胡開元，李虹波，王雷剛

(1.成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川樂山 614000； 2.江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013)

在國內(nèi)國際雙循環(huán)和“碳中和，碳達峰”的大背景下，汽車作為拉動消費的代表之一，產(chǎn)銷量牢牢占據(jù)全球首位，新能源車消費也是實現(xiàn)雙碳目標(biāo)有力途徑之一[1]。手套箱作為汽車必備的飾件，是車輛副駕駛儀表臺下方的儲物盒[2–3]。無論汽車結(jié)構(gòu)和汽車消費怎么變化，人們對于汽車的收納空間、表面質(zhì)量、輕量化以及節(jié)能性、舒適性等要求不降反升[4–5]。筆者根據(jù)手套箱外蓋的結(jié)構(gòu)特點和技術(shù)要求進行分析，并結(jié)合Moldex 3D模流分析軟件優(yōu)化設(shè)計了該產(chǎn)品的注塑模具[6–8]。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

該零件的原型為某新能源車的手套箱外蓋，外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，材料為聚丙烯(PP) API-1609，密度ρ=1 g/cm3。由于本產(chǎn)品外表面是皮紋，塑件為外觀內(nèi)飾件，表面要求高。其尺寸為長431 mm，寬260 mm，高65.5 mm。該零件的壁厚變化很大，最大壁厚達到了12.644 mm，最小壁厚僅有0.068 mm，塑件的體積V1=331.21 cm3，并且模型的平面呈曲面分布。

圖1 手套箱外蓋

根據(jù)要求，零件的總體變形量不大于3 mm或者應(yīng)該低于零件各向長度×材料收縮率，并且表面不應(yīng)有熔接痕、縮痕等外觀缺陷出現(xiàn)。塑件結(jié)構(gòu)有很多表面皮紋及轉(zhuǎn)軸卡座等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，模具結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。由于手套箱外蓋是與手套箱斗進行裝配，需要較高的配合精度，對強度和剛度也有較高的要求。該零件的壁厚不均勻，制件表面是曲面，為了保證其性能要求，翹曲變形量的控制至關(guān)重要。為保證成型質(zhì)量和脫模順利，筆者將分型面設(shè)計在塑件背面。根據(jù)鎖模力以及理論注射量選定注塑機為海天MA4700Ⅱ/2950-B型臥式注塑機[9–12]。

2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計

由于該零件屬于內(nèi)飾件，其表面不能有縮痕外觀缺陷，所以澆口位置不能選在塑件表面。若澆口選擇在四周，在手套箱的左右兩側(cè)(短邊)和上方會有澆口痕跡，在手套箱被打開時很容易被看見，影響美觀。因此，澆口位置最好選擇在手套箱外蓋下側(cè)可以隱藏不被發(fā)現(xiàn)的位置[13]。圖2為澆口位置。澆口位置只能位于開啟扳手背面遮蓋隱藏的區(qū)域，如圖2a所示，或者手套箱外蓋四周，如圖2b所示。

圖2 澆口位置

圖3為剪切應(yīng)力分布圖。將圖3的兩種澆口位置進行模擬填充分析發(fā)現(xiàn)，采用開啟扳手背面處進行澆注會使手套箱外蓋的剪切應(yīng)力分布不均勻，很容易造成邊緣翹曲，致使產(chǎn)品變形不能使用而報廢。采用手套箱外蓋下側(cè)澆注，產(chǎn)品的整體剪切應(yīng)力分布比較均勻，故澆口位置選擇在零件下側(cè)，采用潛伏式澆口。

圖3 剪切應(yīng)力分布

由于該塑件尺寸比較大，且只采用一個澆口，在塑件充填時間較長，腔邊緣位置極易發(fā)生填充不滿的情況下，如若采用增大注塑壓力來縮短充填時間，易粘模或者溢料產(chǎn)生飛邊。綜合考慮，采用熱流道進行澆注，熱流道總體布局如圖4所示。

圖4 熱流道總體布局

2.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計

采用Moldex3D軟件的智能設(shè)計精靈做冷卻流道設(shè)計的引導(dǎo)，由于零件的表面積較大，且具有兩個突出的轉(zhuǎn)軸卡座和斜抽芯等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，在滿足塑件冷卻和不發(fā)生干涉條件下，為提高模具的冷卻效果，在塑件上表面使用傳統(tǒng)水路冷卻與在塑件下表面使用隔水板式冷卻水路冷卻的混合方案[14]，冷卻水路設(shè)計圖如圖5所示。

