基于氣輔成型及CAE模擬分析技術(shù)的大型精密汽車保險(xiǎn)杠注塑模具設(shè)計(jì)

王蘭萍

摘 要：本課題通過(guò)氣輔注塑CAE模擬分析技術(shù)，完成了大型精密汽車保險(xiǎn)杠注塑模具的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)。并通過(guò)計(jì)算機(jī)完成汽車保險(xiǎn)杠模具氣輔注塑的仿真過(guò)程，模擬熔體及氣體在型腔內(nèi)的流動(dòng)及穿透情況，定量地給出成型過(guò)程中的狀態(tài)參數(shù)（如壓力、溫度、速度等），根據(jù)分析結(jié)果，改進(jìn)氣道的布局、尺寸，優(yōu)化成型工藝參數(shù)和模具設(shè)計(jì)，從而改變了過(guò)去那種單靠人為經(jīng)驗(yàn)來(lái)設(shè)計(jì)模具澆口位置及尺寸，需要多次試模，反復(fù)修改，才能最后設(shè)計(jì)定型和制造模具的落后方法。

關(guān)鍵詞：注塑成型；翹曲變形；CAE；工藝參數(shù)

0 前言

在汽車行業(yè)，用塑料代替金屬來(lái)制造汽車保險(xiǎn)杠已成為一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)， 塑料保險(xiǎn)杠制作可通過(guò)注塑模具批量完成，因汽車保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸大，所以其相應(yīng)注塑模具結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，且模具外形尺寸大、體積重，注射時(shí)還常常會(huì)遇到成型困難和工藝范圍狹窄等問(wèn)題，為解決類似問(wèn)題，傳統(tǒng)的大型汽車保險(xiǎn)杠在模具設(shè)計(jì)時(shí)，其澆注系統(tǒng)常采用熱流道，同時(shí)增加澆口數(shù)目，其結(jié)果澆注過(guò)程中產(chǎn)生模具型腔充填很難均衡現(xiàn)象，且產(chǎn)品熔接痕數(shù)目增多，嚴(yán)重影響制品的外觀、質(zhì)量、力學(xué)性能等一系列問(wèn)題。氣輔注射成型技術(shù)作為一種創(chuàng)新的注射成型工藝，突破了傳統(tǒng)注射成型的局限性，它可以在注塑件內(nèi)部注入高壓氣體代替熔體進(jìn)行注射保壓，從而降低了注射壓力和鎖模力，用小型注射機(jī)成型較大塑件，降低能耗，有效消除塑件表面縮痕，減小制品翹曲變形、提高表面質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期等等，且其材料適用性好，產(chǎn)品輕量化、質(zhì)量高。再加上運(yùn)用先進(jìn)的注塑CAE模擬分析技術(shù)，可將熱流道的數(shù)量和進(jìn)澆口的位置等通過(guò)分析進(jìn)行合理優(yōu)化，確定合理的熱流道點(diǎn)數(shù)，有效控制和減少產(chǎn)品表面熔接痕位置和數(shù)量，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品重要外觀不出現(xiàn)熔接線，滿足塑件產(chǎn)品外觀質(zhì)量要求，提高產(chǎn)品合格率。

本課題是校企合作研發(fā)的HWQ-B50大型精密汽車保險(xiǎn)杠模具設(shè)計(jì)課題，研發(fā)中創(chuàng)新運(yùn)用氣輔注塑及CAE模擬分析技術(shù)，并結(jié)合CAD/ CAM/ CAE 等模具數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大型精密汽車保險(xiǎn)杠模具數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造的研發(fā)，并實(shí)現(xiàn)了其產(chǎn)業(yè)化，為企業(yè)獲得了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

1 HWQ-B50大型精密汽車保險(xiǎn)杠模具設(shè)計(jì)

1.1 HWQ-B50 汽車保險(xiǎn)杠結(jié)構(gòu)分析

HWQ-B50 汽車保險(xiǎn)杠塑件如圖1 所示， 最大外形尺寸為1786mm×558mm×531mm，平均料厚4 mm。且要求表面光潔、線條清晰。該塑件大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用于生產(chǎn)其塑件的注塑模具抽芯機(jī)構(gòu)多， 類似為一個(gè)中等程度的工作母機(jī)；模具澆注系統(tǒng)采用熱流道，需要通過(guò)電加熱；型腔、型芯及冷卻系統(tǒng)復(fù)雜，型腔與澆注系統(tǒng)的熱流道相互矛盾；制品頂出系統(tǒng)復(fù)雜，需用液壓和機(jī)械聯(lián)合頂出。

