冰箱真空吸塑成型模具设计

1  冰箱真空吸塑成型模具设计--通过设计简介了解模具一、摘要针对冰箱内胆体积大、壁薄、形状复杂的特点,根据塑料模具设计程序,围绕冰箱内胆真空成型工艺特点,介绍冰箱内胆真空成型模具设计所涉及的内容及设计方法,包括制品结构分析、设计资料的准备、成型体的设计、抽芯机构设计、抽气孔设计、加热和冷却系统设计、密封结构设计和切边装置设计等。二、前言冰箱内胆真空成型是冰箱生产制造的一个重要环节,内胆的成型质量、成品率、生产效率都直接影响冰箱的质量和成本。影响冰箱内胆成型的因素很多,但关键是真空成型模具,因此提高真空成型模具的设计制造水平一直都是冰箱生产厂家重点关注的课题。三、冰箱内胆真空成型工艺特点真空成型的原理是将热塑性塑料板片材固定在模具上方,用辐射加热器加热至软化状态,再将模具移向塑料板材,在模具与板材之间形成空腔,用真空泵将腔中的空气抽掉,借助大气压力使板材覆盖在模具上而成型,冷却定型后,再借助压缩空气将塑料件从模具上脱模。真空成型法可生产各种塑料容器及型材,工艺简单、效率高,被广泛用于各行各业。但对冰箱内胆来说,它的体积大、壁薄、形状复杂、表面质量要求高。制品结构的特殊性使得其真空成型工艺与其它产品相比有很大不同。主要表现出下列三个特点1、冰箱内胆体积大、壁薄,易变形.成型过程中要求板材加热和定型冷却均匀,严格控制成型时间,模具材料导热性好,冷却系统设计合理。2、冰箱内胆形状复杂.如果成型工艺控制不严,或者模具结构不合理,冰箱内胆容易造成制品轮廓不清晰。为了顺利脱模,往往需要设置抽芯机构,使模具设计制造复杂化。另外,为提高薄壁强度而设置的加强筋会使模具结构更复杂、成型困难。3、内胆深，成型拉伸比大.成型拉伸比大易造成制品壁厚不均匀、内应力大,制品的某些部位很容易被拉破。这就要求从选材、成型工艺制定到模具设计都要充分考虑这一因素,并采取相应措施。比如,工艺上采取吹泡预拉伸,模具设计上采取加大圆角半径、合理设计抽气孔等。四、冰箱内胆真空成型模具设计方法模具是决定冰箱内胆真空成型质量和产量的关键。冰箱内胆真空成型模具的结构不同于其它塑料模具,不同的真空成型设备,其模具结构也有很大差别。由于成型工艺的特殊性,使得此类模具设计更具点特色。当然,作为塑料模具的一种,它也存在塑料模具设计的一些共性,如成型模型腔设计、抽芯机构设计和冷却系统设计等。在设计程序上与其它料模具设计基本相同,一般按以下程序设计。4.1、搜集、分析和消化原始资料。接受模具设计任务后,应做下列一些工作：4.1.1、分析制品：从制品的几何形状、尺寸精度、拉伸比、圆角、脱模斜度、加强筋及材质等方面分析塑料件结构是否符合真空成型工艺要求。通常,因真空成型制品容易变形,其几何形状和尺寸精度要求不能太高，理论上以拉伸比为0.5左右较合适,但箱胆成型的拉伸比往往会大于此值,此时可以采取吹泡预拉伸成型,否则制品壁厚不均匀,容易被拉破,特别要注意某些局部凸起部分不能太高，拐角处不能有锐角,圆弧半径不能小于板材厚度，门胆的脱模斜度一般为“0.5°～3°”,但箱胆较深有的达620（如340内胆）,为了与搁架配合良好,其脱模斜度宜小些,最小可达0.25°,因此必须采用压缩空气辅助脱模；为了提高制品的刚性,在适当部位应设置加强筋。塑料件结构是否合理还与所选成型材料的性能有关，如果制品结构不能满足这些要求,必要时还应与产品设计人员共同探讨修改制品结构或另选成型材料,以满足制品成型质量和成本的要求。4.1.2、分析工艺资料：分析厂家提出的成型方法、成型设备、材料规格、生产率等要求是否合理,能否落实。即分析采用连体模成型,冷藏室和冷冻室内胆同时成型,还是单体模成型,用什么类型的设备成型等.所选材料规格能否满足成型需要.采用手工切边还是自动切边,能否满足生产率要求,模具设计是否要考虑切边装置等。4.1.3、熟悉有关参考资料和工厂实际情况：熟悉一些设计标准和同类模具图纸资料、成型设备说明书等。