汽車空調(diào)出風(fēng)管雙色注射模設(shè)計(jì)

張少飛

東江模具（深圳）有限公司（廣東深圳 518132）

1 塑件介紹

圖1所示為一個(gè)汽車內(nèi)部零件的雙色塑件，其中綠色部分是第一色PP+30GF膠料，橙色部分是第二色TPE軟膠。該塑件尺寸比較大，屬于大型雙色注射成型件。

圖1 雙色塑件圖

該塑件平均壁厚2mm，外形尺寸為799×295×262mm，第一色PP+30GF膠料重539.7g，第二色TPE膠料重274.8g。模具要求一模出1+1腔，即先注射成型硬膠PP+30GF膠料然后再注射成型軟膠TPE膠料。

如圖2所示，第一色PP+30GF膠料及第二色TPE膠料的塑件四周都有倒扣，該塑件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很顯然，此塑件不符合簡單雙色模具設(shè)計(jì)最基本原則：定模部分塑件形狀不同，動(dòng)模部分完全相同。這種雙色塑件不能按照普通旋轉(zhuǎn)動(dòng)模具的雙色模具來設(shè)計(jì)。而且，該雙色塑件比較大，如果采用普通的雙色機(jī)旋轉(zhuǎn)動(dòng)模工作臺(tái)的轉(zhuǎn)盤，那么需要3,500t以上的注塑機(jī)，注射成型成本很高。

圖3及圖4是該副模具最終選定的帶中間豎直旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的雙色注塑機(jī)，此雙色注塑機(jī)是平衡式雙色注塑機(jī)，其主射嘴位于普通住注塑機(jī)的正常位置，副射嘴位于主射嘴相對(duì)位置，注塑機(jī)的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)在主射嘴和副射嘴的中間位置，可以沿豎直方向旋轉(zhuǎn)180°。這樣注塑機(jī)的型號(hào)只需1,700t就夠了，但是注塑機(jī)的容模厚度比較大，是普通注塑機(jī)的2倍。

圖2 塑件尺寸結(jié)構(gòu)

圖3 中間豎直旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)雙色注塑機(jī)圖

圖4 中間豎直旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)雙色注塑機(jī)圖

2 分型線及出模方向

該塑件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，塑件4個(gè)面都有倒扣，且第二色TPE軟膠穿插在第一色PP+30GF硬膠中，很顯然采用簡單的旋轉(zhuǎn)動(dòng)模是不可行的。對(duì)于此類塑件，可以采用定模具4個(gè)面滑塊結(jié)構(gòu)。圖5所示為該塑件的分型線及出模方向。

圖5 定、動(dòng)模分型及分型圖

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

模具分型線及出模方向確定了，接下來確定澆口形式及位置。先分析第一色PP+30GF膠料的進(jìn)澆口及形式。根據(jù)塑件特征，第一色PP+30GF硬膠可以采用熱流道轉(zhuǎn)4點(diǎn)潛伏式澆口。圖6為該塑件第一色PP+30GF膠料的澆口圖。

圖6 第一色澆口圖

設(shè)計(jì)前期，通過MoldFlow軟件對(duì)此塑件進(jìn)行詳細(xì)的分析。圖7～圖12為第一色PP+30GF硬膠的MoldFlow軟件分析結(jié)果圖。

圖7 MoldFlow軟件分析第一色PP+30GF膠料澆口圖

圖8 MoldFlow軟件分析第一色PP+30GF膠料填充時(shí)間圖

圖9 MoldFlow軟件分析第一色PP+30GF膠料塑件+流道的V/P切換點(diǎn)圖

圖10 MoldFlow軟件分析第一色PP+30GF膠料塑件的V/P切換點(diǎn)圖

圖11 MoldFlow軟件分析第一色PP+30GF膠料射膠壓力曲線圖

圖12 MoldFlow軟件分析第一色PP+30GF膠料鎖模力曲線圖

從MoldFlow軟件分析數(shù)據(jù)上看，第一色的填充時(shí)間約為2.8S，最大的射膠壓力是138MPa，保壓為110.4MPa，流道上損失壓力為138-116.2=21.8MPa，屬于PP+30GF膠料的注塑范圍內(nèi)。鎖模力為924.4噸，在1,700t的注塑機(jī)范圍內(nèi)。所以該塑件的第一色PP+30GF膠料的澆口形式為熱流道轉(zhuǎn)4點(diǎn)潛伏式澆口方案比較合理。圖13為第一色PP+30Gf膠料的整體澆注系統(tǒng)流道圖。

