陳 兵，林?；?/p>

（惠州城市職業(yè)學(xué)院，廣東 惠州 516025）

0 引 言

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車生產(chǎn)及更新?lián)Q代也越來越快。越來越多的汽車在不斷加強(qiáng)實(shí)用性及安全性、技術(shù)革新的同時(shí)也使汽車零部件的結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，功能單一的汽車零部件變得功能多樣化，這就對模具設(shè)計(jì)及加工制造提出了更高的技術(shù)要求。

1 塑件分析

圖1所示為某汽車的尾燈支架，外形尺寸為211.5 mm×61.9 mm×62.5 mm。尾燈支架的整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，細(xì)節(jié)特征多；支架內(nèi)部大部分為復(fù)雜光滑的自由曲面，外部有多處凸臺及加強(qiáng)筋，同時(shí)側(cè)孔及側(cè)凹也較多，整體周邊有一圈豎邊，塑件右側(cè)有較大的卡扣位。由于該塑件所有結(jié)構(gòu)都和其他零件有裝配關(guān)系，這些結(jié)構(gòu)特征都需要用到抽芯機(jī)構(gòu)才能順利脫模。

圖1 汽車尾燈支架

汽車尾燈支架一般采用的材料是PP加滑石粉（滑石粉比例一般為18%～20%），滑石粉可以提高PP塑料的熱變形溫度，增強(qiáng)成型塑件尺寸穩(wěn)定性，降低收縮率、提高其剛性?；凼荘P聚丙烯塑料的常用礦物粉填充料，增強(qiáng)PP的密度為1.04 g/cm3，平均收縮率為1.0%。汽車尾燈支架平均壁厚約為2.012 mm，經(jīng)UG測量，其體積為43 685.043 8 mm3。由于該支架的細(xì)節(jié)特征多，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮：①待成型塑件在模具中的布局；②模具結(jié)構(gòu)要滿足多個(gè)抽芯距離；③多個(gè)抽芯機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)動時(shí)是否存在干涉。如何合理設(shè)計(jì)多個(gè)不同方位的抽芯機(jī)構(gòu)，保證模具順利開模，滿足塑件的注射成型工藝要求，同時(shí)能保證生產(chǎn)效率，降低模具制造成本，這些都是模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的問題。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 型腔布局及分型面設(shè)計(jì)

模具設(shè)計(jì)中首先根據(jù)待成型塑件的結(jié)構(gòu)、形狀等確定其在模具中的擺放位置及數(shù)量，即確定型腔布局以及分型面。由上述分析可知，尾燈支架整體形狀復(fù)雜，側(cè)凹側(cè)孔及在右側(cè)有較大的中空側(cè)凹卡位，如圖2所示，雖然該塑件體積不大，從生產(chǎn)效率考慮，采用一模多腔可以提高生產(chǎn)效率，但是根據(jù)汽車尾燈整體形狀、結(jié)構(gòu)特征以及模具設(shè)計(jì)的成本及加工難度，成型該塑件不宜采用一模多腔布局。

圖2 尾燈支架側(cè)凹側(cè)孔位

確定型腔數(shù)量后就應(yīng)確定待成型塑件在模具中的擺放，待成型塑件擺放合理與否直接影響整副模具的設(shè)計(jì)成敗。分型面是模具上用于取出成型塑件及澆注系統(tǒng)凝料的可分離接觸面，1副模具中分型面可以有一個(gè)或多個(gè)，結(jié)合該塑件可采用單分型面結(jié)構(gòu)。汽車尾燈的下部集中了較多的細(xì)節(jié)特征，待成型塑件擺放及主分型面設(shè)計(jì)如圖3所示。細(xì)節(jié)特征及側(cè)孔側(cè)凹較多的一側(cè)放在動模側(cè)成型，以便后續(xù)抽芯機(jī)構(gòu)及推出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分型面選擇在待成型塑件斷面最大輪廓的位置，以此主分型面分出型芯和型腔板結(jié)構(gòu)，如圖4、圖5所示。

圖3 尾燈擺放及主分型面設(shè)計(jì)

圖4 型 芯

圖5 型腔板

由于注射模在注射過程中要承受多種外力，為了確保型腔板的強(qiáng)度及剛度，需要對型腔板進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核，型腔板最小壁厚可根據(jù)公式（1）進(jìn)行校核。

其中，P為型腔內(nèi)熔體壓力，一般取25～45 MPa；L為型腔側(cè)壁長邊尺寸，mm；A為受熔體壓力部分的高度，mm；h為型腔總高度，mm；E為彈性模量，鋼材取2.1×105MPa；δ為允許變形量，一般取0.05 mm左右。利用UG測量A、L、H、h的數(shù)值后，代入式（1）校核，計(jì)算得SC≈30.8 mm，設(shè)計(jì)的型腔板最小壁厚約為42.3 mm，符合要求。

2.2 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

抽芯機(jī)構(gòu)主要是成型側(cè)孔、側(cè)凹或側(cè)凸臺的部位，一般側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)主要有3種：手動抽芯機(jī)構(gòu)、液動或氣動抽芯機(jī)構(gòu)、機(jī)動抽芯機(jī)構(gòu)。其中機(jī)動抽芯機(jī)構(gòu)有斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)、斜滑塊抽芯機(jī)構(gòu)、彎銷抽芯機(jī)構(gòu)、斜導(dǎo)槽抽芯機(jī)構(gòu)等。該塑件由于其三面都帶有較多的側(cè)凹、側(cè)孔，如圖6所示，共有8處側(cè)凹及側(cè)孔（A～H），成型該塑件的抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是難點(diǎn)。

