扁形牛角浇口的设计

曾炬，陈瑞珠，李冬，杨丹丹

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519000

1 序言

空调导风板零件位于空调送风口位置，当空调制冷送风时，导风板处于打开状态；当空调关闭时，导风板处于闭合状态。导风板采用注塑成形，要求具有较高的塑料外观质量[1]，基于产品外观的需要，导风板的外观面和侧边位置都不允许出现浇口印，因此浇口点必须设计在产品的非外观面上。所以热流道具有节约原料、易于自动化等优点[2-5]，为了节约水口料，模具进胶系统采用热流道转冷流道的模式。冷流道采用一种新型的扁形牛角浇口设计[6]，相较于传统的圆形牛角浇口[7，8]，浇口宽度方向可以设计得更薄，使冷却效果更好，浇口断点更平整。导风板模具在其注塑过程中，熔融的胶料从注塑机射入热流道系统，接着从各热嘴流入扁形牛角浇口镶件，最后从产品非外观位置流入模腔形成产品，产品经射胶、保压和冷却出模后外观位置无浇口印。

2 扁形牛角浇口设计

2.1 产品成形工艺分析

导风板产品规格为686mm×59mm，料厚均匀，厚度为3.0mm，产品细长，两端位置有转轴。零件使用ABS材料，该材料的收缩率约为1.005，综合性能较好，耐冲击强度较高。导风板采用一出二开制，开模前采用Moldflow软件进行模流仿真分析。Moldflow软件具有注塑成形仿真功能，不仅能够验证和优化解决塑料零件、注塑模具和注塑成形方面的问题，还能提供科学的产品进胶方案、分析产品翘曲等问题[9]。根据Moldflow模拟仿真分析结果确定导风板型腔分布，如图1所示。为避免产品两端转轴对应外观位置缩水，每腔产品含3个浇口，为了更好地控制产品尺寸变形，其中中间热嘴分别对应1个浇口，两端热嘴对应2个浇口，模具进胶采用热流道转冷流道方式，其中冷流道使用扁形牛角浇口，胶料绕过产品外观，从非外观侧进入模腔。

图1 导风板型腔分布

2.2 扁形牛角浇口镶件及其工作原理

扁形牛角浇口镶件（见图2）通过设置弧形浇注通道，使浇口能够位于注塑件的非外观面上，而不是位于边缘或外观面上，从而不会对注塑件的外观造成影响。扁形浇口镶件固定采用螺钉紧固在动模镶件上的方式，同时为了方便加工扁形牛角浇口通道，将浇口镶件一分为二，分成2个对称的零件。

图2 扁形牛角浇口镶件

扁形牛角浇口工作原理：当产品注塑成形且充分冷却后，扁形牛角浇口镶件在动模上的位置如图3所示。模具在开模过程中，顶杆在顶针板的推动下向上运动，同时推动浇口冷料井向上顶，其中H区域为浇口冷料井，牛角浇口在顶杆的作用力下，带动弧形段浇口向上运动，从而实现浇口自动脱离产品。模具顶针板顶出浇口前后的情况如图4所示。

图3 扁形牛角浇口镶件在动模上的位置示意

图4 模具顶针板顶出浇口前后

2.3 扁形牛角浇口的尺寸及设计要求

扁形牛角浇口的形状（见图5）包括弧形段、冷料井等，常用的扁形牛角浇口的尺寸规格见表1。为了保证牛角浇口顶出顺畅，扁形浇口设计时必须满足如下要求。

表1 扁形牛角浇口尺寸规格 （单位：mm）

图5 扁形牛角浇口3D示意

1）冷料井高度L＞L3＋L4，否则胶料容易断在牛角镶件上。

2）牛角入胶位置胶料尺寸厚，具有牛角似的圆滑曲线形状，截面面积逐渐变小，小端连接产品型腔非外观面[10]。

3）扁形牛角浇口两端以圆弧过渡，减小出模阻力。

4）扁形牛角浇口锥度夹角＞8°，否则浇口难顶出。扁形牛角浇口出胶口位置连接着产品，顶出过程中牛角浇口受产品的拉力作用。为避免浇口断在浇口镶件隧道上，必须要有一定的夹角，保证顺利顶出。经生产实践验证，夹角在8°～12°时效果较好。夹角太大，根部会变厚，胶料冷却时间变长。

