大型汽車薄壁內(nèi)輪罩注射模設(shè)計

0 引言

汽車輪胎上方的擋泥板叫內(nèi)輪罩，也稱翼子板內(nèi)襯，是一種弧形彈性塑料殼體，具有一定的緩沖性。內(nèi)輪罩安裝在車輪上方使車身整體美觀，在汽車行駛時能減少噪音和風(fēng)阻，還能防止被車輪卷起的砂石、泥漿濺到車廂底部，保護車身底盤，屬于外觀功能件。

齊齊哈爾市的工業(yè)文化見證了共和國工業(yè)成長的軌跡，在半個多世紀(jì)以來形成的工業(yè)文化同樣也是中華民族優(yōu)秀文化的一部分，哺育了一代又一代齊齊哈爾人民。面對大力弘揚民族文化和民族精神和傳媒大變革、大融合的今天，每一個人都有義務(wù)把齊齊哈爾市的工業(yè)文化傳承好、保護好，為我們的子孫后代留下一筆寶貴的精神財富。

全市耕地資源稀缺。耕地數(shù)據(jù)顯示：2017年全市人口120萬人，其中鄉(xiāng)村人口28萬人，耕地面積28萬畝，按戶籍人口計算人均耕地面積 0.24畝，按鄉(xiāng)村人口計算人均耕地面積1畝，相對于國外家庭農(nóng)場，人口平均耕地面積大小相差甚遠(yuǎn)。因此，為了完成當(dāng)?shù)丶Z食生產(chǎn)任務(wù)，必須擴大種植范圍，減少城市綠化占地比例，增加“優(yōu)化城鄉(xiāng)結(jié)構(gòu)、完善城市功能、提升人居環(huán)境品質(zhì)”的工作難度。

1 塑件工藝分析

1.1 薄壁內(nèi)輪罩成型工藝

大型薄壁內(nèi)輪罩外形尺寸為1 407 mm×390 mm×656 mm，壁厚為1.3 mm，是典型的大尺寸薄壁汽車配件，要求質(zhì)量降低25%以上，符合目前汽車輕量化趨勢。塑件材料為PP/PE，具有耐氣候老化和良好的成型加工性等優(yōu)點

，材料韌性好，塑件表面有緩沖，行駛時可減輕砂石打擊的聲音，廣泛應(yīng)用于汽車配件。成型內(nèi)輪罩的模具最大外形尺寸為2 150 mm×1 750 mm×1 495 mm，1 模2 腔布局，左右對稱，模具整體質(zhì)量達(dá)到2.7×10

kg，注射周期為65 s，需用到2.4×10

kN的注塑機。

對于薄壁大型汽車配件，為了保證塑件成型質(zhì)量，減少開發(fā)風(fēng)險和開發(fā)周期，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗和CAE 模流分析，提前進行塑件結(jié)構(gòu)外形優(yōu)化和料厚改善。

1.2 薄壁內(nèi)輪罩外形優(yōu)化

對入庫河道沿線水塘的建設(shè)目的是凈化入庫河道水質(zhì)，并從縱向上控制上下游的徑流量大小。對于面積較大的水塘，僅對水塘岸坡進行整理，在水塘近岸水體部分配置一定量適宜的水生植物；對于面積較小的水塘，可以因地制宜地改造建立成氧化塘，從而有效凈化入庫水體。

內(nèi)輪罩注射模動模板采用整體式，分型面上有對插精定位結(jié)構(gòu)，保證模具精度和強度，也防止模板在注射成型過程中發(fā)生位移，動模結(jié)構(gòu)如圖5 所示。動模包括型腔板、導(dǎo)向、推出等結(jié)構(gòu)，內(nèi)部還有冷卻水路，在模具保壓階段對塑件進行冷卻。

1.3 薄壁內(nèi)輪罩壁厚優(yōu)化

內(nèi)輪罩要求壁厚均勻、壁薄、無縮水和無缺料，塑件尺寸大且呈弧形，對塑件的變形控制要求嚴(yán)格。其模具技術(shù)參數(shù)要求：使用壽命30 萬次以上；機械手取件、全自動化生產(chǎn)；無須去飛邊、澆口凝料等后處理工作。壁厚1.3 mm 的大型塑件通常采用微發(fā)泡工藝成型，而注射模較少涉及此類塑件，因為塑件壁薄，展開長度已超過2 100 mm，在填充方面較困難。此類模具在設(shè)計和制造也面臨挑戰(zhàn)，包括設(shè)計方法、進料布置、機加工精度等方面

