劉慶東

(廣州工程技術(shù)職業(yè)學院機電工程系，廣州 510075)

0 前言

近年來，為了滿足汽車輕量化、舒適性和安全性的要求，越來越多的汽車金屬件被塑料件替代。塑料具有重量輕，手感好、成型工藝簡單的特點，金屬件改為塑料件，可以減輕汽車質(zhì)量，降低油耗。

隨著塑料件在汽車上的應(yīng)用越來越廣泛及其結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，注塑模具的結(jié)構(gòu)也日漸復(fù)雜。本文以某SUV儲物盒注塑模具為例，詳細介紹了二次抽芯機構(gòu)在注塑模具上的應(yīng)用以及應(yīng)用斜頂解決高柱位深筋結(jié)構(gòu)的脫模方法。

1 產(chǎn)品工藝性分析

汽車塑料件包括外飾件、內(nèi)飾件和功能件。圖1所示為某SUV儲物盒的外觀圖，該產(chǎn)品屬于汽車功能件，形狀為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的盒體，外形尺寸為377 mm×259 mm×230 mm。產(chǎn)品內(nèi)表面為外觀面，要求較高，外表面為非外觀面，要求較低。產(chǎn)品材料為聚碳酸酯/丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯(PC/ABS)，該材料結(jié)合了2種材料的優(yōu)點，即ABS材料的成型性能和PC材料的力學、耐溫、抗紫外線等性能，越來越廣泛地被應(yīng)用于汽車零件上，收縮率為0.5 %。

(a)產(chǎn)品外觀 (b)產(chǎn)品外表面圖1 儲物盒外觀圖Fig.1 Appearance of the storage box

產(chǎn)品3個側(cè)面共5處有側(cè)孔、側(cè)凸和側(cè)凹結(jié)構(gòu)在脫模時需要抽芯，產(chǎn)品底面有4處側(cè)孔結(jié)構(gòu)在脫模時需要抽芯。如圖1所示，模具設(shè)計的難點在于產(chǎn)品正面右側(cè)有互相垂直的側(cè)孔，給抽芯機構(gòu)的設(shè)計帶來較大困難；產(chǎn)品右側(cè)有多處高柱位深筋結(jié)構(gòu)，包緊力大，滑塊上的成型部位脫模困難，不解決這個問題，抽芯時輕則產(chǎn)品會被拉傷或拉變形，重則產(chǎn)品整個側(cè)壁會被拉斷；產(chǎn)品底面有密集的加強筋，特別是有5個凸出的高柱位深筋結(jié)構(gòu)脫模困難，直接頂出會損壞產(chǎn)品。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 總體設(shè)計

(a)后模 (b)前模圖2 儲物盒注塑模具外觀Fig.2 Injection mould of the storage box

產(chǎn)品內(nèi)表面為外觀面，要求較高，分型面選在最大輪廓處，符合外觀面的要求。由于產(chǎn)品內(nèi)表面為外觀面，故凸模放在前模一邊，采用整體式結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品外表面為非外觀面，故凹模放在后模一邊，為便于排氣，凹模采用鑲拼式結(jié)構(gòu)。這樣做的優(yōu)點是抽芯機構(gòu)位于后模，結(jié)構(gòu)相對位于前模要簡單。凸模放在動模一邊的缺點是流道過長，解決這個問題的方法是采用熱流道澆注系統(tǒng)。

產(chǎn)品3個側(cè)面的側(cè)孔、側(cè)凸和側(cè)凹結(jié)構(gòu)設(shè)計相應(yīng)的滑塊機構(gòu)抽芯；產(chǎn)品底部的4個側(cè)孔采用斜頂機構(gòu)抽芯。產(chǎn)品底面為非外觀面且有許多深筋，表面要求不高且所需脫模力較大，可采用大量的頂針、扁頂作為推出元件。由于是熱流道模具，故選用兩板模模架。模具外觀如圖2所示。

2.2 澆注系統(tǒng)

因為產(chǎn)品尺寸較大，故模具設(shè)計為一模一腔。由于凸模在前模，凹模在后模，使?jié)沧⑾到y(tǒng)流道過長，為了縮短流道長度和減少澆道凝料，采用熱流道澆注系統(tǒng)。由于產(chǎn)品內(nèi)表面為外觀面，為了減小澆口對外觀的影響，選用針點式熱流道系統(tǒng)。產(chǎn)品為盒狀零件，表面有大的孔洞且有許多深筋，根據(jù)經(jīng)驗和應(yīng)用模流分析軟件分析，采用四點進膠。熔融塑料由澆口套進入分流板再通過四個針點式熱嘴注入模具型腔。澆注系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 澆注系統(tǒng)Fig.3 Gating system

