張 琳，李瑞友，張 磊

（1.青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266555；2.青島海爾模具有限公司，山東 青島 266103）

0 引言

隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，汽車各方面也不斷創(chuàng)新，特別對(duì)于貨車，一輛好的貨車不僅要有良好的功能和駕駛性能，更需要一個(gè)良好的駕駛環(huán)境，因此駕駛室空間的設(shè)計(jì)越來越大，越來越舒適。貨車上儲(chǔ)物架空間與外觀的設(shè)計(jì)尤為重要，既要實(shí)用又要人性化，既能滿足長(zhǎng)途駕駛中駕駛員及陪護(hù)人員的起居儲(chǔ)物需求，又能實(shí)現(xiàn)多元化功能要求。

1 塑件成型工藝分析

貨車儲(chǔ)物架放物盒殼體如圖1所示，材料為PP-T20，收縮率為1.1%，改性PP具有高流動(dòng)性和優(yōu)良的力學(xué)性能，能滿足塑件強(qiáng)度和功能要求。塑件外形尺寸為714 mm×460 mm×184 mm，平均壁厚為3 mm，模具型腔布局為1模1腔結(jié)構(gòu)，屬于中等復(fù)雜注射模。塑件正面為外觀面，表面粗皮紋處理，皮紋深度為110 μm，外觀面拔模角≥8°，滿足紋理要求，塑件外觀表面質(zhì)量要求高，不允許有澆口痕、收縮痕、色差、飛邊、變形等缺陷。因塑件下部左右方孔安裝電子控制盒，側(cè)向方孔等結(jié)構(gòu)成型需內(nèi)部側(cè)向脫模[1]。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

成型放物盒殼體的模具結(jié)構(gòu)如圖2所示，采用正裝4點(diǎn)針閥式熱流道澆注系統(tǒng)，4個(gè)潛伏式澆口。因成型的塑件功能較多導(dǎo)致模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，定模采用局部鑲拼結(jié)構(gòu)，利用液壓缸活塞桿驅(qū)動(dòng)內(nèi)抽芯滑塊抽芯，動(dòng)模成型塑件倒扣的空間受限，采用機(jī)械拉鉤結(jié)構(gòu)進(jìn)行二次開模內(nèi)抽芯設(shè)計(jì)，動(dòng)、定模分模時(shí)驅(qū)動(dòng)拉鉤結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)二次開模。動(dòng)、定模4個(gè)角設(shè)計(jì)圓導(dǎo)柱導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，模具最大外形尺寸為1 340 mm×1 200 mm×1 120 mm。

2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 模流分析

放物盒殼體為貨車上儲(chǔ)物架中間重要內(nèi)飾外觀件，外觀面不允許有明顯缺陷，特別是型腔中深筋位及流動(dòng)末端需要加強(qiáng)排氣。由于塑件結(jié)構(gòu)和功能要求，形狀近似方框形，成型的塑件不可避免會(huì)有熔接痕缺陷，模流分析時(shí)需重點(diǎn)考慮。圖3（a）所示模流分析填充平衡，模流方案澆口設(shè)計(jì)在待成型塑件的非外觀面上。成型時(shí)熔接痕主要由多股料流匯合造成，CAE分析過程中通過控制器控制澆口開合順序以調(diào)整進(jìn)澆量，將熔接痕控制在非重要外觀面或邊角處，以滿足客戶使用要求，熔接痕分布如圖3（b）所示，實(shí)際生產(chǎn)中也可以通過調(diào)整成型工藝參數(shù)以減輕熔接痕對(duì)塑件外觀的影響。

2.1.2 熱流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 塑 件

圖2 模具總體結(jié)構(gòu)

