何鏡奎 陳洪土

(1.廣東理工職業(yè)學(xué)院,廣東 廣州,510091;2.廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學(xué)院,廣東 東莞, 523960)

汽車轉(zhuǎn)向柱上、下護罩位于汽車方向盤上,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,其注塑模具設(shè)計必須注意分型面、側(cè)向抽芯機構(gòu)、澆注系統(tǒng)和脫模系統(tǒng)設(shè)計的合理性和先進性。下面介紹的模具采用熱流道、斜頂和滑塊先后抽芯以及氮氣彈簧推出、復(fù)位的先進結(jié)構(gòu),其成功經(jīng)驗可供同行借鑒。

1 塑件外觀要求與結(jié)構(gòu)分析

圖1和圖2分別為汽車轉(zhuǎn)向柱上、下護罩零件,材料為聚丙烯與三元乙丙橡膠(PP+EPDM),其結(jié)構(gòu)特點如下:1)尺寸較大,分別為217.10 mm×220.70 mm×139.00 mm和216.70 mm×173.70 mm×108.90 mm,平均壁厚為2.00 mm；2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,外表面分別有3處大面積倒扣,內(nèi)側(cè)面分別有2處大面積倒扣；3)外觀面要求高。

2 模具結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計

2.1 模具結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)向柱上、下護罩由一套模具注射成型,模具采用熱流道轉(zhuǎn)普通流道澆注系統(tǒng),側(cè)向抽芯機構(gòu)采用“斜導(dǎo)柱+滑塊” 和“斜頂+斜推桿”不同步抽芯的機構(gòu),模具最大外形尺寸:800 mm×700 mm×708 mm,總質(zhì)量約4 t,屬于大型注塑模具[1]。模具結(jié)構(gòu)見圖3和圖4。

圖1 汽車轉(zhuǎn)向柱上護罩零件(單位:mm)

圖2 汽車轉(zhuǎn)向柱下護罩零件(單位:mm)

圖3 汽車轉(zhuǎn)向柱護罩模具結(jié)構(gòu)(單位:mm) 1—定模固定板；2—定模A板；3—L1斜頂；4—定模鑲件；5— L2斜頂；6—耐磨塊；7—S2滑塊；8—斜導(dǎo)柱固定塊；9— S2斜導(dǎo)柱；10—擋板；11— L2斜推桿；12—斜推桿導(dǎo)套；13—方鐵；14—集水塊；15—推件固定板；16—推件底板；17—動模固定板；18—斜頂滑座；19— L3斜推桿；20— S4斜導(dǎo)柱；21— S4滑塊；22—先復(fù)位彈簧；23—復(fù)位桿；24—導(dǎo)柱；25—導(dǎo)套；26—氮氣彈簧；27— S6斜導(dǎo)柱；28— 擋銷；29— S6滑塊；30—滑塊定位彈簧；31—定位圈；32—熱射嘴；33— S3滑塊；34—耐磨塊；35— S3斜導(dǎo)柱；36—斜導(dǎo)柱固定塊；37—滑塊擋銷；38—推件板導(dǎo)柱；39—推件板導(dǎo)套；40—限位釘；41—塑件推桿；42—流道凝料推桿；43—撐柱；44—限位柱；45—頂棍連接柱；46—氮氣彈簧固定座

圖4 汽車轉(zhuǎn)向柱護罩注塑模具3D示意

2.2 成型零件設(shè)計

定模成型零件采用整體式,動模成型零件采用鑲拼式。定模A板采用718H預(yù)硬塑膠模具鋼,調(diào)質(zhì)硬度為30～35 HRC;動模鑲件采用1.2738模具鋼,調(diào)質(zhì)硬度為30～33 HRC。