到使用部门走访有关工艺技术人员和生产人员,了解设备实际使用情况、操作人员技术水平、最常出现的与模具有关的成型质量问题等,为模具设计准备更充分的第一手资料。4.2、制定成型工艺。通常由成型工艺人员根据制品成型要求制定成型工艺,并提出模具设计任务书,由模具设计人员进行模具设计,但有时工厂往往会将这两项工作合并起来做,也就是说,模具设计人员在进行2  模具设计之前,还应制定合理的成型工艺,为后面的模具设计打下基础。此时,应结合节中提出的问题进行综合考虑。4.3、熟悉成型设备技术规范：成型工艺中仅仅对成型设备的类型、型号做出粗略的选择,这种选择远远不能满足模具设计的需要,还必须熟悉设备的有关技术规范。比如,模具安装方式、接口尺寸、切边装置安装尺寸、连体模中隔板位置与尺寸、真空室密封原理与结构、最大抽真空度、成型合模、预拉伸、脱模用压缩空气的工作压力、加热方式与加热温度调节、冷却方式,以及冷却系统布置等。4.4、模具设计4.4.1成型体设计-凸模成型体设计是真空成型模具设计的重点。成型体设计主要考虑塑料件的收缩、表面粗糙度、脱模斜度、抽气孔的大小与布置、冷却系统布置、抽芯机构的安装与配合、成型体与模座之间的装配关系以及模具材料等4.4.1.1塑料件的收缩率计算方法与注射模的收缩率计算方法相同,但精确度可以适当降低,因为真空成型塑料件的收缩量有50%是在脱模后产生的。不过对有公差要求的局部尺寸还是要想办法严格保证。为了提高内胆表面质量,国内大多数生产厂家都采用凸模（阳模）成型,但也有少数厂家采用凹模（阴模）成型,凹模成型的收缩量一般比凸模成型的收缩量大25%～50%，设计时应充分注意这一点。冰箱内胆成型材料一般使用ABS或HIPS板材,ABS板材的收缩率一般为0.4%～0.8%;HIPS板材的收缩率一般为0.5%～0.7%。影响塑料件收缩率的因素很多,如板材加热温度、模具温度、模具结构、塑料材质等,可参考厂家的其它同类模具,采用类比法确定收缩率如果要求较高,也可先通过简易模具试模,测定其收缩率。4.4.1.2成型体的表面粗糙度对塑料件质量和脱模有很大影响。因真空成型模具一般没有顶出装置,靠压缩空气辅助脱模,表面粗糙度要求太高,对脱模不利,且加工成本高。而表面粗糙度要求太低,不符合塑料件质量要求,因此,综合考虑,成型面的表面粗糙度一般取Ra0.4～0.8，非成型部分外表面为Ra6.3。精加工后进行表面氧化处理。4.4.1.3脱模斜度应保持与塑料件设计的斜度一致。4.4.1.4为了便于模具制造、安装及维修,提高模具制造质量,一般将模具分为成型体和模座两部分分别进行设计、制造,这就要求考虑好它们间的装配关系。4.4.1.5冰箱内胆产量大、生产率高,对成型模具要求高。因此,成型体及模座材料一般采用优质铝合金ZL401,铸件不允许有砂眼、气孔、缩孔、缩松等缺陷。4.4.2抽芯机构设计冰箱内胆壁薄,强度低,容易被拉破,一般不宜采用强制脱模,而应采用抽芯脱模。抽芯的方式有直抽芯和斜抽芯两种,气缸选用标准件进口元件(SMC)；直线轴承选用日本EASE，产品设计时应注意以下几点：4.4.2.1根据抽芯部位结构特点,灵活设计抽芯机构。直抽芯必须依靠气缸来完成，斜抽芯既可用气缸也可不用气缸,还可利用脱模力来直接实现（如350冰箱）。在利用气缸合模与脱模的直抽芯机构设计中,必须根据合模力及抽芯距离选择气缸的缸径与行程。但在斜抽芯机构设计时,应设法将活动块受到的吸附力传递到模体上,以减小气缸的缸径,甚至省去气缸。辅助脱模所用气缸的缸径及行程应根据机构运动所需动力及斜滑块运动行程来选择。4.4.2.2活动块与模体之间分型面的选取应避免让分型面在塑料件上留下痕迹,因此分型面一般选取在活动块的拐角处,或者选取在易被其它结构件搁架遮住的部位。4.4.2.3活动块与模体间的配合间隙对活动块的运动及塑料件表面质量有很大影响。