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冰箱内胆真空成型模具的抽芯机构设计 |
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作者：李国锋 郝诗明 夏卿坤 |
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摘 要：结合生产实际，重点介绍了复杂真空成型模具的抽芯机构设计方法，即如何根据制品结构及材质特点，灵活设计真空成型模具的抽芯机构，包括抽芯机构设计方案分析、抽芯机构运动及力学分析、抽芯机构结构设计要点。
关键词：冰箱内胆 真空成型 抽芯机构
0 引言
冰箱内胆真空成型是冰箱生产的主要工艺，也是关键工艺。影响真空成型产品质量、生产效率及成本的关键因素是真空成型模具。而真空成型模具设计的重点和难点又是抽芯机构的设计，抽芯机构设计是否合理，直接影响到模具工作可靠性，并在一定程度上决定了模具的制造成本。因此在真空成型模具设计当中，一定要根据制品的结构和材质特点，灵活设计抽芯机构，即使在同一副模具当中，抽芯机构也有多种设计方法，要根据具体情况具体分析，目的是既要保证模具工作可靠，成型质量高，又要尽量简化模具制造工艺，降低模具制造成本。本文介绍的真空成型模具即是集多种抽芯机构于一身的比较复杂的模具，它的设计具有较强的典型性。
1 抽芯机构设计方案分析
1.1 冰箱内胆结构与材质分析
某冰箱厂有一冷冻室内胆，如图1所示。采用凸模真空成型，成型位置为内胆开口朝下，成型材料为HIPS。板厚4mm，成型后最薄处不小于0.6mm。产品定位中档，生产批量比较大，要求模具必须工作可靠、成型质量高、制造成本低。
该内胆的特点是结构较复杂，需要抽芯的各处形状不同，大小不一，相差很大。而且所用材料为HIPS，其强韧性比以往生产所用的ABS材料稍差，比较容易破裂。为了满足上述设计要求，必须根据各处的结构特点，逐一分析，确定抽芯机构设计方案。
1.2 抽芯机构设计方案分析
真空成型模具的抽芯方式主要有直抽芯和斜抽芯两种，其结构设计则受模具结构的影响存在多种多样的形式。由图1可见，本文中的制品共有五处需要设计抽芯机构才能脱模。
A处为一外凸的小凸台，周围为大平面，采用直抽芯比较方便。
B处与C处关于制品中心面对称，均为内凹的小凹坑，相应的活动块为细长条形，周围为大平面，在模具中央只要设置一个气缸，可以对两个活块同时控制，因此也适宜采用直抽芯。
D处为一细长侧向凸台，其上面与大平面(上顶面)平齐，显然不能采用直抽芯，只有采取斜抽芯。
E处为一大型侧向凸台，虽然凸出高度不大(只有5mm)，但距离长，面积大，不能强制脱模，必须通过抽芯脱模。根据该处的结构特点，既可以采用直抽芯，也可以采用斜抽芯。如果采用直抽芯，活动块的上分模面将处于圆弧面上，给模具制造带来困难，容易在制品表面形成接缝痕迹，且根据活动块受力状态分析，需要一个很大的合模气缸，才能平衡吸塑压力，增加了模具制造成本。如果采用斜抽芯，在结构设计上作适当处理，完全可以避免这些问题。
2 抽芯机构设计
2.1 抽芯机构运动及力学分析
抽芯机构设计关键是要保证运动可靠、位置准确，脱模平稳，机构使用寿命长，对制品无伤害。
2.1.1 A处
A处采用直抽芯，活动块的运动直接利用气缸的伸缩实现直线运动，气缸实际伸缩行程便是活动块的运动行程。
在吸塑成型过程中，由于模具内外压差，活动块将受到一吸附力的作用，促使活动块有向内离开成型位置的趋势，因此必须有一个力来平衡，这个力即为合模力。合模力计算公式为：