從如圖1所示的塑件A - A局部截面看，此產(chǎn)品模具設(shè)計(jì)宜采用內(nèi)分型 ，以減少分型線對(duì)產(chǎn)品外觀的影響，產(chǎn)品脫模，整體彎曲3.0 mm，并且動(dòng)作要求開(kāi)模和頂出同步。內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，抽出型芯，通常分模線應(yīng)在大面表面上， 但為確保車身外飾件要求表面光潔、線條美觀、流暢的目的， 確定在底側(cè)部進(jìn)行分模， 確保塑件表面無(wú)分模痕跡。

圖1 HWQ-B50 汽車保險(xiǎn)杠塑件

1.2 應(yīng)用Moldflow 軟件對(duì)塑件進(jìn)行氣輔CAE模擬分析，確定澆口、氣口位置與數(shù)量

通過(guò)Moldflow 軟件在計(jì)算機(jī)上完成HWQ-B50汽車保險(xiǎn)杠注塑模具氣輔注塑仿真過(guò)程及各種模擬分析，根據(jù)分析結(jié)果，調(diào)整熔體澆口、氣口位置、流道尺寸和氣道尺寸的優(yōu)化以及氣道的合理布置。

1）進(jìn)行網(wǎng)格劃分

應(yīng)用UG軟件建立stl 格式的HWQ-B50汽車保險(xiǎn)杠三維數(shù)字化模型， 導(dǎo)入Moldflow 軟件， 對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分和修補(bǔ)，確保制品模型的單元網(wǎng)格匹配率、連通區(qū)域數(shù)值、網(wǎng)格交叉和完全重疊網(wǎng)格數(shù)值、未配向單元數(shù)值以及匹配度和最大縱橫比完全滿足Moldflow的分析要求。

2）設(shè)定成型分析工藝參數(shù)

由塑件材料：PP + EPDM+ T20 改性材料，設(shè)定相關(guān)成型分析工藝參數(shù)為：最大注射壓力為55MPa，氣體注射壓力為20MPa，模溫50℃，熔體溫度為230℃，延遲時(shí)間為25s，氣道的等效直徑為9.6mm，冷卻時(shí)間為22s。

3） 確定澆口、氣口位置及數(shù)量

通過(guò)Moldflow 軟件首先對(duì)制件進(jìn)行最佳澆口、氣口位置分析，了解塑件澆口選取的位置，如圖2中深蘭色部分所示 ， 確保塑件成型均勻、完整、無(wú)缺陷等。為了進(jìn)一步確定澆口、氣口位置與數(shù)量。根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)分析， 模具結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)以及多次成型流動(dòng)分析， 采用對(duì)稱6點(diǎn)同一側(cè)面澆口的方案， 如圖3 所示。

4） 塑件氣輔CAE模擬分析，進(jìn)一步優(yōu)化澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

應(yīng)用Moldflow 軟件對(duì)塑件初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行氣輔CAE模擬分析，模擬熔體填充、保壓、冷卻情況，分析制品注塑中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況， 為避免注射熔體量不足、氣體壓力過(guò)大、氣穴、吹穿、表面凹陷等的發(fā)生。根據(jù)分析結(jié)果，調(diào)整熔體澆口、氣口位置、流道尺寸和氣道尺寸的優(yōu)化以及氣道的合理布置。如圖2所示，最終模具的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用5點(diǎn)側(cè)澆口熱流道方式，合理滿足模具結(jié)構(gòu)條件， 特別是拉料桿的位置空間得到了保證， 減少分流道流程， 避免了與其他機(jī)構(gòu)相干涉。

圖2 最佳澆口位置

圖3 初步澆口位置和進(jìn)膠順序設(shè)計(jì)