圖5 冷卻水路設(shè)計圖

將兩種冷卻水路方案進行模擬分析，圖6為冷卻方案對比。

圖6 冷卻方案對比

將兩種的冷卻水路方案進行模擬分析，從圖6的冷卻效率、翹曲變形量、冷卻至頂出溫度所需時間分析結(jié)果對比可以得出，在其它參數(shù)都相同的條件下，采用混合方案的冷卻效率為45.41%是傳統(tǒng)冷卻水路的8.97%的5.06倍，并且與傳統(tǒng)水路方案對比，采用混合方案塑件冷卻至頂出溫度的時間為65.7 s，翹曲變形量為3.282 mm。分析結(jié)果證明，采用混合水路冷卻可以大幅度提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 成型零件的設(shè)計

手套箱外蓋平均厚度僅為3 mm左右，型腔較淺且在背面有較多的沉孔及轉(zhuǎn)軸支座等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。如若采用組合式型腔，在型腔裝配過程中不能夠很好地保證型腔整體尺寸精度和強度，同時結(jié)合塑件大小，采用整體式型腔，其具備的高強度及不易變形的特點能夠很好地滿足塑件設(shè)計要求。整體式型芯和型腔分別如圖7，圖8所示。

圖7 塑件型芯設(shè)計圖

圖8 塑件型腔設(shè)計圖

2.4 排氣系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)PP材料特性表，排氣槽深度尺寸取0.01～0.02 mm，筆者選取0.02 mm，圖9為排氣槽分布。排氣槽寬度是6～20 mm，本設(shè)計中取值為10 mm，相鄰排氣槽中心距為40～80 mm，本設(shè)計中取值約為50 mm，如圖9箭頭所示。

圖9 排氣槽分布

2.5 側(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計

在手套箱外蓋的下方有兩個轉(zhuǎn)軸卡座，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且含有與開模方向垂直的側(cè)壁盲孔結(jié)構(gòu)，在開模時，會阻礙塑件的推出，無法直接脫模，需設(shè)計側(cè)向抽芯機構(gòu)。由于本塑件側(cè)壁盲孔和搭扣結(jié)構(gòu)較淺，采用斜抽芯滑快機構(gòu)。為減少成本，精確控制抽芯機構(gòu)運動，確定選用液壓驅(qū)動機構(gòu)。圖10為斜滑塊抽芯機構(gòu)設(shè)計圖。

圖10 斜滑塊抽芯機構(gòu)設(shè)計圖

圖10a標(biāo)示的內(nèi)抽芯滑塊機構(gòu)和外抽芯滑塊機構(gòu)。工作過程是：在液壓系統(tǒng)的作用下，首先手套箱外蓋動模帶動手套箱外蓋和整個滑塊機構(gòu)后退，同時帶動固定塊、斜推桿1和限位板一起后退，當(dāng)限位板運行與T型導(dǎo)向槽接觸時，推動斜推桿2和轉(zhuǎn)軸卡座內(nèi)側(cè)壁沉孔滑塊后退成型沉孔，轉(zhuǎn)軸卡座外側(cè)壁沉孔滑塊在斜導(dǎo)柱的作用下，開模成型外側(cè)壁沉孔，在動模推桿的作用下，將手套箱外蓋完全頂出[15–16]。

3 模具工作原理

通過對手套箱外蓋模具主要非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計及標(biāo)準(zhǔn)件的選配，完成如圖11所示的模具總裝圖。

圖11 模具總裝圖

模具開模時，整個動模部分帶著制件后退，帶動斜抽芯機構(gòu)6后退，并拉斷分型面處定模7、分流道19與動模相交處的潛伏式澆口凝料，然后動模繼續(xù)后退，在斜抽芯機構(gòu)6的作用下完成塑件卡座內(nèi)外沉孔抽芯，同時在頂桿3等頂桿的共同配合下，頂出制件。合模過程中，在導(dǎo)柱15，導(dǎo)套14的推動下，推桿固定板帶動推桿一起回復(fù)到注塑位置，斜抽芯滑塊驅(qū)動斜導(dǎo)桿；斜導(dǎo)柱滑塊驅(qū)動斜導(dǎo)柱回復(fù)到合模位置，完成整個模具合模。

4 結(jié)論

針對某新能源車手套箱外蓋的壁厚變化很大，最大壁厚達到了12.644 mm，最小壁厚僅有0.068 mm且模型的平面呈曲面分布的特點，結(jié)合Moldex 3D軟件進行模流分析，找到最佳澆口位置，避免澆注不足的缺陷；采用熱流道注塑并合理設(shè)計混合冷卻模型，有效降低壁厚不均造成的翹曲變形。

在手套箱外蓋表面有皮紋及轉(zhuǎn)軸支座等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，且在轉(zhuǎn)軸支座兩側(cè)有較多的沉孔，采用“液壓油缸+滑塊”，“斜導(dǎo)柱+滑塊”形式，設(shè)計了斜抽芯滑塊機構(gòu)完成復(fù)雜抽芯動作。

模具結(jié)構(gòu)簡單實用，生產(chǎn)環(huán)節(jié)價值體現(xiàn)較好，具有較好的設(shè)計和實用參考價值。