汽車空調(diào)鼓風(fēng)機左右蓋復(fù)雜抽芯注塑模設(shè)計

費 強，張維合

（廣東科技學(xué)院機電工程學(xué)院，廣東 東莞 523083）

0 前言

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Fig.1 The car airtank left/right cover

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)Fig.2 The hot runner gating system

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4.5 mm，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）。

圖4 汽車空調(diào)鼓風(fēng)機右蓋注塑模具的側(cè)向抽芯機構(gòu)Fig.4 The side core pulling mechanism of injection mold for the car airtank right cover

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)Fig.5 The cooling system of the injection mold

圖6 模具溫度控制系統(tǒng)的立體示意圖Fig.6 The 3D schematic diagram of the cooling system

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：

圖7 汽車空調(diào)鼓風(fēng)機左蓋注塑模具結(jié)構(gòu)Fig.7 The injection mold schematic of the car airtank L/R cover

（1）熔體經(jīng)一級熱射嘴68 進入熱流道板65，再由二級熱射嘴66和70進入模具型腔。

（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。

（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，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)達到了設(shè)計要求。