1.3 塑件結(jié)構(gòu)的二次設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)塑件進(jìn)行翹曲變形、注射壓力等等CAE模擬分析。必須對(duì)塑件進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)優(yōu)化，在嚴(yán)格保證塑件功能、外飾件要求的條件下，充分滿足模具結(jié)構(gòu)要求和模具制造工藝。由于塑件上表面兩側(cè)處存在大斜面，內(nèi)側(cè)有倒鉤， 為了簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)， 必須把塑件沿Y軸旋轉(zhuǎn)3°， 旋轉(zhuǎn)后上表面兩側(cè)大斜面就能順利脫模， 避免內(nèi)抽芯過(guò)大。塑件兩側(cè)缺口處的型芯外面做抽芯，同時(shí)內(nèi)面可避免再做斜頂機(jī)構(gòu)，并在塑件安裝位轉(zhuǎn)動(dòng)90°，直接在滑塊上生成。另外， Y軸方向兩側(cè)預(yù)留變形重新成型，實(shí)現(xiàn)塑件二次關(guān)鍵設(shè)計(jì)。endprint

1.4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整副模具成敗的關(guān)鍵，本課題汽車保險(xiǎn)杠模具外形尺寸大、體積重達(dá)40余噸，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，類似一個(gè)中等程度的工作母機(jī)，模具澆注系統(tǒng)采用熱流道，需要電加熱；型腔、型芯及冷卻系統(tǒng)復(fù)雜，模具分型抽芯機(jī)構(gòu)、模溫控制裝置、制品頂出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等等。

1） 塑件材料收縮率的確定：塑件材料為PP + EPDM+ T20 改性材料， 綜合材料的注射工藝和塑件的形狀以及材料的變形等特性，同時(shí)考慮預(yù)留變形因素所造成的差異， 塑件材料收縮率在X、Y、Z三軸方向分別采用1.1 % 、 1.0 %和 1.0 %三種不同的收縮率。

2） 脫模方式確定：塑件在脫模時(shí)， 首先開(kāi)模和第一次頂出同步一段距離，內(nèi)部抽芯先抽出產(chǎn)品變形空間，防止產(chǎn)品變形，確保產(chǎn)品脫離倒扣，留在型芯；然后，繼續(xù)開(kāi)模，同時(shí)停止頂出，當(dāng)開(kāi)模距離到達(dá)一定大時(shí)，停止開(kāi)模；再進(jìn)行第二次頂出，完成內(nèi)部抽芯；，繼續(xù)第三次頂出，此次頂出采用頂塊頂出，同時(shí)由機(jī)械手取出產(chǎn)品，最后油缸復(fù)位。

3） 導(dǎo)軌抽芯裝置設(shè)計(jì)：保險(xiǎn)杠內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)如圖4所示，為了保證斜頂與1型芯帽運(yùn)動(dòng)暢通，采用自滑壓條，油缸頂出1型芯帽，2導(dǎo)軌帶動(dòng)14斜頂往上運(yùn)動(dòng)，因固定在3斜頂中的兩個(gè)導(dǎo)向桿運(yùn)動(dòng)限制，使得1斜頂沿著5導(dǎo)向桿方向向上斜線運(yùn)動(dòng)，完成斜頂抽芯動(dòng)作，同時(shí)3斜頂帶動(dòng)其余在斜頂中的抽芯塊如4抽芯塊，這樣可以完成產(chǎn)品內(nèi)部和產(chǎn)品兩側(cè)抽芯，此結(jié)構(gòu)可靠、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定。

1-型芯帽 2-驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌 3-斜頂 4-抽芯塊 5-導(dǎo)向桿

圖4 汽車保險(xiǎn)杠模具導(dǎo)軌抽芯裝置

4） 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)：為使塑件在模腔內(nèi)迅速冷凝定型，確保成型周期，本項(xiàng)目模具型芯和型腔設(shè)置冷卻系統(tǒng)管道 15mm的斜孔和直孔，每條冷卻回路與熱流道隔開(kāi)，長(zhǎng)度控制在5M以內(nèi)， 充分發(fā)揮其冷卻作用。

5） 排氣槽設(shè)計(jì)：根據(jù)CAE 分析，首先在相關(guān)困氣部位開(kāi)設(shè)排氣槽， 其次，在內(nèi)抽芯滑塊上開(kāi)排氣槽，以解決合模狀態(tài)下 內(nèi)抽芯存在真空，確保本模具先內(nèi)抽芯再開(kāi)模的設(shè)計(jì)。

