汽車彎管接頭注塑模具設計

葉衛(wèi)文，張小娟，趙利平*，侯賢州

（1. 廣東科技學院機電學院，廣東 東莞 523000；2. 東莞聯(lián)合高級技工學校，廣東 東莞 523121）

0 前言

彎管塑件在汽車零件中有很多種類，如進氣管、油箱連接管等，各品牌的結(jié)構(gòu)設計也盡不相同［1］。針對汽車彎管接頭塑件的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合其外觀及性能要求設計了一副包含定模和動模抽芯機構(gòu)，定距優(yōu)先開模機構(gòu)、開合模順序保護裝置和強制合模機構(gòu)的復雜注塑模具［2］。前期查閱了相關文獻了解多位學者針對塑件彎管抽芯等注塑模具設計做了相關研究［3?5］。如肖國華［6］以彎管塑件180°彎管內(nèi)壁的脫模難題為研究對象，將180°彎管內(nèi)壁的彎管型芯分割成2 組、每組設置3 個短圓弧成型塊，解決了180°彎管塑件的脫模問題。蒙堅［7］以立體型彎管的成型研究為例，設計了一種2次單次開模2次頂出機構(gòu)注塑模具，成功解決了彎管內(nèi)壁脫模困難問題。王懷奧等［8］以汽車液壓油管90°彎管接頭為研究對象，為解決產(chǎn)品脫模問題，特設計了2 種脫模機構(gòu)：齒條圓弧轉(zhuǎn)動抽芯機構(gòu)和油缸驅(qū)動側(cè)滑塊強制脫模機構(gòu)。本文所述的汽車彎管塑件，針對其結(jié)構(gòu)及外觀要求設計了一套復雜的注塑模具，文章主要介紹模具其創(chuàng)新點和設計要點：強制合模機構(gòu)、定距優(yōu)先開模機構(gòu)及開合模順序保護裝置、動模側(cè)分型斜抽芯機構(gòu)和定模斜滑塊抽芯機構(gòu)［9?12］。

1 塑件結(jié)構(gòu)和工藝性分析

圖1 所示彎管塑件的零件結(jié)構(gòu)圖，塑件為管狀結(jié)構(gòu)，有一個折彎30 度的角度讓塑件在出模方向形成倒扣a 和b；底部有3.0 mm 厚的翻邊結(jié)構(gòu)為裝配位，塑件表面需要蝕紋且不允許有紋路脫傷；翻邊結(jié)構(gòu)上有4個碰穿孔，孔內(nèi)不允許有批鋒。同時滿足上述條件，模具的結(jié)構(gòu)設計難度增大。塑件外形尺寸中等偏小，為140 mm×123 mm×122 mm，重量約130 g。產(chǎn)品材質(zhì)為脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉（AES），該材料是一種耐候性極佳的樹脂，意味著長期暴露在室外紫外線、潮濕、雨淋、光照及臭氧條件下，不經(jīng)涂裝也可以保持物性穩(wěn)定，能更好地保持制品原有新鮮亮麗的色彩，因而越來越多地被使用于汽車零部件及其他電子消費領域需要壽命長、安全可靠的塑料制品上。不需涂裝的優(yōu)點使AES在價格上更有競爭力。塑件外觀面上除了不能有常規(guī)的注塑缺陷，包括縮水、批鋒等之外，該塑件需特別注意外表面紋路脫傷，困氣燒焦及側(cè)分型面的夾線控制。

圖1 零件結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of the parts

2 模具結(jié)構(gòu)總體設計

模具共設有3 個抽芯機構(gòu)。一個定模斜滑塊抽芯機構(gòu)脫出倒扣a，定模斜滑塊需要設計定距優(yōu)先開模機構(gòu)，使定模斜滑塊抽芯機構(gòu)在開模時享有優(yōu)先抽芯權(quán)；動模兩側(cè)大滑塊抽芯為側(cè)分型結(jié)構(gòu)，脫出塑件型腔解決倒扣b 的出模問題。為防止合模時動?；瑝K與定模斜抽芯出現(xiàn)撞模的情況，模具設計了強制合模機構(gòu)，確保動?；瑝K抽芯機構(gòu)優(yōu)先復位權(quán)（詳見下述強制順序合模保護裝置的圖解說明），然后再合模復位定?；瑝K。模具采用一模一穴布局，標模架尺寸最大外形為650 mm×610 mm×631 mm，重約1 300 kg。分2 次順序開模動作完成塑件倒扣出模，2次順序合模完成抽芯機構(gòu)復位后閉模，開合模順序保護裝置為模具開模和復位的安全多提供一道保障。模具總體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 模具總裝圖Fig.2 General assembly drawing of the mold

2.1 澆注系統(tǒng)設計

彎管塑件的壁厚3.0 mm，無特別的厚薄位置，設計均勻合理。模具設計選擇了在裝配位置上的單點大水口外觀面直接進膠方式，并設計了澆口襯套延長澆口壽命。此種進膠方式的優(yōu)點為填充快，進膠易控制、填充壓力損失小、不易出現(xiàn)因注塑成型的壓力大而產(chǎn)生批鋒和毛邊現(xiàn)象。缺點就是后期需要單獨處理進膠點。但由于該進膠點設置在外觀面上的裝配位置上，對進膠點的處理要求不高，相對簡單。

