郝軍偉，劉葉平，李玉華，彭艷波，楊 濤

（1.東風(fēng)汽車股份有限公司制造總部，湖北襄陽(yáng) 441004；2.襄陽(yáng)卓靈塑膠有限公司，湖北襄陽(yáng) 441000）

1 引言

汽車發(fā)電機(jī)是汽車的主要電源，其作用是發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，向所有用電設(shè)備（發(fā)動(dòng)機(jī)除外）供電，同時(shí)給蓄電池充電。線圈架作為其中的一個(gè)零件，主要是將漆包圓銅線繞制在線圈架上，配合漆包圓銅線制造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組。該塑件的質(zhì)量是否符合產(chǎn)品要求直接影響到整機(jī)裝配質(zhì)量及電機(jī)性能，從而影響到總成性能。

2 塑件特征

塑件名稱：線圈架，塑件所用材質(zhì)：玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6（PA6），該塑件的精度要求高：內(nèi)徑為?60+0.250mm，外徑為?88.60-0.25mm，塑件上端面正面有3處繞線定位凸臺(tái)，背面有一條卡線凹槽。

3 線圈架成型工藝設(shè)計(jì)

3.1 材料工藝特性

（1）流動(dòng)性差。玻璃纖維增強(qiáng)尼龍6（PA6）為淡黃色至琥珀色透明或半透明的固體物，為熱塑性塑料，熔融指數(shù)比普通尼龍料低30%～70%，故流動(dòng)性不良、融接不良、玻纖分布不均。

（2）成形收縮小，異向性明顯。增強(qiáng)料成形收縮比普通尼龍料小，有助于產(chǎn)品精度的保證，但異向性增大，沿料流方向收縮小，垂直方向大，近進(jìn)料口處小、遠(yuǎn)處大，塑件易發(fā)生翹曲、變形。理論收縮率為0.3%～1.0%，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)取該線圈架徑向收縮率為0.5%，軸向收縮率為0.4%，厚度方向不考慮收縮率。

（3）脫模不良、磨損大。該料不易脫模，模具磨損大，在注射時(shí)料流對(duì)澆注系統(tǒng)，型芯磨損大。

（4）易發(fā)生氣體。成形時(shí)由于纖維表面處理劑易揮發(fā)成氣體，必須予以排除，不然易發(fā)生融接不良，缺料及燒傷等缺陷。故應(yīng)在分型面上開(kāi)設(shè)排氣及溢料槽。

3.2 塑件CAE分析及工藝設(shè)計(jì)

Plastic Advisor（塑料顧問(wèn)）是Pro/E Wildfire自帶的一種分析、計(jì)算和動(dòng)態(tài)仿真功能的模流分析模塊，主要用于塑件在模具型腔內(nèi)注射成型分析,可直觀地觀測(cè)塑料融體的流動(dòng)情況、塑件的填充狀態(tài)、注射力的變化情況等,并得到可靠的反饋信息和建議，從而使塑件和模具在設(shè)計(jì)階段就能得到完善與改進(jìn)，達(dá)到用戶的設(shè)計(jì)要求和最終使用目的。Plastic Advisor提供了澆口位置分析、充模動(dòng)畫、描述設(shè)計(jì)、可塑性的圖形以及熔接線和氣泡可能出現(xiàn)的位置，模擬塑料熔體在模具型腔中的流動(dòng)、保壓、冷卻過(guò)程，預(yù)測(cè)塑件可能發(fā)生的翹曲等，其結(jié)果對(duì)優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)和注射工藝參數(shù)有重要的指導(dǎo)意義。

在Pro/E軟件里，建立一個(gè)新文件，按塑件圖尺寸實(shí)體建模xqj.prt。進(jìn)入應(yīng)用程序-Plastic Advisor模塊。為了確定澆口的合理位置，進(jìn)入Adviser—Analysis Wizard，選擇Gate Location，指定塑料廠家和材料牌號(hào)PA6，默認(rèn)的成型溫度和模具溫度，進(jìn)行分析。

（1）選擇合理的成型工藝參數(shù)。

CAE分析的成型工藝參數(shù)和《塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)》查詢結(jié)果接近，確定為：①溫度：在注射成型過(guò)程中需要控制的溫度有成型溫度和模具溫度。成型溫度與材料PA6特性有關(guān)，為227℃～316℃，模具溫度為80℃；②壓力：由于玻纖增強(qiáng)PA6流動(dòng)性差，注射壓力較高，為700～1,760kg/cm；③成型周期：在生產(chǎn)中，充模時(shí)間約為3～5s。如圖2所示。

圖2 成型工藝參數(shù)

