汽車手套箱斗大型注塑模設(shè)計(jì)

張維合

(廣東科技學(xué)院，廣東 東莞,523083)

機(jī)械與模具

汽車手套箱斗大型注塑模設(shè)計(jì)

張維合

(廣東科技學(xué)院，廣東 東莞,523083)

根據(jù)汽車手套箱斗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用倒裝模、定模側(cè)向抽芯和“直通式水道+傾斜式水道+水井”的溫度控制系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一副大型注塑模具。分析和研究了模具澆注系統(tǒng)、成型零件、側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)、溫度控制系統(tǒng)、導(dǎo)向定位系統(tǒng)和脫模系統(tǒng)，確定了先進(jìn)合理、安全實(shí)用的模具結(jié)構(gòu)，獲得了滿意的成型效果。

汽車手套箱斗 大型注塑模具 倒裝模 油缸推出 定模側(cè)向抽芯

汽車手套箱是用來放置手套或者其他雜物的，又名雜物箱，位于副駕駛位置。手套箱一般由3～4個(gè)零件組成，因而需要3～4套模具。手套箱一般由手套箱開關(guān)、手套箱蓋板、手套箱框和手套箱斗組成。不同的車系有不同的配置。手套箱蓋板為外觀件，產(chǎn)品表面需做皮紋。下面詳細(xì)介紹汽車手套箱斗注塑模具的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和要點(diǎn)。

1 塑件結(jié)構(gòu)的分析

圖1為某名牌汽車手套箱斗結(jié)構(gòu)，材料聚丙烯(PP)，外形最大尺寸：412.10 mm×220.50 mm×241.70 mm。塑件特點(diǎn)如下：1)外觀要求很高，表面需做皮紋。表面不允許有推桿痕跡，也不允許有澆口痕跡，更不允許有收縮凹陷、熔接痕和飛邊等缺陷。2)形狀復(fù)雜，尺寸較大，為了提高剛性和強(qiáng)度，設(shè)計(jì)了很多加強(qiáng)筋[1]。3)塑件內(nèi)側(cè)有3處倒扣，倒扣面積很大，側(cè)向抽芯時(shí)塑件易變形甚至開裂，每一處的側(cè)向抽芯都相當(dāng)困難。

2 模具結(jié)構(gòu)的分析

根據(jù)手套箱斗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模具必須采用倒裝模結(jié)構(gòu)，澆注系統(tǒng)和脫模系統(tǒng)都在模具的定模側(cè)。由于注塑機(jī)頂棍不在定模側(cè)，故定模推件采用油缸推出及復(fù)位。倒裝模加長(zhǎng)了模具的主流道，故澆注系統(tǒng)必須采用熱流道[2]。

模具外形尺寸為：970 mm×850 mm×850 mm,總質(zhì)量約4 000 kg， 屬于大型注塑模具。

詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2。

2.1 成型零件的設(shè)計(jì)

汽車手套箱斗注塑模具成型零件設(shè)計(jì)必須解決以下3個(gè)問題。

1)模板和鑲件采用一體式還是分體式。一體式俗稱原身出，分體式俗稱鑲鈳(core)。一體式模具的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，強(qiáng)度剛性好，模具體積小，避免了開框、配框和制造斜楔等繁瑣的工序。分體式的優(yōu)點(diǎn)是工序分散，便于分科加工，由于模板比內(nèi)模鑲件材料便宜，故可節(jié)省成本[1]。本模具考慮到塑件尺寸較大，分型面復(fù)雜且外觀要求高，故采用一體式結(jié)構(gòu)。

2)塑件外觀面由動(dòng)模成型還是定模成型。一般的注塑模具都是由定模成型外觀面，因此遇到汽車手套箱斗這類產(chǎn)品時(shí)，正常思維是加強(qiáng)筋多的那一側(cè)(非外觀面)放到動(dòng)模一側(cè)成型。但這樣一來澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就麻煩了，首先是主流道會(huì)很長(zhǎng)，其次，也是最不能接受的是塑件的外觀面(即皮紋表面)會(huì)留下澆口痕跡。因此最后決定本模具由動(dòng)模成型外觀面，而包緊力大、加強(qiáng)筋多的一側(cè)則由定模成型，這樣做的缺點(diǎn)是脫模系統(tǒng)也要設(shè)計(jì)在定模側(cè)，即必須采用倒裝模結(jié)構(gòu)。

3)型腔如何排位，或者說塑件在型腔中如何擺放。由于本模具有3個(gè)大滑塊，滑塊質(zhì)量大，因此一定要避免將滑塊朝上方(即俗稱天側(cè))滑行，原因是當(dāng)斜導(dǎo)柱完成抽芯、離開滑塊時(shí)，滑塊在重力作用下易下落，導(dǎo)致合模時(shí)發(fā)生斜導(dǎo)柱和滑塊相撞的嚴(yán)重事故。如果只有一方有滑塊，最好在非操作側(cè)或地側(cè)，取件方便。其他方面，由于模具3面滑塊抽芯，成型零件設(shè)計(jì)時(shí)要注意插穿角度，皮紋型腔面要防止蝕紋過界。另外，滑塊上應(yīng)設(shè)計(jì)工藝螺孔，以方便滑塊與定模拋光。

