閆竹輝，劉斌

(華南理工大學(xué)，聚合物成型加工工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，聚合物新型成型裝備國家工程研究中心，廣州 510640)

汽車內(nèi)門把手座塑料件外表面多為曲面，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不僅需要高表面質(zhì)量，還需要良好耐用性。筆者針對(duì)汽車內(nèi)門把手座塑料件進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并將熱流道技術(shù)和液壓抽芯技術(shù)運(yùn)用于其中[1–4]。在模具設(shè)計(jì)中，針對(duì)塑件不同位置處的結(jié)構(gòu)，采取了多種側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，極具代表性。

1 產(chǎn)品工藝分析

圖1 汽車內(nèi)門把手座外觀結(jié)構(gòu)示意圖

圖1為汽車內(nèi)門把手座外觀結(jié)構(gòu)示意圖。該塑件材料為尼龍6 (PA6)+30%玻璃纖維(GF)，收縮率為0.4%。塑件采用中批量生產(chǎn)。由UG10.0測(cè)得塑件體積為71.1 cm3，質(zhì)量為115 g，最大壁厚為3.79 mm，平均壁厚為2.3 mm。表面質(zhì)量要求較高，不能有熔接痕、氣泡和銀紋。為使內(nèi)門把手座與其它零件精確裝配，要保證尺寸公差為±0.05 mm。制品外圍有13個(gè)側(cè)凸，如圖1①位置處；內(nèi)部含有長(zhǎng)度為1.2 mm的凸起，如圖1②，③位置處；外側(cè)邊緣還有3個(gè)深度不同的卡扣結(jié)構(gòu)，如圖1④位置處；斜向深槽外壁中心部分有1個(gè)直徑9 mm的孔，如圖1⑤位置處?？紤]到上述各結(jié)構(gòu)特征的脫模方向不一致，需采用多種抽芯機(jī)構(gòu)來解決[5–7]。

2 注塑模具設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)

2.1 分型面位置確定

分型面的選取，不僅關(guān)系到塑件的成型和脫模，而且涉及到模具的結(jié)構(gòu)和制造成本。選擇分型面時(shí)，需充分考慮是否影響塑件的外觀等，避免因分型面選擇不當(dāng)影響塑件成型質(zhì)量[8–11]。綜合考慮分型面的選取原則，將分型面設(shè)置在最大外形尺寸處，這樣既能夠保證塑件外觀，又能采用推桿頂出，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品順利脫模。塑件為中批量生產(chǎn)，抽芯機(jī)構(gòu)數(shù)目較多，為避免模具尺寸太大，采用一模兩腔布局[12]。

2.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)合理與否，將對(duì)塑件的性能、尺寸、內(nèi)外部品質(zhì)、模具的結(jié)構(gòu)和塑料的利用率等都有較大的影響[13]。

(1)澆口位置及澆口設(shè)計(jì)。通過Moldflow軟件對(duì)汽車內(nèi)門把手座注塑件進(jìn)行澆口位置分析，分析結(jié)果如圖2所示。由圖2可見，最佳澆口位置主要位于⑧和⑨兩處區(qū)域，考慮到產(chǎn)品內(nèi)側(cè)是工作面，要求表面光滑無痕，因此，澆口位置選定在產(chǎn)品外側(cè)⑧區(qū)域處。澆口采用潛伏式澆口，降低了人工剪澆口的成本，從而有效地提高了塑件成型的效率[6]。

圖2 澆口位置分析圖

(2)分流道設(shè)計(jì)。為便于成型，減小塑料熔體流動(dòng)阻力和熱量損失，分流道采用U形截面流道[14]。

(3)主流道設(shè)計(jì)。為了節(jié)省塑料原料，縮短成型周期，主流道采用針閥式熱流道[15]，熱嘴澆口直徑為1.6 mm，主流道噴嘴球面半徑為SR20 mm。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)產(chǎn)品的不同結(jié)構(gòu)，該套模具除設(shè)有普通的斜導(dǎo)柱側(cè)滑塊抽芯機(jī)構(gòu)外，還采取多種其它抽芯機(jī)構(gòu)，每個(gè)塑件設(shè)有7處側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，其中，圖1位置①、位置⑤內(nèi)側(cè)為普通斜導(dǎo)柱側(cè)滑塊抽芯機(jī)構(gòu)，不做過多說明?，F(xiàn)針對(duì)其它位置采用的特殊側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

