壁挂空调出风框注塑模具设计

彭旭辉

(广东省机械技师学院，广州 510450)

对于结构复杂的塑料件，在设计其塑料模具结构时，不但要认真分析塑料件的结构、该塑料件在整套产品中的功能，还需要了解与其它零件的装配关系，以及同类产品在注塑过程中常见的问题点，并加以改善，才能开发出优良的模具。出风框是壁挂空调的一个零件，材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)，主要有3个方面的功能：第1个功能是收集空调工作时所产生的冷凝水，并将冷凝水从出水管排出；第2个功能是固定轴流风轮，壁挂空调的冷空气由旋转的轴流风轮吹出；第3个功能是安装风向板，风向板可以控制空调冷空气的方向。如果空调漏水，或轴流风轮旋转时发出的噪声较大，或风向板卡死、不能摆动导致冷空气不能变换方向，这些故障都是由于空调出风框出现异常所致。因此在设计出风框的模具结构时，应针对上述3个常见的问题点设计合理的脱模结构[1-4]。笔者以壁挂空调出风框为例，阐述该类塑件的模具设计要点，为同类模具设计提供参考。

1 空调出风框主要结构及脱模机构分析

空调出风框结构非常复杂，上面有若干孔位和扣位，且这些孔位和扣位的脱模方向与开模方向不一致，其结构如图1a所示，立体图如图1b所示。

针对出风框的结构，所设计的脱模机构不仅要求结构简单，还要求能简化整套模具结构。经综合考虑产品各种结构，所采纳的分型面如图1a左、右视图所示。从图1a的剖视图A-A中可看出，产品的内、外面各有一条用于收集空气中水分的水槽，空气中的水分在空调内部遇冷将会凝结成水珠，附着在出风框的侧壁上，累积到一定程度就会沿侧壁流下，水槽的作用是将其收集起来，并引向产品两端的出水管。外水槽壁与分型面平行，采用滑块成型，内水槽由定模型芯成型；产品内部的腔体是一个圆弧形曲面，半径为81 mm，该位置用于安装轴流风轮，为满足产品静音的要求，该处的弧面需略向内凹陷，否则空调在工作时会发出很大的噪音，该凹陷位需用定模斜顶脱模；产品上有一个冷风口，冷空气从此孔吹出，此处用定、动模型芯面贴合的形式成型；在冷风口的左边有一个侧扣位，侧扣位上有3个外径为9 mm、长度为10 mm的圆柱，该圆柱中心轴与分型面的夹角为150°，圆柱旁边有3个小扣位(图中未标识)，小扣位的开口方向与圆柱轴线方向垂直，此处采用组合滑块脱模。

在图1a的B-B剖视图中，腔体的外部有一个外扣位，需要滑块脱模，该滑块同时成型外水槽壁；在筋位上有一个Ø6 mm的圆孔，冷风口中共有两条这种筋位，在左、右视图中各有一个直径为Ø6 mm的圆孔，这4个圆孔用斜顶脱模，这4个圆孔的作用是安装风向板，风向板通过上、下摆动来控制冷空气向上、下吹的方向，如果产品变形，导致这4个圆孔不同轴，将会影响工人对风向板的装配，即使装配上去后，风向板也会卡死。

图1 产品结构及效果图

在图1a的剖视图C-C中，有一个外径为Ø16 mm、内径为Ø13 mm、长度为52 mm的圆管，该圆管为出水管，其中心轴与分型面的夹角为60°，如果出水管的口部存在毛边，将会堵塞出水管而导致空调室内机漏水，此处用油缸+连杆+斜抽芯机构脱模。

在图1a的剖视图D-D中有1个外径为Ø9 mm、内径为Ø3的圆柱，其中心轴与分模线成30°夹角，该圆柱的外表面以定、动模型芯贴合形式成型，内孔以斜导柱+斜抽芯+滑块机构脱模。产品的上述结构直接影响整套模具结构，设计这些细节结构的脱模机构是整套空调出风框模具的重点[5-7]。

