冰箱頂蓋注塑模設計

孫肖霞， 呂雯， 唐軍

（宿遷學院 機電工程學院，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

隨著計算機技術的快速發展，在注塑模具設計中已廣泛應用模具CAD技術，設計方法改變了傳統的模具設計流程，提高了塑料模具設計效率，降低了設計成本[1-7]。本文基于UG平臺設計了一套冰箱頂蓋注塑模具，驗證了注射模數字化設計的快速、有效性。

1 塑件工藝分析

圖1所示的冰箱頂蓋為某公司開發的冰箱外觀件，安裝在冰箱的頂面。塑件外表面為光滑的自由曲面，內部分布多條縱橫交錯的加強筋，并且有2個側孔和2處倒扣結構。塑件要求外表面粗糙度低，無收縮痕、熔接痕、頂白、變形等產品表面缺陷，與箱體配合安裝部分尺寸精度高，生產批量大。

圖1所示的冰箱頂蓋制件外形尺寸為545.2 mm×495.2 mm×66.5 mm，體積為859.3 cm3。制件材料選用材質為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，密度和收縮率分別為1.05 g/cm3和0.5，其熔體流動性較好，無毒、無味，尺寸穩定性好，其在低溫下也不迅速下降。

根據上述技術要求，擬定模具的結構形式如下：1)為了保證塑件外表面無澆口痕跡，現將進料口設置在內表面，模具采用倒裝結構及定模脫模；2)塑件成型面積大且加強筋較多，而最小壁厚只有1.67 mm，為了便于充型和節省原料，澆注系統采用針閥式點澆口的熱流道；3)側孔采用外側抽芯機構，倒扣采用斜頂側向抽芯機構。

圖1 冰箱頂蓋零件圖

下面詳細闡述本模具的結構設計方案。

2 頂蓋模具結構設計

考慮到頂蓋的成型面積較大，且有一定的成型難度，本文采用一模一腔布局。

將圖1中的頂蓋三維模型導入到UG NX的MoldWizard模塊中，項目初始化并選擇ABS作為該塑件的成型材料，明確了相應的收縮率。指定坐標系原點和脫模方向，設置好該塑件的毛坯尺寸、完成型腔布局。

2.1 分型面設計

分型面是影響模具整體結構的重要因素，并與模具澆注系統設計、塑件的脫模方式及模具制造相關。選擇分型面時應盡量不影響塑件外觀，使模具結構簡單、加工容易[8~9]，且應有利于熔體的澆注、型腔的排氣、脫模和冷卻系統的設計。

經過綜合分析，本文選擇塑件外形的最大輪廓處為分型面。在UG NX中提取分型線，并利用掃掠、裁剪等曲面編輯功能創建分型面，完成的分型面效果如圖2所示。

圖2 分型面設計

2.2 澆注系統設計

本文在設計澆注系統時，主要考慮以下3個要點：1）使塑料熔體迅速充填型腔，減少熱量和壓力損失；2）盡量減少廢料比例；3）易于去除塑件上的澆注痕跡[10~12]。針閥式熱流道能節省原材料，有效縮短成型周期，提高產品的外觀質量，適用于精細表面的加工[13]。本例選擇一模一件一個進料口，只要一個熱射嘴，即選用單頭熱流道系統。

為了達到外表面光滑無痕的外觀質量，本文將澆口開設在頂蓋內表面的中心處，熔體進料均勻，充填一致，型腔各處的溫度和壓力平衡。根據塑件質量和模流分析結果，取澆口直徑為6.0 mm。

2.3 主要成型零件設計

成型零件與塑件直接接觸，并決定了塑件的幾何形狀及尺寸，其總體結構設計綜合考慮了多個因素，如：塑料性能、塑件的結構及使用要求、澆口和分型面的開設位置、排氣和脫模方式等[14]。

1）凹模。按照凹模結構的不同可將其分為整體式和組合式。本文成型塑件外表面的型腔相對較淺，結構簡單，但表面質量要求較高。選擇整體式凹模結構，不易變形、不會產生拼接線痕跡，其模具強度和剛度也較高，外形尺寸為850 mm×800 mm×150 mm。為了提高制件表面質量、方便脫模，同時減少塑料熔體的流動阻力，成型表面機加工后再進行拋光處理，粗糙度為Ra0.05 μm。型腔材料采用拋光性能良好的德國2738模具鋼。

2）凸模。凸模是指注射模中成型塑件有較大內表面的凸狀零件，凸模分為整體式和組合式兩種。整體式用于簡單型芯，而組合式用于復雜型芯。本文塑件內表面結構相對比較復雜，為了便于加工，型芯采用組合式，如圖3所示，主型芯鑲塊單獨加工，采用H7/m6過渡配合整體嵌入到定模板中，用螺釘固定，定模板尺寸為850 mm×800 mm×160 mm。主型芯局部較薄，容易損壞，采用了局部鑲嵌形式，這種結構加工效率高，裝拆方便。型芯材料采用國產P20模具鋼，外形尺寸為650 mm×600 mm×113.2 mm。

