張維合

（廣東科技學(xué)院，廣東 東莞523083）

0 前言

汽車塑料配件注塑模具和其他注塑模具相比沒有本質(zhì)的區(qū)別，但和其他塑件相比，汽車塑料配件要求環(huán)保、品質(zhì)好、尺寸精度高、壽命長。因此，汽車塑料配件注塑模具要求強(qiáng)度剛度更好，尺寸精度更高，壽命更長，而且動(dòng)作要求穩(wěn)定、安全、可靠。汽車配件注塑模具從設(shè)計(jì)到制造，除了必須有一支優(yōu)秀的工程技術(shù)人員隊(duì)伍，還要求有精良的加工設(shè)備，先進(jìn)合理的加工工藝，干凈整潔的工廠環(huán)境，以及嚴(yán)格規(guī)范的管理制度[1]。當(dāng)然，好的模具首先要有好的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文所述寶馬汽車風(fēng)箱左蓋注塑模是一副典型的大型高效、高精度和長壽命的汽車塑料配件注塑模具。

1 塑件分析

本塑件是寶馬汽車的塑料風(fēng)箱左蓋，詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖1。材料：聚酰胺6（PA6）＋聚酰胺66（PA66）＋玻璃纖維（GF）30%，收縮率：0.35%。塑件有以下特點(diǎn)：

（1）塑件投影面積大：塑件最大尺寸198 mm×194 mm×82 mm，屬于中偏大型塑件，塑件外觀品質(zhì)和尺寸精度都要求很高，模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是重點(diǎn)之一；

（2）塑件壁厚尺寸大：最大壁厚4.00 mm，最小壁厚1.80 mm，加上塑件批量較大，所以模具的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)也是模具設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一；

（3）塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，側(cè)向抽芯數(shù)量多，抽芯方向多，其中橫向側(cè)向抽芯有6個(gè)（S1～S6），斜向側(cè)抽芯有7個(gè)（S7～S13），共有13處側(cè)向抽芯，且側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)S1、S2和側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)S5、S6還相互干涉。側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)是本模具最復(fù)雜的核心結(jié)構(gòu)，是模具設(shè)計(jì)的最大難點(diǎn)。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于塑件尺寸較大，模具采用單型腔，根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，模架采用非標(biāo)模架，外形尺寸650 mm×650 mm×758 mm。模具總質(zhì)量為1900 kg，其中定模為1100 kg，動(dòng)模為800 kg。模具定模側(cè)有2個(gè)斜向抽芯，這2個(gè)斜向抽芯必須在動(dòng)、定模打開之前完成抽芯，因此定模側(cè)需增加一個(gè)開模面。這種模架就是沒有流道推板的簡化型三板模結(jié)構(gòu)，俗稱兩板半模架[1]。模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 汽車塑料風(fēng)箱左蓋零件圖Fig.1 Part diagram of cars′airtank-left

2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

塑件屬于中偏大型，加上成型品質(zhì)要求高，批量大，模具采用了熱流道澆注系統(tǒng)。熱流道澆注系統(tǒng)由一級熱射嘴55、熱流道板54和二級熱射嘴53組成。

2.2 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本模具最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)當(dāng)屬側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，共有13處之多，這也是這副模具結(jié)構(gòu)的最大亮點(diǎn)。其中橫向抽芯機(jī)構(gòu)S1采用“斜導(dǎo)柱＋滑塊”的常規(guī)結(jié)構(gòu)，由斜導(dǎo)柱32、斜導(dǎo)柱固定塊31（兩塊，卡住斜導(dǎo)柱）、滑塊28、側(cè)抽芯限位裝置27、楔緊塊30和耐磨塊29組成。橫向抽芯機(jī)構(gòu)S2采用了“彎銷＋滑塊”的結(jié)構(gòu)，主要由彎銷6、彎銷固定塊8、滑塊10、楔緊塊5、滑塊限位裝置9和側(cè)抽芯11組成。橫向抽芯機(jī)構(gòu)S3則采用斜頂結(jié)構(gòu)，由斜頂41、斜頂導(dǎo)向塊40和斜頂?shù)鬃?2組成。橫向抽芯機(jī)構(gòu)S4也采用“斜導(dǎo)柱＋滑塊”常規(guī)結(jié)構(gòu)，主要由斜導(dǎo)柱52、斜導(dǎo)柱固定塊51、滑塊49、滑塊限位裝置48和耐磨塊47、50組成。橫向抽芯機(jī)構(gòu)S5和S6都采用“彎銷＋滑塊”結(jié)構(gòu)，分別由彎銷57、小滑塊58、T形導(dǎo)向塊7和彎銷60、滑塊59、導(dǎo)向塊26、限位裝置25組成。滑塊58和滑塊59都分別在滑塊10和滑塊28內(nèi)滑動(dòng)，俗稱“大滑塊內(nèi)跑小滑塊”[2]。以上側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)詳見圖2。