1.1 油缸+滑块脱模机构

对于图1a的剖视图B-B中R81 mm圆弧的外扣位和外水槽，采用油缸+滑块机构脱模，如图2所示，由于滑块体积较大，为使滑块运动平衡，采用两个油缸。为了便于排空型腔中的空气，在滑块分型面上设置排气槽以及合模间隙。为了防止滑块磨损，在滑块的斜面、上表面和底面都设置耐磨片。为了控制滑块的温度，在滑块中设置冷却水路。滑块质量约为350 kg，为了减轻油缸的工作强度，在注塑生产时将模具侧向摆放，由滑槽托住滑块。在滑块的中间位置有一个方形的通孔，用于在动模板上安装支撑块，从中间托住位于该滑块上方的一块镶件，以防该镶件变形。

图2 外扣位和外水槽的脱模机构

1.2 产品两端滑块脱模机构

产品的两端各有若干扣位和孔位，分别设计了相应的动模滑块脱模机构，如图3所示，其中N端(如图1a所示)需要安装电机，脱模距离较长，用油缸+滑块结构，M端(如图1a所示)的滑块脱模距离较短，用斜导柱+滑块结构。在注塑生产时，斜导柱+滑块的机构在模具的上方，由于斜导柱滑块的质量为80 kg，偏重，且斜导柱所引导滑块运动速度快，惯性大，对模具的撞击力较大，长时间工作必定影响模具的精度，导致寿命下降。为了消除滑块的撞击力，在滑块座上设置缓冲弹簧，使其以较慢的速度接近模具，以降低滑块对模具的撞击。另外，在开模时，弹簧有助于将滑块弹开。由于油缸具有缓冲作用，因此油缸+滑块机构不需要设计缓冲弹簧。

图3 产品两端的动模滑块脱模机构

1.3 组合滑块脱模机构

为了使图1a的剖视图A-A中侧扣位、侧扣位内部圆柱及圆柱旁边的3个小扣位(图中未标识)脱模，在大滑块的内部设置了3个小滑块，形成组合滑块，如图4a所示，小滑块结构如图4b所示。侧扣位及圆柱用大滑块脱模，圆柱旁边的小扣位用小滑块脱模，小扣位的滑块位于大滑块中。因组合滑块的体积较大，采用两个油缸。由于小滑块的滑槽是一个斜面，在开模后，为了防止小滑块座在斜面上滑动，在小滑块座的背面设置一个弹簧和螺杆，用弹簧将小滑块推开，使小滑块始终处于开模状态。小滑块座与小滑块通过T型槽相连，为了使小滑块在开模时沿水平方向运动，在小滑块上设置水平导向条。

图4 组合滑块脱模机构

在定、动模分模时，首先是斜导柱带动小滑块座在大滑块座的滑槽内沿V1方向移动，小滑块座带动小滑块沿V2方向水平运动，从而使小滑块脱模，然后油缸带动组合滑块一起运动，使侧扣位、侧扣位内部的圆柱及圆柱旁边的小扣位脱模。当合模时，运动过程正好相反。

1.4 斜抽芯+斜导柱+滑块脱模机构

在图1a的剖视图D-D中，外径为Ø9 mm、内径为Ø3的圆柱轴线与分型面成30°夹角，圆柱的外表面由定、动模镶件对碰成型，内孔采用滑块成型，滑块结构如图5a所示，滑块立体图如图5b所示。

图5 斜抽芯+斜导柱+滑块脱模机构

在图5a滑块座9的斜面上设置T型槽，用于斜抽芯6的导轨，当滑块座沿水平方向往右移动时，斜抽芯6沿T型槽往下滑动，从而使斜抽芯6沿内孔的轴线方向运动。由于圆柱的内孔直径较小，仅为Ø 3 mm，并且为通孔，为了便于修模，斜抽芯6采用推管套+抽芯的结构，如果内孔口部存在毛边，只需要更换抽芯，维修简单。为了便于加工，在动模镶件(二)2上设置小镶件4，其中小镶件4与推管套5没有间隙，动模镶件(二)2与推管套5设置间隙。由于斜导柱7与推管套5的中心线不在同一平面内，为了使滑块运动平稳，在滑块上安装两个弹簧，弹簧具有将滑块座推开的作用；由于安装滑槽的空间有限，不能将滑槽的T形槽设置在滑槽的两侧，而是在滑槽的中间位置设置T形块10，由T形块10引导滑块运动。

