程文，肖國華，陸寶釗

（1.寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陽明學(xué)院，浙江 寧波315800；2.浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程學(xué)院，浙江 寧波315412；3.廣州市機電技師學(xué)院，廣東 廣州510370）

0 引 言

大型塑件的注射成型，出于生產(chǎn)效率和節(jié)省材料成本的考慮，一般采用熱流道澆注系統(tǒng)較為合適，但熱流道澆注系統(tǒng)的使用會增加模具制造成本，因為模具每增加1個熱噴嘴，模具制造成本將增加8 000～1 2000元（隨不同地域市場單點熱噴嘴價格有所不同）。熱噴嘴在模具中應(yīng)用的優(yōu)勢是澆口位置的選擇比普通流道多，且澆口數(shù)量也不受限制，能靈活地應(yīng)對復(fù)雜塑件的澆注成型，保證塑件的成型質(zhì)量[1-4]。成型大型塑件的模具零件一般不采用鑲件形式，而是使用整體式結(jié)構(gòu)，因鑲件會降低成型零件的結(jié)構(gòu)強度，而使模具工作壽命縮短。對于有緊固性結(jié)構(gòu)要求的大型塑件，塑件內(nèi)壁上設(shè)有較多卡扣、加強筋、螺釘柱、側(cè)槽等特征，使塑件脫模困難，需要設(shè)置如液壓缸抽芯機構(gòu)、斜導(dǎo)柱抽芯機構(gòu)、斜推抽芯機構(gòu)等實現(xiàn)這些特征的自動脫模，模具結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，成型零件的加工也更困難。特別是局部狹窄區(qū)域有多個脫模方向要求的塑件，脫模機構(gòu)需要從一定程度上進行創(chuàng)新設(shè)計，才能保證塑件的順利成型。大型塑件所需注射原材料多，高壓力注射成型時成型零件承受的壓力大，考慮其結(jié)構(gòu)強度要求，應(yīng)盡可能采用整體式結(jié)構(gòu)，且須關(guān)注中大型成型零件因質(zhì)量較大而產(chǎn)生的磨損問題，這對成型零件的數(shù)控加工也帶來了挑戰(zhàn)，模具設(shè)計人員在設(shè)計細節(jié)上需重點關(guān)注[5-9]。

現(xiàn)結(jié)合某電動車前罩塑件的注射成型要求，設(shè)計了1副熱流道模具，針對上述問題，進行了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計，特別是針對局部區(qū)域難脫模設(shè)計了特殊二次抽芯脫模機構(gòu)，對同類塑件的模具設(shè)計具有借鑒意義。

1 電動車前罩結(jié)構(gòu)

電動車前罩如圖1所示，平均壁厚為2.2 mm，塑件外壁造型較為光順，無復(fù)雜曲面，但其內(nèi)壁設(shè)置了較多特征，增加了模具設(shè)計和制造的難度。這些特征包括倒扣槽k1～k8、k1′～k8′、螺釘柱b1、b2、斜孔h1、h2和半包圍局部裹槽z1、z2。

圖1 電動車前罩

塑件使用纖維改性增強的聚丙烯PP塑料（PP+20%GF）注射成型，增強材料的耐熱性及剛性，能減少材料的尺寸收縮變形，材料收縮率為1.13%～1.22%。玻纖改性PP是一種無毒、無臭、無味的乳白色高結(jié)晶的聚合物，密度只有0.90～0.91 g/cm3，對水特別穩(wěn)定，在水中的吸水率僅為0.01%，成型性好，但是收縮率大，成型的塑件表面光澤好，適合于成型電動車的外觀件。但PP塑料易老化，通常在大氣中12天左右就老化變脆，室內(nèi)放置4個月就會變質(zhì)，需要添加特定的抗氧化劑等提高其耐候性。鑒于塑件結(jié)構(gòu)特點與PP材料流動性好，添加改性玻纖后材料流動性有所變差，因而模具設(shè)計時優(yōu)先采用熱流道澆注系統(tǒng)進行澆注，能避免型腔充填不足及因材料流動性差而產(chǎn)生的缺料、困氣等問題。

2 分型及成型零件設(shè)置

（1）塑件的外形尺寸約615 mm×450 mm×277 mm，單個塑件所需的成型零件尺寸＞800 mm×650 mm，模具采用1模1腔布局較為適合。塑件按圖2所示位置擺放后，使用塑件最大外輪廓線作為分型線，獲得型腔的主分型面PL面。

圖2 分型面設(shè)計

（2）倒扣槽k1～k8、k1′～k8′、螺釘柱b1、b2都使用斜頂機構(gòu)側(cè)抽芯實現(xiàn)自動脫模，而局部裹槽z1、z2及其斜端面上斜孔h1、h2需要設(shè)計2個特殊的二次抽芯脫模機構(gòu)才能實現(xiàn)自動脫模。

