小型汽車空調(diào)器支架注塑模具的設(shè)計與分析??

范希營 曹艷麗 郭永環(huán) 周錢廷

(江蘇師范大學(xué)機電工程學(xué)院，江蘇徐州221116)

塑料成型容易、可使形狀復(fù)雜的部件加工簡單化， 同時塑料部件的彈性變形行為可以保護車輛和乘員，且塑料耐腐蝕性強、局部受損不會腐蝕，塑料還便于回收利用、具有很高的價格優(yōu)勢[1-3]。同時為汽車輕量化設(shè)計及節(jié)能減排提供了新的方向[4]。正因為塑料具有上述優(yōu)異的綜合性能，塑料日漸受到汽車行業(yè)的青睞，其在汽車上的應(yīng)用正在從內(nèi)外裝飾件向車身覆蓋件和功能結(jié)構(gòu)件擴展[5-8]。

面包車等小型汽車的車載空調(diào)器的旋鈕、控制桿等控制部件通常通過空調(diào)器支架進行安裝。目前小型汽車空調(diào)器支架大多采用塑料直接注塑成型。為了使小型汽車空調(diào)器支架塑件穩(wěn)固定位在車體上并有效固定支撐車載空調(diào)器的旋鈕、控制桿等控制部件，目前小型汽車空調(diào)器支架薄壁、加強筋結(jié)構(gòu)較多、體積較小、加強筋結(jié)構(gòu)密集、加工難度較大。

1 塑件的工藝性分析及模具方案的確定

圖1所示為小型汽車空調(diào)器支架塑件結(jié)構(gòu)示意圖。材料為ABS。在主體底板1上設(shè)有支撐體2和3，支撐體B、C尺寸相近但相互呈90°扭轉(zhuǎn)設(shè)置，且兩支撐體立面的內(nèi)側(cè)和外側(cè)包括橫向設(shè)置了柱面、孔、筋、凸臺、凹腔等結(jié)構(gòu)和傾斜設(shè)置的斜面結(jié)構(gòu)，為保證整體的安裝位置及強度，筋結(jié)構(gòu)較多、較密集。另外主體底板1的左右兩側(cè)還設(shè)有用于將塑件固定安裝在車體上的、傾斜設(shè)置的階梯安裝板4及其上的傾斜安裝孔。此類支架是整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的塑件，密集結(jié)構(gòu)不易脫模。

塑件支撐體B和C上橫向設(shè)置的柱面、呈孔、筋、凸臺、凹腔等結(jié)構(gòu)在模具設(shè)計時通常需要側(cè)抽芯機構(gòu)完成，但由于兩支撐體之間是互呈90°扭轉(zhuǎn)的非對稱結(jié)構(gòu)，因此在支撐體外側(cè)面設(shè)置側(cè)抽芯機構(gòu)較容易，而在支撐體B的內(nèi)側(cè)面上設(shè)置側(cè)抽芯機構(gòu)非常困難，原因是在動模型芯內(nèi)無法采用斜導(dǎo)柱側(cè)抽機構(gòu)、且支撐體C具有位置干涉，因此在支撐體B內(nèi)側(cè)面上受空間限制設(shè)置側(cè)抽芯機構(gòu)則非常困難；而且針對主體底板A的左右兩側(cè)的傾斜設(shè)置的階梯安裝板D和設(shè)置在安裝板D上的傾斜安裝孔，由于其是非垂直于主體底板A的結(jié)構(gòu)，若直接通過分型面分型實現(xiàn)脫模則會損傷階梯安裝板D和其上的傾斜安裝孔，因此還需設(shè)置斜抽芯機構(gòu)，但斜抽芯機構(gòu)的抽芯方向與開模方向之間的夾角較小，因此受空間限制影響斜抽芯機構(gòu)不易設(shè)置。因此現(xiàn)有的針對此類小型汽車空調(diào)器支架塑件的注塑模具通常采用一模一腔的結(jié)構(gòu)以便于實現(xiàn)狹小空間的側(cè)抽，但注塑效率較低。針對此問題，本文對塑件主體底板的左右兩側(cè)具有傾斜設(shè)置的階梯安裝板和傾斜安裝孔、且主體底板上具有互呈90°扭轉(zhuǎn)的非對稱結(jié)構(gòu)支撐體在采用一模兩腔布局的基礎(chǔ)上能夠?qū)A斜設(shè)置的階梯安裝板和傾斜安裝孔實現(xiàn)穩(wěn)固斜抽、對支撐體B內(nèi)側(cè)面實現(xiàn)穩(wěn)固側(cè)抽，進而實現(xiàn)在保證塑件精度的前提下實現(xiàn)提高注塑效率。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

