含玻璃纖維空調(diào)風(fēng)葉模具的熱流道系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

曾 炬

（珠海格力電器股份有限公司，廣東 珠海 519000）

0 引言

空調(diào)的制冷環(huán)節(jié)中，有2個(gè)零件發(fā)揮關(guān)鍵作用，一個(gè)是位于室外機(jī)上的軸流風(fēng)葉[1]，另一個(gè)是位于室內(nèi)機(jī)上的離心風(fēng)葉。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸流風(fēng)葉不斷將室內(nèi)產(chǎn)生的熱量排出室外，而離心風(fēng)葉將空調(diào)冷卻的空氣不斷地輸送室內(nèi)。空調(diào)的噪音量取決于這2個(gè)零件高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的動(dòng)平衡系數(shù)。為了保證低的風(fēng)葉動(dòng)平衡系數(shù)，除了要求零件具有良好的結(jié)構(gòu)性能外，還對(duì)模具的澆注系統(tǒng)有嚴(yán)格要求，要求各澆口必須平衡進(jìn)料。由于風(fēng)葉含玻璃纖維[2]，材料硬度高，使用傳統(tǒng)熱流道系統(tǒng)容易磨損鈹銅嘴芯和澆口，造成各澆口進(jìn)料不一致、成型的零件動(dòng)平衡不穩(wěn)定現(xiàn)象。因此，針對(duì)含玻璃纖維的風(fēng)葉，開發(fā)一款合適的熱流道系統(tǒng)具有重要意義。

1 風(fēng)葉零件成型

風(fēng)葉零件（包括軸流風(fēng)葉、離心風(fēng)葉）是空調(diào)制冷的關(guān)鍵零部件，如圖1所示，為保證風(fēng)葉高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的質(zhì)量穩(wěn)定性，必須保證風(fēng)葉在高速運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)環(huán)境下其動(dòng)平衡系數(shù)低于0.5。風(fēng)葉模具成型過程中，平衡進(jìn)料是保障零件運(yùn)行動(dòng)平衡的關(guān)鍵。由于風(fēng)葉零件的強(qiáng)度要求，對(duì)注射成型材料的選擇也較嚴(yán)格，普通材料無法滿足要求，必須使用高強(qiáng)度的材料，一般采用AS-GF20，即玻璃纖維增強(qiáng)AS材料，玻璃纖維是非結(jié)晶的無機(jī)增強(qiáng)纖維材料，其特征是在纖維方向的抗拉強(qiáng)度高[3]、材料硬、流動(dòng)性差，容易磨損螺桿，導(dǎo)致螺桿崩角，形成鐵屑，因此成型過程容易夾帶鐵屑。

圖1 空調(diào)風(fēng)葉零件

2 熱流道系統(tǒng)介紹

模具采用普通流道會(huì)產(chǎn)生凝料，浪費(fèi)成本，而熱流道具有節(jié)約材料、生產(chǎn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)[4-6]，從成本方面考慮，熱流道更受歡迎。熱流道按結(jié)構(gòu)區(qū)分，可分為針點(diǎn)式和針閥式[7]。針閥式熱流道采用時(shí)序控制針閥開啟和封閉，由于AS-GF20材料磨損閥針，且混在塑料熔體里的鐵屑容易卡住閥針，造成澆注不順，針閥式熱流道不適用于風(fēng)葉模具。風(fēng)葉模具一般使用針點(diǎn)式熱流道，如圖2所示。針點(diǎn)式熱流道包含主流道噴嘴、流道板、噴嘴三部分，其中主流道噴嘴連接注塑機(jī)噴嘴，注塑機(jī)料筒注入的熔體經(jīng)過主流道噴嘴后進(jìn)入流道板，再通過流道分流到各澆口，最后流入模具型腔。

