孫令真，陳運勝，張勇維，張世良

(廣州華立科技職業(yè)學院 電力與智能制造學院，廣東 廣州 511325)

0 引 言

Creo是一款應用非常廣泛的三維軟件，主要應用于三維產品設計與模具設計。除此之外，Creo還有一個模流分析功能，可以對產品進行模流分析。在模具設計前，一般都需要進行模流分析，對于模流分析中所發(fā)現的問題點，應進行綜合評估，必要時應對模具結構進行相應的調整，以提高模具的一次性試模成功率[1-2]。本文以Creo為載體，對某品牌的汽車門框進行產品設計、模具工藝分析和塑料模具設計，并用Creo進行模流分析，并針對該產品的一個扣位及該扣位內部的筋位、該扣位根部的鏤空位，設計了一個聯動滑塊機構，使其順利脫模。

1 產品結構

汽車門框是汽車前、后門之間的一個塑料件，其主要作用是引導汽車玻璃窗的升降，該產品不能變形，否則汽車玻璃窗無法順利升降。應用Creo軟件的拉伸、掃掠、切除、圓角、孔、筋等命令，創(chuàng)建汽車門框的三維實體，如圖1所示，產品的表面平整，內表面有3個不同結構的扣位，其中扣位(一)尺寸較小，位于產品的一端；扣位(二)的開口指向產品內表面；扣位(三)的開口指向產品以外。在該扣位根部有一個鏤空位，內部有一條凸起的筋，外部還有若干個圓孔、方孔和筋位。

(a) 視角一

(b) 視角二

用Creo軟件設計該產品的三維實體后，再直接將三維實體轉化為二維平面圖，如圖2所示，該產品的尺寸為346 mm×207 mm，高度為36 mm，壁厚為3.5 mm。從放大圖中可以看出，扣位(三)內部筋位的高度為0.8 mm，在該扣位的根部有一個鏤空結構，該鏤空的側壁與扣位斜面的夾角為5°，鏤空位的壁厚較薄，主要是為了防止筋位的根部產生縮水。

圖2 汽車門框的結構圖

2 模具工藝分析

在模具設計之前，需要對產品進行模具工藝性分析，檢測產品的脫模斜度是否符合要求，膠位厚度是否均勻，Creo軟件提供了這方面的功能。用Creo對產品的脫模角度或壁厚進行分析時，對于產品拔模斜度超標或者膠位厚度不均勻的區(qū)域，Creo將會顯示不同的顏色，非常直觀。該產品壁厚檢查結果為：主體部分壁厚2.5 mm，用深色表示；筋位壁厚2.0 mm，用淺色表示，如圖3所示，產品壁厚符合模具要求。

圖3 產品壁厚分析

3 模流分析

運用Creo軟件的模流分析功能，對該產品進行模流分析。產品的原材料為ABS和PC的混合料，在模流分析時，選擇兩個進澆點，從產品兩端進澆。將填充時間設置為11 s，熔體溫度設置為260 ℃，模具溫度設置為80 ℃，最大注塑壓力設置為120 MPa，保壓時間設置為10 s，分析效果如圖4所示。進澆點的顏色為深色，注塑起始時間為0.064 s，結束時間為10.78 s，如圖4(a)所示；在產品的中間位置存在一條熔接線，橫貫產品中部，在產品通孔位置存在較短的熔接線，如圖4(b)所示，符合實際情況。主流道壓力-時間曲線如圖4(c)所示：在0 s～8.6 s，主流道的壓力逐漸增大；從0逐漸升至12 MPa，在8.6 s～9.5 s，主流道壓力稍微回落后，再升高至13.3 MPa；在9.5 s～10.8 s，壓力逐漸回落；在熔體的速度矢量圖中，網格均勻，所呈現的顏色為深色，如圖4(d)所示。根據Creo模流分析效果圖可以判斷，運用Creo進行的模流分析符合實際生產情況[3-4]。

(a) 熔體注塑時間

(b) 產品上的熔接線

(c) 主流道壓力-時間曲線

(d) 熔體的速度矢量圖

4 模具結構

汽車上左、右兩個門框的結構正好相反，該模具采用一模兩腔，同時生產左、右兩個門框，將兩個大滑塊分布在模具的兩側，不但可以提升生產效率，還可以使整套模具的受力平衡[5-6]。

