SUV儀表臺(tái)熱流道多澆口注塑模優(yōu)化設(shè)計(jì)

沈忠良，肖國華，楊安

(1.浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，浙江寧波 315012 ； 2.杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院友嘉機(jī)電學(xué)院，杭州 310018)

汽車儀表臺(tái)是汽車內(nèi)飾件中的一個(gè)大型塑件，其注塑模具的設(shè)計(jì)和制造也非常特殊，與一般中小型內(nèi)飾件相比，儀表臺(tái)塑件的模具設(shè)計(jì)與制造有以下幾方面問題需要特別注意：①儀表臺(tái)為大型塑件，其主要成型件——型腔和型芯以整體式設(shè)計(jì)為主，以保證成型件的強(qiáng)度，防止使用過程中成型件的變形，型腔和型芯最好直接從模板上加工獲得[1-3]；②澆注系統(tǒng)宜采用多點(diǎn)熱流道嘴[4-6]，末端冷流道盡可能短，以保證料流在復(fù)雜模腔內(nèi)能夠充分流動(dòng)；③脫模機(jī)構(gòu)中，盡可能采用導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)型滑塊機(jī)構(gòu)，以免滑塊機(jī)構(gòu)使用一定壽命后，因磨損而導(dǎo)致失衡卡死，斜頂機(jī)構(gòu)盡可能使用圓柱形斜頂桿+斜頂頭結(jié)構(gòu)形式，以減少斜頂?shù)哪p，降低加工難度，便于斜頂修配和安裝，針對(duì)脫模中出現(xiàn)的卡滯問題，應(yīng)進(jìn)行專門的機(jī)構(gòu)改進(jìn)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[7-9]；④頂出機(jī)構(gòu)中，頂針型號(hào)、數(shù)量較多，且高度不一，對(duì)頂出板要進(jìn)行準(zhǔn)確的復(fù)位控制[10-12]；⑤機(jī)構(gòu)零件及模架盡可能地進(jìn)行簡化設(shè)計(jì)，以降低模具的制造成本，從而縮短制造工期[13-15]。筆者以某SUV儀表臺(tái)為例，結(jié)合上述幾個(gè)方面進(jìn)行了相應(yīng)的注塑模具設(shè)計(jì)，以供設(shè)計(jì)人員借鑒參考。

1 儀表臺(tái)塑件結(jié)構(gòu)分析

某SUV儀表臺(tái)塑件的形狀如圖1所示，塑件的外圍尺寸為1 365 mm×520 mm×360 mm，塑件壁厚分布不均，最厚2.8 mm，最薄1.2 mm。塑件材質(zhì)為聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料合金材料。塑件兩側(cè)的A區(qū)、B區(qū)安裝在車架側(cè)邊上，C區(qū)為儀表罩蓋，D區(qū)為玻璃吹風(fēng)口區(qū)，E區(qū)為收納盒安裝區(qū)，F(xiàn)區(qū)為中控電腦安裝區(qū)，G區(qū)為儲(chǔ)物箱安裝區(qū)，H區(qū)為內(nèi)飾皮紋區(qū)，I區(qū)、J區(qū)為左右兩側(cè)門窗玻璃吹風(fēng)口區(qū)，K區(qū)為安全氣囊安裝區(qū)，M區(qū)為小音箱安裝區(qū)。

圖1 塑件結(jié)構(gòu)

塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具設(shè)計(jì)也有較大的難度，主要為以下幾點(diǎn)：①特征多，脫模設(shè)置工作量大；②分型復(fù)雜，分型設(shè)置時(shí)，需要設(shè)置較多的輔助脫模機(jī)構(gòu)；③各特征區(qū)質(zhì)量分布不均，且壁厚也有較大差別，流動(dòng)路徑復(fù)雜，澆注較為困難；④脫模困難的部位多，特別是A區(qū)、B區(qū)及D區(qū)；⑤內(nèi)壁上有較多且較深的卡扣腳、薄壁深筋及倒扣等。