2.1 主要結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與分析

如圖2～4所示，模具主要結(jié)構(gòu)有以下創(chuàng)新:

(1)多個型芯組合，但結(jié)構(gòu)互不干涉。型腔13的型腔部分的表面和抽芯柱部分的底端、型芯的上表面、外側(cè)型芯4面向型腔13的一端、內(nèi)側(cè)型芯9面向支撐體B內(nèi)側(cè)面塑件空腔的一端、斜型芯44的底端上都有部分塑件形體，為組合型芯，共同圍成小型汽車空調(diào)器支架塑件的形體容納空間，各抽芯在其抽芯方向上可與型腔13分離，避免了型芯結(jié)構(gòu)的互相干涉，進而保證塑件的質(zhì)量。

(2)推件頂板一板多用，降低了模具加工難度。由于塑件支撐體B內(nèi)側(cè)面抽芯機構(gòu)設(shè)置在動模板31的側(cè)抽安裝腔內(nèi)部，推件頂板23既能在合模狀態(tài)時形成塑件的局部形狀，又能在開模狀態(tài)時作為推出機構(gòu)，因此降低了模具加工難度，制造和維修方便，且保證順利開模。

(3)在較狹小的動模板的側(cè)抽安裝腔內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)固側(cè)抽，保證塑件的成型和質(zhì)量。由于塑件支撐體B內(nèi)側(cè)面抽芯機構(gòu)包括楔形側(cè)推部件，因此可以在推件過程中控制內(nèi)側(cè)型芯9平移側(cè)抽，進而實現(xiàn)在較狹小的動模板31的側(cè)抽安裝腔內(nèi)實現(xiàn)側(cè)抽、保證塑件的成型和質(zhì)量，結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便，

能夠?qū)A斜設(shè)置的塑件階梯安裝板D和傾斜安裝孔實現(xiàn)穩(wěn)固斜抽、對塑件支撐體B內(nèi)側(cè)面實現(xiàn)穩(wěn)固側(cè)抽，進而實現(xiàn)保證小型汽車空調(diào)器支架塑件的精度。

2.2 模具工作原理

在合模狀態(tài)時進行注塑，帶有壓力的注塑料經(jīng)澆口套16被擠壓入模具內(nèi)，此時在斜導(dǎo)柱10的支撐作用和楔頂支撐板7的限位作用下，外側(cè)型芯4抵抗住注塑壓力保持在定位狀態(tài)；在塑件支撐體B內(nèi)側(cè)面抽芯機構(gòu)的推件部件和楔形側(cè)推部件楔形配合面的支撐作用下，推件頂板23的上平面和內(nèi)側(cè)型芯9的面向塑件支撐體B內(nèi)側(cè)面的一端抵抗住注塑壓力保持在定位狀態(tài)；在齒條推桿43的支撐作用下，斜型芯44抵抗住注塑壓力保持在定位狀態(tài)；待注塑壓力達到設(shè)定壓力時即停止泵壓；型腔13內(nèi)部的冷卻水隨即循環(huán)對型腔13進行快速降溫，形體容納空腔內(nèi)的注塑料即迅速凝固成型。

待注塑料凝固成型后進行開模取料:開動注塑機使機床動模板下移開模，帶動動模組件、外側(cè)向抽芯機構(gòu)和塑件支撐體B內(nèi)側(cè)面抽芯機構(gòu)整體向下移動；與此同時，處于壓縮狀態(tài)的頂出彈簧33釋放彈力使整體定模組件與定模支撐板38分離并跟隨動模組件下移，直至限距拉桿34下端的限位凸臺頂靠在整體定模組件的下端面上后整體定模組件停止下移，即如圖2所示的Ⅰ-Ⅰ分型面首先分型，澆口套16內(nèi)的凝料即被整體定模組件拉出。

機床動模板繼續(xù)下移帶動動模組件繼續(xù)下移使動模組件與整體定模組件分離，即如圖2所示的Ⅱ-Ⅱ分型面分型，型芯從型腔內(nèi)部脫離，成型塑件跟隨動模組件繼續(xù)下移。

