汽車A柱裝飾條帶金屬嵌件包膠注塑模具設計

藺福志

(嘉興信元精密模具科技有限公司，浙江 嘉興 314000)

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對塑料產品的功能、外觀等要求也越來越高，也推動了注塑行業(yè)的快速發(fā)展，近幾年來雙色注塑技術成為注塑行業(yè)的一大亮點。汽車A柱裝飾條承載著功能與外觀的需求，其零件特點是需要采用嵌件包膠注塑成型的工藝。由于此類零件內部裹嵌不銹鋼金屬件及多層不同塑膠材料，其工藝復雜、難度高。本文重點論述了汽車A柱裝飾條帶金屬嵌件包膠注塑模具的結構設計要點及針對注塑成型問題的設計預防。

1 零件結構分析

汽車A柱裝飾條總成結構由4個層次的零件組成，如圖1所示： 編號①～④為PVC卡接塑件，編號⑤～⑦為不銹鋼金屬嵌件，編號⑧為PP材質的注塑件，編號⑨為TPE材質的注塑件。其相互關系為①卡接于⑦， ②， ③卡接于⑥， ④卡接于⑤， ⑤～⑦嵌于注塑模具型腔，由第一射注塑模具注塑成型零件⑧，將⑧嵌于第二射注塑模具型腔，由第二射注塑模具注塑成型零件⑨，最終零件成品如圖2所示。

圖1 汽車A柱裝飾條零件分層示意圖

圖2 零件成品圖

2 模具設計

2.1 澆注系統(tǒng)設計

基于Moldflow軟件模流分析，TPE包膠注塑成型所涉及澆注系統(tǒng)基本信息如表1所示。

表1 TPE包膠注塑參數

經CAE解析，考慮到零件外觀需求及澆口切斷方式，TPE包膠注塑成型采用4個牛角式潛伏澆口進膠，既不影響外觀成型面，又能自動切斷澆口，提高工作效率，減少人工作業(yè)。

因零件為細長條狀，總長度為783 mm,且形狀由小到大，具有不均勻結構特性，根據Moldflow分析，結合零件本身特征，澆口排布側重于膠量較多一側，澆口數量為4個，以大端為基準，分別間距為92， 166， 190， 201 mm。澆口排布與結構樣式如圖3所示。

圖3 澆口排布與結構樣式

根據Moldflow分析，澆口采取4點同時填充，熔料均衡覆蓋嵌件表面，產品的填充時間均為0.873 7 s，流動平衡，對嵌件的沖擊影響最小。注塑填充過程如圖4所示。

(a)

(b)

(c)

(d)

注塑過程中易產生熔接痕和困氣的位置如圖5所示，圖5中，虛線位置是兩股料流匯合處，設計模具時應特別注意排氣，其余顯示的困氣位置多位于分型線和充填末端，易于排出，不會造成表面缺陷。

圖5 注塑填充熔接痕與困氣區(qū)分析

2.2 抽芯結構設計

零件兩側存在與開模方向呈倒扣狀的側凹特征，為了順利實現脫模，本設計采用兩側滑塊抽芯結構，如圖6所示。因金屬鈑金件正好在滑塊碰撞面，此類滑塊設計時需考慮鈑金件與滑塊接觸碰撞面的配合精度，通常留5 mm封膠段配合則可，其余位置避空0.5 mm，以防撞傷鈑金嵌件。因型腔為“1+1”對稱排布，模具中間側滑塊有相對運動，考慮到模具空間的合理利用，模具中間的滑塊采取T型槽式的斜向驅動結構，且中間相對運動的滑塊共用同一鏟基。在保證滑塊正常運動的前提下，中間間距能合理縮小，減少模具總體寬度，降低模具成本。外圍兩側因注塑零件整條都有側凹倒扣，所以都由大型滑塊抽芯實現，本注塑零件的兩外側大滑塊長度為830 mm、寬度為155 mm、高度為95 mm。為便于鉗工裝配及提高摩擦面、碰撞面的使用壽命，滑塊上表面間段式分布平衡塊，滑塊外側斜面間段式分布耐磨塊?？紤]到外側大滑塊的熱量控制需求，在其內部排布冷卻水路，為一進一出。因滑塊為運動件，進、出水冷卻管采用不銹鋼加長管接頭，便于引出到外圍軟管轉接，且預留滑塊運動時的水路管道部件活動空間。

圖6 抽芯結構

2.3 嵌件在模具上的定位設計

本例嵌件采用人工放置，嵌件的定位是包膠注塑模具的關鍵之一，定位不合理會使嵌件在注塑過程中偏移晃動，引發(fā)注塑成型件的尺寸變形、飛邊、結構錯位等缺陷。本例嵌件由圖1中的編號①+②+③+④+⑤+⑥+⑦+⑧組合體構成，其組件由第一射注塑模具實現，成品如圖7所示。

