汽車保險杠注塑模具設計

2021-01-10 15:31:11田波

科技信息·學術版 2021年7期

摘要：針對目前國內保險杠外分型結構出現的質量缺陷，設計了內分型結構的保險杠注塑模具，將分型線置于產品不可視面，極大地改善了保險杠產品的外觀質量。采用了多點順序閥澆注方案，有效消除了產品外觀面的熔接痕。最終模具開發獲得成功，證明能有效解決保險杠分型線外露的缺陷，提高了保險杠產品的外觀質量，減少了后期二次打磨工作量。

關鍵詞：內分型;順序澆注;復合式斜頂;保險杠

引言

保險杠是汽車保險杠總成的主體部分，結構復雜，加工精度高，形狀彎曲變化多樣。隨著中國汽車產業的深入發展，對車輛保險杠的外型品質也提出了更高的要求，如汽車保險杠的分型線并不能設計在產品側面。而目前中國國內市場上的不少汽車保險杠產品均為外分型結構，內部分型線外露，從而導致產品分型線處出現小毛刺的形成或飛邊，進而影響外型品質，從而嚴重影響了產品在市場上的競爭力。下面開發的大型內分型汽車保險杠模型，利用了塑料彈性變形的特性，并采用了特殊的模具設計，把原來外露的內分型線轉移至不可視區域，從而實現了內分型的功效。通過采用這種內分型模具設計，一方面改善了產品的外形品質;另一方面取消了人工二次打磨的加工工序，從而減少了因人工作業而產生的產品質量不穩的隱患。

1產品工藝性分析

所開發的保險杠結構，外形尺寸為1845mm×501mm×554mm，材料為聚丙烯/三元乙丙橡膠/滑石粉（PP/EPDM/TALC），壁厚為3mm，形狀都為曲面，內部分布若干安裝孔，外部邊緣為圓角。產品表面質量要求無飛邊，無毛刺，無缺料，特別是分型線不允許顯露在外觀表面。

2內分型保險杠模具設計

2.1內分型機構設計

所謂內分型就是將分型線設計在產品內側，這種設計打破了傳統的模具設計原則，因此模具設計變得更加復雜。成功設計內分型保險杠需做到以下幾個方面：1）利用塑料具有彈性形變的特點，實現產品在脫模過程中的可控變形，以達到內分型的脫模要求;2）根據內分型產品的結構特點，要求模具在工作過程中，能實現注塑設備開模與頂出同步進行。

2.1.1內分型保險杠脫模原理

由于外觀質量要求，內分型保險杠產品的邊緣圓角部分要求設計在模具型腔側，導致產品在模具分模后不能直接出模，因此需要設計特殊的抽芯機構來完成脫模，而要完成抽芯動作要求產品必須發生側向變形。根據產品的脫模要求，需要有效控制產品的成型過程（內彎變形～復原～頂出取件）。

2.1.2內分型機構

為了適應產品的這種變化，設計了特殊的開模機構和抽芯機構。具體的動作過程：開模時，動模開始后退，同時型腔側拉鉤拉動大斜頂塊拉鉤，驅動大斜頂塊在導向條的導向下斜向（斜角200）脫離動模，與此同時頂出板內部的氮氣彈簧驅動頂出板，頂出大型芯鑲塊。此時大型芯鑲塊與大斜頂塊同時脫離動模，與產品及型腔保持相對的靜止，不損傷保險杠的邊緣圓角。第一次分型距離達到68mm時，大斜頂塊已經向內滑動了一定距離，為保險杠產品的彈性變形留出了空間。隨后繼續頂出，大斜頂塊內部的拉塊導桿觸碰到導軌的變軌點，在斜槽的導向作用下驅動拉塊在導軌內進行滑動，拉塊隨之拉動產品產生向內彈性變形，迫使產品的邊緣圓角部分脫離型腔。此時產品包在動模大型芯鑲塊上，與定模完全分開。

相關的零部件設計如下。

1）型腔結構

型腔尺寸為2260mm×300mm×690mm，要將分型線設計在產品內側，產品的邊緣圓角只能設計在型腔內側，這樣型腔兩側的圓角形狀就形成了倒拔模，嚴重影響了產品從型腔側進行脫模，因此采用傳統的動定模開模方式已經不可行。

2）動模結構

動模結構，大斜頂塊外側設計20。的斜槽與支撐板外側的導向條形成配合。動定模開始分離時，大型芯鑲塊和大斜頂塊同時頂出，此時產品、型腔、型芯鑲塊三者之間保持相對靜止。大斜頂斜向頂出同時進行向內滑動，為產品的彈性變形留出了空間。

3）頂出機構

頂出機構，底板內設計了2個氮氣彈簧（氮氣彈簧外徑108mm，活塞桿直徑50mm），當動模與定模剛分離時，氮氣彈簧隨之驅動上面的頂出板，向定模側移動。大型芯鑲塊由頂桿進行頂出。頂出機構中設計有7塊大型頂塊，與頂出板上的頂桿連接，對產品進行最后的頂出。頂出動作的導向零件主要有導柱（直徑60mm）以及推板導柱（直徑40mm）。