如圖3所示，動模組件整體下移過程中，齒條推桿43跟隨推板27下移使齒條推桿43頂部的齒條結(jié)構(gòu)下移帶動驅(qū)動齒輪20旋轉(zhuǎn)，同時驅(qū)動齒輪20旋轉(zhuǎn)帶動斜抽齒條45沿斜抽直通道上移，斜抽齒條45即帶動斜型芯44完成斜抽芯動作。動模組件繼續(xù)下移時齒條推桿43頂部的齒條結(jié)構(gòu)即脫離驅(qū)動齒輪20。動模組件整體下移過程中，側(cè)滑塊8脫離楔頂支撐板7并在斜導(dǎo)柱10的導(dǎo)向作用下同時向背離成型塑件的方向移動完成外側(cè)向抽芯動作。當注塑機動模板下移至設(shè)定距離后注塑機頂桿自機床動模板上頂出，穿過注塑機頂桿通孔頂靠在頂模裝置的推板27上，注塑機頂桿繼續(xù)頂出，推板27帶動頂桿24、復(fù)位桿25分別自頂桿通孔頂出，將成型塑件向上頂出脫離型芯。

同時如圖4所示，推板上移過程中推件部件帶動推件頂板23使推件頂板23的上表面將成型塑件推出，同時，在楔形側(cè)推部件的楔形配合面的作用下內(nèi)側(cè)型芯9向背離塑件的側(cè)抽方向平移完成塑件支撐體B內(nèi)側(cè)面的側(cè)向抽芯動作。

當注塑機頂桿上移至設(shè)定距離后成型塑件被頂桿24和推件頂板23完全推出，完成頂模動作。

取下成型塑件后再次合模時，注塑機頂桿先縮入機床內(nèi)，然后機床動模板上移使動模組件與定模組件貼合即可，合模過程中復(fù)位桿25帶動推板27被整體定模組件同步推回至初始狀態(tài)。

3 結(jié)語

(1)采用組合型芯，共同圍成小型汽車空調(diào)器支架塑件的形體容納空間，各抽芯在其抽芯方向上可與型腔分離，避免了型芯結(jié)構(gòu)的互相干涉，進而保證塑件的質(zhì)量。

(2)由于塑件支撐體B內(nèi)側(cè)面抽芯機構(gòu)設(shè)置在動模板的側(cè)抽安裝腔內(nèi)部，推件頂板既能在合模狀態(tài)時形成塑件的局部形狀，又能在開模狀態(tài)時作為推出機構(gòu)，因此降低了模具加工難度，制造和維修方便，且保證順利開模。

(3)由于塑件支撐體B內(nèi)側(cè)面抽芯機構(gòu)包括楔形側(cè)推部件，因此可以在推件過程中控制內(nèi)側(cè)型芯平移側(cè)抽，進而實現(xiàn)在較狹小的動模板的側(cè)抽安裝腔內(nèi)實現(xiàn)側(cè)抽、保證塑件的成型和質(zhì)量，結(jié)構(gòu)緊湊、制造方便，能夠?qū)A斜設(shè)置的塑件階梯安裝板D和傾斜安裝孔實現(xiàn)穩(wěn)固斜抽、對塑件支撐體B內(nèi)側(cè)面實現(xiàn)穩(wěn)固側(cè)抽，進而實現(xiàn)保證小型汽車空調(diào)器支架塑件的精度。

.知識窗.

全員參加的生產(chǎn)維修制(total production maintes-ance system)日本國根據(jù)本國特點吸取外國經(jīng)驗于1971年提倡的一種設(shè)備維修制度。它包含五個方面的內(nèi)容:(1)把設(shè)備效率提到最高程度(綜合效率或全效率)為目標；(2)建立以設(shè)備一生為對象的生產(chǎn)維修系統(tǒng)；(3)涉及到設(shè)備的計劃、使用、保養(yǎng)等所有部門；(4)從最高領(lǐng)導(dǎo)到第一線，全體成員都參加；(5)加強思想教育，開展生產(chǎn)維修小組活動，推進生產(chǎn)維修。

動摩擦系數(shù)(coefficient of kinetic friction)兩接觸物體間的動摩擦力F與法向反力N的比值，即f′＝F/N。通常動摩擦系數(shù)f′小于靜摩擦系數(shù)f，但在交際應(yīng)用中，可取f′≈f。

動臂起重機(luffing crane)具有擺動臂架，以臂架俯仰來實現(xiàn)變幅運動的起重機。