陳義龍

（群達(dá)模具（深圳）有限公司，廣東深圳 518116）

1 引言

隨著高分子塑膠材料的廣泛應(yīng)用，越來越多的汽車零部件都已經(jīng)使用了高分子材料的成型工藝。在高分子材料成型工藝中，注射成型是最廣泛的成型工藝之一，主要是因?yàn)楦叻肿幼⑸涑尚凸に嚥粌H能得到穩(wěn)定形狀和尺寸的塑件，而且成型周期短，同時(shí)它也能成型一定復(fù)雜結(jié)構(gòu)的特征，且塑件能滿足使用要求，故而高分子注射成型得到廣泛應(yīng)用。注射成型的重要工具之一是注射模，在汽車零部件注射成型模的設(shè)計(jì)上，不同塑件的模具設(shè)計(jì)存在較大的差別，主要是不同塑件的表面要求，尺寸要求以及塑件自身的特征和形狀等因素產(chǎn)生的。而在汽車擋泥板類塑件的注射模設(shè)計(jì)過程中，就有非常特別的特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)主要是擋泥板塑件自身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的，同樣也是在模具的長期設(shè)計(jì)和注射成型過程中總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)。

2 塑件特點(diǎn)

圖1所示為一款汽車擋泥板塑件圖，1 模1 腔，材料為：PP+EPDM，塑件整體尺寸較大：873.0×600.0×480.9mm，模具尺寸屬于中大型模具。同時(shí)，通過圖1b可以看出塑件右側(cè)圓弧位置的高低差較大，注射模進(jìn)膠設(shè)計(jì)時(shí)具有一定的難度，因?yàn)槿绻麖膫?cè)邊進(jìn)膠，那么中間會(huì)產(chǎn)生填充滯流現(xiàn)象，導(dǎo)致填充不平衡；如果按照常規(guī)的熱流道針閥直接表面進(jìn)膠設(shè)計(jì)，那么件右側(cè)位置會(huì)有尖鋼。因此，這個(gè)擋泥板塑件自身結(jié)構(gòu)的特殊特征，需要對(duì)模具的熱流道進(jìn)膠系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行設(shè)計(jì)創(chuàng)新，以滿足模具的成型工藝要求以及滿足客戶對(duì)模具和塑件的質(zhì)量等要求。

3 澆注系統(tǒng)

根據(jù)圖1 所示塑件分析，塑件圓弧位置在出模方向上的高低落差較大，如果設(shè)計(jì)豎直熱流道系統(tǒng)，那么圖2a 所示的G2、G3、G4、G5膠口位置將會(huì)產(chǎn)生尖鋼，同時(shí)也必須在膠口位置設(shè)計(jì)一個(gè)平位，這樣就改變了塑件的形狀和結(jié)構(gòu)。因此經(jīng)過設(shè)計(jì)前期的綜合分析和討論后，決定設(shè)計(jì)垂直于塑件弧面的轉(zhuǎn)向針閥熱嘴，如圖2所示。由于G1 和G6 的圓弧曲面較小，因此這兩個(gè)位置可以設(shè)計(jì)豎直針閥熱嘴，但是G2、G3、G4、G5 位置的弧度較大，因此設(shè)計(jì)垂直于弧面的轉(zhuǎn)向針閥熱嘴，轉(zhuǎn)向針閥熱嘴的設(shè)計(jì)不僅避免了模具產(chǎn)生尖鋼問題，同時(shí)也不需要對(duì)膠口位置進(jìn)行塑件修改。

圖1 塑件圖

圖2 針閥熱流道系統(tǒng)

針閥熱嘴直接表面進(jìn)膠，即可以保證塑件在填充過程中實(shí)現(xiàn)填充平衡，也能縮短流長，有利于注射成型工藝調(diào)整。但是針閥熱流道系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)給加工制造帶來較大難度，不僅增加了熱流道板的厚度，也增加了熱流道設(shè)計(jì)的難度和費(fèi)用。同時(shí)模具鉗工在熱流道系統(tǒng)的裝配上，也面臨較大挑戰(zhàn)。為了滿足模具生產(chǎn)和客戶對(duì)塑件品質(zhì)的要求，因此汽車擋泥板類模具在針閥熱流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面是比較獨(dú)特的。

