汽車密封件雙料一體旋轉模具設計＊

褚建忠

（臺州科技職業學院，浙江臺州 318020）

1 PP+TPE汽車密封件介紹

轎車上大型汽車配件的密封通常都是在硬質配件安裝好的基礎上再增加密封介質，以達到密封的效果，但往往在實際生產過程中會出現密封不穩定而失效。雙料一體注射模是在同一副模具內分兩個階段注射兩種不同的材料，通過模具結構與注塑設備的共同作用，使塑件綜合了兩種材料的特殊作用。通過應用雙料一體（如PP+TPE）的密封件，不僅提高了生產效率，而且解決了多次安裝所帶來的質量隱患，提高了整車的密封效果[1～3]。

如圖1所示，PP（聚丙烯）+TPE（熱塑性彈性體）雙料一體塑件既具有硬膠的裝配剛性，又具有軟膠的密封性能，能滿足實際應用的各種需求，但需對塑件模塑化的設計方案與工藝進行改造。根據塑件結構的特點，要求硬膠在不脫離模腔的情況下實現二次注射成型，這就需要模具采用旋轉式二次合模的成型方案，也就要求模具具有高精度的二次合模定位精度、低壓力注射軟膠的工藝保障以及多型腔單側頂出平衡的有效控制等[4～6]。

2 PP+PTE雙料一體旋轉注射模設計

雙料一體精密模具的成功研發，關鍵在于二次合模的重復精確定位、CAE分析、狹長塑件的頂出平衡及選材等幾大領域技術的有效運用。

（1）二次合模的精確定位。

本項目采用層級式的開合模導向與復位技術方案與科學的加工工藝路線，輔以獨立的定模側大型滑塊抽芯導向機構，再運用MAKINO高精密加工技術，使二次合模的各零部件的加工工藝趨于穩定，零部件間的配合關系達到了生產雙料塑件的要求，克服了二次合模多活動件運動累計誤差帶來的負面影響，如一個零件對應多個零件的適配間隙需滿足雙料注射成型的工藝要求等，各種關聯環節也較成熟，一次性成功率達80%以上。

（2）可控注射成型系統。

本項目通過運用MoldFlow分析注射模擬，制定了良好的雙系統順序控制澆注方案，大大降低了模具因調試產生的各種風險，如：因壓力過大造成相關零部件負載過盈而損壞、調試中表面現象誤導制定改善方案等。通過該項分析，已將注射工藝的調試帶大大擴寬，使工藝更易調節，達到了預期的目的。

（3）狹長塑件的頂出平衡。

為防止塑件在頂出時因受力不均衡而扭曲變形，應用塑件的彈性形變的特點，選擇在加強筋的底部為頂出受力作用點，在塑件的另一側增加平衡頂塊，同時設計有效的液壓循環回路，系統上增加油路分配器，使生產更易于調試多個油缸的頂出與復位動作同步；并且在塑件的彈性形變的部位增加頂出定位裝置，減少因塑件瞬時收縮與彈性變形的所產生的位移，有效保證了塑件的頂出平衡。

2.1 二次合模精確定位

該雙料一體模具定模側設計有大型滑塊，必須設計專門機構實現滑塊抽芯與模具開模同步動作，由于模具比較重在旋轉過程中如果出現離心傾向容易導致整個模具中心出現誤偏移；另外大型模具的動模在旋轉后需要與第二個型腔產生精確配合，需要比較精確的導向和定位系統，否則就會導致第一次成型的PP塑件產生擦傷。因此大型雙料一體模具必須需要設計比較精確的導向定位系統。

（1）定模滑塊與模具開模同步動作設計。

如圖2所示，該大型滑塊位于定模，重達350kg，由于定模側沒有動力，因此給設計帶來一些困難。首先應解決動力問題：在每一個滑塊底部設計了兩個氮氣彈簧，氮氣彈簧具有彈力大、彈力曲線平緩，長使用壽命等特點，因此利用高壓氮氣的高彈力可以成功實現同步頂出滑塊；其次為了進一步確保滑塊同步頂出，在動模板上設計了機械拉鉤，在合模時鉤住滑塊，開模時利用注塑機的開模力全力拉出滑塊，利用一推一拉確保了滑塊安全地與模具開模動作同時進行。

圖2 滑塊頂出設計

（2）模具旋轉時的離心傾向解決辦法。

如圖3所示，雙料一體模具的動模在第二次合模時都會產生旋轉，為防止旋轉后的動模與定模的配合產生誤差，應盡量不要在動模側設計不必要的移動零件，否則這些零件在旋轉過程中勢必會產生不必要的移動，從而影響二次合模的精確度。因此在該模具中將所有容易產生移動的零件（如滑塊、導柱等）都設計在定模側，整個動模不但消除了活動部件，而且降低了重量，從而較好地解決了動模旋轉過程中出現的離心傾向問題。