一般单边间隙控制在0.05～0.1mm,有时最大可达到0.2～0.25mm。活动块与模体的成型面高度差应控制在0～0.1mm范围内。4.4.2.4大型活动块上也应设置冷却水管,进出口采用软管连接。4.4.2.5为了保证活动块复位准确、运动顺畅,应设有导向装置和限位装置。4.4.2.6反复承受摩擦的小活动块应采用铜制件（H62）,大型活动块可采用摩擦面镶铜边,以避免发生“咬死”现象。4.4.3抽气孔设计为了顺利实现抽真空,成型体表面必须打抽气孔,且抽气孔应开设在最后贴合成型的部位。在不影响内胆表面质量的前提下,抽气孔的孔径应偏大,以提高抽真空速率,这对提高成型质量和生产率有利。一般在大平面上,孔径为0.7mm,孔距为50～80mm.在不易抽真空的角隅处,孔径为1.0mm,孔距为20～40在mm，形状复杂的部位,应集中布置抽气孔。模具毛坯一般采用铸造成型,壁厚较大,可以先在模具内侧用Φ4mm或Φ6mm的钻头钻成大孔,在距表面一处改用小钻头钻透至成型表面。气管要求耐高温100度以上，气管接头必须采用3  锁母式,模具内部气动管路、管接头，保证高温不漏气（实验压力为1Mpa）。进气管路和回气管路可调速，调节阀安装在模具的操作方向。4.4.4模座设计模座设计的关键是要注意模座与成型体之间的装配关系、模座在成型设备上的安装方式及其接口尺寸,水、气连接方式及接口尺寸。成型设备不同,模座结构设计有很大差别,要根据设备而定。对于箱胆连体模,两个内胆必须同时分别被吹泡预拉伸,两个成型体之间有中隔板（钢丝）。模座中隔板的位置必须与成型设备上方压边框的中间压板位置相对应。两个成型体之间的距离应根据上下内胆中间边的大小来确定,一般两者相等,即从中间划开后不需要再切边。有些厂家已实现两胆联体装配生产,不需要从中间划开。4.4.5加热和冷却系统设计：模具工作温度对成型质量和生产率有很大影响。模具温度通过埋设在其内的水道的循环水来调节,使用ABS板材的成型模具,其工作温度一般要控制在72℃～80℃。成型体内壁上必须按一定要求布满水道。水道可以是管径Φ12mmൈ1mm或Φ14mmൈ1mm的无缝不锈钢管或紫铜管,两管之间的中心距离为80mm～100mm,水管距模具端面的距离一般为40mm～60mm,水管表面距成型面最近处距离不小于8mm，一般水管中心与成型面的距离为水管直径的1～2倍,若距离太小,容易使塑料件产生冷斑，距离太大时,传热效果不好。拐角处不允许过分弯曲水管,要保证水流通畅布置水管时要注意不影响抽气孔的开设。对于模座,一般在模座与成型体接合处的下方沿周向布置根水管即可。水管的埋设方法有两种：一种是在铸造模体毛坯时预埋，另一种是在加工模体时镶嵌人内,并用锡铅合金密封。水管接好后,应进行一压力试验,检查其气密性，保证高温下无任何漏水和渗水现象（实验压力为3Mpa）。要求水管排列美观、均匀、合理，与外部连接管用M18ൈ1.5丝连接，水管采用耐高温钢编胶管，外配G1/2快速接头。4.4.6密封结构设计为了抽真空,在模具与板材之间必须形成封闭的空腔,为此模具上必须设有相应的密封结构。成型设备不同,密封结构有所不同,一般是在模具的适当部位开设矩形槽,在槽内嵌人圆截面的橡胶密封条（硅海绵或硅橡胶）。对于门胆模具,有时是利用上压框将塑料板材直接压紧在模具边沿上而形成密封。4.4.7切边装置设计无论是手动切边还是机器自动切边,在成型过程中,为了抽真空,设备上方都有一个压边框将板材紧紧地压在设备台面板的下压框或模具的边沿上。如果是手动切边,则在上压边框的下面装有切刀,成型时在板料周围压制出一条细槽,然后靠人工沿细槽将边角余料切下，如果是机器自动切边,则在上压边框的下面装有细锯齿形的矩形截面压边条,保证压紧,成型后将塑料件输送到专用切边机上切下边角余料。因此,要正确设计压边框与模具的相对位置,确保制品外形尺寸准确。五、结语冰箱内胆真空成型模具设计与其它塑料成型模具设计有相同的地方,但更有它的特点。