2 分型及澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

塑件采用臥式單腔布局，塑件的主分型面及內(nèi)分型面設(shè)置如圖2所示。

圖2 分型及熱流道設(shè)置

在此分型設(shè)置下，模具單次開模即可實(shí)現(xiàn)塑件的成型和自動(dòng)脫模。采用分區(qū)澆注方式進(jìn)行澆注，將模腔劃分為6個(gè)分區(qū)后，應(yīng)用圖2中所示的6條熱流道HR1～HR6進(jìn)行澆注，6條熱流道的料流注入到熱流道嘴所在的內(nèi)分型面上后，再通過短冷流道及側(cè)澆口注入模腔中，澆口設(shè)置9個(gè)，澆口形式均為扇形側(cè)澆口，進(jìn)澆厚度1 mm，以便于后續(xù)的澆口剪除加工。澆注系統(tǒng)設(shè)置如圖3所示。圖3中，冷流道CR1由熱流道嘴H1供料，由G1，G2澆口對(duì)塑件進(jìn)行澆注；冷流道CR2由熱流道嘴H2供料，由G3，G4澆口對(duì)塑件進(jìn)行澆注；冷流道CR3由熱流道嘴H3供料，由G6澆口對(duì)塑件進(jìn)行澆注；冷流道CR4由熱流道嘴H4供料，由G7澆口對(duì)塑件進(jìn)行澆注；冷流道CR5由熱流道嘴H5供料，由G8，G9澆口對(duì)塑件進(jìn)行澆注；冷流道CR6由熱流道嘴H6供料，由G5澆口對(duì)塑件進(jìn)行澆注。

圖3 澆注系統(tǒng)設(shè)置

對(duì)設(shè)置的澆注系統(tǒng)進(jìn)行了CAE分析，結(jié)果如圖4所示。由圖4a可以看出，模腔的總充填時(shí)間為3.5 s，充填所需時(shí)間不長，澆注系統(tǒng)的充填效果良好。從充填末端的均衡性看，充填末端時(shí)間范圍為2.4～3.3 s，差別不大。結(jié)合圖4b來看，所需充填壓力不大，最大為92.81 MPa，實(shí)際模腔所需壓力為60 MPa左右。各末端的充填壓差較大，特別是充填壓力為13.2 MPa的位置，需要改善流動(dòng)通道，以降低所需壓力，另外一個(gè)是增強(qiáng)充填末端的排氣，以免引起注塑飛邊。

圖4 澆注系統(tǒng)CAE分析結(jié)果

3 脫模機(jī)構(gòu)布置

8個(gè)脫模機(jī)構(gòu)的布置如圖5所示。主分型面打開時(shí)，A區(qū)、B區(qū)、D區(qū)應(yīng)用滑塊機(jī)構(gòu)SA，SB，SD三個(gè)機(jī)構(gòu)同步實(shí)施側(cè)抽芯脫模。模具打開后，塑件從型芯上頂出實(shí)施完全脫模時(shí)，C區(qū)內(nèi)壁的兩個(gè)倒扣需要使用XC1，XC2兩個(gè)頂出機(jī)構(gòu)脫模，G區(qū)內(nèi)壁的兩個(gè)倒扣使用XG1頂出機(jī)構(gòu)脫模，G兩個(gè)側(cè)邊孔需要使用XG2，XG3兩個(gè)頂出機(jī)構(gòu)脫模。

3．1 SA滑塊機(jī)構(gòu)

圖5 脫模機(jī)構(gòu)布置

圖6 SA滑塊機(jī)構(gòu)

SA滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖6所示。SA滑塊機(jī)構(gòu)針對(duì)A區(qū)整個(gè)側(cè)面的脫模而設(shè)置，SA滑塊3以整體式滑塊機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，結(jié)合成型件的加工難度而適當(dāng)設(shè)置成型鑲件1，這樣有利于增強(qiáng)整個(gè)A區(qū)側(cè)面滑塊的強(qiáng)度。

