扁形牛角澆口的設(shè)計(jì)

曾炬，陳瑞珠，李冬，楊丹丹

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519000

1 序言

空調(diào)導(dǎo)風(fēng)板零件位于空調(diào)送風(fēng)口位置，當(dāng)空調(diào)制冷送風(fēng)時(shí)，導(dǎo)風(fēng)板處于打開(kāi)狀態(tài)；當(dāng)空調(diào)關(guān)閉時(shí)，導(dǎo)風(fēng)板處于閉合狀態(tài)。導(dǎo)風(fēng)板采用注塑成形，要求具有較高的塑料外觀質(zhì)量[1]，基于產(chǎn)品外觀的需要，導(dǎo)風(fēng)板的外觀面和側(cè)邊位置都不允許出現(xiàn)澆口印，因此澆口點(diǎn)必須設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的非外觀面上。所以熱流道具有節(jié)約原料、易于自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)[2-5]，為了節(jié)約水口料，模具進(jìn)膠系統(tǒng)采用熱流道轉(zhuǎn)冷流道的模式。冷流道采用一種新型的扁形牛角澆口設(shè)計(jì)[6]，相較于傳統(tǒng)的圓形牛角澆口[7，8]，澆口寬度方向可以設(shè)計(jì)得更薄，使冷卻效果更好，澆口斷點(diǎn)更平整。導(dǎo)風(fēng)板模具在其注塑過(guò)程中，熔融的膠料從注塑機(jī)射入熱流道系統(tǒng)，接著從各熱嘴流入扁形牛角澆口鑲件，最后從產(chǎn)品非外觀位置流入模腔形成產(chǎn)品，產(chǎn)品經(jīng)射膠、保壓和冷卻出模后外觀位置無(wú)澆口印。

2 扁形牛角澆口設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品成形工藝分析

導(dǎo)風(fēng)板產(chǎn)品規(guī)格為686mm×59mm，料厚均勻，厚度為3.0mm，產(chǎn)品細(xì)長(zhǎng)，兩端位置有轉(zhuǎn)軸。零件使用ABS材料，該材料的收縮率約為1.005，綜合性能較好，耐沖擊強(qiáng)度較高。導(dǎo)風(fēng)板采用一出二開(kāi)制，開(kāi)模前采用Moldflow軟件進(jìn)行模流仿真分析。Moldflow軟件具有注塑成形仿真功能，不僅能夠驗(yàn)證和優(yōu)化解決塑料零件、注塑模具和注塑成形方面的問(wèn)題，還能提供科學(xué)的產(chǎn)品進(jìn)膠方案、分析產(chǎn)品翹曲等問(wèn)題[9]。根據(jù)Moldflow模擬仿真分析結(jié)果確定導(dǎo)風(fēng)板型腔分布，如圖1所示。為避免產(chǎn)品兩端轉(zhuǎn)軸對(duì)應(yīng)外觀位置縮水，每腔產(chǎn)品含3個(gè)澆口，為了更好地控制產(chǎn)品尺寸變形，其中中間熱嘴分別對(duì)應(yīng)1個(gè)澆口，兩端熱嘴對(duì)應(yīng)2個(gè)澆口，模具進(jìn)膠采用熱流道轉(zhuǎn)冷流道方式，其中冷流道使用扁形牛角澆口，膠料繞過(guò)產(chǎn)品外觀，從非外觀側(cè)進(jìn)入模腔。

圖1 導(dǎo)風(fēng)板型腔分布

2.2 扁形牛角澆口鑲件及其工作原理

扁形牛角澆口鑲件（見(jiàn)圖2）通過(guò)設(shè)置弧形澆注通道，使?jié)部谀軌蛭挥谧⑺芗姆峭庥^面上，而不是位于邊緣或外觀面上，從而不會(huì)對(duì)注塑件的外觀造成影響。扁形澆口鑲件固定采用螺釘緊固在動(dòng)模鑲件上的方式，同時(shí)為了方便加工扁形牛角澆口通道，將澆口鑲件一分為二，分成2個(gè)對(duì)稱(chēng)的零件。