圖13 第一色膠料整體澆注系統(tǒng)流道圖

接下來分析第二色TPE膠料的進(jìn)澆口及形式。從前面圖1、圖2及圖3中可以看到，該塑件的第二的TPE膠料穿插在第一色PP+30GF膠料中間，在塑件設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮到第二色膠料的澆口形式。如圖14所示，在第一色PP+30GF硬膠合適的位置設(shè)計(jì)引流部分，用于第二色TPE軟膠的進(jìn)膠。由于該塑件比較復(fù)雜，且塑件比較大，除了設(shè)計(jì)一些引流部分外，還采用比較多的進(jìn)膠點(diǎn)。圖15是第二色TPE軟膠的進(jìn)澆口位置圖，共采用12點(diǎn)潛伏式進(jìn)澆口成型第二色TPE軟膠。

圖14 塑件細(xì)節(jié)圖

圖15 第二色澆口圖

同樣，為了確保第二色澆口的合理性，對(duì)于第二色TPE軟膠也進(jìn)行了MoldFlow軟件分析。下面從圖16～圖21為第二色TPE軟膠的MoldFlow軟件的分析結(jié)果圖。

圖16 MoldFlow軟件分析第二色TPE膠料澆口圖

從MoldFlow軟件分析數(shù)據(jù)上看，第二色TPE膠料的填充時(shí)間約為2.7s，最大的注射壓力是150.7MPa，保壓為120.6MPa，流道上損失壓力為150.7-137.6=13.1MPa，在TPE膠料的注塑范圍內(nèi)。鎖模力只需944.4t，也在1,700t的注塑機(jī)范圍內(nèi)。所以該塑件的第二色TPE膠料的澆口形式為熱流道轉(zhuǎn)12點(diǎn)潛伏式澆口方案比較合理。圖22為第二色TPE膠料的整體熱流道系統(tǒng)圖。

圖17 MoldFlow軟件分析第二色TPE膠料填充時(shí)間圖

圖18 MoldFlow軟件分析第二色TPE膠料塑件+流道的V/P切換點(diǎn)圖

圖19 MoldFlow軟件分析第二色TPE膠料塑件的V/P切換點(diǎn)圖

圖20 MoldFlow軟件分析第二色TPE膠料射膠壓力曲線圖

圖21 MoldFlow軟件分析第二色TPE膠料鎖模力曲線圖

圖22 第二色膠料整體澆注系統(tǒng)流道圖

根據(jù)前面對(duì)此雙色塑件的分析，由于第二色膠位設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，該雙色塑件的第二色不能直接在定模型腔成型，可以采用定?；瑝K結(jié)構(gòu)來進(jìn)行雙色注射成型。此套模具所配備生產(chǎn)的雙色注塑機(jī)為中間帶旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的雙色注塑機(jī)，因此該套模具需采用豎直旋轉(zhuǎn)動(dòng)模的模具結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)四面定?；瑝K的結(jié)構(gòu)，第二色TPE膠料全在定模型腔及定模滑塊內(nèi)成型。由于此模具的定模具滑塊比較大，為確保模具動(dòng)作安全可靠，該模具中所有定模滑塊而分別采用獨(dú)立的油缸驅(qū)動(dòng)。圖23為定模滑塊的主要結(jié)構(gòu)圖。

圖23 定?；瑝K主要結(jié)構(gòu)圖

4 模具結(jié)構(gòu)

