汽車內(nèi)擋水TPE密封條接角模具設(shè)計(jì)

張玉新，白文娟，周應(yīng)繼，楊嘉鑫，劉 源，齊新華，李 勇，趙寶臣

（1.華北水利水電大學(xué) 材料學(xué)院，河南 鄭州 450046；2.華北水利水電大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，河南 鄭州 450046；3.天津楚斯特模具有限公司，天津 300000）

隨著汽車普及率的不斷增加，人們對(duì)汽車的密封性能要求也越來越高[1-2]。密封條除了密封性能要求，還需要做到兼顧降噪、減震、除塵等。而門洞條是一種專門用于汽車門洞止口邊與汽車車門緊密配合的密封條，門洞密封條的接角部分，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但尺寸較小、形狀非常復(fù)雜，承受載荷低，加工困難，需反復(fù)試模才可確定設(shè)計(jì)結(jié)果并調(diào)試后加工。故本設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用了UG-交互式CAD/CAM系統(tǒng)，首先設(shè)計(jì)出了橡膠注塑模具的三維模型，并通過對(duì)其相關(guān)零部件的生產(chǎn)合理性進(jìn)行了分析不斷修模后才最終定型，如圖1所示。

圖1 制件圖

1 產(chǎn)品審查

橡膠模具設(shè)計(jì)中，只有通過對(duì)橡膠產(chǎn)品全面審查，才可獲得橡膠制品的形狀尺寸、性能用途，對(duì)所用膠料以及生產(chǎn)規(guī)模有一個(gè)全面、細(xì)致地掌握。

其中，D制——硫化后制件尺寸，mm；

Cb——產(chǎn)品尺寸收縮率浮動(dòng)量，%；

Cc——產(chǎn)品尺寸允許變動(dòng)量，mm；

Dz——產(chǎn)品尺寸，mm。

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)產(chǎn)品的最大尺寸不大于160mm時(shí)，可忽略尺寸所允許的橡膠制件的浮動(dòng)量計(jì)算，而直接將制件的尺寸公差與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《橡膠制品尺寸公差（GB/T 3672-2002）》相比較，公差等級(jí)高于M1級(jí)即滿足使用要求[1]。

將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)尺寸及公差與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的橡膠制件的尺寸公差相比較，本產(chǎn)品的各個(gè)尺寸的公差等級(jí)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，均滿足TPE（熱塑性彈體）的收縮率要求[3-4]。而對(duì)于本次設(shè)計(jì)所需要準(zhǔn)備制作的橡膠制品而言，其關(guān)注中心則將是斷面厚度、倒角與斜度，以滿足產(chǎn)品形狀的工藝性審查要求。

2 模具結(jié)構(gòu)的確定

在選用注射機(jī)時(shí)，需綜合考慮注射機(jī)的最大注射量、鎖模力以及最大模架尺寸。由于條件限制，設(shè)計(jì)首先考慮注射機(jī)選用的經(jīng)濟(jì)性。本產(chǎn)品選用C型橡膠注射機(jī)，技術(shù)規(guī)范如表1所示。

表1 XZL-500橡膠注射機(jī)技術(shù)規(guī)范

2.1 模具腔數(shù)的確定

TPE內(nèi)擋水密封條安裝在車窗玻璃處，并與配套的車車門內(nèi)側(cè)腰線相接觸。模具將采用多分型面、手動(dòng)脫模的模具結(jié)構(gòu)。而模具型腔數(shù)量的選擇綜合考慮了注射機(jī)的注射量以及塑化能力，以保證成型產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求。腔數(shù)結(jié)構(gòu)如圖2所示，模具型腔壁厚應(yīng)具有足夠的剛度來承受這些載荷而不發(fā)生破壞變形[5]，同時(shí)也考慮到模具的經(jīng)濟(jì)性以及便于生產(chǎn)工人的熟練操作，以降低企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本。

圖2 型腔周界尺寸

2.2 分型面的確定

為了便于模具的加工制造，避免模具設(shè)計(jì)或生產(chǎn)上的不合理，將模具成型部件分成多個(gè)模塊加工，再進(jìn)行裝配。考慮到一般橡膠模具的分型面也有多個(gè)[5-7]，制品的形狀比較復(fù)雜，在對(duì)模具生產(chǎn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬編程，以及在加工中心制造模具時(shí)，都會(huì)由于難度的增加而大幅延長(zhǎng)生產(chǎn)周期。同時(shí)，考慮到生產(chǎn)能力水平，通過將模具的不同模塊的設(shè)計(jì)制造難度合理分配，進(jìn)而設(shè)計(jì)出與公司生產(chǎn)計(jì)劃相匹配、符合模具生產(chǎn)周期的合適分型面，如圖3所示。

