劉安林 黃瑤 周甫芝 楊雪

(1.江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江,212013;2.江蘇立德精密模具有限公司,江蘇 鎮(zhèn)江,212132)

車燈是汽車外飾件的重要組成部分之一,它給汽車的安全行駛提供了重要保障。車燈通常由光源、反射鏡、配光鏡、支架和后殼等部分組成。汽車前照燈后殼是車燈結(jié)構(gòu)中是最復(fù)雜的零件,它起著固定、支撐燈體的作用[1]。下面詳細(xì)介紹某汽車前照燈后殼注塑模具設(shè)計的要領(lǐng),其中側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)和脫模機(jī)構(gòu)為設(shè)計的難點。

1 塑件結(jié)構(gòu)和成型工藝性分析

汽車前照燈后殼左右對稱,采用一模兩腔的注射成型工藝。其最大尺寸為544.60 mm×450.68 mm×284.76 mm。塑件材料為聚丙烯+質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%玻璃纖維(PP+30%GF),收縮率為0.70%。塑件平均厚度2 mm,為了提高塑件的強(qiáng)度和剛度，設(shè)計了很多加強(qiáng)筋。塑件結(jié)構(gòu)復(fù)雜,有多處倒扣,需要設(shè)計較多的側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu),而側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)之間又會相互干涉,且成型面積較大,這加大了模具設(shè)計的難度。

2 模具結(jié)構(gòu)分析

2.1 模具結(jié)構(gòu)

圖1是某汽車前照燈后殼零件示意,設(shè)計時,沿塑件截面尺寸最大位置處分型。若塑件凹側(cè)[圖1(b)]由動模成型,斜導(dǎo)柱將位于動模側(cè),滑塊位于定模側(cè),會給水路和頂出機(jī)構(gòu)的排布帶來不便。經(jīng)認(rèn)真分析,塑件凹側(cè)由定模成型。但是由于熔體冷卻收縮對定模的包緊力較大,給塑件脫模造成了困難。若采用倒裝結(jié)構(gòu),就會使模具結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。因此采用雙脫模機(jī)構(gòu)和延時抽芯機(jī)構(gòu),迫使塑件留在動模側(cè)?？紤]到模具動作安全可靠,結(jié)構(gòu)簡單等因素,采用兩板模結(jié)構(gòu)。模具的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。模具外形尺寸:1 550.00 mm×895.00 mm×1 050.00 mm,模具大約重9 t,屬于大型精密注塑模具。

圖1 前照燈后殼零件(單位：mm)

圖2 前照燈后殼注塑模具結(jié)構(gòu)(單位：mm)1—定模固定板;2—定模板;3—熱流道;4—熱射嘴;5—定位環(huán);6—滑塊;7—擋塊;8—導(dǎo)柱;9—導(dǎo)套;10—動模板;11—墊塊;12—動模做板;13—推桿;14—推管;15—支承柱;16—垃圾釘;17—推件底板;18—推件固定板;19—擋塊;20—邊鎖;21—吊環(huán)螺絲孔;22—硬塊;23—復(fù)位桿;24—彈簧;25—導(dǎo)柱;26—導(dǎo)套;27,29,34,35—定模鑲塊;28,30,36,37—動模鑲塊;31—鑲塊固定螺絲;32—彈簧;33—耐磨板;38—固定螺絲;39—斜導(dǎo)柱固定座;40—斜導(dǎo)柱;41,45—耐磨板;42—滑塊1;43—T形槽;44—滑塊2;46—定位珠;47—彈簧;48,54—耐磨板;49—斜頂;50—斜頂導(dǎo)向塊; 51—定位銷;52—斜頂T形塊;53—斜頂座;55—定位株;56—彈簧;57—斜導(dǎo)柱;58—滑塊限位塊;59—滑塊;60—限位塊;61—斜導(dǎo)柱固定座;62—固定螺絲

