冰箱内胆真空成型模具的抽芯机构设计

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。