圖3 密封條接角模具分型面

3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 主流道設(shè)計(jì)

主流道的尺寸主要是根據(jù)所選擇的橡膠注射機(jī)的噴嘴參數(shù)決定的。主流道上端直徑設(shè)計(jì)成4.5mm，而下端直徑設(shè)計(jì)成了7mm，至于主流道的球面凹坑的半徑為R11mm，主流道全長(zhǎng)35mm。

3.2 冷料穴設(shè)計(jì)

在橡膠注射模具中，需在主流道或分流道的末端設(shè)置冷料穴，以用于收集來自注射橡膠膠料前端的冷料。在本橡膠模具中可將冷料穴設(shè)置于橡膠注射模具分流道的末端，而不必設(shè)置冷料的拉料桿，進(jìn)而簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，縮短模具的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期。冷料穴橫截面與分流道橫截面保持一致，以便于模具加工，但冷料穴比分流道略長(zhǎng)，以容納足夠的前鋒冷料。

3.3 澆口的設(shè)計(jì)

澆口是熔融橡膠膠料流入模具型腔的最后一步通道，其連接了成型模具的分流道和型腔。本設(shè)計(jì)中，由于分型面的選擇已經(jīng)避開了產(chǎn)品外觀面，又由于TPE材料在室溫下的高彈性，故選擇手工脫模取件。最終，本設(shè)計(jì)的模具澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4 導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

4.1 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

橡膠注射成型模具在成型過程中，會(huì)受到來自橡膠注射機(jī)提供的巨大鎖模力。為了能夠保證模具在成型過程中裝配合理到位，橡膠制品的型腔的形狀以及尺寸符合設(shè)計(jì)要求，則需要在橡膠注射成型的模具中設(shè)置合理的合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)主要采用了導(dǎo)向銷的結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)成型模具的導(dǎo)向。

4.2 模具的定位

通過導(dǎo)正銷的設(shè)計(jì)不僅完成了模具在合模過程中正確合模導(dǎo)向的作用，還起到了通過導(dǎo)正銷緊密連接型腔的各個(gè)組合模塊，并確定各模塊安裝準(zhǔn)確位置的作用。但在模具的其他位置，仍然需要考慮模具各組成部件之間的定位問題。

模具的上模板與上模之間的定位采用大頭圓錐定位銷的設(shè)計(jì)。圓錐定位銷其有著耐磨損、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，尤其適用于這種模具插拔頻繁的場(chǎng)合。

4.3 模具固定裝置的設(shè)計(jì)

圖4 澆注系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)

在模具的各零部件都生產(chǎn)加工完成后，在模具的組裝、調(diào)試、打樣、修模、發(fā)貨的每個(gè)階段，都需要移動(dòng)運(yùn)輸模具。故在模具的上模板的表面開設(shè)了吊環(huán)安裝孔，以方便模具的吊裝。同時(shí)，還在模具的側(cè)面對(duì)稱均布的設(shè)置了模具固定塊，通過使各模具在運(yùn)輸途中處于合模緊閉的狀態(tài)，來降低模具在運(yùn)輸途中因震動(dòng)、顛簸而導(dǎo)致的模具破損。

設(shè)計(jì)重點(diǎn)解決模具分型面位置的選擇，以及澆注系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，主要根據(jù)公司現(xiàn)有生產(chǎn)能力從而設(shè)計(jì)出了經(jīng)濟(jì)性最佳的模具，如圖5所示，其間更多的依靠CAD/CAM輔助軟件，實(shí)現(xiàn)了快速設(shè)計(jì)和精密計(jì)算。

5 小結(jié)

綜上所述，汽車內(nèi)擋水密封條接角模最突出的特點(diǎn)是制品斷面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多借助設(shè)計(jì)人員的工程經(jīng)驗(yàn)。鑒于此，應(yīng)結(jié)合參數(shù)化設(shè)計(jì)，獲得最優(yōu)的分型面設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)和型腔的設(shè)計(jì)結(jié)果。進(jìn)而提高模具生產(chǎn)效率，保證接角模設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性。

圖5 模具總裝