圖3 模流分析與熔接痕分布

放物盒殼體注射模設(shè)計(jì)中，熱流道系統(tǒng)為4點(diǎn)（帶分流板）整體閥式，為方便熱流道機(jī)構(gòu)與定模板的拆裝，采用定模推板與熱流道板固定，后期維修保養(yǎng)時(shí)實(shí)現(xiàn)整體拆裝，如圖4所示。其優(yōu)點(diǎn)為：①定模由定模板和熱流道總裝模塊兩部分組成，熱流道總裝模塊可以進(jìn)行整體吊裝，模具在整體拆裝過程中實(shí)現(xiàn)快速安裝和拆卸，提高效率；②整體式熱流道系統(tǒng)避免重復(fù)拆裝時(shí)有漏料的風(fēng)險(xiǎn)；③整體式熱流道通過金屬線架集成，對(duì)電器元件起保護(hù)作用；④熱流道采用整體組合裝配，可以提高裝配精度和可靠性；⑤提高模具拆裝效率，降低模具維護(hù)和保養(yǎng)成本。

2.2 成型零件設(shè)計(jì)

成型的塑件外觀面區(qū)域做粗皮紋裝飾，定模型腔壁面拋光600#滿足要求，動(dòng)模型腔壁面拋光至300#，確保成型的塑件能脫模。定模材料為718H預(yù)硬鋼，動(dòng)模鑲拼材料為P20預(yù)硬鋼，滑塊、斜推塊等均為718H預(yù)硬鋼，碳氮共滲至700 HV以上，滿足模具生產(chǎn)30萬件的使用要求。動(dòng)、定模四角設(shè)計(jì)5°的凸臺(tái)鎖緊結(jié)構(gòu)和4組1°精定位結(jié)構(gòu)，既提高模具配合精度和增加模具強(qiáng)度，又避免分型面局部區(qū)域插穿及避免皮紋拖傷風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

塑件因功能及裝配要求設(shè)有較多的倒扣，模具側(cè)向抽芯結(jié)構(gòu)也較多，特別是成型塑件裝配顯示器方槽內(nèi)的抽芯，模具總體抽芯結(jié)構(gòu)為：①定模需要液壓缸活塞桿驅(qū)動(dòng)側(cè)向內(nèi)抽芯；②動(dòng)模側(cè)滑塊抽芯結(jié)構(gòu)及兩側(cè)狗窩倒扣斜推塊側(cè)抽芯；③模具兩側(cè)二次開模內(nèi)抽芯滑塊和抽芯結(jié)構(gòu)。

2.3.1 定模內(nèi)抽芯滑塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

定模內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)如圖5（a）所示，在液壓缸1活塞桿驅(qū)動(dòng)下，通過推板組合結(jié)構(gòu)帶動(dòng)T形鎖緊塊5，內(nèi)抽芯滑塊7沿T形滑道運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)側(cè)向抽芯，如圖5（c）所示，考慮此處結(jié)構(gòu)加工和研配工藝合理性，將蓋板8和鑲件9鑲拼，便于內(nèi)抽芯滑塊7拆裝和研配。

圖4 澆注系統(tǒng)

圖5 定模內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)

2.3.2 滑塊側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

分型面處滑塊布局如圖6（a）所示，共有7個(gè)滑塊，其中2個(gè)為潛伏式澆口滑塊。滑塊4在斜導(dǎo)柱3驅(qū)動(dòng)下行程為12 mm，考慮分型面在待成型塑件R角處，其分型線影響成型塑件的外觀質(zhì)量。設(shè)計(jì)滑塊需考慮加工精度和研配工藝，滑塊4個(gè)頂部設(shè)計(jì)凸起10 mm沉入定模板1，研配時(shí)可以將滑塊4放入定模板1緊固并進(jìn)行整體拋光，確保外觀面R角無分型線缺陷。

圖6 滑塊抽芯結(jié)構(gòu)

2.3.3 斜推塊側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具設(shè)計(jì)18個(gè)斜推塊，其中2個(gè)為潛伏式澆口斜推塊，塑件最大倒扣量為21 mm，設(shè)計(jì)的斜推塊斜度為10°，推出距離為140 mm，最大側(cè)抽芯距離為：140×tan10°=24.68 mm，滿足側(cè)抽芯要求。該模具斜推塊分為2種形式：方形和圓形，其中方形斜推塊適合于運(yùn)動(dòng)空間較小、斜度一般在10°以內(nèi)，設(shè)計(jì)了8個(gè)，方形斜推塊孔區(qū)域?yàn)殍偲唇Y(jié)構(gòu)，便于線切割加工；圓形斜推塊適合運(yùn)動(dòng)空間大且角度小于15°，設(shè)計(jì)了10個(gè)，斜推塊布局如圖7所示。