4 成型系統(tǒng)

在汽車擋泥板類塑件的分型面設(shè)計(jì)時(shí)，也要區(qū)別于普通的模具設(shè)計(jì)，如圖3 所示為塑件分型面設(shè)計(jì)效果圖，由于塑件尺寸加大，材料為PP+EPDM，客戶要求鋼料為1.2738H。為避免注射成型過程中產(chǎn)生毛邊，分型面沒有沿著塑件邊緣直接拉伸出來，而是沿著塑件邊緣的斜度延伸，如圖3所示。并且動(dòng)、定模采用1.2738H鋼，因?yàn)檫@樣不僅能滿足客戶對(duì)模具的生產(chǎn)要求，同時(shí)也使得動(dòng)、定模板的長寬和厚度尺寸最小，有利于節(jié)約模具的制造成本。

圖3 塑件分型面設(shè)計(jì)

5 頂出系統(tǒng)

模具頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是保證模具注射成型完成后，塑件能順利脫離模具，達(dá)到不拉傷、不頂白、不頂高、不頂破等要求。在汽車擋泥板頂出設(shè)計(jì)過程中，因?yàn)閾跄喟遢^大的圓弧特征，所以，塑件的頂出設(shè)計(jì)不僅需要考慮頂出平衡的問題，同時(shí)也要考慮到頂桿因受力不平衡導(dǎo)致在圓弧面打滑的問題。

圖4a為塑件頂桿和斜頂頂出的排位，由于塑件尺寸較大，頂桿的直徑設(shè)計(jì)為φ16.0mm，在塑件頂出設(shè)計(jì)時(shí)，頂桿的數(shù)量不一定多，但是必須保證頂出時(shí)受力平衡且均勻，否則會(huì)因?yàn)轫敵龅牟黄胶鈱?dǎo)致塑件頂白或者頂破塑件，甚至塑件卡在模具里不能順利脫模具。從圖4a 的頂桿排布分析，頂桿排布設(shè)計(jì)基本平衡，且直徑為φ16.0mm頂桿能較好地滿足大件塑件的頂出要求。但是，有較多的頂桿設(shè)計(jì)在塑件的圓弧面位置，在圓弧面位置的頂桿在頂出時(shí)，很容易變成單點(diǎn)受力，而導(dǎo)致頂出打滑，頂出打滑就會(huì)導(dǎo)致塑件頂出不受力和頂出不平衡，因此，在圓弧面位置的頂桿需要設(shè)計(jì)圍骨，如圖4b 所示，頂桿在膠位面設(shè)計(jì)1.0×1.0mm 的加膠，當(dāng)頂桿頂出時(shí)，加膠的圍骨可以穩(wěn)穩(wěn)鎖住頂桿，有效地控制頂桿不打滑，保證頂出過程中，頂桿順利地將塑件頂出。

圖4 頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6 冷卻系統(tǒng)

冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注射模中必不可少的一部分，它在模具注射成型過程中起到充分冷卻模具的作用，影響注射成型周期，表面質(zhì)量和塑件變形的重要因素。原則上，注射模的冷卻水路設(shè)計(jì)應(yīng)該是越多越好，但是也要保證模具的強(qiáng)度和冷卻平衡。

圖5所示為擋泥板塑件定模和動(dòng)模的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，由于定模沒有頂出機(jī)構(gòu)的干涉，因此定模冷卻水路設(shè)計(jì)可以隨著塑件圓弧形狀設(shè)計(jì)，而動(dòng)模的冷卻水路需要避開頂桿的位置，因此動(dòng)模冷卻水路根據(jù)塑件形狀和實(shí)際的頂桿排布而設(shè)計(jì)，中間較深的位置設(shè)計(jì)了水井，整體上運(yùn)水的設(shè)計(jì)根據(jù)擋泥板的圓弧形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，使模具在注塑冷卻過程中能達(dá)到充分冷卻模具的效果，從而擴(kuò)大塑件的注射成型窗口。

