冰箱隔板大型雙層注塑模設計

張維合

（廣東科技學院機電工程系，廣東 東莞523083）

0 前言

雙層注塑模具結構上由雙層模具澆注系統(tǒng)（通常是熱流道系統(tǒng)）、專用模架系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、承載導向定位系統(tǒng)、雙向頂出系統(tǒng)、開合模聯(lián)動系統(tǒng)等多個系統(tǒng)組成。與普通單層注塑模具相比，雙層注塑模具有以下特點：（1）雙層注塑模具生產(chǎn)效率是普通的單層模具2倍，可以大幅度提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本；（2）雙層注塑模具可以安裝在普通的注塑機上，無須采用特殊的注塑機，也無須添置額外的輔助設備；（3）雙層注塑模具制造難度基本上與普通注塑模具相同。據(jù)統(tǒng)計1副雙層注塑模具的制造周期比2副單層模具的制造周期短5%～10%[1]；（4）雙層注塑模具適用于大批量生產(chǎn)的形狀扁平的大型塑件，小型多腔壁薄塑件，批量越大，塑件生產(chǎn)成本越低。

本文以冰箱內隔板大型塑件為例，詳細闡述大型雙層注塑模具結構及其設計經(jīng)驗與技巧。

1 塑件結構分析

圖1所示的塑件為2件冰箱隔板，固定隔板要求每模生產(chǎn)2件，活動隔板要求每模生產(chǎn)1件。塑件屬大型平板類零件，材料為高抗沖聚苯乙烯（PS-HI），收縮率：0.5%。由于塑件在分型面上的投影面積大，模具不可能在同一分型面上生產(chǎn)3件如此大的塑件。塑件的排位、型腔中熔體的填充、澆注系統(tǒng)設計以及塑件脫模系統(tǒng)設計是本模具設計的重點。此外，塑件上有多處側向抽芯，使模具的長寬尺寸變得更大，結構也更復雜，選用合理的側向抽芯機構是本模具設計的難點。

2 模具結構分析

采用雙層注射模具結構，該模具有2個分型面，一個分型面成型一件活動隔板，另一個分型面成型二件固定隔板。模具采用非標模架，外形尺寸1100 mm×680 mm×750 mm，詳細結構如圖2所示。

圖1 冰箱隔板塑件圖Fig.1refrigerator spacer

（1）成型零件設計

雙層注塑模具由前模、中模和后模組成，前模和后模內各有一個型腔，所以有2組成型零件。前模的成型零件由前定模鑲件25、前動模鑲件29、前定模型芯26和前動模型芯30組成。后模成型零件由后定模鑲件34、后動模型芯36、后定模型芯35和后動模鑲件37組成。

（2）澆注系統(tǒng)設計

由于主流道太長，模具必須采用熱流道澆注系統(tǒng)，熱流道板安裝在中模內，三級熱射嘴分布在熱流道板的兩側，分別向前模和后模中的型腔注射。本模具熱流道澆注系統(tǒng)由一級熱射嘴22、二級熱射嘴39、三級熱射嘴15、31、熱流道板14、定位銷32和隔熱圈33等組成。本模成型的2個塑件都是大型平板類零件，為了降低注射成型周期，提高塑件成型質量，防止塑件變形，活動隔板和固定隔板均采用了熱射嘴2點進料。

（3）側向抽芯機構設計

塑件有6處需要側向抽芯，模具均采用常規(guī)的“斜導柱＋滑塊”的側向抽芯機構，每個側向抽芯機構都由斜導柱、滑塊、側向抽芯、楔緊塊、定位銷和擋銷組成。

（4）冷卻系統(tǒng)設計

塑件屬于平板類零件，如果冷卻系統(tǒng)設計不合理，就會導致塑件脫模后翹曲變形。

模具的前模和后模內各有一套冷卻系統(tǒng)，2套冷卻系統(tǒng)互相獨立，不能串聯(lián)。模具屬于淺型腔注塑模具，兩套冷卻系統(tǒng)均采用直通式冷卻水道，冷卻水道距型腔的距離一般為3～5 D（D 為水道直徑）[1]，本模具取20 mm，冷卻效果很好，可以使前、后模型腔各處溫度均衡一致，有效保證了塑件的成型質量和模具的勞動生產(chǎn)率。

（5）導向定位系統(tǒng)設計

模具屬于大型模具，長度和寬度尺寸較大，再加上是雙層注塑模具，比普通模具多一個中模，所以導向定位系統(tǒng)非常重要。本模具前模和后模兩側各設計了8支導柱和導套，共計16支導柱和16支導套，是普通注塑模具的4倍。

為保證推桿安全平衡推出，所有推桿固定板都采用了導柱導套。

（6）開模機構設計

與普通雙分型面注塑模不同的是，雙層注塑模的2個分型面必須同時打開，因此必須設計特殊的開模機構，本模具采用了齒輪齒條驅動的聯(lián)動開模機構，詳見圖3。這種結構是在模具外側安裝一組齒輪齒條傳動系統(tǒng)，在它的控制下，模具的2個分型面可以同時打開，開模速度也一樣[1]。分型面的開模距離分別由限位釘60和限位釘64控制。其中限位釘60控制分型面1的開模距離，限位釘64控制分型面2的開模距離。