2.3 抽芯機構(gòu)

產(chǎn)品3個側(cè)面共5處有側(cè)孔、側(cè)凸和側(cè)凹結(jié)構(gòu)需要抽芯，產(chǎn)品底面有4處側(cè)孔結(jié)構(gòu)需要抽芯(見圖1)。產(chǎn)品側(cè)面的抽芯采用滑塊機構(gòu)，分別由斜導(dǎo)柱、油缸和T形塊驅(qū)動。產(chǎn)品底面的抽芯采用斜頂機構(gòu)。抽芯機構(gòu)如圖4所示。

圖4 抽芯機構(gòu)Fig.4 Slide and lifter

1—型芯 2—斜頂 3—拉桿 4—頂桿 5—鎖緊塊(a)抽芯機構(gòu) (b)局部放大圖圖5 滑塊中設(shè)計斜頂?shù)亩纬樾緳C構(gòu)Fig.5 Lifter designed in slide

2.3.1 滑塊中設(shè)計斜頂?shù)亩纬樾緳C構(gòu)

二次抽芯機構(gòu)主要應(yīng)用于以下場合：一、包緊力大的抽芯機構(gòu)，一次抽芯會使產(chǎn)品被拉壞或變形，通過二次抽芯分散抽芯力；二、沿抽芯方向有倒扣，無法一次抽芯，必須先脫開倒扣再抽芯。

產(chǎn)品正面右側(cè)有相互垂直的側(cè)孔[見圖1(a)]，直接向外抽芯會損壞產(chǎn)品，必須先完成橫向孔的抽芯然后才能向外抽芯。處理這種情況的一般做法是設(shè)計二次抽芯機構(gòu)，開模后，在斜導(dǎo)柱的作用下大滑塊向外運動，小滑塊在撥塊(固定在大滑塊上)的燕尾槽作用下，沿著撥塊斜面向下運動做橫向孔的抽芯，小滑塊完成橫向孔的抽芯后才隨大滑塊一起向外運動[1]。由于儲物盒的兩個側(cè)孔相距很近，無法設(shè)計相互垂直的兩個滑塊抽芯。此副模具采用了在滑塊中設(shè)計斜頂?shù)姆椒ㄝ^好地實現(xiàn)了相互垂直兩個孔的抽芯?；瑝K中設(shè)計斜頂?shù)某樾緳C構(gòu)如圖5所示。其運動原理為：開模時在斜導(dǎo)柱的作用下滑塊向外側(cè)運動型芯抽出正面方向的孔，安裝于滑塊中的斜頂同時在滑塊中做橫向運動抽出橫向孔，由于拉動斜頂向外運動的拉桿與滑塊間有一段空位，所以滑塊向外運動了一段距離后斜頂才隨滑塊一起向外運動，此時斜頂已完成了橫向孔的抽芯，從而避免了斜頂還沒完成橫向孔抽芯就隨滑塊一起向外運動而拉壞產(chǎn)品的現(xiàn)象，合模時鎖緊塊推動頂桿使斜頂復(fù)位同時承受注塑時的側(cè)向力。

2.3.2 滑塊中設(shè)計滑塊的二次抽芯機構(gòu)

產(chǎn)品右側(cè)有多處高柱位深筋結(jié)構(gòu)[見圖1(a)]，直接抽芯易損壞產(chǎn)品。處理這種情況的一般做法是設(shè)計在滑塊中設(shè)計滑塊的二次抽芯機構(gòu)，以斜導(dǎo)柱為驅(qū)動零件，在大滑塊中設(shè)計小滑塊，將高柱位深筋成型部分固定在小滑塊上，將大滑塊的斜導(dǎo)柱孔設(shè)計成長圓孔；開模時，斜導(dǎo)柱撥動小滑塊運動一段距離消除高柱位深筋部位對滑塊的包緊力才接觸到大滑塊，然后驅(qū)動大滑塊和小滑塊一起運動完成抽芯[1]。本模具也采用了在滑塊中設(shè)計滑塊的方案，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。其運動原理是：產(chǎn)品右側(cè)結(jié)構(gòu)分兩次抽芯，大長方孔兩側(cè)高柱位深筋部位的深孔先抽芯，其余部位后抽芯，因此滑塊分為兩部分，一部分(兩側(cè)小滑塊)為兩側(cè)高柱位深筋部位的深孔抽芯，另一部分(大滑塊)為其余部位的抽芯。深孔的型芯安裝在小滑塊上，小滑塊可以在大滑塊中滑動，小滑塊的運動由拉桿控制，在拉桿的后部設(shè)計了T形結(jié)構(gòu)，同時在鎖緊塊的壓緊面設(shè)計了T形槽，兩者配合，開模時首先由鎖緊塊上的T形槽通過拉桿拉動小滑塊向外側(cè)運動消除高柱位深筋部位對型芯的包緊力，由于型芯抽出時大滑塊壓住其周圍的部位，因此不會因為包緊力大而損壞產(chǎn)品，型芯完成抽芯后通過油缸驅(qū)動大滑塊實現(xiàn)其余部位的抽芯。大滑塊的驅(qū)動之所以采用油缸而不采用斜導(dǎo)柱是因為滑塊較大且抽芯距也較大，油缸可以省略二次抽芯的延遲機構(gòu)。另外，大滑塊的運動方向是傾斜的(與分型面的夾角為19.5 °)，使用斜導(dǎo)柱也不安全。