圖2 扁形牛角澆口鑲件

扁形牛角澆口工作原理：當(dāng)產(chǎn)品注塑成形且充分冷卻后，扁形牛角澆口鑲件在動(dòng)模上的位置如圖3所示。模具在開(kāi)模過(guò)程中，頂桿在頂針板的推動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)澆口冷料井向上頂，其中H區(qū)域?yàn)闈部诶淞暇＝菨部谠陧敆U的作用力下，帶動(dòng)弧形段澆口向上運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)澆口自動(dòng)脫離產(chǎn)品。模具頂針板頂出澆口前后的情況如圖4所示。

圖3 扁形牛角澆口鑲件在動(dòng)模上的位置示意

圖4 模具頂針板頂出澆口前后

2.3 扁形牛角澆口的尺寸及設(shè)計(jì)要求

扁形牛角澆口的形狀（見(jiàn)圖5）包括弧形段、冷料井等，常用的扁形牛角澆口的尺寸規(guī)格見(jiàn)表1。為了保證牛角澆口頂出順暢，扁形澆口設(shè)計(jì)時(shí)必須滿(mǎn)足如下要求。

表1 扁形牛角澆口尺寸規(guī)格 （單位：mm）

圖5 扁形牛角澆口3D示意

1）冷料井高度L＞L3＋L4，否則膠料容易斷在牛角鑲件上。

2）牛角入膠位置膠料尺寸厚，具有牛角似的圓滑曲線(xiàn)形狀，截面面積逐漸變小，小端連接產(chǎn)品型腔非外觀面[10]。

3）扁形牛角澆口兩端以圓弧過(guò)渡，減小出模阻力。

4）扁形牛角澆口錐度夾角＞8°，否則澆口難頂出。扁形牛角澆口出膠口位置連接著產(chǎn)品，頂出過(guò)程中牛角澆口受產(chǎn)品的拉力作用。為避免澆口斷在澆口鑲件隧道上，必須要有一定的夾角，保證順利頂出。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，夾角在8°～12°時(shí)效果較好。夾角太大，根部會(huì)變厚，膠料冷卻時(shí)間變長(zhǎng)。

3 扁形牛角澆口和圓形牛角澆口的比較

澆口的截面積決定了產(chǎn)品注塑過(guò)程中的進(jìn)膠流量，澆口越大，產(chǎn)品填充速度越快。為了降低產(chǎn)品注塑壓力，從成形角度考慮，澆口越大越好。然而當(dāng)澆口過(guò)大時(shí)，澆口冷卻效果差，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品成形冷卻周期長(zhǎng)，另外，由于澆口截面積大，所以在頂出過(guò)程中，產(chǎn)品受牛角澆口的拉力作用，澆口位置容易出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象，造成產(chǎn)品不良。

傳統(tǒng)的牛角澆口為圖6a所示的圓形牛角結(jié)構(gòu)，澆口面積小，注塑壓力損失大。應(yīng)用于導(dǎo)風(fēng)板上的新型扁形牛角澆口結(jié)構(gòu)如圖6b所示。牛角澆口實(shí)物如圖7所示。導(dǎo)風(fēng)板扁形牛角澆口長(zhǎng)7mm，寬1.2mm，則其澆口截面積S＝a×b＝7×1.2＝8.4（mm2）。如果使用圓形牛角澆口，設(shè)定其截面積和扁形澆口一致，根據(jù)S＝1/4πd2，得出圓形牛角澆口截面處的直徑d＝3.27mm。

圖6 牛角澆口形狀

圖7 牛角澆口實(shí)物

兩種結(jié)構(gòu)澆口截面積相同，通過(guò)Moldflow軟件仿真對(duì)比分析。設(shè)置相同模溫、相同注塑參數(shù)，查看Moldflow軟件分析結(jié)果，觀察不同結(jié)構(gòu)澆口的凍結(jié)層因子，如圖8所示。圓形牛角澆口的凍結(jié)時(shí)間為35.06s，扁形牛角澆口的凍結(jié)時(shí)間為27.09s，由此看出，扁形牛角澆口比圓形澆口冷卻更快，提前約8s凍結(jié)，可提前出模。而圓形澆口因澆口直徑大，d＝3.27mm，澆口中心膠厚，冷卻慢，若提前開(kāi)模，牛角澆口在頂桿的推動(dòng)下容易形成膠絲，導(dǎo)致產(chǎn)品澆口斷點(diǎn)高，出現(xiàn)冷料現(xiàn)象。另外，澆口直徑大，產(chǎn)品澆口位置受牛角澆口的作用，容易出現(xiàn)拉裂，造成質(zhì)量缺陷。