圖3 定模與遞進式導向系統

（3）遞進式導向定位系統。

如圖3所示，模具在制造過程中總會出現機床加工誤差、裝夾誤差、研磨誤差和裝配誤差，大型模具的誤差更加明顯。為了保證模具的精度，該模具使用高精密度機床MAKINO對零件進行精密加工，在不同機床裝夾時使用了快速定位夾具EROWA。同時針對該大型旋轉模具設計了遞進式導向定位系統。該遞進式導向定位系統采用了兩級導向定位：第一級由方導柱和方導槽進行配合，承擔了模具合模的初始導向和定位，保證了動模和定模的合模初始精度；第二級由T型凸塊和T型凹塊組成的精定位，保證了動模和定模的最終的精確定位。

2.2 可控式雙注射成型系統

硬膠注射坯件成型后，模具二次合模，與型腔與型芯共同創造二次注射成型所必須的封閉式模腔；二次注射軟膠時，必須要減少注射壓力以防止對已成型的硬膠表面質量的損害，確保硬膠成型件在注射壓力的作用下無亮斑、溢料等異常情況，因此為了保證塑件質量必須要采用低壓注射，因此采用如圖4所示的多點熱流道澆注方案。

由于采用了熱流道系統，因此可以對雙澆注系統實現可控式注射成型（見圖5）。具體控制方案：當模具處于第一次合模時，熱流道系統啟動GA注射系統對模腔注射PP，在硬膠（PP）熱流道控制下，各澆口按照順序時間進行澆注，確保了PP主體塑件不出現溢料、熔接痕等缺陷。

第一次硬膠（PP）注射完畢后，模具整體進行旋轉180°，硬膠和動模同時旋轉與第二個型腔進行配合，組成軟膠（TPE）型腔空間。此時，熱流道系統啟動GB軟膠（TPE）注射系統對模腔注射TPE熔料。注射完畢后，模具內冷卻水路對塑件進行冷卻，然后開模啟動頂出系統（各種頂塊、斜頂等）頂出塑件，合模進行下一次循環。

圖4 多點式熱流道系統

圖5 雙澆注系統

2.3 自適應式頂出平衡設計

由于該塑件長而窄，為了在頂出時不使塑件產生變形，在動模頂出設計中沒有采用頂桿，而是采用了多達30多塊的頂塊，增大了頂出面積和頂出力。另外由于熔料在模腔中的熱交換，動模型芯部分的溫度明顯會高于頂出板，在成型過程中，型芯會產生輕微的熱變形，這樣直接會影響到型芯內部的頂出孔與頂出板中的頂塊的配合，這樣就會導致頂塊頂出時可能會產生卡滯。為了解決這一問題，將頂塊設計成自適應浮動式結構，如圖6所示，與傳統的剛式結構不同，自適應浮動式結構的頂塊可以隨著模具溫度的變化進行彈性調整，這樣就解決了由于熱膨脹影響頂出孔與頂塊中心的配合問題。

圖6 自適應式頂出平衡設計

傳統的模具頂出動力一般都來自注塑機本身的剛性頂桿。但由于模具頂出機構由眾多頂塊組成，各頂塊的熱膨脹系數都有差別，要實現各頂塊平穩頂出，就必須采用液壓式頂出（見圖6）。因此在模具中設計了4個頂出油缸，每一個塑件的頂出都由兩個油缸提供穩定平衡的動力來源。為實現油缸之間動作的協調，在油缸之間設計了油路分配器（見圖6），確保了各個油缸動作誤差不超過0.02mm。

由于采用了上述設計，整個頂出系統實現了頂出動作平衡有序，塑件頂出后不產生變形和翹曲，效果良好。

2.4 模具總體設計

該大型旋轉高精密雙料一體密封件注射模由7大部分組成：①層級式精密導向與定位系統；②獨立可控型雙澆注系統；③狹長塑件頂出平衡自動調節系統；④定模側同步抽芯系統；⑤冷卻系統；⑥吊裝搬運系統；⑦成型系統等。

（1）定模部分整體圖，如圖7所示。定模部分有同步抽芯機構與相關的冷卻系統、可控型雙澆注系統分布情況。

（2）動模部分主視圖，如圖8所示。動模部分有頂出平衡的自動調節系統與層級式精確導向定位系統，主要機械機構以及各冷卻系統的接口位置的分布狀態。

3 結論

（1）本模具中設計的漸進式導向定位系統，保證了大型模具在合模中的順利導入和精確定位，減少了加工量，確保了合模精度，從而確保了塑件的成型精度，有效地將合模誤差減少到±0.02mm。該設計可以推廣到其他大型模具的定位設計中。

（2）在大型模具頂出機構中設計浮動結構，可以減少由于熱膨脹產生的動模與頂出板之間的配合誤差，減少了頂出卡滯現象，確保了頂出機構能順利頂出塑件；采用液壓頂出與油路分配器，確保了油缸之間的同步動作，保證了整個頂出動力源動作的一致性，從而實現了頂出動作的平衡與穩定。

圖7 定模整體圖

圖8 動模整體圖