，最后從產品非外觀位置流入模腔形成產品，產品經射膠、保壓和冷卻出模后外觀位置無澆口印。

2 扁形牛角澆口設計

2.1 產品成形工藝分析

導風板產品規格為686mm×59mm，料厚均勻，厚度為3.0mm，產品細長，兩端位置有轉軸。零件使用ABS材料，該材料的收縮率約為1.005，綜合性能較好，耐沖擊強度較高。導風板采用一出二開制，開模前采用Moldflow軟件進行模流仿真分析。Moldflow軟件具有注塑成形仿真功能，不僅能夠驗證和優化解決塑料零件、注塑模具和注塑成形方面的問題，還能提供科學的產品進膠方案、分析產品翹曲等問題[9]。根據Moldflow模擬仿真分析結果確定導風板型腔分布，如圖1所示。為避免產品兩端轉軸對應外觀位置縮水，每腔產品含3個澆口，為了更好地控制產品尺寸變形，其中中間熱嘴分別對應1個澆口，兩端熱嘴對應2個澆口，模具進膠采用熱流道轉冷流道方式，其中冷流道使用扁形牛角澆口，膠料繞過產品外觀，從非外觀側進入模腔。

圖1 導風板型腔分布

2.2 扁形牛角澆口鑲件及其工作原理

扁形牛角澆口鑲件（見圖2）通過設置弧形澆注通道，使澆口能夠位于注塑件的非外觀面上，而不是位于邊緣或外觀面上，從而不會對注塑件的外觀造成影響。扁形澆口鑲件固定采用螺釘緊固在動模鑲件上的方式，同時為了方便加工扁形牛角澆口通道，將澆口鑲件一分為二，分成2個對稱的零件。

圖2 扁形牛角澆口鑲件

扁形牛角澆口工作原理：當產品注塑成形且充分冷卻后，扁形牛角澆口鑲件在動模上的位置如圖3所示。模具在開模過程中，頂桿在頂針板的推動下向上運動，同時推動澆口冷料井向上頂，其中H區域為澆口冷料井，牛角澆口在頂桿的作用力下，帶動弧形段澆口向上運動，從而實現澆口自動脫離產品。模具頂針板頂出澆口前后的情況如圖4所示。

圖3 扁形牛角澆口鑲件在動模上的位置示意

圖4 模具頂針板頂出澆口前后

2.3 扁形牛角澆口的尺寸及設計要求

扁形牛角澆口的形狀（見圖5）包括弧形段、冷料井等，常用的扁形牛角澆口的尺寸規格見表1。為了保證牛角澆口頂出順暢，扁形澆口設計時必須滿足如下要求。

表1 扁形牛角澆口尺寸規格 （單位：mm）

圖5 扁形牛角澆口3D示意

1）冷料井高度L＞L3＋L4，否則膠料容易斷在牛角鑲件上。

2）牛角入膠位置膠料尺寸厚，具有牛角似的圓滑曲線形狀，截面面積逐漸變小，小端連接產品型腔非外觀面[10]。

3）扁形牛角澆口兩端以圓弧過渡，減小出模阻力。

4）扁形牛角澆口錐度夾角＞8°，否則澆口難頂出。扁形牛角澆口出膠口位置連接著產品，頂出過程中牛角澆口受產品的拉力作用。為避免澆口斷在澆口鑲件隧道上，必須要有一定的夾角，保證順利頂出。經生產實踐驗證，夾角在8°～12°時效果較好。夾角太大，根部會變厚，膠料冷卻時間變長。

3 扁形牛角澆口和圓形牛角澆口的比較

澆口的截面積決定了產品注塑過程中的進膠流量，澆口越大，產品填充速度越快。為了降低產品注塑壓力，從成形角度考慮，澆口越大越好。然而當澆口過大時，澆口冷卻效果差，會導致產品成形冷卻周期長，另外，由于澆口截面積大，所以在頂出過程中，產品受牛角澆口的拉力作用，澆口位置容易出現拉裂現象，造成產品不良。

