汽車后背門護板熱流道大型注塑模設計

張維合，成永濤，許淑娟，鄧成林

(1.廣東科技學院機電工程學院，廣東 東莞 523083；2.東莞理工學院，廣東 東莞 523808;3.東莞市模人科技有限公司，廣東 東莞 523000)

0 前言

汽車后背門護板位于汽車內(nèi)側尾部，是汽車內(nèi)飾件的重要組成部分，集安全性、舒適性、美觀性于一體，同時觸摸感還要良好。汽車后背門護板采用塑料，由模具注射成型。塑料不但能滿足其功能要求，還因其質輕，為汽車輕量化設計提供了有力保證。本文針對同類車型門護板在成型過程中存在的問題，進行了優(yōu)化設計，取得了滿意的效果。

1 塑件外觀要求與結構分析

圖1所示為汽車后背門護板的零件圖，材料為聚丙烯(PP)+三元乙丙橡膠(EPDM)，PP質輕、韌性好、耐化學性好、耐磨性好、流動性好。EPDM用以改善PP的阻燃性、耐候性與強度。收縮率取1.2 %[1]。塑件特點與技術要求為：(1)最大外形尺寸為1 167.6 mm×562.9 mm×322 mm，平均壁厚為2.5 mm，屬于大型薄壁塑件[2]；(2)塑件外側面沒有倒扣，但內(nèi)側面卡(倒)扣較多，L1～L14共有14個，都是安裝結構，精度要求高；(3)塑件加強筋多，成型及脫模較困難；(4)塑件外觀面品質要求高，需飾皮紋，不允許有澆口痕跡，更不允許有斑點、收縮凹陷、熔接痕和飛邊等缺陷。

(a)主視圖 (b)側視圖 (c)俯視圖圖1 汽車后背門護板的零件圖Fig.1 Part drawing of rear door of automobiles

2 模具結構設計

模具一出一，采用熱流道澆注系統(tǒng)。因塑件外觀面不允許有澆口痕跡，只能從塑件內(nèi)側面進料，即脫模系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)都設計在定模側，這種模具稱為定模脫模或倒裝模。該模具設計壽命為30萬次，成型注塑機采用海天股份集團的2000T型注塑機。模具最大外形尺寸為1 750 mm×1 100 mm×1 015 mm，總質量約為16 t，屬于大型注塑模具[3]。詳細結構見圖2。

1—動模固定板 2—動模B板 3—內(nèi)側抽芯 4—推塊 5—推桿 6—復位桿 7—定模A板 8—斜推桿 9—方鐵 10—推件板導柱 11—推件固定板 12—斜推桿滑座 13—導套 14—推件底板 15—熱流道框板 16—定模固定板 17—導柱 18—導套 19—推塊 20—推桿 21—脫模油缸 22—撐柱 23—內(nèi)側抽芯 24—斜推桿 25—斜推桿滑座 26—一級熱射嘴 28—定位圈 27—熱流道板 29—二級熱射嘴(a)定模排位圖 (b)B-B剖視圖 (c)A-A剖視圖 (d)成型塑件立體圖(縮小)圖2 汽車后背門護板的模具結構Fig.2 Injection mold stracture of the rear door of automobiles

2.1 澆注系統(tǒng)設計

汽車后背門護板尺寸大，外觀面不允許有澆口痕跡，形狀復雜，筋骨多，特別是塑件中間區(qū)域網(wǎng)狀筋骨，極易因困氣而造成真空吸附，造成熔體填充較困難。模具采用熱流道從塑件內(nèi)側多點進料。圖3所示為汽車后背門護板的進料方案，其中3個點澆口，直接從塑件內(nèi)側面進料，還有2個點澆口轉內(nèi)側澆口，在塑件碰穿位置。通過模流分析，證明這種進料方案填充良好，無成型缺陷，詳見圖4。由于開放式熱射嘴有一段冷料把，為避免冷料把的反面即塑件外觀面出現(xiàn)收縮凹陷，開放式熱射嘴前段澆口最大直徑，即冷料把的最大直徑尺寸應控制在3 mm。G3分流道采用梯形截面，尺寸為10 mm×8 mm[4]。

圖3 汽車后背門護板的進料方案Fig.3 Feeding scheme of the rear door of automobiles

(a)熔接痕分析 (b)變形分析 (c)排氣分析 (d)壓力分析圖4 汽車后背門護板的模流分析Fig.4 Mold flow analysis of the rear door of automobiles

模具熱流道澆注系統(tǒng)由一級熱射嘴、順序電磁閥、熱流道板、二級熱射嘴等組成，詳見圖5。熱射嘴采用開放式結構，按G1、G2、G3、G4順序依次進料，由順序閥控制。熱流道框板內(nèi)的線槽應設計工藝R角，避免劃傷電線。熱流道插座的位置應符合客戶要求。一級熱射嘴必須低于面板至少2 mm。液壓系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)連接在非操作側，不可超出碼模板。

圖5 熱流道澆注系統(tǒng)Fig.5 Hot runner gating system

2.2 成型零件設計

本模具定、動模均采用整體式結構，即模板和鑲件做成一體。定模A板采用模具鋼718H，調質硬度為30～35 HRC，動模采用模具鋼P20，調質硬度為30～34 HRC。本模具定、動模對插部分的插穿角度至少保證在7 °以上，為了保證定、動模精準定位，模具A、B板做四面圍邊管位互鎖[5]。塑件外表面(即A面)嚴禁作鑲件，塑件有碰穿或插穿孔可以選擇在動模作鑲件，方便磨損后更換。模具動模局部凸起區(qū)域，為方便加工與節(jié)省材料，可以采用作鑲件。