6） 模具材料選用及熱處理： 為減少內(nèi)應(yīng)力，增加模具強(qiáng)度、硬度，可對(duì)模具主要部件進(jìn)行熱處理。

①模具型腔選用20Cr合金滲碳鋼， 為運(yùn)用粗加工后進(jìn)行滲碳回火的加工工序， 一方面，提高表面硬度（28～32 HRC）和耐磨性，另一方面減少熱處理變形，確保模具制造精度，使模具使用壽命得以提高。

②模具型芯滑塊選用718 鋼（3CrNiMo）材料，原因是該滑塊要求高，體積比較大，且存在雙向運(yùn)動(dòng)；同時(shí)為減少因摩擦而引起的熱變形，可使用潤(rùn)滑油，增加滾動(dòng)裝置，確保模具型芯滑塊的制造精度。

1.5 模具結(jié)構(gòu)及其工作原理

模具結(jié)構(gòu)如圖5所示。

模具開(kāi)模時(shí)，首先油缸7得到設(shè)備信號(hào)進(jìn)油，通過(guò)連桿26，推動(dòng)橫梁5和型芯帽3向前頂出運(yùn)動(dòng)，橫梁5通過(guò)導(dǎo)柱16拉動(dòng)斜頂14沿導(dǎo)軌13運(yùn)動(dòng)。其次，固定在型芯帽地側(cè)的導(dǎo)板4，確保型芯帽3在頂出過(guò)程中保持水平運(yùn)動(dòng)，不會(huì)因?yàn)樾托久?的自重和導(dǎo)柱9與導(dǎo)套10 之間的間隙而下墜。然后，固定在型芯帽3上的型芯鑲件17通過(guò)導(dǎo)柱18帶動(dòng)滑塊19沿導(dǎo)向桿20運(yùn)動(dòng)，型芯鑲件26固定在型芯固定板6上靜止不動(dòng)，讓出滑塊19的運(yùn)動(dòng)空間。最后，斜頂14開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)板的T型槽是水平的，頂塊23保持與型芯帽3同步，運(yùn)動(dòng)到一定距離后，頂桿24的T型導(dǎo)軌接觸到導(dǎo)板25的T型槽的傾斜段，頂塊23相對(duì)型芯帽3開(kāi)始頂出動(dòng)作，釋放產(chǎn)品上的深筋的留模力，油缸行程到位后，用機(jī)械手取件。

2 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)基于氣輔成型及CAE模擬分析技術(shù)的大型精密汽車保險(xiǎn)杠注塑模具設(shè)計(jì)，突破了傳統(tǒng)的汽車保險(xiǎn)杠塑件設(shè)計(jì)、制造的理念與方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)以全新的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造手段，實(shí)現(xiàn)了大型精密汽車保險(xiǎn)杠注塑模具設(shè)計(jì)最優(yōu)化的工藝設(shè)計(jì)方案，降低了傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)制造反復(fù)試、修模的成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期，提高了制品質(zhì)量和生產(chǎn)率.對(duì)企業(yè)進(jìn)行大型精密汽車保險(xiǎn)杠系列注塑模具設(shè)計(jì)和高效注塑生產(chǎn)具有較高的實(shí)際指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]Agrawal D， Vasudevan P， Knowledge Based Systems Development of Injection Molding， Advanced Application Technology， 1998， 10（5）： 419-428.

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[3]Torsten Kruse， Injection Mold Process Simulation A Productivity Tool for processor ANTEC'2000，SPE conference，2000， 732.

[4]錢(qián)欣、金楊福，塑料注射制品缺陷與CAE分析，化工工業(yè)出版社，北京，2010.1，84-89.

[5]陳智勇，Moldflow6.1注塑成型從入門(mén)到精通，電子工業(yè)出版社，北京，2009.9， 67.endprint

1.4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整副模具成敗的關(guān)鍵，本課題汽車保險(xiǎn)杠模具外形尺寸大、體積重達(dá)40余噸，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，類似一個(gè)中等程度的工作母機(jī)，模具澆注系統(tǒng)采用熱流道，需要電加熱；型腔、型芯及冷卻系統(tǒng)復(fù)雜，模具分型抽芯機(jī)構(gòu)、模溫控制裝置、制品頂出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等等。

1） 塑件材料收縮率的確定：塑件材料為PP + EPDM+ T20 改性材料， 綜合材料的注射工藝和塑件的形狀以及材料的變形等特性，同時(shí)考慮預(yù)留變形因素所造成的差異， 塑件材料收縮率在X、Y、Z三軸方向分別采用1.1 % 、 1.0 %和 1.0 %三種不同的收縮率。