底板上設計了行程限位套，與大型芯上的限位螺釘配合對大型芯的移動行程進行限位，限位行程為100mm。當大型芯鑲塊與頂塊頂出完成后，產品從型腔拉開，大型芯鑲塊由于達到限位距離而停止移動，隨后頂出機構繼續頂出，產品從型芯頂出。

4）拉塊機構

內分型模具由于產品的邊緣圓角設計在型腔側，為了能和動模順利開模，必須在定模和動模分離同時，產品的側凹部分能順利地被拉出型腔，雖然塑料制件會產生暫時的彈性變形，但是不會影響產品的外觀質量。因此設計了專門的拉塊機構將產品拉離型腔。拉塊機構是內分型模具的核心部分，由導軌、拉塊導桿、拉塊等組成。拉塊設計在產品的側邊，該側邊有比較多的側孔且面積比較大，因此在該處設計拉塊可以產生比較大的拉力。拉塊導桿厚度40mm，具有較高的強度，采用工字槽與拉塊配合，拉塊導桿另外一端用圓柱銷插入，鑲嵌在導軌內。導軌內設計直軌和斜軌兩個軌道。

動作原理：當動模側大斜頂塊開始頂出時，同時也帶動著斜頂內部的拉塊導桿向定模側滑動（固定在動模底部的導軌與動模一起后退），當動模與定模開模距離68mm時，大斜頂塊已經向內移動了24mm，為后續的產品彈性變形留出了空間，此時拉塊導桿也到達導軌的變軌點，隨后進行斜向內移動，導桿驅動拉塊在小導柱的導向下向內滑動，拉塊利用上面的眾多凸塊拉動保險杠，向內運動9.8mm，產品產生暫時的彈性變形，產品邊緣圓角部分脫離型腔。

2.2復合式大角度斜頂設計

在產品側面存在若干側孔和加強筋（抽芯距離8mm），需要設計小斜頂機構進行抽芯。由于該斜頂機構位于大斜頂塊內部，因此必須設計復合式斜頂機構。小斜頂機構由斜頂塊、導向桿、斜頂桿、導軌等組成。斜頂桿直徑為30mm，與斜頂塊相連接，另外一端插入圓銷套在導軌（固定在動模支撐板）上進行滑動。

導軌內設計了斜度為7°33′的導向槽，高度120mm，對斜頂桿尾部滑動進行導向，足夠滿足小斜頂抽芯距離8mm的要求。由于小斜頂機構必須在大斜頂塊滑動距離24mm內完成抽芯，空間有限，因此必須設計成大斜角抽芯運動（斜角為200）。

由于大角度的斜頂運動會導致斜頂受到較大的彎矩，為了增加斜頂的壽命以及增加斜頂桿滑動的順暢性，設計了專門的斜頂導向桿，直徑為24mm。該斜頂的動作原理：當大斜頂塊與動模分離時，帶動了內部的小斜頂塊與斜頂桿一起與動模分離，大斜頂塊進行向內抽芯運動，而小斜頂桿在導軌的導向作用下，在橫向方向上與大斜頂塊進行了相對分離，并在導向桿的導向下進行了距離為8mm的外側大角度斜向抽芯運動。

2.3澆注系統設計

該保險杠長達1845mm，如果采用傳統的多點同時澆注系統，在產品兩側肯定會出現明顯的熔接痕，會嚴重影響產品的強度。

為了消除熔接痕，設計了三點順序閥澆注方案，利用閥針分布控制中間和兩側的熱噴嘴開放時間，首先開放中間的熱噴嘴，當熔料流經兩側澆日處時，再開放兩側噴嘴，改變了前鋒熔料匯合時溫度過低的情況，因此有效消除了產品外觀面的熔接痕。

具體方案：模具處于合模狀態，啟動注塑機開始進行澆注，先打開中間的針閥式噴嘴1;當第一次注塑的熔料到達熱噴嘴2和3時（時間約3.7s），再打開熱噴嘴2和3的控制閥進行澆注，并關閉噴嘴1的控制閥，直至澆注完成。經過試驗，產品長向方向不存在大面積的熔接痕，產品的整體質量達到了滿意的效果。

3結論

a）使用內分型模具制造結構，生產的保險杠產品不需對夾線進行后處理，從而縮短了加工工序，既提高了產品的外形品質，又節約了產品的加工成本。

b）保險杠產品采用多點順序注塑工藝，有效解決了熔接痕問題，同時有效增強了保險杠產品的整體強度。

c）在內分型模具結構中采用二次變軌軌道控制，簡化了模具抽芯結構，同時有效保證了內分型抽芯結構動作的有效性。

參考文獻：

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