（2）根據(jù)型腔充填狀況、塑件品質(zhì)和冷卻質(zhì)量的預(yù)測(cè)確定澆口位置。如圖3所示。

圖3 澆口合理位置分析

根據(jù)分析結(jié)果，澆口位置在塑件中部?60mm的孔上（深色區(qū)域）比較合適，但線圈架中間內(nèi)徑?60mm的孔需要型芯成型，且精度要求高，初步確定澆口（黃色錐形物）設(shè)置在塑件上、下端面靠近?60mm的孔邊緣處，如圖4、圖5所示。

圖4 布置在上、下端面孔邊緣一處澆口質(zhì)量分析

圖5 布置在下端面孔邊緣兩處和6處澆口質(zhì)量分析

澆口設(shè)置在上、下端面內(nèi)孔邊緣時(shí)，如果只設(shè)置一處澆口，熔接痕（紅線處）出現(xiàn)在澆口在塑件對(duì)面位置中部?62mm外圓表面，影響漆包銅線繞線，且塑件上3處凸臺(tái)使模具分型開(kāi)模困難，考慮將澆口位置設(shè)置在塑件下端面內(nèi)孔邊緣。根據(jù)該材料的工藝特性，需要多設(shè)澆口以使料流亂流、玻璃纖維分散，以減少異向性。分析結(jié)果顯示增加至兩處澆口后進(jìn)料在?62mm外圓表面仍出現(xiàn)熔接痕，而增加至6處澆口進(jìn)料后塑件質(zhì)量有提高，熔接痕出現(xiàn)在塑件下端面，塑件端面在發(fā)電機(jī)總成裝配中空開(kāi)，對(duì)其它零件裝配影響不大，且該平面出現(xiàn)的熔接痕可以通過(guò)在模具分型面處增加溢流槽改善。如圖6所示。

圖6 澆口形式優(yōu)化后分析

4 線圈架注射模設(shè)計(jì)

4.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于該塑件的外形尺寸相對(duì)較大（相比發(fā)電機(jī)內(nèi)部其它精密塑料件），相應(yīng)模具的尺寸更大，考慮到現(xiàn)有注塑機(jī)安裝尺寸有一定的限制，故采用一模一腔。

澆注系統(tǒng)的作用是將熔融狀態(tài)的塑料填充到模具型腔內(nèi),并在填充及凝固過(guò)程中將注射壓力傳遞到塑件各部位,而得到要求的塑件。它由澆口、澆道、進(jìn)料口和冷料穴組成。

（1）澆口的設(shè)計(jì)。

圖7中，d=注塑機(jī)噴嘴孔直徑+0.5～1=3+0.5=?3.5mm，α=5.8°，SR=注塑機(jī)噴嘴球面半徑+2～3=12+2=14mm，L應(yīng)盡量縮短，取37mm。

圖7 澆口尺寸

（2）流道設(shè)計(jì)。

圖8所示采用T型澆道，該澆道加工方便且塑料熱量損失小，流速小。

圖8 流道尺寸

（3）冷料穴的設(shè)計(jì)。采用溝扣形，具體形狀與拉料桿頭部一致。

（4）進(jìn)料口的設(shè)計(jì)。采用矩形側(cè)澆口，便于后序切除澆口。

4.2 模具成形零部件設(shè)計(jì)

（1）型腔尺寸計(jì)算。

徑向尺寸DM=DS（1+K）+0.5δ=（88.6-0.25）×（1+0.005）+0.1=88.mm

高度尺寸HM=H×（1+K）=30×（1+0.004）=30.1±0.02mm

（2）型芯尺寸計(jì)算。

徑 向 尺 寸dM=dS（1+K）-0.1δ=60.25×（1+

式中K為收縮率，δ為尺寸公差。

4.3 模具分型面的選擇

根據(jù)塑件形狀、尺寸、壁厚及要求，在有利于脫模,抽芯和排氣的要求下，分型面的選擇如圖9所示。

圖9 分型面

4.4 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

（1）側(cè)向分型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

由于分型面1和分型面Ⅱ相互垂直，故要采用側(cè)向分型機(jī)構(gòu)，此處用斜導(dǎo)柱和斜滑塊側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)。

a.脫模距的計(jì)算。

式中S——最小脫模距離，mm

D——線圈架最大直徑，mm

d——線圈架最小直徑，mm

b.斜導(dǎo)柱的計(jì)算。

斜導(dǎo)柱用于驅(qū)動(dòng)滑塊作開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)。如圖10所示，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取斜導(dǎo)柱直徑為壓合部分D=?16mm，工作部分d=?15.4mm，斜導(dǎo)柱的角度α取20°，脫模距為S時(shí)，斜導(dǎo)柱工作部分長(zhǎng)度L4=S/sinα=35/0.342=102mm。