(1)斜導(dǎo)柱滑塊二級(jí)抽芯機(jī)構(gòu)。

針對(duì)制品邊緣④處倒扣結(jié)構(gòu)，采用一種斜導(dǎo)柱滑塊二級(jí)抽芯機(jī)構(gòu)，如圖4所示，巧妙地解決了問題。斜導(dǎo)柱Ⅰ通過楔緊塊Ⅰ固定于定模側(cè)，耐磨塊Ⅰ通過螺釘安裝在楔緊塊Ⅰ上，用于提高模具使用壽命，抽芯機(jī)構(gòu)其余部分均位于動(dòng)模一側(cè)。其動(dòng)作過程為：抽芯時(shí)，開模力作為抽芯動(dòng)力，首先通過斜導(dǎo)柱Ⅰ帶動(dòng)一級(jí)滑塊Ⅰ運(yùn)動(dòng)。由于一級(jí)滑塊Ⅰ和一級(jí)滑槽Ⅰ通過燕尾槽配合，致使一級(jí)滑塊Ⅰ只能按一級(jí)滑槽Ⅰ方向運(yùn)動(dòng)，二級(jí)滑塊Ⅰ在斜滑塊Ⅰ的帶動(dòng)以及其與二級(jí)滑槽Ⅰ燕尾槽配合的共同作用下，致使其只能沿二級(jí)滑槽Ⅰ方向運(yùn)動(dòng)，完成側(cè)抽動(dòng)作。

圖4 位置④處斜導(dǎo)柱滑塊二級(jí)抽芯機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

針對(duì)制品⑤位置處斜向深槽外壁中心部分直徑9 mm的孔以及側(cè)凸結(jié)構(gòu)，并考慮到側(cè)凸結(jié)構(gòu)和倒扣結(jié)構(gòu)間距較小，無法布置滑塊、滑槽抽芯零件，故采用斜導(dǎo)柱滑塊二級(jí)內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)同步完成抽芯，如圖5所示。側(cè)凸滑塊、深槽成型滑塊、斜滑塊Ⅱ通過內(nèi)六角螺釘安裝在一級(jí)滑塊Ⅱ上固定不動(dòng)，二級(jí)滑槽Ⅱ固定在滑槽固定塊Ⅱ上。抽芯時(shí)：開模力作為抽芯動(dòng)力，首先通過斜導(dǎo)柱Ⅱ帶動(dòng)一級(jí)滑塊Ⅱ運(yùn)動(dòng)，側(cè)凸滑塊、深槽成型滑塊、斜滑塊Ⅱ都沿一級(jí)滑槽Ⅱ運(yùn)動(dòng)，圓孔成型滑塊在斜滑塊Ⅱ的帶動(dòng)以及其與二級(jí)滑槽Ⅱ燕尾槽配合的共同作用下，致使其只能沿二級(jí)滑槽Ⅱ方向運(yùn)動(dòng)，完成側(cè)向抽芯動(dòng)作。

圖5 位置⑤處斜導(dǎo)柱滑塊二級(jí)內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

(2)特殊的斜向液壓內(nèi)側(cè)二級(jí)抽芯機(jī)構(gòu)。

該套模具在動(dòng)、定模側(cè)分別設(shè)置有液壓抽芯機(jī)構(gòu)，從而可得到較大脫模力和較長(zhǎng)的抽芯距離[14]。采用一個(gè)斜向液壓內(nèi)側(cè)二級(jí)抽芯機(jī)構(gòu)，用于共同成型圖1⑥位置處所示的孔部結(jié)構(gòu)。

動(dòng)模側(cè)結(jié)構(gòu)如圖6所示。鎖緊塊通過螺釘安裝在面板上，斜滑塊Ⅲ安裝在一級(jí)滑塊Ⅲ上固定不動(dòng)，二級(jí)滑槽Ⅲ安裝在型芯鑲件上。抽芯時(shí)鎖緊塊脫離一級(jí)滑塊Ⅲ，液壓油缸Ⅰ的活塞桿通過連接塊Ⅰ帶動(dòng)一級(jí)滑塊Ⅲ沿一級(jí)滑槽Ⅲ向外做抽芯運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，型芯二級(jí)側(cè)滑塊在斜滑塊Ⅲ的帶動(dòng)下沿二級(jí)滑槽Ⅲ方向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)拉條碰到行程開關(guān)觸電位置時(shí)，液壓油缸Ⅰ停止運(yùn)轉(zhuǎn)，斜向側(cè)抽芯動(dòng)作完成。

圖6 動(dòng)模側(cè)斜向液壓內(nèi)側(cè)二級(jí)抽芯機(jī)構(gòu)