圖7 嵌件組件

嵌件組件為長條狀，存在尺寸變形可能，利用兩側滑塊強行壓制嵌件來減少產品翹曲，如圖6所示。

包膠注塑模具的嵌件定位要點在于從嵌件本身尋找定位特征，或從外界引入定位結構參與固定，該嵌件組件在TPE包膠注塑模具上的定位主要依賴于PP塑件體上的卡扣四周的側面，以及不銹鋼金屬件的四周側面，嵌件組件上的卡扣特征、金屬不銹鋼特征與注塑模具對應的型槽配合間隙為0.02 mm,且考慮到實際加工過程中的累積誤差，嵌件組件需與型槽實物鉗配，確保嵌件組件安放在注塑模具中時，X，Y，Z向都處于貼合無松動狀態(tài)。本例嵌件組件的可利用定位特征如圖8(a)所示,不銹鋼金屬件在模具上的定位結構如圖8(b)所示。

(a) 嵌件組件的可利用定位特征

(b) 不銹鋼金屬件在模具上的定位結構

2.4 頂出系統(tǒng)設計

嵌件包膠模具頂出系統(tǒng)的關鍵在于頂出平衡，防止出件歪曲，影響取件。本例中注塑零件總成組件結構為細長狀，可排布圓形頂針的位置非常有限，再考慮到組件中有多段不銹鋼鈑金金屬件存在，且其上存在多處倒扣狀特征，影響頂出膠模，因此在該類倒扣特征區(qū)域設計扁頂針，并在扁頂針上設計側凹狀的避讓結構，以利于倒扣頂出脫模(圖9)。

該包膠模鈑金件的卡扣脫模機構，如圖10所示，包括④扁頂針，其頭部設有一凹槽，的上側面與水平面之間的斜角A的范圍為45°～60°，以便于取件時能夠順利脫出。上設有用于安置鈑金件卡扣的裝配間隙，以防④與鈑金件之間相互干涉，進而導致鈑金件變形翹曲。當進行抽芯時還必需保證④與產品內壁的間距X大于卡扣的寬度Y，以留出取出卡扣的活動空間。

圖9 頂出結構

如圖10所示，頂出過程為： 當模具動、定模分開后，注塑機頂桿推動頂針板進行頂出動作，扁頂針安裝于模具的頂針板上，隨頂針板完成垂直于產品方向的直向頂出，頂出完成后產品己完全脫離模具型芯，懸于無障礙空間，此時由于存在間距X，即可手動斜向往上將產品取出，實現頂出抽芯動作。

圖10 卡扣脫模機構

2.5 冷卻系統(tǒng)設計

本例包膠注塑模定模采用沿制品外形橫向冷卻，其優(yōu)點為冷卻均勻、加工簡易，如圖11所示。

本例包膠注塑模動模采用橫豎交叉冷卻，兩側大滑塊另加水路輔助冷卻，其優(yōu)點為冷卻均勻、加工簡易，如圖12所示。

(a)

(b)

(a)

(b)

3 模具總裝結構

汽車A柱裝飾條帶金屬嵌件包膠注塑模具的主體結構如圖13所示。其動作過程為： 模具動定模打開，將嵌件組件裝入模具動模的型腔內，確認安裝無誤后，動模在注塑機的驅動力下進行合模，當合模過程中⑥鍥緊塊與⑦滑塊斜面接觸后，因斜向鍥緊的作用力驅動滑塊7向型腔運動，直至滑塊7與型腔側壁及嵌件組件完全貼合，與此同時，滑塊受定模板斜面的鍥緊力驅動，促使滑塊向型腔方向運動，直至與型腔側壁及嵌件組件完全貼合后，當動、定模分型面完全貼合后，合模完成。塑膠熔料經熱流道系統(tǒng)及熱嘴通過流道鑲件到達模具型腔，在注塑壓力的作用下完成充填。保壓、冷卻等注塑成型環(huán)節(jié)，此時嵌件組件與TPE塑料融為一整體，包膠注塑成型完成。在注塑機驅動力作用下，動、定模打開，滑塊在③斜導柱等同類斜向結構作用力驅動下完成抽芯動作，注塑機頂桿推動下頂板驅動上推板及扁頂針，頂出包膠注塑組件成品，頂出完成后產品己完全脫離模具型芯，懸于無障礙空間，手動斜向往上將制品包膠注塑組件取出，實現頂出抽芯動作，完成頂出取件。

4 結束語

通過Moldflow模流分析，對TPE包膠注塑成型的澆口排布與澆口結構進行優(yōu)化設計，其包膠模具的帶金屬嵌件組件具有側凹特征，通過側向滑塊抽芯結構實現注塑成型封膠與脫模。嵌件的定位是包膠注塑模具的關鍵之一，基于制品本身的卡扣特征及金屬嵌件特征，有效利用各方向的可利用面實現嵌件組件在注塑模具中的定位，確保嵌件在注塑成型過程中不會因注塑壓力的沖擊產生偏移。采用頭部帶有異形導槽的扁頂針結構的頂出系統(tǒng)，既保證了制品的順利頂出，同時也解決了金屬嵌件的側凸特征倒扣脫模的問題。經過批量生產驗證，該汽車A柱裝飾條帶金屬嵌件包膠注塑模具所生產的產品外觀無缺陷，尺寸符合圖紙要求，滿足穩(wěn)定生產要求。

(a)

(b)

(c)