張維合

(廣東科技學(xué)院，廣東 東莞，523083)

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機(jī)械與模具

汽車前大燈反射鏡大型注塑模具設(shè)計(jì)

張維合

(廣東科技學(xué)院，廣東 東莞，523083)

摘要：根據(jù)汽車前大燈反射鏡的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一副采用側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)、電加熱管溫度控制系統(tǒng)的大型注塑模具。分析和研究了該模具的成型零件、排氣系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)、側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)、溫度控制系統(tǒng)、導(dǎo)向定位系統(tǒng)和脫模系統(tǒng)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，模具結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理，動(dòng)作安全可靠。

關(guān)鍵詞：車燈反射鏡團(tuán)狀模塑料側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)加熱管

汽車前大燈反射鏡是車燈中最重要的零件，其功能主要是對(duì)燈光進(jìn)行反射和聚光，避免燈光直射。汽車前大燈反射鏡反射面粗糙度很低，為0.05～0.10 μm，所以對(duì)模具要求高。以前汽車前大燈反射鏡采用的是壓注成型，這種成型方法廢品率高，生產(chǎn)效率低，且對(duì)操作工人的身體健康有不利影響。下面介紹的是注射成型方法所用的注塑模具結(jié)構(gòu)，這種模具生產(chǎn)效率高，制品精度高。

1塑件外觀要求與結(jié)構(gòu)分析

汽車前大燈反射鏡(又名反光鏡)位于透鏡與裝飾框內(nèi)側(cè)，與透鏡裝配在一起，通過(guò)透鏡可以從車燈外面看到反射鏡。塑件為外觀件，表面鍍鋁，屬于高光電鍍件，外表面有大面積花紋作為表面裝飾。

圖1所示為某品牌汽車前左大燈反射鏡零件示意，材料為BMC(團(tuán)狀模塑料)，此種材料為特硬性材料，縮水率幾乎為零[1]，在模具設(shè)計(jì)時(shí)不需要放收縮率。因?yàn)槠涫翘赜菜芰希叽缇雀?、加工性能好，但是流?dòng)性較差。塑件尺寸為：277.7 mm×177.9 mm×127.1 mm。塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。

1)外觀面要求極高，外觀面不允許有斑點(diǎn)和澆口痕跡，更不允許有收縮凹陷、熔接痕和飛邊等缺陷；2)塑件為電鍍件，外觀面脫模斜度設(shè)計(jì)要合理，一般至少要保證5°以上；3)塑件外形復(fù)雜，曲面光潔度高，塑件外側(cè)面有3個(gè)倒扣，需要側(cè)向抽芯。前右大燈反射鏡零件圖與前左大燈反射鏡零件圖鏡像對(duì)稱，此處略。

圖1　 汽車前左大燈反射鏡零件

2 模具結(jié)構(gòu)分析

一模二腔，一次成型前右大燈反射鏡和前左大燈反射鏡2個(gè)塑件。模具優(yōu)先采用標(biāo)準(zhǔn)型兩板模注塑模結(jié)構(gòu)。從模具的動(dòng)作安全可靠以及加工的角度考慮采用“斜導(dǎo)柱+滑塊” 的側(cè)向抽芯結(jié)構(gòu)。模具外形尺寸為860 mm×680 mm×618 mm,總重量約2 t，屬于大型注塑模具。

2.1成型零件設(shè)計(jì)

模具的成型零件和模板采用一體式，與分體式結(jié)構(gòu)相比，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，強(qiáng)度剛性好，模具體積小，避免了開(kāi)框、配框和制造斜楔等繁瑣的工序。

大燈反射鏡內(nèi)表面要求很高，粗糙度小，不允許有頂針和鑲拼痕跡，故必須由定模成型，外表面相對(duì)要求較低，由動(dòng)模成型。由于側(cè)向抽芯在動(dòng)模板上，所以開(kāi)模時(shí)成型塑件不會(huì)留在定模。

由于本塑件屬于高光件,表面需真空電鍍。在設(shè)計(jì)本模具時(shí)，首先要注意模具材料的選用，因?yàn)橐邟伖?，所以定?dòng)模要選用硬度高的材料，如鋼材8407或2344，并需要淬火處理，熱處理洛氏硬度為52～56。BMC流動(dòng)性差，動(dòng)模板型腔的四周需要設(shè)計(jì)溢料槽，溢料槽底部需要設(shè)計(jì)頂針，便于溢料頂出，如圖2所示。

2.2澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在注塑模具設(shè)計(jì)中，塑件的進(jìn)膠方式?jīng)Q定了模具的排位方式與模具類型。

由于成型塑件為透明塑件，不能采用點(diǎn)澆口從中間進(jìn)料，故采用側(cè)澆口澆注系統(tǒng)。又由于透明塑件不能有氣泡、霧暈等成型缺陷，故澆口采用扇形澆口。這種澆口不但成型質(zhì)量好，而且切除方便，切除后在塑件表面留下的痕跡較小，不會(huì)影響塑件的外觀質(zhì)量。針對(duì)BMC料流動(dòng)性差的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)流道時(shí)流道要粗且短，澆口設(shè)計(jì)成側(cè)澆口，詳見(jiàn)圖3。

