費強,張維合*
(廣東科技學(xué)院機電工程學(xué)院,廣東 東莞 523083)
摘要: 根據汽車(chē)空調鼓風(fēng)機左右蓋結構特點(diǎn)設計了一副大型、復雜側向抽芯注塑模具。模具采用熱流道澆注系統以及快速和均衡的冷卻系統,成型周期縮短了10 %,精度提高了一級,達到了MT3級(GB/T 14486—2008)。模具通過(guò)采用復合抽芯和延時(shí)抽芯有效解決了成型塑件結構復雜、倒扣多的脫模難題。模具導向定位系統采用標準滾珠導套,大大提高了模具的精度和壽命。
關(guān)鍵詞: 汽車(chē)空調鼓風(fēng)機左右蓋;大型注塑模具;側向抽芯機構;復合抽芯;延時(shí)抽芯;熱流道澆注系統
汽車(chē)空調系統主要由鼓風(fēng)機、蒸發(fā)器、壓縮機、散熱器、干燥器和膨脹閥組成,鼓風(fēng)機俗稱(chēng)風(fēng)箱,位于車(chē)艙內部,其他組件則配置在引擎室當中。鼓風(fēng)機是汽車(chē)空調系統核心部件和主要送風(fēng)源。
本文介紹了某款名牌汽車(chē)的空調鼓風(fēng)機左右蓋注塑模具結構和設計經(jīng)驗。
1 塑件結構分析
圖1(a)、(b)是某新能源汽車(chē)空調鼓風(fēng)機的左蓋塑件圖,圖1(d)、(e)、(f)是該品牌汽車(chē)空調鼓風(fēng)機的右蓋塑件圖。塑件材料為聚酰胺6(PA6)和聚酰胺66(PA66)共混改性后再加30 %玻璃纖維(GF)增強(PA6+PA66+GF30),收縮率為0.35 %[1]。塑件精度高,要求達到MT3級(GB/T 14486—2008)。塑件形狀復雜,2個(gè)塑件共有11處倒扣,側向分型與抽芯機構相當復雜。汽車(chē)空調鼓風(fēng)機的左右蓋立體圖及分型線(xiàn)見(jiàn)圖1(c)和(g)。
圖1 汽車(chē)鼓風(fēng)機左、右蓋塑件圖
2 模具結構設計
2.1 澆注系統設計
成型塑件屬于中型零件,批量大,成型品質(zhì)和尺寸精度要求高,模具采用熱流道澆注系統,2個(gè)型腔都采用單點(diǎn)進(jìn)料,澆口位置設計在塑件上方,熔體經(jīng)熱流道澆注系統直接進(jìn)入模具型腔。與點(diǎn)澆口三板模相比,省去了定距分型機構和4根長(cháng)導柱,從而大大簡(jiǎn)化了模具結構[2]。由于熔體直接進(jìn)入型腔,沒(méi)有澆注系統凝料,從而大大縮短了注射周期,大大提高了成型品質(zhì)。模具的熱流道澆注系統由一級熱射嘴,二級熱射嘴,熱流道板以及其他定位零件和隔熱零件組成,詳見(jiàn)圖2。
圖2 模具熱流道澆注系統
2.2 側向抽芯機構設計
汽車(chē)空調鼓風(fēng)機左蓋塑件存在S1~S6共6處倒扣,右蓋塑件存在S7~S11共5處倒扣,模具需要設計11個(gè)側向抽芯機構。其中S4和S6抽芯方向相互干涉,S9抽芯又受到塑件外圈的影響,這3個(gè)側向抽芯機構是設計難點(diǎn)。
2.2.1 汽車(chē)空調鼓風(fēng)機左蓋側向抽芯機構設計
倒扣S5在塑件內側,模具只能采用斜推桿側向抽芯機構[圖3(a)]。塑件內側倒扣深度5 mm,加上安全距離,S5的抽芯距離取7.7 mm。根據塑件高度,推出距離取110 mm,則斜推桿傾斜角度α=arc tg7.7/110=4 °[3]。
斜推桿側向抽芯機構包括斜推桿、導向塊和斜推桿底座。
倒扣S2在塑件左外側,模具采用“斜導柱+滑塊”側向抽芯機構,S2的抽芯距離不大,只有4.5mm,但抽芯面積較大,為了方便成型塑件取出,抽芯距離取20 mm,斜導柱傾斜角度取20 °[4],詳見(jiàn)圖3(a)。
