汽車保險杠注塑模具設(shè)計(jì)

摘要：針對目前國內(nèi)保險杠外分型結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，設(shè)計(jì)了內(nèi)分型結(jié)構(gòu)的保險杠注塑模具，將分型線置于產(chǎn)品不可視面，極大地改善了保險杠產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。采用了多點(diǎn)順序閥澆注方案，有效消除了產(chǎn)品外觀面的熔接痕。最終模具開發(fā)獲得成功，證明能有效解決保險杠分型線外露的缺陷，提高了保險杠產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，減少了后期二次打磨工作量。

關(guān)鍵詞：內(nèi)分型;順序澆注;復(fù)合式斜頂;保險杠

引言

保險杠是汽車保險杠總成的主體部分，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度高，形狀彎曲變化多樣。隨著中國汽車產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展，對車輛保險杠的外型品質(zhì)也提出了更高的要求，如汽車保險杠的分型線并不能設(shè)計(jì)在產(chǎn)品側(cè)面。而目前中國國內(nèi)市場上的不少汽車保險杠產(chǎn)品均為外分型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部分型線外露，從而導(dǎo)致產(chǎn)品分型線處出現(xiàn)小毛刺的形成或飛邊，進(jìn)而影響外型品質(zhì)，從而嚴(yán)重影響了產(chǎn)品在市場上的競爭力。下面開發(fā)的大型內(nèi)分型汽車保險杠模型，利用了塑料彈性變形的特性，并采用了特殊的模具設(shè)計(jì)，把原來外露的內(nèi)分型線轉(zhuǎn)移至不可視區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)了內(nèi)分型的功效。通過采用這種內(nèi)分型模具設(shè)計(jì)，一方面改善了產(chǎn)品的外形品質(zhì);另一方面取消了人工二次打磨的加工工序，從而減少了因人工作業(yè)而產(chǎn)生的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)的隱患。

1產(chǎn)品工藝性分析

所開發(fā)的保險杠結(jié)構(gòu)，外形尺寸為1845mm×501mm×554mm，材料為聚丙烯/三元乙丙橡膠/滑石粉（PP/EPDM/TALC），壁厚為3mm，形狀都為曲面，內(nèi)部分布若干安裝孔，外部邊緣為圓角。產(chǎn)品表面質(zhì)量要求無飛邊，無毛刺，無缺料，特別是分型線不允許顯露在外觀表面。

2內(nèi)分型保險杠模具設(shè)計(jì)

2.1內(nèi)分型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

所謂內(nèi)分型就是將分型線設(shè)計(jì)在產(chǎn)品內(nèi)側(cè)，這種設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)原則，因此模具設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。成功設(shè)計(jì)內(nèi)分型保險杠需做到以下幾個方面：1）利用塑料具有彈性形變的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在脫模過程中的可控變形，以達(dá)到內(nèi)分型的脫模要求;2）根據(jù)內(nèi)分型產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，要求模具在工作過程中，能實(shí)現(xiàn)注塑設(shè)備開模與頂出同步進(jìn)行。

2.1.1內(nèi)分型保險杠脫模原理

由于外觀質(zhì)量要求，內(nèi)分型保險杠產(chǎn)品的邊緣圓角部分要求設(shè)計(jì)在模具型腔側(cè)，導(dǎo)致產(chǎn)品在模具分模后不能直接出模，因此需要設(shè)計(jì)特殊的抽芯機(jī)構(gòu)來完成脫模，而要完成抽芯動作要求產(chǎn)品必須發(fā)生側(cè)向變形。根據(jù)產(chǎn)品的脫模要求，需要有效控制產(chǎn)品的成型過程（內(nèi)彎變形～復(fù)原～頂出取件）。

2.1.2內(nèi)分型機(jī)構(gòu)

為了適應(yīng)產(chǎn)品的這種變化，設(shè)計(jì)了特殊的開模機(jī)構(gòu)和抽芯機(jī)構(gòu)。具體的動作過程：開模時，動模開始后退，同時型腔側(cè)拉鉤拉動大斜頂塊拉鉤，驅(qū)動大斜頂塊在導(dǎo)向條的導(dǎo)向下斜向（斜角200）脫離動模，與此同時頂出板內(nèi)部的氮?dú)鈴椈沈?qū)動頂出板，頂出大型芯鑲塊。此時大型芯鑲塊與大斜頂塊同時脫離動模，與產(chǎn)品及型腔保持相對的靜止，不損傷保險杠的邊緣圓角。第一次分型距離達(dá)到68mm時，大斜頂塊已經(jīng)向內(nèi)滑動了一定距離，為保險杠產(chǎn)品的彈性變形留出了空間。隨后繼續(xù)頂出，大斜頂塊內(nèi)部的拉塊導(dǎo)桿觸碰到導(dǎo)軌的變軌點(diǎn)，在斜槽的導(dǎo)向作用下驅(qū)動拉塊在導(dǎo)軌內(nèi)進(jìn)行滑動，拉塊隨之拉動產(chǎn)品產(chǎn)生向內(nèi)彈性變形，迫使產(chǎn)品的邊緣圓角部分脫離型腔。此時產(chǎn)品包在動模大型芯鑲塊上，與定模完全分開。