2） 脫模方式確定：塑件在脫模時(shí)， 首先開(kāi)模和第一次頂出同步一段距離，內(nèi)部抽芯先抽出產(chǎn)品變形空間，防止產(chǎn)品變形，確保產(chǎn)品脫離倒扣，留在型芯；然后，繼續(xù)開(kāi)模，同時(shí)停止頂出，當(dāng)開(kāi)模距離到達(dá)一定大時(shí)，停止開(kāi)模；再進(jìn)行第二次頂出，完成內(nèi)部抽芯；，繼續(xù)第三次頂出，此次頂出采用頂塊頂出，同時(shí)由機(jī)械手取出產(chǎn)品，最后油缸復(fù)位。

3） 導(dǎo)軌抽芯裝置設(shè)計(jì)：保險(xiǎn)杠內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)如圖4所示，為了保證斜頂與1型芯帽運(yùn)動(dòng)暢通，采用自滑壓條，油缸頂出1型芯帽，2導(dǎo)軌帶動(dòng)14斜頂往上運(yùn)動(dòng)，因固定在3斜頂中的兩個(gè)導(dǎo)向桿運(yùn)動(dòng)限制，使得1斜頂沿著5導(dǎo)向桿方向向上斜線運(yùn)動(dòng)，完成斜頂抽芯動(dòng)作，同時(shí)3斜頂帶動(dòng)其余在斜頂中的抽芯塊如4抽芯塊，這樣可以完成產(chǎn)品內(nèi)部和產(chǎn)品兩側(cè)抽芯，此結(jié)構(gòu)可靠、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定。

1-型芯帽 2-驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌 3-斜頂 4-抽芯塊 5-導(dǎo)向桿

圖4 汽車保險(xiǎn)杠模具導(dǎo)軌抽芯裝置

4） 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)：為使塑件在模腔內(nèi)迅速冷凝定型，確保成型周期，本項(xiàng)目模具型芯和型腔設(shè)置冷卻系統(tǒng)管道 15mm的斜孔和直孔，每條冷卻回路與熱流道隔開(kāi)，長(zhǎng)度控制在5M以內(nèi)， 充分發(fā)揮其冷卻作用。

5） 排氣槽設(shè)計(jì)：根據(jù)CAE 分析，首先在相關(guān)困氣部位開(kāi)設(shè)排氣槽， 其次，在內(nèi)抽芯滑塊上開(kāi)排氣槽，以解決合模狀態(tài)下 內(nèi)抽芯存在真空，確保本模具先內(nèi)抽芯再開(kāi)模的設(shè)計(jì)。

6） 模具材料選用及熱處理： 為減少內(nèi)應(yīng)力，增加模具強(qiáng)度、硬度，可對(duì)模具主要部件進(jìn)行熱處理。

①模具型腔選用20Cr合金滲碳鋼， 為運(yùn)用粗加工后進(jìn)行滲碳回火的加工工序， 一方面，提高表面硬度（28～32 HRC）和耐磨性，另一方面減少熱處理變形，確保模具制造精度，使模具使用壽命得以提高。

②模具型芯滑塊選用718 鋼（3CrNiMo）材料，原因是該滑塊要求高，體積比較大，且存在雙向運(yùn)動(dòng)；同時(shí)為減少因摩擦而引起的熱變形，可使用潤(rùn)滑油，增加滾動(dòng)裝置，確保模具型芯滑塊的制造精度。