圖3 組合式型芯

2.4 側抽芯機構設計

塑件有與開合模方向不同的2個側孔和2個倒扣結構，塑件不能直接由推桿等推出機構推出脫模，因此，本文設計了兩組機動側向分型與抽芯機構，如圖4所示。

1）外側抽芯機構。由于2個側孔直徑僅為φ5 mm，尺寸較小，所需抽芯阻力和抽芯距也都較小，因此，在側滑塊上安裝彈簧提供抽芯力，選取規格為TL12×6×60。合模時，固定在定模板上的楔緊塊斜面與側滑塊斜面緊密接觸，迫使滑塊歸位，并將其鎖緊，楔緊角度取20°。

2）斜頂內側抽芯機構。為了節省材料且方便加工，采用分體式斜頂抽芯機構實現倒扣結構的側向抽芯。斜頂頭部由2根斜導桿和1個側型芯斜頂塊組合而成，用1根圓柱銷連接，斜頂塊與成型表面平齊或略低0.1~0.2 mm；斜導桿直徑為φ16 mm，傾斜角為20°，用螺釘固定在底座上；底座通過T形槽固定在推板上；斜導柱穿過底座固定在定模座板上，直徑為φ25 mm。斜導桿與斜導向孔采用H8/f8的間隙配合。

圖4 側抽芯機構

2.5 冷卻系統設計

模具溫度對制件的尺寸穩定性和收縮率等有較大影響。若模溫過低，不僅熔體流動性差，制件的輪廓清晰度、表面質量和力學性能也都較低；若模溫過高，則成型收縮率大，脫模后制件變形大，易造成溢料和粘模。當模具溫度波動大時，型腔與型芯的溫差大，導致制件收縮不均及翹曲變形，影響了制品的尺寸精度[15-16]。

為了使模腔溫度達到均衡，分別在動模和定模開設了多股冷卻通道，如圖5所示。

1）在動模板上布置了8股直徑為10 mm的直通式水路，如圖5(a）所示，水路距離塑件表面20 mm。2）由于塑件在脫模之前主要的熱量都傳給了定模型芯，因此型芯鑲塊必須重點冷卻。如圖5(b）所示，在定模布置了6股隔板式冷卻水路，每個水井用隔板分成底部連通的兩個部分，水路直徑為φ10 mm，水井直徑為φ30 mm。

圖5 冷卻系統

2.6 脫模系統設計

本文將澆口設置在塑件的內表面，脫模系統必須和澆注系統同時設置在模具的定模一側。推出系統由22根直徑為φ16 mm的圓推桿、31根φ15 mm×φ12.5 mm的司筒針及推板、推桿固定板和推板導柱導套等組成。由于塑件內表面為曲面，故推桿設計了止轉結構。如圖6所示，推出行程為70 mm，其動力來源于4個液壓油缸。安裝時，用螺釘將油缸固定在定模板上，并采用T形結構將油缸活塞連接在推板上。

3 模具的裝配

根據以上設計，繪制了圖7所示的冰箱頂蓋注塑模具裝配圖，其總體尺寸為1150 mm×900 mm×556 mm，主要包括定模板、型芯鑲件、熱射嘴、動模板、側抽芯機構、冷卻系統、推出元件、定位和限位元件等。

圖6 定模脫模

圖7 模具裝配圖

裝配修模時應做到以下幾個方面：1）各滑塊在T形槽內應滑動靈活，又應感覺不到明顯間隙。2）動定模水平分型面應進行研合，調整修磨使分型面達到密合。3）查看楔緊塊的楔緊情況，檢查各活動機構是否有咬死或松動現象，脫模機構不得發生干涉。4）裝配后進行試模，產品質量要滿足客戶要求，如有不妥，則修模再試。

模具工作過程：1）模具安裝完畢后，塑件注射、冷卻完成后沿分型面開啟模具；2）在包緊力的作用下，塑件留在了定模一側；3）液壓活塞桿帶動推出元件和斜頂抽芯機構同步運動，完成抽芯并頂出塑件；4）液壓活塞桿帶動推出機構復位；5）合模，準備下一個工作循環。

4 結 論

冰箱頂蓋成型面積較大，表面質量要求高，且有倒扣結構及安裝精度要求，設計過程具有一定的難度。考慮到外觀質量和尺寸精度，將模具澆口開設在塑件內側，模具設計為倒裝結構，其特點如下：1）采用針閥式澆口熱流道和液壓系統定模脫模；2）根據塑件結構特點，將凹模設計為整體式、凸模設計為組合式；3）設計了分體式斜頂抽芯機構便于倒扣結構的成型和脫模；4）動定模部分分別開設了直通式和隔板式冷卻水路。模具結構緊湊、工作過程穩定、可靠，對同類產品的設計開發有一定的參考價值。