1—型芯 2—小滑塊 3—拉桿 4—T形槽 5—鎖緊塊 6—大滑塊 7—油缸(a)抽芯機構(gòu) (b)局部放大圖圖6 滑塊中設(shè)計滑塊的二次抽芯機構(gòu)Fig.6 Slide designed in slide

2.4 推出機構(gòu)

產(chǎn)品底面為非外觀面且有許多高柱位深筋結(jié)構(gòu)，表面要求不高且所需脫模力較大，無法采用推板推出，可采用大量的頂針、扁頂和斜頂作為推出元件。推出機構(gòu)如圖7所示。

圖7 推出機構(gòu)Fig.7 Ejection mechanism

產(chǎn)品底面外圍有5處高柱位深筋結(jié)構(gòu)，見圖1(b)，包緊力很大，無法脫模，用頂針直接頂出會損壞零件。設(shè)計推出機構(gòu)時在此位置采用斜頂頂出可以較好地解決這個問題，斜頂在注塑模中一般用于產(chǎn)品內(nèi)側(cè)的抽芯，在此則只是作為頂出元件使用，圖8(a)為斜頂頂出前的狀態(tài)，圖8(b)和(c)為斜頂頂出后的狀態(tài)，斜頂在頂出過程中與凸起的高柱位和深筋逐漸分離，使此處的包緊力大大減小，從而大大減小了產(chǎn)品所需的脫模力。

(a)頂出前 (b)頂出后 (c)斜頂頂出后剖面圖圖8 斜頂頂出Fig.8 Lifter

2.5 冷卻系統(tǒng)

產(chǎn)品為形狀復(fù)雜的盒狀結(jié)構(gòu)，深淺差異較大，型芯的冷卻采用了多組串聯(lián)的隔水片式冷卻水道；型腔采用環(huán)繞型腔周圍的串聯(lián)直通式冷卻水道；位于產(chǎn)品右側(cè)的大滑塊也設(shè)計了直通式冷卻水道。冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 冷卻系統(tǒng)Fig.9 Cooling water channel

2.6 模架的選擇

熱流道模具的模架可選用大水口的模架。由于產(chǎn)品較大，所以模具也較大。根據(jù)設(shè)計選取6080-CI-A板240-B板280，模具閉合高度為872 mm，屬于大型模具。

2.7 成型零件的設(shè)計

由于凸模成型產(chǎn)品的外觀面，采用整體式結(jié)構(gòu)，凹模成型產(chǎn)品的非外觀面，為便于排氣，采用鑲拼式結(jié)構(gòu)，成型零件的結(jié)構(gòu)見圖2所示。

3 試模結(jié)果

根據(jù)前文設(shè)計制造出的注塑模具經(jīng)過試模，現(xiàn)已投入批量生產(chǎn)，制造的產(chǎn)品經(jīng)檢驗符合設(shè)計要求，塑件品質(zhì)穩(wěn)定。表明本文所設(shè)計的注塑模具結(jié)構(gòu)合理，動作可靠，可滿足生產(chǎn)要求。

4 結(jié)論

(1)對于產(chǎn)品有互相垂直的側(cè)孔，其抽芯可以采用在滑塊中設(shè)計斜頂?shù)姆椒ń鉀Q；對于產(chǎn)品側(cè)面有高柱位深筋結(jié)構(gòu)，滑塊的成型部位難以脫模，可采用在滑塊中設(shè)計滑塊的方法解決；對于產(chǎn)品底面有高柱位深筋結(jié)構(gòu)難以脫模，可采用斜頂機構(gòu)用瓣合模的原理解決；

(2)經(jīng)生產(chǎn)實踐證明，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，動作可靠，塑件質(zhì)量穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)要求。

參考文獻：

[1] 李 勇.塑料注塑模具經(jīng)典結(jié)構(gòu)180例[M]北京：機械工業(yè)出版社，2009：147-226.