汽車油尺扣環(huán)的注塑模具設(shè)計(jì)

王敏

（安徽科技貿(mào)易學(xué)校機(jī)電工程系 233080)

0 引言

油尺扣環(huán)存在于每輛汽車中，其結(jié)構(gòu)、尺寸要求相對(duì)較高。而汽車從研發(fā)到上市的周期一般較長(zhǎng)，但油尺作為一種共用件，可應(yīng)用到不同型號(hào)的汽車中，其模具的設(shè)計(jì)和制造周期一般為2～3個(gè)月，有較為靈活的加工制造、生產(chǎn)空間。

1 產(chǎn)品工藝分析

以市面上常見(jiàn)的油尺扣環(huán)為例，成型塑料使用GE公司的PC+ABS，外形尺寸為48.32 mm×29.99 mm，壁厚為5.5 mm，局部最小壁厚0.7 mm，中間為通孔,碰穿位，側(cè)面有一個(gè)較長(zhǎng)的側(cè)孔，長(zhǎng)度20.02 mm，抽芯距離較長(zhǎng)。其外觀要求相對(duì)較高，表面色澤需均勻、清潔、無(wú)刮痕、飛邊及其他機(jī)械損傷，且不能有明顯色差、結(jié)合線及污點(diǎn)等，手指扣在環(huán)中要相對(duì)圓滑。整副模具的關(guān)鍵是中間部位碰穿孔的加工及側(cè)面較長(zhǎng)的側(cè)孔尺寸控制，因?yàn)閭?cè)孔有和油尺桿的裝配要求，所以模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于鑲件的拆分和側(cè)孔抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）型腔的排布?？紤]到該產(chǎn)品的需求量和實(shí)際結(jié)構(gòu)，將采用一模兩穴，一字形排布的方式，方便進(jìn)膠點(diǎn)的擺放和抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

（2）成型零件的材料選用。設(shè)計(jì)模具要求能夠穩(wěn)定生產(chǎn)25萬(wàn)次，動(dòng)、定模芯采用鑲拼結(jié)構(gòu)，材料選用NAK80鋼材，硬度38～42 HRC，該鋼材的特點(diǎn)是拋光性能好，強(qiáng)度較高?；瑝K座材料也采用NAK80鋼材，兩側(cè)耐磨塊用S136鋼材，淬火硬度48～52 HRC。

（3）動(dòng)模鑲件設(shè)計(jì)。模具上做的鑲件很多情況下是為了方便加工，這樣不僅能將復(fù)雜的加工工藝簡(jiǎn)單化，還也能減小加工成本。此模具膠位（5.6 mm）幾乎全分在后模，采用后模芯整體型腔的方式也能達(dá)到要求。但在CNC粗加工完成后，4個(gè)尖角需要火花放電來(lái)清角，需要先做電極后放電，加工時(shí)間會(huì)變長(zhǎng)，成本也會(huì)有一定的增加。所以拆分成鑲件，每穴1個(gè)（圖1）。六邊形的4個(gè)角可以采用線割加工，鑲件中間凸起的外圓可用CNC加工，且用較大直徑的銑刀就能實(shí)現(xiàn)。

圖1 后模模芯和鑲件

（4）澆口的設(shè)計(jì)。合理的進(jìn)膠方式?jīng)Q定了模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，也決定了產(chǎn)品的質(zhì)量，而澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于澆口的選擇。此產(chǎn)品非直接外觀件，澆口可直接放在產(chǎn)品上，因此適合該產(chǎn)品的澆口形式有3種：側(cè)澆口，該澆口形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，但會(huì)產(chǎn)生澆口沖痕，料頭需要注塑完成后人工或工裝治具修剪掉[1]；潛澆口，一般澆口潛在頂桿或筋條上面，產(chǎn)品頂出后澆口自動(dòng)斷開(kāi)，但該方案存在的問(wèn)題是產(chǎn)品頂出后需要對(duì)澆口余料進(jìn)行手工的修剪，去除產(chǎn)品上的澆口廢料；點(diǎn)澆口，該澆口形式存在的問(wèn)題是澆注系統(tǒng)的廢料較多，注射壓力損失較大，模具需要采用三板模的方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

綜合考慮此產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外觀要求，為達(dá)到最好的進(jìn)膠效果，同時(shí)還能縮短注塑周期，采用側(cè)進(jìn)膠的方式最合適。雖然在澆口附近會(huì)有一定的沖痕產(chǎn)生，但可通過(guò)適當(dāng)?shù)淖⑺芄に噥?lái)改善，側(cè)澆口大小為2.0 mm。

（5）抽芯系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。產(chǎn)品的內(nèi)部有一個(gè)長(zhǎng)20 mm的側(cè)孔用來(lái)裝配金屬部件，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)區(qū)域的出模，采用滑塊抽芯來(lái)成型。常用的滑塊抽芯有斜導(dǎo)柱式、斜鏟基式和油缸（氣缸）抽芯3種方式，雖然抽芯距離較長(zhǎng)，但滑塊本身的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，所以采用斜導(dǎo)柱式。此方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且零件的加工相對(duì)容易。側(cè)孔深度20 mm，加上退出的安全距離2～3 mm，滑塊總的行程為23 mm，算上產(chǎn)品在成型完的頂出行程15 mm，以這2個(gè)長(zhǎng)度作為三角函數(shù)的2邊，其正切值為0.65，反正切算出夾角為33°。為方便滑塊本體導(dǎo)柱孔和模架上孔的加工，最后取斜角為35°。