SA滑塊3通過對(duì)稱布置的兩個(gè)斜導(dǎo)柱4進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以保證SA滑塊3的驅(qū)動(dòng)平衡性，避免其因不平衡滑動(dòng)而過早損傷，使用壽命縮短；SA滑塊底部設(shè)置了中間導(dǎo)向條10進(jìn)行導(dǎo)向，且中間導(dǎo)向條10的耐磨性比SA滑塊3差，這樣便于易損零件的更換，避免SA滑塊3依靠壓條6所在的兩個(gè)模板側(cè)面來導(dǎo)向，進(jìn)而避免對(duì)模板的磨損，能有效降低模具的維修成本。限位柱9采用包膠式柱頭，能有效避免SA滑塊3滑出時(shí)的撞擊噪聲，降低車間噪聲污染。應(yīng)用中間導(dǎo)向條10導(dǎo)向后，兩個(gè)壓條6的導(dǎo)向功能取消，無須再設(shè)置定位銷，只需設(shè)置6個(gè)螺絲固定即可，能有效降低滑塊所在模板的加工量及加工難度。SA滑塊3采用整體式結(jié)構(gòu)也有利于冷卻水路的開設(shè)。上耐磨壓板2，SA滑塊3滑塊背部耐磨板，底耐磨板7都采用帶油槽的標(biāo)準(zhǔn)件，有利于生產(chǎn)效率的提高，且便于安裝。斜導(dǎo)柱4采用斜導(dǎo)柱壓板5進(jìn)行壓緊安裝，方便安裝和調(diào)校，且能有效減少斜導(dǎo)柱安裝孔的機(jī)加工量。

3．2 SB滑塊機(jī)構(gòu)

SB滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖7所示。SB滑塊機(jī)構(gòu)針對(duì)B區(qū)整個(gè)側(cè)面的脫模而設(shè)置，SB滑塊11同樣也為整體式滑塊機(jī)構(gòu)，其機(jī)構(gòu)零件及結(jié)構(gòu)同SA滑塊機(jī)構(gòu)相同。

圖7 SB滑塊機(jī)構(gòu)

SA滑塊機(jī)構(gòu)、SB滑塊機(jī)構(gòu)都為安裝于動(dòng)模的滑塊機(jī)構(gòu)。

3．3 SD滑塊機(jī)構(gòu)

SD滑塊機(jī)構(gòu)用于D區(qū)的側(cè)抽芯脫模，機(jī)構(gòu)安裝于模具定模型腔板內(nèi)，為定模抽芯機(jī)構(gòu)，如圖8所示。

圖8 SD滑塊機(jī)構(gòu)

SD滑塊機(jī)構(gòu)具體的安裝情況為：①先將2組T型導(dǎo)軌23安裝于定模型腔板內(nèi)的側(cè)壁上，與之滑動(dòng)配合的導(dǎo)軌壓條24則安裝于SD滑塊22的背面；②再將4根彈簧柱20通過對(duì)應(yīng)的彈簧柱壓緊塊19安裝于定模型腔槽內(nèi)，將相應(yīng)的4個(gè)彈簧21放入SD滑塊22上的4個(gè)彈簧孔內(nèi)；③將SD滑塊22沿T型導(dǎo)軌23裝入定模型腔板內(nèi)，并用2組L型限位塊進(jìn)行限位，防止其從型腔板內(nèi)脫落，如圖8中N-N剖視圖所示；④將2個(gè)拉鉤26安裝于動(dòng)模型芯板上，與之對(duì)應(yīng)的2個(gè)拉鉤塊25則分別安裝于SD滑塊22的兩側(cè)底端；⑤SD滑塊22的背部設(shè)置有耐磨鎖緊板，且其底部也設(shè)置有斜面耐磨鎖緊板28，用于模具閉合時(shí)對(duì)滑塊的鎖緊。

