汽車儀表板儲(chǔ)物盒熱流道大型注塑模設(shè)計(jì)

馮 婧，張維合，鄧成林

(1.廣東科技學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，廣東 東莞 523000；2.東莞市模人科技有限公司，廣東 東莞 523000)

0 前言

在汽車內(nèi)飾件中，儀表板是集安全性、舒適性及裝飾性于一體的部件。儀表板總成主要由上、下儀表板本體、除霜風(fēng)道、出風(fēng)口、組合儀表護(hù)罩、儲(chǔ)物盒、手套箱、中控面板和煙灰缸等零件組成。本文設(shè)計(jì)了一套汽車儀表板儲(chǔ)物盒注塑模具，在成型零件、側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)、脫模系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面均有所創(chuàng)新，徹底解決了同類塑件一直存在的黏定模、脫模困難和成型周期長(zhǎng)等問題。

1 塑件外觀要求與結(jié)構(gòu)分析

(a)主視圖 (b)E-E剖視圖 (c)F-F剖視圖 (d)立體圖圖1 汽車儀表板儲(chǔ)物盒零件圖Fig.1 The handschuhkasten of automobiles

圖1所示為某款汽車儀表板儲(chǔ)物盒零件圖，材料為聚甲基乙撐碳酸酯(PPC)，收縮率取1.2 %[1]。PPC是以二氧化碳和環(huán)氧丙烷為原料合成的一種完全可降解的環(huán)保型塑料，主要性能為耐低溫。儀表板儲(chǔ)物盒是汽車最重要的內(nèi)飾件之一，最大外形尺寸為：362.9 mm×274.6 mm×457.5 mm。塑件技術(shù)要求及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：(1)外觀面要求極高，不允許有斑點(diǎn)、澆口痕跡、收縮凹陷、熔接痕和飛邊等成型缺陷，外觀夾線處不允許起級(jí)。(2)外觀面需蝕皮紋，外側(cè)面(又稱A面)的脫模斜度不得小于5 °。(3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加強(qiáng)筋較多，內(nèi)、外側(cè)面共有4個(gè)大面積倒扣，分別為S1、S2 、S3和S4，脫模較困難。

2 模具結(jié)構(gòu)分析

儲(chǔ)物盒的內(nèi)表面為外觀面，不允許有推桿痕跡，因此由定模模成型，外表面由動(dòng)模成型，成型塑件對(duì)定模包緊力較大，模具需要解決塑件黏定模的問題。儲(chǔ)物盒為大型塑件，澆注系統(tǒng)采用熱流道，由2點(diǎn)開放式熱嘴轉(zhuǎn)冷流道側(cè)進(jìn)膠。側(cè)向抽芯分別采用“滑塊+斜導(dǎo)柱”、“ 油缸+滑塊”和“斜頂+斜推桿”等側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)。 模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2。

1—定模固定板 2—定模A板 3—定模鑲件 4—熱流道板 5—熱射嘴壓板 6—一級(jí)熱射嘴 7—側(cè)向抽芯 8—鎖緊塊9—斜導(dǎo)柱 10—彈簧 11—擋塊 12—?jiǎng)幽ｈ偧?13—?jiǎng)幽板 14—?jiǎng)幽Ｐ托?15—脫模油缸 16—推件固定板17—推件底板 18—?jiǎng)幽９潭ò?19—推柱 20—撐柱 21—斜導(dǎo)柱 22—擋塊 23—彈簧 24—滑塊 25—鎖緊塊26—二級(jí)熱射嘴G1 27、28—楔緊塊 29、32—流道凝料推桿 30—二級(jí)熱射嘴G2 33—先復(fù)位彈簧 34—復(fù)位桿 35—硬塊36—方鐵 37—側(cè)向抽芯 38—導(dǎo)柱 39—導(dǎo)套 40—斜抽芯 41—斜推桿 42導(dǎo)向塊 43—斜推桿滑座 44—抽芯油缸(a)動(dòng)模排位圖 (b)A-A剖視圖 (c)B-B剖視圖 (d)熱射嘴G1 (e)熱射嘴G2 (f)先復(fù)位機(jī)構(gòu) (g)M處放大 (h)D向視圖圖2 汽車儀表板儲(chǔ)物盒模具結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The injection mold stracture of the handschuhkasten of automobiles

模具采用非標(biāo)模架，外形尺寸為：1 200 mm×950 mm×1 160 mm,總質(zhì)量約7 t，屬于大型注塑模具[2]。

2.1 成型零件設(shè)計(jì)

模具定、動(dòng)模都采用鑲拼結(jié)構(gòu)。模具分型面高低落差較大，為保證受力平衡，注射時(shí)無側(cè)滑趨勢(shì)，型腔四周的分型面設(shè)計(jì)了互鎖式止口定位，詳見圖3。