，塑件的厚度公差需控制在±0.1 mm。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于大型薄壁塑件成型時存在填充壓力大、注射困難的問題，有2種解決方案：①增加熱噴嘴數(shù)量以縮短熔料流動行程，達(dá)到快速填充，但增加熱噴嘴數(shù)量會增加模具制造成本，且熱流道系統(tǒng)會使模具結(jié)構(gòu)更復(fù)雜；②增加塑件料厚以增加熔料流動量來滿足填充，通過與客戶溝通，在不影響裝配的情況下局部增加料厚優(yōu)化，根據(jù)塑件的特殊性，最終形成增加料厚范圍如圖2 所示，將所有熱噴嘴填充位連接形成一條引流槽。

內(nèi)輪罩注射模定模板采用一體式結(jié)構(gòu)以滿足模具使用壽命30 萬次的需求，內(nèi)有熱流道澆注系統(tǒng)，為了方便定模板斜熱噴嘴孔的加工和裝配，采用鑲件結(jié)構(gòu)。定模結(jié)構(gòu)如圖4 所示，模具為深腔結(jié)構(gòu)，為保證成型塑件的尺寸精度，在模具的合模面上采用四周對插斜面鎖緊，防止模板在注射成型過程中發(fā)生位移，在分型面外加高硬度的承壓塊以避免鎖模力對分型面造成損傷。在定模4個側(cè)面安裝4 個方導(dǎo)柱，動模安裝與其相配的軸承和磷青銅導(dǎo)向塊以實現(xiàn)模具的導(dǎo)向。方導(dǎo)柱在合模時可保護模具內(nèi)部深腔、枕位、插穿位等，可保證在這些部位接觸前進行定位。

2.2 定模結(jié)構(gòu)

模具設(shè)計時，定模選用718H 鋼材，動模選用P20 鋼材，四側(cè)設(shè)有長尺寸的方導(dǎo)柱，有利于深腔模具的動、定模結(jié)構(gòu)提前導(dǎo)向定位。分型面設(shè)計成對插結(jié)構(gòu)，在模具的正中心設(shè)計U形精定位結(jié)構(gòu)，對插斜面安裝有耐磨片，并在分型面布置了承壓塊，保證合模精度。模架選用改造的C 形模架，定模型芯和動模型芯采用一體式結(jié)構(gòu)，在型腔周圍設(shè)有隨形排氣槽。熱流道澆注系統(tǒng)是該模具設(shè)計的難點，如熱流道系統(tǒng)斜熱噴嘴轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)和定模板斜熱噴嘴安裝孔合理設(shè)計等，其對應(yīng)的加工精度與裝配精度都要求更高。模具結(jié)構(gòu)如圖3所示。

內(nèi)輪罩尺寸大且呈半圓弧形，注射成型后會產(chǎn)生較大變形，料厚較薄，需設(shè)置多個進料位置，注射壓力大、型腔填充困難，為使型腔能順利注射填充，保證塑件的成型質(zhì)量，建議對塑件結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。內(nèi)輪罩外形優(yōu)化利用PP/PE 材料韌性好的特性，將塑件在中間位置開設(shè)小凹形槽，分為左右兩截，如圖1 所示，然后將塑件原來半圓弧形設(shè)計成預(yù)變形狀態(tài)，適當(dāng)展開一定角度，降低塑件高度。塑件側(cè)面比較高，動、定模插穿角度?。ú蛔?°），且插穿面高達(dá)400 mm 以上，滑塊斜推結(jié)構(gòu)多且復(fù)雜

，現(xiàn)通過取消部分斜推滑塊結(jié)構(gòu)，加大插穿面角度，簡化模具結(jié)構(gòu)，縮短模具制造周期。

2.3 動模結(jié)構(gòu)