1.5 油缸+斜抽芯脱模机构

产品两端各有一个出水管，长度为52 mm，其轴线与分型面的夹角为60°，向下倾斜，由于出水管位于产品底部，采用油缸带动抽芯机构脱模。脱模机构主要由斜抽芯、出水管抽芯、连杆、滑槽、油缸、斜楔和支撑柱等组成，如图6所示。为了节省模具空间，不能将油缸沿出水管的轴线方向摆放，而是水平摆放，油缸通过连杆与斜抽芯相连，斜抽芯与连杆的接触面为45°的斜面；将水平连杆的滑槽设置在动模板的背面，再将油缸安装在滑槽底部。为了防止滑槽松动，在滑槽底部设置两根支撑柱；为了增强竖直斜楔强度，将竖直斜楔套在动模板中；为了控制斜抽芯温度，在斜抽芯内部设置冷却水路。

图6 出水管脱模机构

为了防止出水管出现注塑不满的现象，将出水管的型芯设计成镶件结构，并用销固定在斜抽芯上。出水管的口部不能有毛边，否则容易堵塞引起空调漏水。当模具长时间工作后，由于出水管型芯磨损导致出水管口部产生毛边时，可以更换出水管型芯，或者通过修理出水管型芯与定模型芯的贴合面、或其它运动件之间的配合面，使出水管型芯紧贴定模型芯，可以有效防止出水管口部产生毛边，维修工作简单。

1.6 定模斜顶脱模机构

在图1a的部视图A-A中，有一个半径为81 mm的圆弧，该位置是为了安装轴流风轮，该曲面存在倒扣，需采用定模斜顶脱模。在产品内表面还有一个扣位，同样需要用定模斜顶脱模，两个定模斜顶的结构如图7a所示。为了使定模斜顶脱模，在定模板与热流道板之间设置定模推板与定模垫块，如图7b所示。

图7 定模斜顶脱模机构

图7中，斜顶座3固定在定模推板6上，在定模板4与定模推板6之间设置普通弹簧，在定模座板8与定模推板6之间设置氮气弹簧，在模具闭合时，氮气弹簧收缩，普通弹簧将定模推板6推向热流道板7，斜顶块1处于复位状态。当定、动模分模时，氮气弹簧伸长，由于氮气弹簧的力量较大，普通弹簧被压缩，将定模推板6从热流道板7推开，从而使斜顶块1实现脱模。

1.7 动模型芯的拼接结构

除了图2所示的滑块外，动模部分的成型镶件还由4个镶件拼接而成，如图8所示，其中图1中P，Q，M，N 4处，分别对应镶件1、镶件3、镶件4和镶件2。镶件1的底部为图2所示的滑块。这种镶拼结构既有利于加工，也有利于增强镶件的刚性与强度。空调出风框常见的问题点是在注塑时发生破裂，根据现场工作人员长期的跟踪，发现这种破裂的原因是模板变形导致滑块不能正常滑动。由于图4所示的滑块和图7a所示的定模斜顶体积较大，如果模具变形，滑块在开模时强行运动导致产品破裂。将动模型芯分成4个镶件，加强模具零件的硬度与刚度，可以有效防止出风框破裂。为了防止镶件1变形，在图2所示的滑块中间开设一个方孔，在动模板上设置一根支撑柱，从中间托住镶件1。

图8 动模型芯的4个镶件

1.8 斜顶脱模机构

在冷风口中，除了两条筋位上的小外孔，还有9个小扣位，都采用斜顶机构脱模。斜顶机构由斜顶座、导向块和斜顶杆组成，如图9所示，胶位在斜顶杆上成形。两条筋位上的Ø6 mm小孔与产品两端的Ø6 mm小孔轴线必须共线，否则风向板不能正常摆动。生产经验表明，模具长期工作后，小孔的口部容易产生毛边，导致不能正常装配，其原因是斜顶杆磨损，或者是斜顶的型芯位置受到腐蚀导致模具零件的配合间隙过大，克服上述问题的方案是斜顶的材料选择比较耐腐蚀的模具钢，如718H，并氮化处理，斜顶杆上设置油槽，便于润滑。

