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(jù)汽車空調(diào)鼓風(fēng)機左右蓋結(jié)構(gòu)特點設(shè)計了一副大型、復(fù)雜側(cè)向抽芯注塑模具。模具采用熱流道澆注系統(tǒng)以及快速和均衡的冷卻系統(tǒng),成型周期縮短了10 %,精度提高了一級,達(dá)到了MT3級(GB/T 14486—2008)。模具通過采用復(fù)合抽芯和延時抽芯有效解決了成型塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、倒扣多的脫模難題。模具導(dǎo)向定位系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)滾珠導(dǎo)套,大大提高了模具的精度和壽命。
關(guān)鍵詞: 汽車空調(diào)鼓風(fēng)機左右蓋;大型注塑模具;側(cè)向抽芯機構(gòu);復(fù)合抽芯;延時抽芯;熱流道澆注系統(tǒng)
汽車空調(diào)系統(tǒng)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)機俗稱風(fēng)箱,位于車艙內(nèi)部,其他組件則配置在引擎室當(dāng)中。鼓風(fēng)機是汽車空調(diào)系統(tǒng)核心部件和主要送風(fēng)源。
本文介紹了某款名牌汽車的空調(diào)鼓風(fēng)機左右蓋注塑模具結(jié)構(gòu)和設(shè)計經(jīng)驗。
1 塑件結(jié)構(gòu)分析
圖1(a)、(b)是某新能源汽車空調(diào)鼓風(fēng)機的左蓋塑件圖,圖1(d)、(e)、(f)是該品牌汽車空調(diào)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(dá)到MT3級(GB/T 14486—2008)。塑件形狀復(fù)雜,2個塑件共有11處倒扣,側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜。汽車空調(diào)鼓風(fēng)機的左右蓋立體圖及分型線見圖1(c)和(g)。
圖1 汽車鼓風(fēng)機左、右蓋塑件圖
2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)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(tǒng),2個型腔都采用單點進(jìn)料,澆口位置設(shè)計在塑件上方,熔體經(jīng)熱流道澆注系統(tǒng)直接進(jìn)入模具型腔。與點澆口三板模相比,省去了定距分型機構(gòu)和4根長導(dǎo)柱,從而大大簡化了模具結(jié)構(gòu)[2]。由于熔體直接進(jìn)入型腔,沒有澆注系統(tǒng)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(tǒng)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,詳見圖2。
圖2 模具熱流道澆注系統(tǒng)
2.2 側(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計
汽車空調(diào)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(shè)計11個側(cè)向抽芯機構(gòu)。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個側(cè)向抽芯機構(gòu)是設(shè)計難點。
2.2.1 汽車空調(diào)鼓風(fēng)機左蓋側(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計
倒扣S5在塑件內(nèi)側(cè),模具只能采用斜推桿側(cè)向抽芯機構(gòu)[圖3(a)]。塑件內(nèi)側(cè)倒扣深度5 mm,加上安全距離,S5的抽芯距離取7.7 mm。根據(jù)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(cè)向抽芯機構(gòu)包括斜推桿、導(dǎo)向塊和斜推桿底座。
倒扣S2在塑件左外側(cè),模具采用“斜導(dǎo)柱+滑塊”側(cè)向抽芯機構(gòu),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(dǎo)柱傾斜角度取20 °[4],詳見圖3(a)。
左蓋最復(fù)雜的側(cè)向抽芯機構(gòu)是S4和S6,這2個側(cè)向抽芯方向相互干涉。為了解決這一問題,做到2個抽芯都能順利脫模,模具采用了延時抽芯及滑塊上走滑塊的復(fù)合抽芯機構(gòu)[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(qū)動滑塊抽芯的驅(qū)動零件,開模時,由于彎銷2和滑塊4之間存在較大的間隙,開模前58 mm,滑塊4不動,S3和S4的鎖緊塊(也是驅(qū)動塊)帶動S3滑塊21和S4滑塊22向外側(cè)抽芯。S3和S4完成抽芯后,彎銷再驅(qū)動S1滑塊4,模具開始S1和S6的側(cè)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 汽車空調(diào)鼓風(fēng)機右蓋側(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計
和左蓋一樣,內(nèi)側(cè)倒扣S10采用斜推桿側(cè)向抽芯機構(gòu),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(dǎo)向板和底座組成,詳見圖4(e)。
右蓋有4個外側(cè)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(jié)構(gòu)阻礙側(cè)向抽芯。為解決這一難題,此處采用了復(fù)合側(cè)向抽芯機構(gòu)。開模時,斜導(dǎo)柱41驅(qū)動滑塊39以及固定于滑塊上的側(cè)抽芯25和T型扣35,其中T型扣35又帶動縱向活動型芯24向下滑動脫離塑件。在這一過程中,彈簧31抵住S9側(cè)抽芯不動。當(dāng)活動型芯20完成縱向抽芯距離后,小拉桿33再拉動S9側(cè)抽芯向左側(cè)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,由擋銷和滾珠定位。由于抽芯距離較大,斜導(dǎo)柱37的傾斜角度取25 °[8]。