相關(guān)的零部件設(shè)計(jì)如下。

1）型腔結(jié)構(gòu)

型腔尺寸為2260mm×300mm×690mm，要將分型線設(shè)計(jì)在產(chǎn)品內(nèi)側(cè)，產(chǎn)品的邊緣圓角只能設(shè)計(jì)在型腔內(nèi)側(cè)，這樣型腔兩側(cè)的圓角形狀就形成了倒拔模，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品從型腔側(cè)進(jìn)行脫模，因此采用傳統(tǒng)的動定模開模方式已經(jīng)不可行。

2）動模結(jié)構(gòu)

動模結(jié)構(gòu)，大斜頂塊外側(cè)設(shè)計(jì)20。的斜槽與支撐板外側(cè)的導(dǎo)向條形成配合。動定模開始分離時，大型芯鑲塊和大斜頂塊同時頂出，此時產(chǎn)品、型腔、型芯鑲塊三者之間保持相對靜止。大斜頂斜向頂出同時進(jìn)行向內(nèi)滑動，為產(chǎn)品的彈性變形留出了空間。

3）頂出機(jī)構(gòu)

頂出機(jī)構(gòu)，底板內(nèi)設(shè)計(jì)了2個氮?dú)鈴椈桑ǖ獨(dú)鈴椈赏鈴?08mm，活塞桿直徑50mm），當(dāng)動模與定模剛分離時，氮?dú)鈴椈呻S之驅(qū)動上面的頂出板，向定模側(cè)移動。大型芯鑲塊由頂桿進(jìn)行頂出。頂出機(jī)構(gòu)中設(shè)計(jì)有7塊大型頂塊，與頂出板上的頂桿連接，對產(chǎn)品進(jìn)行最后的頂出。頂出動作的導(dǎo)向零件主要有導(dǎo)柱（直徑60mm）以及推板導(dǎo)柱（直徑40mm）。

底板上設(shè)計(jì)了行程限位套，與大型芯上的限位螺釘配合對大型芯的移動行程進(jìn)行限位，限位行程為100mm。當(dāng)大型芯鑲塊與頂塊頂出完成后，產(chǎn)品從型腔拉開，大型芯鑲塊由于達(dá)到限位距離而停止移動，隨后頂出機(jī)構(gòu)繼續(xù)頂出，產(chǎn)品從型芯頂出。

4）拉塊機(jī)構(gòu)

內(nèi)分型模具由于產(chǎn)品的邊緣圓角設(shè)計(jì)在型腔側(cè)，為了能和動模順利開模，必須在定模和動模分離同時，產(chǎn)品的側(cè)凹部分能順利地被拉出型腔，雖然塑料制件會產(chǎn)生暫時的彈性變形，但是不會影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量。因此設(shè)計(jì)了專門的拉塊機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品拉離型腔。拉塊機(jī)構(gòu)是內(nèi)分型模具的核心部分，由導(dǎo)軌、拉塊導(dǎo)桿、拉塊等組成。拉塊設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的側(cè)邊，該側(cè)邊有比較多的側(cè)孔且面積比較大，因此在該處設(shè)計(jì)拉塊可以產(chǎn)生比較大的拉力。拉塊導(dǎo)桿厚度40mm，具有較高的強(qiáng)度，采用工字槽與拉塊配合，拉塊導(dǎo)桿另外一端用圓柱銷插入，鑲嵌在導(dǎo)軌內(nèi)。導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)計(jì)直軌和斜軌兩個軌道。

動作原理：當(dāng)動模側(cè)大斜頂塊開始頂出時，同時也帶動著斜頂內(nèi)部的拉塊導(dǎo)桿向定模側(cè)滑動（固定在動模底部的導(dǎo)軌與動模一起后退），當(dāng)動模與定模開模距離68mm時，大斜頂塊已經(jīng)向內(nèi)移動了24mm，為后續(xù)的產(chǎn)品彈性變形留出了空間，此時拉塊導(dǎo)桿也到達(dá)導(dǎo)軌的變軌點(diǎn)，隨后進(jìn)行斜向內(nèi)移動，導(dǎo)桿驅(qū)動拉塊在小導(dǎo)柱的導(dǎo)向下向內(nèi)滑動，拉塊利用上面的眾多凸塊拉動保險杠，向內(nèi)運(yùn)動9.8mm，產(chǎn)品產(chǎn)生暫時的彈性變形，產(chǎn)品邊緣圓角部分脫離型腔。