斜向抽芯機(jī)構(gòu)S7、S8和S9見圖3的C-C′（局部旋轉(zhuǎn)）剖視圖，主要由斜導(dǎo)柱64、斜導(dǎo)柱固定塊65、底座66、斜向抽芯63、斜滑塊68、斜滑塊座限位裝置67和斜滑塊座62組成。分型面Ⅰ打開時(shí)斜導(dǎo)柱64撥動(dòng)斜滑塊座62，斜滑塊座62一邊帶動(dòng)斜向抽芯63作斜向抽芯，一邊帶動(dòng)二個(gè)斜滑塊67、68側(cè)向脫離倒扣。斜滑塊座62的移動(dòng)距離由側(cè)面限位裝置控制。

斜向抽芯機(jī)構(gòu)S10、S11和S12和斜向抽芯機(jī)構(gòu)S7、S8和S9結(jié)構(gòu)大致相同，見圖3的D-D′（局部旋轉(zhuǎn)）剖視圖，主要由斜導(dǎo)柱71、斜導(dǎo)柱固定塊70、底座69、斜向抽芯73、斜滑塊74和斜滑塊座72組成。分型面1打開時(shí)，斜導(dǎo)柱71撥動(dòng)斜滑塊座72，斜滑塊座72一邊帶斜向抽芯73作斜向抽芯，一邊帶動(dòng)二個(gè)斜滑塊74作側(cè)向移動(dòng)脫離塑件倒扣。斜滑塊座72的限位裝置與斜滑塊座62相同，圖中未標(biāo)明。

圖2 汽車風(fēng)箱左蓋模具結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Mold diagram of cars′airtank-left

斜向抽芯機(jī)構(gòu)S13見圖3中的H-H′（局部旋轉(zhuǎn)）剖視圖，主要由斜向抽芯78、斜向抽芯鑲件75、滑塊77，滑塊限位裝置76、滑塊楔緊塊79、斜導(dǎo)柱82和斜導(dǎo)柱固定塊81組成。分型面1打開時(shí)，楔緊塊79離開滑塊77，同時(shí)斜導(dǎo)柱82撥動(dòng)滑塊77橫向移動(dòng)，滑塊77通過斜向?qū)Р劾瓌?dòng)斜向抽芯固定座78抽芯，抽芯距離最終由滑塊77的限位裝置76控制。

2.3 定距分型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了完成定模斜向抽芯，在模具的定模部分增加了一個(gè)開模面Ⅰ，這樣模具就有2個(gè)分型面。而且為了保證塑件開模后留在動(dòng)模型芯上，定模側(cè)的分型面必須先打開，首先完成定模斜向抽芯，開模順序見圖4。為此模具設(shè)計(jì)了定距分型機(jī)構(gòu)。本模具的定距分型機(jī)構(gòu)由外置式扣基和內(nèi)置限位桿88組成，外置式扣基包括由長拉鉤87、短拉鉤83、活動(dòng)塊86、活動(dòng)塊座84和彈簧85等零件，詳見圖4。

圖3 模具的7個(gè)斜向抽芯機(jī)構(gòu)Fig.3 Diagram of the tilt direction core pulling

圖4 模具定距分型機(jī)構(gòu)Fig.4 Diagram of the open distance control mechanism

2.4 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具屬于大型模具，塑件品質(zhì)要求高，壁厚尺寸較大，生產(chǎn)批量也較大，模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。本模具主要采用直通式冷卻水管和“冷卻水膽＋隔片”聯(lián)合冷卻的冷卻系統(tǒng)。本模具冷卻系統(tǒng)特點(diǎn)是冷卻水路數(shù)量多，冷卻充分，所有的側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)（包括抽芯和斜頂）都設(shè)置了冷卻水道。其中動(dòng)、定模板的冷卻水路布置見圖5，側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的冷卻水路見圖2、圖3和圖5。

2.5 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的作用，塑件開模后留在動(dòng)模型芯上。又由于塑件內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)較簡單，所以對動(dòng)模型芯的包緊力并不大，模具只設(shè)計(jì)了5根推桿43。這里要說明的是，斜頂41雖然是側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，但在抽芯的過程中還起了推出塑件的作用，所以也可以看做是脫模零件[4]。