主要成型零件采用整體式結(jié)構(gòu)，如圖3所示，型腔從定模板中加工，型芯在動模板上加工，因此動、定模板需選用性能較好的模具鋼。由于塑件材料為玻纖增強PP，注射時型腔壁面承受較大的摩擦力，型腔成型零件需要有較好的耐磨性，結(jié)合注射壓力、拋光、模具使用壽命等要求，型腔板材料選用S136，型芯材料選用2738，具有抗腐蝕防銹功能的S136能滿足成型零件耐磨性高的要求。

圖3 成型零件設(shè)計

考慮結(jié)構(gòu)強度因素，成型零件應(yīng)盡可能避免使用局部小鑲件，對于需要的過孔設(shè)計，如斜頂桿孔、推桿孔，宜采用小孔徑；對于必需的功能鑲件，如第一鑲件、第二鑲件等，應(yīng)遠離分型線，以保證型腔側(cè)面強度，型腔側(cè)面有效強度寬度設(shè)置為70 mm以上。由于電動車前罩為大型塑件，散熱必不可少，型腔板和型芯都采用多管路平行式平衡水路冷卻，尺寸足夠大的斜頂頭部及側(cè)滑塊也須使用水路冷卻，以確保型腔整體冷卻的均衡性，防止塑件因冷卻不均而產(chǎn)生翹曲變形。冷卻管道直徑為φ12 mm。型腔使用2個側(cè)澆口進行澆注，但澆口的供料使用熱流道進行近距離供料，確保料流流動的充分性。

（3）側(cè)抽芯成型零件設(shè)計中，共設(shè)置了14個斜頂機構(gòu)（L1～L7和L1′～L7′）和2個二次滑塊抽芯機構(gòu)（S1，S1′）用于塑件難脫模特征的抽芯脫模，如圖4所示。

圖4 脫模機構(gòu)

斜頂機構(gòu)L1～L5對應(yīng)倒扣槽k1～k5的成型與側(cè)抽芯脫模，斜頂機構(gòu)L6對應(yīng)倒扣槽k6～k8的成型與側(cè)抽芯脫模，斜頂機構(gòu)L7對應(yīng)螺釘柱b1的成型與側(cè)抽芯脫模。斜頂機構(gòu)L1′～L5′對應(yīng)倒扣槽k1′～k5′的成型與側(cè)抽芯脫模，斜頂機構(gòu)L6′對應(yīng)倒扣槽k6′～k8′的成型與側(cè)抽芯脫模，斜頂機構(gòu)L7′對應(yīng)螺釘柱b2的成型與側(cè)抽芯脫模?；瑝K機構(gòu)S1對應(yīng)斜孔h1及局部裹槽z1的成型與脫模，滑塊機構(gòu)S1′對應(yīng)斜孔h2及局部裹槽z2的成型與脫模。

由于斜頂機構(gòu)質(zhì)量較大，需要的驅(qū)動力也較大，與型芯之間的摩擦力也較大，斜頂部位需采取潤滑措施，在其相應(yīng)位置設(shè)置較為密集的圓環(huán)槽，用于存儲潤滑油以減小其運動摩擦。

3 模具結(jié)構(gòu)布置

澆注系統(tǒng)使用熱流道+普通流道的形式，共3個針閥式熱噴嘴供料，使用1個側(cè)澆口（G1）、2個潛伏式澆口（G2、G3）進料，便于保壓調(diào)節(jié)控制，如圖5（a）所示。澆注系統(tǒng)進行CAE仿真分析如圖5（b）所示，澆口G1、G2、G3能對型腔有效充填，保證型腔充填的飽滿性，型腔充填時間為4.278 s。

圖5 澆注系統(tǒng)

模具結(jié)構(gòu)如6所示，為單腔兩板模。定模座板上端須設(shè)置隔熱板2以防止模具熱量過多散失，熱流道板11須采用隔熱墊方式進行安裝。型腔從定模板4內(nèi)加工，型芯在動模板5上加工。型腔采用φ12 mm的水冷管道冷卻，入水水溫為常溫25℃，模具溫度控制在45～47℃，不能使用油式模溫機，因為油式模溫機溫度要上升到60℃左右才能穩(wěn)定，而采用水式模溫機可將模具溫度恒定在設(shè)定值內(nèi)。由于模具使用的14個斜頂機構(gòu)和2個滑塊與定模板4和動模板5之間存在裝配間隙，且裝配接觸面積較大，足以將型腔內(nèi)氣體排出，型腔周邊不再設(shè)置排氣槽。

（2）14個斜頂機構(gòu)都采用相同結(jié)構(gòu)的形式，斜頂座15與L6斜推桿13采用T形槽與T形導(dǎo)軌形式裝配，在動模板5下方須設(shè)置導(dǎo)向耐磨塊14與L6斜推桿13滑動配合，以防止L6斜推桿13磨損。

（3）塑件脫模使用多根推桿17推出，推桿17由注塑機頂桿推動頂塊18從而驅(qū)動推板8推出。

（4）滑塊機構(gòu)S1、S1′結(jié)構(gòu)相似，都為二次抽芯滑塊機構(gòu)，以滑塊機構(gòu)S1為例，其結(jié)構(gòu)組成件包括二次型芯21、支撐墊塊22、導(dǎo)槽耐磨板23、彎桿24、液壓缸25、耐磨滑板26、一次型芯27。液壓缸25通過彎桿24拉動一次型芯27先完成抽芯，在此過程中一次型芯27通過斜導(dǎo)軌將二次型芯21抬起，完成抬起方向的一定距離抽芯，然后再帶動二次型芯21從塑件局部裹槽中抽出。

