某新能源汽車前格柵注射模設(shè)計(jì)

石 波

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 技術(shù)中心， 廣西 柳州 545007）

0 引 言

在當(dāng)今追求美學(xué)的汽車外觀造型趨勢下，汽車前格珊不僅需要滿足在整車上的功能要求，而且需要具備符合時(shí)代潮流的美學(xué)元素，達(dá)到客戶的主觀滿意度[1.2]。前格柵的設(shè)計(jì)風(fēng)格也越來越新穎，特別是新能源汽車?，F(xiàn)針對某新能源汽車前格柵，綜合運(yùn)用CAD∕CAE技術(shù)對其進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，并介紹了設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。

1 制品分析

圖1所示為某新能源前格柵，材料為低線性膨脹系數(shù)的PP-T30，外形尺寸為1 367 mm×420 mm×438 mm，質(zhì)量為18 kg。該前格柵為表面噴漆件，外觀面不能有熔接痕、縮印等表面缺陷，同時(shí)要求分型線不能外漏在制品表面。

圖1 前格柵

由于前格柵在模具主脫模方向上有較大的高低落差，在傳統(tǒng)注射模設(shè)計(jì)時(shí)，制品左右兩端的分型線位于最大外輪廓R角，造成分型線外漏，如圖2所示。

圖2 前格柵外分型線

這種外漏分型線的設(shè)計(jì)主要存在以下缺陷[3]：①制品兩端區(qū)域的分型線位于外觀R角，裝車后分型線可見；②前格柵噴漆處理后，制品表面的分型線可見度會被放大，感知質(zhì)量差；③由于模具制造精度及注射生產(chǎn)過程中存在磨損，分型線處經(jīng)常會出現(xiàn)錯(cuò)位和飛邊，影響制品外觀質(zhì)量，造成制品合格率降低。

為了避免外漏分型線設(shè)計(jì)所存在的模具及制品質(zhì)量問題，決定將制品兩端區(qū)域的分型線設(shè)計(jì)到圓角底部，形成內(nèi)分型線，如圖3所示。這種內(nèi)分型線在制品裝配后可以被隱藏，不僅規(guī)避了分型線外漏的風(fēng)險(xiǎn)，而且提高了制品合格率和噴漆后的表面質(zhì)量。

圖3 前格柵內(nèi)分型線

2 模具方案設(shè)計(jì)

2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 澆口數(shù)量及澆口位置確定

根據(jù)前格柵的造型特點(diǎn)，經(jīng)Moldflow優(yōu)化分析，決定采用10點(diǎn)針閥式進(jìn)澆方案，進(jìn)澆點(diǎn)布局如圖4所示。10個(gè)澆口均設(shè)在制品底部，尺寸為15 mm×1.2 mm；熱流道內(nèi)徑為φ18 mm，閥針直徑為φ6 mm，熱流道澆口直徑為φ4 mm。熱流道順序閥開啟順序：點(diǎn)4→點(diǎn)1∕5∕6→點(diǎn)2∕3∕7∕8→點(diǎn)9∕10。

圖4 前格柵進(jìn)澆點(diǎn)布局

Moldflow制品變形分析結(jié)果如圖5所示，除制品左、右下角變形較大外，其它區(qū)域整體變形較均勻。由于制品左、右下角位置設(shè)有安裝結(jié)構(gòu)，可以通過安裝結(jié)構(gòu)來修正這2處區(qū)域的變形，綜合評估此進(jìn)澆方案滿足制品變形分析要求。

圖5 Moldflow變形分析

2.1.2 熱流道順序閥設(shè)計(jì)

熱流道順序閥設(shè)計(jì)如圖6所示，根據(jù)Moldflow的分析結(jié)果，模具采用10點(diǎn)熱流道順序閥設(shè)計(jì)。

圖6 順序閥熱流道系統(tǒng)

2.2 內(nèi)分型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 內(nèi)分型機(jī)構(gòu)工作原理

為了避免C處圓角倒扣在模具開模時(shí)被拉傷，需要對倒扣區(qū)域拉變形，讓制品產(chǎn)生彈性變形以脫出C處倒扣。內(nèi)分型機(jī)構(gòu)工作原理如圖7所示，首先大斜頂塊需要為制品變形預(yù)留空間，然后拉塊在拉變形導(dǎo)軌與拉桿的作用下，帶動(dòng)制品沿拉變形支點(diǎn)向內(nèi)側(cè)變形，將C處倒扣向制品內(nèi)側(cè)拉動(dòng)，以保證C處的倒扣在模具開模方向上正常脫模[4]。

圖7 內(nèi)分型機(jī)構(gòu)工作原理

2.2.2 拉變形機(jī)構(gòu)

前格柵模具內(nèi)分型機(jī)構(gòu)主要包括大斜頂塊、大直頂塊、小直頂塊、拉變形導(dǎo)軌、拉桿、拉塊、推桿固定板及推板等，如圖8所示。其中拉變形導(dǎo)軌、拉塊、拉桿構(gòu)成拉變形組件，拉變形導(dǎo)軌固定在模具型芯上，拉桿一端與拉塊固定，另一端與拉變形導(dǎo)軌間隙配合；拉桿穿過大斜頂塊，并在拉變形導(dǎo)軌的導(dǎo)向下對制品進(jìn)行拉變形及拉變形復(fù)位。大斜頂塊和大直頂塊固定在推板上，小直頂塊固定在推桿固定板上，大斜頂塊、大直頂塊及小直頂塊起到成型制品倒扣及推出制品的作用，其中大斜頂塊在運(yùn)動(dòng)過程中還為拉變形組件的運(yùn)動(dòng)提供驅(qū)動(dòng)力。