2.6 導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

對于大型模具，要保證其精度和長壽命，必須設(shè)計(jì)可靠的導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)。本模具的導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)由動(dòng)、定模的導(dǎo)柱35、導(dǎo)套36、37，推桿固定板導(dǎo)柱45、導(dǎo)套44，以及動(dòng)定模板之間的錐面定位塊61組成。另外，側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的所有活動(dòng)零件都有可靠的導(dǎo)向槽和限位裝置。

3 模具工作過程

（1）塑料熔體經(jīng)熱流道澆注系統(tǒng)的一級熱射嘴55、熱流道板54和二級熱射嘴53進(jìn)入模具型腔，熔體填滿型腔后經(jīng)保壓、冷卻、固化至足夠剛性后，注塑機(jī)拉動(dòng)動(dòng)模底板17打開模具；

（2）在外置式定距分型機(jī)構(gòu)的作用下，模具先從分型面Ⅰ處打開，開模距離105 mm，由限位小拉桿88控制，在這一過程中，斜向抽芯機(jī)構(gòu)S7、S8、S9、S10、S11、S12和S13分別在斜導(dǎo)柱64、71和82的撥動(dòng)下完成抽芯；

圖5 動(dòng)、定模冷卻系統(tǒng)簡圖Fig.5 Diagram of mold cooling system

（3）分型面Ⅰ打開105 mm后，外置式定距分型機(jī)構(gòu)中的短拉鉤83脫離活動(dòng)塊，模具再從分型面Ⅱ處打開，打開距離為200 mm，可由注塑機(jī)控制。在這一過程中，塑件脫離定模型腔，同時(shí)斜導(dǎo)柱32撥動(dòng)滑塊28、彎銷6撥動(dòng)滑塊10、斜導(dǎo)柱52撥動(dòng)滑塊49、彎銷60撥動(dòng)滑塊59，彎銷57撥動(dòng)滑塊58，使側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)S1、S2、S3、S5、S6完成側(cè)向抽芯；

（4）完成開模行程后，連接在模具推桿固定板上的注塑機(jī)頂棍推動(dòng)推桿固定板，推桿固定板進(jìn)而推動(dòng)推桿和斜頂，在這一過程中，斜頂完成側(cè)向抽芯，同時(shí)和推桿一道將塑件推離動(dòng)模型芯；

（5）塑件脫模后，注塑機(jī)頂棍拉動(dòng)推桿固定板復(fù)位，當(dāng)推桿固定板觸動(dòng)行程開關(guān)后，注塑機(jī)動(dòng)模板推動(dòng)模具動(dòng)模板合模，各側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)滑塊在斜導(dǎo)柱和彎銷的作用下復(fù)位，模具完成一次注射成型，接著開始下一次注射成型。

4 注意事項(xiàng)

（1）對于大型模具，為了滿足模具結(jié)構(gòu)的特殊要求，保證其剛性、強(qiáng)度和使用壽命，模架常采用非標(biāo)模架；

（2）設(shè)置推桿時(shí)要注意，在斜頂41的附近不要加推桿（本模具中至少30 mm范圍內(nèi)），否則推桿容易將塑件頂白[3]；

（3）對于中、大型模具，搬運(yùn)和存放時(shí)必須用鎖模塊33將所有分型面鎖住，否則易發(fā)生安全事故。模具注塑生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)將鎖模塊拆開，但不要將它拆下，而應(yīng)該用螺釘將它橫向固定在動(dòng)模板上，以方便拆模后繼續(xù)用鎖模塊鎖住所有分型面[3]；

（4）定模部分的定位圈56的中心必須和動(dòng)模部分定位圈19的中心在一條線上；

（5）吊模塊34是模具拆裝和搬運(yùn)時(shí)用的，模具在注塑機(jī)上安裝后應(yīng)拆除，并放在倉庫保管。

5 結(jié)論

（1）本模具屬大型模具，設(shè)計(jì)時(shí)模架常采用了非標(biāo)模架，雖然提高了制造成本，但滿足了模具剛性和強(qiáng)度的特殊要求，有效保證其塑件精度和使用壽命，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益；

（2）本模具良好的導(dǎo)向定位系統(tǒng)和定距分型機(jī)構(gòu)，充分滿足了汽車配件注塑模具強(qiáng)度剛度好，尺寸精度高，壽命長，而且動(dòng)作穩(wěn)定、安全、可靠的要求；

（3）本模具采用熱流道澆注系統(tǒng)，而且冷卻系統(tǒng)充分，有效地保證了塑件的成型品質(zhì)和模具的勞動(dòng)生產(chǎn)率。

[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，2011：135-148.

[2]張維合.注塑模具復(fù)雜結(jié)構(gòu)100例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010：130-146.

[3]張維合.注塑模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011：112-132.

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