如圖2所示，為方便滑塊和模芯的加工，同時(shí)不影響模仁的強(qiáng)度，滑塊座2采用外掛式，直接和后模模芯2貼合，滑塊耐磨塊5鎖附在后模模板1上，成型產(chǎn)品的側(cè)孔采用鑲針6直接掛在滑塊座上，方便側(cè)孔尺寸的修改和后續(xù)配件磨損后的更換。模具開(kāi)模時(shí)，滑塊在彈簧的作用下可能會(huì)從模架上脫落，故在滑塊退出行程的尾端位置加限位機(jī)構(gòu)，此限位機(jī)構(gòu)常用的是機(jī)械式和止動(dòng)滾珠式。

圖2 澆口形狀和大小

（6）頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)了滑塊抽芯機(jī)構(gòu)后，產(chǎn)品不存在有脫模倒扣的問(wèn)題，為了使其順利頂出，在產(chǎn)品4個(gè)轉(zhuǎn)角的地方每穴布置4個(gè)圓頂針來(lái)頂出產(chǎn)品即可；料頭在模芯正中間放置1個(gè)和流道一樣大小的圓頂針來(lái)彈出料頭。

3 模具的整體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程

開(kāi)始進(jìn)入到滑塊上的導(dǎo)柱孔時(shí)，因?yàn)橛行倍鹊年P(guān)系，斜導(dǎo)柱會(huì)壓縮兩側(cè)滑塊向中間運(yùn)動(dòng)，直到滑塊完全和模仁貼合，此時(shí)模具分型面也貼合關(guān)閉，可進(jìn)行下一個(gè)注塑周期。

圖3 模具結(jié)構(gòu)

模具結(jié)構(gòu)如圖3所示。工作過(guò)程：合模注射時(shí)，熔融的塑料熔體在注塑機(jī)螺桿的作用下，從噴嘴通過(guò)流道、澆口充滿型腔，保壓補(bǔ)縮，冷卻后模具打開(kāi)。開(kāi)模時(shí)，模具從動(dòng)、定模分模面分開(kāi)，同時(shí)兩側(cè)的滑塊在彈簧的作用下會(huì)隨著分型的打開(kāi)而慢慢彈開(kāi)，一直到滑塊座碰到其后的限位螺栓，此時(shí)滑塊停止后退的動(dòng)作。但前后模隨著注塑機(jī)的作用打開(kāi)到足夠的距離（此距離在試模時(shí)可調(diào)整，已產(chǎn)品能完全脫開(kāi)，且人手或機(jī)械手有足夠的空間取產(chǎn)品為限），產(chǎn)品隨后被頂出。頂出時(shí)，注塑機(jī)頂桿通過(guò)KO孔一直頂在模具下固定板，頂桿前進(jìn)，帶動(dòng)頂針對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行頂出。頂出到設(shè)定的距離后，機(jī)械手取出產(chǎn)品，此時(shí)4個(gè)彈簧處于壓縮狀態(tài)，回彈力較大。然后，注塑機(jī)頂桿回退，模具頂板在4個(gè)彈簧的作用下后退，一直被頂?shù)阶铋_(kāi)始的合模狀態(tài)，頂出結(jié)束。緊接著動(dòng)、定模開(kāi)始合模，當(dāng)斜導(dǎo)柱

4 試模效果

為達(dá)到較好的表面質(zhì)量，采用模溫機(jī)對(duì)模具的動(dòng)、定模溫度進(jìn)行調(diào)整，設(shè)置動(dòng)模溫度60℃，定模溫度為85℃。因?yàn)椴捎玫膫?cè)進(jìn)膠方式，為防止進(jìn)點(diǎn)處流痕過(guò)大，注塑機(jī)的射速較慢，設(shè)定1 s的保壓時(shí)間，模腔內(nèi)冷卻后，試模效果較好。本模具在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，模具動(dòng)作平穩(wěn)且頂出過(guò)程可靠，試模效果理想，塑件的品質(zhì)和尺寸符合設(shè)計(jì)的要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

精密模具的設(shè)計(jì)制造一定要從多個(gè)方面多個(gè)角度來(lái)思考，把握一個(gè)準(zhǔn)則就是“平衡”，所以進(jìn)膠平衡是關(guān)鍵，冷卻均勻、頂出及抽芯機(jī)構(gòu)作動(dòng)平穩(wěn)才能設(shè)計(jì)制造出一個(gè)好的模具。

[1]王樹(shù)勛，蘇樹(shù)珊.模具實(shí)用技術(shù)設(shè)計(jì)綜合手冊(cè)[K].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2003,6.