2.3 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)是本模具最重要的核心結(jié)構(gòu)。塑件為汽車前大燈左右反射鏡，屬于2個(gè)對(duì)稱零件。每個(gè)塑件外側(cè)均有3個(gè)倒扣，因而模具外側(cè)共有6個(gè)滑塊。模具操作側(cè)、反操作側(cè)和天側(cè)各設(shè)計(jì)2個(gè)滑塊抽芯，詳見(jiàn)圖2。

模具的6個(gè)側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)抽芯距離均為30 mm，結(jié)構(gòu)均采用“動(dòng)模滑塊+定模斜導(dǎo)柱+限位夾+擋銷”，動(dòng)作安全可靠，抽芯方向見(jiàn)圖2。

需特別注意的是，天側(cè)滑塊(即向上滑動(dòng))由于離開(kāi)斜導(dǎo)柱后在重力的作用下可能回位，為保證安全可靠，一定要采用DME(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn))或HASCO(歐洲標(biāo)準(zhǔn))限位夾，只有彈簧很容易發(fā)生安全問(wèn)題，因?yàn)閺椈稍谥亓ψ饔孟聲?huì)收縮，且容易疲勞失效。限位除采用限位夾外，還增加了限位螺釘33，作為雙保險(xiǎn)。

2.4溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞對(duì)模具的成型周期與產(chǎn)品成型質(zhì)量影響很大。由于塑件采用BMC材料，流動(dòng)性很差，故模具采用加熱系統(tǒng)而不是采用冷卻系統(tǒng)。加熱管的布置與水路布置類似，與水井相似，既可以設(shè)計(jì)成豎向布置也可以設(shè)計(jì)成橫向布置。采用加熱系統(tǒng)的模具，定、動(dòng)模上下左右都需要設(shè)計(jì)隔熱板來(lái)隔熱，隔熱板厚度為8 mm，材料為尼龍板。

本模具定動(dòng)模溫度控制系統(tǒng)為：定模設(shè)計(jì)了62個(gè)加熱管，動(dòng)模設(shè)計(jì)了58個(gè)加熱管。發(fā)熱管直徑有4.9，10.7，16.1 mm 3種。型腔表面距離發(fā)熱管大約40～50 mm，各發(fā)熱管之間的距離大約80～100 mm，發(fā)熱管功率約為80～100 kW。布置加熱管要注意，線槽拐角處需要倒圓角，避免損壞線路。每一模需要設(shè)計(jì)一支探溫針，布置加熱管間距要均勻，發(fā)熱管孔要比發(fā)熱管大1 mm，深度也要深1 mm，因?yàn)榘l(fā)熱時(shí)會(huì)膨脹。

圖2 汽車前大燈反射鏡注塑模具結(jié)構(gòu)

圖3　汽車前大燈反射鏡注塑模具澆注系統(tǒng)

2.5導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在汽車注塑模具設(shè)計(jì)中，由于模具大，塑件外觀要求高，尺寸精度要求也高，因此對(duì)模具的導(dǎo)向定位設(shè)計(jì)非常嚴(yán)格，導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞直接影響成型塑件的精度和模具的壽命[2]。

本模具在4個(gè)角上各設(shè)計(jì)了1支圓導(dǎo)柱和4個(gè)0°精定位結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。其中4支圓導(dǎo)柱尺寸為60 mm×310 mm，安裝在定模側(cè)，由于塑件開(kāi)模后留在動(dòng)模側(cè)，這樣就不會(huì)影響塑件取出。同時(shí)4支圓導(dǎo)柱在開(kāi)模時(shí)還起到支撐腳的作用，方便配模。

2.6脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本模具的推出結(jié)構(gòu)為頂針(即推桿)，模具在定、動(dòng)模開(kāi)模后，依靠推桿推出塑件與流道凝料，模具安裝后，推件固定板通過(guò)連接柱37與注塑機(jī)頂棍連接在一起，頂針、復(fù)位桿等推件由注塑機(jī)頂棍推出和拉回復(fù)位。4支復(fù)位桿旁邊不用再加復(fù)位彈簧，但在與之接觸的定模板位置要設(shè)計(jì)硬塊40，材料為45#或S50C鋼，表面氮化處理。推桿設(shè)計(jì)要大些，推桿數(shù)量要多些，這是因?yàn)锽MC的塑件很硬，對(duì)模具的抱緊力較大，要求頂出力也較大。

2.7 模具強(qiáng)度與分型面定位設(shè)計(jì)

在汽車注塑模具設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者首先必須保證模具強(qiáng)度和剛性，這是保證模具壽命和塑件精度的必要條件。要保證模具強(qiáng)度和剛性，首先模具結(jié)構(gòu)要合理，尤其是分型面定位結(jié)構(gòu)的大小和位置要合理，其次還必須保證成型零件尺寸和模架尺寸合理，既要滿足成本要求，又要滿足強(qiáng)度要求。