圖6 模具結(jié)構(gòu)

二次滑塊抽芯原理如圖7所示，該機構(gòu)相比于普通二次抽芯滑塊機構(gòu)[10,11]有以下特點：①液壓缸25通過彎桿24拉動一次型芯27按F1方向抽芯移動，且一次型芯27必須由導(dǎo)槽耐磨板23進行導(dǎo)向；②一次型芯27和二次型芯21之間通過T形導(dǎo)軌活動，在一次型芯27按F1方向移動抽芯時，二次型芯21被導(dǎo)槽耐磨板23內(nèi)的導(dǎo)向鰭在F1方向限位，而可沿F2方向移動，從而一次型芯27在F1方向移動d1后，二次型芯21在F2方向移動d2，保證了二次型芯21頭部下端按F1方向移出時不會被阻擋，一次型芯27和二次型芯21都能從塑件內(nèi)移出；③二次型芯21沿F2方向抽芯完成后，其導(dǎo)向鰭須在導(dǎo)槽耐磨板23的下槽內(nèi)移動，以保證機構(gòu)能準確復(fù)位閉合；④合模時，使用1個側(cè)滑塊通過將其滑塊頭插入一次型芯27上的鎖緊槽內(nèi)，對一次型芯27進行鎖緊。

圖7 二次滑塊抽芯原理

4 模具工作原理

模具經(jīng)注射、保壓、冷卻后，塑件脫模按以下步驟完成。

（1）PL面打開。注塑機滑塊拉動動模后退，模具PL面打開，塑件留在動模板5上。

（2）液壓缸抽芯。PL面打開后，滑塊機構(gòu)S1、S1′的液壓缸25驅(qū)動一次型芯27、二次型芯21完成抽芯。

（3）塑件脫模。注塑機頂桿推動推板，迫使拉料桿6、推桿17將流道凝料和塑件從動模板5上推出，實現(xiàn)塑件完全脫模。

（4）復(fù)位。推板先復(fù)位，然后PL面閉合，最后滑塊機構(gòu)S1、S1′復(fù)位，模具完全閉合后開始下一注射循環(huán)。

5 成型零件數(shù)控加工工藝設(shè)計

針對動模板5和定模板4的加工，因其尺寸較大，采用數(shù)控加工時須將粗加工和精加工分開，一般按以下原則進行：①上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插于通用機床加工工序的也應(yīng)綜合考慮；②先加工內(nèi)腔再加工外形；③以相同定位、夾緊方式或用同一把刀具加工的工序應(yīng)采用連續(xù)加工，以減少重復(fù)定位次數(shù)的換刀次數(shù)；④數(shù)控程序編制原則應(yīng)秉持先粗后精、先主后次、先面后孔、基準先行的原則。

動模板5的加工過程：反面鉆孔、正面鉆孔、4個側(cè)面鉆孔；正面數(shù)控加工，完成型芯鑲件安裝槽、滑塊機構(gòu)安裝槽等的數(shù)控銑加工。

定模板4的加工過程如下。

（1）粗加工：①以基準角校平，四面分中，底面對刀；②精銑反面周邊、C角、倒角、澆口處C角和排氣槽到圖紙尺寸；③粗銑正面分型面臺階、塑件成型位、基準角記號、字體等特征，粗加工留1 mm余量；④正、反面鉆孔（四角留裝夾平臺）；⑤加工所有螺釘孔、冷卻水道孔，鉆吊環(huán)螺釘孔、進料口穿絲孔、排氣孔等特征；⑥稱重并用記號筆做基準記號，送下一道工序加工；⑦熱處理硬度至46～48 HRC。

（2）精加工：①精磨外形，底面磨削加工到光亮程度（Ra0.8 μm）并保證六面直角，以基準平面校平，基準角2個側(cè)邊對刀；②精割進料口孔；③以基準平面校平，基準角2個側(cè)邊對刀；④精銑正面分型面臺階、塑件成型位、排氣槽、基準角記號、所有字體等特征，精銑塑件成型位時留0.1 mm余量用于拋光。

6 結(jié)束語

針對電動車前罩的成型，模具使用熱流道澆注系統(tǒng)以保證型腔填充的可靠性和充分性，使用帶油槽自潤滑的斜頂機構(gòu)能有效延長模具使用壽命。該模具的二次抽芯機構(gòu)相比于普通二次抽芯滑塊機構(gòu)有以下特色：①驅(qū)動元件反裝有利于減小模具尺寸；②成型零件間的運動使用機械方式進行驅(qū)動，動作可靠且迅速；③導(dǎo)向鰭的使用解決了狹窄空間內(nèi)一次型芯和二次型芯同步但不同向的抽芯難題。