1.5 模具結(jié)構(gòu)及其工作原理

模具結(jié)構(gòu)如圖5所示。

模具開(kāi)模時(shí)，首先油缸7得到設(shè)備信號(hào)進(jìn)油，通過(guò)連桿26，推動(dòng)橫梁5和型芯帽3向前頂出運(yùn)動(dòng)，橫梁5通過(guò)導(dǎo)柱16拉動(dòng)斜頂14沿導(dǎo)軌13運(yùn)動(dòng)。其次，固定在型芯帽地側(cè)的導(dǎo)板4，確保型芯帽3在頂出過(guò)程中保持水平運(yùn)動(dòng)，不會(huì)因?yàn)樾托久?的自重和導(dǎo)柱9與導(dǎo)套10 之間的間隙而下墜。然后，固定在型芯帽3上的型芯鑲件17通過(guò)導(dǎo)柱18帶動(dòng)滑塊19沿導(dǎo)向桿20運(yùn)動(dòng)，型芯鑲件26固定在型芯固定板6上靜止不動(dòng)，讓出滑塊19的運(yùn)動(dòng)空間。最后，斜頂14開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)板的T型槽是水平的，頂塊23保持與型芯帽3同步，運(yùn)動(dòng)到一定距離后，頂桿24的T型導(dǎo)軌接觸到導(dǎo)板25的T型槽的傾斜段，頂塊23相對(duì)型芯帽3開(kāi)始頂出動(dòng)作，釋放產(chǎn)品上的深筋的留模力，油缸行程到位后，用機(jī)械手取件。

2 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)基于氣輔成型及CAE模擬分析技術(shù)的大型精密汽車保險(xiǎn)杠注塑模具設(shè)計(jì)，突破了傳統(tǒng)的汽車保險(xiǎn)杠塑件設(shè)計(jì)、制造的理念與方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)以全新的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造手段，實(shí)現(xiàn)了大型精密汽車保險(xiǎn)杠注塑模具設(shè)計(jì)最優(yōu)化的工藝設(shè)計(jì)方案，降低了傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)制造反復(fù)試、修模的成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期，提高了制品質(zhì)量和生產(chǎn)率.對(duì)企業(yè)進(jìn)行大型精密汽車保險(xiǎn)杠系列注塑模具設(shè)計(jì)和高效注塑生產(chǎn)具有較高的實(shí)際指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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[3]Torsten Kruse， Injection Mold Process Simulation A Productivity Tool for processor ANTEC'2000，SPE conference，2000， 732.

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[5]陳智勇，Moldflow6.1注塑成型從入門(mén)到精通，電子工業(yè)出版社，北京，2009.9， 67.endprint

1.4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整副模具成敗的關(guān)鍵，本課題汽車保險(xiǎn)杠模具外形尺寸大、體積重達(dá)40余噸，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，類似一個(gè)中等程度的工作母機(jī)，模具澆注系統(tǒng)采用熱流道，需要電加熱；型腔、型芯及冷卻系統(tǒng)復(fù)雜，模具分型抽芯機(jī)構(gòu)、模溫控制裝置、制品頂出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等等。

1） 塑件材料收縮率的確定：塑件材料為PP + EPDM+ T20 改性材料， 綜合材料的注射工藝和塑件的形狀以及材料的變形等特性，同時(shí)考慮預(yù)留變形因素所造成的差異， 塑件材料收縮率在X、Y、Z三軸方向分別采用1.1 % 、 1.0 %和 1.0 %三種不同的收縮率。

2） 脫模方式確定：塑件在脫模時(shí)， 首先開(kāi)模和第一次頂出同步一段距離，內(nèi)部抽芯先抽出產(chǎn)品變形空間，防止產(chǎn)品變形，確保產(chǎn)品脫離倒扣，留在型芯；然后，繼續(xù)開(kāi)模，同時(shí)停止頂出，當(dāng)開(kāi)模距離到達(dá)一定大時(shí)，停止開(kāi)模；再進(jìn)行第二次頂出，完成內(nèi)部抽芯；，繼續(xù)第三次頂出，此次頂出采用頂塊頂出，同時(shí)由機(jī)械手取出產(chǎn)品，最后油缸復(fù)位。

3） 導(dǎo)軌抽芯裝置設(shè)計(jì)：保險(xiǎn)杠內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)如圖4所示，為了保證斜頂與1型芯帽運(yùn)動(dòng)暢通，采用自滑壓條，油缸頂出1型芯帽，2導(dǎo)軌帶動(dòng)14斜頂往上運(yùn)動(dòng)，因固定在3斜頂中的兩個(gè)導(dǎo)向桿運(yùn)動(dòng)限制，使得1斜頂沿著5導(dǎo)向桿方向向上斜線運(yùn)動(dòng)，完成斜頂抽芯動(dòng)作，同時(shí)3斜頂帶動(dòng)其余在斜頂中的抽芯塊如4抽芯塊，這樣可以完成產(chǎn)品內(nèi)部和產(chǎn)品兩側(cè)抽芯，此結(jié)構(gòu)可靠、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定。

1-型芯帽 2-驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌 3-斜頂 4-抽芯塊 5-導(dǎo)向桿

