冰箱顶盖注塑模设计

孙肖霞， 吕雯， 唐军

（宿迁学院 机电工程学院，江苏 宿迁 223800）

0 引言

随着计算机技术的快速发展，在注塑模具设计中已广泛应用模具CAD技术，设计方法改变了传统的模具设计流程，提高了塑料模具设计效率，降低了设计成本[1-7]。本文基于UG平台设计了一套冰箱顶盖注塑模具，验证了注射模数字化设计的快速、有效性。

1 塑件工艺分析

图1所示的冰箱顶盖为某公司开发的冰箱外观件，安装在冰箱的顶面。塑件外表面为光滑的自由曲面，内部分布多条纵横交错的加强筋，并且有2个侧孔和2处倒扣结构。塑件要求外表面粗糙度低，无收缩痕、熔接痕、顶白、变形等产品表面缺陷，与箱体配合安装部分尺寸精度高，生产批量大。

图1所示的冰箱顶盖制件外形尺寸为545.2 mm×495.2 mm×66.5 mm，体积为859.3 cm3。制件材料选用材质为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，密度和收缩率分别为1.05 g/cm3和0.5，其熔体流动性较好，无毒、无味，尺寸稳定性好，其在低温下也不迅速下降。

根据上述技术要求，拟定模具的结构形式如下：1)为了保证塑件外表面无浇口痕迹，现将进料口设置在内表面，模具采用倒装结构及定模脱模；2)塑件成型面积大且加强筋较多，而最小壁厚只有1.67 mm，为了便于充型和节省原料，浇注系统采用针阀式点浇口的热流道；3)侧孔采用外侧抽芯机构，倒扣采用斜顶侧向抽芯机构。

图1 冰箱顶盖零件图

下面详细阐述本模具的结构设计方案。

2 顶盖模具结构设计

考虑到顶盖的成型面积较大，且有一定的成型难度，本文采用一模一腔布局。

将图1中的顶盖三维模型导入到UG NX的MoldWizard模块中，项目初始化并选择ABS作为该塑件的成型材料，明确了相应的收缩率。指定坐标系原点和脱模方向，设置好该塑件的毛坯尺寸、完成型腔布局。

2.1 分型面设计

分型面是影响模具整体结构的重要因素，并与模具浇注系统设计、塑件的脱模方式及模具制造相关。选择分型面时应尽量不影响塑件外观，使模具结构简单、加工容易[8~9]，且应有利于熔体的浇注、型腔的排气、脱模和冷却系统的设计。

经过综合分析，本文选择塑件外形的最大轮廓处为分型面。在UG NX中提取分型线，并利用扫掠、裁剪等曲面编辑功能创建分型面，完成的分型面效果如图2所示。

图2 分型面设计

2.2 浇注系统设计

本文在设计浇注系统时，主要考虑以下3个要点：1）使塑料熔体迅速充填型腔，减少热量和压力损失；2）尽量减少废料比例；3）易于去除塑件上的浇注痕迹[10~12]。针阀式热流道能节省原材料，有效缩短成型周期，提高产品的外观质量，适用于精细表面的加工[13]。本例选择一模一件一个进料口，只要一个热射嘴，即选用单头热流道系统。

为了达到外表面光滑无痕的外观质量，本文将浇口开设在顶盖内表面的中心处，熔体进料均匀，充填一致，型腔各处的温度和压力平衡。根据塑件质量和模流分析结果，取浇口直径为6.0 mm。

2.3 主要成型零件设计

成型零件与塑件直接接触，并决定了塑件的几何形状及尺寸，其总体结构设计综合考虑了多个因素，如：塑料性能、塑件的结构及使用要求、浇口和分型面的开设位置、排气和脱模方式等[14]。

1）凹模。按照凹模结构的不同可将其分为整体式和组合式。本文成型塑件外表面的型腔相对较浅，结构简单，但表面质量要求较高。选择整体式凹模结构，不易变形、不会产生拼接线痕迹，其模具强度和刚度也较高，外形尺寸为850 mm×800 mm×150 mm。为了提高制件表面质量、方便脱模，同时减少塑料熔体的流动阻力，成型表面机加工后再进行抛光处理，粗糙度为Ra0.05 μm。型腔材料采用抛光性能良好的德国2738模具钢。

2）凸模。凸模是指注射模中成型塑件有较大内表面的凸状零件，凸模分为整体式和组合式两种。整体式用于简单型芯，而组合式用于复杂型芯。本文塑件内表面结构相对比较复杂，为了便于加工，型芯采用组合式，如图3所示，主型芯镶块单独加工，采用H7/m6过渡配合整体嵌入到定模板中，用螺钉固定，定模板尺寸为850 mm×800 mm×160 mm。主型芯局部较薄，容易损坏，采用了局部镶嵌形式，这种结构加工效率高，装拆方便。型芯材料采用国产P20模具钢，外形尺寸为650 mm×600 mm×113.2 mm。