傳統的牛角澆口為圖6a所示的圓形牛角結構，澆口面積小，注塑壓力損失大。應用于導風板上的新型扁形牛角澆口結構如圖6b所示。牛角澆口實物如圖7所示。導風板扁形牛角澆口長7mm，寬1.2mm，則其澆口截面積S＝a×b＝7×1.2＝8.4（mm2）。如果使用圓形牛角澆口，設定其截面積和扁形澆口一致，根據S＝1/4πd2，得出圓形牛角澆口截面處的直徑d＝3.27mm。

圖6 牛角澆口形狀

圖7 牛角澆口實物

兩種結構澆口截面積相同，通過Moldflow軟件仿真對比分析。設置相同模溫、相同注塑參數，查看Moldflow軟件分析結果，觀察不同結構澆口的凍結層因子，如圖8所示。圓形牛角澆口的凍結時間為35.06s，扁形牛角澆口的凍結時間為27.09s，由此看出，扁形牛角澆口比圓形澆口冷卻更快，提前約8s凍結，可提前出模。而圓形澆口因澆口直徑大，d＝3.27mm，澆口中心膠厚，冷卻慢，若提前開模，牛角澆口在頂桿的推動下容易形成膠絲，導致產品澆口斷點高，出現冷料現象。另外，澆口直徑大，產品澆口位置受牛角澆口的作用，容易出現拉裂，造成質量缺陷。

圖8 利用Moldflow分析牛角澆口凍結時間

4 模具工作過程

導風板模具（見圖9）為一出二正裝結構[11]，由定模固定板、熱流道板及熱流道系統等組成。導風板采用ABS材料，該材料對模溫要求高，當模溫低于50℃時，產品外觀光澤度差，澆口紋明顯；當模溫高于80℃時，產品容易發生翹曲變形，注塑周期長。因此，模具工作時要求定模接模溫機，模溫控制在55～70℃，以滿足產品外觀高亮度的需求。

圖9 導風板模具結構

材料ABS注塑成形料溫一般控制在180～260℃，設定熱流道溫度為230℃。模具射膠時，熔融的膠料從注塑機射入熱流道系統，熱流道系統在模具工作過程中處于加熱保溫狀態，膠料通過各個熱嘴流入扁形牛角澆口鑲件，最后以牛角進膠的形式注入模腔中，形成產品。模具經射膠、保壓和冷卻完成產品固化后，注塑機拉動模具開模，當開模到一定程度后，注塑機頂桿推動模具頂出機構向前運動，完成對產品和扁形牛角澆口的頂出，產品和牛角澆口實現自動分離。

為了避免扁形牛角澆口頂出后掉入模腔造成壓模，模具設計時將各冷流道采用薄膠位串聯在一起（見圖10），同時采用機械手夾持取水口料和產品，實現模具自動化生產。

圖10 導風板扁形牛角澆口串聯

5 結束語

本文針對空調導風板模具設計了一款扁形牛角澆口，使澆口能夠位于注塑件的非外觀面上，而不是位于邊緣或外觀面上，因此不會對注塑件的外觀造成影響。利用Moldflow軟件比較分析圓形牛角澆口及扁形牛角澆口，得知使用扁形牛角澆口冷卻效果更好，在保證產品進膠量的前提下，可縮小澆口寬度方向尺寸，使澆口冷卻更快。不僅節約了注塑周期，同時達到澆口斷點好、無冷料的目的。

模具自投產以來，導風板澆口斷點好，沒有出現澆口拉裂產品的現象，符合質量要求，自動化程度高，在生產中得到了大量推廣應用，如圖11所示。另外，本文對行業注塑模具在使用牛角澆口解決澆口印、澆口拉裂等方面，也同樣具有一定的參考意義。

圖11 生產中的導風板