褚建忠

（臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院，浙江臺(tái)州 318020）

1 PP+TPE汽車密封件介紹

轎車上大型汽車配件的密封通常都是在硬質(zhì)配件安裝好的基礎(chǔ)上再增加密封介質(zhì)，以達(dá)到密封的效果，但往往在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)密封不穩(wěn)定而失效。雙料一體注射模是在同一副模具內(nèi)分兩個(gè)階段注射兩種不同的材料，通過(guò)模具結(jié)構(gòu)與注塑設(shè)備的共同作用，使塑件綜合了兩種材料的特殊作用。通過(guò)應(yīng)用雙料一體（如PP+TPE）的密封件，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且解決了多次安裝所帶來(lái)的質(zhì)量隱患，提高了整車的密封效果[1～3]。

如圖1所示，PP（聚丙烯）+TPE（熱塑性彈性體）雙料一體塑件既具有硬膠的裝配剛性，又具有軟膠的密封性能，能滿足實(shí)際應(yīng)用的各種需求，但需對(duì)塑件模塑化的設(shè)計(jì)方案與工藝進(jìn)行改造。根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，要求硬膠在不脫離模腔的情況下實(shí)現(xiàn)二次注射成型，這就需要模具采用旋轉(zhuǎn)式二次合模的成型方案，也就要求模具具有高精度的二次合模定位精度、低壓力注射軟膠的工藝保障以及多型腔單側(cè)頂出平衡的有效控制等[4～6]。

2 PP+PTE雙料一體旋轉(zhuǎn)注射模設(shè)計(jì)

雙料一體精密模具的成功研發(fā)，關(guān)鍵在于二次合模的重復(fù)精確定位、CAE分析、狹長(zhǎng)塑件的頂出平衡及選材等幾大領(lǐng)域技術(shù)的有效運(yùn)用。

（1）二次合模的精確定位。

本項(xiàng)目采用層級(jí)式的開(kāi)合模導(dǎo)向與復(fù)位技術(shù)方案與科學(xué)的加工工藝路線，輔以獨(dú)立的定模側(cè)大型滑塊抽芯導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，再運(yùn)用MAKINO高精密加工技術(shù)，使二次合模的各零部件的加工工藝趨于穩(wěn)定，零部件間的配合關(guān)系達(dá)到了生產(chǎn)雙料塑件的要求，克服了二次合模多活動(dòng)件運(yùn)動(dòng)累計(jì)誤差帶來(lái)的負(fù)面影響，如一個(gè)零件對(duì)應(yīng)多個(gè)零件的適配間隙需滿足雙料注射成型的工藝要求等，各種關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)也較成熟，一次性成功率達(dá)80%以上。

（2）可控注射成型系統(tǒng)。

本項(xiàng)目通過(guò)運(yùn)用MoldFlow分析注射模擬，制定了良好的雙系統(tǒng)順序控制澆注方案，大大降低了模具因調(diào)試產(chǎn)生的各種風(fēng)險(xiǎn)，如：因壓力過(guò)大造成相關(guān)零部件負(fù)載過(guò)盈而損壞、調(diào)試中表面現(xiàn)象誤導(dǎo)制定改善方案等。通過(guò)該項(xiàng)分析，已將注射工藝的調(diào)試帶大大擴(kuò)寬，使工藝更易調(diào)節(jié)，達(dá)到了預(yù)期的目的。

（3）狹長(zhǎng)塑件的頂出平衡。

為防止塑件在頂出時(shí)因受力不均衡而扭曲變形，應(yīng)用塑件的彈性形變的特點(diǎn)，選擇在加強(qiáng)筋的底部為頂出受力作用點(diǎn)，在塑件的另一側(cè)增加平衡頂塊，同時(shí)設(shè)計(jì)有效的液壓循環(huán)回路，系統(tǒng)上增加油路分配器，使生產(chǎn)更易于調(diào)試多個(gè)油缸的頂出與復(fù)位動(dòng)作同步；并且在塑件的彈性形變的部位增加頂出定位裝置，減少因塑件瞬時(shí)收縮與彈性變形的所產(chǎn)生的位移，有效保證了塑件的頂出平衡。

2.1 二次合模精確定位

該雙料一體模具定模側(cè)設(shè)計(jì)有大型滑塊，必須設(shè)計(jì)專門機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)滑塊抽芯與模具開(kāi)模同步動(dòng)作，由于模具比較重在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中如果出現(xiàn)離心傾向容易導(dǎo)致整個(gè)模具中心出現(xiàn)誤偏移；另外大型模具的動(dòng)模在旋轉(zhuǎn)后需要與第二個(gè)型腔產(chǎn)生精確配合，需要比較精確的導(dǎo)向和定位系統(tǒng)，否則就會(huì)導(dǎo)致第一次成型的PP塑件產(chǎn)生擦傷。因此大型雙料一體模具必須需要設(shè)計(jì)比較精確的導(dǎo)向定位系統(tǒng)。