2.2復(fù)合式大角度斜頂設(shè)計(jì)

在產(chǎn)品側(cè)面存在若干側(cè)孔和加強(qiáng)筋（抽芯距離8mm），需要設(shè)計(jì)小斜頂機(jī)構(gòu)進(jìn)行抽芯。由于該斜頂機(jī)構(gòu)位于大斜頂塊內(nèi)部，因此必須設(shè)計(jì)復(fù)合式斜頂機(jī)構(gòu)。小斜頂機(jī)構(gòu)由斜頂塊、導(dǎo)向桿、斜頂桿、導(dǎo)軌等組成。斜頂桿直徑為30mm，與斜頂塊相連接，另外一端插入圓銷套在導(dǎo)軌（固定在動模支撐板）上進(jìn)行滑動。

導(dǎo)軌內(nèi)設(shè)計(jì)了斜度為7°33′的導(dǎo)向槽，高度120mm，對斜頂桿尾部滑動進(jìn)行導(dǎo)向，足夠滿足小斜頂抽芯距離8mm的要求。由于小斜頂機(jī)構(gòu)必須在大斜頂塊滑動距離24mm內(nèi)完成抽芯，空間有限，因此必須設(shè)計(jì)成大斜角抽芯運(yùn)動（斜角為200）。

由于大角度的斜頂運(yùn)動會導(dǎo)致斜頂受到較大的彎矩，為了增加斜頂?shù)膲勖约霸黾有表敆U滑動的順暢性，設(shè)計(jì)了專門的斜頂導(dǎo)向桿，直徑為24mm。該斜頂?shù)膭幼髟恚寒?dāng)大斜頂塊與動模分離時，帶動了內(nèi)部的小斜頂塊與斜頂桿一起與動模分離，大斜頂塊進(jìn)行向內(nèi)抽芯運(yùn)動，而小斜頂桿在導(dǎo)軌的導(dǎo)向作用下，在橫向方向上與大斜頂塊進(jìn)行了相對分離，并在導(dǎo)向桿的導(dǎo)向下進(jìn)行了距離為8mm的外側(cè)大角度斜向抽芯運(yùn)動。

2.3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該保險杠長達(dá)1845mm，如果采用傳統(tǒng)的多點(diǎn)同時澆注系統(tǒng)，在產(chǎn)品兩側(cè)肯定會出現(xiàn)明顯的熔接痕，會嚴(yán)重影響產(chǎn)品的強(qiáng)度。

為了消除熔接痕，設(shè)計(jì)了三點(diǎn)順序閥澆注方案，利用閥針分布控制中間和兩側(cè)的熱噴嘴開放時間，首先開放中間的熱噴嘴，當(dāng)熔料流經(jīng)兩側(cè)澆日處時，再開放兩側(cè)噴嘴，改變了前鋒熔料匯合時溫度過低的情況，因此有效消除了產(chǎn)品外觀面的熔接痕。

具體方案：模具處于合模狀態(tài)，啟動注塑機(jī)開始進(jìn)行澆注，先打開中間的針閥式噴嘴1;當(dāng)?shù)谝淮巫⑺艿娜哿系竭_(dá)熱噴嘴2和3時（時間約3.7s），再打開熱噴嘴2和3的控制閥進(jìn)行澆注，并關(guān)閉噴嘴1的控制閥，直至澆注完成。經(jīng)過試驗(yàn)，產(chǎn)品長向方向不存在大面積的熔接痕，產(chǎn)品的整體質(zhì)量達(dá)到了滿意的效果。

3結(jié)論

a）使用內(nèi)分型模具制造結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)的保險杠產(chǎn)品不需對夾線進(jìn)行后處理，從而縮短了加工工序，既提高了產(chǎn)品的外形品質(zhì)，又節(jié)約了產(chǎn)品的加工成本。

b）保險杠產(chǎn)品采用多點(diǎn)順序注塑工藝，有效解決了熔接痕問題，同時有效增強(qiáng)了保險杠產(chǎn)品的整體強(qiáng)度。

c）在內(nèi)分型模具結(jié)構(gòu)中采用二次變軌軌道控制，簡化了模具抽芯結(jié)構(gòu)，同時有效保證了內(nèi)分型抽芯結(jié)構(gòu)動作的有效性。

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作者簡介：田波，男、1981.9、漢族、江蘇張家港人、本科、助理工程師、研究方向：模具設(shè)計(jì)加工、自動化及高精度測量應(yīng)用