圖8 利用Moldflow分析牛角澆口凍結(jié)時(shí)間

4 模具工作過(guò)程

導(dǎo)風(fēng)板模具（見(jiàn)圖9）為一出二正裝結(jié)構(gòu)[11]，由定模固定板、熱流道板及熱流道系統(tǒng)等組成。導(dǎo)風(fēng)板采用ABS材料，該材料對(duì)模溫要求高，當(dāng)模溫低于50℃時(shí)，產(chǎn)品外觀光澤度差，澆口紋明顯；當(dāng)模溫高于80℃時(shí)，產(chǎn)品容易發(fā)生翹曲變形，注塑周期長(zhǎng)。因此，模具工作時(shí)要求定模接模溫機(jī)，模溫控制在55～70℃，以滿(mǎn)足產(chǎn)品外觀高亮度的需求。

圖9 導(dǎo)風(fēng)板模具結(jié)構(gòu)

材料ABS注塑成形料溫一般控制在180～260℃，設(shè)定熱流道溫度為230℃。模具射膠時(shí)，熔融的膠料從注塑機(jī)射入熱流道系統(tǒng)，熱流道系統(tǒng)在模具工作過(guò)程中處于加熱保溫狀態(tài)，膠料通過(guò)各個(gè)熱嘴流入扁形牛角澆口鑲件，最后以牛角進(jìn)膠的形式注入模腔中，形成產(chǎn)品。模具經(jīng)射膠、保壓和冷卻完成產(chǎn)品固化后，注塑機(jī)拉動(dòng)模具開(kāi)模，當(dāng)開(kāi)模到一定程度后，注塑機(jī)頂桿推動(dòng)模具頂出機(jī)構(gòu)向前運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)產(chǎn)品和扁形牛角澆口的頂出，產(chǎn)品和牛角澆口實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離。

為了避免扁形牛角澆口頂出后掉入模腔造成壓模，模具設(shè)計(jì)時(shí)將各冷流道采用薄膠位串聯(lián)在一起（見(jiàn)圖10），同時(shí)采用機(jī)械手夾持取水口料和產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)模具自動(dòng)化生產(chǎn)。

圖10 導(dǎo)風(fēng)板扁形牛角澆口串聯(lián)

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)空調(diào)導(dǎo)風(fēng)板模具設(shè)計(jì)了一款扁形牛角澆口，使?jié)部谀軌蛭挥谧⑺芗姆峭庥^面上，而不是位于邊緣或外觀面上，因此不會(huì)對(duì)注塑件的外觀造成影響。利用Moldflow軟件比較分析圓形牛角澆口及扁形牛角澆口，得知使用扁形牛角澆口冷卻效果更好，在保證產(chǎn)品進(jìn)膠量的前提下，可縮小澆口寬度方向尺寸，使?jié)部诶鋮s更快。不僅節(jié)約了注塑周期，同時(shí)達(dá)到澆口斷點(diǎn)好、無(wú)冷料的目的。

模具自投產(chǎn)以來(lái)，導(dǎo)風(fēng)板澆口斷點(diǎn)好，沒(méi)有出現(xiàn)澆口拉裂產(chǎn)品的現(xiàn)象，符合質(zhì)量要求，自動(dòng)化程度高，在生產(chǎn)中得到了大量推廣應(yīng)用，如圖11所示。另外，本文對(duì)行業(yè)注塑模具在使用牛角澆口解決澆口印、澆口拉裂等方面，也同樣具有一定的參考意義。

圖11 生產(chǎn)中的導(dǎo)風(fēng)板