肖國華，熊運(yùn)星，張 適，葛知飛

(1.浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 寧波 315012；2.華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢430074；3.寧波知飛模具有限公司，浙江 寧波 315015）

杯托內(nèi)門是汽車個性化設(shè)計煙灰缸組件的一個重要塑料零件，廣泛的應(yīng)用在家用、商務(wù)轎車產(chǎn)品上，杯托內(nèi)門除作為汽車煙灰缸結(jié)構(gòu)組件性能外，還須具有耐熱、防火及防老化等功能。其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使其模具設(shè)計有一定的復(fù)雜性，可作為高職院校模具專業(yè)學(xué)生作為提高熱流道模具設(shè)計能力的一個較好的實用案例[1~3]。

熱流道技術(shù)是應(yīng)用于塑料注塑模澆注流道系統(tǒng)的一種先進(jìn)技術(shù)，是塑料注塑成型工藝發(fā)展的一個熱點方向。典型的熱流道系統(tǒng)由如下四大部分組成：熱流道分流板(MANIFOLD)、熱噴嘴(NOZZLE)、溫度控制器(溢控箱)和輔助附件。與普通流道相比，熱流道的使用基于以下優(yōu)點：

（1）流道內(nèi)壓力損耗小，塑料流動性好，溫度均勻，則產(chǎn)品的內(nèi)應(yīng)力，變形就會減小，產(chǎn)品表面品質(zhì)和力學(xué)性能就會大大提高；常見的縮水、填充不足、熔接痕、顏色不均、飛邊、翹曲現(xiàn)象也可以減少。

（2）消除全部或大部分流道廢料，物料的有效利用率高，不必回用舊料。

（3）縮短了成型周期，開模行程，提高了生產(chǎn)效率。

（4）熱流道均為自動切斷澆口，可以提高自動化程度。

（5）降低注塑壓力，有利于保護(hù)模具，延長使用壽命。

（6）多模腔模具可保證填充均勻，品質(zhì)一致[4~7]。

每一項技術(shù)都會有自身的缺點存在，熱流道技術(shù)也不例外，熱流道的缺陷主要有：

（1）模具造價成本高。

（2）模具結(jié)構(gòu)相比較復(fù)雜，要求嚴(yán)格控制溫度。

（3）需要專業(yè)人士進(jìn)行維護(hù)[8~9]。

目前，在汽車工業(yè)設(shè)計中，新開發(fā)產(chǎn)品零部件以塑代鋼的步伐在加快。以塑料代替金屬，不僅能減輕車重，降低燃油消耗和碳?xì)浠衔锱欧?，提高動力，還能還有助于報廢零部件的回收，使汽車在成本方面獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。同時，廣泛的使用塑膠件使不但使汽車外觀設(shè)計更加人性化、多樣化及內(nèi)飾的手感舒適性、美觀性提供了便利條件，而且還有利于降低零部件加工、裝配與維修的費(fèi)用。

汽車煙灰缸組件零件一般采用改性ABS。ABS的氧指數(shù)只有18%，易燃燒。一般為滿足汽車防火安全的要求，需要對一些零部件塑料材料進(jìn)行阻燃改性。對于車載煙灰盒等特殊制件，最好使用遇火自熄的阻燃材料。目前，ABS 的阻燃改性以添加高效含鹵阻燃劑為主，阻燃ABS／PC 合金以更為環(huán)保的磷系阻燃劑為主[10~18]。

1 塑件結(jié)構(gòu)分析

杯托內(nèi)門殼體的外形，如圖1 和圖2 所示，材料為改性阻燃ABS，收縮率取0.55%，產(chǎn)品重量52.2 g，產(chǎn)品放縮水后開模方向投影面積19 938.29 mm2。在結(jié)構(gòu)上有以下幾個特點：

（1）外形尺寸比較大，為169.4 mm×117.71 mm×38.4 mm，壁厚為1~2.5 mm。

（2）內(nèi)門殼體內(nèi)兩端有兩處比較大的插破孔，需要設(shè)置側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)。