2.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本模具澆注系統(tǒng)采用熱流道一點(diǎn)開放式進(jìn)膠，由于進(jìn)膠與頂出在同一側(cè)(即俗稱的倒裝模)，熱射嘴需要加保護(hù)套，以防止熱射嘴磨損。

開放式熱流道與針閥式熱流道相比有以下優(yōu)點(diǎn)[2]：進(jìn)膠量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，在國(guó)外的高精密模具中應(yīng)用較多。

本模具澆注系統(tǒng)采用了整體式熱流道系統(tǒng)，它的優(yōu)點(diǎn)包括裝拆方便，加工精度要求不高，沒有了漏膠的風(fēng)險(xiǎn)，裝配精度可靠，并且后續(xù)不需要重復(fù)拆裝，因此維護(hù)和修理成本低。

2.3 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)是本模具最重要的核心結(jié)構(gòu)。針對(duì)塑件的3處大面積倒扣，模具采用了3個(gè)“定?；瑝K+動(dòng)模斜導(dǎo)柱”的抽芯機(jī)構(gòu)[2]，抽芯方向見圖2。

由于滑塊和塑件接觸面積大，抽芯時(shí)黏附力大，抽芯時(shí)易導(dǎo)致塑件變形甚至開裂，因此在滑塊中各設(shè)計(jì)了2支推桿(俗稱彈針)，其結(jié)構(gòu)見圖2中的剖視圖A-A。在開模的前17 mm由彈簧18和21頂住推桿17和22，推桿頂住塑件防止塑件變形。

2.4 溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

手套箱斗為汽車最重要的內(nèi)飾件之一，因此溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞對(duì)模具的成型周期與成型質(zhì)量影響很大。冷卻水道設(shè)計(jì)原則之一是距離型腔面要大致相等，以達(dá)到模具型腔各處溫度大致均衡。因?yàn)槭痔紫涠吠庑温洳畲?，所以本模具的溫度控制系統(tǒng)采用了“直通式水管+傾斜式水管+水井”的組合形式(見圖2和圖3)。這種組合形式是優(yōu)先采用直通式水管，其次是傾斜式水管，萬不得已才采用水井。其優(yōu)點(diǎn)是塑件冷卻均勻，成型周期短，成型質(zhì)量高，適用于高要求與外觀性能要求高的模具[2]。

在汽車注塑模具溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要有以下2種組合形式。第1種組合形式：直通式水管+傾斜式水管+水井；第2種組合形式：直通式水管+水井+傾斜式水管。

此2種形式的區(qū)別在于：在傾斜式水管和水井之間，前者是優(yōu)先采用傾斜式水管，而后者是優(yōu)先采用水井。此2種組合側(cè)重點(diǎn)不同，因而效果也不同。

第1種形式的優(yōu)點(diǎn)是型腔各處冷卻均勻，成塑周期短，塑件質(zhì)量高，適用于高要求與外觀性能要求高的模具，如汽車前、后保險(xiǎn)杠，汽車上、下儀表板本體和汽車左、右門板等內(nèi)外飾注塑模具。缺點(diǎn)是加工成本高，主要適用于歐美系客戶的模具。

第2種形式的優(yōu)點(diǎn)是加工成本較低，加工方便快捷。缺點(diǎn)是在模具上過多的設(shè)計(jì)水井對(duì)模具強(qiáng)度造成了一定的影響，型腔冷卻效果相對(duì)于第1種要差些，在日系與中國(guó)本國(guó)生產(chǎn)的汽車模具中應(yīng)用較多。

對(duì)于汽車塑件，自然隨形設(shè)計(jì)的冷卻水道對(duì)塑件的冷卻，模具的壽命都有好處，要求嚴(yán)格的歐美模具甚至不允許或盡量少采用冷卻水井和密封圈等。因?yàn)樗睆捷^大，數(shù)量太多會(huì)影響模具強(qiáng)度，進(jìn)而減短模具壽命。密封圈容易老化失效，因而在設(shè)計(jì)上必須盡量減少使用。

本模具屬于大型注塑模具，溫度控制系統(tǒng)采用了“直通式水管+傾斜式水管+水井” 的第1種組合形式。雖然模具制造成本有所提高，但塑件獲得了客戶滿意的成型質(zhì)量和成型周期。

本模具溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)還做到了以下幾點(diǎn)。

1)水道之間的間距保證在50～60 mm，冷卻水道距型腔面在20～25 mm。本模具的定模結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，熱量又較為集中，因此進(jìn)行了重點(diǎn)冷卻。