SD滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)置為定模彈滑式滑塊機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：①機(jī)構(gòu)得到簡化，減少了輔助零件數(shù)量，且便于裝配；②避免了采用倒裝斜導(dǎo)柱滑塊式抽芯機(jī)構(gòu)帶來的加工和安裝難度，或者油缸式抽芯機(jī)構(gòu)的高制造成本；③SD滑塊22為整體式滑塊，便于水路開設(shè)，增強(qiáng)D區(qū)的冷卻設(shè)計(jì)。

3．4 斜頂機(jī)構(gòu)

斜頂機(jī)構(gòu)如圖9所示。圖9中，XG1，XG2，XG3機(jī)構(gòu)為斜頂機(jī)構(gòu)，其作用為用于G區(qū)內(nèi)壁倒扣的脫模。三者都采用圓柱形斜頂桿+頂塊的結(jié)構(gòu)形式，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：①斜頂塊便于加工，且其頂出方向的定位便于設(shè)置，也便于動(dòng)模型芯板內(nèi)斜頂槽的加工；②頂出所用的斜頂桿形狀簡單，有利于圓頂桿標(biāo)準(zhǔn)件的使用，對(duì)應(yīng)的動(dòng)模型芯板內(nèi)的頂桿孔無須采用線切割加工，能有效節(jié)省成本。

圖9 斜頂機(jī)構(gòu)

3．5 卡扣腳頂桿

如圖9所示，塑件上有多處深度較深的卡扣腳，卡扣腳的成型件如直接從型芯上加工，需要采用電火花加工，不但需要加工大量的火花電極，而其點(diǎn)火加工的時(shí)間也比較長，因而，采用圖9中的D1頂桿來成型，D1頂桿的頂端用于卡扣腳成型的頭部分割為兩半，頂桿鑲件35單獨(dú)加工后通過螺絲緊固安裝在D1頂桿頭部。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：①卡扣腳所對(duì)應(yīng)位置的型芯上，只需鉆頭加工一個(gè)頂桿孔即可，快速且便捷；②D1頂桿的頭部及頂桿鑲件35能采用數(shù)控精雕機(jī)進(jìn)行快速加工，有利于零件加工的高效進(jìn)行，且加工費(fèi)用相對(duì)低廉。

3．6 直頂塊機(jī)構(gòu)

直頂塊機(jī)構(gòu)如圖10所示。C區(qū)儀表盤內(nèi)壁有多處直槽，設(shè)置XC1，XC2頂塊機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行頂出脫模，此處這樣設(shè)計(jì)可以避免因頂桿直徑小而對(duì)塑件造成的頂出破壞。

圖10 直頂塊機(jī)構(gòu)

3．7 局部鑲件

薄筋鑲件機(jī)構(gòu)如圖11所示。對(duì)于G區(qū)下端的陣列型筋位，因其筋位多且薄，需要設(shè)置小尺寸頂針進(jìn)行頂出，筋位的成型槽若采用電火花加工費(fèi)時(shí)且成本高，因而在此處單獨(dú)設(shè)計(jì)一個(gè)薄筋位鑲件40，以便于對(duì)其進(jìn)行機(jī)加工及精雕加工。

圖11 薄筋鑲件機(jī)構(gòu)

4 模具設(shè)計(jì)

4．1 定模設(shè)計(jì)

圖12 定模設(shè)計(jì)

模具為兩板式單開型熱流道模具，定模的設(shè)計(jì)如圖12所示。鑒于塑件較大的緣故，無法選用標(biāo)準(zhǔn)模架來進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因而只能采用自制非標(biāo)模架。模架中，不設(shè)置導(dǎo)柱導(dǎo)套機(jī)構(gòu)來進(jìn)行模板的閉合導(dǎo)向，而是設(shè)置4個(gè)導(dǎo)向插桿來進(jìn)行導(dǎo)向，并配合以定位錐度塊來實(shí)現(xiàn)模腔閉合的準(zhǔn)確性。這樣，能有效減少模架的加工和修配難度。型腔和型芯直接從模板上銑削加工而成，以保證模腔的整體強(qiáng)度。SD機(jī)構(gòu)設(shè)置在定模一側(cè)，也有利于降低模具的加工難度。對(duì)應(yīng)于HR1～HR6流道，設(shè)置了H1～H66個(gè)熱流道嘴。