4.1 分型面設計

這套模具的分型面創(chuàng)建過程是先將產品邊線投影在YZ平面上，再由投影后的曲線創(chuàng)建拉伸曲面，最后再根據產品輪廓曲線修剪拉伸曲面，得到模具的分型面。用這種方法所創(chuàng)建的分型面比較平整，沒有尖角、拐角等影響模具壽命的結構。分型面的封膠位寬度為25 mm左右，在封膠位的其他位置設計合模間隙，設置合模間隙的作用是減少模具鉗工裝配模具時的工作量，也有利于將合模力集中在封膠面上，增加封膠面的密封性，防止產生毛刺。為了增加定、動模的合模精度，在分型面上設置了5個定位塊，流道開設在分型面上，分型面結構如圖5所示。

4.2 扣位(三)的聯動滑塊機構

為了使產品上的扣位(三)及該扣位內表面的筋位和根部的鏤空位順利脫模，設計了由兩個滑塊組成的聯動脫模機構，主要由滑塊座、斜楔、大滑塊、小滑塊、活動導軌、T形導軌、壓塊、擋塊和彈簧組成。由斜楔帶動滑塊座平移，大滑塊固定在滑塊座上，大滑塊的上表面為斜面，T形導軌分布在大滑塊的表面，活動導軌位于滑塊的中間位置，擋塊抵扣在活動導軌的端面，活動導軌與小滑塊用螺栓固定在一起，在滑塊座上設置了兩條限位螺栓，用于限定小滑塊與大滑塊之間相對移動的距離，在大滑塊與小滑塊之間設置4條彈簧，當開模時，彈簧將小滑塊推開，使小滑塊在大滑板的上表面滑動，滑塊聯動脫模機構如圖6所示。

圖5 分型面結構

圖6 組合滑塊結構圖

沿活動導軌中心線剖視圖如圖7(a)所示，擋塊固定在上模板上，擋塊與活動導軌接觸面的斜度為88°；沿限位螺柱中心線剖視圖如圖7(b)所示，斜楔的斜度為23°，大滑塊上表面的斜度為5°。

(a) 沿活動導軌中心線剖視圖

(b) 沿限位螺柱中心線剖視圖

為了使扣位(三)根部的鏤空位脫模，在小滑塊的兩端設置了壓塊，在壓塊上設計了凸位，如圖8(a)所示。在小滑兩端設計了凹位，如圖8(b)所示。凸位和凹位的配合面與水平面的夾角為50°，配合高度為19 mm，如圖8(c)所示。

組合滑塊脫模機構的運動方式是：在開模時，斜楔帶動滑塊座與大滑塊沿圖6中的F1方向水平移動，在小滑塊與滑塊座之間設置了彈簧，彈簧的彈力將小滑塊與大滑塊分開，使小滑塊在大滑塊上表面的斜面上沿F2方向滑動。由于大滑塊的上表面是往下傾斜的斜面，當小滑塊沿傾斜的T形導軌滑動時，該運動可以分解成水平方向分運動和豎直方向的分運動。小滑塊兩端各有一個壓塊，壓塊上有一個50°斜面。豎直分運動將使小滑塊沿壓塊斜面向斜下方(即F3方向)運動。當小滑塊沿壓塊斜面向下滑動的豎直距離為19 mm時，小滑塊兩端的凹位已脫離壓塊的凸位，此時扣位(三)內表面的筋位和扣位根部的鏤空位已完全脫模。然后彈簧將推動小滑塊沿F4方向平移。當小滑塊與大滑塊分開的水平距離為15 mm時，限位螺栓帶領小滑塊與大滑塊一起沿F1方向做脫模運動。當合模時，組合滑塊的運動過程正好相反。

(a) 壓塊的結構

(b) 小滑塊端面的扣位

(c) 壓塊的結構

擋塊側面的斜度為88°，當動模與定模分開時，設定、動模分開的距離為a，則擋塊側面讓出的水平距離為：a×tan 2°=0.035a。小滑塊在擋塊50°的斜面上沿F3方向滑動時，小滑塊將產生水平分距離，該水平分距離為：a×tan 23°×tan 5°×tan 40°=0.031a。擋塊側面讓出的水平距離略大于小滑塊沿F3方向滑動時產生的水平分距離，因此組合滑塊機構在開模過程中不會產生干涉，能正常脫模。