（1）定?；瑝K與模具開(kāi)模同步動(dòng)作設(shè)計(jì)。

如圖2所示，該大型滑塊位于定模，重達(dá)350kg，由于定模側(cè)沒(méi)有動(dòng)力，因此給設(shè)計(jì)帶來(lái)一些困難。首先應(yīng)解決動(dòng)力問(wèn)題：在每一個(gè)滑塊底部設(shè)計(jì)了兩個(gè)氮?dú)鈴椈?，氮?dú)鈴椈删哂袕椓Υ蟆椓η€平緩，長(zhǎng)使用壽命等特點(diǎn)，因此利用高壓氮?dú)獾母邚椓梢猿晒?shí)現(xiàn)同步頂出滑塊；其次為了進(jìn)一步確保滑塊同步頂出，在動(dòng)模板上設(shè)計(jì)了機(jī)械拉鉤，在合模時(shí)鉤住滑塊，開(kāi)模時(shí)利用注塑機(jī)的開(kāi)模力全力拉出滑塊，利用一推一拉確保了滑塊安全地與模具開(kāi)模動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行。

圖2 滑塊頂出設(shè)計(jì)

（2）模具旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心傾向解決辦法。

如圖3所示，雙料一體模具的動(dòng)模在第二次合模時(shí)都會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，為防止旋轉(zhuǎn)后的動(dòng)模與定模的配合產(chǎn)生誤差，應(yīng)盡量不要在動(dòng)模側(cè)設(shè)計(jì)不必要的移動(dòng)零件，否則這些零件在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生不必要的移動(dòng)，從而影響二次合模的精確度。因此在該模具中將所有容易產(chǎn)生移動(dòng)的零件（如滑塊、導(dǎo)柱等）都設(shè)計(jì)在定模側(cè)，整個(gè)動(dòng)模不但消除了活動(dòng)部件，而且降低了重量，從而較好地解決了動(dòng)模旋轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的離心傾向問(wèn)題。

圖3 定模與遞進(jìn)式導(dǎo)向系統(tǒng)

（3）遞進(jìn)式導(dǎo)向定位系統(tǒng)。

如圖3所示，模具在制造過(guò)程中總會(huì)出現(xiàn)機(jī)床加工誤差、裝夾誤差、研磨誤差和裝配誤差，大型模具的誤差更加明顯。為了保證模具的精度，該模具使用高精密度機(jī)床MAKINO對(duì)零件進(jìn)行精密加工，在不同機(jī)床裝夾時(shí)使用了快速定位夾具EROWA。同時(shí)針對(duì)該大型旋轉(zhuǎn)模具設(shè)計(jì)了遞進(jìn)式導(dǎo)向定位系統(tǒng)。該遞進(jìn)式導(dǎo)向定位系統(tǒng)采用了兩級(jí)導(dǎo)向定位：第一級(jí)由方導(dǎo)柱和方導(dǎo)槽進(jìn)行配合，承擔(dān)了模具合模的初始導(dǎo)向和定位，保證了動(dòng)模和定模的合模初始精度；第二級(jí)由T型凸塊和T型凹?jí)K組成的精定位，保證了動(dòng)模和定模的最終的精確定位。

2.2 可控式雙注射成型系統(tǒng)

硬膠注射坯件成型后，模具二次合模，與型腔與型芯共同創(chuàng)造二次注射成型所必須的封閉式模腔；二次注射軟膠時(shí)，必須要減少注射壓力以防止對(duì)已成型的硬膠表面質(zhì)量的損害，確保硬膠成型件在注射壓力的作用下無(wú)亮斑、溢料等異常情況，因此為了保證塑件質(zhì)量必須要采用低壓注射，因此采用如圖4所示的多點(diǎn)熱流道澆注方案。

由于采用了熱流道系統(tǒng)，因此可以對(duì)雙澆注系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可控式注射成型（見(jiàn)圖5）。具體控制方案：當(dāng)模具處于第一次合模時(shí)，熱流道系統(tǒng)啟動(dòng)GA注射系統(tǒng)對(duì)模腔注射PP，在硬膠（PP）熱流道控制下，各澆口按照順序時(shí)間進(jìn)行澆注，確保了PP主體塑件不出現(xiàn)溢料、熔接痕等缺陷。

第一次硬膠（PP）注射完畢后，模具整體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)180°，硬膠和動(dòng)模同時(shí)旋轉(zhuǎn)與第二個(gè)型腔進(jìn)行配合，組成軟膠（TPE）型腔空間。此時(shí)，熱流道系統(tǒng)啟動(dòng)GB軟膠（TPE）注射系統(tǒng)對(duì)模腔注射TPE熔料。注射完畢后，模具內(nèi)冷卻水路對(duì)塑件進(jìn)行冷卻，然后開(kāi)模啟動(dòng)頂出系統(tǒng)（各種頂塊、斜頂?shù)龋╉敵鏊芗夏＿M(jìn)行下一次循環(huán)。

