作者：谭宪纲（深圳市金三维模具有限公司）文章已刊载在《模具制造》月刊，版权归作者所有，转载请注明出处，谢谢！
以冰箱散热盖板注射模的叠层结构设计为案例，介绍了大型倒装叠层注射模的设计要点及其工作过程，成功解决了模具的流道、承重、同步等技术难题。叠层模具的设计大大提高了实际生产的效率和注塑机台的利用率。
关键词：叠层模具；倒装模具；同步器；支承梁；热流道系统
1引言
叠层模具是当今塑料注射模发展的一项前沿技术，适合成型扁平、浅腔壳体类塑件或小型多腔薄壁塑件，且需求量比较大的产品。对于这类浅腔类塑件，如采用常规的单层注射模结构，注塑机的注射量和开模行程可能只使用了额定的20%~40%，而叠层式注射模能够在不增加锁模力的基础上，在相同的注塑机上采用几乎相同的能耗和效率条件下能使产量根据层数成倍增加（与常规模具相比，叠层式模具锁模力只增加8%～15%，产量可以增加90%～95%），极大地提高生产效率和设备利用率，大大降低注射成型成本和加快产品的交付速度。
但是，双层模具对设计和制造相对于普通模具有更高的技术要求和精度要求，如合理的流道设计、开模同步机构的设计、合适的模具厚度控制等等，而针对大型产品的双层设计会更加复杂，模具中间的活动部分的承重设计也非常关键。
图1所示冰箱散热盖板是全球品牌冰箱中的一个常用部件，大部分款式的冰箱都需要采用此部件，需求量巨大，属于大型扁平、浅腔壳体类塑件，非常适合做叠层模结构，但由于塑件尺寸较大，外观要求决定了该模具还需要采用倒装结构，这样叠层模具重量达到将近20t，在设计和制造上还是有相当的难度。
2塑件的结构特性
塑件尺寸大约为××63.5mm，前侧为外观，要求较高，不允许有进胶口痕迹。后侧为功能骨位，连接柱子和钩扣等（见图1），塑件采用热塑性材料HIPS，该材料具有较好的抗冲击性能和刚性，还耐油耐水，可有效的保护冰箱内部结构。该塑件有较多的散热窗口，整体外形也较大，成品需注意控制各窗口处披锋（飞边）质量和塑件整体变形公差控制。
图1冰箱散热盖板
3模具结构设计
3.1浇注系统设计
首先，根据客户对塑件的外观要求，外观面是不允许有胶口痕迹，所以，不能从塑件的定模面上做浇口。其次，如果选择从侧面进胶，则可能采用的方式是侧面扇形浇口，但这种浇口需要人工后期修整，不利于自动化生产，直接否决。这样就只能在塑件的内表面（即动模型芯侧）用热流道针阀进胶，即通常所说的倒装模具结构，而在叠层模中，热流道的分流板和顶出机构就都需要做在叠层模具中间的浮动夹层上，通过多层针阀结构将主流道从注塑机的射嘴口跨越第一层分型面延伸到中间的分流板，并且保证在开模时高温高压的熔融塑胶不会泄露。
另外，该塑件平均壁厚2mm及HIPS原料的塑胶特性（如熔融指数3.5g/10min）、塑件结构特点等，初步判断，采用4点进胶比较合适。
根据上述分析，初步设计的热流道系统结构方案如图2所示。
图2热流道系统结构
按照上述流道设计模型，进行详细的CAE模流分析，从分析结果来看，流道方案是可行的，符合客户机台能力，满足客户对注射成型效率的要求（客户要求在75s内）。
图3是压力场的分布情况。图4是熔接线可能出现在塑件上的大致位置，这也得到了客户的认可。
图3压力场的分布情况图4熔接线可能出现在塑件上的大致位置
3.2顶出机构设计
塑件结构的动模有多处倒扣位需做斜顶、滑块等结构出模，并且需结合顶杆、推块、司筒等组合顶出塑件，虽然有些复杂，但也算是常规的设计，详细如图5所示。
由于是倒装结构，顶出的动力无法直接借助注塑机的顶出机构，所以设计了油缸为顶出机构的驱动动力（见图6）。
图5顶出系统结构
图6油缸驱动动力顶出机构
3.3冷却系统设计
由于塑件需求量大，客户对生产周期要求非常短，同时塑件的公差要求也比较高，对产生的变形要做严格控制，所以，模具的冷却系统设计要充分且平衡，除了动定模型腔、型芯的密布式均匀水路，滑块、斜顶以及热嘴（高热区）周边也设计了独立水路，如图7所示。