4.3 扣位(二)的組合斜頂結構

扣位(二)的開口指向產品內表面，用斜頂結構才能使該扣位脫模，扣位的尺寸較大，對應斜頂的體積塊較大，尺寸為234 mm×48 mm×58 mm。為了不影響動模鑲件的強度，也為了在頂出時保持平衡，將斜頂設計成由斜頂塊與兩根斜頂桿組合的結構。為了防止斜頂桿在頂出過程中受力變形，在兩個斜頂桿之間設置加強桿，如圖9(a)所示。這種斜頂結構具有許多優(yōu)點，第一個優(yōu)點是斜頂桿為標準件，與斜頂塊的互配性好，用鎖緊塊直接鎖緊即可；第二個優(yōu)點是在兩個斜頂桿之間安裝加強桿，由加強桿引導斜頂運動，并承擔斜頂扭曲的力；第三個優(yōu)點是可以通過斜頂桿接通水管，對斜頂進行冷卻，斜頂桿的剖面視圖如圖9(b)所示[7-8]。

(a) 斜頂立體視圖

(b) 斜頂剖面示意圖

4.4 扣位(一)的斜導柱+滑塊結構

1-動模板；2-耐磨片；3-鏟基；4-斜導柱；5-定模板；6-定模鑲件；7-滑塊座；8-產品；9-滑塊；10-小孔型芯鑲件；11-動模鑲件圖10 扣位(一)滑塊結構

對于扣位(一)，用斜導柱+滑塊的結構實現脫模，如圖10所示。該扣位的開口方向向下傾斜，按照扣位(一)開口方向的斜度設置滑槽的斜度，使滑塊按扣位傾斜的方向脫模?？畚坏牡撞坑幸粋€通孔，長時間工作后，孔的口部可能會產生毛刺。為了方便修模，將該孔位的型芯設計成鑲件結構，由滑塊與鑲件用碰穿的方法實現，如果小孔口部產生毛刺，只需要維修孔位的鑲件，維修工作簡單、實用。

4.5 進澆系統(tǒng)

汽車門框是汽車的一個外觀件，對于外表面的要求比較高，不能有進澆口、熔接線、氣泡等注塑瑕疵，為了減少冷流道進澆系統(tǒng)對產品的影響，選擇熱流道轉冷流道，再從產品兩端的內表面進澆。根據制造同類模具的經驗以及應用Creo軟件進行模流分析的結果，所選擇的兩個進澆口位置如圖11(a)所示。為了減小進澆口對產品外觀的影響，將其中一個澆口設置在產品內表面的筋位上。流道從滑塊的底部進澆，另一個澆口設置在被汽車其他零件遮蓋的端部內表面，在動模板上開設一條槽，流道從槽底進入產品內表面，如圖11(b)所示，澆口為扇形澆口[9-10]。

(a) 熱流道轉冷流

(b) 從內表面進澆

4.6 冷卻系統(tǒng)

汽車門框的主要功能是引導車窗升降，尺寸精度要求高，產品不能變形，否則玻璃窗不能正常升降。為了防止產品變形，根據產品結構設計相應的冷卻系統(tǒng)。產品的結構比較平整，定模板適宜采用直通水路，水路直徑為10 mm，與型腔的距離約為25 mm，如圖12(a)所示。為了避開動模上兩個體積較大的斜頂和其他推桿，動模板采用“直通+水井”結合的冷卻水路。其中直通水路直徑為10 mm，水井直徑為16 mm。每個型腔有9個水井，共有18個水井，如圖12(b)所示(深色表示水井)。為了使模具溫度平衡，防止冷卻水在回路中流動時水溫逐漸升高，導致模溫不均勻，定、動模的水路各分成兩組，每組為一個獨立的回路；在組合滑塊結構中，小滑塊體積較小，比較單薄，不宜開設水路。大滑塊的體積較大，開設直通式冷卻水路，并沿滑塊輪廓的形狀，將直通水路設計成折線狀，使水路與型腔的距離盡量相同，如圖12(c)所示。為了防止熱流道板溫度過高，在熱流道板上開道冷卻水路，如圖12(d)所示。為了使斜頂塊的溫度維持在正常水平，在斜頂塊上開設獨立的冷卻水路，斜頂的冷卻水路如圖9所示[11-12]?？畚?一)的滑塊體積較小，不宜開設水路。