變電站改造工程正式實施之前，要先制定可靠的工程實施方案，方案的質(zhì)量決定了工程的進度和施工質(zhì)量，因此，施工方案的策劃要盡量細(xì)致、全面，具有可操縱性和適應(yīng)性。

2.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計

對于薄而大的內(nèi)輪罩塑件，設(shè)計前通過Mold?flow 進行注射模擬分析，不斷優(yōu)化工藝參數(shù)，使塑件變形控制在最小范圍內(nèi)并順利成型。通過合理布置斜熱噴嘴，確保流道系統(tǒng)不會降低模具零件強度。通過模流分析預(yù)測熔接線、縮痕等缺陷，分析驗證其注射效果

，確定澆口位置和數(shù)量的分布及塑件是否完善，檢測是否有填充缺陷，并根據(jù)模擬結(jié)果進行方案優(yōu)化，如圖6所示。

薄壁內(nèi)輪罩塑件厚度薄，熱流道澆注系統(tǒng)需要設(shè)計10 個針閥熱噴嘴進料，如圖7 所示，且每個熱噴嘴需垂直于待成型塑件表面的法線，避免閥針擊穿待成型塑件或出現(xiàn)凝料，因此熱流道系統(tǒng)設(shè)計復(fù)雜。為降低加工難度和保證成型塑件精度，熱噴嘴斜度盡量設(shè)計成單角度。通過模流分析確定，薄壁內(nèi)輪罩模具熱流道系統(tǒng)的每個熱噴嘴必須帶閥針，并通過電磁閥等進行單獨控制，實現(xiàn)分時進料，充分填滿型腔，防止產(chǎn)生缺料收縮等缺陷。

2.5 模具排氣結(jié)構(gòu)

塑件壁薄，必須合理設(shè)計排氣系統(tǒng)，成型大型塑件時需排出大量型腔氣體，塑料熔體進入型腔的同時置換出型腔內(nèi)的空氣，型腔內(nèi)的氣體必須及時排出，否則會造成許多不良危害。模具排氣槽開在分型面上，均勻隨形分布，如圖8 所示，排氣槽的設(shè)計以氣體能順利排出且不溢料為原則。

2.6 推出系統(tǒng)

考慮此塑件尺寸大且壁薄，設(shè)計推出系統(tǒng)時不能使用推桿，而采用推塊推出以避免在塑件上留下推桿印，在成型塑件的周圍均勻設(shè)置推塊，各活動機構(gòu)運動順暢，保證成型塑件順利脫模，推出系統(tǒng)采用4個液壓缸提供推出動力，并設(shè)計復(fù)位開關(guān)，保證精準(zhǔn)復(fù)位，設(shè)計液壓缸液路時保證進、出液體使推出動作平衡，所有液路設(shè)計在模板內(nèi)，保證液路布局平衡

。動模板表面有落差、不平整，所有推桿和推塊的固定端都設(shè)計止轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)束語

薄壁內(nèi)輪罩模具相對傳統(tǒng)的微發(fā)泡模具，成型的塑件外觀質(zhì)量和強度都有明顯優(yōu)勢，且注射材料是可回收的，降低了模具制造成本和注射成型塑件成本，讓大型薄壁塑件的成型多了一種可選方案。薄壁內(nèi)輪罩質(zhì)量輕，滿足汽車輕量化需求，有利于降低汽車油耗，也促進了國內(nèi)汽車零部件的設(shè)計開發(fā)和成型塑件的升級。

[1]塑料模具技術(shù)手冊編委會.塑膠模具技術(shù)手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2015:311-313.

[2]賈宇霖,袁燊喜,駱豪鋒,等.滑塊內(nèi)置斜頂塊復(fù)合抽芯機構(gòu)設(shè)計[J].模具工業(yè),2020,46(5):57-60.

[3]高國利,賈宇霖,黃福勝.模具零件材料清單的自動生成[J].模具工業(yè),2011,37(1):25-28.

[4]李 芳,賈宇霖,黃清剛.基于Moldflow 的汽車門板塑件模流分析[J].模具工業(yè),2017,43(8):10-14.

[5]李 芳,黃清剛,趙建剛,等.汽車前圍上蓋板平移式雙色注射模設(shè)計[J].模具工業(yè),2017,43(10):59-62.