圖3 分型面設(shè)計(jì)定位止口Fig.3 Design of parting surface

為了動(dòng)模對(duì)成型塑件的拉力，本文在動(dòng)模側(cè)設(shè)計(jì)了多條加強(qiáng)筋增加拉力，在無法設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋地方則設(shè)計(jì)倒扣紋或?qū)⑼茥U頂端磨出“Z”形倒扣，倒扣紋深度0.5～1 mm[3]，這些措施成功解決了儲(chǔ)物盒黏定模的問題。

模具使用壽命為30萬次，出口到日本，因而材料采用SCM440。SCM440屬于SCM類材料，為日本的CrMO系合金鋼。模具定、動(dòng)模鑲件為同一種材料，為減小定、動(dòng)模鑲件之間的磨損，防止插燒，動(dòng)模鑲件的硬度必須比定模鑲件小2 HRC左右。

2.2 導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

儲(chǔ)物盒模具屬于大型精密模具，導(dǎo)向定位必須可靠。為此模具在4個(gè)角上各設(shè)計(jì)了1支φ60 mm×550 mm的圓導(dǎo)柱，并設(shè)計(jì)了4個(gè)模架管位，詳見圖4。4支圓導(dǎo)柱安裝在定模側(cè)，這樣方便塑件取出。為保證斜導(dǎo)柱和滑塊安全復(fù)位，導(dǎo)柱的長(zhǎng)度必須做到在斜導(dǎo)柱插入滑塊前20 mm插入導(dǎo)套[4]。在汽車模具設(shè)計(jì)中，圓導(dǎo)柱前端要做一段單邊5 °的斜度，導(dǎo)套長(zhǎng)度等于導(dǎo)柱直徑的1.5倍即可，導(dǎo)套用壓板壓住，導(dǎo)套壓板材料用CR12淬火，既可做壓板用，又可做承壓板用。

(a)定模立體圖 (b)動(dòng)模立體圖圖4 汽車儀表板儲(chǔ)物盒模具導(dǎo)向定位系統(tǒng)Fig.4 The stereogram of molds

2.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)模流分析，模具采用2點(diǎn)開放式熱流道轉(zhuǎn)冷流道側(cè)進(jìn)膠的澆注系統(tǒng)。熱流道澆注系統(tǒng)由一級(jí)熱射嘴、熱流道板和二級(jí)熱射嘴組成，詳見圖5。熱嘴區(qū)域以及熱嘴正對(duì)著的動(dòng)模區(qū)域，設(shè)計(jì)了冷卻水來加強(qiáng)對(duì)熱嘴區(qū)域的冷卻，避免了塑件外觀出現(xiàn)缺陷[5]。

(a)熱流道澆注系統(tǒng)平面圖 (b)熱流道澆注系統(tǒng)立體圖圖5 兩點(diǎn)開放式熱流道澆注系統(tǒng)Fig.5 The hot runner gating system

2.4 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)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)之一。針對(duì)塑件外側(cè)的倒扣S1，S2，模具采用了“滑塊+斜導(dǎo)柱+彈簧”的抽芯機(jī)構(gòu)，抽芯方向見圖2(c)。倒扣S4采用 “斜頂桿+斜頂”的抽芯結(jié)構(gòu)，詳見圖2(b)。塑件外側(cè)面倒扣S3由于受塑件結(jié)構(gòu)限制，需進(jìn)行隧道抽芯，模具采用了“滑塊+油缸+鎖緊塊”的隧道抽芯結(jié)構(gòu)，合模時(shí)利用油壓和鎖緊塊的作用鎖緊滑塊進(jìn)行注塑，注塑成型后、模具開模前，由油壓的作用直接使滑塊沿抽芯方向運(yùn)動(dòng)，使之脫離倒扣，詳見圖2(h)。汽車注塑模具這種結(jié)構(gòu)較多，油缸缸徑的選擇與抽芯最大投影面積、鎖緊塊的斜度都有關(guān)系，一般可參照表1。

2.5 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具的溫度控制系統(tǒng)采用了“直通式水管+隔片式水井”的組合形式，詳見圖2和圖6。這種組合形式是優(yōu)先采用直通式水管，其次是采用隔片式水井。其優(yōu)點(diǎn)是塑件冷卻均勻，成型周期短，成型質(zhì)量高，適用于塑件精度與外觀要求高的模具[6]。缺點(diǎn)是過多的冷卻水井會(huì)影響模具的強(qiáng)度。模具的斜頂長(zhǎng)寬方向尺寸小于50 mm×50 mm，沒有單獨(dú)設(shè)計(jì)冷卻水，但斜頂材料采用了導(dǎo)熱性很好的鈹銅，并在斜頂旁邊設(shè)計(jì)了冷卻水道。模具的側(cè)向滑塊由于和膠位接觸面積較大，都設(shè)計(jì)了冷卻水道對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)冷卻。

表1 油缸缸徑、抽芯最大投影面積和鎖緊面角度的關(guān)系

Tab.1 The relation between cylinder diameter, maximum projection area of core drawing and locking face angle