2.2 成型零部件的設(shè)計

動、定模均采用整體式結(jié)構(gòu)。在定模上塑件支柱部位采用鑲針成型,這樣不僅便于更換鑲件,模具排氣也更加順暢[1]。塑件上孔1,孔2,孔3和孔4[見圖1(c)]處均采用鑲件成型,兩鑲件間有對碰面,為了保證模具動作可靠,把鑲件結(jié)合面加工成錐面[見圖2(d)],以達(dá)到精確定位的目的。本模具的成型零部件還包括6個滑塊(S1～S6)及一個斜頂。成型零部件均采用鋼8407,并淬火使硬度達(dá)到52～56 HRC。

2.3 側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計

汽車前照燈后殼結(jié)構(gòu)復(fù)雜,抽芯機(jī)構(gòu)間相互干涉,這是模具設(shè)計的難點。

倒扣S4側(cè)面積較大,設(shè)計時需要注意抽芯時可能會拉破產(chǎn)品面,將S4側(cè)面積較大部位拆成3部分(S4,S5和S6),均利用“滑塊-斜導(dǎo)柱” 抽芯結(jié)構(gòu),并在每一個滑塊中都設(shè)計了2個推桿,防止抽芯時塑件變形。

倒扣S2處抽芯方向不一致,一是沿非操作側(cè)抽芯的卡扣[圖1(e)中B方向],另一個是與非操作側(cè)方向成50°的通孔[圖1(e)中A方向],此處設(shè)計了復(fù)合抽芯機(jī)構(gòu)[2],如圖2(e)。斜導(dǎo)柱40固定在斜導(dǎo)柱固定座39上與定模2連接?；瑝K42通過導(dǎo)滑槽固定在動模10上,并在滑塊上開設(shè)T形槽,使其與滑塊44連接。開模時,滑塊42在斜導(dǎo)柱40的作用下運(yùn)動,通過T形槽,驅(qū)動滑塊44,開始抽芯。抽芯完成后,定位珠46在彈簧47的作用下彈出,固定滑塊,防止滑塊在導(dǎo)滑槽中晃動。

在倒扣S1處設(shè)計了塑件外側(cè)側(cè)向抽芯,內(nèi)側(cè)斜頂頂出的成型機(jī)構(gòu)如圖2(f)。斜導(dǎo)柱57驅(qū)動滑塊59運(yùn)動,斜頂49隨著推件固定板運(yùn)動。此設(shè)計中,斜頂位于滑塊下方,合模時滑塊可能先于斜頂復(fù)位而發(fā)生碰撞,需要設(shè)置先復(fù)位機(jī)構(gòu)[3]。滑塊59的頭部采用鈹銅鑲件,可通過冷卻水迅速將熱量散失。利用其對溫度應(yīng)力的不敏感性,可提高模具使用壽命[4]。

汽車前照燈后殼模具共涉及到6個抽芯機(jī)構(gòu),均設(shè)計為定模斜導(dǎo)柱,動模滑塊的抽芯方式,并都利用延時抽芯以保證開模時塑件留在動模側(cè)。其中斜導(dǎo)柱固定座的結(jié)構(gòu)均采用圖2(e)中39所示結(jié)構(gòu),既可以固定斜導(dǎo)柱,又可以鎖緊滑塊。

2.4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計

GF的加入會使塑料熔體的流動性變差,模具采用開放式熱流道進(jìn)膠。經(jīng)過Moldflow軟件分析,進(jìn)膠位置如圖3所示,靠近中心,保證填充平衡。熱射嘴附近熱量集中,需要設(shè)計單獨(dú)的冷卻系統(tǒng),防止?jié)部诒趁娉霈F(xiàn)縮痕。

圖3 澆口位置

2.5 溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計

為了得到成型質(zhì)量較好的塑件,需要對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)嚴(yán)格控制。低的模具溫度能降低收縮率,提高尺寸精度。但溫度過低會影響塑料熔體流動,造成流動阻力增大,不易充滿型腔。塑件加入GF,需要較高的模溫。若模溫過高會造成周期過長,產(chǎn)品發(fā)脆等缺陷。

模具的冷卻系統(tǒng)采用“垂直式水管+傾斜式水管+直孔隔板式水井”,如圖4所示。垂直式水管和傾斜式水管分布于模具型腔附近,起到優(yōu)良的冷卻效果[5]。同時,在滑塊上設(shè)計了“垂直式水管+傾斜式水管”,滑塊上的冷卻回路各自獨(dú)立。水路直徑為8.50 mm。設(shè)計冷卻水路時回路不宜太長,進(jìn)、出水口溫差不宜太大。