定模側(cè)結(jié)構(gòu)如圖7所示。斜滑塊Ⅳ通過螺釘安裝在一級(jí)滑塊Ⅳ上固定不動(dòng)，型芯斜滑塊安裝在墊板Ⅱ上，三級(jí)滑槽安裝在二級(jí)滑塊Ⅳ上，二級(jí)滑塊Ⅳ安裝在墊塊上。抽芯時(shí)液壓油缸Ⅱ的活塞桿通過連接塊Ⅱ帶動(dòng)一級(jí)滑塊Ⅳ沿一級(jí)滑槽Ⅳ向外做抽芯運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，二級(jí)滑塊Ⅳ、墊塊、型芯斜滑塊三個(gè)零件在斜滑塊Ⅳ的帶動(dòng)下，沿二級(jí)滑槽Ⅳ方向遠(yuǎn)離注塑件。由于型芯斜滑塊與三級(jí)滑塊的滑槽配合作用，致使三級(jí)滑塊沿三級(jí)滑槽方向運(yùn)動(dòng)，三級(jí)滑塊遠(yuǎn)離注塑件的同時(shí)，進(jìn)行外側(cè)抽芯，完成兩側(cè)凹槽的脫模。當(dāng)拉桿碰到行程開關(guān)觸電位置時(shí)，液壓油缸Ⅱ停止運(yùn)轉(zhuǎn)，定模側(cè)斜向側(cè)抽芯動(dòng)作完成。

圖7 定模側(cè)斜向液壓內(nèi)側(cè)二級(jí)抽芯機(jī)構(gòu)

2.4 模具三維裝配圖

通過上述設(shè)計(jì)與分析，利用UG10.0設(shè)計(jì)軟件完成的該套模具的三維結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 模具三維結(jié)構(gòu)圖

3 模具工作過程

圖9為汽車內(nèi)門把手座注塑模具結(jié)構(gòu)圖。

其工作過程為：

(1)開模前，動(dòng)模側(cè)液壓油缸Ⅱ提供動(dòng)力，帶動(dòng)三級(jí)滑塊運(yùn)動(dòng)，完成圖1②和③位置處動(dòng)模側(cè)斜向液壓內(nèi)側(cè)二級(jí)抽芯。

(2)開模時(shí)，動(dòng)模在注塑機(jī)開模力的作用下向后退，由于彈簧36和開閉器20的共同作用，模具首先在PL1分型面處打開。打開時(shí)，鎖緊塊51脫離一級(jí)滑塊50，定模側(cè)液壓油缸49提供動(dòng)力，帶動(dòng)型芯二級(jí)側(cè)滑塊53運(yùn)動(dòng)，完成圖1②和③位置處定模側(cè)斜向液壓內(nèi)側(cè)二級(jí)抽芯。與此同時(shí)，斜向抽芯11在斜滑塊14帶動(dòng)下沿斜向抽芯滑槽12運(yùn)動(dòng)，完成圖1⑤位置處深槽側(cè)抽，動(dòng)模繼續(xù)后退，當(dāng)限位螺釘37端部與面板38接觸時(shí)，一次分型完成。此時(shí)，模具在PL2分型面處打開，打開時(shí)，位置①處普通斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯與位置④處斜導(dǎo)柱滑塊二級(jí)抽芯完成抽芯。抽芯完成后，在推桿42和斜頂23的作用下頂出塑件和流道凝料。

(3)最后，利用液壓油缸和復(fù)位桿完成模具復(fù)位，合模完畢，準(zhǔn)備下一次注射成型。

4 結(jié)語

圖9 汽車內(nèi)門把手座注塑模具結(jié)構(gòu)圖

通過對(duì)汽車內(nèi)門把手座的結(jié)構(gòu)分析，應(yīng)用Moldflow軟件選取最佳澆口位置，根據(jù)中批量生產(chǎn)，采用一模兩腔結(jié)構(gòu)。該注塑模具采用熱流道轉(zhuǎn)冷流道及潛伏式澆口進(jìn)料方式，節(jié)省人工剪澆口成本。針對(duì)不同位置處汽車內(nèi)門把手座的結(jié)構(gòu)，設(shè)有普通斜導(dǎo)柱抽芯、斜導(dǎo)柱滑塊二級(jí)抽芯機(jī)構(gòu)、特殊的斜向液壓內(nèi)側(cè)二級(jí)抽芯機(jī)構(gòu)，模具工作過程運(yùn)行平穩(wěn)，成型的制品質(zhì)量良好。所設(shè)計(jì)的注塑成型模具對(duì)同類產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。