圖2 風(fēng)葉針點(diǎn)式熱流道

根據(jù)塑料模設(shè)計(jì)規(guī)范[8]，風(fēng)葉熱流道噴嘴前端設(shè)在定模鑲件上，澆口形狀通過數(shù)控加工中心與電火花放電加工形成，如圖3所示，定模板硬度為30～35 HRC，注射AS-GF20一段時(shí)間后，澆口因硬度低會(huì)出現(xiàn)腐蝕磨損現(xiàn)象，導(dǎo)致進(jìn)料量出現(xiàn)差異。當(dāng)各葉片進(jìn)料量不一致時(shí)，葉片運(yùn)行時(shí)動(dòng)平衡容易出現(xiàn)差異。

圖3 風(fēng)葉針點(diǎn)熱流道澆口形狀

傳統(tǒng)噴嘴由本體、加熱器、絕熱殼體、嘴芯、絕熱套等組成，如圖4所示，其中嘴芯采用鈹銅材料，由于鈹銅具有良好的導(dǎo)熱性，加熱器產(chǎn)生的熱量可以通過鈹銅傳遞到澆口前端，使?jié)部谇岸吮４鏌崃?，保證塑料熔體流動(dòng)順暢。但是鈹銅材料耐磨性與耐腐蝕性一般，注射玻璃纖維材料時(shí)鈹銅嘴尖腐蝕嚴(yán)重，當(dāng)嘴尖消失時(shí)，澆口前端便會(huì)因熱量傳遞不足而導(dǎo)致塑料熔體流動(dòng)不順暢。因此傳統(tǒng)噴嘴不適合用于生產(chǎn)高質(zhì)量要求的空調(diào)風(fēng)葉。

圖4 傳統(tǒng)噴嘴結(jié)構(gòu)

3 含玻璃纖維風(fēng)葉模具的熱流道系統(tǒng)

3.1 新型嘴芯

針對(duì)鈹銅嘴芯受玻璃纖維影響腐蝕磨損的現(xiàn)象，特設(shè)計(jì)一款新型嘴芯，如圖5所示，新型嘴芯由2種材料組成，前端為鎢鋼嘴芯，后端為鈹銅墊子，采用鈹銅+鎢鋼的嘴芯結(jié)構(gòu)，同時(shí)將鎢鋼嘴芯出料孔設(shè)計(jì)成單孔大直徑結(jié)構(gòu)，解決了鈹銅嘴芯易被鐵屑堵塞的問題。

圖5 新型嘴芯

鎢鋼也稱為碳化鎢鋼結(jié)硬質(zhì)合金[9-11]，具有硬度高、強(qiáng)度高、耐磨、耐腐蝕等優(yōu)良性能，但導(dǎo)熱性差。由表1可知，鎢鋼的導(dǎo)熱性約鈹銅的1/5，若嘴芯部分都使用鎢鋼材料，加熱器產(chǎn)生的熱量難以通過鎢鋼傳熱到澆口前端，導(dǎo)致澆口位置的塑料熔體冷卻快，影響其流動(dòng)性。而鈹銅具有良好的導(dǎo)熱性，鎢鋼與鈹銅相結(jié)合，既能保證嘴芯前端的耐腐蝕性與耐磨性，同時(shí)也保證塑料熔體不會(huì)因鎢鋼的過冷而滯留，提高塑料熔體的整體流暢性。