圖1 線圈架塑件

圖10 斜導(dǎo)柱工作尺寸

c.斜滑塊的確定。斜滑塊斜面傾角一般大于斜導(dǎo)柱的角度α，但小于25°，取為22°。

（2）二次脫模的設(shè)計(jì)。

由于該線圈架下部有一條凹槽，由模具斜滑塊上部的一凸臺(tái)成型，如圖11所示，該凸臺(tái)的方向應(yīng)與斜滑塊打開(kāi)方向一致，防止斜滑塊打開(kāi)時(shí)將線圈架塑件拉裂。這樣，線圈架上部的3個(gè)異形小凸臺(tái)不能設(shè)在模具斜滑塊上由斜滑塊成型，而只能設(shè)在模具靜模上成型。因此需要設(shè)計(jì)二次脫模機(jī)構(gòu)，首先垂直分型，將3個(gè)異形小凸臺(tái)由靜模中脫出，再由斜導(dǎo)柱和斜滑塊動(dòng)作，完成側(cè)向水平分型。如圖10所示，ΔD=H×tanα=4×tan20°=1.46mm，斜滑塊與斜導(dǎo)柱配合的孔徑D=d+ΔD×cosα=15.4+1.37=16.77mm，取整為20mm。

圖11 模具成型零件三維圖

4.5 排氣槽和溢流槽的設(shè)置

（1）排氣槽設(shè)置的原因。模具型腔在塑料填充過(guò)程中，除了模具型腔內(nèi)有空氣外，還有塑料受熱而產(chǎn)生的氣體，如果不能順利地排出空氣，被壓縮的空氣變得高溫燃燒，使塑料焦化，或使融接痕處強(qiáng)度減低以及不能成形，其次是在開(kāi)模時(shí)造成型腔及型芯貼緊塑件在脫模時(shí)成為真空而使塑件破裂，因此要設(shè)排氣槽。

（2）流槽設(shè)置的原因。從進(jìn)料口注入的熔融塑料，由于型腔表面散熱而粘度增加，使流動(dòng)性變差，因而流到末端時(shí)融接強(qiáng)度下降，為了使高溫的塑料融接，則需把變冷的塑料流到設(shè)置的溢流槽內(nèi)。

（3）排氣槽的位置設(shè)置及尺寸。根據(jù)進(jìn)料口的位置考慮開(kāi)設(shè)在模具型腔最后被充滿的地方，所以在斜滑塊的下表面成型線圈架下表面型腔處開(kāi)設(shè)4處排氣槽，排氣槽深度為0.03mm，如深度過(guò)大則易出飛邊。

4.6 頂出系統(tǒng)的確定

成型后線圈架塑件由于收縮將包在模具型芯上，不能取下，所以要設(shè)置頂出系統(tǒng)。該線圈架塑件為薄壁塑件，表面質(zhì)量要求高，如果設(shè)計(jì)使用頂桿頂出，會(huì)在塑件表面留有頂出痕跡。因此設(shè)計(jì)使用推板頂出，推板頂出的特點(diǎn)是頂出力均勻，力量大，運(yùn)動(dòng)平衡。

5 注射模結(jié)構(gòu)及其工作過(guò)程

模具結(jié)構(gòu)如圖12、圖13所示。

圖12 模具二維圖前視圖1.A面 2.B面 3.斜滑塊 4.復(fù)位桿5.推板 6.定模座板 7.型芯 8.斜導(dǎo)柱

圖13 模具二維圖右視圖1.導(dǎo)柱 2.拉料桿 3.墊塊 4.頂桿墊板 5.頂桿固定板 6.導(dǎo)條

模具工作過(guò)程為：合模?塑料充模（塑料沿澆注系統(tǒng)流進(jìn)模具型腔）?保壓、冷卻?開(kāi)模。開(kāi)模時(shí)，靜模首先和模具下部在分型面Ⅰ處分開(kāi)，當(dāng)分開(kāi)一定距離后，斜導(dǎo)柱A面碰到斜滑塊的孔壁B面，帶動(dòng)左、右斜滑塊水平方向沿分型面Ⅱ打開(kāi)，當(dāng)斜滑塊完全從線圈架中脫開(kāi)后，由注塑機(jī)的頂桿頂動(dòng)頂出底板，頂出底板帶動(dòng)頂板連同回程桿，頂動(dòng)推板將線圈架從型芯上頂出。

6 結(jié)束語(yǔ)

該線圈架注射模經(jīng)用戶使用后，脫模順利，塑件尺寸合格，外觀良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并且經(jīng)過(guò)了批量生產(chǎn)的考驗(yàn)。其中Pro/E軟件里的Plastic Advisor模塊對(duì)該塑件進(jìn)行CAE分析的結(jié)果對(duì)工藝及模具設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用，該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中創(chuàng)新點(diǎn)是斜導(dǎo)柱配合的斜導(dǎo)柱孔徑優(yōu)化擴(kuò)大，可以實(shí)現(xiàn)垂直分型后再進(jìn)行水平分型。該模具結(jié)構(gòu)對(duì)今后類似塑件的模具設(shè)計(jì)將有一定的借鑒作用。