圖24、圖25為第一色（PP+30GF膠料）模具主要結(jié)構(gòu)圖，圖26、圖27為第二色（TPE膠料）模具主要結(jié)構(gòu)圖，圖28為整副雙色模具主要結(jié)構(gòu)圖。

圖24 第一色膠料模具結(jié)構(gòu)圖Ⅰ

圖25 第一色膠料模具結(jié)構(gòu)圖Ⅱ

圖26 第二色膠料模具結(jié)構(gòu)圖Ⅰ

圖27 第二色膠料模具結(jié)構(gòu)圖Ⅱ

圖28 整套模具結(jié)構(gòu)圖

該模具的熱流道采用SYNVENTIVE品牌，定模型腔采用1.2344材料，熱處理淬火后二次回火到48～50HRC；動(dòng)模型芯采用1.2344材料，熱處理淬火后二次回火到46～48HRC；定模滑塊采用1.2344材料，熱處理淬火后二次回火到50～52HRC；推塊采用1.2344材料，熱處理淬火后二次回火到50～52HRC；推塊內(nèi)滑塊采用1.2767材料，熱處理淬火后回火到52～54HRC；蹺蹺板（見圖19～32）采用1.2344材料，熱處理淬火后回火到50～52HRC；拉鉤采用1.2344材料，熱處理淬火后回火到50～52HRC；控制桿采用01材料，熱處理淬火后回火到54～56HRC。其它標(biāo)準(zhǔn)件采用HASCO品牌的標(biāo)準(zhǔn)件。

5 塑件頂出

該套雙色模具的難點(diǎn)和特點(diǎn)不僅僅在于定?；瑝K的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，塑件的如何頂出及取出方面也是該套雙色模具的難度和特點(diǎn)。

由圖23所示的定?；瑝K主要結(jié)構(gòu)圖可知，定?；瑝K在油缸的驅(qū)動(dòng)下，在開模過程同時(shí)完成定?；瑝K的脫模動(dòng)作，只需要通過電子感應(yīng)開關(guān)控制同步就可以比較容易實(shí)現(xiàn)，難點(diǎn)在于模具打開后的塑件頂出。圖29～圖32是該副模具第二色注射成型完成后定、動(dòng)模開模后塑件頂出前動(dòng)模狀態(tài)圖。

圖29 第二色膠料注射成型完成后塑件頂出前狀態(tài)圖Ⅰ

圖30 第二色膠料注射成型完成后塑件頂出前狀態(tài)圖Ⅱ

圖31 第二色膠料注射成型完成后塑件頂出前狀態(tài)圖Ⅲ

圖32 第二色膠料注射成型完成后塑件頂出前狀態(tài)圖Ⅳ

第二色TPE膠料注射成型完成后，連接在頂桿板上的油缸（見圖29）驅(qū)動(dòng)頂桿板（見圖29），最終通過頂桿板帶動(dòng)圖30中的頂桿Ⅰ、推塊、拉鉤、小頂桿板、圖31中的頂桿固定板、流道頂桿、頂桿及圖32中的頂桿Ⅱ、蹺蹺板、推塊內(nèi)滑塊一起運(yùn)動(dòng)，將塑件頂出動(dòng)模具型芯。當(dāng)頂出到一段距離后，固定在動(dòng)模板上的控制桿接觸到拉鉤，迫使拉鉤轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，使得拉鉤脫開小頂桿板。頂桿板繼續(xù)頂出，此時(shí)固定小頂桿板上的頂桿及流道頂桿Ⅰ停止運(yùn)動(dòng)不再參與塑件的頂出，如圖33所示。