（3）產(chǎn)品前端中央有一鉸接勾骨，骨內(nèi)有深孔，且整個勾骨處在產(chǎn)品上表面。

（4）殼體兩端有鉸鏈孔，且其下端各有一處倒扣。

圖1 產(chǎn)品模具結(jié)構(gòu)設(shè)計要點圖

圖2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

針對此產(chǎn)品模具設(shè)計的難點有以下幾點：

（1）澆注系統(tǒng)設(shè)計。

（2）產(chǎn)品出模、布局與模具結(jié)構(gòu)。

（3）兩端插破孔側(cè)向抽芯結(jié)構(gòu)。

（4）鉸接勾骨到成型與脫模。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析

2.1 分型面設(shè)計考慮

由塑料件結(jié)構(gòu)分析可知，分型面位置是否正確選擇，將影響到該產(chǎn)品成型工藝是否能夠?qū)崿F(xiàn)。為此，本模具分型面的選擇必須考慮：

（1）兩處比較大的插破孔，需要設(shè)置側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)，分型線不能破壞A 面外觀。

（2）鉸鏈孔抽芯機(jī)構(gòu)分型面不能破壞A 面外觀。

（3）澆口不能開設(shè)在A 面上。

（4）鉸接勾骨到成型分型設(shè)計不能影響A 面外觀。

2.2 模具結(jié)構(gòu)分析

結(jié)合模具設(shè)計經(jīng)驗來看，本塑件在制造模具時可采用三板模結(jié)構(gòu)及多點進(jìn)膠方式，但經(jīng)過分析，如采用三板模設(shè)計，此料把的長度會比較長，需要在一次開模時拉出較長的距離，留出足夠的空間給取料把。所以，采用三板模結(jié)構(gòu)需要較長的導(dǎo)柱，流道板在導(dǎo)柱上滑行距離較長，易導(dǎo)致導(dǎo)柱彎曲變形，長時間的超負(fù)荷會使導(dǎo)柱的導(dǎo)向產(chǎn)生偏差，造成動定模部分定位不準(zhǔn)，過早產(chǎn)生飛邊的可能性，導(dǎo)致廢品率的居高不下。同時，亦會影響模具結(jié)構(gòu)內(nèi)斜頂裝置的重復(fù)復(fù)位精度，影響模具的整體使用壽命。況且，從產(chǎn)品的特點來看，鉸接勾骨部位成型必須在定模斜頂頂出，采用三板模來做，控制機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，增加生產(chǎn)成本。經(jīng)模流預(yù)案分析發(fā)現(xiàn)，如采用三板模長距離的冷流道，流道產(chǎn)生很大的壓力降，壓力損失達(dá)40%，塑件不易注射滿，且廢料率較高。

綜上所述，傳統(tǒng)的三板模結(jié)構(gòu)成型該產(chǎn)品不但無法實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，還將產(chǎn)生低下的經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效益。所以，本產(chǎn)品成型采用熱冷流道結(jié)合的方式是比較優(yōu)化的方案。其優(yōu)勢有：

（1）在生產(chǎn)中產(chǎn)生料把短，塑料利用率高，塑料在整個加熱系統(tǒng)中是處于熔融狀態(tài)的。

（2）模具在結(jié)構(gòu)上減少了一次開模，結(jié)構(gòu)較為簡單。

（3）導(dǎo)柱不需要承重，導(dǎo)向定位不準(zhǔn)的隱患可消除。

（4）流道大部分處于高溫熔融狀態(tài)的塑料，其壓力降損失小，能提高塑件品質(zhì)，降低廢品率。

（5）可以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)銷率。模具結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

本套模具針對產(chǎn)品的分型曲線特點，采用了斜滑塊、動模斜頂頂出和定模斜頂頂出相結(jié)合的頂出方式。定模斜頂頂出推出板設(shè)置在與流道板一同設(shè)置在面板與A 板之間，見圖3 所示。