3 扁形牛角浇口和圆形牛角浇口的比较

浇口的截面积决定了产品注塑过程中的进胶流量，浇口越大，产品填充速度越快。为了降低产品注塑压力，从成形角度考虑，浇口越大越好。然而当浇口过大时，浇口冷却效果差，会导致产品成形冷却周期长，另外，由于浇口截面积大，所以在顶出过程中，产品受牛角浇口的拉力作用，浇口位置容易出现拉裂现象，造成产品不良。

传统的牛角浇口为图6a所示的圆形牛角结构，浇口面积小，注塑压力损失大。应用于导风板上的新型扁形牛角浇口结构如图6b所示。牛角浇口实物如图7所示。导风板扁形牛角浇口长7mm，宽1.2mm，则其浇口截面积S＝a×b＝7×1.2＝8.4（mm2）。如果使用圆形牛角浇口，设定其截面积和扁形浇口一致，根据S＝1/4πd2，得出圆形牛角浇口截面处的直径d＝3.27mm。

图6 牛角浇口形状

图7 牛角浇口实物

两种结构浇口截面积相同，通过Moldflow软件仿真对比分析。设置相同模温、相同注塑参数，查看Moldflow软件分析结果，观察不同结构浇口的冻结层因子，如图8所示。圆形牛角浇口的冻结时间为35.06s，扁形牛角浇口的冻结时间为27.09s，由此看出，扁形牛角浇口比圆形浇口冷却更快，提前约8s冻结，可提前出模。而圆形浇口因浇口直径大，d＝3.27mm，浇口中心胶厚，冷却慢，若提前开模，牛角浇口在顶杆的推动下容易形成胶丝，导致产品浇口断点高，出现冷料现象。另外，浇口直径大，产品浇口位置受牛角浇口的作用，容易出现拉裂，造成质量缺陷。

图8 利用Moldflow分析牛角浇口冻结时间

4 模具工作过程

导风板模具（见图9）为一出二正装结构[11]，由定模固定板、热流道板及热流道系统等组成。导风板采用ABS材料，该材料对模温要求高，当模温低于50℃时，产品外观光泽度差，浇口纹明显；当模温高于80℃时，产品容易发生翘曲变形，注塑周期长。因此，模具工作时要求定模接模温机，模温控制在55～70℃，以满足产品外观高亮度的需求。

图9 导风板模具结构

材料ABS注塑成形料温一般控制在180～260℃，设定热流道温度为230℃。模具射胶时，熔融的胶料从注塑机射入热流道系统，热流道系统在模具工作过程中处于加热保温状态，胶料通过各个热嘴流入扁形牛角浇口镶件，最后以牛角进胶的形式注入模腔中，形成产品。模具经射胶、保压和冷却完成产品固化后，注塑机拉动模具开模，当开模到一定程度后，注塑机顶杆推动模具顶出机构向前运动，完成对产品和扁形牛角浇口的顶出，产品和牛角浇口实现自动分离。

为了避免扁形牛角浇口顶出后掉入模腔造成压模，模具设计时将各冷流道采用薄胶位串联在一起（见图10），同时采用机械手夹持取水口料和产品，实现模具自动化生产。

图10 导风板扁形牛角浇口串联

5 结束语

本文针对空调导风板模具设计了一款扁形牛角浇口，使浇口能够位于注塑件的非外观面上，而不是位于边缘或外观面上，因此不会对注塑件的外观造成影响。利用Moldflow软件比较分析圆形牛角浇口及扁形牛角浇口，得知使用扁形牛角浇口冷却效果更好，在保证产品进胶量的前提下，可缩小浇口宽度方向尺寸，使浇口冷却更快。不仅节约了注塑周期，同时达到浇口断点好、无冷料的目的。

模具自投产以来，导风板浇口断点好，没有出现浇口拉裂产品的现象，符合质量要求，自动化程度高，在生产中得到了大量推广应用，如图11所示。另外，本文对行业注塑模具在使用牛角浇口解决浇口印、浇口拉裂等方面，也同样具有一定的参考意义。

图11 生产中的导风板