2.2 動模側(cè)分型斜抽芯機構(gòu)和強制合模機構(gòu)

由圖2（a）可知，動模側(cè)分型斜向抽芯機構(gòu)共設有滑塊A 和B 2 個，為側(cè)向分型結(jié)構(gòu)，塑件的型腔全部包含在其內(nèi)。其結(jié)構(gòu)是通過動?；瑝K壓板用螺絲固定在B 板上，開模時由斜銷提供抽芯動力，完成塑件型腔及倒扣b 的安全出模。斜銷的制作材質(zhì)為SUJ2 高碳鉻軸承鋼，每個滑塊各2 條，直徑25 mm，確保強度足夠；在滑塊A 和B 合模配合的鎖緊面和底部滑動面設計了耐磨塊結(jié)構(gòu)，用中碳鋼熱處理到洛氏硬度（HRC）52～56 度，其作用是減少滑塊的磨損、延長滑塊壽命、方便后期鉗工維修。塑件翻邊結(jié)構(gòu)上有4 個通孔，表面在抽芯方向有1 度的脫模斜度，為防止紋路脫傷和通孔處易出批鋒現(xiàn)象，滑塊的底部設置了3 度的斜度，滑塊抽芯時等于變相加大脫模斜度，將通孔位置的移動插破變成靠破。2 個滑塊的鏟基都是模內(nèi)原身留結(jié)構(gòu)，配合更加精準牢靠?；瑝KA 和B 限位距離76.5 mm，由限位塊制；彈簧保持滑塊位置，保證合模時滑塊和鏟基的相對位置，讓其復位順暢防止壓模。詳細請見圖3。

圖3 動?；瑝K側(cè)分型斜抽芯機構(gòu)3D結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 3D structure diagram of side parting and oblique core pulling mechanism of the moving mold slider

強制合模機構(gòu)的作用為防止在合模時動模滑塊與定模斜滑塊撞模。如圖4 所示，如果定模斜滑塊先復位，動?；瑝K后復位，就會發(fā)生相撞現(xiàn)象。其工作原理是通過固定在定模面板上的4 個擺桿機構(gòu)實現(xiàn)AB 板之間的分型面Ⅱ優(yōu)先閉合。如圖5 所示，模具閉合時，擺桿置與模具外側(cè)與模具不發(fā)生關聯(lián)；開模時，當分型面Ⅰ完全打開后，分型面Ⅱ開到一定的距離時，擺桿在彈簧的作用下完全復位，擺桿上設置的凸臺掛在A 板底部，持續(xù)保持此狀態(tài)；合模時，擺桿上凸臺會優(yōu)先推動A 板合模讓動?；鞠刃袕臀唬钡綌[桿上的導向斜面與B 板上的導向斜面配合發(fā)生作用將擺桿擠出模具外側(cè)，使擺桿上的凸臺脫離A 板，此時AB 板之間的分型面Ⅱ已經(jīng)閉合，強制合模目的達成。此時分型面Ⅰ才開始合模，直到模具完全閉合。

圖4 模擬定模抽芯先復位時合模相撞狀態(tài)3D示意圖Fig.4 3D schematic diagram of mold closing collision state during simulated fixed mold core pulling and first reset

圖5 強制合模機構(gòu)3D結(jié)構(gòu)示意圖Fig.5 3D structure diagram of the forced mold closing mechanism

2.3 定模斜滑塊抽芯機構(gòu)、定距優(yōu)先開模機構(gòu)和開合模順序保護裝置

彎管塑件在定模側(cè)有一個斜倒扣a，需要設置定模斜滑塊抽芯機構(gòu)脫出，通過定距開模優(yōu)先機構(gòu)完成定模斜滑塊抽芯才可執(zhí)行其他的開模動作，否則模具會損傷。如圖6 所示，開模時，分型面Ⅰ在定距開模優(yōu)先機構(gòu)部件彈簧21、限位螺絲22、樹脂開閉器35 和開合模順序保護裝置的作用下優(yōu)先打開，開模距離60 mm由限位螺絲22 限制，此過程中定模斜滑塊經(jīng)鏟基上與其配合的梯槽結(jié)構(gòu)26 帶動完成抽芯并保持狀態(tài)，塑件上倒扣a安全脫出。模具繼續(xù)打開，樹脂開閉器35和B板3 之間配合的摩擦力和磁性鎖模器組件的吸緊力無法承受注塑機開模的拉力，分型面Ⅱ打開，模具完成開模動作。

圖6 定模斜滑塊抽芯機構(gòu)和定距優(yōu)先開模機構(gòu)2D結(jié)構(gòu)圖Fig.6 2D structure diagram of fixed mold inclined slider core?pulling mechanism and fixed distance priority mold opening mechanism