2)考慮到加工問題，本模具的冷卻水道與推桿、推塊等推件孔保持了至少8 mm的距離。

3)冷卻水道長(zhǎng)短做到了大致相等，保證了冷卻水出入口溫差大致相等，從而保證了模溫大致均衡。

4)根據(jù)塑件形狀，模具采用了大角度的斜孔，雖然鉆頭有側(cè)滑現(xiàn)象，極易鉆偏，但只要鉆孔之前銑削一個(gè)垂直于斜孔的平臺(tái)即可解決問題。

2.5 導(dǎo)向定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在汽車注塑模具設(shè)計(jì)中，由于模具較大，塑件外觀要求高，尺寸精度要求也高，因此對(duì)模具的導(dǎo)向定位設(shè)計(jì)非常嚴(yán)格，導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞直接影響成型塑件的精度和模具的壽命[3]。

本模具在4個(gè)角上各設(shè)計(jì)了1支圓導(dǎo)柱和1個(gè)1 °斜度的精定位內(nèi)模管位，詳見圖2和圖4。其中4支圓導(dǎo)柱尺寸為60 mm×400 mm，安裝在動(dòng)模側(cè)，由于塑件開模后留在定模側(cè)，這樣就不會(huì)影響塑件取出。

圓形導(dǎo)柱的長(zhǎng)度必須保證合模時(shí)，在斜導(dǎo)柱插入滑塊之前20 mm就插入導(dǎo)套，否則在模具的制造和生產(chǎn)中會(huì)帶來很大的麻煩，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞模具[4]。

2.6 脫模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

模具為倒裝模結(jié)構(gòu)，推件與熱流道澆注系統(tǒng)在模具同一側(cè)，二者都在模具的定模側(cè)，推件由推桿和推塊組成。推件固定板由油缸推動(dòng)和復(fù)位，油缸直徑40 mm，活塞行程為40 mm。油缸的位置見圖2中A-A剖視圖及圖4。

3 模具工作過程

熔體通過熱流道板7，經(jīng)開放式熱射嘴9進(jìn)入模具型腔。熔體充滿型腔后，經(jīng)保壓、冷卻和固化，至足夠剛性后，注塑機(jī)拉動(dòng)模具的動(dòng)模固定板19，模具從分型面Ⅰ處開模。在開模過程中，定模側(cè)的3個(gè)大滑塊16，20和26在斜導(dǎo)柱的作用下分別作側(cè)向抽芯。其中在開模行程的最初20 mm，滑塊16和20內(nèi)的推桿17和22始終頂住塑件，防止塑件因黏附力被滑塊拉出變形。開模20 mm后左右滑塊推桿和滑塊均已脫離塑件。模具繼續(xù)打開500 mm后油缸啟動(dòng)，通過液壓推動(dòng)推件固定板6，進(jìn)而推動(dòng)所有推件將成型塑件推離定模板12。塑件取出后，油缸拉動(dòng)推件及其固定板復(fù)位，接著注塑機(jī)推動(dòng)動(dòng)模合模，模具開始下一次注射成型。

4 結(jié)語(yǔ)

在一款汽車中，需要上千副五金模具與近500副注塑模具，因此汽車工業(yè)迅猛發(fā)展離不開汽車模具工業(yè)的發(fā)展。在國(guó)外，汽車注塑模具的研究和技術(shù)創(chuàng)新受到了高度重視，有關(guān)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)先進(jìn)與成熟，但國(guó)內(nèi)對(duì)汽車模具的研究還很薄弱，很多大型的、高精度和長(zhǎng)壽命的汽車注塑模具都靠進(jìn)口。本模具是自行設(shè)計(jì)與制造的汽車模具之一，模具自放產(chǎn)以來，定模側(cè)向抽芯和倒裝模脫模系統(tǒng)動(dòng)作都穩(wěn)定可靠，成型質(zhì)量和成型周期都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

[1] 張維合.注塑模具設(shè)計(jì)實(shí)用教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：126-143.

[2] 張維合.注塑模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011:112-148.

[3] 屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008：150-160.

[4] 李文晉.翼形罩注塑模設(shè)計(jì)[J].工程塑料應(yīng)用，2012,40(5)：57-61.

Design of Large Injection Mold for Car Handschuhkasten

Zhang Weihe

(Guangdong University of Science & Technology,Dongguan, Guangdong,523083)

According to the structural characteristics of the car handschuhkasten, a large injection mold is designed by use of the backward mode, side core-pulling in fixed mold, and the temperature control system of "straight-pipes +pitched pipes+ inclined wells". The gating system, molding parts, side pulling mechanism, the temperature control system, oriented positioning system and stripping system are analyzed and studied. The advanced and reasonable, safe and practical mold structure is determined,and satisfactory molding results are obtained.

car handschuhkasten; large injection mold; backward mode；cylinder detrusion； side core-pulling in fixed mold

2014-12-30;修改稿收到日期:2015-03-15。

張維合(1964—)，男，江西余干人，副教授，從事模具教學(xué)與研究。E-mail:allenzhang0628@126.com。