車門裝飾條塑膠模具設(shè)計(jì)與工藝分析

張久雷

（廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院，佛山 528041）

市場對塑料產(chǎn)品功能和外觀等要求的不斷提高，推動(dòng)了注塑行業(yè)的快速發(fā)展[1]。國外發(fā)達(dá)國家汽車領(lǐng)域的塑料使用量正在持續(xù)增長，塑料模具的比例達(dá)到了汽車模具總量的60%以上，其質(zhì)量占車身總質(zhì)量的10%～15%[2-5]。應(yīng)廣東某塑膠模具有限公司要求，合作設(shè)計(jì)開發(fā)一套某款汽車車門裝飾條塑料制品的模具，產(chǎn)品如圖1所示。因?yàn)樵撗b飾件要裝配于汽車的外部，所以公差和外觀要求較高，如外觀上要求不得有毛刺、氣紋、縮孔和塌角等，并要求塑料制品裝飾條的縮水率為0.5%。

圖1 車門裝飾條

1 模具成型工藝分析

1.1 塑料制品原料分析

塑料制品裝飾條的材質(zhì)為聚丙烯（Polypropylene，PP）塑 料，密 度 為0.89～0.91 g·cm-3。PP塑 料 是 丙 烯通過加聚反應(yīng)形成的聚合物，質(zhì)地輕便，使用溫度范圍為-30～140 ℃，熔點(diǎn)為189 ℃，在155 ℃左右會(huì)軟化，在80 ℃以下耐磨、耐腐蝕且具有高強(qiáng)韌性，擁有良好的加工使用性能，廣泛應(yīng)用于汽車產(chǎn)業(yè)、機(jī)電零部件和化工容器等生產(chǎn)，也廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)和藥品包裝等產(chǎn)業(yè)[6]。

1.2 模具成型特性分析

注塑成型模具是塑膠產(chǎn)品生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種注射或模塑的成型加工方式，具有如下特點(diǎn)：可一次成形多個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精密且內(nèi)在質(zhì)量好的塑件；生產(chǎn)速度快，生產(chǎn)效率高，操作過程可由機(jī)器替代人工實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)；模具尺寸形狀可大可小，可簡可復(fù)雜；成型產(chǎn)品易更新?lián)Q 代，在塑膠產(chǎn)品生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

根據(jù)用料材質(zhì)，企業(yè)要求塑料制品裝飾條的縮水率為0.5%，以此為基礎(chǔ)對塑料制品進(jìn)行縮水處理后再進(jìn)行分析測量，得到產(chǎn)品的外形尺寸為45.249 mm×624.311 mm× 40.656 mm。查表可以得PP塑料的比重為0.91、熔點(diǎn)為176 ℃、注射溫度為245 ℃、注射壓強(qiáng)為10～20 MPa。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品分型及排位設(shè)計(jì)

2.1.1 產(chǎn)品厚度檢查分析

通過軟件分析可知，裝飾條產(chǎn)品的平均厚度為1.53 mm， 最大厚度為2.87 mm，如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品厚度檢查

2.1.2 產(chǎn)品分型與排位

如圖3所示，分模時(shí)以邊緣的線條作為PL線對模具進(jìn)行分模。由于產(chǎn)品是汽車左右門裝飾條，通過UG軟件檢查核對左右車門裝飾條產(chǎn)品，結(jié)果表明左右車門裝飾條產(chǎn)品為左右鏡像的實(shí)體。因此，采用一模兩穴的排位分布設(shè)計(jì)可以滿足模具設(shè)計(jì)要求。

圖3 產(chǎn)品分型與排位

2.1.3 拔模分析

如圖4所示，通過UG軟件分析表明，裝飾條產(chǎn)品通過圖3中的PL線作為分型面可以正常脫模。裝飾條產(chǎn)品的一端的凹陷位置，如圖5所示，可采用側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)脫模。

圖4 拔模分析

圖5 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行脫模位置

2.2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 澆注系統(tǒng)

澆注系統(tǒng)是車門裝飾條模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要部分，也是PP塑料進(jìn)入模具型腔的通道。它的結(jié)構(gòu)、形狀和尺寸設(shè)計(jì)直接影響了PP塑料熔體的填充效果和最終的產(chǎn)品成效質(zhì)量。由于車門裝飾條產(chǎn)品對外觀的要求較高，為保證裝飾條產(chǎn)品外觀質(zhì)量，采用牛角進(jìn)膠的澆注方式，如圖6所示。澆注系統(tǒng)由注口、流道、澆口以及冷料井4部分組成。

圖6 牛角進(jìn)膠式 澆注系統(tǒng)

2.2.2 成型零件與側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)

如圖7所示，裝飾條模具的主要成型零件是前后模仁，數(shù)量均為兩塊。側(cè)抽型機(jī)構(gòu)利用斜邊（斜導(dǎo)柱）對行位的抽芯運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向與定位，以保證裝飾條產(chǎn)品的順利脫模。由于采用的是牛角進(jìn)膠的澆注系統(tǒng)，為了滿足加工工藝要求，需要做流道鑲件，如圖8所示。

圖7 側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)

圖8 流道鑲件

2.2.3 頂出機(jī)構(gòu)