(a)定模冷卻系統(tǒng) (b)動(dòng)模冷卻系統(tǒng)圖6 模具溫度控制系統(tǒng)Fig.6 Temperature control system of molds

模具定模側(cè)設(shè)計(jì)了2組冷卻水路，動(dòng)模設(shè)側(cè)計(jì)了4組冷卻水路，模具冷卻水路縱橫交錯(cuò)布置，方向與料流方向大致一致。模具的溫度控制系統(tǒng)均衡且高效，有效保證了成型塑件尺寸精度和外觀質(zhì)量，注射周期為50 s，模具的勞動(dòng)生產(chǎn)率提高了10 %。

2.6 脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具采用“推桿+推塊+斜頂+油缸頂出”組合脫模結(jié)構(gòu)，詳見圖7。模具完成開模行程后，依靠推件推出塑件與流道，由于脫模力較大，推件固定板采用了兩個(gè)液壓油缸推動(dòng)和拉回復(fù)位，油缸規(guī)格CSLA15C63N120W。因液壓剛性較差，故推件固定板最終準(zhǔn)確復(fù)位還必須依靠4支復(fù)位桿。本模具設(shè)計(jì)了2個(gè)φ63 mm×120 mm的油缸，依靠集油塊油路串聯(lián)布置，這樣設(shè)計(jì)使油路設(shè)計(jì)做到了平衡，從而保證了模具頂出的平衡。油缸驅(qū)動(dòng)推件的模具都不能采用復(fù)位彈簧，為保證分型面接觸之前推件提前復(fù)位，模具設(shè)計(jì)了推桿先復(fù)位機(jī)構(gòu)，在每一根復(fù)位桿的下面設(shè)計(jì)了一根彈簧[7]，詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2(g)。

圖7 汽車儀表板儲(chǔ)物盒模具脫模系統(tǒng)Fig.7 The mould demoulding system

2.7 模具排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)嚴(yán)重影響塑件的品質(zhì)，出現(xiàn)諸如填充不滿、困氣、脫模不順等成型缺陷，困氣嚴(yán)重時(shí)還會(huì)燒焦塑件，故合理設(shè)計(jì)排氣至關(guān)重要。汽車儀表板儲(chǔ)物盒注塑模主要通過分型面、鑲件接合面、推件與鑲件之間的間隙排氣，

其中分型面排氣槽是主要的排氣結(jié)構(gòu)，開設(shè)在定模側(cè)，加工方便，清除溢料方便，詳見圖8。分型面排氣槽包括一級(jí)排氣槽和二級(jí)排氣槽，其中一級(jí)排氣槽深0.05 mm，寬15 mm，排氣槽與排氣槽之間的距離應(yīng)均勻合理，控制在60～80 mm之間。二級(jí)排氣槽深1 mm，寬20 mm。

圖8 汽車儀表板儲(chǔ)物盒模具排氣系統(tǒng)Fig.8 The exhaust system of molds

3 模具工作過程

熔體通過注塑機(jī)噴嘴，經(jīng)一級(jí)熱射嘴6進(jìn)入熱流道板4，再由二級(jí)熱射嘴26、30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18，模具從分型面Ⅰ處開模。在開模過程中，斜導(dǎo)柱9、21分別撥動(dòng)滑塊7、24進(jìn)行側(cè)向抽芯，抽芯油缸44拉動(dòng)滑塊37進(jìn)行隧道抽芯。開模距離達(dá)到300 mm后，上下兩個(gè)油缸15啟動(dòng)，推動(dòng)推件底板17，推件底板推動(dòng)各推桿、推塊和斜推桿41，一邊進(jìn)行內(nèi)側(cè)向抽芯，一邊將成型塑件推離動(dòng)模。塑件由機(jī)械手取出后，油缸15拉動(dòng)推件固定板及推件和斜頂復(fù)位，抽芯油缸44推動(dòng)滑塊37復(fù)位。接著注塑機(jī)推動(dòng)動(dòng)模合模，在合模過程中斜導(dǎo)柱9、21分別推動(dòng)滑塊7、24復(fù)位，模具開始下一次注射成型。

4 結(jié)論

(1)模具采用“推桿+斜頂+推塊+油缸頂出”的脫模機(jī)構(gòu)，解決了汽車儀表板儲(chǔ)物盒大型塑件脫模困難問題；

(2)模具采用“油缸+滑塊+鎖緊塊”的側(cè)向隧道抽芯機(jī)構(gòu)，且油缸是間接作用在鎖緊塊上的隧道抽芯，大大減小了模具的外形尺寸，解決了隧道抽芯難的問題；

(3)模具采用在動(dòng)模側(cè)設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋和倒扣紋，成功解決了汽車儀表板儲(chǔ)物盒黏定模的問題；

(4)模具通過采用均衡且高效的“直通式水管+隔片式水井”溫度控制系統(tǒng)，大大提高了塑件的尺寸精度，成型周期50 s，降低了10 %；

(5)模具投產(chǎn)至今，運(yùn)行平穩(wěn)安全，成型塑件各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。