图3 组合式型芯

2.4 侧抽芯机构设计

塑件有与开合模方向不同的2个侧孔和2个倒扣结构，塑件不能直接由推杆等推出机构推出脱模，因此，本文设计了两组机动侧向分型与抽芯机构，如图4所示。

1）外侧抽芯机构。由于2个侧孔直径仅为φ5 mm，尺寸较小，所需抽芯阻力和抽芯距也都较小，因此，在侧滑块上安装弹簧提供抽芯力，选取规格为TL12×6×60。合模时，固定在定模板上的楔紧块斜面与侧滑块斜面紧密接触，迫使滑块归位，并将其锁紧，楔紧角度取20°。

2）斜顶内侧抽芯机构。为了节省材料且方便加工，采用分体式斜顶抽芯机构实现倒扣结构的侧向抽芯。斜顶头部由2根斜导杆和1个侧型芯斜顶块组合而成，用1根圆柱销连接，斜顶块与成型表面平齐或略低0.1~0.2 mm；斜导杆直径为φ16 mm，倾斜角为20°，用螺钉固定在底座上；底座通过T形槽固定在推板上；斜导柱穿过底座固定在定模座板上，直径为φ25 mm。斜导杆与斜导向孔采用H8/f8的间隙配合。

图4 侧抽芯机构

2.5 冷却系统设计

模具温度对制件的尺寸稳定性和收缩率等有较大影响。若模温过低，不仅熔体流动性差，制件的轮廓清晰度、表面质量和力学性能也都较低；若模温过高，则成型收缩率大，脱模后制件变形大，易造成溢料和粘模。当模具温度波动大时，型腔与型芯的温差大，导致制件收缩不均及翘曲变形，影响了制品的尺寸精度[15-16]。

为了使模腔温度达到均衡，分别在动模和定模开设了多股冷却通道，如图5所示。

1）在动模板上布置了8股直径为10 mm的直通式水路，如图5(a）所示，水路距离塑件表面20 mm。2）由于塑件在脱模之前主要的热量都传给了定模型芯，因此型芯镶块必须重点冷却。如图5(b）所示，在定模布置了6股隔板式冷却水路，每个水井用隔板分成底部连通的两个部分，水路直径为φ10 mm，水井直径为φ30 mm。

图5 冷却系统

2.6 脱模系统设计

本文将浇口设置在塑件的内表面，脱模系统必须和浇注系统同时设置在模具的定模一侧。推出系统由22根直径为φ16 mm的圆推杆、31根φ15 mm×φ12.5 mm的司筒针及推板、推杆固定板和推板导柱导套等组成。由于塑件内表面为曲面，故推杆设计了止转结构。如图6所示，推出行程为70 mm，其动力来源于4个液压油缸。安装时，用螺钉将油缸固定在定模板上，并采用T形结构将油缸活塞连接在推板上。

3 模具的装配

根据以上设计，绘制了图7所示的冰箱顶盖注塑模具装配图，其总体尺寸为1150 mm×900 mm×556 mm，主要包括定模板、型芯镶件、热射嘴、动模板、侧抽芯机构、冷却系统、推出元件、定位和限位元件等。

图6 定模脱模

图7 模具装配图

装配修模时应做到以下几个方面：1）各滑块在T形槽内应滑动灵活，又应感觉不到明显间隙。2）动定模水平分型面应进行研合，调整修磨使分型面达到密合。3）查看楔紧块的楔紧情况，检查各活动机构是否有咬死或松动现象，脱模机构不得发生干涉。4）装配后进行试模，产品质量要满足客户要求，如有不妥，则修模再试。

模具工作过程：1）模具安装完毕后，塑件注射、冷却完成后沿分型面开启模具；2）在包紧力的作用下，塑件留在了定模一侧；3）液压活塞杆带动推出元件和斜顶抽芯机构同步运动，完成抽芯并顶出塑件；4）液压活塞杆带动推出机构复位；5）合模，准备下一个工作循环。

4 结 论

冰箱顶盖成型面积较大，表面质量要求高，且有倒扣结构及安装精度要求，设计过程具有一定的难度。考虑到外观质量和尺寸精度，将模具浇口开设在塑件内侧，模具设计为倒装结构，其特点如下：1）采用针阀式浇口热流道和液压系统定模脱模；2）根据塑件结构特点，将凹模设计为整体式、凸模设计为组合式；3）设计了分体式斜顶抽芯机构便于倒扣结构的成型和脱模；4）动定模部分分别开设了直通式和隔板式冷却水路。模具结构紧凑、工作过程稳定、可靠，对同类产品的设计开发有一定的参考价值。