左蓋最復雜的側向抽芯機構是S4和S6,這2個(gè)側向抽芯方向相互干涉。為了解決這一問(wèn)題,做到2個(gè)抽芯都能順利脫模,模具采用了延時(shí)抽芯及滑塊上走滑塊的復合抽芯機構[5?6]。固定于定模A板上的S3和S4的鎖緊塊既是鎖緊零件又是驅動(dòng)滑塊抽芯的驅動(dòng)零件,開(kāi)模時(shí),由于彎銷(xiāo)2和滑塊4之間存在較大的間隙,開(kāi)模前58 mm,滑塊4不動(dòng),S3和S4的鎖緊塊(也是驅動(dòng)塊)帶動(dòng)S3滑塊21和S4滑塊22向外側抽芯。S3和S4完成抽芯后,彎銷(xiāo)再驅動(dòng)S1滑塊4,模具開(kāi)始S1和S6的側向抽芯。由于S1的倒扣深度為115 mm,滑塊4的抽芯距離取120 mm[7]。
2.2.2 汽車(chē)空調鼓風(fēng)機右蓋側向抽芯機構設計
和左蓋一樣,內側倒扣S10采用斜推桿側向抽芯機構,左右蓋的倒扣深度一樣,因此傾斜角度均為4 °,都由斜推桿、導向板和底座組成,詳見(jiàn)圖4(e)。
右蓋有4個(gè)外側倒扣S7、S8、S9和S11,其中S9抽芯最困難,因為在抽芯方向上存在凸起結構阻礙側向抽芯。為解決這一難題,此處采用了復合側向抽芯機構。開(kāi)模時(shí),斜導柱41驅動(dòng)滑塊39以及固定于滑塊上的側抽芯25和T型扣35,其中T型扣35又帶動(dòng)縱向活動(dòng)型芯24向下滑動(dòng)脫離塑件。在這一過(guò)程中,彈簧31抵住S9側抽芯不動(dòng)。當活動(dòng)型芯20完成縱向抽芯距離后,小拉桿33再拉動(dòng)S9側抽芯向左側抽芯,脫離塑件倒扣。倒扣S8的深度約為125 mm,加上安全距離,S8滑塊抽芯距離取130 mm,由擋銷(xiāo)和滾珠定位。由于抽芯距離較大,斜導柱37的傾斜角度取25 °[8]。
S7側向抽芯機構相對較為簡(jiǎn)單,主要由斜導柱24、滑塊26、鎖緊塊25以及定位零件27組成[9]。
綜上所述,側向抽芯機構是汽車(chē)空調鼓風(fēng)機右蓋注塑模具最復雜的核心結構,從側向抽芯的方向上看,既有與開(kāi)模方向垂直的抽芯,又有和開(kāi)模方向不垂直的斜向抽芯;從驅動(dòng)側向抽芯的動(dòng)力來(lái)源上看,既有動(dòng)模斜導柱抽芯、彎銷(xiāo)抽芯,又有斜滑塊和斜推桿抽芯;從抽芯位置上看,既有動(dòng)模抽芯,又有定模抽芯;從側向抽芯的性質(zhì)上看,既有強制抽芯,又有延時(shí)抽芯;從側向抽芯結構上看,有單一滑塊側向抽芯,又有大滑塊中行小滑塊的復合抽芯;滑塊的定位既有“擋銷(xiāo)+滾珠+彈簧”的定位結構,又有DME定位夾定位?？梢哉f(shuō)是注塑模具側向抽芯機構的經(jīng)典結構之一。11個(gè)側向抽芯機構的抽芯順序是:S2、S3、S4、S7、S8、S9、S11→S1、S6→S5、S10,詳見(jiàn)“3模具總裝結構及工作過(guò)程”部分。
2.3 溫度控制系統設計
汽車(chē)空調鼓風(fēng)機左、右蓋注塑模具采用“直通式冷卻水管+隔片式冷卻水井”的組合式溫度控制系統,總共13組冷卻水路,其中定模冷卻水路4,動(dòng)模冷卻水路9組,詳見(jiàn)圖5和圖6。模具所有的成型零件、每一個(gè)側向抽芯機構的滑塊均設計了冷卻水路。成型零件的冷卻水路都經(jīng)由模板進(jìn)出,這樣方便拆裝,水管接頭不易損壞。從圖中可以看出冷卻系統縱橫交錯,分布均勻,使模具得到了快速冷卻和均衡冷卻,大大提高了模具的冷卻效率和成型塑件的尺寸精度[10]。注射成型周期為33 s,尺寸精度達到了MT3級(GB/T 14486—2008),與同類(lèi)型的車(chē)型比較,生產(chǎn)效率提高了10 %,精度提高了一級。
圖5 模具溫度控制系統
圖6 模具溫度控制系統的立體示意圖
3 模具總裝結構及工作過(guò)程