F=P×S
式中：F-合模力
P-模具内外压差
S-压差有效作用面积
由于A处活动块的成型面积较小，即压差有效作用面积较小，合模力小，可以由气缸的推力直接提供，而且气缸直径不需要很大，根据计算，选取气缸直径为φ50mm，行程为20mm。
2.1.2 B处、C处
B处和C处共用同一抽芯机构抽芯，其工作原理同A处，虽然合模力也不大，但活动块呈细长条形，为了保证活动块运动平稳，必须采用不同于A处的结构设计。
2.1.3 D处
D处采用斜抽芯，活动块既可以沿与脱模方向成一定夹角的方向作直线运动，也可以绕某一点作圆周运动。根据该处制品结构特点，采用活动块绕某一点作圆周运动的方案更合适。
斜抽芯的一个优点就是可以直接利用脱模力(制品对活块的拉力)实现抽芯。但是该活动块比较大，能否利用脱模力实现抽芯，要具体分析。根据生产经验和现场试验发现，对于ABS板材，由于其强韧性比较好，可以直接利用脱模力带动活动块转动，顺利实现脱模，效果不错。对于HIPS板材，由于其强韧性相对较差，采用这种方式脱模时，制品往往被拉破，废品率大大增加。此时必须设置一辅助脱模气缸，而且增设辅助脱模气缸还有利于活动块的平稳复位。实践证明，增设辅助脱模气缸后，该处抽芯机构使用寿命有所提高。
该活动块成型面积比较大，在成型过程中受到很大的吸附力作用，为了不增加合模气缸，必须将吸附力全部直接传递到模体上。根据此处结构特点，通过合理设计活动块的分模面位置，成功实现了这一要求。
2.1.4 E处
该活动块成型面积比D处大得多，受到的吸附力相当大，更要想办法使吸附力直接传递到模体上。此处已不能通过适当设计活动块的分模面来实现这一要求，必须考虑其它设计方法。通过反复分析比较，决定采用平行四连杆机构，因为活动块的抽芯距并不大，只有5mm，通过活动块向模具内侧作平移运动，能方便地实现脱模。而在成型位置，四连杆成矩形，活动块所受的吸附力通过四根水平短连杆直接传递到模体上，并通过活动块上表面受到的吸附力将活块紧紧地锁定在成型位置。考虑到该活动块自重大，应该设置一个辅助脱模气缸，让辅助脱模气缸和脱模力一起来拉动活动块向模具内侧作平移运动，脱模结束后，利用活动块的自重和气缸阻滞作用实现平稳复位。
2.2 抽芯机构结构设计
抽芯机构结构设计的内容包括选择活动块分模面，设计抽芯机构、导向装置、限位装置，确定活动块运动轨迹及行程，计算合模力，选择气缸缸径和行程。
其中，分模面的选取应根据凸台或凹坑的结构特点来确定，尽量避免分模面在制品上留下痕迹。特别是直抽芯机构，为了保证活动块在模体间活动自如，活动块与模体间必须有一定间隙，一般单边间隙取0.05-0.1mm，有些情况下达到0.2-0.25mm。此时，间隙处的吸塑力远大于其周围抽气孔的吸塑力，导致制品沿间隙处形成接缝。因此，分模面一般选取在不容易吸附的拐角处，或者在容易被隔架或其它物品遮住的地方。
导向装置可根据具体情况而定，一般活动块大、形状复杂，为了保证活动块运动平稳，应设置导向装置。
各处抽芯机构结构设计如图2所示。
A处最简单，分模面选取在凸台拐角处，设置有专用合模限位装置，保证活动块定位准确；脱模行程由气缸控制，保证活动块导向部分总处于模体孔内即可，因活动块小，无需专用导向装置。但气缸中心应与活动块所受吸附力的中心重合。
1.活动块B 2.直线轴承与轴承座 3.气缸1 4.活动块C 5.活动块A 6.气缸2 7.连接板 8.连杆1 9.气缸3 10.活动块D 11.气缸4 12.活动块E 13.连杆2