S7側(cè)向抽芯機構(gòu)相對較為簡單,主要由斜導(dǎo)柱24、滑塊26、鎖緊塊25以及定位零件27組成[9]。
綜上所述,側(cè)向抽芯機構(gòu)是汽車空調(diào)鼓風(fēng)機右蓋注塑模具最復(fù)雜的核心結(jié)構(gòu),從側(cè)向抽芯的方向上看,既有與開模方向垂直的抽芯,又有和開模方向不垂直的斜向抽芯;從驅(qū)動側(cè)向抽芯的動力來源上看,既有動模斜導(dǎo)柱抽芯、彎銷抽芯,又有斜滑塊和斜推桿抽芯;從抽芯位置上看,既有動模抽芯,又有定模抽芯;從側(cè)向抽芯的性質(zhì)上看,既有強制抽芯,又有延時抽芯;從側(cè)向抽芯結(jié)構(gòu)上看,有單一滑塊側(cè)向抽芯,又有大滑塊中行小滑塊的復(fù)合抽芯;滑塊的定位既有“擋銷+滾珠+彈簧”的定位結(jié)構(gòu),又有DME定位夾定位。可以說是注塑模具側(cè)向抽芯機構(gòu)的經(jīng)典結(jié)構(gòu)之一。11個側(cè)向抽芯機構(gòu)的抽芯順序是:S2、S3、S4、S7、S8、S9、S11→S1、S6→S5、S10,詳見“3模具總裝結(jié)構(gòu)及工作過程”部分。
2.3 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計
汽車空調(diào)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(tǒng),總共13組冷卻水路,其中定模冷卻水路4,動模冷卻水路9組,詳見圖5和圖6。模具所有的成型零件、每一個側(cè)向抽芯機構(gòu)的滑塊均設(shè)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(tǒng)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(dá)到了MT3級(GB/T 14486—2008),與同類型的車型比較,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(tǒng)
圖6 模具溫度控制系統(tǒng)的立體示意圖
3 模具總裝結(jié)構(gòu)及工作過程
模具采用非標(biāo)模架,熱流道澆注系統(tǒng),總共11個側(cè)向抽芯機構(gòu)。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,動模導(dǎo)套和推桿固定板導(dǎo)套均采用閉式、帶2個密封圈的標(biāo)準(zhǔn)滾珠導(dǎo)套,其中動模導(dǎo)套規(guī)格型號為R06020 80 10(直徑為80 mm),推桿固定板導(dǎo)套規(guī)格型號為R06020 30 10(直徑為30 mm)。滾珠導(dǎo)套具有精度高、方便安裝和節(jié)省空間等特點,只用于大型、精密注塑模具。模具總裝結(jié)構(gòu)見圖7。模具工作過程為:
(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)填滿型腔后,經(jīng)保壓、冷卻,當(dāng)固化至足夠剛性后,注塑機拉動模具動模,模具從定模A板62和動模B板48之間的分型面處打開,開模過程為:①首先,成型塑件脫離定模型腔。②接著,斜導(dǎo)柱18撥動滑塊15,帶動側(cè)抽芯14完成S2側(cè)向抽芯;斜導(dǎo)柱27撥動滑塊30,帶動側(cè)抽芯28完成S7側(cè)向抽芯;斜導(dǎo)柱41撥動滑塊39,帶動側(cè)抽芯25完成S8側(cè)向抽芯;T型扣35撥動定模斜滑塊24,完成S9側(cè)向抽芯;T型扣20、23分別撥動定模斜滑塊21、22,完成S3和S4側(cè)向抽芯;斜導(dǎo)柱45撥動滑塊46,帶動側(cè)抽芯42完成S11側(cè)向抽芯。③開模58 mm后,彎銷2撥動滑塊4,帶動斜向抽芯1完成S1側(cè)向抽芯;同時T型扣6帶動活動型芯5向下移動脫離成型塑件。④最后滑塊4帶動側(cè)抽芯8,完成S6側(cè)向抽芯。
圖7 汽車空調(diào)鼓風(fēng)機左蓋注塑模具結(jié)構(gòu)
(3)完成開模行程后,通過螺紋聯(lián)結(jié)于模具聯(lián)結(jié)柱56的注塑機頂棍推動模具推桿固定板49、推桿底板50,進(jìn)而推動推桿55、58,將塑件推離動模鑲件11、52和型芯13、54;同時,斜推桿9和34一邊推動成型塑件脫模,一邊橫向移動完成內(nèi)側(cè)倒扣S5和S10的側(cè)向抽芯。
(4)成型塑件安全脫離模具后,注塑機推動動模合模,在合模過程中,斜導(dǎo)柱18推動滑塊15復(fù)位,彎銷2分別推動滑4復(fù)位,斜導(dǎo)柱41推動滑塊39復(fù)位,T型扣35推動滑塊24復(fù)位,斜導(dǎo)柱27推動滑塊30復(fù)位,斜導(dǎo)柱45推動滑塊46復(fù)位,推桿固定板由復(fù)位桿61推動復(fù)位,推桿固定板在復(fù)位過程中拉動推桿55、58以及斜推桿9、34復(fù)位。
(5)行程開關(guān)31接觸后,鎖模,模具開始下一次注射成型。
4 結(jié)論
(1)模具采用熱流道澆注系統(tǒng),大大提高了成型塑件的品質(zhì),簡化了模具結(jié)構(gòu),加之模具采用快速和均衡的冷卻冷卻系統(tǒng),大大提高了模具的冷卻效率和成型塑件的尺寸精度;與同類型車型的模具相比生產(chǎn)效率提高了10 %,成型塑件精度提高了一級,達(dá)到了MT3級;
(2)模具側(cè)向抽芯機構(gòu)采用復(fù)合抽芯機構(gòu)和延時側(cè)向抽芯機構(gòu),有效解決了成型塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、側(cè)向抽芯相互干涉的難題;
(3)模具導(dǎo)向定位系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)滾珠導(dǎo)套,大大提高了模具的精度和壽命;模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,各機構(gòu)設(shè)計科學(xué)先進(jìn),新穎實用,側(cè)向抽芯動作安全可靠,模具自投產(chǎn)以來,運行平穩(wěn),成型塑件品質(zhì)達(dá)到了設(shè)計要求。
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