圖2 冰箱隔板雙層注塑模具結構圖Fig.2 Structure diagram of double layer structure ofinjection mold forrefrigerator spacers

圖3 齒輪齒條驅動開、合模機構Fig.3 The open and clamping mechanism driven byrack and pinion

（7）脫模系統(tǒng)設計

模具設計有兩套脫模系統(tǒng)，全部采用推桿頂出。前模和后模兩側均有一組推桿和推桿固定板，開模后，后模推桿固定板由注塑機頂棍推出，前模推桿固定板則由4個油缸通過液壓驅動。

3 模具工作過程

熔體依次通過一級熱射嘴22，二級熱射嘴39，進入熱流道板14，再通過三級熱射嘴15和31同時進入后模型腔和前模型腔。熔體在型腔中冷卻固化至足夠剛性后，注塑機拉動后模固定板44開模。由于安裝于后模和前模的齒條58、62同時和齒輪61嚙合，所以分型面1和分型面2同時打開，兩分型面的開模距離由限位釘60和限位釘64控制，見圖3。在開模的過程中，模具由斜導柱13和19同時完成側向抽芯。模具完成開模行程后，注塑機頂棍通過后模固定板44上的K.O.孔推動后模側推桿固定板40和41，將活動隔層塑件推離模具；與此同時，油缸10（共4個）通過液壓推動前模推桿固定板45和46，將固定隔層塑件（2件）推離模具。合模時，前模推桿固定板由油缸通過液壓推回，并最終由復位桿推回復位；后模推桿固定板由復位彈簧16和復位桿17推回復位。

4 結果與討論

（1）熱流道澆注系統(tǒng)設計

模具的中心熱射嘴采用一級熱射嘴和二級熱射嘴組合方式，取代長頸熱射嘴，既可以降低成本，又可以降低制造難度，還可以提高熱射嘴的使用壽命。熔體經(jīng)中心熱射嘴進入熱流道板，再由三級熱射嘴幾乎同時進入前、后模型腔，使各型腔幾乎做到同時充滿，同時冷卻。實踐證明，這種結構有力保證了塑件的成型質量和模具的勞動生產(chǎn)率。

（2）隔熱措施

在設計時，為了減少熱對流的熱損失，采用了封閉流道板的空間，消除空氣在垂直方向的流通；為了減少熱傳導的熱損失，還專門使用了不銹鋼螺栓和燒結陶瓷的定位墊圈；同時在熱流道板兩面鋪設了拋光的聚酰胺板來減少熱輻射造成的熱損失。模具還設置了隔熱墊塊，既減少了模具與熱流道板的接觸面積，又起到了支承熱流道板的作用。

（3）熱膨脹問題的解決

在模具使用時，熱流道板溫度為200～230℃，熱流道板由于受熱，會發(fā)生長度方向和厚度方向的熱膨脹，可以通過式（1）計算2個澆口間距的熱膨脹變形量[2]：

式中 ΔL:膨脹變形量，mm

α:鋼材熱膨脹系數(shù)，1.2×10-5℃-1

T1:熱流道板溫度，℃

T2:模具型腔板的溫度，℃

L:澆口中心距離，mm

活動隔板和固定隔板熱流道板澆口間距分別為304.8 mm和152 mm，熱膨脹值分別為0.6218 mm和0.3101 mm。所以常溫時熱流道板的澆口間距應為：（L-ΔL）＝304.8—0.6218＝304.1782 mm 和（LΔL）＝152-0.3101＝151.6899 mm。

因此，采用絕熱射嘴與塑件澆口中心偏置，成型時依靠熱膨脹使絕熱射嘴與塑件澆口中心對準，并通過在型腔板上設置的隔熱墊塊和兩端部的支承銷預留出間隙等措施，讓熱流道板在長度方向自由伸縮。

（4）聯(lián)動式開模機構

雙層注塑模具各層型腔的分型面必須同時開啟，這樣可以保證塑件在各型腔中的冷卻時間相等，使塑件收縮一致。為此模具必須采用聯(lián)動式開模機構，聯(lián)動式開模機構通常有3種：齒輪齒條式、曲肘連桿式和液壓油缸式[2]。

其中曲肘連桿式結構簡單，但結構尺寸較大。液壓油缸式更容易控制開模時間，但成本較高，而且需要接油路易造成污染，實際應用不多。與曲肘連桿式比較，齒輪齒條式開模機構技術性和穩(wěn)定性更好，傳動精度更高，使用壽命也更長。因為采用的是標準件，所以制造周期短，保養(yǎng)維修方便。

5 結論

（1）本模具采用熱流道澆注系統(tǒng)和齒輪齒條式聯(lián)動開合模機構動，結構先進合理，動作穩(wěn)定可靠；

（2）模具自放產(chǎn)以來，塑件質量和注塑周期都達到了客戶要求。

[1]張維合.注塑模具設計實用教程[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011：278-286.

[2]張維合.注塑模具設計實用手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011：301-350.