因?yàn)檐囬T裝飾條的壁厚較薄且長度較長，所以頂出機(jī)構(gòu)決定了裝飾條產(chǎn)品脫模后的變形程度。為使頂出的裝飾條產(chǎn)品受力均勻，本文采用直頂作為主要頂出機(jī)構(gòu)，同時(shí)頂針輔助頂出的策略，其排位如圖9所示。

圖9 頂出機(jī)構(gòu)排位圖

2.2.4 溫度調(diào)節(jié)、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對塑膠產(chǎn)品生產(chǎn)影響較大，不同PP塑料的注塑溫度也不同。溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠根據(jù)不同材料的注塑溫度調(diào)控注塑時(shí)的塑料加熱溫度，以保證注塑成型。具體作用有以下幾點(diǎn)。第一，保持模具的溫度穩(wěn)定，以保證產(chǎn)品質(zhì)量一致。第二，通過模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，控制產(chǎn)品的收縮率和變形量。第三，通過合適的模溫控制合理的成型周期。第四，使模具處于合理的溫度范圍內(nèi)，便于零件成型和加快零件冷卻時(shí)間，使產(chǎn)品能夠順利脫模，確保零件的一致性，提高生產(chǎn)效率。若脫模不順利，可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品存在氣孔、變形和開裂等問題。

本車門裝飾條的塑膠產(chǎn)品模具要求的PP塑料模溫較低，因此只需要考慮模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的冷卻系統(tǒng)。在注塑成型過程中，雖然有5%～10%的小部分熱量以輻射方式散出，但大部分還是需要導(dǎo)熱介質(zhì)（水、空氣）的傳遞。此外，注塑成型過程不存在特定的冷卻階段，整個(gè)加工過程中冷卻系統(tǒng)均在運(yùn)作，因此需要單獨(dú)設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)模具生產(chǎn)溫度。

在本車門裝飾條的模具設(shè)計(jì)中，只需要設(shè)置模具的水路冷卻系統(tǒng)。根據(jù)以往知識和經(jīng)驗(yàn)積累，水路設(shè)計(jì)的一般原則是小模冷胚料，大模冷膠位。本車門裝飾條模具的冷卻水路運(yùn)轉(zhuǎn)前模冷卻水路設(shè)計(jì)如圖10所示，后模冷卻水路設(shè)計(jì)如圖11所示。

圖10 前模冷卻水路設(shè)計(jì)

圖11 后模冷卻水路設(shè)計(jì)

2.2.5 排氣系統(tǒng)

排氣系統(tǒng)也是模具設(shè)計(jì)中的重要組成部分，主要是指型腔和澆注系統(tǒng)的排氣。排氣方式包括分型面（包括開排氣槽）排氣、鑲件配合面排氣、推桿或推管與內(nèi)模鑲件的配合面排氣、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)排氣、在困氣處加排氣針或鑲件排氣、透氣鋼排氣和氣閥排氣等。一般排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則需要遵循一定的規(guī)律，除了利用常規(guī)排氣方法外，還要設(shè)置專用的排氣槽。因?yàn)楸疚纳婕暗哪＞呦鄬^大，所以采用了開設(shè)排氣槽的排氣方式。為了保證氣體能順利排出，同時(shí)模具注射時(shí)不會(huì)出現(xiàn)漏膠，主排氣槽設(shè)計(jì)為0.5 mm，近膠位處的排氣槽只設(shè)計(jì)0.02 mm，具體排布如圖12所示（只在前模仁上設(shè)計(jì)排氣槽）。

圖12 排氣槽分布圖

2.2. 模架選擇

選擇模架時(shí)，大部分廠家及公司都采用了標(biāo)準(zhǔn)模架及其標(biāo)準(zhǔn)配件，如富得巴、龍記、明利和天祥等，有利于降低設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期和成本控制等。實(shí)際生產(chǎn)中，需要根據(jù)模胚大小、模具的價(jià)格和結(jié)構(gòu)以及模架加工的復(fù)雜程度等選取模架。大水口模架因其充型快、壓力小、補(bǔ)縮能力強(qiáng)、適用于粘度高、流動(dòng)性差的塑料和壓力損失少等特性，被模具制作者廣泛應(yīng)用。結(jié)合實(shí)際情況，最終選擇本車門裝飾條塑膠產(chǎn)品模具為龍記大水口非標(biāo)（4590）CI-A110-B140-C120模架，如圖13所示。

圖13 龍記大水口模架

3 結(jié)論

本文根據(jù)車門裝飾條塑膠產(chǎn)品材質(zhì)特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用UG軟件設(shè)計(jì)了一模兩穴的裝飾條塑膠產(chǎn)品模具結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括產(chǎn)品分型與排位分布、牛角進(jìn)膠式澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、直頂頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、溫度調(diào)節(jié)冷卻水路系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及排氣槽排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。生產(chǎn)實(shí)際證明，該車門裝飾條塑膠模具所生產(chǎn)的產(chǎn)品外觀無毛刺、氣紋、縮孔和塌角等問題，符合裝配要求，產(chǎn)品質(zhì)量合格，可滿足企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)的要求。