本模具在定模板和動(dòng)模板的型腔四周設(shè)計(jì)了整周的、斜度為5°的錐面定位機(jī)構(gòu)，在四周錐面上還設(shè)計(jì)了耐磨塊。影響模具強(qiáng)度和剛性的主要尺寸包括：型腔邊緣至模具邊緣的尺寸A1，A2，B1和B2；型腔最深處至定模板和動(dòng)模板底面的距離C1和C2，見(jiàn)圖4。由于本模具一模二腔，二型腔左右對(duì)稱，A1,A2為171 mm，左反射鏡與右反射鏡型腔之間距離為80 mm。由于模具的天側(cè)由側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，故B1為135 mm，B2為185 mm。厚度尺寸方面，C1為106 mm，C2為100 mm。

圖4　汽車前大燈反射鏡模具強(qiáng)度參考

3模具工作過(guò)程

熔體通過(guò)注塑機(jī)噴嘴，經(jīng)澆口套5進(jìn)入分型面上的分流道，再由扇形澆口進(jìn)入模具型腔。熔體充滿型腔后，經(jīng)保壓、冷卻和固化，至足夠剛性后，注塑機(jī)拉動(dòng)模具的動(dòng)模固定板17，模具從分型面Ⅰ處打開(kāi)。在開(kāi)模過(guò)程中，定模斜導(dǎo)柱7,28,32分別撥動(dòng)滑塊6,26,35進(jìn)行側(cè)向抽芯。開(kāi)模行程達(dá)到300 mm后，注塑機(jī)頂棍通過(guò)連接柱37推動(dòng)推件底板19和固定板18，進(jìn)而推動(dòng)所有推件將成型塑件推離動(dòng)模。塑件取出后，注塑機(jī)頂棍拉動(dòng)推件及其固定板復(fù)位。接著注塑機(jī)推動(dòng)動(dòng)模合模，模具又開(kāi)始下一次注射成型。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)于汽車車燈反射鏡模具，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)主要有：1)需要專門的注塑工藝設(shè)備，并要采用專門生產(chǎn)BMC塑料的注塑機(jī)，對(duì)工藝設(shè)備要求非常嚴(yán)格。2)BMC材料屬于特硬性塑料，在模具設(shè)計(jì)中需要設(shè)計(jì)加熱系統(tǒng)與分型面設(shè)計(jì)排料系統(tǒng)，成型零件必須淬火處理以提高耐磨性與模具壽命。3)BMC材料的模具設(shè)計(jì)頂出系統(tǒng)要平衡，推桿盡量設(shè)計(jì)大一些，數(shù)量盡量多一些，否則會(huì)造成塑件脫模困難。4)高光電鍍件脫模斜度太小會(huì)造成脫模困難，所以反射鏡塑件側(cè)壁脫模斜度盡量設(shè)計(jì)大一些，一般建議在5°～10°。當(dāng)然前提是不能影響塑件功能與外形。5)塑件不能有尖角銳邊，所有轉(zhuǎn)角都需要設(shè)計(jì)成圓角，因?yàn)槟＞叩某尚土慵?jīng)過(guò)淬火后易發(fā)生應(yīng)力開(kāi)裂現(xiàn)象。6)注意左右反射鏡燈頭孔與塑件表面花紋是左右平移，不能設(shè)計(jì)成鏡像對(duì)稱，因?yàn)闊襞菖c燈頭是不分左右的，其余特征都是鏡像對(duì)稱。7)本模具由于BMC塑料流動(dòng)性差，采用了電子加熱管加熱的溫度控制系統(tǒng)，以提高熔體的流動(dòng)性。模具四周都設(shè)計(jì)了隔熱板，有效保證了模塑件的成型質(zhì)量和電能使用率。模具投產(chǎn)后運(yùn)行穩(wěn)定可靠，塑件質(zhì)量和模具的注射周期均達(dá)到了客戶要求。

參考文獻(xiàn)

[1]張維合.注塑模具設(shè)計(jì)實(shí)用教程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：133-161.

[2]張維合.汽車手套箱斗大型注塑模設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2015,27(4)：54-57.

收稿日期：2015-10-15;修改稿收到日期:2016-03-24。

作者簡(jiǎn)介：張維合(1964—)，男，副教授，主要從事模具教學(xué)與研究。E-mail:allenzhang0628@126.com。

DOI:10.3969/j.issn.1004-3055.2016.03.015

Design of Injection Mould for Mirrors of Car Headlight

Zhang Weihe

(Guangdong University of Science & Technology,Dongguan,Guangdong，523083)

Abstract：According to the structural characteristics of car headlight mirrors, a large injection mould is designed by using side core-pulling mechanism and heating pipe. The molded parts, exhaust system, gating system, side core-pulling mechanism,temperature control system, oriented positioning system and stripping system were analyzed and researched. The advanced and reasonable mold structure was exhibited in production.

Key words：mirrors of car headlight; bulk molding compound; side core-pulling mechanism; heating pipe