拉鉤脫開時(shí)塑件及推塊內(nèi)的流道的頂出還沒有完成。塑件和冷流道依然留在推塊內(nèi)，不能取出。油缸繼續(xù)帶動(dòng)頂桿板進(jìn)行頂出動(dòng)作，固定在動(dòng)模板上的撞塊接觸到蹺蹺板時(shí)（見圖32），由杠桿原理，蹺蹺板撬動(dòng)頂桿固定板，使得流道頂桿Ⅱ繼續(xù)加速頂出動(dòng)作。由于蹺蹺板的作用，使得流道頂桿Ⅱ的頂出速度快于推塊的頂出速度，從而把冷流道從推塊中頂出，實(shí)現(xiàn)冷流道的最終頂出，這就是利用蹺蹺板實(shí)現(xiàn)冷流道的二次加速頂出機(jī)構(gòu)。在此過程中，通過固定在頂桿固定板上的頂桿Ⅱ推動(dòng)推塊內(nèi)滑塊，從而推動(dòng)固定在推桿固定板內(nèi)部的“T”形滑塊?！癟”形滑塊與推桿固定板、推桿通過螺絲連為一體，見圖34所示。由于“T”形滑塊在頂出方向的運(yùn)動(dòng)與推塊一致，所以最終導(dǎo)致“T”形滑塊通過推桿固定板帶動(dòng)推桿，推桿將塑件推出推塊。最后通過機(jī)械手將塑件取走。至此，塑件完成一次完整的頂出，如圖35、圖36所示。

圖34 “T”形滑塊與推桿固定板連接圖

圖35 頂出第二階段圖Ⅰ

圖36 頂出第二階段圖Ⅱ

6 注射成型過程解析

當(dāng)注塑機(jī)完成第一色PP+30GF膠料注射成型后，進(jìn)行第一次開模動(dòng)作。在模具打開的同時(shí)，固定在定模側(cè)連接定?；瑝K的油缸開始工作，使得定?；瑝K在模具打開過程中，沿著導(dǎo)向條方向運(yùn)動(dòng)，完成定?；瑝K的抽芯動(dòng)作，如圖37所示。在此過程中，定?；瑝K的開模動(dòng)作與注塑機(jī)開模動(dòng)作同步，確保塑件不被損壞。

圖37 定模滑塊抽芯圖

模具完全打開后，注塑機(jī)中間裝盤旋轉(zhuǎn)180°，同時(shí)帶動(dòng)模具的動(dòng)模部分旋轉(zhuǎn)180°，即第一色膠料動(dòng)模與第二色膠料動(dòng)模部分位置對(duì)調(diào)，模具再次合模進(jìn)行第二色膠料注射成型，如圖38所示。第二色膠料注射成型完成后，模具進(jìn)行第二次開模后，通過頂桿板上的油缸驅(qū)動(dòng)頂桿板進(jìn)行頂出塑件，塑件頂松后，最后機(jī)械手將塑件取走，從而完成第一次完整雙色塑件的雙色注射成型。實(shí)際注射成型生產(chǎn)過程中，每個(gè)注射成型周期中，注塑機(jī)第一色膠料與第二色膠料同時(shí)注射成型，每次模具開模后，第一色位置的油缸及頂桿板不頂出，第二色位置油缸及頂桿板先將頂出塑件后且復(fù)位后，注塑機(jī)中間轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)動(dòng)模旋轉(zhuǎn)到下一工作位置，如此循環(huán)生產(chǎn)。圖39為整副模具三維圖。

圖38 動(dòng)模旋轉(zhuǎn)圖

圖39 模具整體圖

7 結(jié)束語

該副模具是典型的復(fù)雜大型雙色注射模，所配備生產(chǎn)的雙色注塑機(jī)需要中間配有旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，注塑機(jī)兩端分別配有主射嘴和副射嘴。該模具結(jié)構(gòu)中包括二次頂出、推塊內(nèi)頂出、定?；瑝K、強(qiáng)制脫模具等多種典型的模具結(jié)構(gòu)。該雙色注射成型模成功解決了大型汽車雙色塑件的注射成型問題，替代了傳統(tǒng)的兩副模具套啤注射工藝，大大地提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低了注射成型成本，為企業(yè)贏得了更多的市場，提高了企業(yè)的競爭力。此類雙色注射模結(jié)構(gòu)，也可運(yùn)用到其它雙色塑件的模具中，值得借鑒和推廣。