汽車(chē)玻璃門(mén)框模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

孫令真，陳運(yùn)勝，張世良

(廣州華立科技職業(yè)學(xué)院,廣州 511325)

在汽車(chē)前、后門(mén)玻璃窗之間有一個(gè)塑料件,稱(chēng)為汽車(chē)玻璃門(mén)框,其主要作用是引導(dǎo)汽車(chē)玻璃窗升、降。該塑料件不能變形,否則將會(huì)導(dǎo)致玻璃窗不能正常升、降。同時(shí)該塑料件是汽車(chē)的外觀件,外表面不允許出現(xiàn)縮水、熔接線等注塑瑕疵。以某品牌汽車(chē)的玻璃門(mén)框?yàn)槔?詳細(xì)分析該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及模具結(jié)構(gòu)。

1 塑件結(jié)構(gòu)分析

某品牌的汽車(chē)玻璃門(mén)框結(jié)構(gòu)如圖1a所示,效果圖如圖1b所示,尺寸為461 mm×96 mm×41 mm,壁厚為3.6 mm,材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)+聚碳酸酯(PC)。外表面比較平滑,內(nèi)表面有三個(gè)扣位,其中扣位1位于產(chǎn)品的一端,開(kāi)口朝外；扣位2的開(kāi)口朝向產(chǎn)品內(nèi)部；扣位3的開(kāi)口朝向產(chǎn)品以外。

圖1 汽車(chē)玻璃門(mén)框結(jié)構(gòu)圖

為了增加密封性,防止雨水進(jìn)入車(chē)內(nèi),在扣位3的內(nèi)表面設(shè)計(jì)了筋位,筋位高度為0.7 mm。為了防止產(chǎn)品外表面產(chǎn)生縮水,在其扣位3的根部設(shè)置了鏤空位。筋位和鏤空位兩個(gè)特征距離較近,且分別位于扣位3根部?jī)蓚€(gè)相鄰的側(cè)壁上,不能正常脫模,需要設(shè)計(jì)特殊的結(jié)構(gòu)才能使這兩個(gè)特征脫模[1-4]。

2 組合滑塊機(jī)構(gòu)

由于扣位3的內(nèi)表面有一條筋位和一條鏤空位,并且扣位3的尺寸較小,開(kāi)口尺寸僅19 mm,空間有限,無(wú)法設(shè)計(jì)兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的滑塊。為了使其順利脫模,設(shè)計(jì)了由大滑塊帶動(dòng)小滑塊脫模運(yùn)動(dòng)的組合滑塊機(jī)構(gòu),如圖2所示,主要由小滑塊、小滑塊座、大滑塊、滑塊套等組成。其中小滑塊、小滑塊座、大滑塊的結(jié)構(gòu)如圖2a所示,將小滑塊和小滑塊座用螺栓固定在一起,再安裝在大滑塊上表面的T形導(dǎo)軌上。大滑塊的上表面為斜面,當(dāng)小滑塊在大滑塊上表面滑動(dòng)時(shí),將會(huì)產(chǎn)生豎直方向的運(yùn)動(dòng)；滑塊套的結(jié)構(gòu)如圖2b所示,在滑塊套上設(shè)計(jì)了一個(gè)斜面,斜面的斜度與扣位3根部鏤空位的斜度一致,并在斜面上設(shè)置了T形槽,作為小滑塊沿滑塊套運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌。在滑塊套的兩端設(shè)置與大滑塊相匹配的扣位,用于大滑塊從兩端拉動(dòng)滑塊套,有利于滑塊套運(yùn)動(dòng)平衡。在滑塊套的斜面上設(shè)置兩個(gè)彈簧,有利于小滑塊運(yùn)動(dòng)平衡。小滑塊與大滑塊組合在一起,再裝配在滑塊套中,如圖2c所示[5-8]。