圖3 動模俯視圖

2.3 熱流道系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)該產(chǎn)品的單模注射成型工藝的要求，采用側(cè)澆口短流道加熱流道注射的流道設(shè)計方式，在產(chǎn)品左下端側(cè)開設(shè)扇形側(cè)澆口。主流道采用熱流道系統(tǒng)。對于A 模的熱流道系統(tǒng)熱流道板，采用板式一字結(jié)構(gòu)的外加熱式熱流道板，如圖4 所示。熱流道系統(tǒng)采用貝斯特產(chǎn)品，在本設(shè)計中熱流道系統(tǒng)采用了2個加熱區(qū)，本設(shè)計熱流道系統(tǒng)溫度控制點有2個測溫點，采用鎳鉻一鎳硅熱電偶進(jìn)行測溫，流道板加熱區(qū)采用直線式熱電偶，分噴嘴加熱區(qū)采用導(dǎo)線式熱電偶。隔熱設(shè)計中熱流道板覆蓋一層反射鋁箔，以減少熱輻射，同時，在流道板和模板之間留有空隙，采用了空氣隔熱。噴嘴采用氣動針閥式熱嘴，以防止流延。

圖4 定模仰視圖

2.4 前模斜頂頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計

鉸接勾骨到成型采用前模斜頂頂出設(shè)計，在上模座板2 與定模板9 之間設(shè)計一塊推板，前模斜頂座安裝在其上，如圖5 所示。在前模推板上設(shè)計有推板導(dǎo)柱導(dǎo)套8 和拉桿22，拉桿與動模上的樹脂開閉器21 連接。在開模時，借用樹脂開閉器的吸合力，將定模推板沿動模運(yùn)動方向拉出，帶動鉸接勾骨斜頂頂出，完成脫模，復(fù)位時，依靠樹脂開閉器與拉桿套入配合推回。

圖5 前模頂出機(jī)構(gòu)

2.5 模具結(jié)構(gòu)零件

相對于普通二板熱流道模具，該模具主要增加了定模頂出推板，其設(shè)計機(jī)構(gòu)比較簡約，創(chuàng)新。如圖4所示。

結(jié)構(gòu)主要零件組成為：1.定位圈；2.上模座板；3.熱流道隔空板；4.前模推板；5.前模推板蓋板；6.前模斜頂?shù)鬃?.鉸接勾骨斜頂桿；8.前模推板導(dǎo)柱導(dǎo)套；9.A 板；10.滑塊1；11.B 板；12.頂針；13.頂針板蓋板；14.頂針推板；15.下模座板；16.垃圾釘；17.復(fù)位桿；18.復(fù)位彈簧；19.滑塊2；20.斜導(dǎo)柱固定塊；21.樹脂開閉器；22.前模推板拉桿；23.隔熱墊塊；24.熱流道嘴；25.導(dǎo)套；26.導(dǎo)柱；27.模腳；28.頂針板導(dǎo)柱導(dǎo)套。

模具機(jī)構(gòu)設(shè)計難點有兩處：其一是定模頂出推板機(jī)構(gòu)設(shè)計；其二是圖1 所示兩側(cè)側(cè)抽芯斜滑塊設(shè)計及板下斜頂設(shè)計。

3 模具工作過程

模具工作過程：

（1）在開模時，主分型面打開，帶動兩側(cè)滑塊抽芯，實現(xiàn)兩側(cè)側(cè)插破孔的脫模。

（2）動模一側(cè)之上的樹脂開閉器在主分型面打開的同時，帶動拉桿和定模定模推板的運(yùn)動，帶動前模斜頂，將鉸接勾骨位頂出。

4 裝配及維護(hù)注意事項

模具安裝與維護(hù)時須注意以下幾點[7~8]：

（1）型腔型芯內(nèi)鑲件的配合為基孔制間隙配合，最大間隙不得大于ABS 料的溢邊值0.04 mm。

（2）型腔型芯內(nèi)鑲件都必須加防轉(zhuǎn)銷。

（3）動模側(cè)產(chǎn)品周邊須開設(shè)排氣槽。

5 結(jié)束語

通過對熱注射成型基本原理的了解以及對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析，合理采用熱流道系統(tǒng)以避免使用三板模，從而簡化模具結(jié)構(gòu)；通過合理選擇分型面位置，結(jié)合可行的抽芯機(jī)構(gòu)，解決了該產(chǎn)品注射成型工藝中料多流道過長的問題；在普通熱流道二板模的基礎(chǔ)上，增設(shè)了前模頂出結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)合理，工作穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率高，塑件脫模后無拉傷變形，品質(zhì)符合設(shè)計要求?？偟膩碚f，創(chuàng)新點有兩處：其一是前模頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計；其二是產(chǎn)品兩側(cè)的斜滑塊分型結(jié)構(gòu)設(shè)計。

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