圖8 前格柵模具內(nèi)分型機(jī)構(gòu)

2.2.3 內(nèi)分型輔助機(jī)構(gòu)

為了輔助實(shí)現(xiàn)內(nèi)分型成型機(jī)構(gòu)，模具還設(shè)計(jì)了4個(gè)同步拉鉤機(jī)構(gòu)、4個(gè)氮?dú)鈴椈伞?個(gè)推出大液壓缸和4個(gè)推出小液壓缸，如圖9所示。其中4個(gè)推出大液壓缸安裝在推板上，4個(gè)推出小液壓缸安裝在推桿固定板板上。

圖9 前格柵模具內(nèi)分型輔助機(jī)構(gòu)

2.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前格柵模具在注射成型過程中，模具溫度直接影響制品的成型質(zhì)量（變形、尺寸精度、力學(xué)性能和表面質(zhì)量）和生產(chǎn)效率，需要根據(jù)材料性能與成型工藝進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[5]。為避免制品冷卻不均勻而導(dǎo)致翹曲變形，前格柵模具型腔板、型芯水路具有以下設(shè)計(jì)特點(diǎn)[6]。

（1）根據(jù)前格柵的造型特點(diǎn)，采用“隨形水路+水井”的冷卻布局，沿制品外形盡量設(shè)計(jì)隨形水路，針對冷卻不充分的區(qū)域，再設(shè)計(jì)水井或斜水井進(jìn)行輔助冷卻，模具型腔板和型芯的冷卻水路設(shè)計(jì)如圖10所示。

圖10 模具冷卻水路排布

（2）水路直徑為φ15 mm，水井直徑為φ24 mm，保證足夠的傳熱面積。

（3）模具采用集中供水方式，設(shè)計(jì)集水塊與注塑機(jī)連接。

3 模具工作原理

前格柵注射模在開模階段共推出120 mm，分二次實(shí)現(xiàn)。一次推出距離為100 mm，由氮?dú)鈴椈?、同步拉鉤機(jī)構(gòu)及推出大液壓缸活塞桿共同驅(qū)動(dòng)完成，其中一次推出過程又分為同步拉變形階段和拉變形復(fù)位階段，同步拉變形階段推出55 mm，拉變形復(fù)位階段推出45 mm；二次推出距離為20 mm，由推出小液壓缸驅(qū)動(dòng)完成，具體工作過程如下。

（1）模具注射完成后進(jìn)行開模動(dòng)作，推出系統(tǒng)在氮?dú)鈴椈杉巴嚼^的共同作用下，隨型腔板一起同步運(yùn)動(dòng)55 mm。在此過程中，大直頂塊推動(dòng)制品隨型腔板同步運(yùn)動(dòng)，大斜頂塊后退為制品變形預(yù)留空間，拉變形組件完成對前格柵兩端圓角倒扣的拉變形，整體拉變形量為8 mm。

（2）一次推出過程的同步拉變形階段完成后，動(dòng)、定模繼續(xù)開模，此階段推出系統(tǒng)不運(yùn)動(dòng)。

（3）模具開模完成后，推出大液壓缸活塞桿開始運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)推出系統(tǒng)向上推出45 mm后，完成一次推出，在此過程中拉變形組件會對制品進(jìn)行拉變形復(fù)位。

（4）一次推出階段完成后，大液壓缸活塞桿不再運(yùn)動(dòng)，此時(shí)小液壓缸活塞桿驅(qū)動(dòng)推板及推桿固定板分離，小液壓缸活塞桿驅(qū)動(dòng)推桿固定板及小直頂塊向上運(yùn)動(dòng)20 mm，將制品從大直頂塊上推出，完成二次推出。

（5）二次推出完成后，機(jī)械手進(jìn)行取件，模具合模復(fù)位進(jìn)入下一個(gè)注射周期。

4 結(jié)束語

根據(jù)前格柵模具的設(shè)計(jì)過程，得到如下結(jié)論。

（1）在前格柵模具設(shè)計(jì)中，澆注方案設(shè)計(jì)對制品的成型變形影響較大，實(shí)踐證明通過注射成型仿真分析確定澆注方案是快捷有效的方法。

（2）采用內(nèi)分型機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)將制品兩端外漏的分型線設(shè)計(jì)到非外觀面上，保證了制品的外觀質(zhì)量，降低了模具的生產(chǎn)成本。

（3）采用熱流道順序閥進(jìn)澆系統(tǒng)和“隨形水路+水井”的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了制品的成型質(zhì)量，縮短了成型周期。

該模具結(jié)構(gòu)經(jīng)批量生產(chǎn)驗(yàn)證后，模具結(jié)構(gòu)可靠，動(dòng)作平穩(wěn)，脫模順暢，制品成型質(zhì)量得到了有效保證，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。