圖2 組合滑塊效果圖

組合滑塊由油缸帶動(dòng),油缸連接在大滑塊上,為了防止在搬運(yùn)模具過(guò)程中損壞油缸,將油缸設(shè)置在組合滑塊的底部,埋在動(dòng)模板內(nèi)部,油缸通過(guò)彎曲的支架與大滑塊連接。在滑塊套上設(shè)置一根限位螺栓,限位螺栓與支架的限位距離為15 mm,當(dāng)油缸的活塞伸長(zhǎng)15 mm后,限位螺栓帶動(dòng)滑塊套運(yùn)動(dòng),組合滑塊的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 組合滑塊脫模結(jié)構(gòu)圖

大滑塊尺寸較大,而油缸只連接在大滑塊的中間,為了使組合滑塊的運(yùn)動(dòng)保持平衡,在大滑塊的兩端各設(shè)計(jì)一個(gè)限位栓,如圖4所示。當(dāng)合模時(shí),限位栓的前側(cè)面抵扣在動(dòng)模鑲件的側(cè)面,此時(shí)限位栓用于限定大滑塊在模具中的位置,起定位作用。當(dāng)分模時(shí),大滑塊沿水平方向運(yùn)動(dòng)15 mm后,限位栓的后側(cè)面抵扣在滑塊套兩端的扣位上,此時(shí)限位栓有助于組合滑塊的運(yùn)動(dòng)保持平衡[9-10]。組合滑塊的運(yùn)動(dòng)過(guò)程：當(dāng)開(kāi)模時(shí),定模板7與動(dòng)模板1分開(kāi)后,油缸14推動(dòng)大滑塊3側(cè)向運(yùn)動(dòng),當(dāng)大滑塊3的移動(dòng)距離為0～15 mm時(shí),此時(shí)滑塊套10受復(fù)位栓(圖中未畫(huà)出)的阻擋而保持靜止,小滑塊4受滑塊套10的阻擋而不能與大滑塊3一起運(yùn)動(dòng),從而在小滑塊4與大滑塊3之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng),由于大滑塊3與小滑塊4之間配合面為斜面,在大滑塊3上表面的T形導(dǎo)軌11的作用下,使小滑塊4向下運(yùn)動(dòng)。在滑塊套10斜面的作用下,小滑塊4沿滑塊套10的斜面運(yùn)動(dòng),該運(yùn)動(dòng)方向與鏤空位的斜度方向一致,從而使扣位3根部的鏤空位和筋位脫模。當(dāng)大滑塊3水平移動(dòng)15 mm時(shí),小滑塊4已完全脫離扣位3內(nèi)部的筋位和鏤空位。此時(shí)支架12接觸限位螺栓13的沉頭,而且大滑塊3兩端的限位栓抵扣在滑塊套10兩端的扣位處,與此同時(shí),滑塊套10不再受復(fù)位栓的阻擋,大滑塊3兩端的限位栓與限位螺栓13共同帶動(dòng)滑塊套10、小滑塊4一起做水平脫模運(yùn)動(dòng)。當(dāng)支架12觸碰到行程開(kāi)關(guān)16時(shí),組合滑塊完全脫離扣位3,油缸14的活塞桿停止伸長(zhǎng)。當(dāng)取出產(chǎn)品后,油缸14的活塞桿開(kāi)始收縮,推動(dòng)大滑塊3復(fù)位。在定、動(dòng)模合模時(shí),在定模板7的鏟基作用下,使組合滑塊復(fù)位,當(dāng)組合滑塊完全復(fù)位后,即可開(kāi)始下一次注塑。

圖4 大滑塊兩端的限位栓

3 斜頂機(jī)構(gòu)