圖6 側(cè)凹及側(cè)孔位

設(shè)計(jì)合理的抽芯機(jī)構(gòu)，首先要確定抽芯距離，抽芯距離的計(jì)算一般可以通過式（2）確定。

其中，S為抽芯距離，mm；S1為側(cè)型芯脫離塑件的距離，mm。為了模具工作時(shí)的安全，抽芯距離一般要比側(cè)孔或側(cè)凹深度大2～3 mm。除塑件E處外，其他的側(cè)孔或側(cè)凹的深度大約為5.0～9.33 mm，總抽芯距離不大。E處的抽芯距離較大，最大距離為32 mm，因?yàn)镕、E處抽芯方向相同，所以F、E處可以一起抽芯，其他A、B、C、D、H、G處可采用斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)。E處因?yàn)槌樾揪嚯x較大，同時(shí)抽芯體積也較大，采用液壓抽芯機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大距離抽芯。

塑件的整體抽芯機(jī)構(gòu)如圖7所示，其中在待成型塑件上側(cè)設(shè)計(jì)了大滑塊中帶有小滑塊的延時(shí)抽芯機(jī)構(gòu)，開模時(shí)小滑塊先抽芯，然后大滑塊抽芯，大滑塊中設(shè)計(jì)一個(gè)U形槽實(shí)現(xiàn)延時(shí)抽芯的功能。

圖7 抽芯機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)

上側(cè)和下側(cè)的抽芯機(jī)構(gòu)采用雙導(dǎo)柱滑塊抽芯，其中上側(cè)的大斜導(dǎo)柱直徑為φ16 mm，長度為184.5 mm，傾斜角為20°。小抽芯（大滑塊中的小滑塊抽芯）斜導(dǎo)柱的直徑為φ10 mm，長度為66.2 mm，傾斜角為13°。下側(cè)的斜導(dǎo)柱直徑為φ20 mm，長度為151 mm，傾斜角為15°，圖8所示為斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)。

圖8 斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)

2.3 推出系統(tǒng)設(shè)計(jì)

推出系統(tǒng)一般可分為一次推出、二次推出、順序推出等，其中推桿推出機(jī)構(gòu)應(yīng)用最廣，且推出位置所受限制最少。推管推出機(jī)構(gòu)主要用于推出中心帶孔或有環(huán)形凸臺的塑件。根據(jù)尾燈支架的形狀及結(jié)構(gòu)，采用推桿與推管相結(jié)合的推出系統(tǒng)。在保證順利推出的情況下，推桿數(shù)量的布置應(yīng)盡量少，并且應(yīng)盡可能的設(shè)置在待成型塑件的內(nèi)側(cè)，以免影響塑件的外觀質(zhì)量。待成型塑件在擺放時(shí)將其內(nèi)側(cè)面放在動模側(cè)，推桿和推管的設(shè)計(jì)不會影響成型塑件的外觀面。推桿的布局如圖9所示，推桿及推管的設(shè)計(jì)數(shù)量為：7根直徑為φ3 mm圓形推桿，3根直徑為φ6 mm的圓形推桿，3根直徑為φ4 mm的圓形推桿，1根直徑為φ8 mm的圓形推桿，1根直徑為φ6 mm圓形扁頭推桿，3根直徑為φ6 mm的推管。

圖9 推桿與推管設(shè)計(jì)

2.4 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模具溫度調(diào)節(jié)對生產(chǎn)效率的影響主要是冷卻時(shí)間，一般注射成型中型腔內(nèi)塑料熔體的溫度約為200℃左右，而成型塑件從模具中取出的溫度一般在60℃以下，為了保持模具溫度的恒定，需設(shè)計(jì)冷卻管道將熔體的熱量帶走，同時(shí)縮短冷卻時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。成型該塑件的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，型芯、型腔板以及大體積的側(cè)型芯均需要設(shè)計(jì)冷卻管道，冷卻管道布局如圖10所示，其中動模和定模的冷卻管道的直徑為φ10 mm；側(cè)抽芯冷卻管道直徑為φ8 mm和φ6 mm。

圖10 冷卻管道

3 模具工作過程

根據(jù)塑件的整體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了延時(shí)抽芯機(jī)構(gòu)的兩板式單分型面注射模，模具結(jié)構(gòu)如圖11所示。模具開模，側(cè)型芯6以及小型芯15隨著模具打開而抽芯，液壓缸活塞桿抽芯同時(shí)工作。當(dāng)模具開模到一定距離后（延時(shí)），大滑塊16開始抽芯。打開完成后，所有抽芯機(jī)構(gòu)完成抽芯，推桿8及推管9通過推板2和推桿固定板3推出成型塑件。

圖11 模具結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語

針對汽車尾燈支架因整體外形復(fù)雜，并且結(jié)構(gòu)特征多，設(shè)計(jì)了單分型面的兩板模結(jié)構(gòu)。模具中設(shè)計(jì)了多個(gè)斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)，同時(shí)在抽芯機(jī)構(gòu)中又設(shè)計(jì)了延時(shí)抽芯機(jī)構(gòu)。多個(gè)抽芯機(jī)構(gòu)工作實(shí)現(xiàn)了汽車尾燈支架的多向抽芯及延時(shí)抽芯，模具整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但滿足成型要求，對其他同類塑件的成型有一定的參考作用。