2.3.4 二次開模內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)

圖7 斜推塊布局

二次開模內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)如圖8所示，動(dòng)模固定板5與動(dòng)模板11在分型面打開前保持不動(dòng)，開模時(shí)，通過定、動(dòng)模機(jī)械拉鉤帶動(dòng)動(dòng)模板11移動(dòng)，動(dòng)模固定板5上固定的T形鎖緊塊Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ保持不動(dòng)，動(dòng)模板11上內(nèi)抽芯滑塊2、型芯Ⅰ、Ⅱ在拉鉤作用下整體向前運(yùn)動(dòng)，內(nèi)抽芯滑塊2、型芯Ⅰ、Ⅱ在T形鎖緊塊Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ驅(qū)動(dòng)下完成側(cè)向或斜向抽芯，實(shí)現(xiàn)成型塑件的倒扣側(cè)向脫模。塑件倒扣為3 mm，動(dòng)模板11與動(dòng)模固定板5相對(duì)運(yùn)動(dòng)距離為30 mm，T形鎖緊塊Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ斜度設(shè)計(jì)為12°，內(nèi)抽芯行程為：30×tan12°=6.37 mm，滿足塑件倒扣的側(cè)抽芯要求。

圖8 二次開模內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)

2.3.5 拉鉤結(jié)構(gòu)

開模時(shí)注塑機(jī)滑塊帶動(dòng)定模板1，通過拉鉤I和擋塊4帶動(dòng)動(dòng)模板3往前運(yùn)動(dòng)，動(dòng)模板3上的內(nèi)側(cè)滑塊在T形鎖緊塊作用下實(shí)現(xiàn)側(cè)向內(nèi)抽芯。當(dāng)動(dòng)模運(yùn)動(dòng)S距離后在動(dòng)模固定板7上的拉鉤II作用下，壓縮擋塊4，迫使拉鉤I與擋塊4脫鉤，定模板1與動(dòng)模板3分離，同時(shí)動(dòng)模板3在限位拉桿作用下停止運(yùn)動(dòng)，完成內(nèi)抽芯滑塊抽芯動(dòng)作，如圖9所示。根據(jù)塑件倒扣量和T形鎖緊塊的斜度，動(dòng)模二次開模行程為：S=30 mm[2]。

圖9 二次頂出行程

2.4 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具均勻合理的冷卻水路設(shè)計(jì)，可以提高塑件的成型質(zhì)量，縮短塑件成型周期。設(shè)計(jì)的冷卻水路如圖10所示，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)需注意以下幾點(diǎn)。

圖10 冷卻水路

（1）原則上隨塑件形狀設(shè)計(jì)冷卻水路，優(yōu)先選用直通水路，定模和鑲件設(shè)計(jì)直通斜水路，動(dòng)模因內(nèi)抽芯滑塊、斜推塊、鑲件等影響采用直通水路+點(diǎn)冷組合形式。

（2）動(dòng)、定模的水路要進(jìn)行分區(qū)域冷卻設(shè)計(jì)，且動(dòng)、定模冷卻水路近似“手掌”式對(duì)稱排布，試模驗(yàn)證時(shí)預(yù)留冷卻水路控制、調(diào)整變形等工藝優(yōu)化空間，模流分析中成型的塑件易出現(xiàn)熔接痕處，可設(shè)計(jì)單獨(dú)的冷卻水路，通過提高該區(qū)域局部溫度達(dá)到減輕熔接痕的影響。

（3）冷卻水路設(shè)計(jì)原則上冷卻水從模具溫度高的部位流向模具溫度低的部位，進(jìn)出水溫度差控制在5℃以內(nèi)，因此設(shè)計(jì)每一循環(huán)水路在模具內(nèi)的有效冷卻距離不能大于3 m。