從圖1中可知,扣位2適合使用組合斜頂結(jié)構(gòu)脫模,由于其尺寸為8 mm×7 mm×333 mm,其橫截面較小,而長(zhǎng)度較長(zhǎng),為了加強(qiáng)斜頂塊的強(qiáng)度與剛度,將斜頂塊的橫截面尺寸設(shè)為55 mm×60 mm,將斜頂分模線設(shè)在扣位2的下邊沿處,如圖5a所示。組合斜頂結(jié)構(gòu)分為四部分：斜頂塊、斜頂桿、斜頂座與進(jìn)(出)水管,為了保證斜頂運(yùn)動(dòng)的平衡性,由兩根斜頂桿支撐斜頂塊,如圖5b所示,斜頂剖面圖如圖5c所示。這種斜頂結(jié)構(gòu)主要有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一是各零件之間的互換性好；第二是可以在斜頂塊上設(shè)計(jì)水路,通過(guò)斜頂桿接通冷卻水,有效保持模溫均勻[11-12]。

圖5 斜頂結(jié)構(gòu)

4 定模、動(dòng)模鑲件設(shè)計(jì)

為了降低模具成本和加工難度,在保證定模、動(dòng)模鑲件的強(qiáng)度和剛度的前提下,定模與動(dòng)模的模芯采用鑲件結(jié)構(gòu),定模、動(dòng)模鑲件的結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 定模、動(dòng)模鑲件結(jié)構(gòu)

定模鑲件使用耐腐蝕性能較好的S136模具鋼,動(dòng)模鑲件使用切削加工性和拋光性較好的2344(熱處理硬度為HRC48～50)；采用一模兩腔,同時(shí)生產(chǎn)汽車(chē)左、右兩側(cè)的玻璃門(mén)框,將兩個(gè)產(chǎn)品相向擺放,既可以提高生產(chǎn)效率,也有利于模具的受力均勻,保持運(yùn)動(dòng)平衡；為了增加開(kāi)、合模時(shí)的精度,在定、動(dòng)模鑲件上設(shè)計(jì)定位凸、凹?jí)K,凸、凹?jí)K的配合斜面設(shè)計(jì)成5°；將分型面的封膠寬度尺寸設(shè)計(jì)成35 mm,除封膠面以外的分型面設(shè)置合模間隙0.5 mm,有利于鎖模力全部集中在封膠面上,以增加分型面的密封性,防止封膠面上產(chǎn)生毛刺；沿產(chǎn)品的輪廓?jiǎng)?chuàng)建主排氣槽,并用分支排氣槽連接主排氣槽和型腔,再連接到分型面的合模間隙處,排氣槽與型腔的距離約為20 mm,良好的排氣系統(tǒng)可以有效防止注塑時(shí)產(chǎn)生困氣現(xiàn)象[13-14],

5 澆注系統(tǒng)

汽車(chē)玻璃門(mén)框的外表面要求比較高,不能有澆口、縮水、熔接線等瑕疵。為了避免產(chǎn)品表面產(chǎn)生熔接線,采用一個(gè)進(jìn)澆口,從產(chǎn)品一端的側(cè)面進(jìn)澆,該塑料件裝配在汽車(chē)上后,進(jìn)澆口所在的一端被汽車(chē)的其他零件遮蓋,進(jìn)澆痕和縮水等瑕疵都看不見(jiàn),不影響汽車(chē)的外觀；為了避免冷流道的注塑缺陷,該模具采用熱流道轉(zhuǎn)冷流道,從產(chǎn)品側(cè)面進(jìn)澆的澆注系統(tǒng),如圖7a所示。進(jìn)澆口的結(jié)構(gòu)呈扁平狀,如圖7b所示,其寬度為35 mm,厚度為1 mm,有利于操作工人修剪水口料。

圖7 澆注系統(tǒng)示意圖

6 冷卻系統(tǒng)