2.3 側向抽芯機構設計

由于塑件倒扣L1～L14均在塑件內(nèi)側，故全部采用“內(nèi)側抽芯+斜推桿”的側向抽芯結構，詳見圖2和圖6。

圖6 模具的內(nèi)側抽芯機構Fig.6 Core-pulling mechanism of the mold

所有斜推桿底座采用整體式，開模時不受剪切力作用，斜推桿需設計止轉定位結構，斜推桿導向段的長度至少是斜推桿長度的2/3，為安全起見，所有斜推桿的傾斜角度均為10 (°)，斜推桿直徑均為φ25 mm，材料為SUJ2，熱處理高頻淬火。斜推桿導向塊材料全部采用鈹銅，鈹銅的耐磨性和熱傳導性能好[6]。

2.4 溫度控制系統(tǒng)設計

汽車后背門護板為大型平板類內(nèi)飾件，需要良好的溫度控制系統(tǒng)來保證塑件外觀品質與成型周期。動、定模均采用“直通式水管+隔片式水井”的組合形式，其中動模設計了12組水路，定模設計了10組水路。模具冷卻水路與料流方向一致，水路冷卻均勻，冷卻水路之間的距離在50～60 mm，冷卻水管直徑為φ15 mm，水井直徑為φ25 mm，模具型腔冷卻面積達到了型腔投影面積的60 %[7]。詳見圖2和圖7。模具定、動模采用內(nèi)循環(huán)式冷卻水道，它可以調節(jié)及矯正塑件的變形。另外，模具熱射嘴附件需重點冷卻，每個熱射嘴周圍都設計了水路。模具因冷卻充分，水路設計均勻合理，保證了抽芯塑件的品質，提升了模具的生產(chǎn)效率，成功將注塑周期控制在60 s左右，與同類車型門護板注塑模相比，提高生產(chǎn)效率約8 %。

(a)定模冷卻系統(tǒng) (b)動模冷卻系統(tǒng)圖7 模具的溫度控制系統(tǒng)Fig.7 Temperature control system of the mold

2.5 導向定位系統(tǒng)設計

模具導向系統(tǒng)主要是4根圓導柱，布置在動模B板的4個角上，直徑為φ70 mm。定位系統(tǒng)主要是內(nèi)模四周定位錐面，錐面插穿斜度為5 °，詳見圖8。

(a)動模 (b)定模圖8 模具的立體圖Fig.8 Stereogram of the mold

動模導柱的長度為340 mm，能夠滿足動、定模接觸前30 mm插入定模導套內(nèi)。因為模具打開后成型塑件留在定模側，導柱安裝在動模不但有利于機械手取件，避免塑件粘上導柱上的油污，而且導柱還起到支撐整個定模的作用，方便鉗工配模[8]。導柱前端單邊做5 °斜度，保證導柱順利的插入導套，也方便鉗工開、合模。

2.6 脫模系統(tǒng)設計

模具采用“推桿+推塊+斜推桿+油缸頂出”組合脫模結構，詳見圖2和圖9。模具在定、動模開模后，依靠推桿、推塊和斜推桿推出塑件。由于脫模系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)都在注塑機定模板一側，模具的推件無法采用注塑機頂棍驅動，只能采用油缸驅動，油缸規(guī)格為φ63 mm×180 mm。如圖8所示，油缸安裝在定模上下兩側。

2.7 模具排氣系統(tǒng)設計

汽車后背門護板屬于大型內(nèi)飾件，型腔內(nèi)有大量空氣，在熔體高速進入型腔時，這些空氣必須及時排出。否則就會影響成型品質或延長成型周期。排氣系統(tǒng)主要由分型面排氣槽、各推件與模板之間的間隙組成。分型面上的排氣是主要的排氣結構，它開設在動模板的分型面上，型腔的周圍，包括一級排氣槽(深0.04 mm，寬10 mm，數(shù)量50個)、二級排氣槽(深0.5 mm，寬10 mm，數(shù)量50個)和三級排氣槽(深1 mm，寬10 mm)，一級排氣槽之間的距離平均在70 mm左右，詳見圖10。

圖10 定模分型面的排氣槽Fig.10 Exhaust system of the mold

3 模具工作過程

熔體通過注塑機噴嘴，經(jīng)一級熱射嘴26、熱流道板28、二級熱射嘴29進入模具型腔，熔體充滿型腔后，經(jīng)保壓、冷卻和固化，至足夠剛性后，注塑機拉動模具的動模固定板1，模具從分型面Ⅰ處打開。開模距離達到400 mm后，脫模油缸21推動推件固定板14，推件固定板推動32支推桿和14支斜推桿，一邊將塑件脫離定模，一邊進行內(nèi)側抽芯。塑件由機械手取出后，脫模油缸拉動推件及其固定板復位，接著注塑機推動動模合模，模具接著進行下一次注射成型。

4 結論

(1)模具設計前利用模流分析，預測并成功解決成型塑件熔接痕、困氣、填充和收縮變形等問題很重要，它避免了后期反復修改造成的經(jīng)濟損失；

(2)通過控制開放式熱射嘴澆口前端最大直徑，成功解決了汽車后背門護板表面出現(xiàn)收縮凹陷的問題；通過在熱射嘴周圍與熱射嘴前端定模區(qū)域設計單獨的冷卻水道，成功解決了熱射嘴出現(xiàn)拉絲、流延與澆口殘留過高等問題；

(3)模具結構先進合理，投產(chǎn)后運行平穩(wěn)，成型周期控制在60 s以內(nèi)，與同類車型門護板注塑模相比提高生產(chǎn)效率約8 %；塑件品質達到了客戶的設計要求，是近些年來筆者在汽車模具設計中的又一成功實例；該車型目前已成功上市，為客戶創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。