图7冷却系统结构
a——动定模冷却水路b——热咀独立冷却c——斜顶滑块独立冷却
3.4同步机构设计
为使塑件收缩一致，塑件在各型腔中的停留时间相当，需要设计一套机构来保证叠层模的两个分型面必须精确同步开模，并精密控制开模距离。在本模具上采用是精密齿轮齿条进行同步控制，如图8a所示结构。
图8同步机构
a——齿轮齿条同步控制b——开模距离同步控制
以上同步机构动作是通过注塑机开、合模动力传动的。齿条固定在动模和定模部分，注塑机开模时动模侧齿条跟着动模运动，同时齿条也带动了齿轮转动，齿轮转动时又带动了定模侧的齿条运动，整个动作过程都是相连在一起同时进行的，开模距离在两处分层型腔中是相同的（图8b）。由于模具比较大，为保证平衡，在模具的两侧对称各设计了两套同步齿轮机构。
3.5承重结构设计
叠层模的一个特点是中间浮动夹层在开模后需要有支撑结构来承受它的重量，并且需要在开模方向上能自由滑动。对于大型叠层模，由于中间浮动部分比较重，通常会设计一种支撑结构，利用注塑机的格林柱或床身的滑轨来承受重量，如图9所示。
图9模具承重支撑结构
但以上方式首先是要锁定生产机台，不仅试模困难，注塑厂家也不能调配更换生产机台，同时对安装模具调试工人也有较高的技术要求，而本模具需要出口到国外进行注塑生产，上述承重方案并不合适。此设计方案利用模具本体来做支撑基础，结构支承梁和模具设计成了一个整体，脱离了对注塑机的依赖，模具在安装调试时和普通模具差不多，操作简单方便。同时，在试模生产时，只要满足容模量、锁模力等基本能力的注塑机都可以。结构简图如图10所示。该模具中间部分重达12t，开模后主要支撑靠导柱和承重梁组合受力，承重梁为主要受力点，所以设计十分重要。
承重梁设计固定在定模侧并沉入模板30mm，以增加承重受力面，材料选用P20,韧性和刚性都较好，承重块选用耐磨性和刚性都较好的材料油钢系列，承重块和支承梁接触面则做自润滑耐磨块，以减小滑动时的磨擦力，支撑点的滑动距离需精确核算，不能超出核算结果范围，通过计算支撑点最大滑动的安全距离为mm（见图10b）。
图10承重块及支承梁结构简图
a——承重块及支承梁位置b——支承梁安装控制
3.6模具厚度控制
根据模流分析结果，及客户注塑厂设备情况，客户最终决定采用1,t的注塑机来生产此套模具。根据客户机台参数，其生产机台容模厚度为1,mm，在综合考虑模具强度要求（模板厚度）、塑件顶出距离、机械手取件空间等，最终控制模具的总硬厚度为1,mm，刚好满足容模量要求，图11是总设计示意图。
图11模具总装结构
由于有双分型面，取件机械手也需要双臂机械手，为确保承重梁的案例受力，尽可能的减少开模距离，通过对机械手的优化设计，最终确定型腔开模距离为mm。同时，模具顶部也需保证有足够空间可以让机械手运动，所以，热流道系统接线插座、压缩空气管路的排布需要结合吊模梁做优化设计，充分利用两者的结合部空间。如将热流道系统线路通过电缆从模具两侧连接到定模处接线盒，有效的避开了机械手的运动线路，吊模梁也设计在中间部份能避开机械手的运动线路。图12是热流道系统接线排布和吊模梁的结合设计示意图。
图12热流道系统接线排布及吊模梁结合设计结构
4结束语
本副模具最终外形尺寸达到×2,×1,mm，总重量约为17t，属于大型倒装叠层模具。经过两个月时间的制造，首次试模成功，最终达到甚至超越了各项技术指标，实际生产周期小于65s。实现了客户高效率、低成本、自动化生产的目标。模具交付到国外后，为客户带来较好的经济效益，获得了客户的高度赞扬。
—TheEnd—
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