根據(jù)模具的結(jié)構(gòu),定模鑲件以直通式水路為主,在每個(gè)型腔設(shè)計(jì)了3條水路,在兩個(gè)型腔之間的區(qū)域設(shè)計(jì)了2條水路,共8條水路。由于產(chǎn)品表面呈弧形,為了使冷卻水路與型腔的距離盡可能相同,將定模鑲件的冷卻水路設(shè)計(jì)成折線狀,如圖8a所示,具體方法是從定模鑲件的兩端斜向鉆孔,在中間位置匯合；由于動(dòng)模鑲件上的冷卻水路必須避開(kāi)斜頂和滑塊位置,因此動(dòng)模鑲件的水路適合水井式,在動(dòng)模鑲件的每個(gè)型腔設(shè)計(jì)了8組水井,再用傾斜的直通水路將8組水井連接起來(lái),如圖8b所示。傾斜的直能水路距離產(chǎn)品膠位的距離基本均勻,約為20～25 mm；由于兩個(gè)斜頂和滑塊的體積較大,在每個(gè)斜頂和滑塊上各設(shè)計(jì)了一條獨(dú)立的水路,水路成折線狀,使水路與型腔的距離基本相同,這里不再列出滑塊和斜頂?shù)乃穲D。

圖8 冷卻水路

7 模具結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程

該模具結(jié)構(gòu)如圖9所示。模具的工作過(guò)程：注塑后,模具在定模板8和動(dòng)模板6之間分開(kāi),同時(shí)斜導(dǎo)柱16引導(dǎo)扣位1的滑塊17做脫模運(yùn)動(dòng)；模具完全打開(kāi)后,滑塊油缸25帶動(dòng)組合滑塊26進(jìn)行脫模(組合滑塊的脫模運(yùn)動(dòng)過(guò)程在前面已詳細(xì)描述,在此不再重復(fù))；組合滑塊26完成脫模后,頂出油缸5帶動(dòng)推板21做頂出運(yùn)動(dòng),推板21推動(dòng)斜頂23和推桿4將產(chǎn)品從動(dòng)模鑲件7中推出。從模具中將產(chǎn)品取出后,模具開(kāi)始復(fù)位,復(fù)位過(guò)程與開(kāi)模過(guò)程正好相反。當(dāng)模具完全復(fù)位后,即可開(kāi)始下一次注塑[15]。

圖9 模具剖面圖

8 結(jié)論

在這套模具中,為了使開(kāi)口向外的扣位3及扣位3內(nèi)部的筋位和鏤空位順利脫模,設(shè)計(jì)了組合滑塊機(jī)構(gòu)；為了使扣位2脫模,設(shè)計(jì)了組合斜頂結(jié)構(gòu)；將組合滑塊的油缸埋在動(dòng)模板內(nèi)部,可以有效保護(hù)油缸不被外力損壞；為了減少汽車(chē)玻璃門(mén)框的外表面存在注塑缺陷,選擇熱流道轉(zhuǎn)冷流道,以一個(gè)進(jìn)澆口從產(chǎn)品側(cè)面進(jìn)澆；為了提升冷卻效果,根據(jù)產(chǎn)品的形狀,設(shè)計(jì)了折線狀的直通式冷卻系統(tǒng)和水井式冷卻系統(tǒng),使型腔各部分的溫度基本相同；在模架上安裝邊鎖、定位塊等,在定模、動(dòng)模鑲件上設(shè)計(jì)凸、凹?jí)K,有效地增加了模具的定位精度；沿型腔輪廓開(kāi)設(shè)排氣槽,使型腔中的氣體順利排出,有效地解決了產(chǎn)品上存在困氣、注塑不滿(mǎn)等缺陷；在動(dòng)模座板與推板之間增設(shè)限位柱,使動(dòng)模座板與推板之間保持一定的間距,可以消除垃圾落入動(dòng)模座板與推板之間后對(duì)頂出系統(tǒng)復(fù)位的影響。

該模具生產(chǎn)時(shí)所使用的注塑機(jī)為7 000 kN,所生產(chǎn)的產(chǎn)品具有成形快、表面缺陷少、變形小、水口料浪費(fèi)少等優(yōu)點(diǎn),經(jīng)過(guò)試產(chǎn)和批量生產(chǎn)驗(yàn)證,模具結(jié)構(gòu)合理,脫模機(jī)構(gòu)穩(wěn)定可靠。汽車(chē)玻璃門(mén)框產(chǎn)品外表面符合要求,尺寸精度達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。