4．2 動(dòng)模設(shè)計(jì)

動(dòng)模的設(shè)計(jì)如圖13所示。動(dòng)模設(shè)計(jì)中，考慮到模具為大型模具，模板等零部件尺寸都比較大，整體的尺寸誤差較大，因而，為保證定、動(dòng)模的閉合配合能準(zhǔn)確到位，動(dòng)模型芯板56的四周布置有較多耐磨平衡塊55，以便于模具的總裝裝調(diào)，型芯直接從動(dòng)模型芯板56上加工而得。導(dǎo)向槽塊50用于與定模導(dǎo)向插桿的配合。錐度定位塊48由兩半組成，一半安裝于定模型腔板45上，另一半安裝于動(dòng)模型芯板56上。由于塑件的完全頂出共需要設(shè)置89根頂針，頂出板52極容易因頂針的頂壓產(chǎn)生受力不均而變形，因而，需要均衡布置較多的復(fù)位桿49以防止頂出板52的失衡，同時(shí)，配合行程開關(guān)54以監(jiān)控其復(fù)位狀態(tài)。

圖13 動(dòng)模設(shè)計(jì)

5 模具工作原理

模具工作原理如圖14所示。模具在注塑機(jī)動(dòng)模板的拉動(dòng)下，按F0向在PL面處打開進(jìn)行開模。開模時(shí)，SD滑塊22在動(dòng)模板上的拉鉤作用下，按F1向斜向下滑出，實(shí)施側(cè)面抽芯，下滑一定距離后，被定模型腔板45上的限位勾塊拉住，而停留在定模模腔內(nèi)；同步地，SA滑塊3、SB滑塊11被各自的斜導(dǎo)柱驅(qū)動(dòng)而分別按F1向、F2向抽芯；抽芯完畢，動(dòng)模繼續(xù)下行時(shí)，注塑機(jī)頂桿將推動(dòng)頂針板按Fd向頂出，從而推動(dòng)其上的斜頂組件等將塑件從型芯上頂出，實(shí)現(xiàn)塑件的完全脫模。

圖14 模具工作原理

6 結(jié)語

結(jié)合某SUV儀表臺(tái)塑件的成型，從簡化模具結(jié)構(gòu)、降低模具成本的角度對(duì)模具進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括以下幾方面的工作：

(1)模腔主成型件、側(cè)抽芯成型件均采用整體式結(jié)構(gòu)，以保證模腔的強(qiáng)度。

(2)模架的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)簡化為插桿式導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，降低了模架的修配難度。

(3)脫模機(jī)構(gòu)中，動(dòng)?；瑝K機(jī)構(gòu)采用雙斜導(dǎo)柱式驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)及獨(dú)立導(dǎo)向條，有利于降低滑塊的磨損，延長機(jī)構(gòu)的使用壽命；定?；瑝K機(jī)構(gòu)則為彈滑式滑塊機(jī)構(gòu)，便于簡化加工和安裝；頂出機(jī)構(gòu)中，斜頂及直頂機(jī)構(gòu)采用頂桿+頂塊形式，也有利于簡化機(jī)構(gòu)的加工和安裝；針對(duì)卡扣腳的成型與頂出，設(shè)置了一種頭部拼合式頂桿，能有效避免采用成本高且效率低的電加工方式進(jìn)行加工。

(4)定模、動(dòng)模的設(shè)計(jì)中，大量使用標(biāo)準(zhǔn)件來保證模具的工作性能和可靠性，也有利于模具整體加工難度及成本的降低。