圖4 前照燈后殼注塑模具結(jié)構(gòu)

2.6 導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計

汽車前照燈后殼模具屬于大型注塑模具,開、合模時需要有嚴(yán)格精確的定位裝置。本模具在4個角設(shè)置了4根尺寸為φ60.00 mm×465.00 mm的圓導(dǎo)柱,并采用等徑不對稱分布,防止合模時發(fā)生錯位而損壞型腔。推件板上設(shè)計了尺寸為φ30.00 mm×260.00 mm的6根導(dǎo)柱。此外,還設(shè)計了6個分型面管位和4個邊鎖,如圖5所示。因為模具有多處側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu),合模時需要保證斜導(dǎo)柱插入滑塊前就插入導(dǎo)柱,達(dá)到定位與導(dǎo)向的作用,防止損壞模具。

圖5 導(dǎo)向定位系統(tǒng)

2.7 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計

脫模時,塑件可能會留在定模側(cè)。因此在設(shè)計時,除了保證產(chǎn)品有較大的脫模斜度外,也利用了滑塊延時脫模,還設(shè)計了簡易雙脫模機(jī)構(gòu)[圖2(d)],使塑件留在動模側(cè)。開模時,定模鑲件27,29,34和35在彈簧的作用下分別與動模鑲件28,30,36和37分離,定模鑲件頂在塑件上,使塑件隨動模運(yùn)動。這樣不用在定模側(cè)設(shè)推板,避免熱射嘴被摩擦。本模具采用頂桿和頂塊頂出塑件,保證塑件受力均勻,變形小;頂桿和頂塊均采用T8鋼,經(jīng)淬火使硬度達(dá)到53～55 HRC。為了保證推出零件安全復(fù)位,在復(fù)位桿23上設(shè)置了硬塊22[圖2(c)]。

3 模具工作過程

填充階段：塑料原料在注塑機(jī)料筒中加熱成塑料熔體,經(jīng)注塑機(jī)噴嘴,熱流道3,熱射嘴4進(jìn)入模具型腔。

保壓和冷卻階段:熔體充滿型腔后,注塑機(jī)螺桿繼續(xù)保持施加壓力,以補(bǔ)充因收縮留下的間隙。通過溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng),使熔體冷卻固化。

開模階段：由注塑機(jī)施加作用力,使模具開模,同時定模鑲件27,29,34和35在彈簧的作用下彈出,由于滑塊延時抽芯,會拖動塑件向動模側(cè)移動。當(dāng)開模到一定程度,滑塊開始抽芯,脫出塑件。最后塑件留在動模側(cè)。

脫模、復(fù)位、合模階段:首先,注塑機(jī)頂棍頂出推件底板17和推件固定板18,由頂管、頂塊推出塑件。然后,推件及其固定板復(fù)位。最后,注塑機(jī)推動動模合模,進(jìn)行下一階段注塑。

4 結(jié)語

針對結(jié)構(gòu)復(fù)雜,精度要求較高的汽車前照燈后殼設(shè)計了一副可靠的注塑模具,盡可能的使模具結(jié)構(gòu)簡單,便于加工生產(chǎn),縮短生產(chǎn)周期,提高生產(chǎn)效率,同時保證生產(chǎn)的自動化。1)在加強(qiáng)筋較深的位置使用鑲件成型,增加模具排氣。2)采用了簡化的雙脫模機(jī)構(gòu),利用側(cè)型芯的延時抽芯作用,使塑件順利脫模。3)經(jīng)Moldflow軟件多次模擬分析,找到最佳澆口位置,采用熱流道澆注系統(tǒng),保證成型塑件的質(zhì)量。4)設(shè)計了復(fù)合式側(cè)向抽芯成型機(jī)構(gòu),解決了抽芯方向干涉問題。5)冷卻系統(tǒng)采用“垂直式水管+傾斜式水管+直孔隔板式水井”保證塑件冷卻均勻。經(jīng)過以上設(shè)計,模具工作穩(wěn)定可靠,產(chǎn)品質(zhì)量符合要求。

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