圖4 汽車保險(xiǎn)杠模具導(dǎo)軌抽芯裝置

4） 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)：為使塑件在模腔內(nèi)迅速冷凝定型，確保成型周期，本項(xiàng)目模具型芯和型腔設(shè)置冷卻系統(tǒng)管道 15mm的斜孔和直孔，每條冷卻回路與熱流道隔開(kāi)，長(zhǎng)度控制在5M以內(nèi)， 充分發(fā)揮其冷卻作用。

5） 排氣槽設(shè)計(jì)：根據(jù)CAE 分析，首先在相關(guān)困氣部位開(kāi)設(shè)排氣槽， 其次，在內(nèi)抽芯滑塊上開(kāi)排氣槽，以解決合模狀態(tài)下 內(nèi)抽芯存在真空，確保本模具先內(nèi)抽芯再開(kāi)模的設(shè)計(jì)。

6） 模具材料選用及熱處理： 為減少內(nèi)應(yīng)力，增加模具強(qiáng)度、硬度，可對(duì)模具主要部件進(jìn)行熱處理。

①模具型腔選用20Cr合金滲碳鋼， 為運(yùn)用粗加工后進(jìn)行滲碳回火的加工工序， 一方面，提高表面硬度（28～32 HRC）和耐磨性，另一方面減少熱處理變形，確保模具制造精度，使模具使用壽命得以提高。

②模具型芯滑塊選用718 鋼（3CrNiMo）材料，原因是該滑塊要求高，體積比較大，且存在雙向運(yùn)動(dòng)；同時(shí)為減少因摩擦而引起的熱變形，可使用潤(rùn)滑油，增加滾動(dòng)裝置，確保模具型芯滑塊的制造精度。

1.5 模具結(jié)構(gòu)及其工作原理

模具結(jié)構(gòu)如圖5所示。

模具開(kāi)模時(shí)，首先油缸7得到設(shè)備信號(hào)進(jìn)油，通過(guò)連桿26，推動(dòng)橫梁5和型芯帽3向前頂出運(yùn)動(dòng)，橫梁5通過(guò)導(dǎo)柱16拉動(dòng)斜頂14沿導(dǎo)軌13運(yùn)動(dòng)。其次，固定在型芯帽地側(cè)的導(dǎo)板4，確保型芯帽3在頂出過(guò)程中保持水平運(yùn)動(dòng)，不會(huì)因?yàn)樾托久?的自重和導(dǎo)柱9與導(dǎo)套10 之間的間隙而下墜。然后，固定在型芯帽3上的型芯鑲件17通過(guò)導(dǎo)柱18帶動(dòng)滑塊19沿導(dǎo)向桿20運(yùn)動(dòng)，型芯鑲件26固定在型芯固定板6上靜止不動(dòng)，讓出滑塊19的運(yùn)動(dòng)空間。最后，斜頂14開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)板的T型槽是水平的，頂塊23保持與型芯帽3同步，運(yùn)動(dòng)到一定距離后，頂桿24的T型導(dǎo)軌接觸到導(dǎo)板25的T型槽的傾斜段，頂塊23相對(duì)型芯帽3開(kāi)始頂出動(dòng)作，釋放產(chǎn)品上的深筋的留模力，油缸行程到位后，用機(jī)械手取件。

2 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)基于氣輔成型及CAE模擬分析技術(shù)的大型精密汽車保險(xiǎn)杠注塑模具設(shè)計(jì)，突破了傳統(tǒng)的汽車保險(xiǎn)杠塑件設(shè)計(jì)、制造的理念與方法，通過(guò)計(jì)算機(jī)以全新的數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造手段，實(shí)現(xiàn)了大型精密汽車保險(xiǎn)杠注塑模具設(shè)計(jì)最優(yōu)化的工藝設(shè)計(jì)方案，降低了傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)制造反復(fù)試、修模的成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期，提高了制品質(zhì)量和生產(chǎn)率.對(duì)企業(yè)進(jìn)行大型精密汽車保險(xiǎn)杠系列注塑模具設(shè)計(jì)和高效注塑生產(chǎn)具有較高的實(shí)際指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]Agrawal D， Vasudevan P， Knowledge Based Systems Development of Injection Molding， Advanced Application Technology， 1998， 10（5）： 419-428.

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