2.3 導(dǎo)向定位系統(tǒng)設(shè)計

模具的導(dǎo)向零件主要是圓形導(dǎo)柱、導(dǎo)套,包括A,B板之間的、4個角上的φ50 mm×428 mm導(dǎo)柱24和與之相配合的導(dǎo)套25,以及對推件固定板15,16進行導(dǎo)向的φ30 mm×300 mm導(dǎo)柱38和與之相配合的導(dǎo)套39各4支,詳見圖3中的(b)和(d)視圖。模具A,B板之間的定位結(jié)構(gòu)則是4個角上的5°錐面止口,見圖4。

該模具的導(dǎo)柱設(shè)計在定模,這樣不但有利于機械手取件,避免塑件粘上導(dǎo)柱上的油污,而且導(dǎo)柱還能起到支撐整個定模的作用,方便動定模配模[2]。導(dǎo)柱的長度要高出定模最高點30 mm,同時要在斜導(dǎo)柱插入滑塊前20 mm插入動模導(dǎo)套,否則在制造和生產(chǎn)中易損壞模具[3]。

2.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計

模具主流道采用熱射嘴,分流道采用普通流道,澆口則采用潛伏式澆口,見圖5。分流道開設(shè)在動模鑲件上,截面為“U”形,由于轉(zhuǎn)向柱上、下護罩尺寸大小及結(jié)構(gòu)均不相同,為了保證進料平衡,其分流道截面尺寸也不相同,其等效直徑分別為10 mm和8 mm,潛伏式澆口直徑為1.5 mm[4]。

圖5 澆注系統(tǒng)3D示意

澆注系統(tǒng)為開放式熱流道,在設(shè)計時須注意如下幾點: 1)熱射嘴上端面必須低于面板至少2 mm,以防模具搬運時碰壞熱射嘴；2)模具外側(cè)必須設(shè)計支撐柱,用以保護熱流道電線插座,位置必須在非操作側(cè),并符合客戶要求;3)熱射嘴電線槽必須光滑順暢,少拐彎。

2.5 側(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計

塑件外側(cè)共有6處倒扣S1～S6,內(nèi)側(cè)共有4處倒扣L1～L4,為了使成型塑件順利脫模,模具設(shè)計了10個側(cè)向抽芯機構(gòu),其中倒扣S1～S6采用了“斜導(dǎo)柱+滑塊”抽芯結(jié)構(gòu),見圖6。倒扣L1～L4則采用了“斜頂+斜推桿”的側(cè)向抽芯結(jié)構(gòu),見圖7。

圖6 滑塊外側(cè)向抽芯機構(gòu)3D示意

圖7 斜頂內(nèi)側(cè)向抽芯機構(gòu)3D示意

前者在開模時抽芯,后者在脫模時抽芯。這種非同步抽芯結(jié)構(gòu),可以防止塑件抽芯時變形或拉裂。斜推桿底部設(shè)計螺孔,通過螺釘使其與滑座連接,這樣就可以從底部裝拆,做到不拆模具時就能裝拆斜頂。同時在斜推桿上還設(shè)計了防轉(zhuǎn)和定位結(jié)構(gòu),以此防止注塑生產(chǎn)時斜推桿松動以及在裝拆過程中出錯。斜推桿直徑設(shè)計為25 mm,材料選擇SUJ2,采用高頻淬火處理,保證其硬度和強度[5]。

2.6 溫度控制系統(tǒng)設(shè)計

模具定、動模溫度控制系統(tǒng)采用了“垂直式冷卻水管+傾斜式冷卻水管+隔片式水井”的結(jié)構(gòu)形式,詳見圖8。水路之間的間隔均勻,保證在50～60 mm設(shè)計一組冷卻水管,以保證塑件冷卻充分。為避免冷卻水道與相關(guān)模具零件發(fā)生干涉,同時又不影響模具的冷卻效果,本模具定、動模設(shè)計了一進一出的內(nèi)循環(huán)式冷卻水道。

圖8 模具溫度控制系統(tǒng)

另外,每個斜頂和每個滑塊上都單獨設(shè)計了一組冷卻水管,熱射嘴區(qū)域以及熱射嘴正對著的動模區(qū)域,也設(shè)計了冷卻水道來加強對熱射嘴區(qū)域的冷卻,避免熱射嘴出現(xiàn)流涎、拉絲以及澆口溫度過高。