(a) 定模鑲件冷卻

(b) 動模鑲件冷卻水路

(c) 大滑塊水路呈折

(d) 熱流道板冷卻水路

4.7 其他結構

在模架側面安裝模腳，當模具擺放在地面時，模腳起支撐作用，有利于保護模具上的滑塊、熱流道電器件、冷卻水管接頭等模具配件；在模具上開設撬模槽，有利于鉗工在拆、裝模具時，將拆卸工具插入到撬模槽中，防止鉗工硬敲模板；在模架上安裝鎖模塊，鎖模塊將動、定模板連接在一起，防止吊裝模具時，動、定模板分離；在模架上安裝吊模塊，吊模塊位于模架動、定模的中心位置，當吊裝模具時，有利于模具保持平衡；將冷卻水路的水管接頭全部埋在模架內，防止操作不當損壞水管接頭；為了防止動模板變形，增加了兩個墊塊，使模架的4個側面都有墊塊；在推板與動模座板之間設定限位柱，當推板復位后，推板與動模座板之間保持一定的距離，當異物進入到推板與動模座板之間時，不會影響模具頂出機構的復位[13-14]。

5 模具結構圖

用Creo設計模具三維圖之后，可以直接在Creo軟件下將三維圖轉化成二維工程圖，在同一軟件下繪制三維圖與二維圖，能有效提升工程師的工作效率。這套模具沿熱流道嘴、組合斜頂限位螺柱中心線折線的剖視圖如圖13(a)所示，沿小滑塊的剖視圖如圖13(b)所示。

(a) 沿熱流道管與

(b) 沿小扣位滑塊剖視圖

模具的工作過程為：注射完成后，模具在定模板(10)和動模板(8)的分型面PL處分開，產品留在動模。下列兩個動作同時進行：第一個動作是扣位(一)的斜導柱+滑塊脫模機構脫模，第二個動作是扣位(三)的組合滑塊機構(19)脫模。當注塑機帶領動模移動到極限位置后，注塑機返復運動機構推動模具的推板(3)運動，推板(3)推動扣位(二)斜頂脫模機構(18)和推桿(22)脫模，并推動拉料勾(7)將流道中的材料頂出，其中推桿(22)和拉料勾(7)做豎直頂出運動，斜頂脫模機構(18)做斜向頂出運動。當頂出產品后，注塑機先帶動模具的頂出機構復位，再帶動模具的動模部分與定模合模。模具的復位過程與開模過程完全相反，當動模、定模完全復位后，開始下一次產品的注塑周期[15]。

6 結 論

本文運用Creo軟件進行產品設計、模具工藝性分析和模具設計，并在Creo軟件中進行模流分析，所有的設計過程都在Creo軟件下完成，有利提升設計師的工作效率。也可以避免在不同軟件之間轉化三維圖形時出現數據失真、爛面的現象。

對于汽車門框內表面的3個扣位，設計不同的脫模結構：對于扣位(一)，采用斜導柱+滑塊機構實現脫模；對于扣位(二)，采用組合斜頂結構脫模；對于扣位(三)，由于該扣位的根部有一個鏤空位，扣位的內表面有一條筋位，采用兩個滑塊聯動的方式實現脫模，這套模具的難點在于使扣位(三)及其內部的筋位和筋位根部的鏤空位脫模。為了克服冷流道的缺陷，采用熱流道+冷流道的進澆系統(tǒng)，并將進澆口開設在產品的內表面，有效克服了產品表面出現澆口、氣泡、熔接線等注塑缺陷。

本套模具正常生產的注塑機的注塑壓力為8 000 kN，水口料的浪費較少，注塑成型較快，產品變形較小，產品的外表面無注塑瑕疵。經模具量產證明，該模具的結構合理，生產周期短，模具維修率低。