模具采用非標模架,熱流道澆注系統,總共11個(gè)側向抽芯機構。模具最大外形尺寸為850 mm×700 mm×852 mm,總質(zhì)量為3 397 kg(其中定模1 687 kg,動(dòng)模1 710 kg),屬于大型注塑模具。為了提高模具的精度和壽命,動(dòng)模導套和推桿固定板導套均采用閉式、帶2個(gè)密封圈的標準滾珠導套,其中動(dòng)模導套規格型號為R06020 80 10(直徑為80 mm),推桿固定板導套規格型號為R06020 30 10(直徑為30 mm)。滾珠導套具有精度高、方便安裝和節省空間等特點(diǎn),只用于大型、精密注塑模具。模具總裝結構見(jiàn)圖7。模具工作過(guò)程為:
(1)熔體經(jīng)一級熱射嘴68進(jìn)入熱流道板65,再由二級熱射嘴66和70進(jìn)入模具型腔。
(2)填滿(mǎn)型腔后,經(jīng)保壓、冷卻,當固化至足夠剛性后,注塑機拉動(dòng)模具動(dòng)模,模具從定模A板62和動(dòng)模B板48之間的分型面處打開(kāi),開(kāi)模過(guò)程為:①首先,成型塑件脫離定模型腔。②接著(zhù),斜導柱18撥動(dòng)滑塊15,帶動(dòng)側抽芯14完成S2側向抽芯;斜導柱27撥動(dòng)滑塊30,帶動(dòng)側抽芯28完成S7側向抽芯;斜導柱41撥動(dòng)滑塊39,帶動(dòng)側抽芯25完成S8側向抽芯;T型扣35撥動(dòng)定模斜滑塊24,完成S9側向抽芯;T型扣20、23分別撥動(dòng)定模斜滑塊21、22,完成S3和S4側向抽芯;斜導柱45撥動(dòng)滑塊46,帶動(dòng)側抽芯42完成S11側向抽芯。③開(kāi)模58 mm后,彎銷(xiāo)2撥動(dòng)滑塊4,帶動(dòng)斜向抽芯1完成S1側向抽芯;同時(shí)T型扣6帶動(dòng)活動(dòng)型芯5向下移動(dòng)脫離成型塑件。④最后滑塊4帶動(dòng)側抽芯8,完成S6側向抽芯。
圖7 汽車(chē)空調鼓風(fēng)機左蓋注塑模具結構
(3)完成開(kāi)模行程后,通過(guò)螺紋聯(lián)結于模具聯(lián)結柱56的注塑機頂棍推動(dòng)模具推桿固定板49、推桿底板50,進(jìn)而推動(dòng)推桿55、58,將塑件推離動(dòng)模鑲件11、52和型芯13、54;同時(shí),斜推桿9和34一邊推動(dòng)成型塑件脫模,一邊橫向移動(dòng)完成內側倒扣S5和S10的側向抽芯。
(4)成型塑件安全脫離模具后,注塑機推動(dòng)動(dòng)模合模,在合模過(guò)程中,斜導柱18推動(dòng)滑塊15復位,彎銷(xiāo)2分別推動(dòng)滑4復位,斜導柱41推動(dòng)滑塊39復位,T型扣35推動(dòng)滑塊24復位,斜導柱27推動(dòng)滑塊30復位,斜導柱45推動(dòng)滑塊46復位,推桿固定板由復位桿61推動(dòng)復位,推桿固定板在復位過(guò)程中拉動(dòng)推桿55、58以及斜推桿9、34復位。
(5)行程開(kāi)關(guān)31接觸后,鎖模,模具開(kāi)始下一次注射成型。
4 結論
(1)模具采用熱流道澆注系統,大大提高了成型塑件的品質(zhì),簡(jiǎn)化了模具結構,加之模具采用快速和均衡的冷卻冷卻系統,大大提高了模具的冷卻效率和成型塑件的尺寸精度;與同類(lèi)型車(chē)型的模具相比生產(chǎn)效率提高了10 %,成型塑件精度提高了一級,達到了MT3級;
(2)模具側向抽芯機構采用復合抽芯機構和延時(shí)側向抽芯機構,有效解決了成型塑件結構復雜、側向抽芯相互干涉的難題;
(3)模具導向定位系統采用標準滾珠導套,大大提高了模具的精度和壽命;模具結構復雜,各機構設計科學(xué)先進(jìn),新穎實(shí)用,側向抽芯動(dòng)作安全可靠,模具自投產(chǎn)以來(lái),運行平穩,成型塑件品質(zhì)達到了設計要求。
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