圖5 模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7 模具排氣系統(tǒng)

模具的排氣系統(tǒng)主要是為了解決塑件困氣的問題，在注射成型過程中，隨著熔膠不斷充滿型腔，型腔中的氣體會(huì)往填充末端聚集，如果氣體不能及時(shí)有效地排出，那么在填充末端就會(huì)產(chǎn)生困氣缺膠，甚至是燒焦。因此，排氣設(shè)計(jì)在注射模中的作用非常重要，如圖6 所示，淺色面為排氣設(shè)計(jì)位置，排氣槽的深度根據(jù)材料的不同而不同，由于此擋泥板的材料為：PP+EPDM，此材料的流動(dòng)性好，材料的溢邊值小，因此分型面的排氣槽深度設(shè)計(jì)為0.02mm，寬度5.0mm，塑件周圈設(shè)計(jì)排氣，保證塑件在填充的各個(gè)階段都可以進(jìn)行排氣，達(dá)到完全解決困氣問題，同時(shí)也可以優(yōu)化塑件表面熔接線的深淺程度。

圖6 排氣系統(tǒng)

8 模具整體設(shè)計(jì)效果

模具各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)完成，得到圖7 模具整體設(shè)計(jì)效果圖和圖8模具裝配結(jié)構(gòu)圖，模具的導(dǎo)向和頂出設(shè)計(jì)與普通模具設(shè)計(jì)不同。由于模具整體的高度較高，且長寬尺寸較大，模具設(shè)計(jì)采用了導(dǎo)向塊導(dǎo)向，頂出采用4個(gè)油缸頂出。導(dǎo)向塊的導(dǎo)向更加穩(wěn)定，能有效地防止模具在合模時(shí)因?yàn)槟＞咛咛貙?dǎo)致的模具變形。模具的油缸頂出系統(tǒng)則可以使塑件在頂出過程中更加平穩(wěn)。

圖7 擋泥板模具整體設(shè)計(jì)效果圖

圖8 模具2D裝配結(jié)構(gòu)圖

擋泥板塑件的自身結(jié)構(gòu)與普通塑件相比更加復(fù)雜，這些問題都給模具設(shè)計(jì)和模具注射成型帶來挑戰(zhàn)，面對(duì)這些問題，要不斷完善模具設(shè)計(jì)，進(jìn)行大膽的創(chuàng)新，不管是在針閥熱流道系統(tǒng)還是在塑件分型面，冷卻系統(tǒng)和定頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，都要滿足模具的注射成型生產(chǎn)，也要滿足客戶的要求。

9 結(jié)束語

因?yàn)槠嚀跄喟遄陨淼奶厥饨Y(jié)構(gòu)，導(dǎo)致該模具設(shè)計(jì)與普通的模具設(shè)計(jì)有所差別，其中最明顯的差別是針閥熱流道的設(shè)計(jì)，雖然最終的設(shè)計(jì)方案增加了模具的設(shè)計(jì)和加工難度。但是，保證了模具注射成型工藝窗口的最大化，也保證了模具在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展和更新?lián)Q代，擋泥板的結(jié)構(gòu)也隨著汽車的換代而不斷更新產(chǎn)品自身的結(jié)構(gòu)。因此，作為一名注射模設(shè)計(jì)工程師，應(yīng)當(dāng)不斷總結(jié)并積累設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，以滿足產(chǎn)品不斷更新變化的要求，同時(shí)也為中國模具制造業(yè)發(fā)展，弘揚(yáng)新時(shí)代工匠精神貢獻(xiàn)自己的一份力量。