（4）熱流道板、定模板、動(dòng)模板、動(dòng)模固定板等均需設(shè)計(jì)冷卻水路，避免模具量產(chǎn)時(shí)熱量集中，影響生產(chǎn)效率和模具零件動(dòng)作的可靠性，整體熱流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)單獨(dú)的冷卻水循環(huán)，以保證熱流道液壓系統(tǒng)的正常工作溫度。

（5）定模設(shè)計(jì)6組冷卻水路：型腔板5組，其中包括定模抽芯鑲件單獨(dú)設(shè)計(jì)1組冷卻水路，確保抽芯動(dòng)作可靠穩(wěn)定，熱流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)1組冷卻水路；動(dòng)模也設(shè)計(jì)6組：型芯5組冷卻水路，二次開模抽芯鑲件單獨(dú)設(shè)計(jì)1組冷卻水路。

（6）動(dòng)、定模冷卻水路進(jìn)出水分別集成在一個(gè)集水器上，固定在模具的非操作側(cè)便于拆裝，集水器設(shè)計(jì)水路截面面積≥支路水路截面積之和。

2.5 推出系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具推出系統(tǒng)采用“斜推塊+直推塊+組合推管+推桿”的組合推出設(shè)計(jì)，如圖11所示，包括8個(gè)直推塊3、8個(gè)圓桿斜推塊2、10個(gè)方斜推塊4、10個(gè)組合推管1和22根推桿5，因考慮推出距離140 mm及動(dòng)模二次開模可靠性，推出動(dòng)力由液壓缸提供[3]。

圖11 組合推出結(jié)構(gòu)

3 模具工作過程

模具工作過程如下。

（1）合模。注塑機(jī)控制動(dòng)、定模閉合，定模液壓缸內(nèi)抽芯滑塊鎖緊復(fù)位。

（2）注射成型。熔體通過注塑機(jī)噴嘴、熱流道系統(tǒng)、流道進(jìn)入型腔進(jìn)行填充。

（3）保壓/冷卻。型腔填充后，進(jìn)行保壓、冷卻、固化等。

（4）定模抽芯。開模前注塑機(jī)控制定模液壓缸活塞桿抽芯動(dòng)作。

（5）開模。定模抽芯完成后，動(dòng)、定模從分型面打開，通過機(jī)械拉鉤帶動(dòng)動(dòng)模二次開模，實(shí)現(xiàn)動(dòng)模內(nèi)抽芯。

（6）推出脫模。開模后，注塑機(jī)控制液壓缸活塞桿完成模具零件的相關(guān)推出動(dòng)作，將成型塑件推出，機(jī)械臂從模具中取出塑件。

（7）復(fù)位。塑件取出后，注塑機(jī)控制液壓缸活塞桿實(shí)現(xiàn)模具零件的復(fù)位。

4 設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

（1）塑件為方框結(jié)構(gòu)，易出現(xiàn)熔接痕缺陷，經(jīng)模流分析，熔接痕對(duì)應(yīng)模具部位加強(qiáng)排氣和設(shè)計(jì)單獨(dú)的冷卻水路，便于后期工藝調(diào)整，減輕熔接痕對(duì)塑件外觀的影響。

（2）定模液壓缸驅(qū)動(dòng)內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需提前判斷加工工藝合理性和裝配工藝可靠性。

（3）設(shè)計(jì)動(dòng)模二次開模時(shí)應(yīng)考慮機(jī)械動(dòng)作可靠性和穩(wěn)定性，導(dǎo)向零件盡量采用石墨自潤(rùn)滑材料，同時(shí)應(yīng)注意冷卻水路設(shè)計(jì)要均勻，避免出現(xiàn)局部溫度過高導(dǎo)致模具零件出現(xiàn)動(dòng)作卡滯現(xiàn)象。

（4）控制動(dòng)模二次開模拉鉤組件選用H13材料，熱處理硬度為48～55 HRC，設(shè)計(jì)圓形油槽，確保模具零件動(dòng)作可靠穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

通過對(duì)塑件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，確保模具零件動(dòng)作穩(wěn)定可靠，模具一次試模成功，其使用壽命滿足設(shè)計(jì)要求，對(duì)同類塑件的模具設(shè)計(jì)具有參考作用。