2.7 脫模系統(tǒng)設(shè)計

模具脫模系統(tǒng)采用“推桿+直頂+斜頂+氮氣彈簧頂出”組合結(jié)構(gòu),詳見圖3。模具在定、動模開模后,依靠推件推出塑件,推件固定板由注塑機通過油缸推動,在4支復(fù)位桿的作用下復(fù)位。模具采用了4支φ20 mm×124 mm的氮氣彈簧復(fù)位,依靠氮氣彈簧內(nèi)注入的氮氣驅(qū)動推件,保證模具頂出與復(fù)位安全可靠。氮氣彈簧彈力中心應(yīng)和脫模力的中心大致重合,并盡量布置在K.O.孔附近。氮氣彈簧需固定在氮氣彈簧固定塊內(nèi),見圖3(b)。

3 模具工作過程

熔體充滿型腔后,經(jīng)保壓、冷卻和固化,至足夠剛性后,注塑機拉動模具的動模固定板17,模具從A,B板之間的分型面處開模。在開模過程中,斜導(dǎo)柱9,20,27,35分別撥動滑塊7,21,29,33進行側(cè)向抽芯。完成開模距離400 mm后,塑件所有滑塊在斜導(dǎo)柱的驅(qū)動下與塑件脫離。注塑機油缸通過頂棍推動推件底板16,進而推動推件固定板上所有推件將塑件推離動模,其中4個大斜頂在斜推桿推動下一邊推動塑件,一邊側(cè)向脫離塑件,進行內(nèi)側(cè)抽芯。在限位柱44的作用下,頂出距離100 mm。當所有斜頂及推件與塑件分離后,機械手將塑件取出。最后氮氣彈簧推動推件及其固定板復(fù)位,注塑機推動動模合模,模具接著下一次注射成型。

模具自放產(chǎn)以來,由于各機構(gòu)設(shè)計先進合理,運行穩(wěn)定可靠,注塑周期成功控制在35 s以下,提高了模具的勞動生產(chǎn)率約10%。

4 結(jié)論

1) 模具采用了多個工藝結(jié)構(gòu),使定模型腔和側(cè)向滑塊可以組合加工,有效保證了轉(zhuǎn)向柱的外觀質(zhì)量,所有結(jié)合線處都做到了平滑光順。

2) 模具采用斜導(dǎo)柱和斜推桿先后進行的外、內(nèi)抽芯機構(gòu),既分散了塑件的脫模力,又使模具動作更加協(xié)調(diào)有序,使整個注塑過程安全平穩(wěn)。

3) 成型零件定模采用一體式,動模采用鑲拼式,提高了模具剛度和強度,減小了模具外形尺寸,方便了模具的制造和維修。

4) 本模具采用氮氣彈簧推出及復(fù)位機構(gòu)有效保證了頂出、復(fù)位系統(tǒng)的平衡及頂出距離,減少了常規(guī)彈簧因疲勞時效需要頻繁更換的時間,提高了模具的勞動生產(chǎn)率。

5) 澆注系統(tǒng)采用一點開放式熱流道澆注系統(tǒng)進膠方案,提高了熔融塑料在注塑成型過程中的流動性,改善了熔體的填充效果,減少了成型后流道系統(tǒng)凝料,采用潛伏式澆口避免了澆口痕跡對塑件外觀質(zhì)量的影響。

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

[2] 屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計[M].北京:機械工業(yè)出版社,1996:115-127.

[3] 匡唐清,李定俊,李樹楨.復(fù)印機蓋板的氣輔注塑模具設(shè)計[J].工程塑料應(yīng)用,2006,34(11):64-66.

[4] 張維合.汽車注塑模具設(shè)計要點與實例[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2016:104-172.

[5] 熊毅,張成光.基于復(fù)雜分型面的面殼注射模設(shè)計[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用,2015,27(6):49-53.