图9 风向板装配孔的脱模机构

2 进胶系统

空调出风框产品尺寸较大(944 mm×283 mm×281 mm)，内部的孔位、扣位、筋位、沟位较多，且中间为空心，如果浇口设计不合理，容易出现注塑不满的现象。针对这种情况，采用热流道+多点进胶+点浇口的进料系统，共设有7个浇口，如图10a中小圆锥所示。将浇口位置的产品结构稍做修改，如图10b所示，这有两方面的作用：其一是浇口所在的胶位低于附近的胶位，是为了方便操作工人修剪浇口料；其二是将浇口正对的胶位设计成圆柱形，是为了增加熔融材料从热喷嘴进入型腔时的流动性。

图10 进胶系统

3 冷却系统

由于空调出风框尺寸较大，并且滑块较多，如果模温控制不好，在注塑过程中产品容易变形，导致装配困难，也会使图1a剖视图B-B中筋位上的Ø 6 mm圆孔与左右视图中Ø6 mm圆孔不同轴，导致风向板不能正常摆动。针对上述常见的问题点，应设计合理的冷却系统，使产品快速冷却、固化、定形[8-10]。由于空调出风框模具的工作零件较大，为了使模具温度均匀，体积较大的模具零件都必须设计冷却水路。通常塑料模具只为动模镶件设计冷却水路，不单独为动模板设计冷却水路，但这套模具为了更好地控制模温，在动模板上也设计了冷却水路，如图11a所示；定模型芯由5个零件拼接而成，分7个独立的冷却水路回路，为了使水路与型芯表面的距离均匀，定模型芯的冷却水路采用倾斜的直通水路，如图11b所示；定模斜顶的冷却水路回路采用直通水路，如图11c所示；图8所示的4个动模镶件冷却水路布局如图11d所示，其中镶件1、镶件2、镶件4采用直通式水路，镶件3采用水井+直通水路，该模具还有其它零件也需要设计水路，不在此一一列出。

图11 主要模具零件的冷却水路布局图

4 模具装配图及工作过程

该模具的剖视图结构如图12所示。模具的基本工作过程为，注塑开始前，定模与动模闭合，定模中的氮气弹簧38收缩，定模推板20紧贴电热器板14。注塑时，高温的塑胶材料经热流道管37中注入到模具型腔中。注塑结束后，塑胶材料在模具型腔中冷却、定形，然后注塑机带动动模与定模在分型面处分开，与此同时，下列4个开模动作同步进行：①定模中的氮气弹簧伸长，定模斜顶42脱模；②图3中的斜导柱(图12中没有标识)带动滑块脱模；③斜导柱13带动小滑块座11和小滑块(图12中没有标识)脱模；④图5中的斜导柱带动斜抽芯脱模。当动模完全打开之后，注塑机发出指令，下列4个开模运动同时进行：①图2中的油缸带动大滑块开始脱模；②图3中的油缸带动滑块开始脱模；③图4中的油缸带动大滑块开始脱模；④图6中的油缸带动出水管斜抽芯开始脱模。当上述4个滑块完全脱模后，推板2推动模具的推杆(图11中未标识)、动模斜顶34做顶出运动。从模具中取出产品后，模具开始复位，复位过程与开模过程完全相反。当模具完全闭合后，即可开始注塑[11-12]。

图12 模具的剖视图

5 结语

壁挂空调出风框的模具结构复杂，脱模机构较多，而且模具活动零件的体积比较大，长期注塑生产后，受脱模机构的撞击作用，模具容易发生变形，导致滑块在开模时强制运动而使产品发生破裂；或由于受磨损影响导致出水管的管口存在毛边的现象；或产品变形导致装配困难。针对上述常见的问题点，设计了多种构思巧妙的脱模机构和冷却水路布局，解决了空调出风框在开模时发生开裂、变形或出水管毛边较多的问题。

空调出风框模具选用两板模结构，并在定模的电热器板和定模板之间增设垫块和推板，通过氮气弹簧和普通弹簧推动定模推板的闭、合，巧妙地解决了定模斜顶的脱模问题。经实际试产证明，该模具的脱模动作稳定，注塑周期较短，成型的产品变形小，能顺利与其它零件进行装配，现已投入批量生产中[13-16]。