表1 鎢鋼與鈹銅性能對(duì)比

3.2 3種結(jié)構(gòu)嘴芯溫度試驗(yàn)比較

將嘴芯分為3種：全鈹銅嘴芯（即傳統(tǒng)嘴芯）、鈹銅+鎢鋼嘴芯（即新型嘴芯）、全鎢鋼嘴芯（即傳統(tǒng)嘴芯采用鎢鋼），對(duì)不同嘴芯進(jìn)行有限元熱分析。將加熱圈溫度設(shè)定為230℃作為分析條件，考慮噴嘴與嘴芯之間存在熱對(duì)流，設(shè)定對(duì)流參數(shù)為5×106W/（mm2·℃)，噴嘴周圍的模具冷卻水路設(shè)定為25℃。3種材料的嘴尖溫度結(jié)果如表2所示，在相同工況下，3種嘴芯嘴尖的溫度不同，其中，全鈹銅嘴芯溫度傳遞效果最佳，熱量損失最小，嘴尖溫度為223℃；全鎢鋼嘴芯溫度傳遞效果最差，熱量損失最大，嘴芯的前端嘴尖部位溫度為191℃；鈹銅+鎢鋼嘴芯嘴尖溫度介于兩者之間。

表2 3種結(jié)構(gòu)嘴尖溫度

3.3 新型絕熱套

針對(duì)傳統(tǒng)噴嘴澆口因硬度不足導(dǎo)致磨損的問題，設(shè)計(jì)一款新型絕熱套，如圖6所示，設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)件，使用S136淬火加硬材料，對(duì)口部設(shè)置凸臺(tái)并進(jìn)行圓角處理，以降低澆口位置所受的應(yīng)力。新型絕熱套硬度為58～61 HRC，硬度高，澆口處不易磨損，尺寸穩(wěn)定，同時(shí)噴嘴內(nèi)部的半圓形凹坑作為塑料熔體的絕熱倉，整體隔熱效果更好，并對(duì)噴嘴前端的澆口區(qū)域起保溫作用。傳統(tǒng)絕熱套保溫功能差（見圖4），傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)噴嘴前端的半圓形凹坑，即絕熱倉是由定模鑲件組成，而定模鑲件受模具冷卻水路影響，凹坑中塑料熔體熱量會(huì)被定模鑲件帶走，因此噴嘴前端溫度下降嚴(yán)重，影響塑料熔體的流動(dòng)性。

圖6 新型絕熱套

3.4 新型熱流道系統(tǒng)生產(chǎn)效果

新型噴嘴是在傳統(tǒng)噴嘴結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改良升級(jí)，如圖7所示。新型熱流道系統(tǒng)如圖8所示，其澆口前端設(shè)計(jì)在絕熱套上，解決了定模澆口易磨損的問題，另外定模鑲件澆口不用加工成型部分，只需加工直孔，使定模加工簡單。

傳統(tǒng)的噴嘴生產(chǎn)風(fēng)葉1 000模次，嘴芯和澆口已經(jīng)出現(xiàn)輕微磨損，生產(chǎn)10 000次時(shí)，腐蝕磨損已經(jīng)對(duì)風(fēng)葉運(yùn)行時(shí)動(dòng)平衡產(chǎn)生影響，當(dāng)生產(chǎn)20 000次時(shí)，已經(jīng)無法滿足技術(shù)要求，如表3所示。而新型噴嘴的嘴芯、絕熱套更耐磨，生產(chǎn)20 000次還能繼續(xù)使用，零件運(yùn)行時(shí)動(dòng)平衡滿足技術(shù)要求。

圖7 新型噴嘴結(jié)構(gòu)

圖8 新型熱流道系統(tǒng)

表3 2種噴嘴生產(chǎn)風(fēng)葉情況

4 結(jié)束語

將鎢鋼嘴芯和鈹銅墊子相結(jié)合的新型嘴芯代替鈹銅嘴芯、新型絕熱套代替?zhèn)鹘y(tǒng)絕熱套并運(yùn)用于風(fēng)葉模具熱流道系統(tǒng)，經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，可以解決嘴芯磨損、生產(chǎn)易被鐵屑堵塞、進(jìn)料不平衡的技術(shù)難題?？照{(diào)風(fēng)葉零件（包括軸流風(fēng)葉和離心風(fēng)葉）使用新型熱流道系統(tǒng)后，無澆口凝料，節(jié)約材料成本，成型的葉片平衡性好、噪音小，合格率達(dá)到98%以上，提升了企業(yè)的競爭力。