B处和C处抽芯原理与A处相似，分模面选在将被隔架遮住的地方，在模具中央共用一个气缸，该气缸对两个活动块同时控制。考虑到活动块细而长，每个活动块设置有两根拉杆，两根拉杆通过连接板与气缸相连接，两根拉杆同时也起导向柱的作用。为了保证运动平稳顺畅，与导向柱相配的导套采用直线轴承。活动块上设置一台阶，作为合模限位用，用脱模限位有专用限位块。
D处抽芯机构结构设计的关键是活动块旋转角度的确定，它牵涉到连杆及其支座的优化设计，借助CAD模拟活动块的运动，很方便地实现了这一设计要求。活动块上分模面位置的确定也很重要，既要保证活动块不能太大，又要保证活动块运动不受干涉。
E处设计的关键，一是四根水平连杆相对活动块受力中心位置的确定，要保证吸附力全部传递到模体上；二是根据活动块的运动轨迹确定上分模面的位置及其倾斜角度，以保证活动块运动不受干涉。辅助脱模气缸的选取只要能保证抽芯机构正常运动即可。
尽管该制品结构复杂，模具设计难度较大，需要抽芯的地方多且大小不同、形状各异，通过分析比较、灵活设计，较好地解决了这个问题。实践证明，该模具设计合理，工作可靠，成型质量高，模具制造成本在预算范围内，达到了设计目的。
3 结束语
由于模具的凸模部分存在很多孔和槽，故模具的凸模采取整体结构，凹模采用镶块结构，比较紧凑。针对侧向抽芯距离比较短的情况，设计了三次分型导柱侧向抽芯的独特结构。注射成型后，工一次分型，完成侧向抽芯动作，当限位拉杆碰到脱浇板时开始11二次分型，目的是使凝料自动脱落，然后开始11压次分型，完成动模和定模的分离。最终注射机推动推杆垫板，推杆和推板同时发生作用，推出塑件。
模具的工作过程如下：
注射成型后，开模时，在弹簧12和凝料的冷料穴的拉紧作用下，开始工一次分型，定模座板7和脱浇板8分开，脱浇板8带动滑块20后移，由于斜导柱25与滑块20的直向相对运动推动滑块的横行运动，滑块在凹模推板3上沿着导滑的燕尾槽作横向移动从而完成侧向抽芯动作。当限位拉杆26碰到脱浇板8时，脱浇板8停止不动，一次分型结束；凹模板4继续运动，开始11二次分型，从而拉断点浇口并使凝料脱落，当固定在凹模板4上的限位销钉5碰到限位拉板6的端头，凹模板4停止不动，二次分型结束。模具继续运动，开始111次分型，使凹模板4和型芯14分开；在塑件包紧凸模型芯14的包紧力作用下，塑件随着动模继续运动。当运动到一定距离时，注射机的顶杆推动推板垫板18，带动4根推杆和凹模推板3将塑件推出动模。
模具合模时，当动模运动到凹模推板3与动模座板啮合，继续运动，当运动到11吩型面使凸模型芯14和凹模板4啮合。同时保证复位杆复位；继续合模，当运动到11分型面使脱浇板8和凹模板4啮合。继续运动，当滑块在斜导柱和楔紧块的双重作用下产生相对运动，压制滑块沿燕尾槽产生横向运动，迫使侧向型芯复位，当脱浇板8和定模座板7完全啮合时，结束合模，可以重新开始下一个工作循环过程。
4 模具的特点
该套模具设计成三个分型面，巧妙的利用限位拉杆26对脱浇板8的相对运动来完成凝料的自动脱落动作，弹簧23保证滑块的定位准确，从而保证能够完成塑件侧向抽芯及复位过程，提高了生产效率。滑块上的燕尾槽既起导向功能，也便于安装在凹模板上。由于塑件是壁厚较薄而均匀的塑件，而且，凸模部分有许多孔和槽，有较大的包紧力，为保证塑件的推出，故设计了4根推杆加上推板来平衡推出力。经过生产实践证明，该套模具的开合模动作完全符合设计要求，塑件的产品质量也得到了根本保证。(end)
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(3/19/2005) |
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