磁性鎖模器組件為開合模順序保護裝置。它在定距優(yōu)先開模和強制合模時均起到輔助作用。開模時，吸緊分型面Ⅱ，讓分型面Ⅰ優(yōu)先打開完成定模斜滑塊抽芯；合模時，當分型面Ⅱ達到磁場范圍時增大AB 板間的合模力，讓分型面Ⅱ加速閉合優(yōu)先復位動?；瑝K。

2.4 模具導向定位設計

模具的精度除了自身的加工精度外，需要設計優(yōu)良的導向定位結(jié)構(gòu)確保模具在工作過程中的順暢性和穩(wěn)定性，以獲得質(zhì)量高的成型塑件。本副模具除了模架自身的導柱導套結(jié)構(gòu)外，在A 板和B 板之間增加了對鎖結(jié)構(gòu)（分型面定位塊），在定模芯和動模芯上設置了虎口對鎖結(jié)構(gòu)，保證定模和動模在合模時的準確定位；在左右側(cè)滑塊同樣設置了虎口對鎖定位結(jié)構(gòu)，并且在左右滑塊各自的底部中間增設了導向塊，確保左右側(cè)滑塊分型面不錯位從而影響塑件表面的夾線效果；在動模頂出機構(gòu)上設置了頂針板導柱，保證頂出的順暢，不容易發(fā)生頂出燒針現(xiàn)象。

2.5 模具排氣系統(tǒng)設計

模具的排氣優(yōu)劣關系到塑件成型的品質(zhì)，是模具設計中不可或缺的一環(huán)。如圖7 所示的排氣系統(tǒng)示意圖，本副模具塑件的型腔都在兩側(cè)的滑塊上，所以在滑塊的頂部和底部分型面上均設置了整圈的二級排氣系統(tǒng)。二級排氣槽寬8 mm，深度0.3 mm；一級排氣槽寬4 mm，深度0.02 mm；讓塑件在填充時能充分地將熔料產(chǎn)生的氣體排出模具型腔，從而改善填充效率，防止困氣燒焦的現(xiàn)象發(fā)生，讓塑件獲得優(yōu)良的外觀品質(zhì)。

圖7 排氣系統(tǒng)3D示意圖Fig.7 3D schematic diagram of the exhaust system

3 模具生產(chǎn)時的工作過程

（1）合模上機完成第一次注射成型。（2）開模，分型面Ⅰ會在彈簧21、樹脂開閉器35 和磁性鎖模器組件34的作用下優(yōu)先打開，開模距離60 mm，定模斜滑塊完成抽芯，a 倒扣安全脫出；模具繼續(xù)打開，樹脂開閉器35與B 板3 配合的摩擦力和磁性鎖模器組件的磁場吸力無法承受注塑機開模的拉力，開合模順序保護機構(gòu)失效，分型面Ⅱ打開，模具完成開模動作。（3）分型面Ⅱ打開的過程中，擺桿復位；滑塊A 和B 在斜銷的作用力下完成抽芯動作，側(cè)分型打開，此時塑件的型腔全部脫出，倒扣b 的出模問題解決，塑件停留在動模芯上。（4）頂出系統(tǒng)實施頂出動作，全自動掉落或機械手進行取件。（5）取件完成后，退回頂出機構(gòu)注塑機合模，擺桿機構(gòu)介入工作，推動A 板優(yōu)先合模完成動模滑塊A 和B復位，磁性鎖模組件在模具分型面Ⅱ的距離到達磁場范圍內(nèi)時，開始產(chǎn)生吸力讓分型面Ⅱ加速閉合，分型面Ⅰ同時開始合模讓定模斜滑塊復位，直至注塑機完成鎖模形成一套完整的注塑成型周期。循環(huán)上述步驟，即可實施任務生產(chǎn)。

4 結(jié)論

（1）本副模具的第一技術(shù)要點為通過設置強制合模機構(gòu)、定距開模優(yōu)先機構(gòu)和開合模順序保護裝置解決多個分型面開合模順序的問題，保證了模具生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性；

（2）動?；瑝K側(cè)邊分型斜抽芯機構(gòu)為本副模具設計第二技術(shù)要點，針對抽芯結(jié)構(gòu)上移動插破面易產(chǎn)生批鋒和塑件型腔脫模斜度不足易出現(xiàn)紋路脫傷的問題，將側(cè)邊平行抽芯變?yōu)樾倍瘸樾?，等于將插破面變?yōu)榭科泼?，極大地降低了出現(xiàn)批鋒的可能性，另外斜度抽芯是變相增大脫模斜度解決紋路脫傷問題；

（3）優(yōu)秀的排氣系統(tǒng)和導向定位結(jié)構(gòu)為該模具設計的第三技術(shù)要點，通過設置良好的排氣解決塑件外觀面氣紋，困氣燒焦現(xiàn)象；嚴苛的導向定位結(jié)構(gòu)讓側(cè)分型夾線趨近完美，獲得了優(yōu)良的成型外觀品質(zhì)。