圖4 多點(diǎn)式熱流道系統(tǒng)

圖5 雙澆注系統(tǒng)

2.3 自適應(yīng)式頂出平衡設(shè)計(jì)

由于該塑件長(zhǎng)而窄，為了在頂出時(shí)不使塑件產(chǎn)生變形，在動(dòng)模頂出設(shè)計(jì)中沒(méi)有采用頂桿，而是采用了多達(dá)30多塊的頂塊，增大了頂出面積和頂出力。另外由于熔料在模腔中的熱交換，動(dòng)模型芯部分的溫度明顯會(huì)高于頂出板，在成型過(guò)程中，型芯會(huì)產(chǎn)生輕微的熱變形，這樣直接會(huì)影響到型芯內(nèi)部的頂出孔與頂出板中的頂塊的配合，這樣就會(huì)導(dǎo)致頂塊頂出時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生卡滯。為了解決這一問(wèn)題，將頂塊設(shè)計(jì)成自適應(yīng)浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)，如圖6所示，與傳統(tǒng)的剛式結(jié)構(gòu)不同，自適應(yīng)浮動(dòng)式結(jié)構(gòu)的頂塊可以隨著模具溫度的變化進(jìn)行彈性調(diào)整，這樣就解決了由于熱膨脹影響頂出孔與頂塊中心的配合問(wèn)題。

圖6 自適應(yīng)式頂出平衡設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的模具頂出動(dòng)力一般都來(lái)自注塑機(jī)本身的剛性頂桿。但由于模具頂出機(jī)構(gòu)由眾多頂塊組成，各頂塊的熱膨脹系數(shù)都有差別，要實(shí)現(xiàn)各頂塊平穩(wěn)頂出，就必須采用液壓式頂出（見(jiàn)圖6）。因此在模具中設(shè)計(jì)了4個(gè)頂出油缸，每一個(gè)塑件的頂出都由兩個(gè)油缸提供穩(wěn)定平衡的動(dòng)力來(lái)源。為實(shí)現(xiàn)油缸之間動(dòng)作的協(xié)調(diào)，在油缸之間設(shè)計(jì)了油路分配器（見(jiàn)圖6），確保了各個(gè)油缸動(dòng)作誤差不超過(guò)0.02mm。

由于采用了上述設(shè)計(jì)，整個(gè)頂出系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了頂出動(dòng)作平衡有序，塑件頂出后不產(chǎn)生變形和翹曲，效果良好。

2.4 模具總體設(shè)計(jì)

該大型旋轉(zhuǎn)高精密雙料一體密封件注射模由7大部分組成：①層級(jí)式精密導(dǎo)向與定位系統(tǒng)；②獨(dú)立可控型雙澆注系統(tǒng)；③狹長(zhǎng)塑件頂出平衡自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)；④定模側(cè)同步抽芯系統(tǒng)；⑤冷卻系統(tǒng)；⑥吊裝搬運(yùn)系統(tǒng)；⑦成型系統(tǒng)等。

（1）定模部分整體圖，如圖7所示。定模部分有同步抽芯機(jī)構(gòu)與相關(guān)的冷卻系統(tǒng)、可控型雙澆注系統(tǒng)分布情況。

（2）動(dòng)模部分主視圖，如圖8所示。動(dòng)模部分有頂出平衡的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)與層級(jí)式精確導(dǎo)向定位系統(tǒng)，主要機(jī)械機(jī)構(gòu)以及各冷卻系統(tǒng)的接口位置的分布狀態(tài)。

3 結(jié)論

（1）本模具中設(shè)計(jì)的漸進(jìn)式導(dǎo)向定位系統(tǒng)，保證了大型模具在合模中的順利導(dǎo)入和精確定位，減少了加工量，確保了合模精度，從而確保了塑件的成型精度，有效地將合模誤差減少到±0.02mm。該設(shè)計(jì)可以推廣到其他大型模具的定位設(shè)計(jì)中。

（2）在大型模具頂出機(jī)構(gòu)中設(shè)計(jì)浮動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以減少由于熱膨脹產(chǎn)生的動(dòng)模與頂出板之間的配合誤差，減少了頂出卡滯現(xiàn)象，確保了頂出機(jī)構(gòu)能順利頂出塑件；采用液壓頂出與油路分配器，確保了油缸之間的同步動(dòng)作，保證了整個(gè)頂出動(dòng)力源動(dòng)作的一致性，從而實(shí)現(xiàn)了頂出動(dòng)作的平衡與穩(wěn)定。

圖7 定模整體圖

圖8 動(dòng)模整體圖